基于生態(tài)足跡的長沙市城市化研究

段汝航， 楊喬木， 劉 陳

(1.中南林業(yè)科技大學， 湖南 長沙 410004； 2.湖南盛大環(huán)?？萍加邢薰?， 湖南 長沙 410004)

基于生態(tài)足跡的長沙市城市化研究

段汝航1， 楊喬木1， 劉 陳2

(1.中南林業(yè)科技大學， 湖南 長沙 410004； 2.湖南盛大環(huán)?？萍加邢薰?， 湖南 長沙 410004)

通過查閱長沙市統(tǒng)計年鑒，搜集相關數(shù)據(jù)資料，應用生態(tài)足跡的方法對城市化水平進行定量計算，把生態(tài)足跡中涉及的可耕地、林地、河流水域、草地、建設用地、能源提供地六大類生物生產(chǎn)性土地概括為生物資源消費和能源消費兩部分，根據(jù)數(shù)據(jù)資料的獲取和實際情況，選取其中22個指標，通過設置均衡因子，進行計算匯總得出長沙市2008—2012年的人均生態(tài)足跡；同時將城市化水平分為人口城市化、經(jīng)濟城市化、生活方式城市化、地域景觀城市化四個測度，結(jié)合長沙市實際，選取其中具有代表性的17個指標，運用城市化測度模型計算得出2008—2012年長沙市的城市化水平，再利用線性回歸分析方法對生態(tài)足跡與城市化水平進行統(tǒng)計，綜合分析得出城市化發(fā)展過程中的生態(tài)環(huán)境動態(tài)變化情況以及城市化發(fā)展過程中存在的問題，對未來城市化的發(fā)展提出合理、有效的建議，以期指導長沙市城市的可持續(xù)發(fā)展，并為規(guī)劃決策提供科學依據(jù)。

長沙市； 生態(tài)足跡； 城市化； 可持續(xù)發(fā)展

目前，全球城市化的步伐日益加快，我國城市化發(fā)展的速度正處于快速發(fā)展時期，特別是城市人口數(shù)量、城市發(fā)展建設規(guī)模[1]。伴隨著經(jīng)濟發(fā)展、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及城市化進程加快，城市化帶來的人口、資源和環(huán)境三者之間的矛盾也越來越復雜。怎樣讓城市化變得可持續(xù)，正確度量城市化發(fā)展與自然環(huán)境的關系已成為當今城市化研究的重要課題之一[2-4]。

改革開放以來，我國在城市化發(fā)展道路上不斷探索，不斷進步，整體城市化已進入快速發(fā)展時期。而當前國外發(fā)達國家的城市化發(fā)展理念已向宜居城市轉(zhuǎn)變。對比國外，目前國內(nèi)城市化的過程中也出現(xiàn)了盲目追求經(jīng)濟效益而忽視環(huán)境保護，造成生態(tài)破壞和環(huán)境污染等現(xiàn)象[5]。因此，我們應重新審視國內(nèi)城市化發(fā)展方式，同時客觀認識當前國內(nèi)城市化發(fā)展水平。從生態(tài)環(huán)境保護的角度出發(fā)，制定科學合理、行之有效、可持續(xù)的城市化發(fā)展戰(zhàn)略顯得尤為重要。如何將生態(tài)環(huán)境要素與城市化發(fā)展聯(lián)系起來，進行定量化的研究始終是一個難題，這也正是我們需要思考的。生態(tài)足跡理論是以生態(tài)環(huán)境保護為切入點，運用生態(tài)足跡理論模型對城市化水平進行定量研究，將城市化與生態(tài)環(huán)境要素聯(lián)系起來，定量地反映城市人類活動對自然環(huán)境產(chǎn)生的壓力及影響程度，為城市生態(tài)系統(tǒng)的研究提供新的思路和研究方向[6-8]。同時也便于綜合評價長沙市的城市化水平，對長沙市未來城市化的發(fā)展建設提出行之有效的建議。

