通化市生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析

劉 玉，劉斯垚，劉世好

(國家林業(yè)局中南林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計院，長沙 410014)

生態(tài)足跡分析(EFA)是Rees教授和他的博士生Wackernagel于1992年提出，并由Wackernagel于1996年完善的一種計算支持一定數(shù)量人口所需生態(tài)系統(tǒng)面積的方法。生態(tài)足跡計算是定量測度發(fā)展可持續(xù)狀態(tài)的評估方法。本文在簡要說明生態(tài)足跡內(nèi)涵與計算方法的基礎(chǔ)上，將其運用到城市尺度，探討了生態(tài)足跡理論在通化國家森林城市建設(shè)規(guī)劃中的應(yīng)用，識別和衡量林業(yè)生態(tài)體系發(fā)展的必要性、林業(yè)產(chǎn)業(yè)體系的可行性及城市可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)，為促進通化區(qū)域經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)協(xié)調(diào)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)[1-3]。

1 生態(tài)足跡概念及模型

1.1 生態(tài)足跡的概念

生態(tài)足跡是指產(chǎn)生為滿足特定數(shù)量人口的消費和為消解其產(chǎn)生的垃圾所需的土地和水生態(tài)系統(tǒng)的面積，而不論所涉及的土地和水源于何處。它是一組基于土地面積的量化指標，從需求計算生態(tài)足跡的大小(即所消耗的物質(zhì)能源需要的土地面積)，從供給計算生態(tài)承載力的大小(即該地區(qū)所能提供的土地面積)，通過對這兩者的比較，評價研究對象的可持續(xù)發(fā)展狀況[4]。

1.2 生態(tài)足跡和生態(tài)承載力計算模型

生態(tài)足跡和生態(tài)承載力模型包括生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字(或者盈余)三者的計算。

1.2.1 生態(tài)足跡的計算

生態(tài)足跡的計算主要基于以下兩個事實：一是人類能夠估計自身消費的大多數(shù)資源、能源及其所產(chǎn)生的廢棄物數(shù)量；二是這些資源和廢棄物能折算成生產(chǎn)和吸納這些資源和廢棄物的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積。具體計算公式如下：

(1)

式中：Ef為人均生態(tài)足跡( hm2/ 人)；ei為人均生態(tài)足跡分量；rj為均衡因子；Ai為第i種消費項目折算的人均生態(tài)足跡分量( hm2/ 人)；Yi為生物生產(chǎn)土地生產(chǎn)第i種消費項目的世界年均產(chǎn)量 ( kg /hm2)；Pi，Ii，Ei分別為第i種消費項目的年生產(chǎn)量、年進口量和年出口量；N為人口數(shù)。

ec=∑cj=∑aj×rj×yj

(2)

式中：ec為人均生態(tài)承載力(hm2/人)；cj為人均生態(tài)承載力分量；aj為人均生物生產(chǎn)面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子。

在計算生態(tài)足跡時，由于單位面積的耕地、草地、林地、水域以及建設(shè)用地的生物生產(chǎn)能力差異很大，為了使計算結(jié)果轉(zhuǎn)化為一個可比較的標準，有必要對每種生物生產(chǎn)面積乘以均衡因子，以轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的、可比較的生物生產(chǎn)面積[5]。

根據(jù)表2可分析得出，項目動態(tài)投資回收期為4.66年。根據(jù)三甲醫(yī)院大型檢測儀器設(shè)備平均動態(tài)投資回收期一般在2～4年分析，本項目的動態(tài)投資回收期超過大型醫(yī)院平均值，說明項目經(jīng)濟效益較大型醫(yī)院有一定偏差，需要進一步分析原因，加強收入和成本管理。

1.2.2 生態(tài)承載力計算方法

生態(tài)生產(chǎn)性土地是生態(tài)足跡分析法為各類自然資本提供的統(tǒng)一度量基礎(chǔ)。根據(jù)生產(chǎn)力大小的差異，將生態(tài)生產(chǎn)性土地分為6大類: 化石能源地、耕地、牧草地、林地、建筑用地和水域。生態(tài)承載力的計算則是用研究地區(qū)實際各生物生產(chǎn)性面積再乘上相應(yīng)的產(chǎn)量因子，匯總而得。生態(tài)承載力的計算公式為：

