基于生態(tài)足跡模型修正的忻州市生態(tài)承載力空間差異變化

趙鵬宇，郭勁松，劉秀麗，崔 嬙，張俊卿，馮文勇

(1.忻州師范學(xué)院 五臺(tái)山文化研究中心,山西 忻州 034000；2.廣西壯族自治區(qū)環(huán)境保護(hù)科學(xué)研究院，廣西 南寧 530000；3.忻州師范學(xué)院旅游管理系, 山西 忻州 034000)

生態(tài)足跡法是一種以生物生產(chǎn)性為媒介，從生產(chǎn)端和消費(fèi)端核算人類一定條件下生態(tài)承載力供給與需求，進(jìn)而判明區(qū)域自然資源是否被過(guò)度利用的方法。自1995年Wackernagelt[1]和Rees[2]提出的生態(tài)足跡基本模型，在廣泛應(yīng)用之后又?jǐn)U展出基于投入產(chǎn)出、生命周期分析技術(shù)或物質(zhì)流分析技術(shù)的生態(tài)足跡模型，不同時(shí)空尺度的實(shí)證研究相繼涌現(xiàn)，對(duì)模型參數(shù)、項(xiàng)目的計(jì)算，賬戶擴(kuò)展等方面做了調(diào)整與修正[3-7]。生態(tài)足跡模型存在一定的缺陷，主要表現(xiàn)為：一是核算的足跡是不準(zhǔn)確不完整的，如某些產(chǎn)品用生產(chǎn)數(shù)據(jù)代替實(shí)際消費(fèi)數(shù)據(jù)，沒有充分考慮地下水在內(nèi)的地下資源，污染物的足跡因計(jì)量復(fù)雜被忽略；二是模型僅可以測(cè)算已發(fā)生年份生態(tài)足跡大小，得到的結(jié)論是瞬時(shí)性的，不能預(yù)測(cè)未來(lái)，缺乏動(dòng)態(tài)性。但因其計(jì)算方法簡(jiǎn)單、結(jié)果表達(dá)形象、易理解等優(yōu)點(diǎn)，依然不失為核算生態(tài)承載力的良好方法。

基于上述分析，本文將對(duì)生態(tài)足跡模型參數(shù)、賬戶進(jìn)行修正擴(kuò)展，并以忻州市為研究對(duì)象，探討重點(diǎn)生態(tài)功能、能源開采、旱作農(nóng)業(yè)復(fù)合區(qū)生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的測(cè)評(píng)研究，對(duì)于生態(tài)資源稀缺、生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展十分重要。

1 研究區(qū)概況

忻州市位于山西省北中部，地理坐標(biāo)范圍為E110°56′—E113°58′、N38°09′—N39°40′，北臨恒山山脈，南接太原盆地，西隔黃河，東倚太行山，總面積2.51×104km2,占全省土地總面積的16%。下轄1市、1區(qū)、12縣，2013年全市人口為311.4×104人，其中農(nóng)業(yè)人口185.7×104人，耕地64.5×104hm2，土地資源中山地、丘陵與平原所占比例分別為53.5%、35.96%、10.54%。全市河流有汾河、滹沱河、清水河等，區(qū)域水資源總量為18.7×108m3。主要面臨的生態(tài)問題為水土流失，局部地區(qū)水資源短缺以及能源開采帶來(lái)的生態(tài)問題。隨著山西省國(guó)家資源型經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型綜合配套改革試驗(yàn)區(qū)戰(zhàn)略的實(shí)施，忻州迎來(lái)新的發(fā)展機(jī)遇，2013年全市能源生產(chǎn)總量4773.9×104t，國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值654.7億元。與此同時(shí)資源和環(huán)境的剛性約束在忻州市的發(fā)展中愈加明顯?，F(xiàn)已表現(xiàn)出諸多問題，如資源供需矛盾突出、生態(tài)環(huán)境演變和區(qū)域發(fā)展不平衡等，影響到區(qū)域經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

在計(jì)算人均生態(tài)盈虧的基礎(chǔ)上，引入生態(tài)壓力指數(shù)、萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡、生態(tài)足跡多樣性指數(shù)以及區(qū)域發(fā)展能力指數(shù)等指標(biāo)來(lái)描述區(qū)域可持續(xù)發(fā)展水平。具體指標(biāo)計(jì)算如下。

