基于生態(tài)足跡法的閩三角城市群生態(tài)安全評(píng)價(jià)

魏黎靈,李嵐彬,林 月,吳 儀,祁新華,*

1 福建師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院, 福州 350007 2 福建農(nóng)林大學(xué)藝術(shù)園林學(xué)院, 福州 350004

經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與人口急劇增加,使人類(lèi)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)利用不斷接近甚至超過(guò)其承載閾值,由此引發(fā)的生態(tài)安全問(wèn)題也成為了政府與學(xué)術(shù)界關(guān)注的熱點(diǎn)。國(guó)內(nèi)外學(xué)者們對(duì)生態(tài)安全(Ecological Safety)進(jìn)行了廣泛的探討并取得了豐碩的成果[1- 7],研究?jī)?nèi)容集中于生態(tài)安全概念以及評(píng)價(jià)指標(biāo)體系研究[2- 4]、生態(tài)服務(wù)功能評(píng)價(jià)[5]、生態(tài)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)[6]等,研究方法有綜合指數(shù)法、景觀生態(tài)學(xué)方法、生態(tài)足跡法[7]等。其中,生態(tài)足跡法(Ecological Footprint)是由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William E Rees[8]于1992年提出,其學(xué)生Wackernagel[9-10]完善。生態(tài)足跡即指生產(chǎn)一定的人口消費(fèi)的各種資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物所需要的生物土地面積總和[11],故該方法是通過(guò)對(duì)比區(qū)域自然資源的消費(fèi)量(生態(tài)足跡)與實(shí)際的生態(tài)供給能力(生態(tài)承載力)來(lái)衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度,反映區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)[8]。為了使不同生產(chǎn)力土地類(lèi)型之間能夠進(jìn)行對(duì)比,利用轉(zhuǎn)換系數(shù)將不同生物生產(chǎn)力的土地面積轉(zhuǎn)換為相同生產(chǎn)力的面積,即均衡因子,而能夠使不同區(qū)域進(jìn)行對(duì)比的轉(zhuǎn)換系數(shù)為產(chǎn)量因子[12]。然而,由于各區(qū)域氣候條件不同,生物生產(chǎn)力水平也不同,機(jī)械套用通用的均衡因子與產(chǎn)量因子,無(wú)法直觀、準(zhǔn)確地反映區(qū)域的真實(shí)情況與差異,致使傳統(tǒng)生態(tài)足跡法存在著明顯的缺陷?；诖?Venetoulis和Talberth[13]改進(jìn)了傳統(tǒng)的生態(tài)足跡方法,提出基于凈初級(jí)生產(chǎn)力(Net Primary Productivity,NPP)的生態(tài)足跡法(Ecological Footprint Approach that Employs Net Primary Productivity,EF-NPP)。NPP是指綠色植物在單位時(shí)間和單位面積所生產(chǎn)的有機(jī)物數(shù)量[12],生態(tài)足跡中的資源消費(fèi)其實(shí)就是占用NPP,將NPP數(shù)據(jù)與生態(tài)足跡法相結(jié)合,能夠比較準(zhǔn)確、直觀地反映各土地類(lèi)型的生產(chǎn)力情況。國(guó)內(nèi)對(duì)生態(tài)足跡的研究基本上沿襲國(guó)際上的發(fā)展軌跡,但也體現(xiàn)出顯著的中國(guó)區(qū)域特點(diǎn)。自1999年徐中民[11]、張志強(qiáng)[14]等學(xué)者引入生態(tài)足跡理論以來(lái),生態(tài)足跡便受到了國(guó)內(nèi)學(xué)者的廣泛關(guān)注,并被頻繁運(yùn)用于各區(qū)域生態(tài)足跡的測(cè)算與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的評(píng)價(jià)分析之中[15- 23]。EF-NPP方法被提出以后,國(guó)內(nèi)學(xué)者也進(jìn)行了大量的實(shí)證研究與比較分析,如劉某承等測(cè)算了中國(guó)均衡因子以及各省份的產(chǎn)量因子[12,24];杜加強(qiáng)等對(duì)比分析了EF-NPP與傳統(tǒng)方法的優(yōu)劣,得到EF-NPP在均衡因子選取、CO2吸收等方面有了較大改進(jìn),能夠較好地反映不同生態(tài)系統(tǒng)在生產(chǎn)力上的差異[25]?？傮w來(lái)說(shuō),EF-NPP方法彌補(bǔ)了傳統(tǒng)方法的部分缺陷,更能夠反映人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)能力和供給能力的直接占用程度,更好地評(píng)估一個(gè)地區(qū)的生態(tài)安全狀態(tài)。

