謝文瑄, 黃慶旭, 何春陽,*

1 北京師范大學(xué), 地表過程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875 2 北京師范大學(xué), 民政部-教育部減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院, 北京 100875

山東半島城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡的關(guān)系

謝文瑄1, 2, 黃慶旭1, 何春陽1,*

1 北京師范大學(xué), 地表過程與資源生態(tài)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100875 2 北京師范大學(xué), 民政部-教育部減災(zāi)與應(yīng)急管理研究院, 北京 100875

理解城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系是區(qū)域可持續(xù)性研究的重要內(nèi)容,對(duì)實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。然而,目前對(duì)這二者關(guān)系探索的實(shí)證研究較少。以山東半島城市群為例,掌握其2000—2010年的城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)特征,并探索二者之間的關(guān)系。采用景觀擴(kuò)展指數(shù)和生態(tài)足跡模型對(duì)研究區(qū)的城市擴(kuò)展模式和生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)進(jìn)行計(jì)算。在此基礎(chǔ)上,將該區(qū)44個(gè)縣劃分為4種類型,用相關(guān)分析法對(duì)城市擴(kuò)展模式和生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的關(guān)系進(jìn)行探索。結(jié)果表明,2000—2010年山東半島城市群的城市用地面積增量加了1.2×105hm2,增幅為19.4%。44個(gè)縣均體現(xiàn)出邊緣型擴(kuò)展面積最大,生態(tài)赤字增加的特點(diǎn),平均赤字增量為1.26 hm2/人。墾利等27個(gè)縣的外延式擴(kuò)展面積與生態(tài)赤字增加量存在較顯著的正相關(guān)關(guān)系,在濟(jì)陽等17個(gè)縣中,二者未呈現(xiàn)出相關(guān)關(guān)系。建議墾利、淄博和青島等地區(qū)在未來城市發(fā)展中,控制飛地型和邊緣型擴(kuò)展面積總量,發(fā)展清潔能源,遏制化石能源足跡的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

城市擴(kuò)展模式；生態(tài)足跡；城市形態(tài)；山東半島城市群

生態(tài)足跡是指能夠持續(xù)生產(chǎn)某人口群體消費(fèi)的所有資源和吸納他們產(chǎn)生的廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地的總面積[1- 2]。生態(tài)足跡最早由生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rees[3]于1992年提出,其動(dòng)態(tài)變化與區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展密切相關(guān),是衡量人類對(duì)自然資源利用程度以及可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的重要方法[4- 5]。城市擴(kuò)展作為城市化最直接的表現(xiàn)之一,是指由于土地利用方式的改變,導(dǎo)致空間上城市規(guī)模的擴(kuò)大,使得非城市用地轉(zhuǎn)化成為城市用地的過程[6- 8]。城市擴(kuò)展會(huì)影響城市的生態(tài)足跡,一方面居民消費(fèi)水平提高、消費(fèi)模式和生活方式改變,致使資源消耗量急劇增加[9-10]。另一方面,耕地、林地和草地等生物生產(chǎn)性土地被城市用地占用,生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)的能力降低[11-12]。這兩方面共同導(dǎo)致城市生態(tài)足跡的增加,該過程會(huì)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)安全和可持續(xù)性造成巨大威脅。

