蔡菲 張思佳 黃穎 張欣銘 劉興詔
(福建農(nóng)林大學(xué)園林學(xué)院 福建福州 350002)
隨著城市化的深入,現(xiàn)代經(jīng)濟(jì)的發(fā)展促進(jìn)區(qū)域間的發(fā)展交流,在創(chuàng)造大量就業(yè)機(jī)會(huì)的同時(shí),也致使城市人口增長(zhǎng)迅速、生存壓力變大。我國(guó)西北地區(qū)礦產(chǎn)資源豐富[1],重工業(yè)發(fā)達(dá),是國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要構(gòu)成部分,但西北地區(qū)生態(tài)環(huán)境較為脆弱,易受破壞。資源環(huán)境的日漸匱乏危及著城市的可持續(xù)發(fā)展[2],在滿(mǎn)足當(dāng)前社會(huì)發(fā)展需求的同時(shí),必須謀求人類(lèi)未來(lái)的福祉。
人類(lèi)從自然環(huán)境中獲取生產(chǎn)生活所需的資源同時(shí),排放廢物,吸納人類(lèi)消費(fèi)所產(chǎn)生的廢棄物所需的生物生產(chǎn)性土地面積,被定義為生態(tài)足跡,而自然所能支持的生態(tài)足跡供給可視為生態(tài)承載力。所有項(xiàng)目的消費(fèi)量可追溯至不同的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積,通過(guò)土地的供求關(guān)系,評(píng)估自然生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。
西安市是一帶一路[3-4]的重要節(jié)點(diǎn),也是西北地區(qū)重要的重工業(yè)中心,城市工業(yè)的崛起和自然資源的過(guò)度開(kāi)發(fā),導(dǎo)致西安市生態(tài)環(huán)境惡化,資源和環(huán)境矛盾愈發(fā)突出,因此對(duì)西安市生態(tài)承載力[5-6]進(jìn)行評(píng)價(jià)十分必要。本文基于生態(tài)足跡模型,將西安市生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行對(duì)比分析,探究其變化趨勢(shì)與原因,對(duì)西安市生態(tài)環(huán)境進(jìn)行總結(jié)評(píng)價(jià),以期為西安城市生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展[7]提供新思路與方法。
西安市地處渭河沖積平原,地勢(shì)平坦,北臨渭河,南依秦嶺,自然資源豐富;位于關(guān)中——天水經(jīng)濟(jì)區(qū)核心地帶,對(duì)外交通便利,擁有濃厚的歷史文化底蘊(yùn),是我國(guó)西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的重要樞紐。城市總面積約10752 km2,常住人口1020.35萬(wàn)人,地均GDP約1256.57萬(wàn)元/km2,居全省首位。
西安市2010年~2018年生物資源和能源消費(fèi)、人口數(shù)量等數(shù)據(jù),主要源于《西安市統(tǒng)計(jì)年鑒》《西安市國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展統(tǒng)計(jì)公報(bào)》,各類(lèi)生態(tài)生產(chǎn)性土地面積,主要來(lái)源于國(guó)家自然資源部官網(wǎng)關(guān)于陜西省的土地調(diào)查成果。
1.3.1 生態(tài)足跡的計(jì)算模型
基于加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Willian及其博士生Wackernagel的生態(tài)足跡分析法[8-10],將土地資源劃為6類(lèi):耕地、林地、草地、水域、建筑用地、化石能源用地進(jìn)行計(jì)算[11]。不同生態(tài)生產(chǎn)力的生物生產(chǎn)面積需乘以均衡因子,轉(zhuǎn)化為具相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積,本文中各土地類(lèi)型的均衡因子采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):耕地、建筑用地為2.8,林地、化石能源土地為1.1,草地為0.5,水域?yàn)?.2[7]。
生產(chǎn)足跡的計(jì)算步驟及公式如下:
