任彩鳳, 程艷妹, 鄭欣, 周立志

基于生態(tài)足跡模型的淮北市自然資本利用研究

任彩鳳, 程艷妹, 鄭欣, 周立志*

安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院, 安徽大學(xué)礦山環(huán)境修復(fù)與濕地生態(tài)安全協(xié)同創(chuàng)新中心, 合肥 230601

流量資本和存量資本是構(gòu)成自然資本的兩個(gè)要素, 核算自然資本是合理利用自然資源的前提。從人均足跡廣度和人均足跡深度著手, 引入生態(tài)壓力指數(shù)、資本流量占用率、存量流量利用比、萬元GDP生態(tài)足跡、生態(tài)系統(tǒng)多樣性指數(shù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力指數(shù)和生態(tài)適度人口7個(gè)指標(biāo), 定量分析2010—2016年淮北市對資本要素的占用情況以及生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展能力。結(jié)果表明: 淮北市在7年間, 人均三維生態(tài)足跡整體呈增加趨勢, 由2010年的4.17524 ha·cap–1增至2016年的5.17289 ha·cap–1; 人均生態(tài)承載力保持在0.21000 ha·cap–1左右的水平; 足跡深度由2010年的1.91949波動(dòng)下降至2016年的1.75738, 足跡廣度處在0.15500—0.16900 ha·cap–1之間。盡管淮北市資源利用的效率較高、發(fā)展?jié)摿Υ? 但7年間一直消耗資本存量, 生態(tài)系統(tǒng)處極不安全狀態(tài), 土地利用極不公平, 人口數(shù)嚴(yán)重超標(biāo), 淮北市資源、環(huán)境與發(fā)展需求之間的矛盾巨大。促進(jìn)淮北市可持續(xù)發(fā)展要求合理規(guī)劃土地、開展植樹造林工程、提高農(nóng)業(yè)科技水平; 倡導(dǎo)節(jié)約型生產(chǎn)和消費(fèi)模式、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、加強(qiáng)環(huán)保宣傳力度。

三維生態(tài)足跡模型; 自然資本; 足跡廣度; 足跡深度; 淮北市

0 前言

區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)是一個(gè)由自然、社會和經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)構(gòu)成的復(fù)合生態(tài)系統(tǒng), 其可持續(xù)發(fā)展受到人們的廣泛關(guān)注。自然資源和生態(tài)環(huán)境是維持區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的根本[1]。生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家普遍認(rèn)為自然資本由流量資本和存量資本構(gòu)成, 流量資本是指可再生資源及其生態(tài)服務(wù)的年際供給; 存量資本是指不可再生資源的累積儲備, 僅在流量資本不足時(shí)才會被消耗[2]。對自然資本需求及供給的核算是合理利用自然資源的前提[3], 維持存量資本的恒定是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的必要條件[2,4]。1992年生態(tài)足跡概念被首次提出[5], 后發(fā)展成為經(jīng)典的生態(tài)足跡模型[6], 通過測度區(qū)域生態(tài)足跡和生態(tài)承載力在二維尺度上評價(jià)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r[7], 是量化區(qū)域自然資本利用狀況的有效手段[7], 但在測度過程中存在無法區(qū)分流量資本和存量資本等不足[8]。在此基礎(chǔ)上, Niccolucci等在2009年提出三維生態(tài)足跡模型的概念[9], 引入表征自然資本流量利用程度的足跡廣度和表征自然資本存量占用水平的足跡深度兩個(gè)指標(biāo)[10], 實(shí)現(xiàn)生態(tài)足跡研究在三維尺度上向縱深的拓展[11]。

資源型城市是以本地區(qū)自然資源開采、加工為主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)的城市類型[12], 資源開發(fā)進(jìn)入后期或末期時(shí)發(fā)展處于枯竭狀態(tài), 形成了資源枯竭型城市[13]。資源枯竭型城市對自然資源的利用和需求量較大, 其發(fā)展受資源限制[14], 掠奪式的開采模式導(dǎo)致資源過度消耗、生態(tài)環(huán)境破壞、產(chǎn)業(yè)發(fā)展乏力等問題, 它的可持續(xù)發(fā)展包括生態(tài)、環(huán)境、社會和經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展。生態(tài)足跡模型可以實(shí)現(xiàn)城市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和自然生態(tài)系統(tǒng)的延續(xù), 可使資源枯竭型城市自然資本的量化達(dá)到理想效果[14]。

