伍 芮，李成英

（青海大學(xué)，青海 西寧810016）

引言

我國(guó)自然資源分布不均勻，自然資源在區(qū)域之間不具有流動(dòng)性，而不同發(fā)展水平的區(qū)域?qū)ψ匀毁Y源有不同的需求量，這使得區(qū)域發(fā)展不平衡。如何解決區(qū)域自然資源分配不均的矛盾，在有限的資源下追求可持續(xù)發(fā)展已成為當(dāng)代人的目標(biāo)[1]。1992年，加拿大經(jīng)濟(jì)學(xué)家William Rees 提出生態(tài)足跡的概念[2]。生態(tài)足跡法是指把一個(gè)區(qū)域內(nèi)人們所消耗的生物資源轉(zhuǎn)化為生物生產(chǎn)性土地面積，再與該區(qū)域?qū)嶋H面積的差值來(lái)判斷該區(qū)域是否處于可持續(xù)狀態(tài)，這是一種量化人類對(duì)物資的需求與定量分析可持續(xù)發(fā)展程度的方法。

目前為止，生態(tài)足跡已經(jīng)不單是一種分析環(huán)境狀況的方法，它被應(yīng)用在多個(gè)領(lǐng)域，而且研究尺度也越來(lái)越微觀。國(guó)外，Andersson 從貿(mào)易生態(tài)足跡中發(fā)現(xiàn)，發(fā)達(dá)國(guó)家從發(fā)展中國(guó)家進(jìn)口資源以提高發(fā)達(dá)國(guó)家的生態(tài)承載力，使發(fā)展中國(guó)家的生態(tài)赤字逐漸增加[3]。國(guó)內(nèi)，徐中民測(cè)算了中國(guó)1999年的生態(tài)足跡，結(jié)果表明中國(guó)1999年生態(tài)赤字為1.326 hm2，超過(guò)生態(tài)承載力的94%[4]，這是國(guó)內(nèi)首次將生態(tài)足跡應(yīng)用在國(guó)家尺度上。隨后，徐中民將生態(tài)足跡模型用于甘肅省，計(jì)算甘肅省的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力，測(cè)得生態(tài)赤字為0.564 hm2[5]，開啟區(qū)域尺度的研究。王中航測(cè)算了2005～2012 大連、成都、杭州、天津、上海、北京五大城市的交通生態(tài)足跡，得出五大城市交通生態(tài)足跡逐年增長(zhǎng)，處于不可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)的結(jié)果[6]，進(jìn)一步從小尺度領(lǐng)域進(jìn)行研究。除了對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行研究以為，研究領(lǐng)域逐漸延伸到城鎮(zhèn)、學(xué)校、個(gè)人等微觀尺度，也應(yīng)用到旅游業(yè)、農(nóng)業(yè)、化工等行業(yè)中。有些學(xué)者對(duì)該方法不斷的修正與完善，例如：針對(duì)“全球公頃”會(huì)擴(kuò)大生態(tài)足跡的核算誤差問(wèn)題，高中良對(duì)使用“國(guó)家公頃”代替“全球公頃”[7]對(duì)重慶市生態(tài)足跡進(jìn)行測(cè)算；張衡義以“省公頃”為計(jì)算基礎(chǔ)，對(duì)浙江省均衡因子與產(chǎn)量因子進(jìn)行計(jì)算[8]。從目前的研究現(xiàn)狀可以看出傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型未能充分突出恒定資本存量在維持可持續(xù)發(fā)展和生態(tài)系統(tǒng)平衡方面的關(guān)鍵作用，因?yàn)樘囟愋偷淖匀毁Y本沒(méi)有分割，因此，Niccolucci等提出了三維生態(tài)足跡模型[9]。

青海東部城市是青海省的經(jīng)濟(jì)中心，青海城市建設(shè)集中區(qū)域。近年來(lái)隨著經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城市化進(jìn)程加快，出現(xiàn)了人地關(guān)系緊張、資源供求矛盾增大、生態(tài)環(huán)境惡化等系列問(wèn)題。為合理利用區(qū)域自然資源，促進(jìn)青海東部城市經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、生活水平提高，科學(xué)制定“十四五”規(guī)劃，同時(shí)，青海省實(shí)施生態(tài)立省戰(zhàn)略，把“綠起來(lái)”與“富起來(lái)”結(jié)合，使經(jīng)濟(jì)效益、社會(huì)效益與生態(tài)效益統(tǒng)一，使得經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展。本文采用三維生態(tài)足跡對(duì)青海東部城市2010～2017年的生態(tài)足跡深度和足跡廣度進(jìn)行測(cè)算，結(jié)合ArcGIS 軟件評(píng)估青海東部城市土地利用狀況，提出該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的對(duì)策，為青海東部城市相關(guān)部門提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)域簡(jiǎn)介