城市擴(kuò)展模式是體現(xiàn)城市擴(kuò)展時(shí)空特征的重要方面,也是影響城市形態(tài)的重要因素,主要分為飛地型、邊緣型和內(nèi)填型三類。飛地型和邊緣型均屬外延式擴(kuò)展模式,可使城市形態(tài)趨于松散化、破碎化,而內(nèi)填型擴(kuò)展模式則能使城市形態(tài)相對(duì)緊湊[13- 18]。城市形態(tài)會(huì)通過碳排放量對(duì)生態(tài)足跡造成影響。例如,Kareiva等[19]的研究發(fā)現(xiàn)形態(tài)松散的城市人均資源利用量要高于形態(tài)緊湊的城市。Muiz等[20]在巴塞羅那大都市區(qū)的研究表明松散的城市形態(tài)會(huì)導(dǎo)致居民平均交通距離的增加,從而引起能源消耗量和CO2排放量的增加,致使生態(tài)足跡增加更大。Holden[21]在挪威的研究也發(fā)現(xiàn)居住密度大的城鎮(zhèn)生態(tài)足跡更小、可持續(xù)性更高。此外,Creutzig等[22]和Ou等[23]的研究均表明聚合和連續(xù)的城市擴(kuò)展模式與緊湊的城市形態(tài)有助于控制能源消耗的增加趨勢(shì),增加城市發(fā)展的可持續(xù)性。

明確城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系,是區(qū)域可持續(xù)性研究的重要內(nèi)容,對(duì)實(shí)現(xiàn)城市可持續(xù)發(fā)展具有重要指導(dǎo)意義。然而,目前相關(guān)研究多關(guān)注城市形態(tài)與資源消耗量或CO2排放量之間的關(guān)系[19,22-23],較缺乏城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡關(guān)系的實(shí)證研究。

山東半島城市群作為我國(guó)北方重要的經(jīng)濟(jì)發(fā)展區(qū)域,不僅在山東省國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中發(fā)揮著極其重要的作用,而且在我國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展格局中的地位也十分重要[24]。隨著人口激增和城市擴(kuò)展,其脆弱問題日益凸顯,面臨著生態(tài)環(huán)境急劇惡化的危機(jī),如生態(tài)環(huán)境萎縮、水環(huán)境失調(diào)和土地資源破壞嚴(yán)重等[25- 26]。近幾十年,該城市群經(jīng)歷了快速的城市擴(kuò)展過程,研究表明從1999到2010年,城市人口增長(zhǎng)248.8萬人,年均增長(zhǎng)率為1. 6%。城市土地增加888.6hm2,年均增長(zhǎng)率達(dá)7.8%[27]。同時(shí),該區(qū)生態(tài)系統(tǒng)安全性脆弱,據(jù)《中國(guó)生態(tài)足跡報(bào)告2012》顯示,山東省2009年生態(tài)足跡為1.9hm2/人,高于全國(guó)平均水平,且呈現(xiàn)較嚴(yán)重的生態(tài)赤字[28]。

鑒于此,本文以地表覆蓋數(shù)據(jù)為基礎(chǔ),以人口普查數(shù)據(jù)、統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和GIS數(shù)據(jù)為輔助,對(duì)山東半島城市群44個(gè)縣2000—2010年的城市擴(kuò)展模式和生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)進(jìn)行了對(duì)比分析。目的在于認(rèn)識(shí)和理解區(qū)域城市擴(kuò)展模式及其生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的特征及其關(guān)系,并為山東半島城市群城市空間格局優(yōu)化和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)和數(shù)據(jù)

1.1 研究區(qū)

山東半島是我國(guó)的三大半島之一,北部與遼東半島隔渤海海峽相望,東部與韓國(guó)隔黃海相望。是我國(guó)北方大陸伸向西太平洋的最前緣,是亞歐大陸的重要橋頭堡,屬暖溫帶亞濕潤(rùn)季風(fēng)氣候[29]。山東半島城市群(圖1)包括濟(jì)南、青島、煙臺(tái)、淄博、威海、濰坊、東營(yíng)和日照8個(gè)地級(jí)市所轄的44個(gè)縣(市轄區(qū)、縣級(jí)市),其土地總面積為7.09萬km2,2010年年末總?cè)丝诩s為3998.5萬[30]。該城市群地理區(qū)位優(yōu)勢(shì)明顯,是山東省經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高、潛力最大、活力最強(qiáng)的區(qū)域[24]。

圖1 山東半島城市群2010年土地利用/覆蓋圖Fig.1 Land use/cover of Shandong Peninsula Urban Agglomeration in 2010