(j=1,2,3，…，6)

(3)

式中：Ec為區(qū)域總生態(tài)承載力；N為人口數(shù)。

在計算生態(tài)承載力時考慮到同類生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力在不同國家和地區(qū)之間存在著差異，因而各國各地區(qū)同類生產(chǎn)性土地的實際面積是不能直接進行比較的。產(chǎn)量因子就是一個將各國各地區(qū)同類生產(chǎn)性土地轉(zhuǎn)化為可比面積的參數(shù)，是一個國家或地區(qū)某類土地的平均生產(chǎn)力與世界同類平均生產(chǎn)力的比率。本文均衡因子和產(chǎn)量因子的選取見表1。根據(jù)世界環(huán)境發(fā)展委員會(WCED)的相關(guān)報告，生態(tài)承載力計算時還應(yīng)扣除生態(tài)系統(tǒng)中12 %生物多樣性的保護面積，用以保護區(qū)域內(nèi)生物多樣性[6-8]。

表1 通化生態(tài)足跡測算中的土地類型說明土地類型主要用途均衡因子產(chǎn)量因子耕地提供絕大多數(shù)農(nóng)產(chǎn)品2.801.66林地提供林產(chǎn)品和木材1.100.91草地提供畜產(chǎn)品0.500.19建筑用地居民地及道路用2.801.66水域提供水產(chǎn)品0.201.00化石燃料吸收CO21.10 注: 1.全球平均生態(tài)生產(chǎn)力為1; 2.均衡因子是一個不同類型的生態(tài)生產(chǎn)性土地轉(zhuǎn)化為在生態(tài)生產(chǎn)力上等價的系數(shù); 3.產(chǎn)量因子為通化市某類土地的平均生產(chǎn)力與世界同類土地平均生產(chǎn)力的比率; 4.實際上人類并未留出CO2用地。

1.2.3 生態(tài)赤字和生態(tài)盈余

一個地區(qū)的生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡時，出現(xiàn)生態(tài)赤字，而當(dāng)生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡時，產(chǎn)生生態(tài)盈余。生態(tài)赤字表明該地區(qū)的人類負荷超過了其生態(tài)容量，該地區(qū)的發(fā)展模式處于相對不可持續(xù)狀態(tài)。生態(tài)盈余則表明該地區(qū)的生態(tài)容量足以支持其人類負荷，該地區(qū)的發(fā)展模式具相對可持續(xù)性。

2 通化生態(tài)足跡計算

2.1 通化生態(tài)足跡

在計算生態(tài)足跡計算中，各種資源和能源消費項目被折算為耕地、草地、林地、建筑用地、化石能源土地和海洋(水域)等6種生物生產(chǎn)面積類型。耕地是最有生產(chǎn)能力的土地類型，提供了人類所利用的大部分生物量,草地的生產(chǎn)能力比耕地要低得多。由于人類對森林資源的過度開發(fā)，全世界除了一些不能接近的熱帶叢林外，現(xiàn)有林地的生產(chǎn)能力大多較低?；茉赐恋厥侨祟悜?yīng)該留出用于吸收CO2的土地，但目前事實上人類并未留出這類土地，出于生態(tài)經(jīng)濟研究的謹慎性考慮，在生態(tài)足跡的計算中，考慮了CO2吸收所需要的化石能源土地面積。由于人類定居在最肥沃的土壤上，因此建筑用地面積的增加意味著生物生產(chǎn)量的損失。

通化市生態(tài)足跡計算主要的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)來源于通化市2014年統(tǒng)計年鑒，主要依據(jù)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)是通化市2014年農(nóng)產(chǎn)品、動物、水域、燃料、建設(shè)用地等的生產(chǎn)量和消費量[9]，再通過生態(tài)承載力計算公式，對生態(tài)足跡進行計算 。