青海東部城市包括西寧市與海東市，境內(nèi)是以回、藏、土、撒拉、蒙古族等少數(shù)民族為主體，是典型的多民族城市。常住人口約為385萬(wàn)人，占青海省總?cè)藬?shù)的64.4%，人口較為集中。2017年西寧市國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值1285 億元，海東市國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值436 億元，占青海省總量的60%，經(jīng)濟(jì)發(fā)展中農(nóng)牧業(yè)經(jīng)濟(jì)區(qū)和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)較為發(fā)達(dá)，工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)總量少，主要農(nóng)產(chǎn)品為小麥、青稞、玉米、薯類。西寧市別名“夏都”，不僅是青海省省會(huì)，更是經(jīng)濟(jì)、文化、政治、科教、交通的中心，海東市則是青海省地級(jí)市。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

2.1.1 三維生態(tài)足跡模型。生態(tài)足跡從提出至今的研究中，經(jīng)歷了三個(gè)歷程：一維、二維和三維。一維生態(tài)足跡，是指把一個(gè)研究區(qū)域內(nèi)居民消費(fèi)的生物資源轉(zhuǎn)化為生態(tài)生產(chǎn)性土地面積。二維生態(tài)足跡主要用于測(cè)量人類自然資源消耗對(duì)自然資源流量的占用情況，是對(duì)一維生態(tài)足跡模型的拓展。二維生態(tài)足跡模型作為一種衡量生態(tài)環(huán)境壓力大小的工具，由于其未考慮資源消耗程度大小的影響，很容易得出“地區(qū)經(jīng)濟(jì)越不發(fā)達(dá)，其生態(tài)環(huán)境越可持續(xù)”這一錯(cuò)誤的結(jié)論。為了克服二維生態(tài)足跡存在的問(wèn)題，Niccolucci 等人引入生態(tài)足跡深度與生態(tài)足跡廣度兩個(gè)指標(biāo)構(gòu)建了三維生態(tài)足跡，賦予生態(tài)足跡模型空間與時(shí)間兼具的屬性。生態(tài)足跡模型由二維向三維的演變?nèi)鐖D1 所示[10]。假設(shè)把三維生態(tài)足跡看作是一個(gè)圓柱體：那么足跡深度為圓柱的高，表示人們對(duì)資本存量的消耗，即生態(tài)足跡與承載力的比值，可理解為人類對(duì)這一地區(qū)一年內(nèi)再生資源消耗所用的時(shí)間，反應(yīng)了承載力的限度；而足跡廣度為圓柱體的底面積，表示人們對(duì)自然資源流量的占用，測(cè)算人們實(shí)際上占用了多少生物生產(chǎn)性土地的面積。

三維模型的生態(tài)足跡為足跡深度與足跡廣度的乘積。計(jì)算公式為：

其中：EF、EC（BC）、ED 分別表示二維足跡模型中的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字。EF3D代表三維生態(tài)足跡，EFsize代表三維生態(tài)足跡廣度，EFdepth代表三維生態(tài)足跡深度。當(dāng)EF＞EC 時(shí)，EFdepth＞1；當(dāng)EF＜EC 時(shí)，EFdepth=1，為原長(zhǎng)。從計(jì)算公式可知，生態(tài)赤字越大，足跡深度越大，自然資本消耗的速度越快；若為生態(tài)盈余狀態(tài)，則足跡深度的值為1，足跡廣度的取值為生態(tài)承載力。