1.2 數(shù)據(jù)

本文使用到的數(shù)據(jù)共有4類。第1類是2000年和2010年的全球地表覆蓋數(shù)據(jù),該數(shù)據(jù)由國(guó)家測(cè)繪地理信息局發(fā)布(http://www.globallandcover.com/GLC30Download/index.aspx),空間分辨率為30m,使用該套數(shù)據(jù)計(jì)算生態(tài)承載力,并用該數(shù)據(jù)中地類代碼為80的人造覆蓋(主要包括城鎮(zhèn)用地、道路和工礦用地等[31])數(shù)據(jù)計(jì)算城市擴(kuò)展模式。第2類是2001年和2011年的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),主要來自于《山東統(tǒng)計(jì)年鑒》以及各地級(jí)市的統(tǒng)計(jì)年鑒,部分?jǐn)?shù)據(jù)來自于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《國(guó)際統(tǒng)計(jì)年鑒》以及聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)統(tǒng)計(jì)資料。第3類是2000年和2010年的人口普查數(shù)據(jù),數(shù)據(jù)從《中國(guó)2000年人口普查資料》和《中國(guó)2010年人口普查資料》[32- 33]兩本書中摘錄獲得。第4類是GIS輔助數(shù)據(jù),由國(guó)家測(cè)繪地理信息局發(fā)布,包括1∶400萬的市級(jí)行政邊界和縣級(jí)行政邊界數(shù)據(jù)(http://ngcc.sbsm.gov.cn)。

2 方法

2.1 評(píng)估城市擴(kuò)展模式

Liu等[16]提出的景觀擴(kuò)展指數(shù)(Landscape Expansion Index, LEI)(公式1)是目前國(guó)內(nèi)較為系統(tǒng)的城市擴(kuò)展模式定量識(shí)別方法之一,能夠在微觀斑塊尺度較精確地識(shí)別出飛地型、邊緣型和內(nèi)填型3種模式[34]。飛地型是指新增斑塊與原有斑塊處于分離狀態(tài),二者沒有直接接觸；邊緣型是指新增斑塊沿著原有斑塊的邊緣繼續(xù)擴(kuò)展；內(nèi)填型是指新增斑塊發(fā)生在被原有斑塊包圍的區(qū)域,填充原有斑塊[16,18,35]。該指數(shù)已應(yīng)用于東莞[16]和長(zhǎng)江三角洲[35]等地區(qū)的城市擴(kuò)展模式研究?；诖?本文采用該指數(shù)對(duì)山東半島城市群的城市擴(kuò)展模式進(jìn)行定量分析。

(1)

式中,LEI是關(guān)于新增城市斑塊類型的指數(shù)；A0是指新增城市斑塊的緩沖區(qū)與已有城市斑塊的交集；Av是指該緩沖區(qū)與非城市斑塊的交集。當(dāng)LEI=0時(shí),新增城市斑塊為飛地型；0

2.2 計(jì)算生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)

近年來,生態(tài)足跡理論及其相關(guān)問題已成為可持續(xù)發(fā)展領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。生態(tài)足跡因其計(jì)算簡(jiǎn)單,結(jié)果直觀形象,得到了廣泛應(yīng)用,目前已有20多個(gè)國(guó)家利用該方法計(jì)算了各類可持續(xù)發(fā)展和承載力問題[36]。

該理論自提出后,其計(jì)算方法不斷被改進(jìn),主要有傳統(tǒng)的Wachernagel and Rees法、投入產(chǎn)出法、時(shí)間序列法和真實(shí)土地面積法等[37]。雖然這些方法各具特色,但應(yīng)用最廣泛的仍然是Wachernagel等[1]的基本核算模型。因此,本文采用該方法建立生態(tài)足跡核算賬戶模型(表1),估算在一定人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模條件下,維持資源消費(fèi)和廢棄物吸納所必需的生物生產(chǎn)性地域空間[1,38]。參考已有研究[4,39-43],考慮6種生物生產(chǎn)性土地類型,對(duì)生態(tài)足跡進(jìn)行核算(公式2—公式4)。

