李 坦,王 靜,張慶國(guó),崔玉環(huán),姚佐文

1 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)理學(xué)院,合肥 230036 2 云南財(cái)經(jīng)大學(xué)統(tǒng)計(jì)與數(shù)學(xué)學(xué)院,昆明 650221 3 安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院,合肥 230036

21世紀(jì)以來(lái),合肥市地區(qū)生產(chǎn)總值已由2000年全國(guó)省會(huì)城市排名第26名增長(zhǎng)到2014年的全國(guó)前十,取得了省會(huì)城市增幅全國(guó)第一的矚目成績(jī),經(jīng)濟(jì)的增長(zhǎng)、城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快也必然會(huì)催化經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境建設(shè)之間的矛盾。怎樣擺脫快速城鎮(zhèn)化進(jìn)程中對(duì)自然資源環(huán)境的過(guò)度依賴,脫鉤經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與土地資源消耗、提升土地利用效率是合肥市城鎮(zhèn)化進(jìn)程中亟待解決的一個(gè)重要議題,也是合肥市實(shí)現(xiàn)新型城鎮(zhèn)化的必經(jīng)之路。因此,如何掌握合肥市資源環(huán)境需求量的變化,協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與自然資源環(huán)境承載力之間的關(guān)系,走新型城鎮(zhèn)化道路,嚴(yán)守生態(tài)紅線,是當(dāng)前面臨的主要問(wèn)題。

生態(tài)足跡是評(píng)價(jià)資源消耗強(qiáng)度與生態(tài)承載力協(xié)調(diào)與否的有效手段,最初由Rees[1]提出,后由Wackernagel[2]于1992年進(jìn)行了完善。自1999年“生態(tài)足跡”概念正式引入我國(guó),李利鋒[3]、成升魁[4- 5]、陳東景[6]、謝高地[7]等學(xué)者分別研究了生態(tài)足跡的理論、方法和計(jì)算模型,并利用此模型對(duì)我國(guó)及部分地區(qū)的生態(tài)狀況進(jìn)行實(shí)證分析[8]。概括來(lái)看,近20年間,學(xué)術(shù)界研究主要集中于3個(gè)方面：一是理論方法的研究；二是不同研究對(duì)象、不同時(shí)空尺度的研究；三是不同領(lǐng)域的擴(kuò)展研究,如能源、林業(yè)等領(lǐng)域及對(duì)生態(tài)安全評(píng)價(jià)的擴(kuò)展研究等。目前來(lái)看,運(yùn)用生態(tài)足跡可以測(cè)量區(qū)域的生態(tài)狀況,但不能充分反映地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源利用效率之間的平衡關(guān)系,同時(shí),從時(shí)空角度對(duì)區(qū)域內(nèi)部的動(dòng)態(tài)變化及差異的研究尚不多見(jiàn)。

“脫鉤”一詞源于20世紀(jì)60年代的物理學(xué)領(lǐng)域,指兩個(gè)或多個(gè)物理量之間最初的相互關(guān)系降低或不復(fù)存在,脫鉤理論因此產(chǎn)生。20世紀(jì)末,OECD(Organization for economic co-operation and development,經(jīng)濟(jì)合作與開(kāi)發(fā)組織)逐步將脫鉤理論的概念引入到環(huán)境與經(jīng)濟(jì)等領(lǐng)域[9]；眾多學(xué)者也開(kāi)始利用脫鉤理論來(lái)判斷地區(qū)發(fā)展?fàn)顟B(tài)健康與否,如Kovanda等采集歐盟主要國(guó)家1990—2002年的相關(guān)數(shù)據(jù),利用脫鉤理論對(duì)各個(gè)國(guó)家的資源消耗與GDP脫鉤情況進(jìn)行分析和對(duì)比[10]；Mattila[11]利用生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)投入產(chǎn)出分析相關(guān)聯(lián)的原理判斷芬蘭經(jīng)濟(jì)是否可持續(xù)脫鉤。國(guó)內(nèi)如蓋美等[12]對(duì)長(zhǎng)江三角洲地區(qū)16個(gè)城市的環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)發(fā)展脫鉤程度進(jìn)行定量評(píng)價(jià)和綜合分析；鐘太洋等[13]利用IPAT模型改進(jìn)了環(huán)境領(lǐng)域的脫鉤評(píng)價(jià)方法,并建立關(guān)于經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與建設(shè)用地?cái)U(kuò)張的脫鉤分析方法?；诿撱^分析與效率變化之間存在的內(nèi)部關(guān)聯(lián)性,本研究試圖將脫鉤理論與合肥市的土地利用效率變化分析相結(jié)合,構(gòu)建合肥市土地利用效率變化的脫鉤分析范式。

