蔡菲 張思佳 黃穎 張欣銘 劉興詔

(福建農(nóng)林大學園林學院 福建福州 350002)

0 引言

隨著城市化的深入，現(xiàn)代經(jīng)濟的發(fā)展促進區(qū)域間的發(fā)展交流，在創(chuàng)造大量就業(yè)機會的同時，也致使城市人口增長迅速、生存壓力變大。我國西北地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富[1]，重工業(yè)發(fā)達，是國民經(jīng)濟發(fā)展的重要構(gòu)成部分，但西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為脆弱，易受破壞。資源環(huán)境的日漸匱乏危及著城市的可持續(xù)發(fā)展[2]，在滿足當前社會發(fā)展需求的同時，必須謀求人類未來的福祉。

人類從自然環(huán)境中獲取生產(chǎn)生活所需的資源同時，排放廢物，吸納人類消費所產(chǎn)生的廢棄物所需的生物生產(chǎn)性土地面積，被定義為生態(tài)足跡，而自然所能支持的生態(tài)足跡供給可視為生態(tài)承載力。所有項目的消費量可追溯至不同的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，通過土地的供求關(guān)系，評估自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展狀態(tài)。

西安市是一帶一路[3-4]的重要節(jié)點，也是西北地區(qū)重要的重工業(yè)中心，城市工業(yè)的崛起和自然資源的過度開發(fā)，導致西安市生態(tài)環(huán)境惡化，資源和環(huán)境矛盾愈發(fā)突出，因此對西安市生態(tài)承載力[5-6]進行評價十分必要。本文基于生態(tài)足跡模型，將西安市生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進行對比分析，探究其變化趨勢與原因，對西安市生態(tài)環(huán)境進行總結(jié)評價，以期為西安城市生態(tài)建設和可持續(xù)發(fā)展[7]提供新思路與方法。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

西安市地處渭河沖積平原，地勢平坦，北臨渭河，南依秦嶺，自然資源豐富；位于關(guān)中——天水經(jīng)濟區(qū)核心地帶，對外交通便利，擁有濃厚的歷史文化底蘊，是我國西部大開發(fā)戰(zhàn)略的重要樞紐。城市總面積約10752 km2，常住人口1020.35萬人，地均GDP約1256.57萬元/km2，居全省首位。

1.2 數(shù)據(jù)來源

西安市2010年～2018年生物資源和能源消費、人口數(shù)量等數(shù)據(jù)，主要源于《西安市統(tǒng)計年鑒》《西安市國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》，各類生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，主要來源于國家自然資源部官網(wǎng)關(guān)于陜西省的土地調(diào)查成果。

1.3 生態(tài)足跡與生態(tài)承載力評價方法

1.3.1 生態(tài)足跡的計算模型

基于加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家Willian及其博士生Wackernagel的生態(tài)足跡分析法[8-10]，將土地資源劃為6類：耕地、林地、草地、水域、建筑用地、化石能源用地進行計算[11]。不同生態(tài)生產(chǎn)力的生物生產(chǎn)面積需乘以均衡因子，轉(zhuǎn)化為具相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積，本文中各土地類型的均衡因子采用國際標準：耕地、建筑用地為2.8，林地、化石能源土地為1.1,草地為0.5，水域為0.2[7]。

生產(chǎn)足跡的計算步驟及公式如下：

(1)計算各類消費所占用的面積

Si=Ci/Yi(i=1 , 2 , …… , 6)

式中：i為消費項目類型；Si為各類消費所耗的生物生產(chǎn)面積；Ci為i項消費總量；Yi為i項的土地生產(chǎn)力，體現(xiàn)為全球平均產(chǎn)量(kg/hm2)。其中在計算能源足跡時，通過能源折算系數(shù)與全球平均能源足跡(Gj/hm2)，將各項能源消費所消耗的熱量轉(zhuǎn)化為化石能源用地面積。

(2)計算總土地占用的面積

Sj=∑Sij

式中：i為消費項目；j為土地類型。

(3)土地利用類型面積均衡化

EF(人均生態(tài)足跡)=∑(Sj×fj)/p

式中：fj為各類土地的均衡因子；Sj為各類土地利用類型面積；p為總?cè)丝凇?/p>

1.3.2 生態(tài)承載力的計算模型

由于地理環(huán)境懸殊，自然資源時空分配不均衡，各個地區(qū)生態(tài)環(huán)境所能提供的生物資源水平有所差異即生產(chǎn)力上的差異，需通過產(chǎn)量因子，將各區(qū)域同類生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積轉(zhuǎn)化為具有可比性的面積。本文采用我國目前的產(chǎn)量因子：耕地、建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，水域為1.00[12]。

將耕地、草地、林地、水域、建筑用地的面積乘以相應的均衡因子和產(chǎn)量因子，即可得出區(qū)域生態(tài)承載力。計算公式如下：

EC=∑aj×rj×yj(j=1 , 2 , …… , 6)[13]