閩三角城市群為海灣型城市群,地處海上絲綢之路起點(diǎn)、國(guó)家生態(tài)文明先行示范區(qū)和海峽西岸經(jīng)濟(jì)區(qū),但由于就地城鎮(zhèn)化與工業(yè)化等多重脅迫使生態(tài)系統(tǒng)正面臨著多方面挑戰(zhàn),生態(tài)安全問(wèn)題已經(jīng)成為區(qū)域亟需解決的重大問(wèn)題。鑒于此,論文以海灣型城市群為典型研究區(qū)域,突破傳統(tǒng)生態(tài)足跡法,應(yīng)用改良后的方法,以NPP數(shù)據(jù)體現(xiàn)現(xiàn)實(shí)生物量,以“國(guó)家公頃(National Hectare, nhm2)”實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量因子區(qū)域化,探討閩三角城市群生態(tài)足跡、生態(tài)承載力動(dòng)態(tài)變化,選取生態(tài)赤字與生態(tài)壓力指數(shù)作為生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)其生態(tài)安全狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估分析,以期豐富生態(tài)足跡與生態(tài)安全研究的案例,同時(shí)為城市群可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)和決策支撐。

1 研究方法

生態(tài)足跡的估算以?xún)蓚€(gè)基本事實(shí)為依據(jù):一是人類(lèi)可以確定自身消費(fèi)的絕大多數(shù)資源及其所產(chǎn)生的廢棄物的數(shù)量;二是這些資源和廢棄物能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地面積[11],故包括生態(tài)足跡需求與生態(tài)足跡供給(生態(tài)承載力)兩個(gè)方面。將資源消費(fèi)轉(zhuǎn)化為生物生產(chǎn)性面積(如耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域和化石能源用地),應(yīng)用均衡因子得到生態(tài)足跡來(lái)表示人類(lèi)消費(fèi)所需對(duì)區(qū)域生態(tài)空間的占用;生態(tài)承載力同樣以生物生產(chǎn)性面積(如耕、林、草、水域、建設(shè)用地以及未利用地)呈現(xiàn),應(yīng)用均衡因子與產(chǎn)量因子得到區(qū)域生態(tài)空間的真實(shí)生產(chǎn)力。因此將生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行對(duì)比可用來(lái)判斷人類(lèi)對(duì)生態(tài)空間的利用情況[1],論文選取生態(tài)赤字與生態(tài)壓力指數(shù)作為生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo),可以從某種角度共同反映區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)[26- 28](圖1)。

圖1 研究分析框架圖Fig.1 The analytical framework of this study

1.1 基于凈初級(jí)生產(chǎn)力生態(tài)足跡法

論文基于凈初級(jí)生產(chǎn)力的生態(tài)足跡是以“國(guó)家公頃(nhm2)”為單位,計(jì)算模型涉及耕地、草地、林地、建設(shè)用地、水域和化石能源用地6種類(lèi)型的生物生產(chǎn)面積,計(jì)算公式如下[19,24]:

(1)

生態(tài)承載力指區(qū)域所能提供的資源利用率和能源消耗的上限,即區(qū)域所能提供的生物生產(chǎn)性面積的總和[11]。根據(jù)對(duì)現(xiàn)有生物多樣性的研究成果,若13.4%的陸地面積得到有效保護(hù),則55%的瀕危物種得以存活[25],因此扣除13.4%的生態(tài)承載力來(lái)保護(hù)生物多樣性。因此基于凈初級(jí)生產(chǎn)力的生態(tài)承載力計(jì)算模型為通過(guò)耕、林、草、水域、建設(shè)用地以及未利用地來(lái)計(jì)算閩三角城市群生態(tài)承載力,公式為[19,25]:

(2)