1 構(gòu)建模型

1.1城市化測度模型及測算

1.1.1 城市化測度模型 參照張思鋒[9]教授的研究，將城市分別劃分為四個測度(人口城市化、經(jīng)濟城市化、生活方式城市化、地域景觀城市化)，選取其中17個指標，構(gòu)建四個測度城市化的計算模型(見公式(1)～公式(6))。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中： Fi——第i項指標的比較數(shù)值；

F——城市化綜合指數(shù)；

Fr——人口城市化指數(shù)；

Fj——經(jīng)濟城市化指數(shù)；

Fs——生活方式城市化指數(shù)；

Fd——地域景觀城市化指數(shù)；

Xil——第i項指標的實際數(shù)值；

Xi0——第i項指標的最優(yōu)標準；

Wi——第i項指標的權重。

按照張思鋒[9]教授所做研究設定指標權重；選取李愛軍[10]等計算的美、日、德、英、法、意、加7國及我國北京、上海的城市化水平指標均值作為最優(yōu)標準，按照模型求得長沙市2008—2012年的城市化發(fā)展水平。

1.1.2 城市化水平測算 按照四個測度(人口城市化、經(jīng)濟城市化、生活方式城市化、地域景觀城市化)中的17個指標，根據(jù)《長沙市統(tǒng)計年鑒》中的數(shù)據(jù)，得到長沙市2008—2012年城市化指標(見表1)。

運用四個測度的城市化水平計算公式(見公式(1)～公式(6))，結(jié)合表1的數(shù)據(jù)，計算出2008—2012年長沙城市化發(fā)展水平(見表2)。

1.2生態(tài)足跡模型及計算

1.2.1 生態(tài)足跡模型 生態(tài)足跡實質(zhì)是指為人類消費所提供的所有資源(生物資源及能源)被換算成生產(chǎn)其所需的生產(chǎn)土地面積[11]。計算公式為：

EF=N×ej=N×rj×∑(aai)=

(7)

式中： EF——總的生態(tài)足跡；

N——人口數(shù)(人)；

ej——人均生態(tài)足跡；

aai——人均i種交易商品折算的生物生產(chǎn)土地面積；

ci——i種商品的人均消費量；

pi——i種消費商品的平均生產(chǎn)能力；

rj——均衡因子。

表1 長沙市2008—2012年城市化指標Tab.1 UrbanizationindexofChangshain2008—2012年份人口類經(jīng)濟類生活方式類非農(nóng)業(yè)人口占全市人口比重(%)城鎮(zhèn)人口占全市總?cè)丝诒戎?%)二三產(chǎn)業(yè)占總就業(yè)人數(shù)比重(%)三產(chǎn)業(yè)占總就業(yè)人數(shù)比重(%)人均GDP(元)三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占總GDP比重(%)二三產(chǎn)業(yè)產(chǎn)值占總GDP比重(%)城市用水普及率(%)200836.3436.9468.8638.855033644.0994.7981.48200936.2936.9871.8140.115662044.6495.2182.41201036.5736.8473.1541.136644341.9695.5698.16201136.8345.2074.2741.357953039.5895.6798.38201237.1645.0975.6142.408990339.6195.7599.27年份生活方式類城市景觀類在校大學生數(shù)(萬人)醫(yī)療技術人員數(shù)(十萬人)全市擁有電話數(shù)(萬戶)普高教育中教職工數(shù)(萬人)全市人均用電量(kWh)人均住宅面積(m2)城市人均綠地面積(m2)市區(qū)人均道路鋪設面積(m2)建成區(qū)面積與市區(qū)面積比(%)200848.390.506849.274.94828.428.39.044.4925.43200950.410.556865.225.05849.229.59.823.5026.12201050.820.597990.615.02988.830.910.534.4528.41201151.680.6611112.915.091004.932.29.415.3816.04201252.320.6901196.105.09987.431.89.415.9216.54 數(shù)據(jù)來源:長沙市統(tǒng)計年鑒(2009—2013年)。

表2 2008—2012年長沙城市化發(fā)展水平測度Tab.2 2008—2012Changshaurbanizationlevelmeasure年份城市化水平人口經(jīng)濟20080.5657960.75086920090.5777070.77773520100.5848980.79738120110.6168600.82935320120.6244510.862481年份城市化水平生活方式地域景觀20080.4859511.40382920090.4957901.41659120100.5605791.54968120110.5685991.09571620120.5686131.128532 數(shù)據(jù)來源:依據(jù)表1及公式(1)-公式(6)整理所得。