EC——區(qū)域人均生態(tài)承載力；aj——人均生物生產(chǎn)面積；rj——均衡因子；yj——產(chǎn)量因子。

1.3.3 生態(tài)赤字與生態(tài)盈余

區(qū)域生態(tài)赤字和生態(tài)盈余，反映了這一時空下人口與自然資源的關(guān)系，以及生態(tài)環(huán)境的剩余價值。將計算所得的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進行對比，對西安市生態(tài)資源與環(huán)境現(xiàn)狀做出評價，判斷生態(tài)系統(tǒng)是否能支持該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展，合理預判，從而協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)建設。若EF>EC，則西安市人民的生態(tài)足跡需求超出生態(tài)環(huán)境所能供給的范疇，呈現(xiàn)生態(tài)赤字；若EF

2 西安市生態(tài)承載力綜合分析

2.1 生態(tài)足跡的年際變化分析

將人類生存發(fā)展所需的消費分為生物資源的消費及能源的消費，對西安市人民消費項目進行篩選統(tǒng)計，其中生物消費分為糧食、食用植物油、鮮肉、豬肉等，能源消費主要分為電、煤炭、管道天燃氣等，通過生態(tài)足跡模型計算得出最終結(jié)果(圖1)。2010年～2018年，西安市人均生態(tài)足跡呈總體上升的趨勢，由2010年的0.2873 hm2上升到0.4139 hm2，提高了44%(圖1)。期間內(nèi)僅2010年～2012年人均生態(tài)足跡呈下降趨勢，下滑至0.2090 hm2，主要在于農(nóng)村人口銳減，農(nóng)村人均消費總量減少。

圖1 2010-2018年西安市生態(tài)足跡變化

在構(gòu)成生態(tài)足跡的六類土地利用類型中，耕地、草地占據(jù)生態(tài)足跡的主導地位。2010年～2018年耕地人均生態(tài)足跡由0.1348 hm2波動上升至0.1775 hm2，漲幅為24.05%；草地人均生態(tài)足跡由0.0990 hm2波動上升至0.1279 hm2，增加了22.60%，可見西安市人口對糧食、禽肉等的消費需求量增加迅速。林地人均生態(tài)足跡由0.0005 hm2增長至0.0035 hm2，水域人均生態(tài)足跡由0.0104 hm2增長至0.0192 hm2，主要源于西安市瓜果、水產(chǎn)品消費量的增加。此外，西安市的開發(fā)建設促進了基礎設施條件的改善和出行方式的改變，使得西安市對能源的消費需求與日俱增，建筑用地人均生態(tài)足跡由0.0135 hm2增長至0.0264 hm2，化石能源用地人均生態(tài)足跡由0.0291 hm2增長至0.0593 hm2，漲幅分別高達48.86%、50.93%，在西安市經(jīng)濟發(fā)展中占據(jù)重要地位。

據(jù)統(tǒng)計2018年西安市常住人口城鎮(zhèn)化率達74.01%，社會人口結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，農(nóng)村人口進一步減少。而隨著西安市經(jīng)濟的發(fā)展，人民的消費水平和生活質(zhì)量不斷提高，同時社會的發(fā)展吸引勞動力市場聚集，城市人口規(guī)模不斷擴張，未來西安市生態(tài)足跡仍會不斷攀升[15]。

2.2 生態(tài)承載力的年際變化分析

通過前文構(gòu)建的生態(tài)承載力模型計算(圖2)，對西安市生態(tài)承載力[16]進行評價。2010年～2018年，西安市人均生態(tài)承載力逐年下降，由0.2843 hm2下降至0.2603 hm2，減少了8.44%，說明西安市自然資源環(huán)境不斷惡化。至2018年，西安市各土地利用類型人均生態(tài)承載力由大到小為：耕地、建筑用地、林地、水域、草地。

圖2 2010年～2018年西安市生態(tài)承載力變化

據(jù)統(tǒng)計2010年～2018年，西安市耕地面積由299150 hm2減少至292771 hm2；林地面積先減后增，由482758 hm2至483122 hm2；建筑用地面積由113939 hm2擴張至162140 hm2；草地面積由23668 hm2增加至23787 hm2；水域面積由20068 hm2銳減至16389 hm2。耕地、水域面積的銳減直接導致其人均生態(tài)承載力驟減，耕地人均生態(tài)承載力由0.1641 hm2減少至0.1360 hm2，減少了17.12%；水域人均承載力則由0.0005 hm2減少至0.0003 hm2，減少了40%。林地、草地面積不斷增加，但其生態(tài)承載力卻逐年遞減，林地人均生態(tài)承載力由0.0570 hm2降低至0.0483 hm2，草地人均生態(tài)承載力由0.0003 hm2降低至0.0002 hm2，這與當?shù)厮亮魇?、亂砍濫伐等生態(tài)問題密切相關(guān)。而建筑用地人均生態(tài)承載力由0.0625 hm2迅速增長至0.0753 hm2，增幅為17%，約為其人均生態(tài)足跡的2.7～4.6倍，說明西安市城市建設規(guī)模不斷擴大，同時產(chǎn)生了許多剩余用地，與社會經(jīng)濟發(fā)展不適配，西安處于消極型城市化狀態(tài)。