均衡因子與產(chǎn)量因子是生態(tài)足跡模型中的重要轉(zhuǎn)換系數(shù)。為了體現(xiàn)區(qū)域真實(shí)生物量,均衡因子以NPP表示,即某一類(lèi)土地的NPP值與所有土地平均NPP值的比值。而為了更好地體現(xiàn)區(qū)域承載力的真實(shí)情況與變化,則用“國(guó)家公頃”代替“全球公頃”,通過(guò)產(chǎn)量因子體現(xiàn)區(qū)域特性。由于能源消費(fèi)面積是以森林與草地面積來(lái)表征,所以化石能源用地均衡因子與產(chǎn)量因子應(yīng)以林地與草地代替,但區(qū)域林地面積約占全區(qū)面積的60%,草地面積不足1%,故而化石能源用地的均衡因子與產(chǎn)量因子由林地代替。由于建設(shè)用地一般是主要占用耕地,且難以具體計(jì)算其均衡因子與產(chǎn)量因子,故而建設(shè)用地的均衡因子與產(chǎn)量因子由耕地代替。通過(guò)計(jì)算模型得到的均衡因子、產(chǎn)量因子為空間分布圖,由于生態(tài)足跡計(jì)算需應(yīng)用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算,故生態(tài)足跡計(jì)算中應(yīng)用某土地類(lèi)型均衡因子、產(chǎn)量因子的均值。

1.2 生態(tài)安全評(píng)價(jià)計(jì)算模型

1.2.1 生態(tài)赤字/盈余

生態(tài)赤字/生態(tài)盈余是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力之間的差額,從某種程度上定量反映一個(gè)地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r,生態(tài)盈余表示占用資源量仍在生態(tài)承載力允許的范圍之內(nèi),生態(tài)赤字則反之[14],公式表達(dá)為:

ER/ED=EC-EF

(3)

式中,ER為生態(tài)盈余,ED為生態(tài)赤字,EC為區(qū)域生態(tài)承載力,EF為區(qū)域生態(tài)足跡。

1.2.2 生態(tài)壓力指數(shù)

生態(tài)壓力指數(shù)是指某一國(guó)家或地區(qū)可更新資源生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的比率,反映了區(qū)域生態(tài)環(huán)境的承壓程度,生態(tài)壓力指數(shù)與生態(tài)環(huán)境安全性呈正相關(guān)關(guān)系[26]。根據(jù)前人的研究[26- 28]以及區(qū)域?qū)崨r,生態(tài)壓力指數(shù)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1,生態(tài)壓力指數(shù)模型為:

(4)

式中,ETI為區(qū)域的土地生態(tài)壓力指數(shù),EF為區(qū)域土地資源的生態(tài)足跡,EC為區(qū)域生態(tài)承載力。

表1 生態(tài)壓力指數(shù)的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[28]

2 區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 區(qū)域概況

閩三角城市群地處福建東南部沿海,與我國(guó)臺(tái)灣隔海相望,多優(yōu)良港灣及島嶼,海洋生物資源豐富,屬于海灣型城市群。區(qū)域總面積約2.53萬(wàn)km2,2016年總?cè)丝诩s1755萬(wàn)人,人均GDP為7.72萬(wàn)元,是福建乃至全國(guó)經(jīng)濟(jì)最發(fā)達(dá)的地區(qū)之一,包括廈門(mén)、泉州、漳州三個(gè)城市,具有相同的地域文化特征,城市之間的互補(bǔ)性強(qiáng),區(qū)內(nèi)交通網(wǎng)絡(luò)日趨完善。該區(qū)域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)氣候區(qū),溫和多雨,年平均氣溫在21℃左右;森林覆蓋率約60%,全年空氣質(zhì)量達(dá)到及優(yōu)于Ⅱ級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的天數(shù)>360d,空氣優(yōu)良指數(shù)達(dá)98%左右。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

文中統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于2011年、2016年的《廈門(mén)統(tǒng)計(jì)年鑒》《漳州統(tǒng)計(jì)年鑒》《泉州統(tǒng)計(jì)年鑒》,國(guó)家平均生物生產(chǎn)力數(shù)據(jù)由2011年、2016年《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》相關(guān)數(shù)據(jù)計(jì)算得到;NPP數(shù)據(jù)選取美國(guó)蒙大拿大學(xué)(Numerical Terradynamic Simulation Group(NTSG))提供的2010年與2015年陸地4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)產(chǎn)品MOD17A3數(shù)據(jù),空間分辨率為1 km,單位為kg C m-1a-1;土地分類(lèi)數(shù)據(jù)通過(guò)監(jiān)督分類(lèi)與目視解譯的方法解譯2010年的Landsat5 TM影像和2015年的Landsat8 OLI影像數(shù)據(jù)所得,分辨率為30 m,土地利用類(lèi)型分為耕地、草地、林地、水域、建設(shè)用地、未利用地六類(lèi)。