生態(tài)足跡計(jì)算公式一般可表示為：

EF=N×ef=N×∑(ri×ci/pi)

(1)

式中，i、ri、N、ef、EF分別為消費(fèi)項(xiàng)目類型、均衡因子、人口數(shù)量，人均生態(tài)足跡、總生態(tài)足跡。pi、ci分別為第i種項(xiàng)目的世界平均生產(chǎn)能力和人均消費(fèi)量。

生態(tài)承載力(EC)計(jì)算公式為：

EC=N×ec=N×∑(ai×ri×yi)

(2)

式中，ai、yi、N、ec分別為人均生物生產(chǎn)面積、產(chǎn)量因子、人均生態(tài)承載力，ri、N同前。

生態(tài)盈虧(ed)反映生態(tài)足跡與生態(tài)承載力差額。公式為：

ed=ec-ef

(3)

式中，當(dāng)ed<0時(shí)顯示為生態(tài)赤字，表明生態(tài)環(huán)境虧損，反之則為生態(tài)盈余，直接反映區(qū)域發(fā)展是否處于生態(tài)承載力范圍之內(nèi)。

生態(tài)壓力指數(shù)(Epi)反映人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度。計(jì)算公式為：

Epi=ef/ec

(4)

式中，Epi﹤1表明干擾強(qiáng)度未達(dá)到區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的自反饋上限，生態(tài)系統(tǒng)平衡，反之表明生態(tài)安全已受到威脅。Epi指數(shù)越大，生態(tài)系統(tǒng)遭受的干擾強(qiáng)度越大。

萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡反映的是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)系統(tǒng)資源利用率高低。指標(biāo)值越大，區(qū)域系統(tǒng)資源的利用效率越低。公式表示為：

萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡=EF/GDP

(5)

生態(tài)足跡多樣性指數(shù)(H)用來(lái)描述區(qū)域內(nèi)各種消費(fèi)所需生物生產(chǎn)性土地面積的均衡程度，通過(guò)Shannon-Weaver[8]公式計(jì)算：

H=-∑(pi×lnpi)

(6)

式中，pi、lnpi分別表示第i類土地類型在生態(tài)足跡中的比例與分配狀況。H值越高，則表明區(qū)域內(nèi)類型比例適中，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。

按照Ulanowicz[9]的方法，發(fā)展能力指數(shù)的計(jì)算公式為：

C=ef×H=ef×[-∑(pi×lnpi)]

(7)

2.2 模型修正及數(shù)據(jù)處理

2.2.1 模型修正 模型主要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行了修正：

(1)生態(tài)足跡賬戶中加入污染排放與水資源。為體現(xiàn)污染物及為治理污染所占用的生態(tài)足跡，在原始模型以耕地、草地、林地、水域、化石能源地、建筑用地6大類生態(tài)足跡計(jì)算的基礎(chǔ)上，將污染排放賬戶納入其中。以廢污水(灰水)、廢氣、固體廢棄物等排放量衡量污染直接或間接占用土地的生態(tài)足跡。同時(shí)，基本模型中的水域僅體現(xiàn)了生物生產(chǎn)功能，水資源(藍(lán)水)生態(tài)足跡的意義可以表述為人類在生活生產(chǎn)中消耗水資源的過(guò)程。為此加入水資源賬戶，計(jì)算方法就是將消耗的水資源量轉(zhuǎn)化為相應(yīng)賬戶的生產(chǎn)面積——水資源用地面積。水資源生態(tài)足跡EFw可以表示為：

EFw=N×efw=riw×(W/p)

式中，efw、riw、W、p分別代表水資源賬戶的人均生態(tài)足跡、均衡因子、水資源消耗量、水資源全球平均生產(chǎn)能力。

水資源生態(tài)承載力體現(xiàn)為區(qū)域某一時(shí)間段內(nèi)水資源最大供給量可供支持該區(qū)域資源、環(huán)境和社會(huì)(生態(tài)、生產(chǎn)和生活)可持續(xù)發(fā)展的能力。根據(jù)劉樂冕[10]的方法在計(jì)算中扣除60%維持生態(tài)環(huán)境的水資源量，水資源承載力ECw公式可表示為：