均衡因子依照各國生態(tài)足跡計量研究報告中的均衡因子[12](見表3)。

1.2.2 生態(tài)足跡的計算 根據(jù)生態(tài)足跡的概念及《長沙市統(tǒng)計年鑒》的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，結(jié)合長沙市的實際消費情況，將生態(tài)足跡的六大類生物生產(chǎn)性土地概括為生物資源消費和能源消費兩大部分，選取生物資源消費的10個指標和能源消費的12個指標進行計算(結(jié)果見表4，表5)。

表3 生態(tài)生產(chǎn)性用地類型Tab.3 Theecologicallyproductivelandtype土地類型生態(tài)功能均衡因子可耕地種植農(nóng)作物2.8牧草地提供畜產(chǎn)品0.5林地提供林產(chǎn)品和木材1.1建筑用地人居設施和道路2.8水域提供水產(chǎn)品0.2化石能源地吸收工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)釋放的CO21.1 注:1.以全球生物平均生產(chǎn)力為1;2.按照世界環(huán)境與發(fā)展委員會《我們共同的未來》建議,生態(tài)供給中應扣除12%的生物生產(chǎn)面積用于保護生物的多樣性;3.在實際中,人們并沒有留出吸收CO2的土地。

根據(jù)表4，表5的計算結(jié)果，結(jié)合前面的生態(tài)足跡模型(見公式(7))，進行計算，得出了長沙市2008—2012年的生態(tài)足跡(見表6)。

1.3生態(tài)足跡與城市化水平關系模型

參照張思鋒[9]教授的研究，由于城市化水平的四個測度(人口城市化(Fr)、經(jīng)濟城市化(Fj)、生活方式城市化(Fs)和地域景觀城市化(Fd))和生態(tài)足跡的各個分量均有相關性，故構(gòu)建生態(tài)足跡與城市化水平的關系模型為：

(8)

1.4構(gòu)建回歸分析模型

根據(jù)已構(gòu)建生態(tài)足跡與城市化水平的關系模型，將生態(tài)足跡設置為因變量，將城市化的四個測度(人口城市化、經(jīng)濟城市化、生活方式城市化和地域景觀城市化)設置為自變量，依據(jù)長沙市生態(tài)足跡與城市化水平的測度數(shù)據(jù)做線性回歸分析(見表7)，分別計算出四個測度城市化因子對生態(tài)足跡的影響程度。

表4 長沙市2008—2012年生物資源消費人均生態(tài)足跡Tab.4 PercapitaecologicalfootprintofconsumptionofbiologicalresourcesinChangshafrom2008to2012 (hm2/人)年份可耕地糧食油脂類豬肉家禽鮮菜20080.0691330.0078180.3078380.0986490.00881420090.0625510.0072680.3006760.0962160.00843020100.0597960.0076300.3371620.1341900.00842420110.0530980.0076350.3083780.0922970.00761820120.0527840.0076830.3100000.0908110.013563年份可耕地水域牧草地林地蛋類及蛋制品水產(chǎn)品牛羊肉鮮奶及奶制品水果20080.0205500.3810340.0609090.0091630.00184120090.0187000.3579310.0848480.0096410.00176420100.0173750.3648280.0839400.0113750.00160720110.0166500.3393100.0790910.0089840.00153420120.0351750.3800000.0736360.0085660.001694 數(shù)據(jù)來源:長沙市統(tǒng)計年鑒(2009—2013年)。