2.2.2 處理方法

將1 km×1 km的Modis的NPP數(shù)據(jù)在ENVI 5.1軟件進(jìn)行裁剪、鑲嵌等一系列處理得到真實(shí)NPP值,基于2010年與2015年的土地利用分類(lèi)數(shù)據(jù),應(yīng)用均衡因子與產(chǎn)量因子計(jì)算模型得到2010年與2015年的閩三角城市群各土地類(lèi)型的均衡因子和產(chǎn)量因子空間圖。將空間均衡因子與產(chǎn)量因子根據(jù)計(jì)算模型應(yīng)用于生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計(jì)算,最終得到閩三角城市群的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力空間圖,并對(duì)生態(tài)赤字以及生態(tài)壓力指數(shù)進(jìn)行空間化可視化表達(dá)。由于遙感數(shù)據(jù)均為1 km×1 km,故所得空間圖表示每平方公里的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字與生態(tài)壓力指數(shù)。

3 結(jié)果分析

3.1 生態(tài)足跡結(jié)果分析

生態(tài)足跡的計(jì)算結(jié)果主要由3個(gè)部分組成:生物資源消費(fèi)、能源資源消費(fèi)和貿(mào)易調(diào)整。由于貿(mào)易數(shù)據(jù)的局限性且僅占很小的比例,論文不進(jìn)行計(jì)算。

3.1.1 生物資源與能源資源消費(fèi)足跡

如圖2所示,生物資源消費(fèi)項(xiàng)目中耕地消費(fèi)足跡納入糧食、蔬菜、豬肉、蛋類(lèi)和茶葉的消費(fèi)量,草地消費(fèi)足跡選取牛羊肉、奶類(lèi)為消費(fèi)項(xiàng),林地消費(fèi)足跡由木材、水果產(chǎn)量來(lái)反映。水域消費(fèi)足跡僅考慮淡水產(chǎn)品產(chǎn)量。生物資源中糧食、水果、茶葉的國(guó)家平均水平由當(dāng)年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)算所得,其余項(xiàng)目選取2012年國(guó)家各生物資源總產(chǎn)量與面積的比值[29]。

能源資源消費(fèi)足跡選取電力、原煤、焦炭、液化天然氣、汽油、煤油、柴油、燃料油以及液化石油氣作為能源資源項(xiàng)目。其中,電力資源僅按當(dāng)年比例計(jì)算水電生態(tài)足跡,表征為建設(shè)用地消費(fèi)足跡,其余能源資源項(xiàng)目用來(lái)表征化學(xué)能源用地。由于化學(xué)能源用地是表示扣除海洋碳吸收后,吸收化石燃料燃燒排放二氧化碳所需的森林與草地面積,故化石能源消費(fèi)量以林地與草地吸收單位體積的CO2量來(lái)?yè)Q算[30]。

圖2 閩三角城市群生物資源與能源消費(fèi)足跡(2010—2015年)/(104nhm2)Fig.2 The consumption footprints of biological resources and energy resources of UA-MD (2010—2015)nhm2表示國(guó)家公頃

