基于生態(tài)足跡的石家莊市土地生態(tài)承載力評(píng)價(jià)

楊勝利，高曉巍，武愛(ài)彬

（1.石家莊市土地利用規(guī)劃院，河北 石家莊 050000；2.河北省科學(xué)院地理科學(xué)研究所，河北 石家莊 050012）

傳統(tǒng)研究中土地承載力大多以人口計(jì)量為基礎(chǔ)，即在一定的生產(chǎn)條件下，特定區(qū)域的土地資源能供養(yǎng)的最大人口數(shù)。它僅強(qiáng)調(diào)了土地所能容納的人口數(shù)量而忽視了人口容量與土地生態(tài)系統(tǒng)之間的復(fù)雜關(guān)系及不同地區(qū)間生產(chǎn)和消費(fèi)方式的差異，一定程度上對(duì)不同地區(qū)間進(jìn)行土地承載力的對(duì)比分析造成了障礙。將生態(tài)足跡模型運(yùn)用到土地承載力的研究中，可測(cè)定在一定的社會(huì)發(fā)展階段和一定技術(shù)條件下，區(qū)域發(fā)展帶給土地生態(tài)系統(tǒng)的壓力和影響程度，以及人們的生產(chǎn)、生活需求與土地生態(tài)供給（土地承載力）之間的差距［1］。本文基于生態(tài)足跡的原理和模型，對(duì)石家莊市1996、2000、2006、2011年的生態(tài)足跡及生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)演變規(guī)律進(jìn)行分析，分析評(píng)價(jià)了石家莊市的可持續(xù)發(fā)展程度問(wèn)題，并提出合理化建議。

1 研究區(qū)域概況

石家莊市位于北緯37°27′～38°47′，東經(jīng)113°30′～115°20′，地處河北省中南部。地跨太行山中段和河北平原兩大地貌單元，山地丘陵、平原面積各占一半。地勢(shì)西高東低，由西北向東南傾斜。氣候?qū)倥瘻貛О霛駶?rùn)大陸性氣候，春秋短冬夏長(zhǎng)。年平均氣溫13.6℃，年平均降水492mm，年平均日照1909h左右，無(wú)霜期187天。全市共有棕壤、褐土、石質(zhì)土等11個(gè)土壤類(lèi)型，其中以褐土和潮土的分布最廣。全市轄6區(qū)、5個(gè)縣級(jí)市、12個(gè)縣，總面積為15848km2。

石家莊市為河北省省會(huì)，政治、經(jīng)濟(jì)、文化和交通中心，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)，農(nóng)副產(chǎn)品供應(yīng)充足，是河北省重要商品糧生產(chǎn)基地。工業(yè)門(mén)類(lèi)比較齊全，以輕紡、醫(yī)藥等為主，是全省最大的工業(yè)基地。城市發(fā)展快，人口密度高，鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)占地多，耕地不斷減少，成為河北省土地利用矛盾突出的地區(qū)之一。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

生態(tài)足跡（Ecological Footprint）分析法是由加拿大的William Rees和Wackernagel于1992年提出并于1996年進(jìn)行了完善。生態(tài)足跡分析法中的土地生態(tài)承載力定義為一個(gè)地區(qū)所能提供給人類(lèi)的資源和產(chǎn)品折合為所有生態(tài)生產(chǎn)性土地（包括陸地和水域）的面積總稱(chēng)［2－9］。

在土地生態(tài)承載力的計(jì)算中，由于不同國(guó)家或地區(qū)的資源稟賦不同，不僅不同的生態(tài)生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力差異很大，而且位于不同地域的同類(lèi)型生態(tài)生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力也有很大差異，因此引入均衡因子（rj）和產(chǎn)量因子（yj）來(lái)對(duì)不同類(lèi)型及不同區(qū)域的土地進(jìn)行調(diào)整。根據(jù)世界環(huán)境與發(fā)展委員會(huì)（WCED）的報(bào)告，在計(jì)算區(qū)域的生態(tài)承載力時(shí)應(yīng)該留出12%的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，用以保護(hù)區(qū)域內(nèi)生態(tài)環(huán)境及生物多樣性。

