孫宏立

(武漢大學(xué) 中國中部發(fā)展研究院，武漢430072)

進(jìn)入21世紀(jì)以來，伴隨著世界經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人類對(duì)自然資源的需求和開發(fā)利用愈演愈烈。但自然資源是有限的，單純依靠過多攝取自然資源來解決經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展問題是難以持續(xù)的。人類要實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，就必須生存在生態(tài)系統(tǒng)的承載力范圍之內(nèi)。

1 概念

1.1 基本概念

生態(tài)足跡指在一定的人口與經(jīng)濟(jì)規(guī)模條件下維持資源消費(fèi)和廢物消納所必需的生態(tài)生產(chǎn)性土地總面積。它將人類對(duì)自然生態(tài)服務(wù)的需求轉(zhuǎn)化為提供這種需求所必需的生物生產(chǎn)性土地面積。生態(tài)足跡分析法是研究人類資源利用的分析工具，它用生態(tài)空間的大小表示在一定社會(huì)發(fā)展水平、技術(shù)水平、生活方式和消費(fèi)模式下人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然資本的消費(fèi)及生態(tài)系統(tǒng)能夠提供的資源。人類經(jīng)濟(jì)活動(dòng)所占用的土地面積即生態(tài)足跡，主要包括:為人類經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供自然資源所需的土地;消納人類排放的污染物所需的土地;人類居住和生活所直接占用的土地［1-2］。

1.2 生態(tài)赤字與生態(tài)盈余

從具體的生物物理量角度研究自然資本消費(fèi)空間，通過計(jì)算比較區(qū)域生態(tài)承載力(即一個(gè)區(qū)域所能提供給人類生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積總和)與總需求之間的差值，來判斷人類對(duì)自然系統(tǒng)的壓力是否處于區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)承載力之內(nèi)，以及生態(tài)系統(tǒng)是否安全，經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展是否可持續(xù)［3］。在一定的空間尺度內(nèi)(如一個(gè)區(qū)域)，生態(tài)足跡與實(shí)際生態(tài)承載力相減，差值為正，表示這一區(qū)域內(nèi)人類占用的自然資源大于生態(tài)系統(tǒng)提供的資源，出現(xiàn)生態(tài)赤字，由貿(mào)易或透支未來的資源來補(bǔ)償;若差值為負(fù)，表示這一區(qū)域內(nèi)人類占用的自然資源在生態(tài)系統(tǒng)承載力允許的范圍內(nèi)，有生態(tài)盈余，屬于可持續(xù)發(fā)展［1，3，4］。

2 生態(tài)足跡模型

“可持續(xù)發(fā)展”作為一種全新的發(fā)展理念已成為我國經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)［4］。在定量測(cè)度發(fā)展的可持續(xù)性狀態(tài)方面，各國學(xué)者先后提出了一些富有價(jià)值的評(píng)價(jià)方法和指標(biāo)體系［5］，比較有影響的研究成果有D.H.Meadows等的世界資源動(dòng)態(tài)模型［6］、J.P.Holdren 等的IPAT公式［7］、H.E.Daly等提出的“可持續(xù)經(jīng)濟(jì)福利指數(shù)”(ISEW)［8］、C.W.Cobb 等提出的“真實(shí)發(fā)展指標(biāo)”(GPI)［9］、R.Prescott-Allen提出的“可持續(xù)性的晴雨表”(barometer of sustainability)模型［10］等。加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家W.E.Rees和M.Wackemagel等提出了生態(tài)足跡模型，簡明、直觀、定量地給出了可持續(xù)發(fā)展的度量方法［11-12］。生態(tài)足跡模型在計(jì)算中主要考慮化石地、可耕地、林地、牧草地、建筑用地和水域6種土地類型，將資源和廢棄物能流轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，再加權(quán)求和即為生態(tài)足跡。其公式如下:

式中:F為總的生態(tài)足跡;N為人口數(shù);f為人均生態(tài)足跡;i為消費(fèi)資源和投入的類型;ci為i種資源的人均消費(fèi)量;pi為i種資源的世界平均生產(chǎn)力(即全球年平均產(chǎn)量);rj為均衡因子。