ECw=N×ecw=0.4×rwi×yiw×Q/p

式中,ecw、rwi、yiw、Q、p分別為水資源人均承載力、水資源均衡因子、產(chǎn)量因子、區(qū)域水資源總量、水資源全球平均生產(chǎn)能力。

(2)修正均衡因子以減少誤差。40多年來(lái)，Wackernagel學(xué)者[1]、世界自然基金會(huì)(WWF)、倫敦動(dòng)物協(xié)會(huì)、全球足跡網(wǎng)絡(luò)(GFN)、水足跡網(wǎng)絡(luò)等學(xué)者組織多次發(fā)布了6類賬戶的均衡因子，其變動(dòng)幅度不大。參照楊屹[11]計(jì)算均值的辦法，選取各因子均值用于計(jì)算，即耕地、建設(shè)用地、林地、化石能源用地、草地、水域分別取2.34、2.34、1.64、1.64、0.48、0.32。同時(shí)，假設(shè)土地為生物生產(chǎn)能力較差的土地，根據(jù)吸納污染與水資源用地含義及相關(guān)文獻(xiàn)[10]，將二者均衡因子設(shè)定為1.0。

2.2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源與處理 研究數(shù)據(jù)來(lái)源于忻州統(tǒng)計(jì)年鑒(2008-2014年)[12]、忻州國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)(2008-2013年)[13]、忻州市環(huán)境狀況公報(bào)(2009-2013年)[14]、忻州市水資源公報(bào)(2004-2014年)[15]以及忻州市國(guó)土資源局提供的土地利用變更數(shù)據(jù)(2008-2013年)資料。部分?jǐn)?shù)據(jù)經(jīng)過(guò)計(jì)算整理并在文中注明。為統(tǒng)一數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)口徑，采用農(nóng)作物產(chǎn)量替代消費(fèi)量。

(1)生物賬戶全球平均產(chǎn)量表的處理。國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)提及的生物賬戶全球平均產(chǎn)量主要有三種來(lái)源：一是直接采用1993年聯(lián)合國(guó)糧食及農(nóng)業(yè)組織(FAO)的統(tǒng)計(jì)[16]；二是Wackernagel等[1]在測(cè)算1993年意大利平均生態(tài)足跡時(shí)提出的全球賬戶平均產(chǎn)量；三是以上述數(shù)據(jù)為主，個(gè)別類別采用我國(guó)學(xué)者謝鴻宇[17]對(duì)中國(guó)主要農(nóng)產(chǎn)品全球平均產(chǎn)量更新計(jì)算結(jié)果。本文在收集1999—2009年FAO統(tǒng)計(jì)年鑒[2]基礎(chǔ)上，計(jì)算了部分生物產(chǎn)量，見表1。由此發(fā)現(xiàn)個(gè)別類別結(jié)果差異較大。

在忻州統(tǒng)計(jì)年鑒上查閱各項(xiàng)生物賬戶年產(chǎn)量。本文確定忻州生物賬戶全球平均產(chǎn)量的原則為，為了與同類研究成果相比較，以及保證數(shù)據(jù)的完整性，主要采用1993年Wackernagel等[1]提出的全球平均產(chǎn)量。核桃、花椒和羊絨3個(gè)科目無(wú)法歸類，為此，采用如下方法估算全球平均產(chǎn)量：核桃直接采用謝鴻宇等[17]的測(cè)算結(jié)果(2 322 kg·hm-2)，商務(wù)部特辦資訊資料顯示，我國(guó)花椒產(chǎn)量世界領(lǐng)先，采用楊屹[11]計(jì)算陜西生態(tài)足跡時(shí)的結(jié)果，花椒全球平均產(chǎn)量為385 kg·hm-2。由于羊絨產(chǎn)量較少，認(rèn)為其產(chǎn)量與羊毛相同。