表5 長沙市2008—2012年能源消費人均生態(tài)足跡Tab.5 PercapitaecologicalfootprintofenergyconsumptioninChangshafrom2008to2012(hm2/人)年份化石能源地原煤洗精煤焦炭汽油煤油柴油20080.3434610.0048870.0041800.0053820.0003220.01386720090.3582100.0001670.0030170.0058130.0001650.01120120100.3665610.0003130.0027800.0052490.0001820.00942420110.3999920.0002410.0036970.0009640.0003680.00910920120.3184190.0001930.0037700.0049610.0000680.008324年份化石能源地建筑用地燃料油液化石油氣其他石油制品天然氣其他燃料電力20080.0068280.0006830.0004580.1530060.0088490.00147920090.0017880.0004160.0008700.1707690.0037440.00133420100.0012340.0005270.0008590.2235640.0000070.00206920110.0008620.0006810.0011800.2496550.0000200.00207220120.0008460.0002480.0010050.2971330.0002310.001982 數(shù)據(jù)來源:長沙市統(tǒng)計年鑒(2009-2013年)。

表6 長沙市2008—2012年人均生態(tài)足跡Tab.6 PercapitaecologicalfootprintinChangshafrom2008to2012(hm2/人)年份可耕地2.8牧草地0.5林地1.1建筑用地2.8水域0.3化石能源地1.1總生態(tài)足跡20081.4358460.0350360.0020250.0041410.0762070.5961152.14937020091.3827550.0472450.0019400.0037350.0715860.6117652.11902620101.5808160.0476580.0017680.0057930.0729660.6717692.38077020111.3598930.0440380.0016870.0058020.0678620.7334452.21272720121.4280450.0411010.0018630.0055500.0760000.6987192.251278 數(shù)據(jù)來源:依據(jù)表4,表5及公式7整理所得。欄目中各土地類型下數(shù)字為均衡因子值。

表7 長沙市生態(tài)足跡與城市化水平測度數(shù)據(jù)回歸統(tǒng)計Tab.7 Theregressionstatisticsofecologicalfootprintandur-banlevelmeasurementdatainChangshaCity回歸統(tǒng)計MultipleR1RSquare1AdjustedRSquare65535標準誤差0觀測值5

表8 長沙市城市化測度數(shù)據(jù)方差Tab.8 ThevarianceofurbanizationmeasurementdatainChangshaCoefficients標準誤差tStatP-valueIntercept7.481628116065535—人口城市化-21.70676841065535—經(jīng)濟城市化6.715658713065535—生活方式城市化5.616432126065535—地域景觀城市化-0.585930426065535—

2 結(jié)果與分析

2.1回歸結(jié)果分析

從表7中可以看出，多重相關系數(shù)(Multiple R)達到1，決定系數(shù)R2(R Square)達到1，回歸效果明顯，說明長沙市城市化受到人均生態(tài)足跡的強烈影響。從表8的回歸系數(shù)(Coefficients)中可以看出，一方面人均生態(tài)足跡受人口城市化影響最大，但是回歸分析結(jié)果反映出目前長沙市人口增長與生態(tài)環(huán)境保持著協(xié)調(diào)發(fā)展的態(tài)勢。另一方面人均生態(tài)足跡也受到經(jīng)濟城市化和生活方式城市化的較為強烈影響，說明人均生態(tài)占用面積的提高與經(jīng)濟水平、人均收入與消費水平的提高成正比關系。

從表8的回歸系數(shù)(Coefficients)中，我們可以發(fā)現(xiàn)長沙市人口城市化和地域景觀城市化對人均生態(tài)足跡的影響系數(shù)為負。說明長沙市近年來在城市化發(fā)展過程中越來越重視對自身環(huán)境的保護。經(jīng)濟城市化和生活方式城市化對人均生態(tài)足跡的影響系數(shù)為正，說明長沙市在經(jīng)濟產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、居民日常消費等方面還存在著問題，需要進一步加強和完善。

2.2長沙市2008—2012年生態(tài)足跡變化特征

根據(jù)表6及圖1可知，長沙市的人均生態(tài)足跡呈上升趨勢，2008年為2.149370 hm2，2012年為2.251278 hm2，5年內(nèi)增加了0.101908 hm2。六大生產(chǎn)性用地類型中，可耕地的生態(tài)足跡呈波動減少的趨勢，由2008年的1.435846 hm2到2010年的1.580816 hm2，再到2012年減少為1.428045 hm2。化石能源地的生態(tài)足跡呈上升的趨勢，2008年為0.596115 hm2，2012年為0.698719 hm2，5年內(nèi)增加了0.102604 hm2。水域和牧草地的生態(tài)足跡呈波動增長的趨勢，建筑用地和林地的生態(tài)足跡呈緩慢增長的趨勢。