在生態(tài)足跡指標(biāo)計(jì)算中，由于6類土地單位面積的生態(tài)生產(chǎn)能力差距很大，計(jì)算出的各類生態(tài)生產(chǎn)性土地面積不能直接相加，因此，必須給各類土地賦予不同的均衡因子實(shí)現(xiàn)等量化處理，均衡因子每年變化的幅度很小，因此，按照目前國際生態(tài)足跡計(jì)算中普遍采用的均衡因子:耕地和建筑用地為2.8，林地與化石燃料用地為1.1，草地為 0.5，水域?yàn)?0.2［13］。

3 生態(tài)承載力模型

生態(tài)承載力是指特定區(qū)域?qū)嶋H提供給人類的所有生態(tài)生產(chǎn)性土地面積(包括水域)的總和，也稱為生態(tài)足跡供給。由于區(qū)域的資源稟賦和技術(shù)條件不同，不同區(qū)域同類生態(tài)生產(chǎn)性土地的實(shí)際面積不能直接對(duì)比，需引進(jìn)產(chǎn)量將其進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。為解決這一問題，引入了產(chǎn)量因子的概念［13］。某個(gè)區(qū)域的產(chǎn)量因子是其所代表的某種生物的平均生態(tài)產(chǎn)量與同類土地的世界平均產(chǎn)量之間的比率。生態(tài)承載力計(jì)算公式如下:

式中:ce為人均生態(tài)承載力(hm2/人);aj為人均生物生產(chǎn)土地面積;rj為均衡因子;yj為產(chǎn)量因子。

生態(tài)足跡理論與生態(tài)承載力理論結(jié)合，便可產(chǎn)生明晰的關(guān)于人類生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的判斷，可用如下公式表示［3］:

式中:S為生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);Ce為區(qū)域生態(tài)承載力;Fe為區(qū)域生態(tài)足跡。當(dāng)S＞0時(shí)為生態(tài)盈余;當(dāng)S=0時(shí)為生態(tài)均衡;當(dāng)S＜0時(shí)為生態(tài)赤字［3］。

4 生態(tài)足跡指數(shù)

生態(tài)足跡指數(shù)是衡量生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的另一度量指標(biāo)［14-15］，指一定區(qū)域的生態(tài)承載力(Ce)與生態(tài)足跡(Fe)的差額(即凈生態(tài)承載力)占生態(tài)承載力(Ce)的百分比，可視為區(qū)域?yàn)榻窈蟊Ａ舻目沙掷m(xù)發(fā)展能力的百分比，生態(tài)足跡指數(shù)(I)的計(jì)算公式為:

其中:I＜0時(shí)，該區(qū)域處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);I值越小，不可持續(xù)發(fā)展程度越高，生態(tài)壓力越大。

5 鄭州北部生態(tài)示范區(qū)生態(tài)足跡分析

5.1 生態(tài)地貌、歷史文化和產(chǎn)業(yè)發(fā)展特色

鄭州北部地區(qū)位于第2級(jí)臺(tái)階向第3級(jí)臺(tái)階地貌過渡的邊坡，黃河下游的上首。邙嶺、平原、黃河灘區(qū)構(gòu)成了區(qū)域特色地貌。以惠濟(jì)區(qū)為主體的鄭州北部地區(qū)是國家級(jí)生態(tài)示范區(qū)、國家級(jí)綠色農(nóng)業(yè)示范區(qū)和河南省平原綠化高級(jí)達(dá)標(biāo)先進(jìn)區(qū)，生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評(píng)價(jià)指數(shù)在全省名列前茅。該區(qū)域已初步形成了16 km2的邙嶺生態(tài)園，6 600 hm2的黃河生態(tài)園(蘆筍，草地，濕地，花卉基地等)，500 hm2黃河大觀生態(tài)園，27 km×1 km的沿黃生態(tài)防浪防護(hù)林林帶，20 000 m×80 m的索須河林帶，寬100多m、近170 hm2的賈魯河防護(hù)林帶。鄭州北部地區(qū)是古滎澤故地，有紀(jì)公豐碑、隋堤沿柳、古城牧唱、黃河古渡、五寺三庵、岳山疊翠、鴻溝暮云、惠濟(jì)長橋等“滎澤八景”，有“華夏第一城”——新石器時(shí)代的夯土建筑城垣西山遺址，新石器時(shí)代至周的石河遺址，世界規(guī)模最大、時(shí)間最早的漢代冶鐵遺址等，歷史文化底蘊(yùn)深厚。近年來，以惠濟(jì)區(qū)為主體的鄭州北部地區(qū)大力發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生態(tài)型工業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化，以三全、思念為代表的工業(yè)經(jīng)濟(jì)迅速壯大，以中國鄭州信息創(chuàng)業(yè)產(chǎn)業(yè)園為平臺(tái)的動(dòng)漫、信息創(chuàng)意、服務(wù)外包等高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)蓬勃興起，現(xiàn)代物流和商品批發(fā)業(yè)交易旺盛;以省體育中心、大學(xué)城北區(qū)為支撐的大型文化體育場(chǎng)所初具規(guī)模;集現(xiàn)代農(nóng)業(yè)、生態(tài)工業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)為一體的生態(tài)型城區(qū)正在崛起(圖1)。