圖1 二維生態(tài)足跡向三維生態(tài)足跡演變圖

2.1.2 三維生態(tài)足跡模型的修正。早期有學(xué)者指出生態(tài)盈余是實(shí)際多出來(lái)的土地面積，具有物理性質(zhì)。因?yàn)橥恋孛娣e不可能為負(fù)，所以生態(tài)赤字這個(gè)指標(biāo)不具有物理性質(zhì)，在某種意義上它就是一個(gè)數(shù)字，數(shù)字則不能和具有物理性質(zhì)的土地直接線性相加[10-12]。如果把三維生態(tài)足跡模型中的研究區(qū)域的總生態(tài)赤字和總生態(tài)盈余相加，可能出現(xiàn)不同土地類型生態(tài)足跡與生態(tài)盈余相互抵消[13]的現(xiàn)象，則導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果偏大或者偏小，不能準(zhǔn)確反映研究區(qū)域自然資源利用的真實(shí)情況。因此，本文對(duì)模型進(jìn)行了兩方面的修正，一是對(duì)“均衡因子”和“當(dāng)量因子”兩個(gè)核心關(guān)鍵指標(biāo)進(jìn)行修正，此時(shí)模型的計(jì)量單位為“省公頃”，修正后的模型更加適合市級(jí)及以下尺度生態(tài)足跡的計(jì)算，同時(shí)也更加能夠客觀地反映區(qū)域?qū)ψ匀毁Y源的使用狀態(tài)；二是對(duì)生態(tài)足跡廣度計(jì)算方法進(jìn)行了修正，主要是通過(guò)將生態(tài)承載力與生態(tài)足跡值較小的一方作為不同類型生物生產(chǎn)性土地的足跡廣度，修正后的足跡廣度表示每種土地生態(tài)供給的最大值，表明流量資本與存量資本的核算不再限制于區(qū)域尺度，而是把每種土地類型的資本存量與流量先核算后再匯總，這樣不同土地類型的赤字不存在轉(zhuǎn)移。修正后的計(jì)算公式為：

改進(jìn)后的三維生態(tài)足跡模型對(duì)流量資本與存量資本的核算不再限制于區(qū)域尺度，而是把每種土地類型的資本存量與流量先核算后再匯總，這樣不同土地類型的赤字不存在轉(zhuǎn)移，因此對(duì)比原模型，足跡廣度稍小，足跡深度偏大。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用數(shù)據(jù)來(lái)源于2011～2018年《青海省統(tǒng)計(jì)年鑒》、《西寧市統(tǒng)計(jì)年鑒》和《海東市統(tǒng)計(jì)年鑒》[14-16]，計(jì)算了西寧市與海東市耕地、林地、牧草地、水域、建設(shè)用地5 種生態(tài)生產(chǎn)性面積的生態(tài)足跡與承載力。

3 青海省東部城市三維生態(tài)足跡的計(jì)算與分析

3.1 均衡因子與產(chǎn)量因子

三維生態(tài)足跡的計(jì)算中，由于各地環(huán)境差異明顯，且土地生產(chǎn)力不同，各類土地?cái)?shù)據(jù)不能相加，需要通過(guò)“均衡因子”與“產(chǎn)量因子”兩個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)將不同類型的土地進(jìn)行轉(zhuǎn)化，標(biāo)準(zhǔn)化后的各類生態(tài)生產(chǎn)性土地面積才可以直接相加。 本文修正為“省公頃”的青海省均衡因子結(jié)果見表1，西寧市和海東市的產(chǎn)量因子見表2、表3。

表1 2010～2017年青海省均衡因子單位：snhm2/hm2

表2 2010～2017年西寧市產(chǎn)量因子單位：snhm2/hm2

表3 2010～2017年海東市產(chǎn)量因子單位：snhm2/hm2

從均衡因子結(jié)果可以看出，青海省地處高原，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，牧草地林地產(chǎn)品產(chǎn)出量有限，主要糧食來(lái)源以耕地為主。耕地作為青海省生物生產(chǎn)力最強(qiáng)的土地，約是牧草地的40 倍。與此同時(shí)，建設(shè)用地占用的是最好的耕地，通常取值與耕地一致。在青海省生態(tài)足跡的研究上，前期有學(xué)者是以“全球公頃”的均衡因子為計(jì)算基礎(chǔ)，取值為耕地2.83、林地1.17、牧草地0.44、水域0.06、建設(shè)用地2.83（2010）[17]。也有以“國(guó)家公頃”均衡因子為計(jì)算基礎(chǔ)的：耕地3.982、林地0.184、牧草地0.067、水域0.375、建設(shè)用地3.982（2010）[18]。 而本文以“省公頃”為計(jì)算基礎(chǔ)的均衡因子與“全球公頃”和“國(guó)家公頃”下的均衡因子還是存在十分明顯的差異。從產(chǎn)量因子結(jié)果看，青海東部城市耕地與建設(shè)用地產(chǎn)量因子幾乎維持在1 左右，基本能夠滿足糧食資源與住房、交通出行的需求。但是牧草地、林地、水域的產(chǎn)量因子始終小于1，尤其是水域與林地，需從周邊縣大量進(jìn)口資源才能維持物資消耗平衡。西寧市與海東市作為青海省人口最多的兩個(gè)城市，人多地少，生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力必須盡可能高才能滿足兩市人口對(duì)自然資源的需求。