淮北市是典型的煤炭資源枯竭型城市, 量化人類通過資源消費(fèi)、廢棄物排放產(chǎn)生的生態(tài)環(huán)境占用和自然資本需求以及自然資本的供給能力, 是解決淮北市經(jīng)濟(jì)與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展關(guān)系的落腳點(diǎn)[15]。前人對淮北市自然資本的研究多基于生態(tài)足跡二維模型[16], 具有生態(tài)偏向性和估算遺漏性[8]。本研究采用方愷改進(jìn)后的生態(tài)足跡三維模型, 用足跡廣度和足跡深度分別表征自然資本流量和自然資本存量, 克服了生態(tài)赤字在不同地類間轉(zhuǎn)移的風(fēng)險(xiǎn)[17], 同時(shí)引入萬元GDP生態(tài)足跡、自然資本流量占用率、存量流量利用比、生態(tài)多樣性指數(shù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力、區(qū)域適度人口、生態(tài)壓力7個(gè)指標(biāo), 動(dòng)態(tài)分析淮北市2010—2016年自然資本的變化規(guī)律及流轉(zhuǎn)狀況, 綜合評估經(jīng)濟(jì)、社會及生態(tài)因素對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的影響, 以期為淮北市可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

淮北市位于安徽省北部, 因煤建市[16], 地處東經(jīng)116°23′—117°02′北緯33°16′—34°14′之間, 2009年被國務(wù)院列入第二批資源枯竭型城市名單[18], 總面積2741 km2,轄3個(gè)市轄區(qū)(杜集區(qū)、相山區(qū)、烈山區(qū))、一個(gè)縣(濉溪縣)?；幢笔惺侵袊哪茉椿豙16], 境內(nèi)已發(fā)現(xiàn)礦產(chǎn)56種, 已探明儲量的有16種, 其中煤炭資源最為豐富。截至2015年底, 全市土地總面積274138.81 ha, 其中耕地約占61.27%, 耕地資源較少, 土地開發(fā)利用程度較高?；幢笔幸蛎禾块_采每年塌陷土地約667—800 ha, 據(jù)不完全統(tǒng)計(jì), 全市已累計(jì)塌陷土地約20666.7 ha, 其中80%為土質(zhì)良好的耕地?！痘幢苯y(tǒng)計(jì)年鑒2017》數(shù)據(jù)顯示, 2016年底全市戶籍人口216.5萬人, 城鎮(zhèn)化率達(dá)到50.1%, 人均耕地面積為774.3 m2, 人口自然增長率為8.39‰, 生產(chǎn)總值為799.0億元。人口的快速增長, 耕地面積的持續(xù)減少、煤炭資源的過度開采, 破壞生態(tài)平衡、加劇環(huán)境污染, 使自然—經(jīng)濟(jì)—社會的可持續(xù)發(fā)展面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)。

2 研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)主要來源于《安徽省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2011—2017年)、《淮北統(tǒng)計(jì)年鑒》(2011—2017年)、《淮北市國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》(2011—2017年)、聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織數(shù)據(jù)庫(http://www. fao.org/statistics/en/), 其中土地利用規(guī)劃及生物資源消費(fèi)數(shù)據(jù)由淮北市國土局和國家統(tǒng)計(jì)局淮北調(diào)查隊(duì)提供。

2.2 生態(tài)足跡二維模型

模型中生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字/盈余都用生態(tài)生產(chǎn)性土地面積表征, 生態(tài)生產(chǎn)性土地包括耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域和化石能源用地6大類, 由于各地類的生態(tài)生產(chǎn)能力具有區(qū)域差異性, 需乘以相應(yīng)的均衡因子與產(chǎn)量因子進(jìn)行轉(zhuǎn)換[19]。為了將各地類生產(chǎn)能力進(jìn)行匯總, 本文根據(jù)劉某承、李文華等對中國及各省市生態(tài)足跡產(chǎn)量因子與均衡因子的測算結(jié)果[20–21], 來反映淮北市的實(shí)際生產(chǎn)力。結(jié)果見表1。

淮北市自然資本利用涵蓋生物資源消費(fèi)賬戶、化石能源消費(fèi)賬戶和建設(shè)用地賬戶, 具體分類見表2。依據(jù)世界環(huán)境與發(fā)展委員會(WCED)報(bào)告, 需扣除12%的生態(tài)承載力用于生物多樣性保護(hù)[22]。