綜上可知,生態(tài)足跡能夠定量分析當(dāng)前區(qū)域生態(tài)承載力,而脫鉤分析能夠判斷當(dāng)前經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)承載力之間是否平衡,因此,將二者相結(jié)合能夠較全面地分析地區(qū)發(fā)展?fàn)顩r,為區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展政策提供建議。現(xiàn)有研究一般采用定量分析方法對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行計(jì)算,較少結(jié)合具體區(qū)域?qū)Ξ?dāng)前的經(jīng)濟(jì)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展效率做出綜合評(píng)價(jià),有必要通過(guò)生態(tài)足跡的空間化合理配置區(qū)域資源,指導(dǎo)并約束區(qū)域的空間發(fā)展。此外,對(duì)具體地區(qū)的生態(tài)狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)的研究尚不充分?；诖?本研究以合肥市為研究區(qū)域,合肥市是長(zhǎng)三角城市群副中心城市,曾是全國(guó)首批國(guó)家園林城市,近年來(lái),其經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,與此同時(shí),生態(tài)與資源可持續(xù)利用問(wèn)題也日益突出。研究構(gòu)建生態(tài)足跡與脫鉤分析模型,探究2000—2014年間合肥市生態(tài)足跡與脫鉤情況的時(shí)空演變特征,并利用灰色預(yù)測(cè)方法對(duì)合肥市“十三五”期間的生態(tài)狀況進(jìn)行預(yù)測(cè),對(duì)合肥市實(shí)施主體功能區(qū)劃優(yōu)化,推進(jìn)新型城鎮(zhèn)化與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略,探求社會(huì)-經(jīng)濟(jì)-生態(tài)的協(xié)調(diào)發(fā)展意義深遠(yuǎn)。

1 研究區(qū)域概況

合肥市地處華東地區(qū)、江淮之間,巢湖之濱,范圍為30°57′—32°32′N,116°41′—117°58′E(圖1)。合肥市總面積11445 km2(包括巢湖水域面積770 km2),其中,市區(qū)面積458 km2,主城區(qū)地勢(shì)由西北向東南傾斜,以丘陵崗地地貌為主。合肥作為安徽省省會(huì),是長(zhǎng)三角城市群副中心城市,也是“一帶一路”和長(zhǎng)江經(jīng)濟(jì)帶戰(zhàn)略雙節(jié)點(diǎn)城市,已逐漸形成米字型全國(guó)交通樞紐,是全國(guó)第二個(gè)綜合性國(guó)家科學(xué)中心,年科技研發(fā)投入占GDP比重遠(yuǎn)超全國(guó)平均水平。研究期間,合肥市下轄9區(qū)縣,常駐人口由2000年的438.17萬(wàn)增長(zhǎng)到2014年的712.81萬(wàn),增長(zhǎng)率為62.68%；能源消費(fèi)總量也由2000年的229.91萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤上升至2014年的2035.15萬(wàn)t標(biāo)準(zhǔn)煤,增長(zhǎng)近8倍。2014年《合肥市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[14]顯示,2000年以來(lái),合肥市GDP增長(zhǎng)率高達(dá)13.57%,第一、二、三產(chǎn)業(yè)平均增長(zhǎng)速度分別為4.1%、16.7%、10.5%；2014年,合肥市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值5180.58億元,三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)比為5.0∶55.7∶39.3,人均GDP為67394元,全年居民人均可支配收入為24272元,城鎮(zhèn)化率達(dá)到69.1%,森林覆蓋率26.78%。同年,規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)原煤消耗總量為1208萬(wàn)t,廢水排放量為6919萬(wàn)t,SO2、煙粉塵排放總量分別為4.2萬(wàn)t、10.6萬(wàn)t。

圖1 研究區(qū)域Fig.1 Study area

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 生態(tài)足跡分析法

生態(tài)足跡分析法是一種依據(jù)可持續(xù)發(fā)展的方式提供給定的人口消費(fèi)所需要的生物生產(chǎn)型土地面積的綜合評(píng)估方法,此方法能夠估算維持人類的自然資源的消費(fèi)量與既定數(shù)量下的人口規(guī)模需要消耗的物質(zhì)生產(chǎn)型土地的面積,與既定區(qū)域內(nèi)生態(tài)承載力(一個(gè)區(qū)域內(nèi)能提供給人類的生產(chǎn)型土地的面積總和)的大小進(jìn)行比較分析,綜合衡量區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)?；诖?本研究采用國(guó)際通用的公式計(jì)算生態(tài)足跡與生態(tài)承載力[15]。先利用均衡因子將消費(fèi)量轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)性土地(公式(1)),再利用公式(2)計(jì)算生態(tài)承載力。生態(tài)盈虧表示一個(gè)地區(qū)的生態(tài)狀況,是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的差額(公式(3))；若前者大于后者,則說(shuō)明該城市生態(tài)赤字,反之,則為生態(tài)盈余。具體計(jì)算公式如下：

