生態(tài)足跡模型下的生態(tài)承載力研究
——以鄭州市為例

周智聰,陳 旭

(鄭州黃河護(hù)理職業(yè)學(xué)院，河南 鄭州 450066；新鄉(xiāng)醫(yī)學(xué)院，河南 新鄉(xiāng) 453003)

一、引言

當(dāng)前，國家對生態(tài)文明建設(shè)的重視上升到了前所未有的高度，深研區(qū)域發(fā)展對生態(tài)的消耗與生態(tài)所具有的承載力之間的關(guān)系，旨在指引地區(qū)轉(zhuǎn)變發(fā)展方式，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。一個(gè)城市的良性發(fā)展包括城市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展，分析城市的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、可持續(xù)發(fā)展類型及經(jīng)濟(jì)發(fā)展對其的影響，對于該城市的良性發(fā)展有著至關(guān)重要的指導(dǎo)性意義。[1]

鄭州市作為河南省省會(huì)、中原經(jīng)濟(jì)區(qū)核心及全國鐵路交通樞紐，在城市化過程中，它的可持續(xù)性發(fā)展無疑會(huì)對國家的經(jīng)濟(jì)發(fā)展產(chǎn)生重要的影響。對于可持續(xù)發(fā)展的正確研究是指導(dǎo)鄭州市建設(shè)成為生態(tài)文明城市的航標(biāo)，加強(qiáng)對人居環(huán)境的可持續(xù)性發(fā)展的研究會(huì)不斷的推動(dòng)整個(gè)城市乃至周邊地區(qū)的生態(tài)文明建設(shè)不斷向前發(fā)展?？梢哉f，這也是人們精神文明進(jìn)步過程中對于環(huán)境的必然要求。

鄭州市地處河南省中部偏北，東西寬166公里，南北長75公里，現(xiàn)轄七區(qū)六市一縣，另設(shè)省級新區(qū)鄭州新區(qū)，全市總面積7446.2平方公里，其中市區(qū)面積1010.3平方公里，水面面積約11.4平方公里。2015年全市常住人口956.9萬人。高速發(fā)展的社會(huì)經(jīng)濟(jì)和日益增加的人口數(shù)量，以及不斷擴(kuò)張的城市化建設(shè)，都給鄭州市的生態(tài)環(huán)境發(fā)展帶來了不可承受的壓力，總體看其影響大致呈現(xiàn)出從中心區(qū)向外圍不斷擴(kuò)大的規(guī)律。最為突出的體現(xiàn)是城市化進(jìn)程中，耕地被大量占用、人口的激增、工業(yè)的發(fā)展、環(huán)境污染的加劇等對于生態(tài)環(huán)境的承受帶來了極為嚴(yán)重的負(fù)擔(dān)。如果在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程中，不同步考慮對于環(huán)境造成的傷害，使經(jīng)濟(jì)與環(huán)境協(xié)同發(fā)展，對于環(huán)境資源的改造和利用過度，將造成城市環(huán)境污染的不可逆，惡性循環(huán)下去對于子孫后代的繁衍生息將會(huì)造成深遠(yuǎn)的影響，這也是我們每個(gè)人不想看到的。

本文依據(jù)地理科學(xué)人地關(guān)系理論、區(qū)域分析與規(guī)劃、可持續(xù)發(fā)展理念，運(yùn)用生態(tài)足跡模型對鄭州市2011—2015年生態(tài)承載力加以分析，提出鄭州市在發(fā)展中存在的問題并提出相應(yīng)的對策。

