(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454000)

焦作市人均三維生態(tài)足跡的動(dòng)態(tài)分析

黃艷麗,喬衛(wèi)芳
(河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454000)

基于三維生態(tài)足跡模型,以焦作市的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)分別測(cè)算了2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年共6個(gè)年份的足跡廣度、足跡深度和人均三維生態(tài)足跡。結(jié)果表明：焦作市2004—2014年的足跡廣度、足跡深度和人均三維生態(tài)足跡均呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì)。其中,耕地是人均生態(tài)足跡廣度的主要構(gòu)成部分,占比達(dá)到65%以上,說(shuō)明耕地是焦作市流量資本的主要載體,其變化對(duì)人均生態(tài)足跡廣度的變化起決定性的作用；足跡深度的主要組成是化石能源用地,占比達(dá)40%以上,表明焦作市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對(duì)存量資本的消耗主要以原煤、焦炭等礦物資源消費(fèi)為主；人均三維生態(tài)足跡受足跡廣度和足跡深度的共同影響,也受自然資源稟賦的影響,焦作市的足跡廣度變化不大。因此,只有把握好轉(zhuǎn)型后的關(guān)鍵時(shí)期,繼續(xù)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,提高資源的利用效率,減少足跡深度,才能降低人均三維生態(tài)足跡,提高焦作市的可持續(xù)發(fā)展能力。

生態(tài)足跡;可持續(xù)發(fā)展;足跡廣度;足跡深度;三維模型;焦作市

可持續(xù)發(fā)展是當(dāng)今社會(huì)永恒的主題。作為一種衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度和生態(tài)安全的方法,生態(tài)足跡最早是由加拿大籍生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William Rees教授提出的[1]。任何一個(gè)已知人口區(qū)域的生態(tài)足跡可被定義為：在當(dāng)前技術(shù)水平下生產(chǎn)這個(gè)區(qū)域所消費(fèi)的資源和吸納這個(gè)區(qū)域所產(chǎn)生的廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性面積[2,3]。生態(tài)足跡反映地區(qū)的資源消耗的數(shù)量和強(qiáng)度,是揭示人類持續(xù)生存的生態(tài)閾值的一種科學(xué)有效的方法[4,5]。但由于傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型存在一些缺陷,三維生態(tài)足跡模型通過(guò)引入足跡廣度和足跡深度兩個(gè)指標(biāo)[6-8],將生態(tài)足跡模型由原來(lái)的二維增加到三維,實(shí)現(xiàn)了對(duì)流量資本占用和存量資本消耗的分類表征[8,9],能更準(zhǔn)確地反映區(qū)域的生態(tài)壓力狀態(tài)。

河南省焦作市是一個(gè)資源型工業(yè)城市,雖然已成功實(shí)現(xiàn)從資源枯竭型城市向旅游型城市的成功轉(zhuǎn)型,但其工業(yè)比重依然較大,自然資源的過(guò)度利用對(duì)城市化的發(fā)展和生態(tài)環(huán)境的改善存在巨大挑戰(zhàn),經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)可持續(xù)矛盾突出,因此需要對(duì)其發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行科學(xué)正確的評(píng)價(jià)。本文依據(jù)三維生態(tài)足跡模型,計(jì)算和分析了焦作市2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年足跡廣度、足跡深度和人均三維生態(tài)足跡的變化,為解決該市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展和生態(tài)環(huán)境退化之間的矛盾提供借鑒。

1 研究區(qū)概況

焦作市地處河南省西北部,是晉陜蒙接壤地區(qū)的重要能源基地和晉煤南下東運(yùn)的咽喉要道,地理坐標(biāo)為34°49′03″—35°29′45″N、112°43′31″—113°38′35″E,總面積407lkm2。區(qū)內(nèi)擁有豐富的自然資源,特別是礦產(chǎn)資源種類多,儲(chǔ)量大,經(jīng)過(guò)普查的礦產(chǎn)資源有40多種,占河南省已發(fā)現(xiàn)礦種的25%,開(kāi)采條件好的礦產(chǎn)有煤、硫鐵礦、水泥灰?guī)r、化工灰?guī)r等。由于礦產(chǎn)資源豐富,再加上國(guó)家宏觀工業(yè)布局的影響,長(zhǎng)期以來(lái)焦作市形成了以能源、化工、原材料等為主的重型化工業(yè)結(jié)構(gòu)布局。截止2014年末,焦作市總?cè)丝跒?68.49萬(wàn)人,地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)到1846.32億元,人均GDP為52477元,城鎮(zhèn)化率達(dá)53.21%。經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展意味著資源和能源的大量消耗,城市化水平和人民生活水平快速提高的同時(shí)人地矛盾愈加突出、生態(tài)環(huán)境不斷惡化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)可持續(xù)矛盾日益嚴(yán)重。