(1)

EC=N×ec=N×∑(ai×ri×yi)

(2)

ED=EC-EF

(3)

式中,EF為總生態(tài)足跡；EC為總生態(tài)承載力；ED為總生態(tài)盈虧；ec是人均生態(tài)承載力,ef為人均生態(tài)足跡；i為第i種消費(fèi)商品,N為人口,ri為均衡因子,pi為第i種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力,ai為人均生物生產(chǎn)面積,yi為產(chǎn)量因子[16-17],ci為第i種商品的人均消費(fèi)量。

2.2 脫鉤分析法

脫鉤理論可以通過(guò)經(jīng)濟(jì)變量和環(huán)境變量等相關(guān)數(shù)據(jù)來(lái)表征變量間的阻斷關(guān)系。為量化脫鉤情況,增加度量便捷性,OECD建立了反映脫鉤情形的指標(biāo)體系,它是數(shù)據(jù)分析的關(guān)鍵,一般基于驅(qū)動(dòng)力-壓力-狀態(tài)-影響-反應(yīng)的模式來(lái)設(shè)計(jì)。脫鉤指數(shù)的測(cè)量方法有很多,本文運(yùn)用的是Tapio[18]在OECD基礎(chǔ)上加以完善的指標(biāo)構(gòu)建形式,對(duì)脫鉤類型的界定更為精確規(guī)范,可以計(jì)算合肥市土地資源消耗與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)脫鉤的彈性系數(shù)。脫鉤指標(biāo)表示環(huán)境壓力變量與經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)變量變化率的比值,其中,EP為環(huán)境壓力變量,DF為經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)變量,ΔEP,ΔDF表示其變化量,下標(biāo)0表示基期。

(4)

本文用生態(tài)足跡衡量環(huán)境壓力,用GDP表示經(jīng)濟(jì)驅(qū)動(dòng)變量,以此測(cè)量二者間的脫鉤彈性關(guān)系。

(5)

式中,DI為脫鉤彈性指數(shù),EFt、EFt-1表示合肥市在t、t-1年份的生態(tài)足跡,GDPt、GDPt-1表示t、t-1年份的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)總值,Vt為第t年的生態(tài)足跡增長(zhǎng)率,Kt為第t年的GDP增長(zhǎng)率。

Tapio以0、0.8、1.2為臨界值把脫鉤彈性指數(shù)分成如下8類,見(jiàn)表1。

表1 脫鉤指數(shù)與脫鉤狀態(tài)

資料來(lái)源：根據(jù)Tapio(2005)[18]整理

2.3 灰色預(yù)測(cè)模型GM(1,1)

灰色預(yù)測(cè)方法[19-21]由鄧聚龍教授于20世紀(jì)80年代首次提出,近年來(lái)已發(fā)展為成熟的預(yù)測(cè)方法。與其他諸如回歸分析等預(yù)測(cè)方法相比,GM(1,1)模型對(duì)樣本量的要求低,建模所需信息少,是處理小樣本預(yù)測(cè)問(wèn)題的有效工具。

在本研究中,GM(1,1)模型的表達(dá)形式為：

(6)

2.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

為了客觀統(tǒng)一反映合肥市近年來(lái)生態(tài)盈虧的時(shí)空特征及演變趨勢(shì),依據(jù)資料的可獲得性和實(shí)時(shí)性等條件,篩選基礎(chǔ)數(shù)據(jù),如2000—2014年合肥市GDP、總?cè)丝?、三次產(chǎn)業(yè)產(chǎn)品產(chǎn)量、各項(xiàng)能源消耗、各類型土地面積、農(nóng)作物產(chǎn)量等均來(lái)自(2001—2015年)《合肥統(tǒng)計(jì)年鑒》[22]、《合肥市經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》[14]以及安徽省、合肥市統(tǒng)計(jì)局網(wǎng)站；2000—2014年污染物的排放量等數(shù)據(jù),來(lái)自《安徽省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書(shū)》[23]。同時(shí),為統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑,本研究利用平均化方法對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱處理；因研究期間合肥市對(duì)行政區(qū)域劃分進(jìn)行多次調(diào)整,為方便分析,將蜀山區(qū)、包河區(qū)等9個(gè)固定的區(qū)縣作為研究對(duì)象,其中,由于2011年原巢湖地級(jí)市變?yōu)榭h級(jí)巢湖市,劃歸合肥市代管,巢湖市下轄廬江縣也劃到合肥市,本研究將2011年以前的巢湖原市區(qū)居巢區(qū)和廬江縣與2011年以后的巢湖縣級(jí)市與廬江縣也作為統(tǒng)一的研究對(duì)象。