表1 生態(tài)足跡核算賬戶

(2)

(3)

D=EF-EC

(4)

式中,EF為人均生態(tài)足跡(hm2/人)；EC為人均生態(tài)承載力(hm2/人)；D表示資源利用狀況；i為消費(fèi)項(xiàng)目的類型,共有n類；ci為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的人均消費(fèi)量(kg/人)；pi為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年平均產(chǎn)量(kg/hm2)；j為生物生產(chǎn)性土地類型；aj為某種生物生產(chǎn)性土地類型的實(shí)際人均面積(hm2/人)；rj和yj分別為對(duì)應(yīng)生物生產(chǎn)性土地類型的均衡因子和產(chǎn)量因子。

均衡因子[38]是某類生物生產(chǎn)性土地的單位面積生物產(chǎn)量與具有世界平均生產(chǎn)力的生物生產(chǎn)性土地的單位面積生產(chǎn)量之比。該因子可使不同類型的生物生產(chǎn)性土地的計(jì)算結(jié)果統(tǒng)一、可比。產(chǎn)量因子[38]是某地區(qū)或某國(guó)家的某類生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力與世界同類土地平均生產(chǎn)力的比值。該因子可使不同地區(qū)的計(jì)算結(jié)果可比。為簡(jiǎn)化計(jì)算過程,本文引用謝高地等[4]使用過的均衡因子和劉承某等[44]研究中的產(chǎn)量因子(表1),且不考慮其在時(shí)間尺度上的變化。

在生態(tài)承載力計(jì)算中,應(yīng)扣除12%用于生物多樣性保護(hù)[39]。若D>0,該地區(qū)屬于生態(tài)赤字,表明人類的需求已經(jīng)超過了自然的供給能力；反之,該地區(qū)屬于生態(tài)盈余,表明人類活動(dòng)產(chǎn)生的負(fù)荷還在自然生態(tài)的承受范圍之內(nèi)。

2.3 分析城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的關(guān)系

本文采用四象限分類法和相關(guān)分析法對(duì)城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行初步探索。我們以外延式擴(kuò)展面積的區(qū)域均值和生態(tài)赤字/盈余的增加量/減少量的區(qū)域均值為兩則劃分標(biāo)準(zhǔn)建立分類體系,將山東半島城市群的44個(gè)縣分為4類(Ⅰ至Ⅳ)?；谠摲诸惤Y(jié)果,用Pearson相關(guān)分析方法對(duì)不同類型縣的城市擴(kuò)展模式和生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)之間的關(guān)系進(jìn)行分析,初步探索二者之間的關(guān)系。

3 結(jié)果

3.1 城市擴(kuò)展模式

2000—2010年,山東半島城市群城市用地面積從2000年的6.3×105hm2增加到2010年的7.5×105hm2,增加了19.4%,2010年的面積約為2000年的1.2倍。在新增城市斑塊中,邊緣型擴(kuò)展面積最大,占據(jù)著絕對(duì)的主導(dǎo)地位,內(nèi)填型擴(kuò)展面積次之,飛地型擴(kuò)展面積最小,3種類型面積占總新增城市斑塊面積的比例分別為71.9%、14.3%和13.8%(圖2)。

圖2 山東半島城市群2000—2010年城市擴(kuò)展模式Fig.2 Urban expansion modes of Shandong Peninsula Urban Agglomeration from 2000 to 2010

