資源枯竭型城市土地生態(tài)安全研究——以耒陽(yáng)市為例

王 鵬；王明煜；鄧育武；周旖旎；聶 韜；劉一鳴

（1.衡陽(yáng)師范學(xué)院南岳學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系 湖南 衡陽(yáng) 421008；2.衡陽(yáng)師范學(xué)院 資源環(huán)境與旅游管理系 湖南 衡陽(yáng) 421002）

資源枯竭型城市是指礦產(chǎn)資源開發(fā)進(jìn)入衰退或枯竭過(guò)程的城市。耒陽(yáng)市是我國(guó)中部地區(qū)獲批國(guó)家資源枯竭型的7個(gè)縣級(jí)市之一［1］。除了國(guó)有煤礦之外，耒陽(yáng)市多數(shù)煤礦設(shè)備簡(jiǎn)陋、技術(shù)落后，資源開采率低，資源浪費(fèi)與破壞比較嚴(yán)重。由于長(zhǎng)期地下開采，耒陽(yáng)市形成了大面積的采空區(qū)，導(dǎo)致地表大范圍沉陷、開裂、山體滑坡和地下水位下降。2005年，相關(guān)機(jī)構(gòu)對(duì)白沙礦區(qū)采煤沉陷區(qū)綜合治理進(jìn)行了評(píng)估，原白沙礦務(wù)局耒陽(yáng)境內(nèi)的白沙、永耒礦區(qū)采空面積為16.25km2，沉陷區(qū)面積34.73 km2。隨著煤炭開采活動(dòng)的繼續(xù)，沉陷區(qū)將繼續(xù)擴(kuò)大。經(jīng)過(guò)幾十年的規(guī)模開采，部分生產(chǎn)礦井轉(zhuǎn)入中深部開采，由于下部開采直接影響上部開采區(qū)，部分穩(wěn)定區(qū)將活化為非穩(wěn)定區(qū)［2］。在長(zhǎng)期煤炭資源開采、加工及轉(zhuǎn)化的過(guò)程中，產(chǎn)生了大量煤矸石、粉煤灰、礦井廢水、廢氣等礦山“三廢”，礦區(qū)乃至全市生態(tài)環(huán)境受到了嚴(yán)重污染或破壞，對(duì)礦區(qū)及周邊的正常生產(chǎn)生活造成了嚴(yán)重的影響。本文以耒陽(yáng)市為例，應(yīng)用生態(tài)足跡的理論和方法，通過(guò)生態(tài)承載力指數(shù)和生態(tài)赤字指數(shù)測(cè)算耒陽(yáng)市的土地生態(tài)安全，以期為資源枯竭型城市的轉(zhuǎn)型和發(fā)展提供理論依據(jù)與科學(xué)參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

生態(tài)足跡的理論和方法分為生態(tài)足跡（人類需求）計(jì)算和生態(tài)承載力（自然供給）計(jì)算兩個(gè)部分。生態(tài)足跡分析法從需求方面計(jì)算生態(tài)足跡的大小，從供給方面計(jì)算生態(tài)承載力的大小，通過(guò)這兩者的比較，評(píng)價(jià)某地區(qū)即研究對(duì)象的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，即：計(jì)算區(qū)域的耕地、草地、林地、水域、建筑面積等對(duì)應(yīng)的土地面積，通過(guò)對(duì)比分析該區(qū)域的生態(tài)足跡產(chǎn)出和承載來(lái)評(píng)價(jià)該區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性程度［3－4］。生物生產(chǎn)性土地面積是生態(tài)足跡與承載力計(jì)算模型為各類自然資本提供的統(tǒng)一度量基礎(chǔ)。生產(chǎn)性土地是指具有生態(tài)生產(chǎn)能力的土地或水體［5］，因此容易建立等價(jià)關(guān)系，從而方便計(jì)算自然資本的總量。在計(jì)算中把人類使用的生物生產(chǎn)性土地分為6種：耕地、草地、林地、建筑用地、化石能源用地和水域［6－7］。