圖1 長沙市2008—2012年各生產(chǎn)性土地類型生態(tài)足跡變化趨勢Fig.1 Changes trend of ecological footprint of various productive land types in Changsha from 2008 to 2012

2.3長沙市2008—2012年城市化發(fā)展變化特征

根據(jù)表2和圖2可知，長沙市的城市化水平呈總體上升的趨勢，其中經(jīng)濟城市化增長速度較快，2008年為0.750869，2012年為0.862481，5年內(nèi)增長了0.111612。人口城市化和生活方式城市化也是呈增長的態(tài)勢，人口城市化由2008年的0.565796增長到2012年的0.624451，生活方式城市化由2008年的0.485951增長到2012年的0.568613。地域景觀城市化則呈波動下降的趨勢，2008年為1.403829，2010年為1.549681，2012年為1.128532。

圖2 長沙市2008—2012年各城市化水平測度因子變化趨勢Fig.2 The change trend of each urbanization level measure factor in Changsha from 2008 to 2012

2.4長沙市可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)存在的問題

運用生態(tài)足跡模型和城市化測度模型對長沙市2008—2012年5年內(nèi)的生態(tài)足跡與城市化水平進行計算，通過對計算結(jié)果的動態(tài)變化分析，發(fā)現(xiàn)了長沙市目前城市化發(fā)展過程中存在的一些問題。

(1) 長沙市城鎮(zhèn)人口正在逐年增加，人口的不斷增加，導致城市中耕地面積、牧草地及水域面積出現(xiàn)逐年減少的狀況。這可能給自然生態(tài)環(huán)境帶來破壞，同時也可能給城市的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)及可持續(xù)發(fā)展帶來壓力[13-14]。

(2) 第二、三產(chǎn)業(yè)所占比例較大，能源消費速度逐年加快。從產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上看，長沙市的第二、三產(chǎn)業(yè)所占比例越來越高，但是在第二、三產(chǎn)業(yè)和經(jīng)濟快速發(fā)展的帶動下，能源消費速度將會加快，二氧化碳排放量將會增多，自然生態(tài)系統(tǒng)的負擔將會加大。從生態(tài)足跡的結(jié)構(gòu)上來看，長沙市經(jīng)濟發(fā)展對能源的依賴性越來越大，能源的消耗量也在持續(xù)上升，人們?nèi)粘Ｉ钪械慕^大部分消耗都體現(xiàn)在對能源用地的需求上，特別是對化石能源消耗所占的比例較大[15-17]。

(3) 城市居民的生活消費水平不斷提高，這將帶動高營養(yǎng)級別產(chǎn)品的需求。如鮮奶及奶制品、肉類等消費量明顯提高，導致可耕地、水域、牧草地的生態(tài)足跡不斷增大。不合理的生活方式，不健康的消費觀念，如過度追求高品質(zhì)消費所造成的鋪張浪費等對生態(tài)環(huán)境造成了很大的影響，不利于城市的綠色健康、可持續(xù)發(fā)展[18-19]。

(4) 城市建成區(qū)的逐年擴張，建設用地規(guī)模的不斷擴大，城市綠化面積不斷減少，環(huán)境污染現(xiàn)象越來越嚴重，居民的人居環(huán)境質(zhì)量逐年下降。近年來，隨著中心城區(qū)的不斷擴張，長沙市“山水洲城”的城市景觀格局受到一定的威脅，許多原本屬于綠地系統(tǒng)規(guī)劃范圍內(nèi)的區(qū)域也被建設用地所占用，城市生態(tài)系統(tǒng)遭到不同程度的破壞，不利于未來城市的可持續(xù)發(fā)展[20-21]。