3 合肥市生態(tài)環(huán)境承載能力綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

3.1 生態(tài)足跡模型結(jié)果

利用各類型土地面積以及各商品產(chǎn)量,結(jié)合當(dāng)年全球數(shù)據(jù),計(jì)算產(chǎn)量因子和均衡因子,因各年因子數(shù)值不同且相差較小,為方便計(jì)算,取15年的平均數(shù)為統(tǒng)一的因子值,如表2所示。

表2 合肥市生態(tài)足跡賬戶

3.1.1 生態(tài)足跡時(shí)間演化分析

如圖2所示,2000—2014年間,人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力的波動(dòng)上升趨勢(shì)明顯且相似,但二者的波動(dòng)幅度差異顯著。其變化趨勢(shì)大致分為3個(gè)階段,2000—2004年為快速上升階段,增長(zhǎng)率分別為44.83%與105%,此階段合肥市貫徹大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)的政策,進(jìn)行城鎮(zhèn)化擴(kuò)張,導(dǎo)致人均生態(tài)足跡大幅度增加,而人口的增加也帶來(lái)了人均生物生產(chǎn)面積的大幅增加,從而引起了生態(tài)承載力也大幅度提升；2004—2010年波動(dòng)下降,但下降幅度較小,分別為13.1%和19.5%,說(shuō)明在經(jīng)歷生態(tài)破壞后,合肥市政府積極響應(yīng)國(guó)家號(hào)召,開(kāi)始落實(shí)節(jié)能減排政策,大力發(fā)展高科技企業(yè),提高科技研發(fā)投入,人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力均有所降低；2010—2014年為波動(dòng)上升階段,這一時(shí)期,合肥市致力于經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)同發(fā)展,孵化大量高新技術(shù)企業(yè),但由于工業(yè)污染仍然存在,生態(tài)環(huán)境的恢復(fù)有一定的滯后性,導(dǎo)致人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力均波動(dòng)上升。在研究期間,人均生態(tài)赤字小幅波動(dòng),呈現(xiàn)出上升與下降交替進(jìn)行的趨勢(shì)；與研究基期2000年相比,2014年人均生態(tài)赤字略有提高,說(shuō)明經(jīng)濟(jì)高增長(zhǎng)帶來(lái)的城市建設(shè)用地大幅擴(kuò)張及用地類型調(diào)整等問(wèn)題,導(dǎo)致耕地、林地及湖泊面積減少,實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)同發(fā)展仍需要努力。

圖2 2000—2014年合肥市人均生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字時(shí)間變化Fig.2 Changes of ecological footprint, ecological capacity and ecological deficit in Hefei City

圖3 合肥市生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)時(shí)間變化Fig.3 Changes of ecological footprint structure in Hefei City

圖4 合肥市建設(shè)用地生態(tài)足跡時(shí)間變化 Fig.4 Changes of ecological footprint of construction land in Hefei City

從結(jié)構(gòu)上看,如圖3所示,2000年耕地的生態(tài)足跡所占比重最大(65%),從2001年開(kāi)始化石能源燃料用地超過(guò)耕地,成為生態(tài)足跡占比最大(2001年占48%—2014年占70%)的用地類型,其次為耕地(47%—29%),林地、草地、建設(shè)用地所占比重較小(5%—1%)。原因在于,研究初期,合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度較快,工業(yè)固體廢棄物排放量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì),五年期間增長(zhǎng)約5%,且城區(qū)擴(kuò)建吞并周邊耕地與草地；在城鎮(zhèn)化與經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展中,大量化石能源與增加的生物能源的消耗是促使化石燃料用地生態(tài)足跡不斷增長(zhǎng)的主要因素；2005年后,合肥市開(kāi)始加大節(jié)能減排力度,并從資源消耗、廢物產(chǎn)生、再生資源產(chǎn)生、社會(huì)消費(fèi)等環(huán)節(jié)倡導(dǎo)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì),搬遷和治理了一批重點(diǎn)污染企業(yè),對(duì)化石燃料用地生態(tài)足跡的繼續(xù)增長(zhǎng)有一定遏制作用；2010年后,合肥市雖繼續(xù)深入節(jié)能減排工作,通過(guò)植綠擴(kuò)大森林覆蓋率,但由于該時(shí)期加大城市建設(shè)力度,不斷開(kāi)發(fā)高速鐵路與繞城高速、地鐵建設(shè)周邊的土地,同時(shí)缺乏一般工業(yè)固體廢物集中處置場(chǎng)所,導(dǎo)致污染類型從常規(guī)污染物向復(fù)合型轉(zhuǎn)變,污染范圍從以城市和局部地區(qū)為主向涵蓋區(qū)域和流域的尺度轉(zhuǎn)變,生態(tài)資源被大量消耗和占用[24],因此,2010年后化石燃料用地的生態(tài)足跡再次出現(xiàn)顯著增幅。此外,該時(shí)期外來(lái)人口快速增加帶來(lái)商品消費(fèi)量的增加以及草地面積的減少與建設(shè)用地的增加,土地結(jié)構(gòu)的變化也導(dǎo)致化石燃料用地的生態(tài)足跡波動(dòng)上升。值得注意的是,由于合肥市近年來(lái)以發(fā)展高科技企業(yè)為主,因此建設(shè)用地的生態(tài)足跡較小,與草地生態(tài)足跡重合,為了更好的顯現(xiàn)建設(shè)用地類型生態(tài)足跡的差異與趨勢(shì),建設(shè)用地的生態(tài)足跡如圖4所示。