2.1 生態(tài)承載力

式中：ec為人均生態(tài)承載力；j＝（1，2…6）表示6類(lèi)生態(tài)生產(chǎn)土地類(lèi)型；aj為實(shí)際人均占有的第j類(lèi)生態(tài)生產(chǎn)土地面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子。

區(qū)域土地生態(tài)承載力計(jì)算模型為：EC＝N×ec

式中：EC為區(qū)域總的生態(tài)承載力；ec為人均生態(tài)承載力；N 為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)。

2.2 生態(tài)足跡

人均生態(tài)足跡計(jì)算模型為：

式中：ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡；i為消費(fèi)項(xiàng)目的商品類(lèi)型；ci為i類(lèi)消費(fèi)項(xiàng)目的人均消費(fèi)量；Pi為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的世界平均生產(chǎn)力。

區(qū)域總生態(tài)足跡計(jì)算模型為：EF＝N×ef

式中：EF為區(qū)域總的生態(tài)足跡；N 為區(qū)域人口數(shù)；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡。

2.3 生態(tài)盈虧（生態(tài)赤字／盈余）

生態(tài)盈虧的計(jì)算公式為：生態(tài)赤字／盈余＝生態(tài)承載力（EC）－生態(tài)足跡（EF）

當(dāng)某一地區(qū)的EF＞EC時(shí)，生態(tài)赤字，表明該地區(qū)人類(lèi)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)的需求超過(guò)了其實(shí)際供給能力，該地區(qū)土地生態(tài)系統(tǒng)是不安全的；而EF≤EC時(shí)，生態(tài)盈余，表明人類(lèi)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)的需求處于本地區(qū)所提供的生態(tài)承載力范圍內(nèi)，該地區(qū)的土地生態(tài)系統(tǒng)是安全的。

2.4 數(shù)據(jù)來(lái)源及參數(shù)選取

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于石家莊市統(tǒng)計(jì)年鑒和河北省土地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用WWF2004報(bào)告給出的2001年的均衡因子：建筑用地和耕地為2.19，水面為0.36，草地為0.48，林地和化石能源用地為1.38；產(chǎn)量因子則沿用Wackernagel關(guān)于中國(guó)生態(tài)足跡的報(bào)告中的所采用的值：建筑用地1.49，耕地1.66，水域1，草地為0.19，林地0.91，化石能源用地為0［10］。

3 結(jié)果與分析

3.1 石家莊2011年土地生態(tài)承載力

3.1.1 生態(tài)承載力的計(jì)算分析

以石家莊市2011年土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)為數(shù)據(jù)來(lái)源，并根據(jù)生態(tài)足跡模型中的土地類(lèi)型對(duì)各類(lèi)土地進(jìn)行重新歸類(lèi)（將園地面積納入林地范疇進(jìn)行量算）。計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。結(jié)果顯示石家莊市2011年的人均土地生態(tài)承載力為0.3349hm2。在各類(lèi)生態(tài)生產(chǎn)性土地中，生態(tài)承載力由大到小的排列依次是耕地、建筑用地、林地、水域、化石能源用地、草地。

表1 石家莊市2011年的生態(tài)承載力

3.1.2 生態(tài)足跡的計(jì)算分析

生態(tài)足跡的計(jì)算主要包括三個(gè)部分：生物資源消費(fèi)、能源消費(fèi)及貿(mào)易調(diào)整部分［11］。以《石家莊2012年統(tǒng)計(jì)年鑒》為基礎(chǔ)，根據(jù)國(guó)內(nèi)外的研究成果和石家莊市的實(shí)際情況，將石家莊市消費(fèi)需求劃分為生物資源消費(fèi)和能源消費(fèi)，因?yàn)檫M(jìn)出口所占生態(tài)足跡比例很小，貿(mào)易調(diào)整部分不做考慮。

將石家莊市2011年的消費(fèi)轉(zhuǎn)化為提供這些消費(fèi)的生態(tài)生產(chǎn)面積，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表2。在各種生物消費(fèi)項(xiàng)目中，居民對(duì)蔬菜、糧食、肉類(lèi)的消費(fèi)量較大，提供這些生物資源的土地類(lèi)型主要為耕地和草地。生物資源的生態(tài)足跡與居民的生活水平和飲食結(jié)構(gòu)有關(guān)。