3 建議與措施

根據(jù)統(tǒng)計結(jié)果及分析，結(jié)合長沙市的實際發(fā)展狀況，對長沙市的城市可持續(xù)發(fā)展提出如下建議：

3.1實行城鎮(zhèn)人口的分散轉(zhuǎn)移，減輕中心城區(qū)的生態(tài)壓力

長沙市城鎮(zhèn)人口正在逐年增加，但依然有很大一部分屬于非城鎮(zhèn)人口，進一步加快戶籍制度的改革，有計劃有步驟地將非城鎮(zhèn)人口轉(zhuǎn)化成城鎮(zhèn)人口，是加快長沙市人口城市化進程，使其與經(jīng)濟和社會城市化逐步適應的有效手段。但是城市人口的快速增長對于生態(tài)環(huán)境的壓力也會越來越大，特別是長沙市作為湖南省“長株潭”城市群的中心城市，在帶動其他城市發(fā)展的同時，也可以考慮進行人口的分散和轉(zhuǎn)移，將一部分人口引向株洲、湘潭等城市，緩解城市群中心城市的人口壓力，更好地實現(xiàn)人口、經(jīng)濟與環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

3.2優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，以技術為核心，發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟

從長沙市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)上來看，第二、三產(chǎn)業(yè)所占比例正在逐年增大，但第一、二產(chǎn)業(yè)在產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)中仍然占有很大一部分。因此，加快第二、三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，以經(jīng)濟城市化促進人口城市化是長沙市今后一個時期內(nèi)生態(tài)型城市化的重要任務之一。

3.3控制城市人口數(shù)量，形成健康的生活方式

城市規(guī)模擴大，人口不斷增加，城市對食物、能源、原材料等的消費需求不斷提高，而生態(tài)足跡及環(huán)境承載力的大小與人口規(guī)模及消費水平的高低關系密切，所以未來長沙市的可持續(xù)發(fā)展與人口的增長關系密切，應當將城市人口數(shù)量合理控制。同時，倡導居民形成健康的生活方式，減少不必要的消費需求和浪費，建設資源節(jié)約型和環(huán)境友好型社會。

3.4充分利用城市土地資源，完善城市地域景觀

地域景觀對于城市化發(fā)展有著積極的影響，要在有限的土地資源的基礎上，最大限度地利用土地及空間來美化綠化環(huán)境。結(jié)合長沙市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和用地結(jié)構(gòu)調(diào)整，加快城市公共綠地、湘江沿江風光帶、中心城區(qū)等建設。根據(jù)現(xiàn)有的自然生態(tài)優(yōu)勢基礎，努力維護和加快生態(tài)環(huán)境建設，完善“山水洲城”的城市景觀格局，增強生態(tài)系統(tǒng)的承載能力。

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ResearchtheurbanizationofChangshabasedon
ecologicalfootprint

DUAN Ruhang1, YANG Qiaomu1, LIU Chen2

(1.Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China; 2.Hunan Shengda Environmental Science and Technology Co., Ltd, Changsha 410004, China)

Based on Changsha Statistical Yearbook, collect relevant data, apply ecological footprint approach to quantitatively calculate the level of urbanization. At the same time, the ecological footprint of arable land, forest land, river water, grassland, construction land, energy supply to the six major categories of bio productive land summarized as two parts of biological resources consumption and energy consumption, and according to the data acquisition and the actual situation, select the 22 indicators, by setting the balance factor, to calculate and summarize the per capita ecological footprint of Changsha City from 2008 to 2012.At the same time the level of urbanization is divided into four measures, the population urbanization, economy urbanization,lifestyle urbanization, geographical landscape urbanization.Combined with the actual Changsha, selecting 17 representative indicators, using the model of urbanization measurement calculated urbanization level of Changsha City from 2008 to 2012, then using linear regression analyzed the ecological footprint and urbanization level, comprehensive analyzed the dynamic changes in the ecological environment as well as the problems in the process of urbanization.Reasonable and effective recommendations for the future development of urbanization were put forward to guide the sustainable development of Changsha, and provide scientific basis for planning decisions.

Changsha; ecological footprint; urbanization; sustainable development

2016-07-12

段汝航(1990-)，男，湖南省郴州市人，碩士在讀，主要從事森林生態(tài)學研究。

Q 149

A

1003-5710(2016)05-0022-07

10.3969/j.issn. 1003-5710. 2016. 05. 005

(文字編校：龔玉子)