1.1 生態(tài)足跡計(jì)算模型

生態(tài)足跡就是通過(guò)測(cè)定現(xiàn)今人類為了維持自身生存而利用自然的量來(lái)評(píng)估人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響。因此，任何已知人口（某一個(gè)人、一個(gè)城市或一個(gè)國(guó)家）的生態(tài)足跡就是其占用的生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的資源和容納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物所需要的生物生產(chǎn)土地面積（biologically productive area），其公式如下［8］：

式中：EF為總的生態(tài)足跡，N為人口數(shù)，ef為人均生態(tài)足跡，ci為i種物質(zhì)的人均消費(fèi)量，pi為i種物質(zhì)的世界平均生產(chǎn)力即全球平均產(chǎn)量，n為物質(zhì)的數(shù)量，ri是第i類物質(zhì)所占用生物生產(chǎn)性土地類型的均衡因子。

1.2 生態(tài)承載力計(jì)算模型

在生態(tài)足跡方法中，生態(tài)承載力是指一個(gè)區(qū)域?qū)嶋H提供給人類的所有生物生產(chǎn)土地面積（包括水域）的總和［9］。生態(tài)承載力計(jì)算公式如下［10］：

式中：EC為生態(tài)承載力；ec為人均生態(tài)承載力；N為人口數(shù)；aj為人均生物生產(chǎn)性土地面積；rj為第j類生物生產(chǎn)性土地的均衡因子；yj為第j類生物生產(chǎn)性土地的產(chǎn)量因子。按世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)（WCED）的報(bào)告，考慮到生物多樣性的因素，在計(jì)算區(qū)域生態(tài)承載力時(shí)扣除12% 的生物多樣性保護(hù)面積［5］，用以保護(hù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境。

1.3 生態(tài)赤字計(jì)算模型

生態(tài)安全的評(píng)價(jià)通過(guò)生態(tài)足跡減去生態(tài)承載力得到的生態(tài)赤字或生態(tài)盈余來(lái)反映。生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時(shí)，產(chǎn)生生態(tài)盈余，表明人類對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的壓力處于本地區(qū)所提供的生態(tài)承載力范圍內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)是可持續(xù)的［11］；若生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，出現(xiàn)生態(tài)赤字，表明人類對(duì)自然系統(tǒng)的壓力大于本地區(qū)所提供的生態(tài)承載力范圍，而赤字的部分則主要通過(guò)從地區(qū)調(diào)入欠缺的資源或消耗自然資本的途徑來(lái)獲得，說(shuō)明該地區(qū)是一個(gè)不可持續(xù)的發(fā)展，該地區(qū)生態(tài)安全受到了一定程度的威脅，生態(tài)赤字反映了生態(tài)安全被影響的程度。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源與模型參數(shù)確定

本文數(shù)據(jù)主要來(lái)自2006—2010年耒陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)年鑒、耒陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)公報(bào)、耒陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)、衡陽(yáng)市統(tǒng)計(jì)信息網(wǎng)；相關(guān)規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)及文獻(xiàn)（全球平均產(chǎn)量數(shù)據(jù)［12－14］、化石燃料生產(chǎn)土地平均發(fā)熱量［15］），其次通過(guò)調(diào)查問卷和實(shí)地考察等方式獲取了土地生態(tài)安全方面的資料 。