(1)生態(tài)足跡: 定義為用于生產(chǎn)區(qū)域人口所消費(fèi)的所有資源和消納所產(chǎn)生的廢物所需要的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積(包括陸地和水域)[5]。計(jì)算公式如下[23]:

表1 淮北市各地類均衡因子與產(chǎn)量因子

表2 數(shù)據(jù)分類細(xì)則

式中,為商品消費(fèi)類別;C第項(xiàng)的人均年消費(fèi)量, 該值等于第項(xiàng)的年消費(fèi)總量(產(chǎn)出＋進(jìn)口－出口)與總?cè)丝诘谋戎?P為相應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)性土地第項(xiàng)消費(fèi)項(xiàng)目的全球年平均生產(chǎn)能力;γ為均衡因子;為人口數(shù)量;為人均生態(tài)足跡(ha);為總生態(tài)足跡(ha)。

(2)生態(tài)承載力: 是指區(qū)域所能提供給人類的生物生產(chǎn)性土地的面積和。公式如下[23]:

式中,為區(qū)域生態(tài)承載力;為人均生態(tài)承載力;α為人均生態(tài)生產(chǎn)性土地面積;γ均衡因子;λ為產(chǎn)量因子;為人口數(shù)量;為有效生態(tài)承載力。

(3)生態(tài)赤字/盈余: 用生態(tài)承載力與生態(tài)足跡之間的差值表征, 差值大于零表征區(qū)域處于不可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)赤字階段, 反之表征區(qū)域處于可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)盈余階段。

=–

2.3 生態(tài)足跡三維模型

基礎(chǔ)三維生態(tài)足跡模型, 由Niccolucci提出, 將經(jīng)典模型由生態(tài)承載力與生態(tài)赤字相加得到的二維平面圖形擴(kuò)展到由足跡廣度(底面)和足跡深度(高)相乘的三維立體圖形[9]。該模型只適用于單一地類, 地類多時(shí), 在運(yùn)算上會存在高估生態(tài)足跡廣度, 低估生態(tài)足跡深度的不足[17]。針對此問題, 方愷將模型核算擴(kuò)展到區(qū)域以下的地類水平, 避免生態(tài)赤字和生態(tài)盈余相抵的情況, 擴(kuò)大模型適用范圍[11,24]。本文采用方愷改進(jìn)后的三維生態(tài)足跡模型核算淮北市自然資本。

(1)生態(tài)足跡廣度: 指在生物承載力限度內(nèi)的生物生產(chǎn)性土地年際占用面積, 用于表征人類對自然資本流量的占用大小[10]。公式如下[25]:

式中EF為第地類的足跡廣度;EF為區(qū)域足跡廣度;EF為第地類的生態(tài)足跡,BC為第地類的生態(tài)承載力。

(2)生態(tài)足跡深度: 指為維持區(qū)域現(xiàn)有資源消費(fèi)水平, 理論上所需占用的區(qū)域土地面積的倍數(shù), 它表征了人類消耗自然資本存量的程度[10]。具有兩層含義: 一是人類要滿足實(shí)際資源消費(fèi)量需要多少現(xiàn)有土地面積; 二是人類要滿足實(shí)際資源消耗量, 再生這些資源需要的時(shí)間[1,15]。公式如下[25]:

式中EF為第地類的足跡深度;EF為區(qū)域足跡深度;EF為第地類的生態(tài)足跡,BC為第地類的生態(tài)承載力。由于化石能源用地產(chǎn)量因子為零, 其生態(tài)承載力為零, 不適用于三維生態(tài)足跡模型, 故用二維結(jié)果代替[1]。

(3)區(qū)域尺度上的三維生態(tài)足跡計(jì)算公式為:

2.4 生態(tài)足跡模型參數(shù)

(1)生態(tài)壓力指數(shù): 是人均生態(tài)足跡與人均承載力的比值, 反映人類活動(dòng)對生態(tài)的干擾程度, 數(shù)值越大, 對生態(tài)系統(tǒng)的壓力越大[23]。公式為:

參考世界自然基金會WWF(2004)的劃分標(biāo)準(zhǔn), 將淮北市生態(tài)壓力分6個(gè)等級(表3)。

(2)資本流量占用率: 當(dāng)生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力, 資本流量未被完全消耗, 處于生態(tài)盈余階段, 僅靠資本流量就可以滿足消費(fèi)需求, 無法反映人類對自然資本流量的實(shí)際占用情況, 此時(shí)引入流量占用率這一指標(biāo)[11,17]。公式為:

(3)存量流量利用比: 當(dāng)資本流量完全被占用, 處于生態(tài)赤字階段, 開始消耗存量資本。為了表征實(shí)際所利用的自然資本中存量與流量之間的大小關(guān)系, 引入存量流量利用比這一指標(biāo)[11]。公式為:

(4)萬元GDP生態(tài)足跡: 表征人類對區(qū)域資源利用效率的高低, 指標(biāo)值越小, 區(qū)域內(nèi)資源利用效率就越高, 反之, 資源利用效率就越低[26]。公式為:

(5)生態(tài)系統(tǒng)多樣性指數(shù): 借鑒Shannon指數(shù), 為了表征某個(gè)區(qū)域內(nèi)的各類資源消耗所需的生物生產(chǎn)性面積的分配均衡度, 引入H指數(shù)[26]。公式為:

式中p為第地類生態(tài)足跡占總生態(tài)足跡的比例。

(6)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力指數(shù)

(7)生態(tài)適度人口: 表征區(qū)域在一定條件和目標(biāo)下能夠供養(yǎng)的最優(yōu)人口數(shù)量[27]。公式為:

3 結(jié)果

3.1 人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)赤字的動(dòng)態(tài)變化

淮北市的人均生態(tài)承載力在2010年—2016年無明顯變化, 始終保持在0.21000 hacap-1左右的較低水平; 人均生態(tài)足跡由2010年的4.22205hacap-1持續(xù)增加, 到2014年達(dá)到最大值5.62214hacap-1, 四年間增加了33.16%, 2014年以后人均生態(tài)足跡稍有減少, 到2016年降到5.21106hacap-1的水平, 對自然資本的需求一直很大; 高需求和低供給的發(fā)展模式導(dǎo)致淮北市在2010至2016年間一直處于生態(tài)赤字狀態(tài), 人均生態(tài)赤字總體呈增加的趨勢, 2010年生態(tài)赤字最小, 為4.01450hacap-1, 之后以平均每年8.69%的速率大幅度增長, 到2014年達(dá)到最大值5.40916hacap-1, 隨后降至2016年的4.99870hacap-1,表明淮北市生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)一直處于不可持續(xù)發(fā)展階段, 且發(fā)展阻力大(圖1)。

表3 生態(tài)壓力指數(shù)等級表

3.2 各地類人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)足跡的變化

3.2.1 淮北市各地類人均生態(tài)承載力的變化

2010—2016年各地類人均生態(tài)承載力占人均生態(tài)承載力總量的情況如下: 耕地所占比例一直最大, 處于56.93%—58.05%之間; 占比一直穩(wěn)居第二位的是建設(shè)用地, 為37.00%—38.36%; 水域、林地和草地所占比例分別居第三(2.58%—2.72%)、第四(2.05%—2.17%)和第五位(0.06%—0.13%)(圖2)。研究期間, 耕地人均承載力變化很小, 由0.12048 hacap-1波動(dòng)增加至0.12089 hacap-1, 在2013年達(dá)到最大值; 建設(shè)用地的人均生態(tài)承載力平緩上升, 由2010年的0.07679hacap-1持續(xù)增加至2016年的0.08145hacap-1, 年均增長率為1.01%; 水域人均生態(tài)承載力無明顯波動(dòng), 保持在0.00548 hacap-1—0.00567 hacap-1之間; 林地的人均生態(tài)承載力處于0.00436 hacap-1—0.00451 hacap-1之間; 草地的人均生態(tài)承載力在0.00013 hacap-1—0.00026 hacap-1間波動(dòng)變化, 數(shù)值和占比一直最小。

