陳 敏 杜鵬飛 肖勁松 鄭 鈺

(清華大學(xué)環(huán)境模擬與污染控制國家重點(diǎn)聯(lián)合實(shí)驗(yàn)室,北京,100084)

資源型城市是我國城市體系中的特殊群體,是以當(dāng)?shù)夭豢稍偕匀毁Y源開采和加工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的工業(yè)城市。在我國工業(yè)化及城市化進(jìn)程中,資源型城市持續(xù)、穩(wěn)定地提供大量的原煤、原木、原油以及各種金屬、非金屬礦物原材料,為我國經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展提供了有力保證。由于長期以來對(duì)資源粗放式開發(fā)利用,資源型城市現(xiàn)面臨著資源枯竭、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)破壞、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)單一、城市功能薄弱、經(jīng)濟(jì)增長緩慢等一系列問題,對(duì)城市的可持續(xù)發(fā)展造成強(qiáng)烈沖擊,生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展所遭遇的挑戰(zhàn)尤其嚴(yán)峻[1]。自然資源與生態(tài)系統(tǒng)是資源型城市發(fā)展的基礎(chǔ),定量評(píng)估資源型城市的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展程度,可為解決上述問題、促進(jìn)城市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型提供參考。

生態(tài)足跡模型是定量衡量區(qū)域(城市)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展程度的一種方法,它能夠從具體的生物物理量角度研究自然資本消費(fèi)的空間[2],從而判斷人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響是否超出了生態(tài)系統(tǒng)的承載力范圍。由于生態(tài)足跡計(jì)算模型能夠?qū)Τ鞘猩鷳B(tài)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行明確界定,評(píng)價(jià)結(jié)果直觀明了,同時(shí)其計(jì)算結(jié)果可以在區(qū)域之間進(jìn)行橫向比較,具有可視性、可操作性、可移植性強(qiáng)等特點(diǎn),已被廣泛運(yùn)用于區(qū)域(城市)的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展研究中[3-5]。本研究以貴陽市為例,運(yùn)用生態(tài)足跡模型,在市域尺度上對(duì)貴陽市1999-2007年的生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)作定量分析,以識(shí)別影響貴陽市生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展的因素,為貴陽市構(gòu)建生態(tài)文明城市決策提供建議。

1 研究區(qū)域

貴陽市地處東經(jīng) 106°07′-107°17′、北緯 26°11′-27°22′之間,位于貴州省中部、云貴高原東斜坡上,屬于全國東部平原向西部高原過渡地帶,擁有豐富的鋁、磷、煤等礦產(chǎn)資源,經(jīng)濟(jì)發(fā)展高度依賴資源約束型產(chǎn)業(yè)。而貴陽市地貌以山地、丘陵為主,是喀斯特發(fā)育典型地區(qū),石漠化和潛在石漠化現(xiàn)象顯著,生態(tài)環(huán)境本底脆弱,長期以來,陡坡墾殖、過度采伐、毀林開荒、工礦建設(shè)毀林開山以及大量的土石方和工礦廢棄物隨意堆放等現(xiàn)象,導(dǎo)致貴陽市地質(zhì)災(zāi)害頻發(fā),土壤退化迅速,生態(tài)系統(tǒng)破壞嚴(yán)重。這種以開采、加工礦產(chǎn)資源為基礎(chǔ)的粗放式經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式,已經(jīng)成為貴陽市經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的重要限制因素。

2 研究方法

2.1 生態(tài)足跡的計(jì)算理論與模型

生態(tài)足跡(Ecological Footprints)概念由Wackernagel于1996年提出,他將人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響比喻成“一只負(fù)載著人類及其所創(chuàng)造的城市、工廠……的巨腳踏在地球上留下的腳印”[6]。生態(tài)足跡模型基于如下基本假設(shè)來進(jìn)行計(jì)算:①人類可確定自身消費(fèi)的絕大多數(shù)資源及其產(chǎn)生廢物的數(shù)量;②這些資源和廢物流能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的生物生產(chǎn)面積;③采用生物生產(chǎn)力來衡量土地,不同地域間的土地能轉(zhuǎn)化為全球均衡面積,用相同的單位(如hm2)來表示;④各類土地在空間上是互斥的[7]。

根據(jù)生產(chǎn)力大小的差異,生態(tài)足跡模型將地球表面的生物生產(chǎn)性土地分為6大類進(jìn)行核算,包括:化石能源用地、耕地、牧草地、林地、建筑用地、水域。生態(tài)足跡計(jì)算模型包括生態(tài)足跡(Ecological Footprint,EF)計(jì)算與生態(tài)承載力(Ecological Capacity,EC)計(jì)算兩部分,其計(jì)算公式分別為:

式中:n為消費(fèi)商品或生產(chǎn)生物的類型;cci為第i種消費(fèi)商品的生產(chǎn)足跡;aci為第i種消費(fèi)商品的消費(fèi)總量;pi為第i種商品的生物生產(chǎn)單位面積產(chǎn)量;epi為第i種生物資源的生產(chǎn)足跡;aei為第i種資源生物生產(chǎn)總量;ωi為第i種消費(fèi)品或生物資源土地類型生產(chǎn)力權(quán)值;EF為地區(qū)生態(tài)足跡;EC為地區(qū)生態(tài)承載力。

2.2 貴陽市生態(tài)足跡計(jì)算

參照貴陽市各種資源的消費(fèi)特點(diǎn)以及對(duì)生態(tài)足跡計(jì)算方式的相關(guān)研究成果[8],將各種消費(fèi)概括為如下3個(gè)帳戶進(jìn)行計(jì)算:生物資源消耗帳戶、家居能源消耗帳戶、工業(yè)能源消耗帳戶。

2.2.1 生物資源消耗帳戶

生物資源消費(fèi)帳戶包括植物性食品消費(fèi)和動(dòng)物性食品消費(fèi),在具體計(jì)算中,耕地、牧草地和水域土地面積分別根據(jù)各種作物、牲畜、木材以及水產(chǎn)品的消費(fèi)量及全球均衡產(chǎn)量(FAO公布)進(jìn)行折算,為便于與其他研究成果比較,全球均衡產(chǎn)量取用FAO1993年的數(shù)據(jù)。

2.2.2 家居能源消耗帳戶

家居能源消耗帳戶主要衡量家居和住戶對(duì)物質(zhì)和能量的消費(fèi),其中住房轉(zhuǎn)化為化石能源土地的能源值,參考了Sheltair 1991年對(duì)加拿大房屋在其生命周期內(nèi)的能耗研究結(jié)果[7]。

表1 貴陽市2007年生物資源消耗帳戶Tab.1 Ecological footprint ledger of biotic resourcesof Guiyang city in 2007

表2 貴陽市2007年家居能源消費(fèi)帳戶Tab.2 Ecological footprint ledger of family energy consumption of Guiyang city in 2007

2.2.3 工業(yè)能源消耗帳戶

基于貴陽市能源消耗具體情況,能源消費(fèi)帳戶部分計(jì)算主要考慮原煤、汽油、煤油、柴油、液化石油氣、燃料油、電力7種,利用全球平均能源生態(tài)足跡將能源消費(fèi)所產(chǎn)生的熱量折算成化石燃料用地。

2.3 貴陽市生態(tài)承載力計(jì)算

生態(tài)承載力為當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)系統(tǒng)可供人類利用的資源數(shù)量,最終都轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的計(jì)量單位均衡面積。均衡面積由各種生物生產(chǎn)性土地面積乘以產(chǎn)出因子與均衡因子獲得,產(chǎn)出因子是為了平衡貴陽市生物生產(chǎn)性土地產(chǎn)量與全球平均產(chǎn)量之間的差距,而均衡因子是為了平衡各類型生物生產(chǎn)性土地之間的差距[9]。均衡因子和產(chǎn)出因子均取自1999年中國生態(tài)足跡計(jì)算[10],為了保護(hù)生物多樣性,生態(tài)承載力要扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。

表3 貴陽市2007年能源消耗帳戶Tab.3 Ecological footprint ledger of industry energy consumption of Guiyang city in 2007

3 結(jié)果與分析

通過計(jì)算得到貴陽市1999-2007年的生態(tài)足跡以及生態(tài)承載力,由生態(tài)足跡減去扣除12%生物多樣性保護(hù)后的生態(tài)承載力,即可得到貴陽各年的生態(tài)赤字(Ecological Deficit,ED)。

3.1 生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r

將貴陽市2007年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力制成生態(tài)足跡供需平衡表(見表6),分析貴陽市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。2007年貴陽市人均生態(tài)足跡為2.472 hm2(均衡面積,以下均同),而人均生態(tài)承載力僅為0.509 hm2,人均生態(tài)足跡超出人均生態(tài)承載力3.86倍,人均生態(tài)赤字高達(dá)2.024 hm2,表明貴陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)已超出生態(tài)系統(tǒng)承載力范圍,生態(tài)系統(tǒng)處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。從2007年生態(tài)足跡與生態(tài)承載力組成可以看出,化石燃料消耗是導(dǎo)致生態(tài)赤字的主要原因,表明貴陽市大量的能源消耗對(duì)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的影響最為嚴(yán)重,耕地也存在赤字,說明糧食生產(chǎn)安全也受到了一定威脅;在各類型生物生產(chǎn)性土地中,林地與建筑用地存在盈余,這得益于貴陽市豐富的森林資源以及市區(qū)內(nèi)密集型建筑模式。