3.2 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算與分析

根據(jù)西寧市與海東市生物生產(chǎn)性土地的總產(chǎn)出量與土地人均占有量，計(jì)算出2010～2017年青海省東部城市人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力（計(jì)算中已扣除12%生物多樣性保護(hù)面積）。計(jì)算結(jié)果見表4、圖2、圖3、圖4。

表4 2010～2017年青海東部城市人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力單位：snhm2/person

圖2 2010～2017年青海東部城市人均生態(tài)足跡

圖3 西寧市人均生態(tài)承載力

圖4 海東市人均生態(tài)承載力

由計(jì)算結(jié)果和圖2 可看出，青海東部城市人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，但每類土地人均生態(tài)足跡變化趨勢(shì)都不同。耕地、牧草地、水域、建設(shè)用地都呈現(xiàn)逐年持續(xù)增長(zhǎng)趨勢(shì)，其中牧草地增長(zhǎng)最快，2010 至2017年增加了0.318 snhm2，增幅達(dá)到148%。5 類土地生態(tài)足跡上升幅度為牧草地＞建設(shè)用地＞耕地＞水域，僅林地足跡呈遞減狀態(tài)。這是由于人們生活水平的提高，消費(fèi)結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，不再滿足于雜糧、薯類、蔬菜等耕地產(chǎn)品，對(duì)牛肉、羊肉、牛奶等牧草地產(chǎn)品需求增加，再加上青海東部為農(nóng)業(yè)區(qū)非牧區(qū)，供給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足人們的需求，導(dǎo)致牧草地生態(tài)足跡偏大。林地產(chǎn)品與水產(chǎn)品產(chǎn)量對(duì)比耕地產(chǎn)品與牧草地產(chǎn)品較低，因此生態(tài)足跡占比較小。

行政當(dāng)局已訂好合同，要鋪設(shè)人行道，就在她父親去世的那年夏天開始動(dòng)工。建筑公司帶著一批黑人、騾子和機(jī)器來(lái)了，工頭是個(gè)北方佬，名叫荷默·伯隆，個(gè)子高大，皮膚黝黑，精明強(qiáng)干，聲音宏亮，雙眼比臉色淺淡。一群群孩子跟在他身后聽他用不堪入耳的話責(zé)罵黑人，而黑人則隨著鐵鎬的上下起落有節(jié)奏地哼著勞動(dòng)號(hào)子。沒(méi)有多少時(shí)候，全鎮(zhèn)的人他都認(rèn)識(shí)了。隨便什么時(shí)候人們要是在廣場(chǎng)上的什么地方聽見呵呵大笑的聲音，荷默·伯隆肯定是在人群的中心。過(guò)了不久，逢到禮拜天的下午我們就看到他和愛米麗小姐一齊駕著輕便馬車出游了。那輛黃輪車配上從馬房中挑出的栗色轅馬，十分相稱。

本文將計(jì)算的西寧市2000～2008年“省公頃”生態(tài)足跡與前期研究學(xué)者“國(guó)家公頃”生態(tài)足跡[18]生態(tài)足跡相比，省公頃生態(tài)足跡結(jié)果會(huì)略高于國(guó)家公頃生態(tài)足跡，這是由于“國(guó)家公頃”是以全國(guó)平均生產(chǎn)力作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，計(jì)算出的均衡因子與產(chǎn)量因子只能反映出各個(gè)省之間的地理、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平。全省一致的當(dāng)量因子難以區(qū)分西寧市與其他市的發(fā)展的經(jīng)濟(jì)特征，這就使得與“省公頃”下的計(jì)算結(jié)果發(fā)生較大偏差。

從圖3 與圖4 的生態(tài)承載力結(jié)構(gòu)來(lái)看，耕地、牧草地是提供區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力，所以對(duì)青海東部城市而言耕地和牧草地的生態(tài)保護(hù)就顯得尤為重要。青海省東部2010～2017年間雖然耕地面積減少1.03萬(wàn)hm2，但是耕地產(chǎn)品產(chǎn)量卻一直沒(méi)有大幅度減少，這與耕地產(chǎn)出效率的提升有著直接的關(guān)系，另一方面也反映出承載力的逐年增長(zhǎng)。青海東部牧草地面積大，導(dǎo)致人均承載力的值偏大，可事實(shí)是絕大多數(shù)為荒草地沒(méi)有實(shí)際的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。青海省東部2010～2017年間交通建設(shè)用地增加1.6萬(wàn)hm2，承載力有所提高，但建設(shè)用地足跡雖然在2012、2014、2017年比上一年略微下降，建設(shè)用地足跡總體依舊持續(xù)上升。林地足跡每年呈現(xiàn)遞減趨勢(shì)，8年間減少0.05 snhm2。青海作為林木稀少的高寒地帶，林地與水域面積不足青海東部的十分之一，并非是影響生態(tài)承載力的主要土地類型。