2 研究方法

2.1 三維生態(tài)足跡模型

三維生態(tài)足跡模型[10-12]是在傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型已有指標(biāo)(生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字)的基礎(chǔ)上,分別引入了足跡廣度和足跡深度。該模型把生態(tài)足跡當(dāng)作一個(gè)圓柱體,足跡廣度代表了圓柱體的底面,足跡深度代表了圓柱體的高,兩者相乘即為三維生態(tài)足跡。三維生態(tài)足跡模型中的足跡廣度取生態(tài)足跡和生物承載力中的較小值,表征人類對(duì)生物生產(chǎn)性土地的年際需求[13];足跡深度是人類對(duì)自然資本存量的消耗程度[6],表征人類對(duì)超過(guò)生物承載力部分資源的累計(jì)需求。因此,三維生態(tài)足跡模型既強(qiáng)調(diào)了土地資源在空間上的稀缺性,又關(guān)注了資源消費(fèi)與資源再生在時(shí)間上的不同步性,在衡量可持續(xù)發(fā)展時(shí)比傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型更具有優(yōu)勢(shì)。針對(duì)區(qū)域尺度的三維生態(tài)足跡模型的計(jì)算公式[7]為:

EF3D,region=EFsize,region×EFdepth,region

式中,EFsize、region為區(qū)域的足跡廣度;EFdepth、region為區(qū)域的足跡深度;EFi為第i地類的生態(tài)足跡;BCi為第i地類的生態(tài)承載力;EF3D、region為區(qū)域的三維生態(tài)足跡(hm2)。EFsize、region越大,表示區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性越強(qiáng);EFdepth、region越大,被消耗的自然資本存量越多,發(fā)展越不可持續(xù)。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

計(jì)算生態(tài)足跡的數(shù)據(jù)主要來(lái)源于相關(guān)年份的《焦作市統(tǒng)計(jì)年鑒》,我們將各年份生物資源項(xiàng)目和能源消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的生物生產(chǎn)性用地,各項(xiàng)生物資源的全球平均產(chǎn)量參考聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)的數(shù)據(jù)庫(kù)[14]。均衡因子采用世界自然基金會(huì)(2004年)提出的土地等價(jià)因子[15]:可耕地2.19、森林1.48、牧草地0.48、水域0.36、建筑用地2.19、化石能源地1.49。產(chǎn)量因子是通過(guò)焦作市各類型土地生產(chǎn)力與世界平均生產(chǎn)力對(duì)比獲得。

3 基于三維模型的人均生態(tài)足跡變化

3.1 生態(tài)足跡和生態(tài)承載力

2004—2014年焦作市人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì),從2004年的4.1424hm2/人增長(zhǎng)到2008年的5.2230hm2/人,年均增長(zhǎng)率為6.52%,然后又下降到2014年的3.7379hm2/人,年均遞減4.74%。與此相反,同期人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)先緩慢下降后緩慢上升的趨勢(shì),從2004年的0.6406hm2/人緩慢下降到2012年的0.5915hm2/人,年均遞減率為0.96%,然后又上升到2014年的0.6134hm2/人,年均遞增1.85%?？傮w上,兩者呈相反變化趨勢(shì)(圖1)。從人均生態(tài)足跡的構(gòu)成來(lái)看,化石能源用地對(duì)人均生態(tài)足跡的趨勢(shì)起到了決定性的作用,占?xì)v年人均生態(tài)足跡的70%左右。此外,經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展使人們的生活水平穩(wěn)步提高,對(duì)草地、林地、水域和建筑用地的需求都穩(wěn)步增加,這是導(dǎo)致人均生態(tài)足跡增長(zhǎng)較為迅速的原因之一。2008年之后,工業(yè)發(fā)展不斷降低單位GDP能耗使人均生態(tài)足跡開(kāi)始回落,說(shuō)明焦作市人均生態(tài)足跡增加的最大驅(qū)動(dòng)力是以重工業(yè)為主導(dǎo)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。由于人均生態(tài)足跡對(duì)人類活動(dòng)較為敏感,波動(dòng)較大;而由于人均生態(tài)承載力更多地受自然資源稟賦的影響,波動(dòng)相對(duì)較小。十年間,盡管人均生態(tài)足跡有一定程度的減少,人均生態(tài)承載力有一定程度的提高,但人均生態(tài)赤字依然較大,平均高達(dá)3.8241hm2/人。