圖1 鄭州北部地區(qū)生態(tài)功能分區(qū)Fig.1 The ecological function zoning of northern region of Zhengzhou

5.2 惠濟(jì)區(qū)生態(tài)足跡分析結(jié)果

通過生態(tài)足跡分析，進(jìn)一步識(shí)別惠濟(jì)區(qū)發(fā)展過程中生態(tài)負(fù)荷及生態(tài)承載力的實(shí)際情況和潛在問題。按照(1)～(5)式進(jìn)行計(jì)算，得到惠濟(jì)區(qū)生物資源生態(tài)足跡和能源消費(fèi)生態(tài)足跡及其與鄭州市和河南省的對(duì)比情況(表1，表2)以及惠濟(jì)區(qū)2011年人均生態(tài)承載力(表3)?？梢钥闯?，惠濟(jì)區(qū)對(duì)奶類、糧食、水產(chǎn)品和植物油的消費(fèi)量較大，但人均生態(tài)足跡較大的是植物油、棉花和豬肉，耕地的生態(tài)空間占用較大;另一方面，扣除保護(hù)生物多樣性所需的土地面積后，惠濟(jì)區(qū)的人均可利用生態(tài)承載力為0.998 1 hm2。原因在于惠濟(jì)區(qū)耕地和林地面積較大。盡管惠濟(jì)區(qū)耕地的生態(tài)空間供給與其他類型生態(tài)空間的供給比較起來較大，但仍小于耕地的需求，表明耕地處于生態(tài)赤字狀態(tài)，耕地的可持續(xù)支撐能力較弱。

從生物資源消費(fèi)人均足跡的比較來看，人口越多，人均生態(tài)足跡越大，對(duì)資源環(huán)境的承載力要求越高，可見人口與生態(tài)足跡息息相關(guān)。因此控制人口數(shù)量可以減小生態(tài)足跡。

從能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)來看，電能的生態(tài)占用最大，其次是包括煤炭、焦炭等的固體能源，這種能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)和河南省的情況較為一致。由于惠濟(jì)區(qū)工業(yè)較其他產(chǎn)業(yè)不甚發(fā)達(dá)，因此區(qū)內(nèi)能源的消耗以農(nóng)業(yè)和服務(wù)業(yè)為主，這兩個(gè)產(chǎn)業(yè)主要的能源消耗是電力。而電力能源多來自于區(qū)外，河南省電力以火電為主，即以煤炭消耗為主。盡管電力能源的消耗對(duì)環(huán)境污染相對(duì)較小，但這只是把生態(tài)承載的壓力轉(zhuǎn)移到區(qū)外了。從長遠(yuǎn)和大局來看，需要引入更為清潔的能源。

表1 惠濟(jì)區(qū)2011年生物資源消費(fèi)人均生態(tài)足跡及其與鄭州市和河南省的比較Tab.1 The per capita ecological footprint of biological resources consumption in Huiji District and the comparison with Zhengzhou City and Henan Province in 2011

表2 惠濟(jì)區(qū)2011年能源消費(fèi)人均生態(tài)足跡及其與河南省的比較Tab.2 The per capita ecological footprint of energy consumption in Huiji District and the comparison with Henan Province in 2011