由圖5 可看出，青海東部城市2010～2017年呈現(xiàn)生態(tài)赤字狀態(tài)，反映出東部城市的居民對(duì)物資的消耗與產(chǎn)生的廢棄物已超出了生態(tài)承載力的范圍，面臨不可持續(xù)發(fā)展的局面。青海東部城市生態(tài)承載力平緩增長(zhǎng)，但增長(zhǎng)幅度小于青海東部城市的生態(tài)足跡的增長(zhǎng)幅度，因此呈現(xiàn)生態(tài)赤字狀態(tài)，并且赤字有逐年上漲的趨勢(shì)。海東地區(qū)的生態(tài)赤字小于西寧市，這是因?yàn)楹|地區(qū)近年來(lái)通過(guò)提高農(nóng)耕技術(shù)，增加單位面積農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量，不斷提高生態(tài)承載力，使得其生態(tài)承載力高于西寧市，并且很好地緩解了赤字的增長(zhǎng)。西寧市生態(tài)承載力原本小于海東市，又因城市建設(shè)大量占用耕地，導(dǎo)致耕地承載力增長(zhǎng)緩慢，使得生態(tài)赤字得不到緩解，并且逐年上漲，生態(tài)環(huán)境壓力進(jìn)一步加大。

圖5 青海東部城市人均生態(tài)承載力與人均生態(tài)赤字

3.3 生態(tài)足跡廣度與足跡深度計(jì)算與分析

結(jié)合圖2、圖3 的數(shù)據(jù)，使用改進(jìn)后的三維生態(tài)足跡模型對(duì)青海東部城市2010～2017年人均生態(tài)足跡廣度做測(cè)算，計(jì)算結(jié)果如表5、圖6、圖7 所示。

由計(jì)算結(jié)果和圖6、圖7 可看出，隨著青海東部城市耕地、牧草地、水域的生態(tài)足跡不斷增大、存量資本會(huì)被迅速消耗。若西寧市與海東市存量資本被長(zhǎng)期過(guò)度消費(fèi)，流量資本則也會(huì)消耗殆盡，并且會(huì)對(duì)資本流量更新產(chǎn)生嚴(yán)重影響，給生態(tài)環(huán)境造成巨大壓力，則生態(tài)承載力會(huì)越來(lái)越低，導(dǎo)致生態(tài)赤字逐漸增大，形成惡性循環(huán)。

表5 青海東部城市人均足跡廣度單位：snhm2/person

圖6 西寧市人均足跡廣度

圖7 海東市人均足跡廣度

西寧市在2010年耕地與建設(shè)用地足跡廣度為生態(tài)足跡；在2011～2015年，耕地與建設(shè)用地的足跡廣度為生態(tài)承載力，流量資本并未被完全占用；但到了2016、2017年，足跡廣度的值分別為0.489 snhm2、0.456 snhm2，等于生態(tài)足跡的值，又轉(zhuǎn)變到了資本流量被完全占用地狀態(tài)。牧草地、林地的足跡廣度在2010～2017年間一直為生態(tài)足跡。海東市除2010年，在2011～2017年間，耕地與建設(shè)用地足跡廣度為生態(tài)承載力，但牧草地、林地、水域的足跡廣度為生態(tài)足跡，并且動(dòng)用存量資本，才能滿足海東市居民的消費(fèi)需求。