在消費(fèi)項(xiàng)目劃分以及其所對(duì)應(yīng)的用地類型方面，考慮到忻州的具體情況，豬肉主要由規(guī)?；曫B(yǎng)廠生產(chǎn)，飼料來(lái)源以本地玉米為主，若將其用地類型歸為耕地，則存在較大程度的重復(fù)計(jì)算，因此將豬肉的用地類型劃歸為草地。將水果劃分為林地原因有以下兩點(diǎn)，一是本地果園林木生態(tài)功能各方面與林地相似，二是退耕還林工程的實(shí)施，退耕地變成經(jīng)濟(jì)果林，按林地類型計(jì)算。

(2)能源賬戶數(shù)據(jù)處理。忻州市能源消費(fèi)主要包括有煤炭、焦炭、天然氣、汽油、柴油及社會(huì)電力等，共6個(gè)消費(fèi)項(xiàng)目。利用全球單位化石能源土地面積的平均發(fā)熱量將其轉(zhuǎn)化為化石能源土地面積，具體為：天然氣折算系數(shù)單位是 GJ·104m-3；電力折算系數(shù)單位是GJ·104kW-1·h-1，電力千瓦時(shí)與熱量折算系數(shù)是單位千瓦時(shí)耗煤397 g的熱量換算[18-21]。

表1 忻州市生物賬戶全球平均產(chǎn)量/(kg·hm-2)

注：*為部分?jǐn)?shù)據(jù)計(jì)算，無(wú)法比較。Note: * calculated for part of data, not comparable.

(3)污染排放賬戶處理。廢水和廢氣的生態(tài)足跡分別指用于處理廢水、大氣污染物使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)所占用的生物生產(chǎn)性土地面積。根據(jù)劉樂冕[10]，楊屹[11]居民生活污水排放占用濕地面積以365 t·hm-2的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行換算；工業(yè)廢水比生活污水成分復(fù)雜得多，處理難度大，但考慮到計(jì)算的可行性，將工業(yè)廢水視同生活污水處理。計(jì)算廢氣生態(tài)足跡時(shí)，將其轉(zhuǎn)換為吸收大氣污染物所需的林地面積，并按照闊葉林對(duì)SO2的平均吸收能力88.65 kg·hm-2、對(duì)煙塵和粉塵的滯塵能力10.11 t·hm-2的標(biāo)準(zhǔn)換算。處理固體廢棄物主要方法是填埋和堆放，按照單位土地面積可堆積固體廢棄物10.19萬(wàn)t·hm-2的標(biāo)準(zhǔn)換算。

(4)水資源賬戶處理。水資源全球平均生產(chǎn)能力根據(jù)資料取3 140 m3·hm-2[10]。水資源產(chǎn)量因子根據(jù)劉樂冕[10]取山西省的平均水平，其值為2.45。

(5)生態(tài)承載力數(shù)據(jù)處理。本文生態(tài)承載力采用面積轉(zhuǎn)換法，利用忻州市2008-2013年數(shù)據(jù)計(jì)算。根據(jù)生態(tài)足跡的土地類型，需要對(duì)忻州的耕地、水域、林地、草地、化石能源地、建設(shè)用地面積進(jìn)行轉(zhuǎn)換。耕地以忻州市農(nóng)村土地利用現(xiàn)狀二級(jí)分類面積為準(zhǔn)。耕地包括水田、水澆地、旱地。林地包括有林地、灌木林地、其他有林地，同時(shí)將園地歸為林地。草地包括天然牧草、人工牧草、其他草地。化石能源地，理論上是指專門用于吸收能源燃燒排放的CO2的森林，但目前并沒有為此建立專門的用地，所以能源用地承載力面積取為零。

(6)產(chǎn)量因子。土地類型產(chǎn)量因子選取Wackernagel等[1]計(jì)算中國(guó)生態(tài)足跡時(shí)采用的平均值，耕地、建筑用地為1.66，林地為0.91，草地為0.19，水域?yàn)?.00，化石原料用地為0。

3 結(jié)果與分析

分別選取“十五”、“十一五”與“十二五”中的2004、2009年與2013年3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，比較忻州市域內(nèi)部生態(tài)足跡、承載力、盈虧空間變化。