圖1 焦作市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力的變化趨勢(shì)

3.2 足跡廣度

對(duì)生態(tài)赤字的國(guó)家或地區(qū)而言,人均足跡廣度在一定程度上反映了可再生資源的豐裕度,因此可作為衡量該國(guó)家或區(qū)域可再生資源稟賦的重要指標(biāo)。2004年、2006年、2008年、2010年、2012年、2014年焦作市人均生態(tài)足跡廣度見(jiàn)表1。從表1和圖2可見(jiàn),2004—2014年焦作市人均生態(tài)足跡廣度呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì),從2004年的0.3329hm2/人增長(zhǎng)到2010年的0.3682hm2/人,然后下降到了2014年的0.3231hm2/人。從增長(zhǎng)速度來(lái)看,2004—2006年焦作市人均生態(tài)足跡廣度增長(zhǎng)較緩慢,年平均增長(zhǎng)率僅0.51%;2006—2010年人均生態(tài)足跡增長(zhǎng)較為迅速,年平均增長(zhǎng)率為2.37%;2010年之后,人均生態(tài)足跡廣度開(kāi)始下降,2010—2012年人均生態(tài)足跡廣度的下降速度較慢,年平均減少率為1.06%;2012—2014年人均生態(tài)足跡廣度下降較迅速,年平均減少率為2.59%。

表1 2004—2014年焦作市人均生態(tài)足跡廣度(hm2/人)

圖2 焦作市2004—2014年人均生態(tài)足跡廣度構(gòu)成及其變化

從人均生態(tài)足跡廣度的構(gòu)成來(lái)看,貢獻(xiàn)最大的是耕地,在歷年人均生態(tài)足跡廣度中的占比在65%以上,其余依次是林地、水域、建筑用地、化石能源用地和草地,說(shuō)明焦作市人均占用土地面積主要以耕地為主,即耕地是焦作市流量資本的主要載體。從時(shí)間序列上看,十年間耕地和林地變化不大,僅有較小幅度波動(dòng);草地、水域和建筑用地逐年增加,在人均生態(tài)足跡廣度中的占比有所提高,表明草地、水域和建筑用地作為流量資本載體的地位有所增強(qiáng);化石能源用地足跡逐年下降,特別是在2008年之后下降較明顯,表明化石能源用地作為流量資本載體的地位在逐漸減弱,這與焦作市作為資源枯竭型城市的向旅游城市的成功轉(zhuǎn)型在時(shí)間上是一致的。

3.3 足跡深度

區(qū)域足跡深度能反映一個(gè)國(guó)家或地區(qū)存量資本的消耗程度。對(duì)長(zhǎng)期生態(tài)赤字的國(guó)家和地區(qū)而言,足跡深度還反映了存量資本累積負(fù)債對(duì)代際公平性的負(fù)面影響。2004—2014年,焦作市足跡深度經(jīng)歷了先增大后減少的發(fā)展變化(表2),由2004年的11.9467增加到2008年的14.0211,增長(zhǎng)了17.36%；然后又下降到2014年的11.5270,降低了17.79%。十年來(lái),焦作市足跡深度盡管有所下降,但仍然維持在一個(gè)較高的水平上(圖3)。從足跡深度的構(gòu)成可知,化石能源用地足跡深度占總足跡深度的40%以上,最高時(shí)達(dá)到55%,表明焦作市的礦物資源消費(fèi)在存量資本消耗中占有較大的比例,即焦作市經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展主要依賴于原煤、焦炭等主要能源礦物資源的過(guò)度消耗。