3.1.2 生態(tài)足跡空間演化特征

城市內(nèi)部區(qū)域之間經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的參差會(huì)帶來(lái)生態(tài)狀況的差異。由于研究期間涉及年份較多,無(wú)法一一比較,根據(jù)資料的可獲得性與實(shí)時(shí)性,選定2005年,2010年,2014年為研究節(jié)點(diǎn)。從合肥市各區(qū)域的人均生態(tài)足跡分布圖(圖5)可知：2005年人均生態(tài)足跡最高的是長(zhǎng)豐縣,最低區(qū)域是廬江縣；2010年,瑤海區(qū)的人均生態(tài)足跡略高于蜀山區(qū),另外,廬江縣增長(zhǎng)速度較為顯著,增長(zhǎng)率為58.71%,這一增長(zhǎng)速度與合肥市各區(qū)域當(dāng)年的經(jīng)濟(jì)發(fā)展情況相符,而相比2005年,長(zhǎng)豐縣有所降低,巢湖市、肥東縣、肥西縣、包河區(qū)和廬陽(yáng)區(qū)均有不同程度的上升。2014年,蜀山區(qū)人均生態(tài)足跡變化較小,其他區(qū)域均有不同程度下降,肥西縣下降速度最為顯著。由圖5可知,2005年,9區(qū)縣人均生態(tài)足跡均呈現(xiàn)北高南低的特征；2005—2010年期間,合肥市的經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展,人口大量遷入、城鎮(zhèn)化率陡增,使9區(qū)縣的人均生態(tài)足跡整體上均有不同程度的提高； 2010—2014年,合肥市9區(qū)縣呈現(xiàn)了不同程度的降低,但西南部地區(qū)人均生態(tài)足跡仍比東北部地區(qū)低,主要原因在于近年來(lái),合肥市已經(jīng)逐步將西南部地區(qū)發(fā)展為生態(tài)與高科技創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)基地,因此人均生態(tài)足跡較低；而東北部地區(qū)發(fā)展為重工業(yè)基地,因此人均生態(tài)足跡較高。

圖5 合肥市各區(qū)縣人均生態(tài)足跡波動(dòng)情況Fig.5 The fluctuation of ecological footprint in each county area

合肥市人均生態(tài)承載力空間格局分布如圖6所示。2005年人均生態(tài)承載力最高的是長(zhǎng)豐縣(0.9979 hm2/人),最低是廬江縣(0.4060 hm2/人)；2010年,除了廬陽(yáng)區(qū)、包河區(qū)、廬江縣、巢湖市略有上漲外,其他區(qū)域均處于下降狀態(tài),其中,草地面積的小幅下降以及耕地面積的大規(guī)模減少,導(dǎo)致長(zhǎng)豐縣成為降幅最大的區(qū)域(20.26%),但人均生態(tài)承載力依然最高；2014年,蜀山區(qū)由于外來(lái)人口的流入,人均生態(tài)承載力略有下降,而其他區(qū)域均在上漲,漲幅排名前三的為肥西縣、廬江縣和巢湖市,分別為36.08%、34.61%和20.18%,其人均生態(tài)承載力的增加說(shuō)明合肥市管理部門近年來(lái)采取了積極的新型城鎮(zhèn)化與適度人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策進(jìn)行正面引導(dǎo)成效顯著,同時(shí),對(duì)于不同區(qū)縣發(fā)展所采取的差異性定位也促進(jìn)了人均生態(tài)承載力的回升。