3.1 生態(tài)足跡空間分布

圖1為各縣域人均生態(tài)足跡構(gòu)成表?？傮w上，2004年以來(lái)忻州各縣的人均生態(tài)足跡基本上呈快速增長(zhǎng)的；其中也表現(xiàn)出一些特點(diǎn)，虛態(tài)足跡即化石能源足跡呈現(xiàn)明顯的增長(zhǎng)趨勢(shì)，2004年全市人均能源足跡1.171 9 hm2，其中，靜樂、河曲、保德與原平高于上述水平，保德甚至達(dá)到4.104 hm2，說(shuō)明社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)對(duì)生態(tài)服務(wù)消費(fèi)由以往的供給服務(wù)為主向調(diào)節(jié)服務(wù)為主轉(zhuǎn)變。除化石能源外的足跡稱為實(shí)態(tài)足跡，其變化比較緩慢。從人均生態(tài)足跡空間分布來(lái)看，3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上均表現(xiàn)為靜樂、河曲、保德、原平高于全市平均水平，主要是這些區(qū)域能源資源相對(duì)豐富，影響能源利用規(guī)模與結(jié)構(gòu)的結(jié)果。而其余8縣(區(qū))生態(tài)足跡又低于全市平均水平，其共同點(diǎn)是生物資源賬戶足跡能占到50%～70%,尤其在定襄、神池和五寨表現(xiàn)突出。空間分布上總足跡與人均足跡基本類似，忻府區(qū)總足跡高于全市區(qū)總足跡平均水平，河曲、保德、原平同樣高于全市平均水平，靜樂總足跡在2009、2013年低于全市平均水平。

注 Note：XF-忻府 Xinfu；DX-定襄 Dingxiang；WT-五臺(tái) Wutai;DX-代縣 Daixian；FX-繁峙 Fanshi；NW-寧武 Ningwu；JL-靜樂 Jingle;SC-神池 Shenchi;WZ-五寨 Wuzhai;KL-岢嵐 Kelan;HQ-河曲 Hequ;PG-偏關(guān) Pianguan;YP-原平 Yuanping。下同 The same below。圖1 忻州市生態(tài)足跡空間分布Fig.1 Spatial distribution of ecological footprint in Xinzhou city

3.2 生態(tài)承載力空間分布

從承載力組成來(lái)看，忻州生態(tài)承載力以生態(tài)資源為主，主要集中在耕地與林地中。耕地中表現(xiàn)尤其明顯的是處于晉西北旱作農(nóng)業(yè)區(qū)的神池、五寨等，可以占到總承載力的70%以上，另外滹沱河沿岸各縣耕地承載力也較高，約占50%，林地承載力較高的地區(qū)主要集中在五臺(tái)山與管涔山各縣。水資源承載力五臺(tái)與岢嵐較高，而缺水嚴(yán)重的忻府、定襄以及晉西北保德、河曲承載力較小。

從圖2人均承載力來(lái)看，寧武、靜樂、神池、五寨、岢嵐、偏關(guān)較高。這些區(qū)域人口相對(duì)較少，相對(duì)資源富裕，而忻定盆地各縣雖為全市主要糧食主產(chǎn)區(qū)，但人口基數(shù)較大，在一定程度上降低了人均生態(tài)承載力?？偝休d力表現(xiàn)為，忻府、五臺(tái)、繁峙、寧武、原平高于全市平均水平，靜樂、神池、五寨、岢嵐接近或超過(guò)全市平均水平，定襄、代縣、河曲、保德、偏關(guān)低于全市平均水平。

圖2 忻州市生態(tài)承載力空間分布Fig.2 Spatial distribution of ecological carrying capacity in Xinzhou city