表2 石家莊市2011年生物資源消費(fèi)生態(tài)足跡

能源消費(fèi)部分根據(jù)石家莊市能源消費(fèi)數(shù)據(jù)處理后主要包括原煤、焦炭、汽油、柴油、電力等17個(gè)項(xiàng)目。以世界上單位化石能源土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)［3，4］，將能源消費(fèi)折算成相應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表3。在各種能源消費(fèi)項(xiàng)目中，石家莊市對(duì)原煤的消費(fèi)量最大，其所需的生態(tài)足跡占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，其次是原煤、焦炭和電力。說(shuō)明石家莊市對(duì)能源的消費(fèi)大部分仍集中在對(duì)傳統(tǒng)型能源的消費(fèi)上。

表3 石家莊市2011年能源資源消費(fèi)生態(tài)足跡

石家莊市2011年的生態(tài)足跡人均需求情況見(jiàn)表4，人均生態(tài)足跡為5.4937hm2。2011年化石能源用地的生態(tài)足跡所占比例最大，化石能源用地和耕地兩類(lèi)土地的生態(tài)足跡占總生態(tài)足跡的62.7365%，表明該年石家莊市居民對(duì)化石能源用地和耕地的需求占據(jù)著絕對(duì)比重。

表4 石家莊市2011年生態(tài)足跡匯總

3.1.3 生態(tài)赤字／盈余的計(jì)算分析

將石家莊市2011年人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力相比較（見(jiàn)圖1），人均生態(tài)足跡為5.4973hm2／人，而生態(tài)承載力只有0.3349hm2／人，人均生態(tài)足跡約為人均生態(tài)承載力的16倍，石家莊市2011年的生態(tài)赤字量的絕對(duì)值達(dá)到5.1589hm2／人，表明2011年石家莊市處于絕對(duì)生態(tài)虧損狀態(tài)，人類(lèi)對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)的需求超出了其生態(tài)承載力的范圍。

在各種生態(tài)生產(chǎn)性土地類(lèi)型中，除了林地和建筑用地是生態(tài)盈余之外，其余各種土地類(lèi)型都處于生態(tài)虧損狀態(tài)。在存在生態(tài)赤字的各生態(tài)生產(chǎn)性土地類(lèi)型中，草地的生態(tài)赤字為0.3043hm2／人，由于石家莊市草地很少，草地的生態(tài)足跡幾乎都是從境外輸入。化石能源用地的生態(tài)赤字量為3.4466hm2／人，由于石家莊市并沒(méi)有留出土地來(lái)吸收燃料排放的CO2，這相對(duì)于生態(tài)足跡需求結(jié)構(gòu)中占很大比例的化石能源用地來(lái)說(shuō)，是一個(gè)巨大的缺口，因而使得化石能源用地的生態(tài)赤字量占全市生態(tài)赤字量的比例最大，高達(dá)66.81%，其次是耕地的生態(tài)赤字量占26.31%，兩者之和占全市生態(tài)赤字量的93.12%?？梢?jiàn)，化石能源用地和耕地成為石家莊市目前最緊缺的生態(tài)生產(chǎn)性土地類(lèi)型。

圖1 石家莊市2011年生態(tài)盈余情況

3.2 石家莊市1996－2011年土地生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)分析

由于石家莊市的各類(lèi)土地面積、人口以及人們消費(fèi)水平和資源消耗都是處在不斷的變化中，因此石家莊市的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力也處于動(dòng)態(tài)變化的過(guò)程中。為了反映土地生態(tài)承載力的變化趨勢(shì)，本文采用上述的計(jì)算方法，計(jì)算了石家莊市1996年、2000年和2006的生態(tài)足跡及生態(tài)承載力的變化情況，從而彌補(bǔ)生態(tài)足跡模型只能靜態(tài)的衡量區(qū)域某一年的發(fā)展?fàn)顩r的缺陷，從時(shí)間維度動(dòng)態(tài)反映石家莊市16年間土地生態(tài)承載力的變化趨勢(shì)。