二、生態(tài)足跡模型簡介

1992年，加拿大的William提出了生態(tài)足跡模型，作為權(quán)威的生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家，他從生物學(xué)和物理學(xué)的角度對生態(tài)發(fā)展的可持續(xù)性進(jìn)行了界定。這個(gè)模型把地區(qū)人們生產(chǎn)生活所需的“商品”數(shù)值轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)這些“商品”所需要的土地的面積(足跡)，然后與這個(gè)地區(qū)在生態(tài)可持續(xù)發(fā)展情況下生產(chǎn)這些“商品”所能夠提供的土地面積進(jìn)行對比、分析，最后界定這一地區(qū)生態(tài)發(fā)展的盈虧，進(jìn)而指導(dǎo)地區(qū)發(fā)展。[2]一個(gè)地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展與環(huán)境、人口、資源等具有密切的關(guān)聯(lián)，互為促進(jìn)，同時(shí)又互為制約，如何“綠色”`地協(xié)調(diào)良性發(fā)展，需要每個(gè)學(xué)者深研。生態(tài)足跡模型的創(chuàng)立為真實(shí)地評估人們對當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境造成的影響提供了“量”的參照，用以警示和修正發(fā)展方式。[3]

三、模型建立的原則

(1)統(tǒng)計(jì)地區(qū)人們消費(fèi)的資源和隨之產(chǎn)生的生產(chǎn)生活垃圾的數(shù)量值；

(2)消耗資源和消耗資源所產(chǎn)生的垃圾要可以運(yùn)用生產(chǎn)面積來折算；

(3)需要統(tǒng)一土地的計(jì)算單位，不同地區(qū)的土地能用相同的單位來表示(轉(zhuǎn)化為全球均衡面積)[4]；

(4)每一類土地只能用作一種用途，每一單位的均衡土地面積都與相應(yīng)的生產(chǎn)力相對應(yīng)[5]。

四、生態(tài)足跡模型計(jì)算過程

(一)生物生產(chǎn)面積均衡化處理

rk=dk/D(k=1,2,3,…,6)式中,rk代表的是均衡因子,dk代表的是全球第k類生物生產(chǎn)面積類型的平均生態(tài)生產(chǎn)力,D為各類生物生產(chǎn)面積的平均生態(tài)生產(chǎn)力。本次研究所采用的均衡因子有:耕地的面積、建設(shè)用地的面積(1.74),林地的面積、石油、煤炭等化石能源土地面積(1.41),草地的面積(0.44),水域的面積(0.35)。[6]

(二)人均生態(tài)足跡分量

Ai=Ci/Yi=(Pi+Ii-Ei)/(Yi*N)(i=1,2,3,…,m)式中，Ai是第i種消費(fèi)項(xiàng)目所折算出來的每個(gè)人的生態(tài)足跡分量(hm2/人),Yi是生物生產(chǎn)使用土地時(shí)生產(chǎn)第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年(世界)平均產(chǎn)量(kg/hm2),Pi是第i種消費(fèi)項(xiàng)目每年所生產(chǎn)的量,Ii是第i種消費(fèi)項(xiàng)目每年所進(jìn)口的數(shù)量,Ei是第i種消費(fèi)項(xiàng)目每年所出口的數(shù)量,N是地區(qū)的人口數(shù)量。在計(jì)算中本文將糧食、蔬菜、棉花、植物油、煙葉等消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為耕地面積;將瓜果消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為林地面積;將豬肉、牛肉、羊肉、鮮蛋、奶類、綿羊毛消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為草地面積;將水產(chǎn)品消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為水域面積;將煤、焦炭、原油、柴油、燃料油和熱力等能源消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為化石能源土地面積;將電力消費(fèi)項(xiàng)目轉(zhuǎn)化為建筑用地土地面積。[7]

(三)生態(tài)足跡

EF=N*ef=N*∑(α*ai)=

∑rjAi=∑(ci/pi)

(1)

式(1)中:EF是生態(tài)足跡的總體數(shù)量;N是指人口的數(shù)量;ef是指人們的平均生態(tài)足跡;α是均衡因子;ci是第i種商品每人消費(fèi)的數(shù)量;ai是每個(gè)人第i種交易的商品所折算出來的生物生產(chǎn)的土地面積,i是所消費(fèi)的商品以及所投入的形式;ri是均衡因子;Ai是第i種消費(fèi)項(xiàng)目所能折算出來的每個(gè)人所占有的生物生產(chǎn)面積;pi是第i種消費(fèi)商品所具有的平均生產(chǎn)能力。[7]