3.2.2 淮北市各地類人均生態(tài)足跡的變化

2010—2016年間在淮北市人均生態(tài)足跡構(gòu)成中(圖3), 除了草地和水域有下降的趨勢外, 化石能源用地、林地、耕地和建設(shè)用地整體呈上升趨勢, 但林地在2014和2015年出現(xiàn)人均生態(tài)足跡小于2010年的情況。從增長幅度來看, 化石能源用地>林地>建設(shè)用地>耕地, 其中化石能源用地2010年—2014年由3.87456hacap-1持續(xù)增長至5.31367hacap-1的最高水平, 平均增長率為35.98%, 2014年后有所降低, 但到2016年仍處于4.88826 hacap-1的較高水平, 研究期間的年際增長率為26.16%; 從貢獻(xiàn)率方面看, 化石能源用地對人均生態(tài)足跡的貢獻(xiàn)率七年間一直最大, 穩(wěn)定在91.75%—94.51%之間。草地的貢獻(xiàn)率在2.48%—4.25%之間, 排名第二, 但是與貢獻(xiàn)率第一的化石能源用地相差巨大。其余四類用地的貢獻(xiàn)率占比相對較小。可以看出, 化石能源用地在人均生態(tài)足跡的構(gòu)成中占絕對優(yōu)勢。

圖1 2010—2016年淮北市人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)赤字的變化

Figure 1 Changes of ecological capacity, ecological footp-rint and ecological deficit per capital in Huaibei City from 2010 to 2016

圖2 淮北市各地類人均生態(tài)承載力變化

Figure2 Changes of ecological capacity per capital of different land types in Huaibei City

圖3 淮北市各地類人均生態(tài)足跡變化

Figure3 Changes of ecological footprintper capital of different land types in Huaibei City

3.3 三維生態(tài)足跡分析

3.3.1 人均生態(tài)足跡廣度和人均生態(tài)足跡深度變化

表4結(jié)果表明, 淮北市2010—2016年人均生態(tài)足跡廣度變化經(jīng)歷三個(gè)階段: 第一階段是2010—2012年, 由0.15664 hacap-1增加至0.16851 hacap-1, 年均增長率為3.79%; 第二階段是2012—2015年, 由0.16851 hacap-1降至0.15544 hacap-1, 年均下降速率為2.80%; 第三階段是2015—2016年, 足跡廣度再次增加, 到2016年達(dá)到0.16197 hacap-1。各地類中, 因化石能源用地的實(shí)際占用面積為零, 故化石能源用地的足跡廣度始終為零; 耕地貢獻(xiàn)率始終最大, 比例在69.27%—71.66%之間, 由2010年的0.11052 hacap-1增加至2012年的0.12065 hacap-1, 隨后3年一直下降, 到2015年降至0.10767 hacap-1, 在2016年又增加至0.11397 hacap-1, 其變化趨勢與淮北市總足跡廣度的趨勢一致; 建設(shè)用地足跡廣度一直緩慢增加, 由2010年0.03894 hacap-1增加至2016年的0.04108 hacap-1, 所占比例在23.41%—26.25%之間, 貢獻(xiàn)率居第二位; 林地足跡廣度整體呈下降趨勢, 所占比例在2.64%—2.88%之間, 貢獻(xiàn)率居第三位; 水域足跡廣度除在2011—2012年有微幅上升外, 一直緩慢下降, 占比保持在1.55%左右, 貢獻(xiàn)率居第四位; 草地足跡廣度一直處在較低水平, 貢獻(xiàn)率也最小。

表5結(jié)果表明: 2010—2016年間淮北市人均生態(tài)足跡深度呈波動(dòng)下降趨勢且七年間均大于1。2016年人均足跡深度為1.75738, 有兩層含義, 一是需要1.75738倍的現(xiàn)有土地面積才能滿足淮北市實(shí)際資源消費(fèi)量; 二是要滿足淮北市實(shí)際資源消耗量, 再生這些資源需要1.75738年?；幢笔腥司阚E深度的變化大致分三個(gè)階段: 第一階段是2010—2011年, 由1.91949增加到2.13762, 增加了11.36%; 第二階段是2011—2014年, 由2.13762降低至1.70814, 年均降幅為8.38%, 對自然資本的占用程度迅速降低; 第三階段是2014—2016年, 由1.70814增加至1.75738, 年均增長率為1.44%。各地類中, 建設(shè)用地和水域的生態(tài)發(fā)展過程不需要耗費(fèi)自然資本存量, 足跡深度一直為1; 耕地在2010年及2013—2016年足跡深度為1, 2011—2012年開始占用資本存量, 足跡深度大于1; 草地足跡深度波動(dòng)大, 整體雖有所下降, 但仍遠(yuǎn)超1, 對資本存量的占用程度深; 林地的足跡深度波動(dòng)明顯, 由3.58480增加至4.29807, 在2013年降至3.10318, 于2016年達(dá)到4.13040, 對自然資本存量的占用程度整體呈增加趨勢。