表4 貴陽市2007年生態(tài)承載力Tab.4 Ecological carrying capacity of Guiyang city in 2007

表5 生態(tài)足跡模型計(jì)算結(jié)果Tab.5 Calculation resultsof ecological footprint model

綜合1999-2007年計(jì)算結(jié)果來看(見圖1),貴陽市生態(tài)承載力基本保持穩(wěn)定,生態(tài)足跡與生態(tài)赤字則持續(xù)增加,生態(tài)足跡從1999年的1.447 hm2/cap增長到2007年2.472 hm2/cap,年 增 長率為 6.9%,生 態(tài) 赤 字 從0.962 hm2/cap增長到2.024 hm2/cap,年增長率為9.7%,增長速度穩(wěn)定。表明1999-2007年間,貴陽市生態(tài)系統(tǒng)承載力未出現(xiàn)明顯的倒退,但是生態(tài)系統(tǒng)狀況也未有改善,生態(tài)系統(tǒng)面臨的壓力來源于因經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所導(dǎo)致的自然資源和能源過渡消耗,如果持續(xù)這種以資源換經(jīng)濟(jì)發(fā)展的模式,貴陽市今后面臨的生態(tài)壓力將會(huì)越來越大,生態(tài)可持續(xù)性面臨的挑戰(zhàn)也會(huì)更加嚴(yán)峻。

3.2 生態(tài)文明水平

生態(tài)文明水平即生態(tài)效率(Eco2efficiency,EEI),其概念源自20世紀(jì)90年代經(jīng)濟(jì)發(fā)展與合作組織(OECE)和世界可持續(xù)發(fā)展商業(yè)委員會(huì)的研究和政策中,通常作為企業(yè)和地區(qū)提高競爭力的有效途徑。

表6 2007年貴陽市生態(tài)足跡供需平衡表Tab.6 Ecological footprint summary of Guiyang city in 2007

圖1 貴陽市生態(tài)足跡模型指標(biāo)時(shí)序變化圖Fig.1 Dynamic changesof ecological footprint indicators

在生態(tài)足跡計(jì)算基礎(chǔ)上,得到了貴陽市1999年至2007年生態(tài)效率(見圖2貴陽市生態(tài)效率時(shí)序變化圖)?？梢钥闯?貴陽市資源利用效率在不斷提高,從1999年的0.500萬元 GDP/hm2生態(tài)足跡增長到2007年的0.787萬元GDP/hm2生態(tài)足跡,生態(tài)文明水平呈逐年上升趨勢。雖然貴陽市生態(tài)系統(tǒng)處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),且將來面臨的資源環(huán)境壓力呈放大趨勢,但是生態(tài)系統(tǒng)改善及促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展仍存在一定契機(jī)。

3.3 生態(tài)可持續(xù)發(fā)展影響因素

賴力等人構(gòu)建了區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)占用變化的相互作用機(jī)理模型,認(rèn)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展階段、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)特征、資源消費(fèi)強(qiáng)度、土地利用現(xiàn)狀、居民消費(fèi)特征是影響生態(tài)足跡的主要因素[11],陶金、陳成忠等人的研究分別很好地驗(yàn)證了這一作用機(jī)理模型[12-13]。本研究選取城市化率(X1)、人口密度(X2)、人均GDP(X3)、第二產(chǎn)業(yè)GDP比例(X4)、單位GDP能耗(X5)、農(nóng)作物播種面積(X6)、人均消費(fèi)支出(X7)等指標(biāo),利用偏最小二乘法,識(shí)別貴陽市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的影響因素。偏最小二乘回歸由伍德等人創(chuàng)建,被稱為第二代回歸分析方法,能有效的克服在應(yīng)用最小二乘回歸時(shí)遇見的自變量間的多重相關(guān)性[14-15]。

圖2 貴陽市生態(tài)效率時(shí)序變化圖Fig.2 Dynamic changes of eco2efficiency in Guiyang city

對(duì)生態(tài)足跡和選取的指標(biāo)做偏最小二乘回歸分析,得到各變量的回歸參數(shù),相關(guān)系數(shù) R=0.985,具有較好的相關(guān)性;F=41.7,模型整體模擬效果較好。生態(tài)足跡的驅(qū)動(dòng)模型如下:

結(jié)果表明,貴陽市人均生態(tài)足跡與城市化率、人口密度、人均GDP、第二產(chǎn)業(yè) GDP比例、單位 GDP能耗、人均消費(fèi)支出等6個(gè)因子具有顯著正相關(guān)性,說明隨著貴陽市人口、城市化進(jìn)程、經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變,能耗的增加以及人們生活水平的提高,生態(tài)足跡也在同步加大,生態(tài)壓力日益增加。農(nóng)作物播種面積與生態(tài)足跡具有負(fù)相關(guān)性,根據(jù)貴陽市國土統(tǒng)計(jì)結(jié)果,貴陽市人均耕地面積在2000年到2007年間,從0.086 hm2下降至0.077 hm2,耕地面積有限,而人口規(guī)模不斷增加,由此導(dǎo)致耕地短缺壓力越來越大。在日益嚴(yán)峻的生態(tài)壓力下,充分保護(hù)耕地及其他土地資源是防止生態(tài)壓力進(jìn)一步增大的重要途徑。

4 結(jié)論與建議

4.1 結(jié)論

(1)貴陽市2007年人均生態(tài)足跡為2.472 hm2,人均生態(tài)承載力僅為0.509 hm2,生態(tài)系統(tǒng)處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。

(2)1999-2007年間,貴陽市生態(tài)系統(tǒng)承載力較為穩(wěn)定,經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展所導(dǎo)致的資源過度消耗是影響生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的原因。貴陽市資源利用效率有所改善,生態(tài)文明水平呈逐年上升趨勢,促進(jìn)生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展仍存在一定契機(jī)。

(3)城市化率、人口密度、人均 GDP、第二產(chǎn)業(yè) GDP比例、單位GDP能耗、人均消費(fèi)支出這6個(gè)因子增加會(huì)導(dǎo)致生態(tài)足跡增加,而增加農(nóng)作物播種面積可以緩解生態(tài)壓力。

4.2 關(guān)于方法與結(jié)果的討論

生態(tài)足跡法計(jì)算簡單、結(jié)構(gòu)清晰,但是反映的信息偏保守。生態(tài)足跡法認(rèn)為理想的狀態(tài)是人類只占用自然資本產(chǎn)生的利潤,而不會(huì)消耗自然資本本身,實(shí)際上,這些自然資本也是地球生態(tài)系統(tǒng)經(jīng)過億萬年利潤累計(jì)而成,并非完全不可動(dòng)用,只是需要在一種合適的速度下開發(fā)利用,但是合理的開發(fā)速度本身很難確定。

生態(tài)足跡是對(duì)整體區(qū)域的宏觀計(jì)算,不能反映區(qū)域內(nèi)部的差距。以行政邊界作為區(qū)域劃分邊界是否合理,也是需要考慮的一個(gè)重要問題,如果從生態(tài)足跡的基本原理出發(fā),以城市的物質(zhì)流影響范圍作為計(jì)算邊界更為合理。

4.3 貴陽市生態(tài)可持續(xù)發(fā)展對(duì)策

生態(tài)足跡提供了一種量化生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的新方法,也可從中識(shí)別促進(jìn)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策,結(jié)合上述分析以及貴陽市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r,貴陽市可在以下幾方面繼續(xù)努力,以緩解社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展給生態(tài)系統(tǒng)帶來的巨大壓力。①積極保護(hù)現(xiàn)有生物生產(chǎn)性土地。保障生態(tài)承載力是防止生態(tài)赤字?jǐn)U大的最有效方法,在保護(hù)各類資源的同時(shí),應(yīng)該積極植樹造林和提高現(xiàn)有土地的糧食作物產(chǎn)量;②倡導(dǎo)資源節(jié)約和環(huán)境友好的社會(huì)生產(chǎn)和消費(fèi)模式。通過政策、媒體逐漸引導(dǎo)人們的生產(chǎn)和生活方式,改善消費(fèi)結(jié)構(gòu)和消費(fèi)模式,減少不必要消費(fèi)及過度消費(fèi);③提高工業(yè)企業(yè)的能源利用效率。2006年,貴陽市單位 GDP能耗指標(biāo)值為2.03 t標(biāo)準(zhǔn)煤/萬元,在全國范圍內(nèi)屬于較高水平,存在較大的改進(jìn)空間;④加強(qiáng)貿(mào)易交流。如果貴陽市提高自有生態(tài)承載力能力受限,可與承受生態(tài)壓力較小地區(qū)加強(qiáng)貿(mào)易交流,均衡生態(tài)壓力,防止本地自然資源被過度消耗。

(編輯:劉呈慶)

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