根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果，將生物資源生態(tài)足跡和能源生態(tài)足跡相加，得到惠濟(jì)區(qū)總的人均生態(tài)足跡為4.676 hm2。將惠濟(jì)區(qū)現(xiàn)有的耕地、草地、林地、建筑用地等物理空間的面積乘以相應(yīng)的均衡因子和產(chǎn)量因子，即可得到惠濟(jì)區(qū)基于世界平均生態(tài)生產(chǎn)力的均衡生物生產(chǎn)土地面積，即生態(tài)承載力?；轁?jì)區(qū)2011年人均生態(tài)承載力為0.998 1 hm2，可見惠濟(jì)區(qū)生態(tài)處于赤字狀態(tài)。生態(tài)赤字顯示目前惠濟(jì)區(qū)人口對(duì)自然資本的利用程度超過了自然系統(tǒng)生態(tài)承載力的范圍。

6 生態(tài)經(jīng)濟(jì)示范區(qū)建設(shè)的對(duì)策建議

6.1 建設(shè)綠色田園城區(qū)

建設(shè)經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)三者高度統(tǒng)一的“田園城區(qū)”［17］。按照生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)原理和生態(tài)足跡理論，根據(jù)鄭州北部地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、過程及生態(tài)功能空間分布規(guī)律，規(guī)劃建設(shè)以鄭州市惠濟(jì)區(qū)為主體，以資源環(huán)境承載力為基礎(chǔ)，以“發(fā)展環(huán)境支撐力”為核心理念，以“生態(tài)建設(shè)產(chǎn)業(yè)化、產(chǎn)業(yè)發(fā)展循環(huán)化、城區(qū)發(fā)展田園化、基礎(chǔ)設(shè)施一體化”為發(fā)展思路，在惠濟(jì)區(qū)國家級(jí)生態(tài)示范區(qū)、全國生態(tài)文明小康示范區(qū)的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)、生態(tài)工業(yè)、旅游、康體、地產(chǎn)等生態(tài)產(chǎn)業(yè)，統(tǒng)籌鄭州北部地區(qū)生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展，繼續(xù)維護(hù)好、利用好生態(tài)建設(shè)成果，將生態(tài)資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，以生態(tài)經(jīng)濟(jì)價(jià)值的全面實(shí)現(xiàn)培育地方發(fā)展的新的競(jìng)爭(zhēng)力，把鄭州北部地區(qū)打造成為“山水相依”、“城水互動(dòng)”、“林城共生”的綠色田園城區(qū)。

表3 惠濟(jì)區(qū)2011年人均生態(tài)承載力Tab.3 The per capita ecological carrying capacity of Huiji District in 2011

6.2 構(gòu)建生態(tài)節(jié)能體系

在生態(tài)城市建設(shè)中應(yīng)探索使用太陽能、風(fēng)能、地下溫泉等新型環(huán)保能源。建設(shè)高效便捷和低成本的公交體系，做好機(jī)動(dòng)車污染排放控制并逐步改善車用燃料品質(zhì)。構(gòu)建固體廢棄物處理管理體系。通過推行清潔生產(chǎn)與生態(tài)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)減量化，依靠源頭管理與生態(tài)鏈接實(shí)現(xiàn)物質(zhì)集成和資源化管理，創(chuàng)建一體化的固體廢棄物處理管理體系，建立廢棄物處理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)“減量化、資源化、無害化”的目標(biāo)。具體來說，一是推進(jìn)物質(zhì)減量化。推行清潔生產(chǎn)，對(duì)企業(yè)開展全面清潔生產(chǎn)審核，建立清潔生產(chǎn)公告制度、推進(jìn)企業(yè)清潔生產(chǎn)示范、加強(qiáng)清潔生產(chǎn)培訓(xùn)和宣傳工作，加強(qiáng)清潔生產(chǎn)網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)建設(shè)。推進(jìn)生態(tài)設(shè)計(jì)，從包裝材料的生態(tài)設(shè)計(jì)開始，通過減少材料的使用，提高包裝使用率和使用替代材料等手段，減少資源的使用和廢棄物的產(chǎn)生。建立健全環(huán)境管理系統(tǒng)，進(jìn)一步強(qiáng)化和開展環(huán)境管理系統(tǒng)建設(shè)，鼓勵(lì)并協(xié)助企業(yè)通過ISO 14001認(rèn)證。二是推進(jìn)物質(zhì)資源化。根據(jù)區(qū)域產(chǎn)業(yè)布局，有選擇地引入產(chǎn)業(yè)鏈上下游企業(yè)，延伸產(chǎn)業(yè)鏈，充分使用工業(yè)固體廢棄物質(zhì)資源化。開展區(qū)域材料流分析，推進(jìn)副產(chǎn)品交換，促進(jìn)區(qū)域上下游企業(yè)間的合作，實(shí)現(xiàn)企業(yè)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)績效同時(shí)提高。開展固體廢棄物源頭分揀與專項(xiàng)分揀，在現(xiàn)有固體廢棄物分類回收處理系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，引入靜脈產(chǎn)業(yè)企業(yè)對(duì)難以利用的代謝物進(jìn)行深度終端處理。