城市群的44個(gè)縣均體現(xiàn)出邊緣型擴(kuò)展面積占主導(dǎo)的特點(diǎn)(圖2)。邊緣型擴(kuò)展面積所占比例最大的是墾利,其面積占該縣總新增城市斑塊面積的93.4%,青島最少,邊緣型面積所占該縣總新增面積的48.1%,兩者相差近一倍。內(nèi)填型擴(kuò)展最多的是即墨,其面積占該縣總新增城市斑塊面積的45.5%,而墾利的內(nèi)填型最少,僅有1.4%。莒縣飛地型擴(kuò)展最多,其面積占該縣總新增城市面積的39.5%,與之相反,威海幾乎沒有飛地型擴(kuò)展。

不同擴(kuò)展模式面積所占比例具有空間聚集性(圖2)。首先,高密—即墨—青島一帶的內(nèi)填型擴(kuò)展面積所占比例較大,均約占其所在縣擴(kuò)展總量的一半。膠州和高密的內(nèi)填型擴(kuò)展所占比例為44.5%和45.6%,均高于區(qū)域均值14.3%。其次,長(zhǎng)清—章丘—高青一帶的飛地型擴(kuò)展面積所占比例較大,高青、長(zhǎng)清和濟(jì)南的飛地型擴(kuò)展分別為32.1%、23.8%和16.1%,均高于區(qū)域均值13.8%。最后,6個(gè)地級(jí)市(除威海和日照)與其周邊縣的外延式擴(kuò)展面積高于區(qū)域均值,例如濟(jì)南—章丘、淄博—桓臺(tái)和青島—即墨。

3.2 生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)

2000—2010年,山東半島城市群地區(qū)的生態(tài)赤字呈增加趨勢(shì),44個(gè)縣的平均生態(tài)足跡從1.38hm2/人增加到2.64hm2/人,平均生態(tài)赤字從1.16hm2/人增加到2.42hm2/人,赤字增加了1.26hm2/人。增大的生態(tài)赤字說明,人類的生產(chǎn)生活強(qiáng)度已超過了生態(tài)系統(tǒng)的承載能力,生態(tài)系統(tǒng)已處于人類過度開發(fā)利用的壓力之下。

10年內(nèi),城市群中生態(tài)赤字增加量高于區(qū)域均值的縣共有14個(gè),其中生態(tài)赤字增加量最大的是廣饒,增量高達(dá)5.66hm2/人。赤字增量排在前4位的是東營(yíng)市轄區(qū)以及其所轄的廣饒、墾利和利津3個(gè)縣,遠(yuǎn)高于區(qū)域均值。在低于區(qū)域均值的30個(gè)縣中,生態(tài)赤字增加量最小的是萊州,僅為0.02hm2/人(圖3)。

圖3 山東半島城市群2000—2010年生態(tài)赤字增加量Fig.3 Increase in ecological deficit of Shandong Peninsula Urban Agglomeration from 2000 to 2010依據(jù)生態(tài)赤字增加量,采用K-means聚類算法將山東半島城市群中的44個(gè)縣分為4類;其中,兩類的生態(tài)赤字增加量高于區(qū)域均值1.26hm2/人,另外兩類低于區(qū)域均值

2000—2010年,人均生態(tài)赤字增量較大的縣主要集中在東營(yíng)-淄博-沂源和萊西-青島-膠南一帶,且這些城市周邊的縣生態(tài)赤字增加量也較大(圖3)。例如,青島的生態(tài)赤字增量為1.77hm2/人,其以北的即墨、以西的膠州和膠南的生態(tài)赤字增量分別為1.48、1.47hm2/人和1.43hm2/人。同樣,淄博的生態(tài)赤字量為1.67hm2/人,其以南的沂源和以北的桓臺(tái),生態(tài)赤字增加量分別為1.72hm2/人和1.58hm2/人,均高于區(qū)域均值1.26hm2/人。