模型中均衡因子表示不同類型土地潛在生產(chǎn)力之比，由于各類生物生產(chǎn)性土地的生物生產(chǎn)力具有很大差異，計(jì)算前要將它們轉(zhuǎn)化成具有相同生產(chǎn)力的土地面積；而產(chǎn)量因子表示不同區(qū)域不同年份中，土地生產(chǎn)力會(huì)隨土地利用格局、區(qū)域技術(shù)等因素的變化而有所不同。在生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計(jì)算中，均衡因子和產(chǎn)量因子是影響計(jì)算結(jié)果的兩個(gè)關(guān)鍵的因素。模型中參照劉某承，李文華2010年對(duì)中國(guó)各地生態(tài)足跡均衡因子的測(cè)算研究結(jié)果，對(duì)湖南省均衡因子取值：耕地1.32；林地0.82；草地0.71；水域0.56；建筑用地1.32；化石能源用地0.82，碳足跡用地1.38。對(duì)于產(chǎn)量因子，選取Wachernagel等在計(jì)算中國(guó)生態(tài)足跡時(shí)采用的值：耕地、建筑用地為1.66；林地為0.91；草地為0.19；水域?yàn)?，碳足跡用地1.66。

2 耒陽(yáng)市生態(tài)足跡計(jì)算

2.1 各類生態(tài)足跡的計(jì)算

依據(jù)采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織（FAO）有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量資料［12－14］，計(jì)算生物資源生產(chǎn)面積；依據(jù)世界上單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)［15］，計(jì)算能源生產(chǎn)面積，依據(jù)公式（1），可得2007年耒陽(yáng)市生態(tài)足跡資源賬戶（表1）。

表1 2007年耒陽(yáng)市生態(tài)足跡資源賬戶Table 1 The resources account of the ecological footprint of Leiyang City in 2007

續(xù)表

2.2 生態(tài)足跡匯總

依據(jù)表1數(shù)據(jù)和公式（1），可計(jì)算出耒陽(yáng)市2007年生態(tài)足跡（表2），同理，可計(jì)算出2006—2010年耒陽(yáng)生態(tài)足跡（表3）。

表2 2007年耒陽(yáng)市生態(tài)足跡（需求）Table 2 2007Leiyang ecological footprint（demand）

表3 2006－2010年耒陽(yáng)市生態(tài)足跡匯總Table3 2006－2010Leiyang ecological footprint Summary

2.3 生態(tài)承載力計(jì)算

依據(jù)公式（2）用耒陽(yáng)市人均實(shí)際各類型生態(tài)土地面積乘以相應(yīng)的產(chǎn)量因子，再乘以對(duì)應(yīng)的均衡因子，可得2006至2010年耒陽(yáng)市生態(tài)承載力（表4）。

表4 2006—2010年耒陽(yáng)市生態(tài)承載力（供給）Table4 2006to 2010the Leiyang ecological carrying capacity（supply）

2.4 生態(tài)赤字（盈余）計(jì)算

依據(jù)公式（3）對(duì)耒陽(yáng)市2006至2010年生態(tài)赤字進(jìn)行計(jì)算（表5）。

表5 2006—2010年耒陽(yáng)市生態(tài)赤字（盈余）匯總Table5 2006to 2010the Leiyang ecological deficit（surplus）summary

3 耒陽(yáng)市土地生態(tài)安全測(cè)度分析

計(jì)算中得知，在生態(tài)足跡的六大類部分中，草地、化石能源用地和建筑用地的生態(tài)足跡占用比重較大。生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果顯示，從2006年至2010年5年中，耒陽(yáng)市人均生態(tài)承載力整體上基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，而人均生態(tài)足跡整體上有逐漸增大趨勢(shì)；但隨著生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的差距緩慢增大，導(dǎo)致生態(tài)赤字情況逐漸嚴(yán)重，意味著生態(tài)系統(tǒng)不穩(wěn)定性日趨變差。

從表5可以得出：2006年人均生態(tài)足跡是人均生態(tài)承載力的10.16倍，2007年至2010年逐年分別是11.09倍、11倍、12.63倍和14.24倍，耒陽(yáng)市近五年的生態(tài)足跡均為生態(tài)承載力的10倍以上，且人均生態(tài)赤字總體上有逐漸增大的趨勢(shì)。如果考慮到聯(lián)合國(guó)規(guī)劃署12%生物生產(chǎn)性土地以保護(hù)生物多樣性的建議，可利用的生態(tài)承載力會(huì)進(jìn)一步縮小，從而生態(tài)赤字將進(jìn)一步增大。