6.3 多途徑減少生態(tài)足跡

減少生態(tài)足跡的有效途徑是倡導(dǎo)綠色消費(fèi)和生產(chǎn)。綠色生產(chǎn)即推行循環(huán)經(jīng)濟(jì)和低碳生產(chǎn)，走新型工業(yè)化道路，大力發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，生態(tài)工業(yè)和現(xiàn)代服務(wù)業(yè)，實(shí)現(xiàn)區(qū)域的循環(huán)可持續(xù)發(fā)展［13］。做到區(qū)域內(nèi)部資源的再生及合理利用，以提高自身的生產(chǎn)力。如果充分合理利用了再生資源并做到循環(huán)再利用，就相當(dāng)于提高了生物生產(chǎn)性單位面積上的生產(chǎn)能力，這樣不僅可以實(shí)現(xiàn)城市經(jīng)濟(jì)資源的高效利用，而且可以減少廢物及污染的產(chǎn)生，自然就會(huì)減少生態(tài)足跡。

6.4 轉(zhuǎn)變消費(fèi)觀念和消費(fèi)模式

即由原來的線性消費(fèi)轉(zhuǎn)向可持續(xù)消費(fèi)。消費(fèi)是導(dǎo)致城市生活足跡擴(kuò)大的主要原因，無理性的線性消費(fèi)模式只會(huì)不斷擴(kuò)大自己的生態(tài)足跡，給生態(tài)環(huán)境帶來負(fù)擔(dān)。另外，控制人口增長，可以減少新增人口的資源消耗，從而減少區(qū)域內(nèi)總的生態(tài)足跡。再次，輸出低附加值農(nóng)產(chǎn)品的地區(qū)將使區(qū)域內(nèi)生態(tài)足跡進(jìn)一步加大，因此應(yīng)加大產(chǎn)品的科技和人力資本含量，將簡單初加工的產(chǎn)品轉(zhuǎn)化成高附加值，精深加工產(chǎn)品。

6.5 實(shí)施綜合保護(hù)工程

按照《中國生物多樣性保護(hù)戰(zhàn)略與行動(dòng)計(jì)劃(2011—2030年)》要求，一要建立核心保護(hù)區(qū)。對(duì)目前殘留的濕地斑塊劃定保護(hù)范圍進(jìn)行保護(hù)，充分發(fā)揮保護(hù)生態(tài)、生物多樣性的作用。二要建立緩沖區(qū)。在核心保護(hù)區(qū)的外圍劃定不對(duì)游人開放的區(qū)域，保護(hù)核心區(qū)的生態(tài)過程和自然演替，減少外觀景觀人為干擾帶來的沖擊。三要打造生態(tài)廊道體系。依托邙嶺生態(tài)林和黃河大堤防浪林和防護(hù)林，打造“邙嶺—沿黃森林生態(tài)廊道”，對(duì)賈魯河、索須河進(jìn)行綜合整治，充分利用東風(fēng)渠的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，打造從黃河濕地保護(hù)區(qū)到鄭東新區(qū)龍子湖的運(yùn)河生態(tài)廊道。在鄭州北部地區(qū)形成“三橫一縱”生態(tài)廊道體系，構(gòu)建成具有森林、濕地、河流、城市公園綠地等生態(tài)要素的生態(tài)網(wǎng)絡(luò)體系。同時(shí)加強(qiáng)管理和執(zhí)法，嚴(yán)格執(zhí)行《野生動(dòng)物保護(hù)法》和《自然保護(hù)區(qū)條例》等法規(guī)，嚴(yán)禁獵殺、捕食野生動(dòng)物，保護(hù)野生動(dòng)物棲息環(huán)境，增加保護(hù)區(qū)的景觀異質(zhì)性，模擬自然生態(tài)系統(tǒng)的過程，給動(dòng)物提供環(huán)境多樣的生存場(chǎng)所，促進(jìn)植物的自我演替與更新。

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