由圖2可知,生物資源消費(fèi)足跡增長(zhǎng)快速,總消費(fèi)足跡隨著產(chǎn)量的增加而相應(yīng)增長(zhǎng),增長(zhǎng)率為40%,區(qū)域人均生物資源消費(fèi)足跡增長(zhǎng)了33%。由于生物資源與人們的生產(chǎn)生活息息相關(guān),故生物資源產(chǎn)量增加與人口增長(zhǎng)有關(guān)。但是各土地類(lèi)型消費(fèi)足跡在數(shù)量與變化趨勢(shì)等方面差異較明顯。就數(shù)量而言,2010—2015年各土地類(lèi)型總消費(fèi)足跡呈現(xiàn)出林地>草地>耕地>水域的格局;就變化趨勢(shì)而言,除耕地消費(fèi)足跡外,其他土地消費(fèi)足跡均處于快速增長(zhǎng)狀態(tài)。該時(shí)期內(nèi)林地總消費(fèi)足跡增長(zhǎng)率高達(dá)60%,人均消費(fèi)足跡增長(zhǎng)也將近54%;草地總消費(fèi)足跡增長(zhǎng)了36%,人均消費(fèi)足跡也增長(zhǎng)了29%;從產(chǎn)量來(lái)看,草地產(chǎn)量最低,但與全國(guó)平均產(chǎn)量相比,區(qū)域草地的生物資源項(xiàng)目產(chǎn)量較為可觀,故草地總消費(fèi)足跡較高增長(zhǎng)較快;耕地總消費(fèi)足跡下降18%,人均消費(fèi)足跡也相應(yīng)降低,由于區(qū)域城市持續(xù)擴(kuò)張,建設(shè)用地占用耕地,使其面積減少導(dǎo)致減產(chǎn),所以耕地消費(fèi)足跡下降。水域總消費(fèi)足跡增長(zhǎng)29%,人均消費(fèi)足跡也相應(yīng)上升23%,可能是區(qū)域經(jīng)濟(jì)實(shí)力增強(qiáng),人口消費(fèi)水平上升以及人工養(yǎng)殖技術(shù)提高的緣故。

能源資源消費(fèi)足跡隨能源資源消費(fèi)量的變化而變化(圖2)。2015年區(qū)域能源總消費(fèi)足跡為2010年的1.35倍,人均消費(fèi)足跡增長(zhǎng)了29%。能源資源中原煤消費(fèi)足跡最大,其次是燃料油,主要供給區(qū)域電力、熱力生產(chǎn)及供應(yīng)業(yè)和制造業(yè)使用。同時(shí)電力消費(fèi)量、消費(fèi)足跡及人均消費(fèi)足跡均處于快速增長(zhǎng)中,增長(zhǎng)率均超過(guò)35%。

3.1.2 城市群生態(tài)足跡結(jié)果分析

如表2所示,城市群生態(tài)足跡飛速增長(zhǎng)。2010—2015年間城市群生態(tài)足跡總體呈上升趨勢(shì),總生態(tài)足跡及每平方公里生態(tài)足跡均上升了36%,人均生態(tài)足跡上升了30%,說(shuō)明人們對(duì)自然資源的需求程度不斷提高,對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的依賴(lài)性逐漸變大。該時(shí)期內(nèi)區(qū)域工業(yè)生產(chǎn)總值增長(zhǎng)37.8%,二者增長(zhǎng)趨勢(shì)與區(qū)域生態(tài)足跡增長(zhǎng)趨勢(shì)相近,說(shuō)明工業(yè)強(qiáng)度與生態(tài)足跡有較強(qiáng)的相關(guān)性,而區(qū)域人口增長(zhǎng)率僅為5%,增速遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于區(qū)域生態(tài)足跡增速,說(shuō)明人口增長(zhǎng)的影響較小。與2010年相比,2015年除耕地生態(tài)足跡下降18.6%外,其他土地類(lèi)型的生態(tài)足跡呈快速上升趨勢(shì),尤其是林地、建設(shè)用地和能源用地,分別增長(zhǎng)了61.9%、53.2%與35.8%,林地消費(fèi)量的增加主要是因?yàn)閺B門(mén)、漳州木材的消耗量加大,而城市建設(shè)與擴(kuò)張是建設(shè)用地消費(fèi)增加,耕地減少的主要原因。

表2 閩三角城市群生態(tài)足跡(2010—2015)

nhm2表示國(guó)家公頃

從整體構(gòu)成來(lái)看,2010年各類(lèi)土地生態(tài)足跡從大到小排序?yàn)?能源用地>草地>林地>耕地>水域>建設(shè)用地;2015年的相應(yīng)排序?yàn)?能源用地>林地>草地>耕地>水域>建設(shè)用地。能源用地生態(tài)足跡最大,均為當(dāng)年城市群總生態(tài)足跡的40%左右;草地與林地次之,二者生態(tài)足跡總量均接近總生態(tài)足跡的1/2,說(shuō)明能源用地、林地和草地是閩三角城市群生態(tài)足跡的主要部分。