總體來(lái)看，這些計(jì)算結(jié)果都顯示出耒陽(yáng)市生態(tài)系統(tǒng)退化，人地關(guān)系十分緊張，社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)耒陽(yáng)市生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生巨大的壓力，土地生態(tài)系統(tǒng)處于不安全狀態(tài)。從表3可知，耒陽(yáng)市生態(tài)足跡中，草地、建筑用地和化石能源用地占絕大部分比重，分別約占32%、28%、25%，說(shuō)明耒陽(yáng)市社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展過(guò)多依賴于自然資源的消耗；總生態(tài)承載力中耕地占了較大比重，反映了耒陽(yáng)市生態(tài)足跡的供給依賴耕地情況比較嚴(yán)重。

從生態(tài)足跡各個(gè)組成部分來(lái)看，耕地、林地處于盈余狀態(tài)，主要由于近年來(lái)耒陽(yáng)市鄉(xiāng)村大多數(shù)人口都往城市發(fā)展，從而導(dǎo)致農(nóng)村大多數(shù)耕地荒廢，無(wú)人耕種，出現(xiàn)較普遍的浪費(fèi)荒蕪耕地情況，同時(shí)許多山丘無(wú)人打理，茅草叢生，而利用率也較低；草地、化石能源用地和建筑用地呈現(xiàn)生態(tài)赤字，主要是因?yàn)殡S著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人們生活水平提高，對(duì)動(dòng)物產(chǎn)品的消費(fèi)與需求也逐步增加，尤其是肉類和奶產(chǎn)品的需求大幅度增加，導(dǎo)致草地及水域壓力過(guò)大，同時(shí)化石能源用過(guò)呈現(xiàn)較高的生態(tài)赤字，其原因在于隨著社會(huì)的高速發(fā)展，該市近年來(lái)依托資源優(yōu)勢(shì)大力發(fā)展工業(yè)，對(duì)化石能源的需求量、開采量極速增加，化石能源用地處于過(guò)度開采狀態(tài)，從而出現(xiàn)較大的生態(tài)赤字。因此，耒陽(yáng)市的生態(tài)赤字主要是由于高能源消耗以及草地壓力過(guò)大造成的。

4 結(jié)論與建議

通過(guò)對(duì)耒陽(yáng)市人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力的計(jì)算可以看出，近年來(lái)耒陽(yáng)市在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)對(duì)環(huán)境也造成了較大的壓力，生態(tài)赤字嚴(yán)重，尤其是建筑用地、化石能源用地與草地的利用占耒陽(yáng)市生態(tài)赤字的主要部分，耒陽(yáng)市的生態(tài)赤字主要是由于高能源消耗以及草地壓力過(guò)大造成的，依靠自然資源的開發(fā)來(lái)發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)，這是不可持續(xù)的發(fā)展方式，應(yīng)該要加以改善。根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，該地區(qū)的生態(tài)赤字很難通過(guò)貿(mào)易得到大量補(bǔ)償，還是需要消耗自身的自然資源資本存量來(lái)獲取生態(tài)赤字的減少。為了保證研究區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)的安全，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)發(fā)展，據(jù)此，耒陽(yáng)市應(yīng)采取切實(shí)有效措施，降低生態(tài)足跡，保護(hù)生態(tài)環(huán)境：（1）調(diào)整和優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，適度發(fā)展二、三產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展節(jié)能減排型高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)，協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系，有效緩解資源環(huán)境壓力；（2）耒陽(yáng)市目前經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要依賴自然資本存量的消耗，生態(tài)系統(tǒng)的壓力已超過(guò)承載力，生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)逐漸遠(yuǎn)離平衡。因此應(yīng)倡導(dǎo)適度消費(fèi)，合理高效利用資源，減少非必須物質(zhì)產(chǎn)品的人均消費(fèi)，建立資源節(jié)約型的社會(huì)生產(chǎn)和生活消費(fèi)體系；（3）耒陽(yáng)市農(nóng)村耕地近年顯現(xiàn)出的荒廢擱置問題日益嚴(yán)重，同時(shí)城市的建設(shè)和工業(yè)發(fā)展占用不少耕地，因此必須要加大對(duì)基本農(nóng)田的保護(hù)力度，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，提高耕地的綜合利用率；（4）加大生態(tài)土地保護(hù)資金的投入，建立生態(tài)補(bǔ)償機(jī)制，來(lái)穩(wěn)定生態(tài)土地安全。