根據(jù)通化市的自然資源和消費特點，確定該區(qū)2014年的生態(tài)足跡計算主要包括兩部分：生物資源的消費見表2；化石能源的消費見表3。

表2 通化市生物資源消費計算項目全球平均產(chǎn)量/(kg/hm2)生產(chǎn)量[9]/t 總生態(tài)足跡/hm2人均足跡/hm2生產(chǎn)面積類型農(nóng)產(chǎn)品稻谷2 7441 280 416466 623.910.288 432 9耕地玉米2 744877 545319 805.030.197 680 2耕地高粱2 744284103.50.000 065耕地薯類12 60723 8311 890.2990.011 683 7耕地豆類1 85635 04918 884.20.011 672 8耕地油料1 8561 775956.360.000 591 5耕地?zé)熑~1 5485 4203 501.2920.002 164 2耕地蔬菜(含菜用瓜果)18 000445 21924 734.3890.015 289耕地瓜類18 00083 1354 618.60.002 854 9耕地動物產(chǎn)品豬肉7441 947566 851.40.350 386 2草地牛肉3329 170883 939.40.546 387草地羊肉3397529 545.50.018 262 8草地禽肉45723 16550 689.30.031 332 4草地蜂蜜501 58431 680.00.019 582 2草地禽蛋40032 91682 290.00.050 865 7草地木材林產(chǎn)品木材1.99(m3/hm2)295 000(m3)148 241.20.091 631 9林地水域水產(chǎn)品 29 16 412565 931.00.349 817 4水域

2.2 生物資源足跡的計算

生物資源消費賬戶主要包括農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、林產(chǎn)品、和水產(chǎn)品等。生物資源生產(chǎn)面積折算的具體計算中采用1993年聯(lián)合國糧農(nóng)組織計算的世界平均產(chǎn)量[10](采用這一公共標準主要是為使計算結(jié)果可以進行國與國、地區(qū)和地區(qū)之間的比較)。

2.3 能源生態(tài)足跡的計算

能源資源消費根據(jù)通化市實際情況主要考慮了原煤、洗精煤、焦炭、天然氣、原油、汽油、燃料油、液化石油氣、電力等能源類型(由于熱力主要由煤等能源轉(zhuǎn)換而來，為避免重復(fù)計算，故沒有計算)，以單位化石燃料的平均熱量為標準，通過折算系數(shù)將區(qū)域內(nèi)能源消費換算成一定的化石能源用地面積[10]。

2.4 生態(tài)承載力計算

根據(jù)2014年通化市耕地、牧草地、林地、建筑用地、水域的保有面積，計算出各類生物生產(chǎn)性土地面積的人均擁有量，再乘以相應(yīng)的均衡因子和產(chǎn)量因子匯總后得到人均生態(tài)承載力，最后扣除12%的生物生產(chǎn)性土地面積用于保護生物多樣性，得到實際可利用的人均生態(tài)承載力[11](表4)。

表3 通化市化石能源消費計算燃料種類全球平均足跡/(GJ/hm2)折算系數(shù)/(GJ/ t)消費量[9]/t總生態(tài)足跡/hm2人均足跡/hm2生產(chǎn)面積類型原煤5520.9346 737 650.82 564 472.41.585 17化石能源用地洗精煤5526.3772 385 513.71 144 0490.707 168化石能源用地焦炭5528.4692 209 1341 143 487.90.706 821化石能源用地天然氣9338.979390163.50.000 101化石能源用地汽油9343.1249 723.14 508.60.002 787化石能源用地柴油9342.70536 07216 5640.010 239化石能源用地燃料油7150.2160113.10.000 07化石能源用地液化石油氣7150.2563398.060.000 246化石能源用地煤油9343.124949.85440.40.000 272化石能源用地電力1 0003.362 223 8007 4720.004 619建筑用地建設(shè)用地70 6510.043 671建筑用地 注:GJ/hm2為熱力單位,電力千瓦時與熱量折算系數(shù)是根據(jù)每千瓦時耗煤397 g,再根據(jù)每克煤發(fā)熱量換算。

表4 通化市生態(tài)足跡的需求與供給生產(chǎn)面積類型生態(tài)足跡的需求生態(tài)足跡的供給(生態(tài)承載力)人均面積(hm2/人)均衡因子均衡面積(hm2/人)人均面積(hm2/人)產(chǎn)量因子均衡面積(hm2/人)耕地0.530 4342.81.485 2150.132 1151.660.219 311草地1.016 8160.50.508 4080.008 350.190.001 587林地0.091 6321.10.100 7950.566 5280.910.515 541化石能源3.012 8741.13.314 161 建筑用地0.048 292.80.135 2120.048 291.660.080 161水域0.349 817 40.20.069 9750.030 0411.000.030 041CO2吸收 總計 5.613 766 0.846 641扣除12%的生物生產(chǎn)性土地面積0.101 597可用人均生態(tài)承載力0.745 044 生態(tài)赤字:4.868 722 注:各土地面積數(shù)據(jù)來源于《通化市土地利用總體規(guī)劃(2006—2020年)》。