各城市生態(tài)足跡差距正逐漸縮小(圖3)。2010—2015年期間廈門(mén)的每平方公里生態(tài)足跡最高,泉州次之,漳州最低;同時(shí)城市群內(nèi)部差異逐漸縮小,城市水平逐漸接近。5年間廈門(mén)單位面積的生態(tài)足跡下降幅度為8%,由于化石能源用地生態(tài)足跡降低9%,2010年城市群總生態(tài)足跡的1/3由廈門(mén)能源消費(fèi)足跡貢獻(xiàn),至2015年下降至26.43%,說(shuō)明近年來(lái)廈門(mén)在支持新能源的開(kāi)發(fā)利用、減少對(duì)焦炭、汽油、柴油、液化石油氣等化石能源使用上取得一定的成效。2015年泉州單位面積生態(tài)足跡是2010年的1.37倍,能源用地的增加是其增長(zhǎng)的主因,泉州工業(yè)基礎(chǔ)較好,該時(shí)期內(nèi)第二產(chǎn)業(yè)比重始終產(chǎn)業(yè)總值的60%左右,使能源用地生態(tài)足跡占泉州生態(tài)足跡的比重始終超過(guò)50%。2010年漳州生態(tài)足跡為425.61 nhm2/km2,僅約為同年廈門(mén)生態(tài)足跡的1/2,至2015年增長(zhǎng)近一倍,其中林地、草地及能源用地的生態(tài)足跡明顯增加,這與近年來(lái)漳州二、三產(chǎn)的大力發(fā)展以及林業(yè)工業(yè)企業(yè)的壯大有極大的關(guān)系。然而,與城市群每平方公里生態(tài)足跡結(jié)果不同的是,漳州人均生態(tài)足跡在3個(gè)城市中最高,泉州次之,廈門(mén)最末,這得因于城市人口密度的差異。

圖3 閩三角城市群各城市每平方公里生態(tài)足跡構(gòu)成圖(2010—2015年)Fig.3 The components of ecological footprint of Urban Agglomeration on Min Delta (2010—2015)

3.2 生態(tài)承載力結(jié)果分析

3.2.1 土地利用變化情況

區(qū)域生態(tài)承載力是區(qū)域生物生產(chǎn)性土地面積的總和,故與區(qū)域各土地類(lèi)型面積變化有著密切關(guān)系。如表3所示,2010—2015年城市群中六類(lèi)土地面積從大到小排序?yàn)榱值?耕地>建設(shè)用地>水域>草地>未利用地。該時(shí)期內(nèi)耕地、草地、林地、未利用地面積呈下降趨勢(shì),水域面積略有上升,建設(shè)用地面積則大幅上升了16%。其中,耕地轉(zhuǎn)化為其他用地的面積達(dá)420.16 km2,其中約70%轉(zhuǎn)化為建設(shè)用地,其他用地轉(zhuǎn)化為耕地的僅為255.72 km2,主要來(lái)源于林地與建設(shè)用地;林地主要轉(zhuǎn)化為耕地與建設(shè)用地,占總轉(zhuǎn)出面積的95%,轉(zhuǎn)入面積則以耕地、建設(shè)用地、未利用地為主;建設(shè)用地轉(zhuǎn)為林地與耕地的面積占總轉(zhuǎn)出面積的96%,說(shuō)明耕地、林地以及建設(shè)用地之間并不是單向的轉(zhuǎn)化;草地、水域以及未利用地的面積變化較小;由于部分區(qū)域進(jìn)行了圍海造陸與圍海養(yǎng)殖,使海域轉(zhuǎn)為水域、林地以及建設(shè)用地。

3.2.2 城市群生態(tài)承載力結(jié)果分析

城市群生態(tài)承載力呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)(圖4)。區(qū)域大部分生態(tài)承載力低于300 nhm2/km2,大部分位于0—100 nhm2/km2之間,且2010—2015年間生態(tài)承載力呈現(xiàn)略微下降的趨勢(shì),這與境內(nèi)林地、耕地、草地以及未利用地面積減少有關(guān)。廈門(mén)市生態(tài)承載力趨勢(shì)變化不明顯,泉州市中西部與漳州市西北部地區(qū)明顯降低,使得城市群生態(tài)承載力在100—200 nhm2間的面積減少,主要原因?yàn)檎闹?、泉州近年未能及時(shí)有力地保護(hù)或者修復(fù)環(huán)境,使得部分林地生態(tài)承載力從2010年的100—200 nhm2間下降至100 nhm2以下。