圖6 合肥市各區(qū)縣人均生態(tài)承載力波動(dòng)情況Fig.6 The fluctuation of ecological bearing capacity in each county area

3.1.3 生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間脫鉤分析

從效率利用角度來(lái)看,環(huán)境壓力與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤關(guān)系較為樂(lè)觀。生態(tài)足跡與GDP之間出現(xiàn)強(qiáng)脫鉤、弱脫鉤、擴(kuò)張連接、擴(kuò)張負(fù)脫鉤的頻率分別為：42.9%,28.6%,7.1%,21.4%。由表3可知,2000—2002年是生態(tài)足跡的飛速擴(kuò)張期,相比之下經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)緩慢,出現(xiàn)短暫的擴(kuò)張負(fù)脫鉤。2002—2010年,節(jié)能減排政策的推廣使生態(tài)足跡的逐年增長(zhǎng)率呈現(xiàn)出波動(dòng)性下降趨勢(shì)；與此同時(shí),合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)入綠燈期,GDP增速遠(yuǎn)超生態(tài)足跡,二者之間呈現(xiàn)出明顯的趨勢(shì)性脫鉤狀態(tài)；2010—2014年,過(guò)快的經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)帶來(lái)大規(guī)模的能源消耗和污染物排放,生態(tài)壓力劇增,擴(kuò)張負(fù)脫鉤狀態(tài)再次出現(xiàn),隨后出現(xiàn)了強(qiáng)脫鉤現(xiàn)象,說(shuō)明經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的邊際效應(yīng)小于生態(tài)環(huán)境的邊際效應(yīng)。

表3 2000—2014年合肥市生態(tài)足跡與GDP增長(zhǎng)的脫鉤指數(shù)

從空間上看,各縣區(qū)生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的脫鉤狀態(tài)較為樂(lè)觀。由表4可知,脫鉤狀態(tài)最好的是地處遠(yuǎn)郊的肥西縣和長(zhǎng)豐縣,這與郊區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度及地域面積有關(guān)；近郊或是主城區(qū)內(nèi)有2至3個(gè)年份出現(xiàn)擴(kuò)張負(fù)脫鉤或是擴(kuò)張連接狀態(tài)；值得注意的是,2012—2013年間,除肥西縣外,其他區(qū)域均表現(xiàn)為擴(kuò)張負(fù)脫鉤或擴(kuò)張連接狀態(tài)。

從土地利用類型看(表5),耕地的生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)之間的脫鉤狀態(tài)最好,穩(wěn)定脫鉤情形出現(xiàn)的頻率為85.7%。由于“十一五”期間大力提倡節(jié)能減排政策,化石能源燃料用地出現(xiàn)了趨勢(shì)性的脫鉤狀態(tài)。其他3種用地類型在脫鉤狀態(tài)上的波動(dòng)都較為明顯,表現(xiàn)為擴(kuò)張負(fù)脫鉤、擴(kuò)張連接和弱脫鉤交替出現(xiàn),特別是建設(shè)用地,脫鉤狀態(tài)的交替出現(xiàn),反映了合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策在不同階段的差異性。

3.2 灰色GM(1,1)模型預(yù)測(cè)

為促進(jìn)合肥市經(jīng)濟(jì)-社會(huì)-環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展,建立灰色模型對(duì)2015—2020年合肥市的生態(tài)足跡進(jìn)行預(yù)測(cè)。根據(jù)公式(6),本研究的預(yù)測(cè)模型為：

(7)

先根據(jù)該模型對(duì)研究期間的生態(tài)足跡進(jìn)行擬合,由表6可知選定年份的擬合結(jié)果及殘差情況。

表4 合肥市各區(qū)縣生態(tài)足跡與GDP增長(zhǎng)的脫鉤指數(shù)

表5 不同土地利用類型生態(tài)足跡與GDP增長(zhǎng)的脫鉤指數(shù)