［1］曾三成.從中部資源枯竭型縣市看耒陽(yáng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展［N］.衡陽(yáng)日?qǐng)?bào)，2010－11－29（3）.

［2］張義，朱朝生，鐘林斌.聚焦資源枯竭型城市涅槃（下）耒陽(yáng)：因煤建市，因煤轉(zhuǎn)型［J］.國(guó)土資源導(dǎo)刊，2010（8）：38－40.

［3］楊開忠，楊詠，陳潔.生態(tài)足跡分析理論與方法［J］.地球科學(xué)進(jìn)展，2000，15（6）：630－636.

［4］張青峰，吳發(fā)啟，田 冬，等.陜西省2003年生態(tài)足跡計(jì)算分析［J］.干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2007，25（1）：35－40.

［5］Wackernagel M，Onisto L，Bello P，et al.National natural capital accounting with the ecological footprint concept［J］.Ecologic Economics，1999（29）：375－390.

［6］徐中民，程國(guó)棟，張志強(qiáng).生態(tài)足跡方法的理論解析［J］.中國(guó)人口·資源與環(huán)境，2006，16（6）：69－78.

［7］馬莉婭，吳斌，張宇清，等.基于生態(tài)足跡的寧夏鹽池縣生態(tài)安全評(píng)價(jià)［J］.干旱區(qū)資源與環(huán)境，2011，25（5）：57－62.

［8］Wackernagel M，Rees W E.Perceptual and structural barriers to investing in natural capital：economics from an ecological footprint perspective［J］.Ecological Economics，1997，20：3－24.

［9］馮奇，吳勝軍，蔡述明.黃石市土地生態(tài)承載力分析［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)：社會(huì)科學(xué)版，2006，（1）：38－43.

［10］趙先貴，肖 玲，蘭葉霞，等.陜西省生態(tài)足跡和生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)研究［J］.中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)，2005，38（4）：746－753.

［11］王開運(yùn).生態(tài)承載力復(fù)合模型系統(tǒng)與應(yīng)用［M］.北京：科學(xué)出版社，2007：17.

［12］張志強(qiáng)，徐中民，程國(guó)棟.中國(guó)西部12?。▍^(qū)市）的生態(tài)足跡［J］.地理學(xué)報(bào)，2001，56（5）：599－610.

［13］徐中民，張志強(qiáng)，程國(guó)棟.甘肅省1998年生態(tài)足跡計(jì)算與分析［J］.地理學(xué)報(bào)，2000，55（5）：607－616.

［14］曹中強(qiáng)，苗長(zhǎng)虹.基于生態(tài)足跡模型的河南省2005年可持續(xù) 發(fā) 展 能 力 測(cè)度 ［J］.河 南 科 學(xué)，2007，25（2）：331－334.

［15］高長(zhǎng)波，張世喜，莫?jiǎng)?chuàng)榮，等.廣東省生態(tài)可持續(xù)發(fā)展定量研究：生態(tài)足跡時(shí)間維動(dòng)態(tài)分析［J］.生態(tài)環(huán)境，2005，14（1）：57－62.