3.3 城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的關(guān)系

在墾利等27個(gè)縣(Ⅰ型和Ⅲ型)里,外延式擴(kuò)展面積與生態(tài)赤字增加量存在較顯著的正相關(guān)關(guān)系。二者相關(guān)系數(shù)為0.74,并通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)(圖4)?？梢娡庋邮綌U(kuò)展面積較大的縣,城市形態(tài)相對(duì)松散,生態(tài)赤字增加量更大,該結(jié)果與已有研究結(jié)果[19- 23]基本一致。其中,墾利的外延式擴(kuò)展面積大,其生態(tài)赤字增加量最高,為5.59hm2/人,反之,平陰的外延式擴(kuò)展面積小,其生態(tài)赤字增加量?jī)H為0.30hm2/人。

而在濟(jì)陽等17個(gè)縣(Ⅱ型和Ⅳ型)中,外延式擴(kuò)展面積與生態(tài)赤字增加量之間未呈現(xiàn)出明顯的相關(guān)關(guān)系。二者相關(guān)系數(shù)雖為-0.43,但并未通過顯著性檢驗(yàn)(圖4)。城市擴(kuò)展模式并不是影響這17個(gè)縣生態(tài)赤字增加的主要因素。例如,利津的生態(tài)赤字增加量是高青的3.3倍,而外延式擴(kuò)展面積差別甚微。又如濟(jì)南比海陽的外延式擴(kuò)展面積大3537hm2,但生態(tài)赤字增加量卻相差無幾。

圖4 基于城市擴(kuò)展模式與生態(tài)赤字增加量的縣的分類Fig.4 Classification of counties based on urban expansion modes and increase in ecological deficitR為Pearson相關(guān)系數(shù),P為顯著性水平

城市擴(kuò)展模式在一定程度上可解釋一部分縣的生態(tài)赤字增加,而在另一部分縣中,并沒有良好體現(xiàn)。這是由于生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)是眾多因素綜合驅(qū)動(dòng)的結(jié)果,除城市擴(kuò)展模式外,還存在其它社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素,如GDP、第三次產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP貢獻(xiàn)率、人口增長(zhǎng)率、居民消費(fèi)水平和政策干預(yù)等。因此,其它因素可能是影響Ⅱ和Ⅳ型縣生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的主要因子。

4 討論

4.1 化石能源足跡是城市擴(kuò)展模式影響生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的主要因素

從生態(tài)足跡的組成結(jié)構(gòu)來看,2010年城市群44個(gè)縣的平均化石能源足跡所占比例為67.3%,是生態(tài)足跡最主要的組分。2000—2010年,該區(qū)域化石能源足跡增長(zhǎng)了3.4倍,生態(tài)足跡從生態(tài)承載力的7.3倍增加到14.5倍,而承載力變化微小,致使生態(tài)赤字增加?？梢娚鷳B(tài)足跡組分中化石能源足跡的大幅增長(zhǎng)是生態(tài)赤字增加的主要原因。

外延式擴(kuò)展面積與化石能源足跡增加量存在較顯著的正相關(guān)關(guān)系。在27個(gè)樣本中,二者相關(guān)系數(shù)為0.76,并通過了0.01水平的顯著性檢驗(yàn)(圖5)。在城市擴(kuò)展過程中,若邊緣型和飛地型兩種外延式擴(kuò)展面積大,城市形態(tài)趨向于松散化,則會(huì)帶來較高的能源消耗量。諸如煤炭、天然氣和石油等能源的消耗都會(huì)向自然環(huán)境排放CO2,這需要相應(yīng)的化石能源用地來“吸收”CO2[41],也就造成了大量的化石能源足跡,繼而引發(fā)生態(tài)赤字的加劇。

圖5 外延式擴(kuò)展面積與化石能源足跡增加量的相關(guān)系數(shù) Fig.5 Correlation between epitaxial expansion areas and increase in fossil fuels footprint圖中27個(gè)樣本點(diǎn)是山東半島城市群中的Ⅰ型和Ⅲ型縣；R為Pearson相關(guān)系數(shù),P為顯著性水平