表6 預(yù)測(cè)與殘差表

預(yù)測(cè)模型的后驗(yàn)差、殘差與關(guān)聯(lián)度檢驗(yàn)均合格,因此可進(jìn)行預(yù)測(cè)。

確定各類土地類型的預(yù)測(cè)模型如下：

以上模型均通過(guò)檢驗(yàn),精度合格,可進(jìn)行預(yù)測(cè)。

利用灰色預(yù)測(cè)方法,結(jié)合2000—2014年的人均生態(tài)足跡,對(duì)2015—2020年的人均生態(tài)足跡進(jìn)行估計(jì),由于2017年以后的能源消費(fèi)與用地類型等數(shù)據(jù)尚未公開(kāi),此處僅對(duì)2015年、2016年的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值進(jìn)行對(duì)比,根據(jù)《合肥市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展第十三個(gè)五年規(guī)劃綱要》[25],設(shè)定“十三五”期間合肥市GDP年增長(zhǎng)率為10%,常住人口年增長(zhǎng)率為7‰,結(jié)合預(yù)測(cè)的生態(tài)足跡,可得“十三五”期間的脫鉤情形。由表7可知：2015—2020年間,合肥市人均生態(tài)足跡呈逐步上升趨勢(shì),增幅為8.9%,生態(tài)足跡與GDP的增長(zhǎng)保持持續(xù)的弱脫鉤狀態(tài),脫鉤指數(shù)較小且基本保持穩(wěn)定。2015、2016年的預(yù)測(cè)值與真實(shí)值之間誤差較小,說(shuō)明擬合效果較好,具有一定的參考價(jià)值。

表7 2015—2020年合肥市生態(tài)足跡及其與GDP增長(zhǎng)的脫鉤關(guān)系預(yù)測(cè)

4 結(jié)論

本研究將生態(tài)足跡與脫鉤分析相結(jié)合,分析合肥市經(jīng)濟(jì)與生態(tài)發(fā)展之間平衡狀態(tài)的時(shí)空變化,最后利用GM(1,1)模型對(duì)生態(tài)效率進(jìn)行預(yù)測(cè)。主要結(jié)論如下：

人均生態(tài)足跡上升趨勢(shì)明顯。從時(shí)間上看,在2000—2014年間,人均生態(tài)足跡以上升為主,增長(zhǎng)率高達(dá)60.34%。人均生態(tài)承載力上升迅速,在研究期間整體上升140%,可以看出,人均生態(tài)承載力總增長(zhǎng)率高于人均生態(tài)足跡,主要原因在于人均生態(tài)承載力在2000—2004年期間五年增長(zhǎng)率達(dá)到105%,這一階段的合肥市工業(yè)化與城市化水平都較低,且安徽省全面啟動(dòng)生態(tài)強(qiáng)省建設(shè)項(xiàng)目,合肥市作為省會(huì),也大力開(kāi)展了生態(tài)建設(shè),同時(shí),這一時(shí)期合肥市人口增長(zhǎng)速度較慢,五年人口增長(zhǎng)率僅為1.48%,總體來(lái)看,較低的工業(yè)化水平、較快的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、較慢的人口增長(zhǎng)均是這一時(shí)期人均生態(tài)承載力增長(zhǎng)迅速的原因。2004年后,合肥市的人均生態(tài)承載力的增速放緩,從2004年的0.43到2014年0.48,增長(zhǎng)率僅為12%,但由于前期的高速增長(zhǎng)基礎(chǔ),再加上近年來(lái)處于技術(shù)進(jìn)步與產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整加速期,因此人均生態(tài)承載力在15年間的總增幅超過(guò)人均生態(tài)足跡。然而,由于人均生態(tài)承載力總體基數(shù)較小,高速的增長(zhǎng)并未改變生態(tài)狀況,生態(tài)赤字依舊嚴(yán)重；人均生態(tài)赤字波動(dòng)上升,幅度較小,在研究前期,人均生態(tài)赤字有上升趨勢(shì),中期上升與下降交替出現(xiàn),但幅度均較小,后期略有上升,與研究基期2000年相比,總體上升18.4%。

從結(jié)構(gòu)上看,2001年后,化石燃料用地生態(tài)足跡占總體生態(tài)足跡比重最大(2000年時(shí)耕地占比最大)。2002年開(kāi)始,化石燃料用地的生態(tài)足跡遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)其他土地類型,說(shuō)明能源消耗對(duì)生態(tài)足跡影響顯著；同時(shí),由于合肥市科教投資比重較大,建設(shè)用地的生態(tài)足跡占比一直較低。

從空間上看,人均生態(tài)足跡與生態(tài)承載力均存在顯著的空間差異,人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力大致呈現(xiàn)出中心城區(qū)低,郊區(qū)高的特征,這與合肥市目前的區(qū)位發(fā)展規(guī)劃基本一致。