3 結(jié)論與討論

3.1 通化生態(tài)足跡分析

從生態(tài)足跡的構(gòu)成來看，通化市的發(fā)展模式主要通過消耗自然資源存量來彌補生態(tài)承載力的不足，其中生物資源的消費主要以農(nóng)產(chǎn)品為主；能源的消費主要以原煤、洗精煤、焦炭、電力為主，人均生態(tài)足跡較大，產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是通化市冬季供暖消耗大量的煤?？傊瑢ψ匀毁Y源的過度依賴，是通化市出現(xiàn)生態(tài)赤字的主要原因。

3.2 通化生態(tài)承載力分析

從表4可知，通化市2014年人均生態(tài)足跡赤字為4.868 722 hm2,也就是說，通化市的消費需求實際上已大大超過了自然系統(tǒng)的生產(chǎn)能力。

從生態(tài)赤字的組成來看，各種土地類型的人均生態(tài)赤字之間存在著較大的差異，由大到小依次是：化石能源用地(-3.314 161 hm2/人)，耕地(-1.265 904 hm2/人)，草地(-0.506 821 hm2/人)，建筑用地(-0.055 051 hm2/人)，水域(-0.039 934 hm2/人)，而林地處于盈余狀態(tài)(0.414 75 hm2/人)，主要是因為通化市的森林覆蓋率較高。化石能源用地生態(tài)赤字最大的原因是目前沒有專門的用地來吸收能源消費過程中排放的CO2，且通化市能源消費結(jié)構(gòu)中原煤的消費比重較大；牧草地出現(xiàn)生態(tài)赤字的主要原因是由于經(jīng)濟的發(fā)展，人們對動物產(chǎn)品的消費與需求都在增加，同時牧草地供給近似為0；水域出現(xiàn)生態(tài)赤字的原因是水產(chǎn)品產(chǎn)量雖大，但實際利用率較低；耕地產(chǎn)生生態(tài)赤字的直接原因是耕地不足。上述生態(tài)赤字顯示高能源消耗、人口過于密集、耕地的減少是造成通化市高生態(tài)赤字的主要原因。

另外，由于統(tǒng)計數(shù)據(jù)的不完整性，人均生態(tài)足跡的計算值比實際??；而由于生態(tài)環(huán)境的破壞，生態(tài)承載力的計算值比實際大。因此，通化市的生態(tài)赤字實際還要更大。在強調(diào)以經(jīng)濟建設(shè)為中心同時，必須兼顧社會、生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展，以確保在未來城市化發(fā)展中城市自身和周邊的生態(tài)安全。

從生態(tài)足跡與生態(tài)承載力分析可知，通化市的生態(tài)赤字已經(jīng)出現(xiàn)，城市的發(fā)展還處于低級的粗略、資源內(nèi)耗發(fā)展階段，其發(fā)展模式并不是一種可持續(xù)的模式。而通過創(chuàng)建國家森林城市，建設(shè)完整的生態(tài)體系，可以改善城市的生態(tài)環(huán)境，提高土地的生產(chǎn)能力，增強環(huán)境的轉(zhuǎn)換能力。而大力發(fā)展城市森林，構(gòu)建強大的城市森林生態(tài)系統(tǒng)，不僅可以發(fā)揮減少水土流失、涵養(yǎng)水源、凈化污染等保障國土生態(tài)安全的作用，而且能夠進一步增加森林的固碳能力，減緩溫室效應(yīng)，實現(xiàn)間接減排，擴大環(huán)境容量，提高經(jīng)濟社會發(fā)展的環(huán)境承載能力，實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。由此可知，創(chuàng)建國家森林城市，不僅可以不斷地提高城市生態(tài)的供給生態(tài)足跡，而且可以減少城市的需求消費生態(tài)足跡，最終將促進城市生態(tài)承載力的不斷增強。