可通過控制化石能源足跡的增加趨勢(shì),提高城市發(fā)展的可持續(xù)性。在城市擴(kuò)展過程中,Ⅲ型和Ⅳ型縣的生態(tài)赤字量增加較小,城市發(fā)展可持續(xù)性相對(duì)較高。Ⅱ型縣雖然生態(tài)赤字增加量較大,但其外延式擴(kuò)展面積較少,城市用地?cái)U(kuò)展相對(duì)集約。而Ⅰ型縣的外延式擴(kuò)展面積和生態(tài)赤字增加量均高于區(qū)域均值,城市形態(tài)趨向于松散化,區(qū)域可持續(xù)性發(fā)展面臨壓力較大。因此,需要對(duì)墾利、淄博和青島等7個(gè)外延式擴(kuò)展面積與生態(tài)赤字增加量均高于區(qū)域均值的地區(qū)給予更多關(guān)注,應(yīng)控制其化石能源消耗量的增加趨勢(shì),遏制化石能源足跡的增長(zhǎng)趨勢(shì)。

4.2 規(guī)劃政策啟示

山東半島城市群目前正處于快速發(fā)展的階段,2000至2010年該區(qū)域城市用地面積增加了1.2×105hm2。但由于其資源承載能力不強(qiáng),土地開發(fā)利用效率不高,利用方式較為粗放,生態(tài)環(huán)境保護(hù)壓力大[45]。10年間生態(tài)赤字加劇,人均增量為1.26hm2,可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r堪憂。

《山東省新型城鎮(zhèn)化規(guī)劃(2014—2020 年)》中指出“要嚴(yán)格劃定城鎮(zhèn)建設(shè)用地規(guī)模邊界和擴(kuò)展邊界、禁止建設(shè)區(qū),強(qiáng)化對(duì)城鄉(xiāng)用地規(guī)模、布局和形態(tài)的管控”。同時(shí)強(qiáng)調(diào),應(yīng)促進(jìn)城市清潔能源供應(yīng)設(shè)施建設(shè),推進(jìn)綠色、循環(huán)、低碳發(fā)展,引導(dǎo)居民自覺減少能源和資源使用。基于此,我們建議一方面對(duì)外延式擴(kuò)展面積高于區(qū)域均值的17個(gè)縣要恪守集約用地制度,適當(dāng)控制飛地型和邊緣型擴(kuò)展面積,保證城市向緊湊型形態(tài)發(fā)展。另一方面,對(duì)生態(tài)赤字增量高于區(qū)域均值的14個(gè)縣應(yīng)大力推廣使用太陽能等清潔能源,控制化石能源使用量,遏制化石能源足跡的增加趨勢(shì),維護(hù)區(qū)域生態(tài)安全,推進(jìn)城市可持續(xù)發(fā)展。

4.3 不足與展望

本文在城市擴(kuò)展模式和生態(tài)足跡的計(jì)算與分析中存在一些不足。第一,景觀擴(kuò)展指數(shù)計(jì)算中的緩沖區(qū)設(shè)置值會(huì)影響城市擴(kuò)展模式類型的劃分。第二,未對(duì)生態(tài)足跡計(jì)算參數(shù)進(jìn)行本地化,研究使用的是“全球公頃”單位的均衡因子和“省公頃”單位的產(chǎn)量因子[41],無法精確反映各縣的真實(shí)生產(chǎn)狀況和發(fā)展特征。第三,最小研究單元為縣,由于受到統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的限制,部分縣的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)使用的是其所在市的均值,未能較好體現(xiàn)地區(qū)之間的差異性。第四,由于樣本數(shù)量和可獲取數(shù)據(jù)有限,本文并未深入分析城市擴(kuò)展模式影響生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的更深層次的原因,也未能深入分析其它可能影響生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的因素。

未來研究,一方面,可以在優(yōu)化生態(tài)足跡計(jì)算方法的基礎(chǔ)上,增加研究樣本數(shù)量,從公共交通、市政設(shè)施和能源消耗等方面入手,深入分析城市擴(kuò)展模式影響生態(tài)足跡的內(nèi)在原因。另一方面,也可以通過主成分分析和多元回歸分析方法對(duì)影響或限制生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素展開系統(tǒng)、全面的研究,揭示出普適性規(guī)律。