城市群各土地類(lèi)型的生態(tài)承載力有較大差異。水域與草地的生態(tài)承載力較高,建設(shè)用地、耕地以及林地次之,未利用地的生態(tài)承載力最低,與最高值相差400 nhm2以上。這歸因于水域與草地的產(chǎn)量因子較高的緣故,而建設(shè)用地呈現(xiàn)的生態(tài)承載力與耕地相近,未利用地則由于土地生產(chǎn)能力較低,生態(tài)承載力始終低于100 nhm2。

表3 閩三角城市群土地利用轉(zhuǎn)移矩陣表(2010—2015年)/km2

圖4 閩三角城市群生態(tài)承載力時(shí)空格局演變(2010—2015年) /nhm2Fig.4 Spatial-temporal evolution of carrying capacity of Urban Agglomeration on Min Delta (2010—2015)

3.3 生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

3.3.1 生態(tài)赤字/盈余結(jié)果

由圖5可知,城市群生態(tài)赤字嚴(yán)重。2010—2015年間區(qū)域均處于生態(tài)赤字狀態(tài)中。2010年廈門(mén)市赤字情況嚴(yán)重,漳州與泉州的赤字程度則相對(duì)較低,但是至2015年幾乎全部區(qū)域的生態(tài)赤字>300 nhm2,生態(tài)赤字問(wèn)題愈發(fā)嚴(yán)重。僅有東部沿海部分水域呈現(xiàn)盈余,主要是水域生態(tài)承載力較高的緣故。

就各城市而言,2010—2015年間廈門(mén)的生態(tài)赤字最為嚴(yán)重,泉州次之,漳州生態(tài)赤字程度較輕,但也超出了土地本身的承受能力,該趨勢(shì)與生態(tài)足跡的結(jié)果總體相符。該時(shí)期內(nèi)廈門(mén)的生態(tài)赤字嚴(yán)重且趨于固化,基本為>500 nhm2,泉州與漳州則飛速增長(zhǎng),從2010年的200—500 nhm2上升至2015年500 nhm2以上。城市群地處東南沿海,經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度較好,廈門(mén)作為經(jīng)濟(jì)特區(qū),經(jīng)濟(jì)發(fā)展金融服務(wù)與旅游業(yè)最為發(fā)達(dá),泉州工業(yè)發(fā)達(dá),漳州第一產(chǎn)業(yè)比重較大,經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度相對(duì)低于其他兩市。近年來(lái),福建省積極推進(jìn)廈漳泉同城化,3個(gè)城市突破了行政區(qū)劃的界限,實(shí)現(xiàn)資源共享、產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)互補(bǔ),基礎(chǔ)設(shè)施日益完善,經(jīng)濟(jì)聯(lián)系更加緊密。整個(gè)閩三角城市群發(fā)展快速,然而,區(qū)域生態(tài)足跡也相應(yīng)增加,生態(tài)承載力每況愈下,生態(tài)赤字也越發(fā)嚴(yán)重,維護(hù)城市群生態(tài)安全刻不容緩。

圖5 閩三角城市群生態(tài)赤字時(shí)空格局演變(2010—2015年)/nhm2Fig.5 Spatial-temporal evolution of ecological deficit of Urban Agglomeration on Min Delta (2010—2015)

3.3.2 生態(tài)壓力指數(shù)結(jié)果

城市群整體生態(tài)壓力指數(shù)較大。如圖6所示,2010—2015年總體生態(tài)壓力指數(shù)>2,且有不斷升高的趨勢(shì),區(qū)域處于生態(tài)不安全狀態(tài),表明區(qū)域生態(tài)與經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)性仍然不足,生態(tài)不安全程度較大,生態(tài)安全體系亟需進(jìn)一步完善,整體的可持續(xù)發(fā)展能力也尚待加強(qiáng)。