3.3.2 人均三維生態(tài)足跡變化

由表6所示, 基于生態(tài)足跡三維模型和二維模型計(jì)算得到的人均生態(tài)足跡雖然變化趨勢相同但結(jié)果并不完全一致, 人均三維生態(tài)足跡略小于人均二維生態(tài)足跡?；幢笔腥司S生態(tài)足跡呈波動(dòng)增加趨勢, 由2010的4.17524hacap-1增加至2016年5.17289hacap-1。其中2010—2014年是持續(xù)增加階段, 在2014年達(dá)到最大值5.58296hacap-1, 隨后持續(xù)下降, 到2016降到5.17289hacap-1。地類中化石能源用地所占比例歷年來最大, 且變化趨勢與人均三維生態(tài)足跡一致, 是影響人均三維生態(tài)足跡的主導(dǎo)部分; 草地和水域足跡呈下降趨勢; 林地、耕地、建設(shè)用地三維足跡呈波動(dòng)上升趨勢。

3.3.3 資本流量占用率和存量流量利用比

表7顯示, 耕地對自然資本的占用經(jīng)歷了復(fù)雜的過程, 2010年資本流量占用率為0.91735, 沒有占用資本存量, 但對流量的占用已接近飽和, 2011—2012年開始動(dòng)用資本存量, 流量存量利用比從0.21759下降至0.15419, 對存量的利用程度有所降低, 2013—2016年資本流量占用率從0.96456下降至0.88824, 一直小于1, 僅消耗資本流量, 且對流量資本的占用程度逐漸降低。建設(shè)用地和水域在2010—216年一直處于自然原長狀態(tài)。草地的存量流量利用比從2010年的1373.64911波動(dòng)下降至2016年的860.06168, 雖然耗費(fèi)程度有所減少, 但在2016年對存量的消耗仍是流量的860多倍, 生態(tài)壓力依然巨大。林地的存量流量利用比雖沒有草地大, 但呈增長趨勢, 由2010年的2.58480波動(dòng)增加至2016年的3.13040, 年均增長率為3.52%, 生態(tài)供給壓力逐年增加, 發(fā)展前景不樂觀。

表4 2010—2016年淮北市人均生態(tài)足跡廣度

表5 2010—2016年淮北市人均生態(tài)足跡深度

表6 2010—2016年淮北市人均三維生態(tài)足跡

表7 2010—2016年淮北市各地類資本流量占用率和存量流量利用比

2010—2016年淮北市經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展需求超出自然資源自身的供給能力。其中2010—2011年存量流量利用比從0.91949增加至1.13762, 2011年對資本存量的消耗接近對流量資本占用的1.14倍, 說明存量資本已經(jīng)取代流量資本成為資源供給的主要來源。2012—2016年存量流量利用比呈波動(dòng)下降趨勢, 到2016年降至0.75738, 消耗資本存量導(dǎo)致的生態(tài)壓力依然存在(圖4)。

圖4 2010—2016年淮北市存量流量利用比

Figure4 Utilization ratios of stock-flows in Huaibei City from 2010 to 2016

3.3.4 生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)發(fā)展能力

表8顯示淮北市2010—2016年間, 萬元GDP生態(tài)足跡在0.048—0.065之間波動(dòng), 2015年每創(chuàng)造一萬元GDP產(chǎn)生的生態(tài)足跡為0.04826 ha, 資源利用效率最高; 生態(tài)壓力指數(shù)在20—27之間波動(dòng)增加, 生態(tài)系統(tǒng)處于極不安全狀態(tài)且系統(tǒng)壓力逐年增加; 生態(tài)系統(tǒng)多樣性指數(shù)偏大, 遠(yuǎn)大于1.7918, 生態(tài)足跡在地類間的分配極不公平, 表現(xiàn)為化石能源用地的生態(tài)足跡占比達(dá)90%以上, 其它地類占比小; 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力指數(shù)從2010年的103.67650波動(dòng)上升至2016年的133.66117, 發(fā)展能力較高且逐漸增加; 生態(tài)適度人口數(shù)雖有減少, 但實(shí)際人口與生態(tài)適度人口比值整體呈增加趨勢, 淮北市現(xiàn)有人口數(shù)嚴(yán)重超出生態(tài)承載力所能承受的最優(yōu)人口數(shù)。