5 結(jié)論

山東半島城市群2000—2010年城市用地面積增加了1.2×105hm2,增幅為19.4%。在快速的城市擴(kuò)展過程中,44個(gè)縣均呈現(xiàn)出邊緣型擴(kuò)展面積最大、生態(tài)赤字增加的特點(diǎn)。人均赤字增加量為1.26hm2,區(qū)域可持續(xù)發(fā)展面臨著較大威脅。

外延式擴(kuò)展面積與生態(tài)赤字增加量之間存在較顯著正相關(guān)關(guān)系,同時(shí)化石能源足跡的急劇增加是造成生態(tài)赤字增加的主要原因,該特征在墾利、蓬萊等27個(gè)縣中得到了較好體現(xiàn)。因此,在未來城市發(fā)展中,有必要控制外延式擴(kuò)展總量,并且采取能夠有效遏制化石能源足跡增長(zhǎng)趨勢(shì)的措施,努力實(shí)現(xiàn)區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展。特別是墾利、淄博和青島等7個(gè)外延式擴(kuò)展面積和生態(tài)赤字增加量均高于區(qū)域均值的縣,應(yīng)給予更多的關(guān)注。

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Urban expansion modes and regional ecological footprints in the Shandong Peninsula Urban Agglomeration

XIE Wenxuan1, 2, HUANG Qingxu1, HE Chunyang1,*

1StateKeyLaboratoryofEarthSurfaceProcessesandResourceEcology,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China2AcademyofDisasterReductionandEmergencyManagement,MinistryofCivilAffairs&MinistryofEducation,BeijingNormalUniversity,Beijing100875,China

Understanding the relationship between urban expansion modes and regional ecological footprints is an important objective in regional sustainability research, and can provide crucial guidance for achieving urban sustainable development. However, empirical research on the relationship between urban expansion modes and ecological footprints is limited. Taking the Shandong Peninsula Urban Agglomeration as an example, the goals of the present study are to examine the characteristics of urban expansion modes and ecological footprint dynamics from 2000 to 2010, and to analyze the relationship between them. We quantified the urban expansion modes and ecological footprint dynamics using the landscape expansion index and ecological footprint model. Then, we divided the 44 counties in the study area into 4 types, and analyzed the relationship between urban expansion modes and ecological footprint dynamics among them using a correlation analysis. The results showed that urban land area of the Shandong Peninsula Urban Agglomeration increased by 1.2 × 105hm2(19.4%), and the average ecological deficit increased by 1.26 hm2per capita from 2000 to 2010. In all 44 counties, the area of edge-expansion growth was the largest and the ecological deficit increased. There was a significant positive correlation between epitaxial expansion areas and the ecological deficit increment in 27 counties, such as Kenli. However, 17 counties did not show significant correlations. In the future, for sustainable development in this region, controlling the area of outlying and edge-expansion growth, utilizing new clean energy, and limiting the fossil fuel footprints in several counties, such as Kenli, Zibo, and Qingdao, should be the focus.

urban expansion modes; ecological footprints; urban form; Shandong Peninsula Urban Agglomeration

國(guó)土資源部公益性行業(yè)科研專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)課題(201411014- 2- 1)

2015- 09- 10;

日期:2016- 06- 13

10.5846/stxb201509101872

*通訊作者Corresponding author.E-mail: hcy@bnu.edu.cn

謝文瑄, 黃慶旭, 何春陽.山東半島城市擴(kuò)展模式與生態(tài)足跡的關(guān)系.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(3):969- 978.

Xie W X, Huang Q X, He C Y.Urban expansion modes and regional ecological footprints in the Shandong Peninsula Urban Agglomeration.Acta Ecologica Sinica,2017,37(3):969- 978.