(四)生態(tài)能夠承載的能力

EC=aj*rj*yj(j=1,2,3,…,6)，其中EC是每個(gè)人所能承載的生態(tài)能力(hm2/人),aj是每個(gè)人生物生產(chǎn)的土地面積,ri是均衡因子,yj是所產(chǎn)量的因子。為了保護(hù)生物的多樣性,計(jì)算生態(tài)承載力的時(shí)候應(yīng)該額外扣除12%的土地面積。本次研究采用的產(chǎn)量因子為:耕地、建設(shè)用地1.36,林地0.98,草地為1.87,水域?yàn)?.87,化石能源用地為0。[6-7]

(五)超出生態(tài)承載的值與生態(tài)保護(hù)方面具有的空間

一個(gè)地區(qū)能夠提供的生物生產(chǎn)的土地面積是有限的,而生態(tài)足跡將人們的生活水平與這個(gè)地區(qū)生物生產(chǎn)面積進(jìn)行有機(jī)的對比分析,進(jìn)而根據(jù)對比出來的數(shù)值來判斷這個(gè)地區(qū)人們生產(chǎn)生活所面臨的實(shí)際情況。從對比數(shù)值可以看出,當(dāng)該地區(qū)生態(tài)足跡的“所取”大于生態(tài)足跡的“供應(yīng)”時(shí),那么說明這個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境面臨問題,已經(jīng)超出了當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)承載力(赤字),反之說明這個(gè)地區(qū)的生態(tài)環(huán)境較好(盈余)。[8]

五、生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果

(一)生物及能源資源消費(fèi)項(xiàng)目生態(tài)足跡的計(jì)算

根據(jù)鄭州市2011～2015年統(tǒng)計(jì)年鑒，整理出各種生物資源的生產(chǎn)量，根據(jù)糧農(nóng)組織計(jì)算出的全球平均產(chǎn)量，得出每種生物資源的生態(tài)足跡(如表1)。

表1 2011-2015年鄭州市生態(tài)足跡生物及能源資源賬戶

匯總表中數(shù)據(jù)可得出2011-2015年鄭州市生物資源消費(fèi)的生態(tài)足跡(如表2)：

表2 2011-2015年鄭州市人均資源消費(fèi)總量表

(二)能源資源消費(fèi)項(xiàng)目的生態(tài)足跡計(jì)算

通過產(chǎn)量因子、均衡因子的調(diào)整計(jì)算得出鄭州市2011-2015年耕地、林地、草地、水域和建筑用地五類用地的人均供給面積。鑒于化石能源的消費(fèi)過程中，排放的廢氣并不全是由某地區(qū)全部承擔(dān)，因此生態(tài)承載力計(jì)算中不考慮化石燃料用地生態(tài)供給。2011-2015年鄭州市各類生態(tài)足跡供給情況計(jì)算(如表3)：

表3 2011-2015年鄭州市生態(tài)承載力總量表

(三)生態(tài)赤字與盈余

將鄭州市2011-2015年生態(tài)足跡供給與需求匯總，得到鄭州市在連續(xù)五年內(nèi)的生態(tài)赤字與盈余狀況如表4：

表4 鄭州市2011-2015年生態(tài)赤字與盈余狀況匯總表

鄭州市連續(xù)五年的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力及生態(tài)赤字與盈虧狀況趨勢如圖1：

圖1 2011-2015鄭州市生態(tài)足跡、生態(tài)承載能力以及生態(tài)盈虧的趨勢圖

六、結(jié)論和討論

從上面的計(jì)算可以看出，2011-2015年鄭州市總生態(tài)足跡在2.5-3.6hm2/人，總生態(tài)承載力在0.89-0.97hm2/人，結(jié)果顯示五年中鄭州市的生態(tài)承載力均呈現(xiàn)出赤字狀態(tài)，赤字處于1.6-2.6hm2/人，可知鄭州市人們生產(chǎn)生活產(chǎn)生的生態(tài)壓力已經(jīng)超過了區(qū)域生態(tài)所能承受的限值，這種狀態(tài)是不可持續(xù)的。但是從趨勢圖中也不難看出五年內(nèi)鄭州市的總生態(tài)承載力處于動(dòng)態(tài)的變化中，變化幅度較小。總的生態(tài)需求在2012年出現(xiàn)峰值，而后呈現(xiàn)下降趨勢，筆者推測該種變化與當(dāng)前人們對環(huán)境問題的重視程度不斷提升關(guān)系密切。人們在對環(huán)境索取的過程中逐漸意識到環(huán)境自身的承受能力有限，不加節(jié)制的掠奪資源，最終危害的還會(huì)是人們自己的生活環(huán)境。