(1)計(jì)算各類(lèi)消費(fèi)所占用的面積
Si=Ci/Yi(i=1 , 2 , …… , 6)
式中:i為消費(fèi)項(xiàng)目類(lèi)型;Si為各類(lèi)消費(fèi)所耗的生物生產(chǎn)面積;Ci為i項(xiàng)消費(fèi)總量;Yi為i項(xiàng)的土地生產(chǎn)力,體現(xiàn)為全球平均產(chǎn)量(kg/hm2)。其中在計(jì)算能源足跡時(shí),通過(guò)能源折算系數(shù)與全球平均能源足跡(Gj/hm2),將各項(xiàng)能源消費(fèi)所消耗的熱量轉(zhuǎn)化為化石能源用地面積。
(2)計(jì)算總土地占用的面積
Sj=∑Sij
式中:i為消費(fèi)項(xiàng)目;j為土地類(lèi)型。
(3)土地利用類(lèi)型面積均衡化
EF(人均生態(tài)足跡)=∑(Sj×fj)/p
式中:fj為各類(lèi)土地的均衡因子;Sj為各類(lèi)土地利用類(lèi)型面積;p為總?cè)丝凇?/p>
1.3.2 生態(tài)承載力的計(jì)算模型
由于地理環(huán)境懸殊,自然資源時(shí)空分配不均衡,各個(gè)地區(qū)生態(tài)環(huán)境所能提供的生物資源水平有所差異即生產(chǎn)力上的差異,需通過(guò)產(chǎn)量因子,將各區(qū)域同類(lèi)生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積轉(zhuǎn)化為具有可比性的面積。本文采用我國(guó)目前的產(chǎn)量因子:耕地、建筑用地為1.66,林地為0.91,草地為0.19,水域?yàn)?.00[12]。
將耕地、草地、林地、水域、建筑用地的面積乘以相應(yīng)的均衡因子和產(chǎn)量因子,即可得出區(qū)域生態(tài)承載力。計(jì)算公式如下:
EC=∑aj×rj×yj(j=1 , 2 , …… , 6)[13]
EC——區(qū)域人均生態(tài)承載力;aj——人均生物生產(chǎn)面積;rj——均衡因子;yj——產(chǎn)量因子。
1.3.3 生態(tài)赤字與生態(tài)盈余
區(qū)域生態(tài)赤字和生態(tài)盈余,反映了這一時(shí)空下人口與自然資源的關(guān)系,以及生態(tài)環(huán)境的剩余價(jià)值。將計(jì)算所得的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行對(duì)比,對(duì)西安市生態(tài)資源與環(huán)境現(xiàn)狀做出評(píng)價(jià),判斷生態(tài)系統(tǒng)是否能支持該地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展,合理預(yù)判,從而協(xié)調(diào)區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)建設(shè)。若EF>EC,則西安市人民的生態(tài)足跡需求超出生態(tài)環(huán)境所能供給的范疇,呈現(xiàn)生態(tài)赤字;若EF 將人類(lèi)生存發(fā)展所需的消費(fèi)分為生物資源的消費(fèi)及能源的消費(fèi),對(duì)西安市人民消費(fèi)項(xiàng)目進(jìn)行篩選統(tǒng)計(jì),其中生物消費(fèi)分為糧食、食用植物油、鮮肉、豬肉等,能源消費(fèi)主要分為電、煤炭、管道天燃?xì)獾?,通過(guò)生態(tài)足跡模型計(jì)算得出最終結(jié)果(圖1)。2010年~2018年,西安市人均生態(tài)足跡呈總體上升的趨勢(shì),由2010年的0.2873 hm2上升到0.4139 hm2,提高了44%(圖1)。期間內(nèi)僅2010年~2012年人均生態(tài)足跡呈下降趨勢(shì),下滑至0.2090 hm2,主要在于農(nóng)村人口銳減,農(nóng)村人均消費(fèi)總量減少。 圖1 2010-2018年西安市生態(tài)足跡變化 在構(gòu)成生態(tài)足跡的六類(lèi)土地利用類(lèi)型中,耕地、草地占據(jù)生態(tài)足跡的主導(dǎo)地位。2010年~2018年耕地人均生態(tài)足跡由0.1348 hm2波動(dòng)上升至0.1775 hm2,漲幅為24.05%;草地人均生態(tài)足跡由0.0990 hm2波動(dòng)上升至0.1279 hm2,增加了22.60%,可見(jiàn)西安市人口對(duì)糧食、禽肉等的消費(fèi)需求量增加迅速。