基于生態(tài)足跡模型新興海島城市生態(tài)承載力研究

摘要：運用生態(tài)足跡的基本理論方法，利用GIS技術(shù)計算和分析了平潭綜合實驗區(qū)1990、2000、2005、2010、2015年5個年份土地利用變化情況及生態(tài)足跡動態(tài)變化過程，并利用SPSS軟件對實驗區(qū)生態(tài)足跡作出預(yù)測及相關(guān)性分析。結(jié)果表明，實驗區(qū)人均生態(tài)足跡呈持續(xù)增長，人均生態(tài)承載力呈逐年遞減趨勢，從而造成生態(tài)赤字逐年擴大，至2015年增長到1.1415hm2/人。發(fā)展預(yù)測結(jié)果顯示，至2020年，實驗區(qū)生態(tài)赤字將高達(dá)1.505hm2/人，且生態(tài)赤字與耕地年均損失率相關(guān)性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積。

關(guān)鍵詞：生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；動態(tài)分析；GIS；平潭

中圖分類號：P754.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0214-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.103

Abstract： Based on the basic theory of ecological footprint， the process of land use change and dynamic change of ecological footprint in Pingtan comprehensive experimental area in 1990， 2000， 2005， 2010 and 2015 were calculated and analyzed by GIS technology. SPSS software The ecological footprint of the experimental area to make a prediction and correlation analysis. The results showed that the per capita ecological footprint of the experimental area continued to increase， and the per capita ecological carrying capacity decreased year by year， resulting in the ecological deficit increasing year by year and increasing to 1.1415 hm2 / person by 2015. The forecast results show that the ecological deficit will be as high as 1.505 hm2 / person by 2020， and the ecological deficit will have the greatest correlation with the annual loss rate of cultivated land， followed by transportation investment， total fiscal expenditure and per capita housing area.

Key words：Ecological footprint；Ecological carrying capacity；Dynamic analysis； GIS； Pingtan

國務(wù)院于2011年12月批準(zhǔn)實施《平潭綜合實驗區(qū)總體發(fā)展規(guī)劃》，平潭綜合實驗區(qū)主要突出“先行先試”功能，具體定位為：兩岸交流合作的先行區(qū)、體制機制改革創(chuàng)新的示范區(qū)、兩岸同胞共同生活的宜居區(qū)和海峽西岸科學(xué)發(fā)展的先導(dǎo)區(qū)。近年來，平潭綜合實驗區(qū)作為海峽西岸經(jīng)濟區(qū)建設(shè)發(fā)展的“橋頭堡”，經(jīng)濟建設(shè)日新月異，大規(guī)模原有用地類型的轉(zhuǎn)變給海島的生態(tài)環(huán)境帶來新的問題，如何在開發(fā)與保護(hù)中尋求平衡是亟待解決的問題。生態(tài)承載力作為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力評價的重要指標(biāo)[1]，因此研究開發(fā)區(qū)生態(tài)承載力狀況、變化趨勢，對于增強區(qū)域可持續(xù)發(fā)展能力、協(xié)同國家生態(tài)文明實驗區(qū)（福建）建設(shè)具有重要的實踐和理論意義。本文在GIS技術(shù)的支持下，以平潭島遙感影像和統(tǒng)計資料為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，結(jié)合生態(tài)足跡模型對平潭綜合試驗區(qū)1990、2000、2005、2010、2015近二十五年生態(tài)承載力進(jìn)行定量化表達(dá)，并動態(tài)變化分析，針對試驗區(qū)可持續(xù)發(fā)展中存在的問題提出相關(guān)措施和建議，以期政府或相關(guān)部門制定政策與規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

福建省平潭綜合實驗區(qū)地處福建沿海中部，東臨臺灣海峽，是大陸距離臺灣省最近的縣；北面、西面和南面分別與福州長樂市、福清市和莆田秀嶼區(qū)隔海相望。平潭綜合實驗區(qū)規(guī)劃面積392.92km2，地貌類型以丘陵和濱海平原為主，氣候?qū)儆谀蟻啛釒О霛駶櫤Ｑ笮约撅L(fēng)氣候。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

假設(shè)1：各類土地在空間上互斥，即各類土地作用類型單一，不能同時發(fā)揮多種功能[2]。

假設(shè)2：可以確定區(qū)域內(nèi)消耗的資源、能源和產(chǎn)生廢棄物的數(shù)量，并可折算為具有統(tǒng)一單位、可加和的生物物理指標(biāo)，即全球公頃（gha）[2]。

生態(tài)足跡是指用于生產(chǎn)區(qū)域人口消費的所有資源和吸納區(qū)域產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地總面積。計算公式[3]為：