4 討論

為了深入剖析淮北市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r, 以自然資本的利用為出發(fā)點(diǎn), 引進(jìn)足跡廣度和足跡深度兩個(gè)新指標(biāo), 導(dǎo)致淮北市在2010—2016年人均三維生態(tài)足跡的數(shù)值一直小于人均二維生態(tài)足跡, 與沈陽市的研究結(jié)果一致[28]。2010—2016年間淮北市人均生態(tài)足跡整體呈增加趨勢, 人均生態(tài)承載力基本保持不變且與生態(tài)足跡數(shù)值相差較大, 導(dǎo)致淮北市一直處于生態(tài)赤字狀態(tài)且赤字水平逐漸增長, 與前人對淮北市的研究結(jié)果相似[16], 同時(shí)與廈門市、寧夏市、焦作市和鹽城市的結(jié)果一致[17,26,29–30], 表明淮北市發(fā)展的不可持續(xù)性逐年增加, 發(fā)展阻力很大。各地類組成中, 耕地和建設(shè)用地占人均生態(tài)承載力的絕大部分, 水域、林地和草地占比很小, 說明在保護(hù)耕地的前提下提高耕地單位面積產(chǎn)值, 是增加生態(tài)承載力的重要途徑[26]。建設(shè)用地的人均生態(tài)承載力平緩上升, 表明淮北市和寧夏市一樣, 土地規(guī)劃利用方式逐漸提高[26]?；茉从玫貙θ司鷳B(tài)足跡貢獻(xiàn)率占絕對優(yōu)勢, 林地、耕地、建設(shè)用地、草地和水域的貢獻(xiàn)率都比較小, 表明淮北市與張家口市及同為資源型城市的淮南市、焦作市一樣[1,30–31], 社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依托大量的能源消耗, 化石能源用地是造成淮北市高生態(tài)赤字的主導(dǎo)原因。

表8 淮北市生態(tài)系統(tǒng)各項(xiàng)發(fā)展能力指標(biāo)

足跡廣度反映自然資本流動(dòng)性強(qiáng)弱及人類對流量資本的占用程度[17], 淮北市2010—2016年足跡廣度呈小幅波動(dòng)上升趨勢且整體處于較低水平, 表明淮北市占用的資本流量小幅增加, 與淮南市和張家口市的研究結(jié)果一致[1,31]; 各地類中耕地和建設(shè)用地對足跡廣度的貢獻(xiàn)率較高, 表明人均占用土地面積中以耕地和建設(shè)用地為主[1]。足跡深度反映人類對存量資本的利用情況, 淮北市在研究期間人均足跡深度雖呈波動(dòng)下降趨勢, 但始終大于1, 說明資源消耗量超出生態(tài)系統(tǒng)的再生能力, 資本流量不足以支撐生態(tài)社會的消費(fèi)需求, 但對資本存量的消耗程度減慢, 使生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的不可持續(xù)性放緩, 與焦作市生態(tài)轉(zhuǎn)型結(jié)果相似[30], 有逐步走出以消耗資源為發(fā)展代價(jià)的趨勢; 草地人均足跡深度極高, 是所有土地類型中發(fā)展最不可持續(xù)的, 與寧夏市水域最不可持續(xù)的結(jié)果不同[26]; 林地草地一起影響淮北市生態(tài)系統(tǒng)的不可持續(xù)發(fā)展。2010—2016年間淮北市消耗存量資本發(fā)展社會經(jīng)濟(jì)的方式阻礙了流量資本自身的可更新性, 導(dǎo)致對資本流量的占用程度有所增加, 使淮北市生態(tài)發(fā)展壓力持續(xù)增加。

研究期間, 淮北市自然資本流量的生態(tài)供給一直飽和, 在2010—2011年間, 大幅度消耗資本存量, 此后五年存量流量利用比小幅波動(dòng)下降, 符合中國社會出現(xiàn)的資本流量不足導(dǎo)致資本存量大幅消耗的發(fā)展?fàn)顩r[11], 消耗資本存量成為淮北市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主流。各土地利用類型中耕地在2011—2012年開始消耗存量資本, 其余年份接近資本流量的飽和狀態(tài), 表明耕地自然稟賦不高, 要實(shí)施耕地保護(hù)。建設(shè)用地和水域一直處于自然原長狀態(tài)且對流量資本的占用程度處于中等水平, 這是淮北市城鎮(zhèn)化率較低、采煤沉陷使水域面積增加造成的。草地和林地的存量資本被動(dòng)用, 大量動(dòng)用存量資本會使流量資本減少, 從而會進(jìn)一步加劇存量資本的消耗[32], 加劇發(fā)展的不可持續(xù)性。