林地人均生態(tài)足跡由0.0005 hm2增長(zhǎng)至0.0035 hm2,水域人均生態(tài)足跡由0.0104 hm2增長(zhǎng)至0.0192 hm2,主要源于西安市瓜果、水產(chǎn)品消費(fèi)量的增加。此外,西安市的開(kāi)發(fā)建設(shè)促進(jìn)了基礎(chǔ)設(shè)施條件的改善和出行方式的改變,使得西安市對(duì)能源的消費(fèi)需求與日俱增,建筑用地人均生態(tài)足跡由0.0135 hm2增長(zhǎng)至0.0264 hm2,化石能源用地人均生態(tài)足跡由0.0291 hm2增長(zhǎng)至0.0593 hm2,漲幅分別高達(dá)48.86%、50.93%,在西安市經(jīng)濟(jì)發(fā)展中占據(jù)重要地位。 據(jù)統(tǒng)計(jì)2018年西安市常住人口城鎮(zhèn)化率達(dá)74.01%,社會(huì)人口結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,農(nóng)村人口進(jìn)一步減少。而隨著西安市經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,人民的消費(fèi)水平和生活質(zhì)量不斷提高,同時(shí)社會(huì)的發(fā)展吸引勞動(dòng)力市場(chǎng)聚集,城市人口規(guī)模不斷擴(kuò)張,未來(lái)西安市生態(tài)足跡仍會(huì)不斷攀升[15]。 通過(guò)前文構(gòu)建的生態(tài)承載力模型計(jì)算(圖2),對(duì)西安市生態(tài)承載力[16]進(jìn)行評(píng)價(jià)。2010年~2018年,西安市人均生態(tài)承載力逐年下降,由0.2843 hm2下降至0.2603 hm2,減少了8.44%,說(shuō)明西安市自然資源環(huán)境不斷惡化。至2018年,西安市各土地利用類(lèi)型人均生態(tài)承載力由大到小為:耕地、建筑用地、林地、水域、草地。 圖2 2010年~2018年西安市生態(tài)承載力變化 據(jù)統(tǒng)計(jì)2010年~2018年,西安市耕地面積由299150 hm2減少至292771 hm2;林地面積先減后增,由482758 hm2至483122 hm2;建筑用地面積由113939 hm2擴(kuò)張至162140 hm2;草地面積由23668 hm2增加至23787 hm2;水域面積由20068 hm2銳減至16389 hm2。耕地、水域面積的銳減直接導(dǎo)致其人均生態(tài)承載力驟減,耕地人均生態(tài)承載力由0.1641 hm2減少至0.1360 hm2,減少了17.12%;水域人均承載力則由0.0005 hm2減少至0.0003 hm2,減少了40%。林地、草地面積不斷增加,但其生態(tài)承載力卻逐年遞減,林地人均生態(tài)承載力由0.0570 hm2降低至0.0483 hm2,草地人均生態(tài)承載力由0.0003 hm2降低至0.0002 hm2,這與當(dāng)?shù)厮亮魇?、亂砍濫伐等生態(tài)問(wèn)題密切相關(guān)。而建筑用地人均生態(tài)承載力由0.0625 hm2迅速增長(zhǎng)至0.0753 hm2,增幅為17%,約為其人均生態(tài)足跡的2.7~4.6倍,說(shuō)明西安市城市建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大,同時(shí)產(chǎn)生了許多剩余用地,與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展不適配,西安處于消極型城市化狀態(tài)。 將生態(tài)足跡與生態(tài)承載力進(jìn)行對(duì)比發(fā)現(xiàn),2010年~2018年,西安市人均生態(tài)足跡約為人均生態(tài)承載力的0.7-1.6倍,生態(tài)足跡不斷增加,增長(zhǎng)速率遠(yuǎn)超生態(tài)承載力,生態(tài)赤字整體呈波動(dòng)上升趨勢(shì)(圖3)。 圖3 2010年~2018年西安市生態(tài)系統(tǒng)變化趨勢(shì) 2010年~2012年,西安市生態(tài)赤字呈下降趨勢(shì),至2012年出現(xiàn)生態(tài)盈余(圖3),主要源于當(dāng)年生態(tài)足跡的驟減(圖1),總體生態(tài)承載力超出生態(tài)足跡約0.0738 hm2/人,其中耕地、林地、建筑用地是支撐生態(tài)承載力的重要部分。 