式中，i為消費商品的類別，只為第i種消費商品的平均生產(chǎn)能力，Ci為第i種商品的人均消費量，Ri為均衡因子，N為人口數(shù)，ef為人均生態(tài)足跡，EF為總生態(tài)足跡。根據(jù)《我們共同的未來》所建議的，應(yīng)該留出12%的生物生產(chǎn)性土地面積以保護(hù)生物多樣性，因此，在生態(tài)承載力計算時應(yīng)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。

生態(tài)承載力是指區(qū)域所能提供給人類的生物生產(chǎn)性土地的面積總和。計算公式[3]為：

式中，ai為人均生物生產(chǎn)面積，ri為均衡因子，yi為產(chǎn)量因子，N為人口數(shù)，ec為人均生態(tài)承載力，EC為生態(tài)承載力總量。

生態(tài)盈虧ed是指生態(tài)足跡和生態(tài)承載力之差。

2.2 數(shù)據(jù)來源

采用Landsat TM影像、ALOS衛(wèi)星影像數(shù)據(jù)，運用GIS技術(shù)平臺，結(jié)合野外GPS樣本調(diào)查、區(qū)域地形等資料，通過遙感解譯獲得實驗區(qū)不同時期土地類型數(shù)據(jù)，同時結(jié)合《平潭縣統(tǒng)計年鑒》《福州市統(tǒng)計年鑒》等資料，根據(jù)生態(tài)承載力計算模型，對平潭綜合實驗區(qū)1990、2000、2005、2010、2015年的生態(tài)承載力進(jìn)行計算分析。

計算模型中均衡因子采用2006年世界野生基金會（WWF）《Living Planet Report 2006》報告中關(guān)于均衡因子研究的成果。產(chǎn)量因子本文根據(jù)國內(nèi)與省內(nèi)的實際情況，取劉某承等[4]、邱壽豐等[5]兩者研究成果的平均值。

3 結(jié)果與分析

3.1 土地利用變化幅度分析

從圖1可以發(fā)現(xiàn)，1990-2000年平潭島土地利用變化幅度較小，而后呈逐年遞增態(tài)勢。在2010-2015年期間，耕地減少幅度達(dá)到26.71%，建設(shè)用地增幅達(dá)到70.23%，這與2010年平潭被確定為綜合實驗區(qū)后，大面積開發(fā)建設(shè)有關(guān)，根據(jù)遙感解譯結(jié)果，平潭島中部的蘆洋鄉(xiāng)、嵐城鄉(xiāng)區(qū)域土地類型在該時段發(fā)生了較大變化，中部作為實驗區(qū)總體規(guī)劃的主體功能區(qū)，是首批開發(fā)區(qū)，將建成集金融商務(wù)、行政辦公、高檔住宅為一體的商務(wù)區(qū)，新開發(fā)占用了大量的農(nóng)田和林地。

3.2 人均生態(tài)足跡動態(tài)分析

由表1可知，在研究期間內(nèi)平潭綜合實驗區(qū)人均生態(tài)足跡呈持續(xù)增長趨勢，從1990年的0.6525hm2/人增加到2015年的1.2878hm2/人，凈增長0.6353hm2/人，漲幅93.36%，說明實驗區(qū)內(nèi)經(jīng)濟快速發(fā)展，對生物資源和能源資源的消耗逐年增加，對島內(nèi)生態(tài)承載造成的壓力也在不斷加大。不同年份各類土地類型人均生態(tài)足跡的變化趨勢看，水域?qū)ζ教秿u總體的人均生態(tài)足跡影響最大并且兩者趨勢一致，化石能源用地的人均生態(tài)足跡逐年呈不斷上升趨勢，表明實驗區(qū)的開發(fā)建設(shè)需要較大量的化石能源，尤其在2010年-2015年期間，增幅尤為明顯；耕地、草地、林地、建筑用地四種土地利用類型的人均生態(tài)足跡趨勢總體趨于穩(wěn)定。

3.3 人均生態(tài)承載力動態(tài)及相關(guān)性分析

由表2可知，在研究期間內(nèi)平潭綜合實驗區(qū)人均生態(tài)承載力總體上呈波動遞減趨勢，從1990年的0.1929hm2/人下降到2015年的0.1463hm2/人，凈減少0.0466hm2/人，降幅為24.15%，其中2010-2015年期間降幅最大，說明實驗區(qū)在大開發(fā)背景下生態(tài)承載力下降較為顯著。不同年份各類土地類型人均生態(tài)承載力的變化趨勢來看，草地和水域人均生態(tài)承載力降幅較大，一方面是因為平潭屬海島，生態(tài)環(huán)境較為脆弱，地勢平坦處分布有較大面積的草地，開發(fā)過程中首先破壞該地類，另外養(yǎng)殖業(yè)在當(dāng)?shù)剌^為發(fā)達(dá)，隨著近年水資源減少及開發(fā)占用導(dǎo)致較多養(yǎng)殖區(qū)改變用途。從人均生態(tài)承載力的構(gòu)成要素來看，耕地是主要構(gòu)成要素，另外還有林地及水域，三者的變化決定了實驗區(qū)總體人均生態(tài)承載力的變化。