各城市生態(tài)壓力指數(shù)從大到小排序?yàn)閺B門(mén)>泉州>漳州。廈門(mén)市2010—2015年間大部分區(qū)域生態(tài)壓力指數(shù)始終>2,說(shuō)明該時(shí)期內(nèi)廈門(mén)市一直處于生態(tài)不安全的狀態(tài)下。泉州市與漳州市大部分指數(shù)>2,但有部分林地的生態(tài)壓力指數(shù)由2010年的1—1.5之間上升至2015年的>2(第VI等級(jí)),不安全等級(jí)升高。這與前面得到生態(tài)赤字結(jié)果基本相吻合,說(shuō)明區(qū)域生態(tài)不安全。

圖6 閩三角城市群生態(tài)壓力指數(shù)時(shí)空格局演變(2010—2015年)Fig.6 Spatial-temporal evolution of ecological tension index of Urban Agglomeration on Min Delta (2010—2015)

4 結(jié)論與討論

生態(tài)安全和人類(lèi)生活緊密聯(lián)系,應(yīng)用生態(tài)足跡法對(duì)閩三角城市群近5年生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià),結(jié)論如下:(1)2010—2015年間,城市群生態(tài)足跡快速增長(zhǎng),由462.63 nhm2/km2上升至629.77 nhm2/km2,林地的降低速度較快;廈門(mén)生態(tài)足跡數(shù)值很高但略有降低,漳州與泉州則快速增長(zhǎng),不斷縮短與廈門(mén)的差距;區(qū)域的生態(tài)承載力則總體呈下降趨勢(shì)。(2)區(qū)域長(zhǎng)期處于生態(tài)赤字且越發(fā)嚴(yán)重,生態(tài)壓力指數(shù)>2并呈增加趨勢(shì),生態(tài)壓力持續(xù)增大,區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)并不樂(lè)觀。區(qū)域生態(tài)安全狀態(tài)是人口狀況、社會(huì)經(jīng)濟(jì)、城市建設(shè)等多種因素共同作用的結(jié)果。人口和工業(yè)產(chǎn)值的增長(zhǎng)是閩三角城市群生態(tài)足跡上升的主要原因,人口增長(zhǎng)使對(duì)生物資源以及其他生態(tài)服務(wù)的需求增加,工業(yè)能耗增加,排放出的CO2所需草地和林地面積擴(kuò)大,生活環(huán)境被破壞,生態(tài)系統(tǒng)壓力增大,甚至可能帶來(lái)氣候變化、資源污染等重大危害。由于城市擴(kuò)張侵占了農(nóng)業(yè)用地以及對(duì)原有的生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生了負(fù)面影響,降低了生物生產(chǎn)力和生物多樣性,使耕地承載力下降,雖然區(qū)域林業(yè)資源豐富,但木材需求的增加使林地生態(tài)足跡上升,同時(shí)也使區(qū)域生態(tài)承載力下降,這從側(cè)面說(shuō)明區(qū)域林地資源面臨巨大的壓力。未來(lái)需要優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu),提高能源利用率,改變消費(fèi)模式,倡導(dǎo)節(jié)約型消費(fèi),科學(xué)規(guī)劃建設(shè)用地;同時(shí)加強(qiáng)區(qū)域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力與生態(tài)安全預(yù)警與監(jiān)測(cè)。

論文以“國(guó)家公頃”作為計(jì)量單位,使產(chǎn)量因子體現(xiàn)區(qū)域特性,又以NPP設(shè)定均衡因子,使其體現(xiàn)真實(shí)的生物量,從而使計(jì)算結(jié)果更為準(zhǔn)確地體現(xiàn)了區(qū)域發(fā)展對(duì)生態(tài)資源的需求和消耗以及對(duì)廢棄物的消納能力,也更為客觀地反映區(qū)域生態(tài)安全狀況。但是由于資料數(shù)據(jù)的限制,論文未對(duì)海水產(chǎn)品進(jìn)行討論,對(duì)水域生態(tài)足跡結(jié)果有一定的影響;僅以水電數(shù)據(jù)表征建設(shè)用地生態(tài)足跡,建設(shè)用地生態(tài)足跡可能偏小;化石能源用地均衡因子僅以林地代替具有一定局限性。與此同時(shí),論文采用的Modis數(shù)據(jù)分辨率為1 km×1 km,難免出現(xiàn)混合像元的負(fù)面效應(yīng)問(wèn)題,這些均是未來(lái)研究需要關(guān)注與克服的領(lǐng)域。