表6 青海東部城市人均生態(tài)足跡深度

但從2016年后，西寧市足跡深度大于1，并且有增加的趨勢(shì)。2010～2017年間，西寧市耕地面積減少6025 hm2，建設(shè)用地增加8088 hm2，這是由于西寧城市建設(shè)迅速擴(kuò)張，交通、建設(shè)用地占用了一部分耕地，使得耕地總體承載力降低，耕地人均足跡廣度減小導(dǎo)致足跡深度大于1。西寧市牧草地、林地與水域在2010～2017年間長(zhǎng)期處于生態(tài)赤字，足跡深度偏大，為一直大于1。這表明牧草地、林地、水產(chǎn)品長(zhǎng)期過(guò)度消耗，需要近3 倍牧草地面積，5～8 倍林地面積才能支撐目前的資源消耗量。西寧市林地足跡深度2010～2013年從6.845下降至3.641，但在2014年又猛增，最高達(dá)到了8.166，在隨后兩年由年鑒得知，西寧市木材砍伐量降低，因此足跡深度穩(wěn)定在4.5 左右。海東市近幾年來(lái)，重視“三農(nóng)”政策，努力推進(jìn)農(nóng)業(yè)創(chuàng)新體制，海東市扶持力度大，效果顯著，加之城市建設(shè)加快，耕地與建設(shè)用地足跡深度自2010年后始終保持在原長(zhǎng)。海東市牧草地足跡深度在8年間增長(zhǎng)了70%。因?yàn)槟羺^(qū)草地長(zhǎng)期處于低生產(chǎn)力狀態(tài)，跟不上居民的消費(fèi)力度。其經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整緩慢，單一牧區(qū)放牧，畜牧業(yè)現(xiàn)代機(jī)械化水平相對(duì)落后，也是導(dǎo)致海東市牧草地足跡深度陡增的主要原因。海東市林地稀疏，均衡因子處于全國(guó)較低水平，林地生態(tài)承載力過(guò)低，居民林產(chǎn)品需求過(guò)高，僅藥材需求量在8年間就增加了1.6萬(wàn)噸，過(guò)度消耗資源存量，使得海東市林地人均生態(tài)足跡深度持續(xù)上升。

圖8 西寧市人均生態(tài)足跡深度

圖9 海東市人均生態(tài)足跡深度

4 ArcGIS 下青海東部城市生態(tài)足跡與土地利用分析

為研究青海省東部城市土地利用情況，對(duì)青海東部城市西寧市與海東市進(jìn)行生態(tài)足跡分析，并且在ArcGIS 的輔助下繪制青海東部城市的生態(tài)足跡變化時(shí)間序列圖。ArcGIS 能對(duì)土地的變化、統(tǒng)計(jì)分析提供有效平臺(tái)，可視化青海東部城市的土地利用情況，從而制定該地區(qū)土地利用發(fā)展的有效方案。將青海東部城市的土地劃分為耕地、林地、牧草地、水域、建設(shè)用地5種類型，在ArcGIS 下將5 種土地類型的區(qū)域矢量圖轉(zhuǎn)化為柵格圖，生成的柵格圖為該研究區(qū)域的生態(tài)足跡圖，Value 值為青海東部城市的生態(tài)足跡值。人均生態(tài)足跡值可分為三個(gè)檔次：大于0.6 snhm2為第一檔；0.3 snhm2～0.6 snhm2為第二檔；小于0.3 snhm2為第三檔。

選取生態(tài)足跡視圖變化最顯著的年份，分別為2010年、2014年與2017年。結(jié)合圖2 與圖10～12 可以看出，青海東部城市除了林地生態(tài)足跡在減小外，其余四種類型土地生態(tài)足跡均在增大。使人均生態(tài)足跡增加的主要土地類型為牧草地、耕地與建設(shè)用地。牧草地人均生態(tài)足跡在2010～2017年間始終大于0.6 snhm2，屬于第一檔；耕地長(zhǎng)期以來(lái)處于0.3 snhm2～0.6 snhm2之間，歸于第二檔；建設(shè)用地人均生態(tài)足跡值逐年上漲，在2016年時(shí)超過(guò)0.3 shnm2，由第三檔轉(zhuǎn)變?yōu)榈诙n；水域與林地同屬第三檔。

圖10 2010年青海東部城市人均生態(tài)足跡

圖11 2014年青海東部城市人均生態(tài)足跡

青海東部為高海拔地帶，牧草地與林地生態(tài)脆弱，但由于畜牧業(yè)發(fā)達(dá)，對(duì)于牧草地的利用程度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于林地，因此牧草地生態(tài)足跡遠(yuǎn)高于林地。耕地面積雖然每年減少，但農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量并沒(méi)有減產(chǎn)，這是由于對(duì)耕地利用度的提高，使得單位產(chǎn)量提高，因此也直接導(dǎo)致生態(tài)足跡值的升高。建設(shè)用地占用耕地，但生態(tài)足跡值不斷攀升，是因?yàn)榍嗪Ｊ≌?014年開始嚴(yán)格執(zhí)行《工業(yè)項(xiàng)目建設(shè)用地控制指標(biāo)》，并且加大閑置土地處理力度，加強(qiáng)了建設(shè)用地的使用，落實(shí)嚴(yán)格節(jié)約集約建設(shè)用地制度，使建設(shè)用地利用強(qiáng)度增大。青海東部城市的居民對(duì)水產(chǎn)品需求量雖然逐漸上漲，但水產(chǎn)品更多的是依賴進(jìn)口，因此對(duì)本地水域利用程度不高，生態(tài)足跡值偏小。