3.2.1 生態(tài)足跡變化趨勢(shì)分析

1996～2011年，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人們生活水平的提高，石家莊市人均生態(tài)足跡需求呈不斷增加的趨勢(shì)，如表5所示。人均生態(tài)足跡從1996年的2.4893hm2增加至2011年的5.4973hm2，15年間凈增加了3.0044hm2，增幅高達(dá)120%，年均增長(zhǎng)速度大約是8.05%。其中，1996～2000年為人均生態(tài)足跡的平緩上升階段，年增長(zhǎng)速度4.97%，2000～2006年為快速增長(zhǎng)階段，年增長(zhǎng)速度高達(dá)7.27%，2006～2011 年為人均生態(tài)足跡緩慢增長(zhǎng)階段，年增長(zhǎng)速度2.89%，這反映出經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與生態(tài)足跡需求呈正相關(guān)。隨著石家莊市進(jìn)入21世紀(jì)之后經(jīng)濟(jì)飛速發(fā)展，其所需生態(tài)足跡量也明顯增長(zhǎng)。

表5 石家莊市1996年～2011年的生態(tài)足跡（單位：hm2／人，%）

從生態(tài)足跡結(jié)構(gòu)來(lái)看，如圖2所示，耕地、草地和林地所占的比重呈下降趨勢(shì)，其中耕地占人均生態(tài)足跡的比例下降明顯，從1996年的48.71%下降到2011年的28.86%，這主要是由人們對(duì)糧食的消費(fèi)需求減少所致；草地和林地在波動(dòng)中呈下降趨勢(shì)；建筑用地波動(dòng)中平穩(wěn)發(fā)展，而化石能源用地和水域所占比例呈上升的趨勢(shì)，其中增長(zhǎng)幅度最大的化石能源用地，從1996年的37.69%上升到62.74%，表明隨著經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)及生活水平的提高，人類(lèi)對(duì)能源的依賴(lài)性越來(lái)越強(qiáng)。當(dāng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展到一定程度時(shí)，耕地足跡不再占據(jù)首位，取而代之的是化石能源用地。

圖2 石家莊市1996年～2011年的生態(tài)足跡比重變化

綜上可知，在一定程度上，區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與生態(tài)足跡需求呈正相關(guān)，且區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力越高能源足跡所占比例越大。隨著工業(yè)化、城市化進(jìn)程的推進(jìn)，石家莊市的生態(tài)足跡需求還將繼續(xù)保持增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。

3.2.2 生態(tài)承載力變化趨勢(shì)分析

1996～2011年，石家莊市土地生態(tài)承載力15年間降低了0.0389hm2，降幅為10.7%，年均降低速度大約是0.98%，如表6所示，表明石家莊市人均生態(tài)承載力變化幅度不大。在各種類(lèi)型的土地中，由于石家莊市缺少化石能源用地，使得其土地類(lèi)型的承載力始終為0。

從各土地類(lèi)型的生態(tài)承載力變化趨勢(shì)來(lái)看，耕地、林地的生態(tài)承載力均呈下降趨勢(shì)，建筑用地和水域承載力呈上升趨勢(shì)外，隨著2011年石家莊草地的少量增加，使其承載力有了明顯增加。其中變化較明顯的是耕地（降幅為11.53%），表明隨著城市化進(jìn)程的加快，越來(lái)越多的土地轉(zhuǎn)變成建筑用地，對(duì)土地生態(tài)系統(tǒng)造成破壞。

從各土地類(lèi)型占生態(tài)承載力的比例來(lái)看，16年間，石家莊市耕地的生態(tài)承載力所占的比例一直占據(jù)著絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，均占到70%左右，呈現(xiàn)出逐漸下降的趨勢(shì)；其次是建筑用地，16年的平均比重約占20%左右，且呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)；耕地和建筑用地共占90%左右，表明11年間石家莊市的耕地和建筑用地承載了該市大部分的生產(chǎn)和生活活動(dòng)。