從土地利用類型來(lái)看,耕地的生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)間的脫鉤狀態(tài)最好,其次是林地,在2000—2014年間,生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)間的脫鉤狀態(tài)有9個(gè)年份出現(xiàn)脫鉤,其中7個(gè)年份出現(xiàn)強(qiáng)脫鉤,城市建設(shè)用地表現(xiàn)為擴(kuò)張負(fù)脫鉤,擴(kuò)張連接、弱脫鉤交替出現(xiàn),說(shuō)明了近年來(lái)合肥市經(jīng)濟(jì)發(fā)展政策不同時(shí)期側(cè)重點(diǎn)的差異性；從區(qū)域空間來(lái)看,脫鉤狀態(tài)最好的是地處遠(yuǎn)郊的肥西縣和長(zhǎng)豐縣,由于工業(yè)化發(fā)展較慢,生態(tài)足跡較小,所以脫鉤狀態(tài)最好；作為老城區(qū)的廬陽(yáng)區(qū),由于各類污染均較少,生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)出現(xiàn)6次強(qiáng)脫鉤；從時(shí)間上看,合肥市在2006—2010年生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤狀態(tài)最好,只有2008—2009年出現(xiàn)了弱脫鉤,其余年份均為強(qiáng)脫鉤狀態(tài),原因在于：這一時(shí)期,合肥市大力推行節(jié)能減排政策,從各個(gè)環(huán)節(jié)提倡循環(huán)經(jīng)濟(jì),大力發(fā)展高新技術(shù)產(chǎn)業(yè),同時(shí)尚未開(kāi)展高鐵、地鐵的建設(shè),且對(duì)科技產(chǎn)業(yè)的研發(fā)投入、對(duì)生態(tài)環(huán)境的保護(hù)都提高了自然資源利用的效率,所以生態(tài)足跡在此期間得到緩解,與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的脫鉤狀態(tài)以強(qiáng)脫鉤為主；其余年份以弱脫鉤和擴(kuò)張負(fù)脫鉤為主。

灰色預(yù)測(cè)結(jié)果顯示,合肥市人均生態(tài)足跡在2015—2020年呈上升趨勢(shì),且生態(tài)足跡與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)表現(xiàn)為持續(xù)的弱脫鉤。要實(shí)現(xiàn)“十三五”期間合肥市生態(tài)狀況的大幅度提升以及與經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的持續(xù)脫鉤,必須嚴(yán)格監(jiān)督生態(tài)政策的實(shí)施,增加第三產(chǎn)業(yè)對(duì)GDP的貢獻(xiàn)率,減少化石能源的大量消耗,進(jìn)一步提高生態(tài)承載力。

5 建議

基于以上結(jié)論和存在的問(wèn)題,本研究建議如下：

降低原煤等化石燃料在能源消費(fèi)中的使用量,轉(zhuǎn)變能源消費(fèi)結(jié)構(gòu),適度削減原煤、原油等化石能源的使用；其次是相關(guān)部門應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)和增長(zhǎng)方式,大力支持清潔能源的開(kāi)發(fā)、低耗能與高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展,增加第三產(chǎn)業(yè)比重；最后要探索新技術(shù),引進(jìn)先進(jìn)設(shè)備,加強(qiáng)節(jié)能減排力度,保證能源利用最大化,遏制化石燃料用地足跡的進(jìn)一步增長(zhǎng)[26-28]。

保護(hù)耕地資源。合肥市要加大植樹(shù)造林力度,擴(kuò)大綠地面積；耕地面積的減少是導(dǎo)致生態(tài)承載力下降的主要原因,因此要嚴(yán)格禁止主城區(qū)的盲目擴(kuò)張,保護(hù)耕地與農(nóng)田,減少化肥使用量,提高土地的質(zhì)量,對(duì)閑置或具備復(fù)墾條件的土地進(jìn)行合理利用[29-31]。

適度控制人口增長(zhǎng)。人口增長(zhǎng)必然增加商品的消費(fèi)量,生活區(qū)域的擴(kuò)張帶來(lái)土地面積的削減,從而導(dǎo)致生態(tài)足跡的增加和生態(tài)承載力的減少。因此,合肥市可以通過(guò)提升產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等引導(dǎo)人口的合理流動(dòng),適度將人口數(shù)量控制在合理范圍內(nèi),有利于可持續(xù)發(fā)展建設(shè)。

同時(shí),合肥市可通過(guò)合理規(guī)劃城鄉(xiāng)之間的居住空間與交通網(wǎng)絡(luò),鼓勵(lì)現(xiàn)有農(nóng)村與郊區(qū)等區(qū)域就地進(jìn)行城鎮(zhèn)化建設(shè),進(jìn)而減少由交通、城市建設(shè)引起的生態(tài)足跡上升的問(wèn)題。根據(jù)目前的土地利用情況,開(kāi)展一系列的新型農(nóng)業(yè)活動(dòng)如生態(tài)農(nóng)業(yè)、休閑觀光等來(lái)延長(zhǎng)生態(tài)鏈,從而提高合肥市的生態(tài)承載力。

本研究未來(lái)將進(jìn)一步優(yōu)化生態(tài)足跡計(jì)算方法,開(kāi)展對(duì)于城市內(nèi)部的生態(tài)足跡風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià),為更科學(xué)細(xì)致的城市土地利用的研究工作提供參考。