在生態(tài)赤字中化石燃料用地赤字最嚴(yán)重，赤字取值1.94-2.9hm2/人；其次為林地，呈現(xiàn)較輕微的赤字；耕地與建筑用地呈現(xiàn)輕微的盈余；草地和水域呈現(xiàn)較大的盈余。化石燃料用地和林地的赤字的出現(xiàn)有諸多的原因：

(1)鄭州市城市化的發(fā)展所引發(fā)的對外圍的擴(kuò)張，造成一些林地甚至耕地的性質(zhì)發(fā)生根本上的改變；

(2)工業(yè)、服務(wù)業(yè)等的持續(xù)發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級，人民消費(fèi)觀念的改變，城市化進(jìn)程的步伐加速，作為我國的交通樞紐，鄭州的交通發(fā)展變化速度飛快，并處于不斷地完善與改革的步伐中，這正是對于環(huán)境壓力最大的環(huán)節(jié)；

(3)人口基數(shù)大，流動(dòng)人口量高，人們對于耐用消費(fèi)品的需求量不斷增大，特別是近幾年來的私有汽車的大量增加，直接導(dǎo)致對于環(huán)境的需求量居高不下，環(huán)境的負(fù)擔(dān)較重。

七、對策

2011-2015年鄭州市的發(fā)展處于不可持續(xù)的狀態(tài)，雖然生態(tài)需求與供給的矛盾有一定的緩解，但是要實(shí)現(xiàn)生態(tài)文明建設(shè)，實(shí)現(xiàn)人與自然和諧共生，就需要多層面、高角度、細(xì)致化地合作。針對當(dāng)前鄭州市的發(fā)展?fàn)顩r，筆者提出了以下有利于實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的相關(guān)措施：

(1)全局規(guī)劃，完善城市化理念，彌補(bǔ)發(fā)展中的不足。在鄭州市的城市化擴(kuò)張中，對于周邊區(qū)域的協(xié)調(diào)應(yīng)當(dāng)作為首要的考慮要素，同時(shí)兼顧與環(huán)境各要素諸如耕地、林地、建設(shè)用地等之間的矛盾，減少發(fā)展中存在的種種弊端。

(2)發(fā)展區(qū)域經(jīng)濟(jì)，適應(yīng)環(huán)境變化。鄭州市下轄的七區(qū)六市縣不論在自身的經(jīng)濟(jì)、區(qū)位、人文上，都有自己較為獨(dú)特的一面，充分利用各個(gè)區(qū)域被自然環(huán)境賦予的資源，不失為實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的一條良策。

(3)實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)單向式經(jīng)濟(jì)向循環(huán)經(jīng)濟(jì)的轉(zhuǎn)變。鄭州市作為全國重要的交通樞紐、重要的商品貨物集散地，對于城市群的交通設(shè)施及人民的消費(fèi)觀念有著較為特殊的要求。在社會(huì)消費(fèi)品的需求上存在較大的不均衡性和不同程度的浪費(fèi)現(xiàn)象，這是對環(huán)境資源的一種損耗，在某種層面上該種損耗可能是不逆轉(zhuǎn)的。因此，由單向的傾銷模式向循環(huán)的按需配置發(fā)展迫在眉睫。

(4)加大對環(huán)境的投入力度，不僅在宣傳理念上，更要致力于單體帶動(dòng)全體，共同為生態(tài)安全的良性發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

(5)切實(shí)落實(shí)政府為主導(dǎo)、企業(yè)為先驅(qū)、人民為主體的結(jié)構(gòu)，由點(diǎn)向面、由簡單到復(fù)雜，從生態(tài)環(huán)境的每個(gè)要素入手，在減少資源消耗的同時(shí)，提高資源的利用率。