表6 石家莊市1996～2011年的生態(tài)承載力（單位：hm2／人，%）

3.2.3 生態(tài)赤字／盈余變化趨勢(shì)分析

從1996年到2011年石家莊市人均生態(tài)足跡和人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)（如圖3），即生態(tài)足跡在增加而生態(tài)承載力在減少，且生態(tài)赤字絕對(duì)值逐年增加，增幅達(dá)106.6%。在6種土地類(lèi)型中，除了林地和建筑用地外，其它四種土地類(lèi)型15年間始終處于生態(tài)虧損狀態(tài)，且生態(tài)赤字呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)。增幅最大的為化石能源用地，高達(dá)267.4%，年增長(zhǎng)率為17.83%，表明能源的供不應(yīng)求是生態(tài)赤字增大的直接原因。其次是水域，隨著人民生活水平的提高，人們對(duì)水產(chǎn)平的需求增加，導(dǎo)致水域生態(tài)赤字增長(zhǎng)263.46%，年均增加17.58%。隨著耕地單位面積產(chǎn)量的提高，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量有所增加，但由于人口基數(shù)擴(kuò)大和耕地?cái)?shù)量減少及人們對(duì)農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)需求的增加，使得耕地生態(tài)赤字明顯增大，增幅達(dá)42.16%?？梢?jiàn)一方面人們消費(fèi)水平的增長(zhǎng)直接導(dǎo)致生態(tài)足跡需求的增加；另一方面，人口的增長(zhǎng)導(dǎo)致人均資源的擁有量日益減少，再加上資源利用的低效率，使土地生態(tài)系統(tǒng)無(wú)法滿(mǎn)足人們不斷增長(zhǎng)的消費(fèi)需求，生態(tài)赤字增加，加劇了土地生態(tài)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。

圖3 石家莊市1996年～2011年的生態(tài)赤字／盈余情況

4 結(jié)論與建議

計(jì)算結(jié)果表明石家莊市的人均生態(tài)足跡從1996 年的2.4893hm2增加至2011 年的5.4973hm2，而人均生態(tài)承載力則由1996年0.3616hm2減少至2011年0.3349hm2，生態(tài)足跡和生態(tài)承載力呈反方向發(fā)展的趨勢(shì)。1996－2011年間，石家莊市的人均生態(tài)足跡大大超過(guò)人均生態(tài)承載力，出現(xiàn)生態(tài)赤字并且逐漸增大，人均生態(tài)赤字由2.2510hm2增加至5.1624 hm2，表明石家莊市人口對(duì)自然的需求已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了石家莊市自然生態(tài)系統(tǒng)的承受范圍，影響石家莊市的可持續(xù)發(fā)展。

為了提高石家莊市土地生態(tài)承載力，實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用，根據(jù)對(duì)石家莊市土地生態(tài)承載力的評(píng)價(jià)分析，針對(duì)所存在的問(wèn)題相應(yīng)的建議措施有：嚴(yán)格落實(shí)計(jì)劃生育措施，加強(qiáng)監(jiān)管，加強(qiáng)宣傳與教育，嚴(yán)格控制人口總量；制定相應(yīng)的政策法規(guī)及宣傳措施，對(duì)石家莊市現(xiàn)有的耕地進(jìn)行強(qiáng)有力的保護(hù)；采取必要的措施在適宜的地區(qū)適度增加草地面積，如將坡度超過(guò)25°的地區(qū)或質(zhì)量低、效益差的耕地退耕還草；走內(nèi)涵挖潛、土地集約利用的道路，如大力開(kāi)展舊城改造，盤(pán)活閑置低效利用土地，適當(dāng)增加建筑物密度，提高容積率，積極開(kāi)展農(nóng)村建設(shè)用地整理等，以控制建筑用地規(guī)模；科學(xué)制定土地利用規(guī)劃，合理調(diào)整各種土地利用類(lèi)型比例，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)；改變?nèi)藗兩钕M(fèi)和生產(chǎn)方式，樹(shù)立科學(xué)發(fā)展觀(guān)，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展走更集約、節(jié)約、高效的土地利用模式。

隨著生態(tài)足跡方法的深入研究和不斷改善，可以將生態(tài)足跡模型應(yīng)用于更多的研究領(lǐng)域中，如可以將該模型應(yīng)用于土地可持續(xù)利用的研究中，通過(guò)建立以生態(tài)足跡指標(biāo)為核心的土地可持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以期更準(zhǔn)確、更完善的評(píng)價(jià)區(qū)域的土地可持續(xù)利用情況。

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