圖12 2017年青海東部城市人均生態(tài)足跡

5 結(jié)論與討論

5.1 結(jié)論

從計(jì)算結(jié)果可以看出，青海東部城市處于不可持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)。從生態(tài)足跡指標(biāo)看，不論是西寧市還是海東市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)程中對(duì)資源的需求都呈現(xiàn)出上漲的趨勢(shì)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其生態(tài)系統(tǒng)對(duì)自然資源的供給能力，導(dǎo)致區(qū)域出現(xiàn)生態(tài)赤字，并且還有進(jìn)一步擴(kuò)大的趨勢(shì)。從土地類型中可以看出，耕地、牧草地是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力，西寧市從2016年開始耕地呈現(xiàn)出赤字，因?yàn)楦匾环矫娌粌H要滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，另一方面城鎮(zhèn)擴(kuò)張對(duì)耕地進(jìn)行了大量占用，導(dǎo)致承載力降低。牧草地的不可持續(xù)發(fā)展與區(qū)域當(dāng)?shù)鼐用竦南M(fèi)習(xí)慣有直接的聯(lián)系，尤其是隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，居民生活水平不斷提高，對(duì)牛羊肉等產(chǎn)品的需求量不斷增大，導(dǎo)致了牧草地生態(tài)足跡的不斷上升，但是牧草地自身生態(tài)承載力恢復(fù)又需要較長(zhǎng)的周期。此外，這也與青海東部的現(xiàn)狀有關(guān)，青海東部為農(nóng)業(yè)區(qū)非牧區(qū)，大量牧草地產(chǎn)品需從青海省西部進(jìn)口，導(dǎo)致了供需矛盾的進(jìn)一步深化。

從自然資本存量和流量角度看，青海省東部城市耕地與建設(shè)用地和牧草地相比，為高流量資本低存量資本，因?yàn)榱髁抠Y本占用較多，因此對(duì)存量資本的消耗減少。青海東部城市牧草地自然資本利用強(qiáng)度為最高，這是由于牧草地產(chǎn)品本身產(chǎn)量不高，再加上居民對(duì)牧草地自然資本需求不斷增加，導(dǎo)致資本存量與資本流量偏大。林地有著較低的生態(tài)足跡廣度但足跡深度偏大，屬于流量資本的極度缺乏需要耗費(fèi)存量資本來(lái)填補(bǔ)。自然資本的利用是依靠社會(huì)經(jīng)濟(jì)與自然資源共同決定，因此可以發(fā)現(xiàn)，青海東部城市的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與自然資源的供應(yīng)屬于較高水平。

對(duì)比生態(tài)可持續(xù)發(fā)展、土地利用等已有的相關(guān)研究，與三維生態(tài)足跡模型計(jì)算與分析得出的結(jié)果基本一致。二維生態(tài)足跡模型并不能測(cè)度出每種土地利用、資源消耗程度，因此，加入足跡廣度與足跡深度兩項(xiàng)指標(biāo)有效地彌補(bǔ)了模型的不足。但同時(shí)需要指出，二維模型本身具有的生態(tài)偏向性、評(píng)價(jià)指標(biāo)單一、忽略社會(huì)人文因素等缺陷到三維模型中依舊未解決。這就需要借助其他指標(biāo)與模型與三維生態(tài)足跡模型結(jié)合分析。

5.2 討論

青海省不僅是多元民族文化交融的熱土，也是“新絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶”上的一顆明珠?！耙粠б宦贰睉?zhàn)略的實(shí)施必定會(huì)給青海的發(fā)展帶來(lái)新機(jī)遇。加之青海省政府因青海省獨(dú)特的生態(tài)環(huán)境，提出“生態(tài)立省”戰(zhàn)略，維護(hù)環(huán)境穩(wěn)定，減小生態(tài)壓力。青海省脆弱的生態(tài)環(huán)境在區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中呈現(xiàn)出區(qū)域不平衡性，因此如何找準(zhǔn)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展路徑，解決發(fā)展中的不平衡不充分問(wèn)題，對(duì)于青海實(shí)現(xiàn)新時(shí)代的新發(fā)展、新作為意義重大?；谏鲜龇治龊陀懻摚罁?jù)“一帶一路”與“生態(tài)立省”戰(zhàn)略的實(shí)施，從如何保護(hù)土地綠色發(fā)展、新能源的研發(fā)與使用、建立資源節(jié)約型社會(huì)、對(duì)國(guó)土空間規(guī)劃與人居環(huán)境四個(gè)方面提出提高生態(tài)承載力的建議。