3.4 人均生態(tài)赤字與其構(gòu)成要素動態(tài)分析

由表3 可知，1990-2015年期間平潭綜合實驗區(qū)生態(tài)赤字呈逐年增長態(tài)勢，從1990年的0.4596hm2/人增長到2015年的1.1415hm2/人，增幅達(dá)到近1.5倍。平潭四面環(huán)海，海陸風(fēng)頻繁，屬于典型的海島生態(tài)脆弱區(qū)，環(huán)境資源相對匱乏，隨著近年島內(nèi)的開發(fā)建設(shè)，耕地大面積轉(zhuǎn)出和對草地的圍墾，同時城鎮(zhèn)化的進(jìn)程中圍海造地，大量的提供區(qū)域所需資源的用地類型轉(zhuǎn)為建設(shè)用地等，致使區(qū)域生態(tài)赤字顯著提高。截止2015年，化石燃料用地、林地、水域和耕地的生態(tài)赤字分別為1990年的10.4、4.6、1.3和0.36倍。

3.5 生態(tài)赤字預(yù)測及相關(guān)性分析

根據(jù)上述計算得到的生態(tài)赤字結(jié)果，基于SPSS20.0以生態(tài)赤字為因變量，以5年為一個階段序號為自變量，進(jìn)行兩者的曲線擬合，得到生態(tài)赤字的變化預(yù)測模型如下：

y=0.048x2-0.131x+0.563（R2=0.989）

根據(jù)預(yù)測模型，實驗區(qū)按現(xiàn)有的發(fā)展態(tài)勢，至2020年生態(tài)赤字將會是1.505hm2/人。此次選取海島開發(fā)建設(shè)中對生態(tài)赤字變化有一定影響的社會保障投資、全年造林面積、人均住房面積、交通運輸投資、森林覆蓋率、耕地年均損失率、財政總支出這7個因素。按照排序與生態(tài)赤字進(jìn)行相關(guān)性分析，計算各要素與人均生態(tài)赤字的相關(guān)性分析。

由表4可知，各因子均與人均生態(tài)赤字呈為正相關(guān)，其中耕地年均損失率相關(guān)性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積，這與平潭島新開發(fā)占用了大量的農(nóng)田及林地有關(guān)。

4 結(jié)論與建議

本研究對平潭綜合實驗區(qū)1990-2015年人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和生態(tài)赤字動態(tài)分析及預(yù)測與相關(guān)性分析，可以得出以下結(jié)論：（1）平潭綜合實驗區(qū)人均生態(tài)足跡呈持續(xù)增長，人均生態(tài)承載力呈逐年遞減趨勢，從而造成生態(tài)赤字逐年擴大，人均生態(tài)赤字至2015年增長到1.1415hm2/人，這與平潭島自身四面環(huán)海、環(huán)境資源相對匱乏有關(guān)，同時近年實驗區(qū)大開發(fā)建設(shè)致使區(qū)域生態(tài)赤字逐年提高。（2）根據(jù)預(yù)測結(jié)果顯示，到2020年，實驗區(qū)生態(tài)赤字將高達(dá)1.505hm2/人，且通過相關(guān)性分析表明生態(tài)赤字與耕地年均損失率相關(guān)性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積。

為了緩解平潭綜合實驗區(qū)經(jīng)濟發(fā)展對生態(tài)和環(huán)境資源形成的壓力，提高實驗區(qū)可持續(xù)發(fā)展能力，本文提出以下措施建議：（1）大力保護(hù)生態(tài)與環(huán)境，建設(shè)可持續(xù)的生態(tài)城市。在區(qū)域發(fā)展的過程中應(yīng)加強對這些要素的保護(hù)，特別是林地和草地，通過保護(hù)現(xiàn)有林地，種植新的人工林，將進(jìn)一步提高區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，確保平潭島的開發(fā)開放實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。（2）增加政府科技財政投入，提高耕地、草地、水域、化石燃料單位土地面積生物產(chǎn)量，保護(hù)現(xiàn)有的耕地資源，通過土地開發(fā)整理來增加耕地；（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，禁止高能耗、高污染的產(chǎn)業(yè)進(jìn)入實驗區(qū)內(nèi)，建立資源節(jié)約型、環(huán)境友好型的雙型社會。

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作者簡介：陳振亮（1984-），男，生態(tài)學(xué)碩士研究生，工程師，研究方向為遙感景觀生態(tài)研究、區(qū)域規(guī)劃。