表2 2004—2014年焦作市足跡深度

圖3 焦作市2004—2014年足跡深度變化

3.4 焦作市人均三維生態(tài)足跡

2004—2014年焦作市人均三維生態(tài)足跡的計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。從表3可見(jiàn),十年間焦作市人均三維生態(tài)足跡經(jīng)歷了先升上后下降的變化趨勢(shì),從2004年的0.4911hm2增加到2008年的0.5506hm2,然后又下降到2014年的0.5022hm2;人均生態(tài)承載力總體呈現(xiàn)出降低的趨勢(shì),但中間也有一定的波動(dòng),從2004年的0.6406hm2降低到2014年的0.6134hm2,總體下降了4.24%;人均三維生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力較接近,僅有少量的生態(tài)盈余。從三維生態(tài)足跡的構(gòu)成來(lái)看(圖4),2004—2014年耕地足跡是焦作市三維生態(tài)足跡的重要組成部分,所占比例在60%以上;林地足跡在三維生態(tài)足跡中的比例在8%左右,最高可達(dá)10%;草地、水域和建筑用地足跡一致處于不斷上升的趨勢(shì);化石能源用地足跡先升后降,與人均三維生態(tài)足跡保持一致的變化趨勢(shì)。

表3 2004—2014年焦作市人均三維生態(tài)足跡(hm2/人)

圖4 焦作市2004—2014人均三維生態(tài)足跡構(gòu)成及其變化

4 討論

土地是支撐人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的基本載體,也是維持可持續(xù)發(fā)展所必須的稀缺資源[16]。生態(tài)足跡模型通過(guò)產(chǎn)量因子和均衡因子將負(fù)載在不同地類上的自然資本供需狀況轉(zhuǎn)換為確切的土地資本數(shù)量,因此可作為評(píng)價(jià)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)的有效工具。焦作市是資源型城市,前期工業(yè)的迅速發(fā)展主要依賴于原煤、焦炭等主要能源的消耗,依托能源優(yōu)勢(shì)發(fā)展了與之相關(guān)的產(chǎn)業(yè),為焦作市GDP的增加做出了較大的貢獻(xiàn),但也因此導(dǎo)致人均生態(tài)足跡快速增加,遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了其人均生態(tài)承載力,生態(tài)赤字較大,區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力相對(duì)較弱。

三維生態(tài)足跡模型的提出為生態(tài)足跡改進(jìn)研究提供了新的視角,它將自然資本類型劃分為存量資本和流量資本,分別運(yùn)用足跡深度和足跡廣度兩個(gè)指標(biāo)來(lái)評(píng)估區(qū)域自然資本的利用狀況,使流量資本和存量資本在各地類載體上的變化過(guò)程清晰可見(jiàn),對(duì)揭示自然資本需求與地區(qū)的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和工業(yè)化進(jìn)程之間的內(nèi)在關(guān)系有較好的幫助。從本文的分析可知,焦作市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力相差較大,生態(tài)赤字較嚴(yán)重。因此,流量資本的占用主要受可再生資源稟賦的制約,而存量資本的消耗程度是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力的一個(gè)標(biāo)志,也是影響人均三維生態(tài)足跡變化的一個(gè)重要因素。由焦作市2008—2014年足跡廣度和足跡深度的變化可知,足跡廣度總體變化不大,草地和水域的足跡廣度在逐年增加,化石能源用地的足跡廣度和足跡深度則明顯降低,表明焦作市化石能源用地作為流量資本載體的地位逐漸減弱,且在存量資本消耗中所占的比例也逐漸降低。即焦作市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)度依賴礦產(chǎn)能源等存量資本消耗的狀況在逐漸改善,這與焦作市從“煤城”到“優(yōu)秀旅游城市”的成功轉(zhuǎn)型是分不開(kāi)的。

從足跡廣度、足跡深度和人均三維生態(tài)足跡的變化過(guò)程來(lái)看,焦作市足跡深度和人均三維生態(tài)足跡的變化在時(shí)間上具有較好的一致性。人均足跡廣度與兩者相比,顯示出一定的滯后性,說(shuō)明焦作市人均三維生態(tài)足跡的變化受足跡廣度和足跡深度的共同影響,但足跡深度對(duì)人均三維生態(tài)足跡的影響大于足跡廣度。由足跡深度的組成可知,足跡深度大于1的地類主要是耕地、草地和化石能源用地。特別是耕地足跡深度,盡管其足跡深度與化石能源用地足跡深度相比較低,但十年來(lái)一直呈增加趨勢(shì),且耕地在人均足跡廣度中的占比較高,因此耕地足跡深度的不斷增加對(duì)人均三維生態(tài)足跡的影響同樣不能忽視。焦作市仍處于經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵時(shí)期,在社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境矛盾不斷加劇的今天,要實(shí)現(xiàn)焦作的可持續(xù)發(fā)展,必須把握好轉(zhuǎn)型后的關(guān)鍵時(shí)期,繼續(xù)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式。工業(yè)上不斷降低單位GDP能耗,提高資源的利用效率;農(nóng)業(yè)上減少化肥和農(nóng)藥的使用,提高農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)對(duì)區(qū)域環(huán)境的生態(tài)服務(wù)功能,同時(shí)倡導(dǎo)生態(tài)環(huán)保的消費(fèi)模式,減少碳排放,將有助于降低足跡深度,從而提高焦作市的可持續(xù)發(fā)展能力。