3.3 生態(tài)盈虧與壓力空間分布

生態(tài)盈虧計(jì)算結(jié)果見圖3，發(fā)現(xiàn)在2004、2009、2013年三個(gè)時(shí)間段，14個(gè)縣級(jí)行政區(qū)域顯示出不同的特征。2004年生態(tài)盈余或保持平衡的共有7個(gè)縣，分別為五臺(tái)、繁峙、寧武、神池、五寨、岢嵐、偏關(guān)。其中岢嵐、神池、偏關(guān)生態(tài)盈余排在前3位分別為1.750 7、1.463 1、1.061 3 hm2·人-1。按照WWF中國(guó)生態(tài)足跡報(bào)告標(biāo)準(zhǔn)[22]，生態(tài)赤字區(qū)共有4個(gè)級(jí)別(見表1)，2004年有7個(gè)縣屬于生態(tài)赤字區(qū)，其中保德、原平生態(tài)赤字分別為4.581 7、2.053 6 hm2·人-1，進(jìn)入嚴(yán)重生態(tài)赤字區(qū)級(jí)別。2009年生態(tài)盈余或保持平衡的共有8個(gè)縣，分別為五臺(tái)、代縣、繁峙、寧武、神池、五寨、岢嵐、偏關(guān)，但生態(tài)盈余均有所下降，其中五寨、偏關(guān)、神池人均生態(tài)盈余排在前三位分別為0.853 6、0.822 9、0.803 9 hm2，生態(tài)赤字區(qū)雖數(shù)量較2004年減少1個(gè)，但有整體上向嚴(yán)重赤字區(qū)集中的傾向；2013年生態(tài)盈余或持平區(qū)有5個(gè)，赤字區(qū)進(jìn)一步擴(kuò)大達(dá)到8個(gè)，其中嚴(yán)重生態(tài)赤字級(jí)別擴(kuò)展到河曲、保德、原平、靜樂，人均生態(tài)赤字分別為23.209 4、15.531 5、7.356 1、4.446 4 hm2。由此可見忻州生態(tài)盈虧空間分布上極不均勻，表現(xiàn)為生態(tài)赤字高度集中，且數(shù)值已達(dá)到嚴(yán)重生態(tài)赤字區(qū)下限的數(shù)倍。而盈余區(qū)向平衡區(qū)過(guò)渡，最終進(jìn)入生態(tài)赤字區(qū)，如五臺(tái)、代縣、寧武、岢嵐屬于此類，由2009年的盈余區(qū)變成2013年的赤字區(qū)。從總生態(tài)盈虧來(lái)看，2013年忻府、五臺(tái)、繁峙、原平高于全市平均水平，而河曲、保德低于全市平均水平，人口基數(shù)和人均生態(tài)足跡大小同時(shí)決定著總生態(tài)盈虧。

圖4顯示為14個(gè)縣(區(qū))在Epi=1分布的情況，保德、河曲遠(yuǎn)離中心線。從2004年到2013年生態(tài)壓力指數(shù)大于1的區(qū)域出現(xiàn)的縣(區(qū))明顯增多。

圖3 忻州市生態(tài)盈虧空間分布Fig.3 Spatial distribution of ecological profit and loss in Xinzhou city

生態(tài)赤字區(qū) Ecological deficit area200420092013生態(tài)赤字區(qū)Ecological deficit area769嚴(yán)重生態(tài)赤字區(qū)Serious ecological deficit area(<-2.0)234較嚴(yán)重生態(tài)赤字區(qū)More serious ecological deficit area(-2.0≤ed<-1.0)112中度生態(tài)赤字區(qū)Moderate ecological deficit area(-1.0≤ed<-0.5)222輕度生態(tài)赤字區(qū)Light ecological deficit area(-0.5≤ed<-0.1)201生態(tài)盈余或持平區(qū)Ecological surplus or flat area785生態(tài)基本持平區(qū)Basic ecological flat area(-0.1≤ed<0.1)011生態(tài)盈余區(qū)Ecological surplus area(ed≥0.1)774

注：劃分標(biāo)準(zhǔn)來(lái)源于WWF中國(guó)生態(tài)足跡報(bào)告[22]。

Note: Classification criteria derived from WWF China Ecological Footprint Report[22].