此后,生態(tài)赤字不斷攀升,由0.003 hm2/人增長(zhǎng)至0.1536 hm2/人,且2012年~2016年生態(tài)赤字的攀升速率大于2016年~2018年的增加速率(圖3),一定程度上是后來(lái)西安市水土流失、土地?fù)p毀現(xiàn)象有所改善,生態(tài)系統(tǒng)組織力、活力得到恢復(fù)。在赤字年份中,生態(tài)承載力不足的土地類(lèi)型有耕地、草地、水域,主要是農(nóng)轉(zhuǎn)用、生態(tài)退耕等措施,以及災(zāi)毀等生態(tài)威脅造成其生產(chǎn)性面積減少,導(dǎo)致總體生態(tài)支持力相對(duì)較低。側(cè)面說(shuō)明西安市土地利用結(jié)構(gòu)的不合理,無(wú)法促進(jìn)農(nóng)業(yè)、工業(yè)等產(chǎn)業(yè)健康協(xié)調(diào)地發(fā)展,使部分資源的消耗速度大于其產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)速度。自然供給與人類(lèi)消費(fèi)需求產(chǎn)生的缺口,將持續(xù)給西安市生態(tài)建設(shè)帶來(lái)巨大壓力。 城市是人口的聚集地,城市中人們進(jìn)行各種各樣的生產(chǎn)生活活動(dòng),不僅關(guān)乎社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,而且關(guān)聯(lián)著生態(tài)環(huán)境的穩(wěn)態(tài),對(duì)城市發(fā)展的影響不言而喻。本研究基于生態(tài)足跡模型,對(duì)西安市生態(tài)承載力進(jìn)行評(píng)價(jià),主要得到以下結(jié)論: (1)2010年~2018年西安市生態(tài)足跡波動(dòng)由0.2873 hm2/人上升至0.4139 hm2/人,人均消費(fèi)需求不斷擴(kuò)大。各土地類(lèi)型人均生態(tài)足跡:耕地>草地>化石能源用地>建設(shè)用地>水域>林地,耕地生態(tài)足跡在西安市生態(tài)足跡中占主導(dǎo)地位,約為足跡總量的30%~53%,耕地問(wèn)題突出。 (2)2010年~2018年西安市生態(tài)赤字不斷擴(kuò)大,生態(tài)承載力由0.2843 hm2持續(xù)下降至0.2603 hm2,降幅為8.44%,資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展形式嚴(yán)峻。人均生態(tài)承載力:建筑用地>耕地>林地>水域>草地,與生態(tài)足跡需求不匹配,西安市生態(tài)環(huán)境惡化現(xiàn)象加速。 本文中與生態(tài)足跡相關(guān)的消費(fèi)項(xiàng)目數(shù)據(jù)獲取并不全面,一定程度上影響了生態(tài)足跡模型的精確性,因此,在決策過(guò)程中,依據(jù)各類(lèi)生物生產(chǎn)性面積的需求確定用地結(jié)構(gòu)與開(kāi)發(fā)規(guī)模時(shí),宜結(jié)合當(dāng)?shù)貙?shí)際情況進(jìn)行。 生態(tài)承載力是調(diào)整城市發(fā)展方向的重要依據(jù)。結(jié)合西安市總體規(guī)劃,本文對(duì)西安市城市可持續(xù)發(fā)展及生態(tài)建設(shè)提出兩點(diǎn)建議: (1)倡導(dǎo)低碳生活理念,建設(shè)集約節(jié)約型生態(tài)城市。控制用地規(guī)模,整合分散、閑置土地;日常生活中在有限范圍內(nèi)合理利用自然資源,降低能耗同時(shí)減少對(duì)周邊地區(qū)造成的生態(tài)壓力,促進(jìn)區(qū)域協(xié)調(diào)發(fā)展。 (2)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu),優(yōu)化西安市產(chǎn)業(yè)布局,協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)發(fā)展[17-18]。根據(jù)生態(tài)足跡需求,控制建設(shè)用地開(kāi)發(fā)速度,重視耕地保護(hù),開(kāi)發(fā)草地、水域促進(jìn)畜牧業(yè)、漁業(yè)等產(chǎn)業(yè)發(fā)展。2 西安市生態(tài)承載力綜合分析
2.1 生態(tài)足跡的年際變化分析
2.2 生態(tài)承載力的年際變化分析
2.3 生態(tài)赤字的年際變化分析
3 結(jié)論與建議
3.1 結(jié)論與不足
3.2 建議