5 結(jié)論

主要是:①焦作市2004—2014年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力相差較大,生態(tài)赤字嚴(yán)重,總體呈現(xiàn)逆向變化趨勢(shì),人均生態(tài)足跡先增長(zhǎng)后降低,由于受人類活動(dòng)的影響較大,波動(dòng)明顯;人均生態(tài)承載力先下降后上升,更多地受制于自然資源稟賦,波動(dòng)相對(duì)較小。②焦作市2004—2014年足跡廣度和足跡深度均呈現(xiàn)先增長(zhǎng)后降低的趨勢(shì)。從人均足跡廣度的構(gòu)成來(lái)看,耕地是其主要組成部分,十年間變化不大;草地、水域和建筑用地逐年增加,在人均足跡廣度中的占比有所提高;化石能源用地的足跡廣度則逐年下降。從足跡深度的構(gòu)成來(lái)看,化石能源用地的占比在40%以上,最高時(shí)達(dá)到55%。③2004—2014年焦作市人均三維生態(tài)足跡的大小與焦作市人均生態(tài)承載力比較接近,與足跡廣度和足跡深度呈現(xiàn)同向變化趨勢(shì),經(jīng)歷了先升后降的變化過(guò)程,三者相比,足跡廣度的變化稍顯滯后。④人均三維生態(tài)足跡的變化受足跡廣度和足跡深度的共同影響,焦作市的足跡廣度由于受自然資源稟賦的影響變化不大。因此,要降低人均三維生態(tài)足跡,提高焦作市的可持續(xù)發(fā)展能力,需要從減小足跡深度入手,把握好經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型后的關(guān)鍵時(shí)期,轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式,提高資源利用效率。

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DynamicAnalysisofPerCapitaThree-dimensionalEcologicalFootprintinJiaozuoCity

HUANG Yan-li,QIAO Wei-fang
(School of Surveying and Land Information Engineering,Henan Polytechnic University,Jiaozuo 454000,China)

Based on the three-dimensional ecological footprint model and method,the per capita three-dimensional ecological footprint of 6 years(2004,2006,2008,2010,2012,2014)in Jiaozuo City was calculated on the basis of the statistical data,and its dynamic changes was analyzed.The results showed that footprint size,footprint depth,and per capita 3D ecological footprint of Jiaozuo City during 2004 to 2014 increased first,and then decreased.The cultivated land was the main composition of per capita footprint size,accounted for more than 65%,indicating that the cultivated land was the main carrier of Jiaozuo capital flow,and its changes played a decisive role in the change of per capita ecological footprint size,and the main composition of footprint depth was fossil energy land,accounted for more than 40%,showed that the depletion of stocks in economic development mainly in coal,coke and other mineral resources consumption.3D ecological footprint per capita was influenced by footprint size and footprint depth.Due to the influence of natural resources,the footprint size of Jiaozuo had little change. Therefore,in order to improve the ability of sustainable development of Jiaozuo City,we should grasp the key period of transition,continue to change the mode of economic development,improve the resource utilization efficiency,reduce the footprint depth,in order to reduce 3D ecological footprint per capita.

ecological footprint;sustainable development;footprint size;footprint depth;3D model;Jiaozuo City

10.3969/j.issn.1005-8141.2017.02.006

X826

A

1005-8141(2017)02-0156-04

2016-12-12；

2017-01-17

國(guó)家社會(huì)科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào):11CJY050);河南省高等學(xué)校青年骨干教師資助計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào):2011GGJS-053)。

黃艷麗(1979-),女,河南省漯河人,碩士研究生,講師,主要從事土地評(píng)價(jià)與規(guī)劃的教學(xué)與研究工作。

喬衛(wèi)芳(1980-),女,河南省尉氏人,碩士研究生,講師,主要從事資源與環(huán)境方面的教學(xué)和研究工作。