3.4 綜合可持續(xù)發(fā)展能力空間變化

生態(tài)足跡的大小受該地區(qū)的人口、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和技術(shù)效率等因素的影響，為了利用生態(tài)足跡概念分析生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)之間的關(guān)系，引入IPAT等式[6]加以推導(dǎo)和分析。

圖5反映了忻州生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展的空間狀態(tài)。分別以2004、2009、2013年忻州總體人均生態(tài)足跡為參數(shù)，在環(huán)境因子不變的情況下，用人均GDP反映經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度即區(qū)域富裕度，用萬(wàn)元GDP占用生態(tài)足跡衡量經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的自然空間占用率即技術(shù)效率，圖中的曲線表示其動(dòng)態(tài)關(guān)系。若分布在曲線以上表明創(chuàng)造相同的GDP，該地區(qū)的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)對(duì)自然空間的占用率高于全市平均水平，區(qū)域技術(shù)效率較低，對(duì)生態(tài)環(huán)境的擾動(dòng)較大；反之則表明，該地區(qū)的資源能源利用率高于全市水平，其技術(shù)效率較高，對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響較小。

圖4 忻州市生態(tài)壓力指數(shù)空間分布Fig.4 Spatial distribution of ecological pressure index in Xinzhou city

由圖5所示，河曲、保德、原平、靜樂等4個(gè)地區(qū)在三個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)上都不同程度地處于曲線以上區(qū)域。資源、能源利用效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度不匹配，維持經(jīng)濟(jì)又好又快發(fā)展，技術(shù)創(chuàng)新成為減少生態(tài)占用的驅(qū)動(dòng)力。分布在曲線下方的縣域在其相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)條件下，資源利用效率高于全市平均水平，或者說(shuō)其經(jīng)濟(jì)活動(dòng)中突出了技術(shù)要素的貢獻(xiàn)率，在保護(hù)好環(huán)境的同時(shí)不斷提高人民生活的富裕度。

4.結(jié)論與討論

在生態(tài)足跡模型中增加了包括廢氣、廢水和固體廢棄物科目的污染排放賬戶和水資源賬戶，重新確定了忻州各項(xiàng)生物賬戶全球平均產(chǎn)量與生產(chǎn)性土地均衡因子。采用修正后的生態(tài)足跡模型測(cè)算了忻州市14個(gè)縣(區(qū))生態(tài)足跡和生態(tài)承載力空間差異。結(jié)論為：(1)人均生態(tài)足跡集中于區(qū)域能源資源相對(duì)豐富的縣域，如靜樂、河曲、保德、原平。(2)忻州生態(tài)承載力主要來(lái)自于耕地與林地，人均生態(tài)承載力主要集中于相對(duì)資源富裕人口較多的縣域，如寧武、靜樂、神池、五寨、岢嵐、偏關(guān)。(3)2004—2009年間生態(tài)赤子縣域數(shù)量呈上升趨勢(shì)，且整體上向嚴(yán)重赤字區(qū)、壓力指數(shù)大于1的區(qū)域集中。(4)從資源、能源利用效率和經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度的匹配上，可以分為兩類區(qū)域，河曲、保德、原平、靜樂等4縣經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的自然空間占用率高于全市平均水平。

針對(duì)各縣域生態(tài)承載力的空間差異，其主導(dǎo)因素為能源利用與城鎮(zhèn)發(fā)展[23-25]。忻州市內(nèi)的“東六縣、西八縣”地理區(qū)位、資源稟賦、自然環(huán)境有著明顯差異?！皷|六縣”所處的地區(qū)主要為滹沱河寬谷山區(qū)，土地平坦肥沃，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平較高、城鎮(zhèn)集中，人口稠密?！拔靼丝h”所處黃土高原丘陵溝壑區(qū)，干旱少雨，以能源開采為主。因此，忻州市減少生態(tài)赤字緩解生態(tài)供需矛盾必須同區(qū)域?qū)嵡榻Y(jié)合，可以結(jié)合“十三五”規(guī)劃，“西八縣”通過(guò)降低過(guò)剩產(chǎn)能，降低能源生態(tài)足跡，同時(shí)結(jié)合精準(zhǔn)扶貧政策，實(shí)行扶貧移民搬遷。“東六縣”以持續(xù)改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，降低工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能耗與污染，減少生態(tài)赤字。研究結(jié)果可為礦糧復(fù)合區(qū)與重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)生態(tài)環(huán)境治理提供科學(xué)依據(jù)。

圖5 忻州2004、2009、2013年各地生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)IPAT分析Fig.5 Analysis on IPAT of ecology, economy and society in Xinzhou city in 2004, 2009 and 2013