5.2.1 綠色發(fā)展是提高區(qū)域生態(tài)承載力的有效途徑。為減小耕地壓力，減少存量資本占用，提高耕地效率，可以發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)技術(shù)?？梢杂蒅IS 根據(jù)空間變化，定時(shí)、定位、定量實(shí)施現(xiàn)代化農(nóng)業(yè)操作與管理，實(shí)現(xiàn)高效利用農(nóng)業(yè)資源與改善耕地環(huán)境這一可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)。為降低牧草地資本存量的占用，應(yīng)治理河流湖泊等水體污染，穩(wěn)定草場(chǎng)生長(zhǎng)環(huán)境后，大力發(fā)展人工草種植，減小荒草地的面積，最后確保禁牧和草地平衡，建成生態(tài)作用突出、綠色有機(jī)無(wú)污染的天然畜產(chǎn)品生產(chǎn)區(qū)。進(jìn)一步落實(shí)退耕還林政策促進(jìn)青海東部城市林地面積增加，提高林地生態(tài)承載力。最后降低廢渣廢水對(duì)水體污染，優(yōu)化水資源，改變傳統(tǒng)的水產(chǎn)養(yǎng)殖模式，或改變魚種的投放結(jié)構(gòu)，屯養(yǎng)成魚，增強(qiáng)水域的承載力。

5.2.2 對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的研發(fā)與扶持是減少環(huán)境壓力的有效措施。青海東部城市地處2300 米海拔的高原地帶，日照豐富，一方面，政府可大力支持《高效、低成本、低污染太陽(yáng)能級(jí)多晶硅生產(chǎn)工藝研究》、《青海省GW 級(jí)太陽(yáng)能光伏系統(tǒng)應(yīng)用及產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃研究》等科研項(xiàng)目，加大對(duì)新能源產(chǎn)業(yè)的扶持，發(fā)展太陽(yáng)能，減少煤炭、天然氣的使用，減少碳排放量，把對(duì)環(huán)境的污染降到最低；另一方面，鼓勵(lì)居民使用可再生能源、更清潔的能源。

5.2.3 建立資源節(jié)約型社會(huì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的有效模式。人口增長(zhǎng)也是導(dǎo)致生態(tài)足跡增加的原因，因此，要確定適合城市發(fā)展的人口數(shù)量，做好環(huán)境保護(hù)宣傳，倡導(dǎo)資源節(jié)約，形成低碳、綠色、健康發(fā)展的全民消費(fèi)理念。同時(shí)，市政府應(yīng)加強(qiáng)用地調(diào)控，嚴(yán)格控制建設(shè)用地?cái)U(kuò)張，執(zhí)行耕地占補(bǔ)平衡措施，提高土地集約利用水平。

5.2.4 國(guó)土空間規(guī)劃與人居生態(tài)環(huán)境的指導(dǎo)。按照黨的十九大報(bào)告中提出進(jìn)一步健全國(guó)土空間管制制度，青海省東部城市應(yīng)適應(yīng)高質(zhì)量發(fā)展要求的指標(biāo)體系、標(biāo)準(zhǔn)體系等，加快土地供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，強(qiáng)化空間治理建設(shè)能力。首先，可采用遙感影像與GIS 技術(shù)對(duì)青海東部城市各類土地的分布進(jìn)行記錄，分析各類土地的承載力水平與生態(tài)安全程度，再對(duì)每類土地的生態(tài)價(jià)值與開發(fā)適宜性進(jìn)行評(píng)估，最后構(gòu)建以生活空間、生態(tài)空間、生產(chǎn)空間為基礎(chǔ)并且符合青海東部城市的“三生”空間體系。對(duì)于今后幾年的人居環(huán)境建設(shè)，建議啟動(dòng)園博園規(guī)劃建設(shè)；繼續(xù)實(shí)施天然草地、林地資源保護(hù)、公益林草地建設(shè)；持續(xù)改造提升城市園林，建設(shè)以道路河流為骨架，公園廣場(chǎng)為支點(diǎn)的青海東部城市湟水河百里生態(tài)廊道。