淮北市2010—2016年間萬元GDP生態(tài)足跡一直處于較低水平, 與湖南省及河北省研究結(jié)果一致, 資源利用效率較高[32]; 生態(tài)壓力指數(shù)呈增加態(tài)勢且均大于20, 與建平縣壓力指數(shù)在較不安全狀態(tài)內(nèi)波動(dòng)且逐年變小的結(jié)果不同[27], 煤炭開采帶來的資源耗費(fèi)、環(huán)境污染等問題使淮北市生態(tài)系統(tǒng)面臨極大的壓力和風(fēng)險(xiǎn); 生態(tài)系統(tǒng)多樣性指數(shù)一直大于24, 與湖南省各地類“和諧度”較小的結(jié)果一樣, 淮北市土地利用不均[32]; 生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力指數(shù)持續(xù)增加, 與寧夏市一樣具有較大的發(fā)展?jié)摿26]; 淮北市實(shí)際人口與生態(tài)適度人口的比值整體處于較高水平, 生態(tài)系統(tǒng)實(shí)際供養(yǎng)的人口數(shù)嚴(yán)重超標(biāo), 與建平縣人口增長給生態(tài)環(huán)境帶來的壓力正在逐步降低的結(jié)果不同[27], 淮北市面臨著巨大的人口壓力。總體來看, 淮北市生態(tài)環(huán)境建設(shè)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需求之間的矛盾較大。

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Research on natural capital utilization in Huaibei City based on ecological footprint model

REN Caifeng, CEHNG Yanmei, ZHENG Xin, ZHOU Lizhi*

Collaborative Innovation Center for Mine Environmental Remediation and Wetland Ecological Security, School of Resource and Environment Engineering, Anhui University, Hefei 230601,China

Flow capital and stock capital are the two elements that make up natural capital. Natural capital is the premise of rational use of natural resources. Starting from the breadth of per capita footprint and the depth of per capita footprint, we introduced seven indicators, ecological pressure index, occupancy rate of capital flows, utilization ratio of stock-flows, theecologicalfootprintfor ten thousand YuanGDP, ecological system diversity index, the eco-economic system development capability index and the ecologically appropriate population, to quantitatively analyze the occupation of capital elements and the development capacity of ecosystems in Huaibei City from 2010 to 2016. The results showed that the average three-dimensional ecological footprint of Huaibei City increased during the above-mentioned seven years, from 4.17524 ha·cap–1in 2010 to 5.17289 ha·cap–1in 2016; the per capita ecological carrying capacity remained at the level of around 0.21000 ha·cap–1; the footprint depth showed a fluctuating downward trend, from 1.91949 in 2010 to 1.75738 in 2016. The footprint size was between 0.15500-0.16900 ha·cap–1. Although Huaibei City had high efficiency in resource utilization and great potential for development, it had been consuming the capital stock for seven years. The ecosystem was extremely unsafe, the land use was extremely unfair, the population was grossly over-represented, and the contradiction between resources, environment and development needs of Huaibei City was huge. Promoting the sustainable development of Huaibei City requires rational planning of land, carrying out afforestation projects, improving the level of agricultural science and technology, promoting conservation-oriented production and consumption patterns, optimizing industrial structure, and strengthening environmental protection publicity efforts.

three-dimensional ecological footprint model; natural capital; footprint size; footprint depth; Huaibei City

10.14108/j.cnki.1008-8873.2019.06.015

X24

A

1008-8873(2019)06-106-09

2018-12-13;

2019-1-14

國家社科基金重大項(xiàng)目(編號: 14ZDB145)

任彩鳳(1994—), 女, 安徽淮北人, 碩士, 主要從事生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究, E-mail: 18756115769@163.com

周立志, 男, 博士, 教授, 主要從事水鳥與濕地生態(tài)學(xué)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究, E-mail: zhoulz@ahu.edu.cn

任彩鳳, 程艷妹, 鄭欣, 等. 基于生態(tài)足跡模型的淮北市自然資本利用研究[J]. 生態(tài)科學(xué), 2019, 38(6): 106-114.

REN Caifeng, CEHNG Yanmei, ZHENG Xin, et al. Research on natural capital utilization in Huaibei City based on ecological footprint model[J]. Ecological Science, 2019, 38(6): 106-114.