2.3 生態(tài)赤字的年際變化分析

將生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進行對比發(fā)現(xiàn)，2010年～2018年，西安市人均生態(tài)足跡約為人均生態(tài)承載力的0.7-1.6倍，生態(tài)足跡不斷增加，增長速率遠超生態(tài)承載力，生態(tài)赤字整體呈波動上升趨勢(圖3)。

圖3 2010年～2018年西安市生態(tài)系統(tǒng)變化趨勢

2010年～2012年，西安市生態(tài)赤字呈下降趨勢，至2012年出現(xiàn)生態(tài)盈余(圖3)，主要源于當年生態(tài)足跡的驟減(圖1)，總體生態(tài)承載力超出生態(tài)足跡約0.0738 hm2/人，其中耕地、林地、建筑用地是支撐生態(tài)承載力的重要部分。

此后，生態(tài)赤字不斷攀升，由0.003 hm2/人增長至0.1536 hm2/人，且2012年～2016年生態(tài)赤字的攀升速率大于2016年～2018年的增加速率(圖3)，一定程度上是后來西安市水土流失、土地損毀現(xiàn)象有所改善，生態(tài)系統(tǒng)組織力、活力得到恢復。在赤字年份中，生態(tài)承載力不足的土地類型有耕地、草地、水域，主要是農(nóng)轉(zhuǎn)用、生態(tài)退耕等措施，以及災毀等生態(tài)威脅造成其生產(chǎn)性面積減少，導致總體生態(tài)支持力相對較低。側(cè)面說明西安市土地利用結(jié)構(gòu)的不合理，無法促進農(nóng)業(yè)、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)健康協(xié)調(diào)地發(fā)展，使部分資源的消耗速度大于其產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)速度。自然供給與人類消費需求產(chǎn)生的缺口，將持續(xù)給西安市生態(tài)建設帶來巨大壓力。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論與不足

城市是人口的聚集地，城市中人們進行各種各樣的生產(chǎn)生活活動，不僅關(guān)乎社會經(jīng)濟的發(fā)展，而且關(guān)聯(lián)著生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)態(tài)，對城市發(fā)展的影響不言而喻。本研究基于生態(tài)足跡模型，對西安市生態(tài)承載力進行評價，主要得到以下結(jié)論：

(1)2010年～2018年西安市生態(tài)足跡波動由0.2873 hm2/人上升至0.4139 hm2/人，人均消費需求不斷擴大。各土地類型人均生態(tài)足跡：耕地>草地>化石能源用地>建設用地>水域>林地，耕地生態(tài)足跡在西安市生態(tài)足跡中占主導地位，約為足跡總量的30%～53%，耕地問題突出。

(2)2010年～2018年西安市生態(tài)赤字不斷擴大，生態(tài)承載力由0.2843 hm2持續(xù)下降至0.2603 hm2，降幅為8.44%，資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展形式嚴峻。人均生態(tài)承載力：建筑用地>耕地>林地>水域>草地，與生態(tài)足跡需求不匹配，西安市生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象加速。

本文中與生態(tài)足跡相關(guān)的消費項目數(shù)據(jù)獲取并不全面，一定程度上影響了生態(tài)足跡模型的精確性，因此，在決策過程中，依據(jù)各類生物生產(chǎn)性面積的需求確定用地結(jié)構(gòu)與開發(fā)規(guī)模時，宜結(jié)合當?shù)貙嶋H情況進行。

3.2 建議

生態(tài)承載力是調(diào)整城市發(fā)展方向的重要依據(jù)。結(jié)合西安市總體規(guī)劃，本文對西安市城市可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)建設提出兩點建議：

(1)倡導低碳生活理念，建設集約節(jié)約型生態(tài)城市?？刂朴玫匾?guī)模，整合分散、閑置土地；日常生活中在有限范圍內(nèi)合理利用自然資源，降低能耗同時減少對周邊地區(qū)造成的生態(tài)壓力，促進區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。

(2)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，優(yōu)化西安市產(chǎn)業(yè)布局，協(xié)調(diào)經(jīng)濟與生態(tài)發(fā)展[17-18]。根據(jù)生態(tài)足跡需求，控制建設用地開發(fā)速度，重視耕地保護，開發(fā)草地、水域促進畜牧業(yè)、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。