近10年太原市不同土地類型生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究

賈雪瑩 王佩將 陳明琳

摘 要：為探究資源型城市可持續(xù)發(fā)展的趨勢(shì)，以太原市為例，系統(tǒng)計(jì)算了該市2011—2020年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力狀況。結(jié)果表明：太原市人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢(shì)，平均為7.9892hm2/人，具體消費(fèi)表現(xiàn)為木材、用電量以及煤炭的消耗增加。人均生態(tài)承載力平均為0.2761hm2/人，整體呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)，耕地、林地和建筑用地生態(tài)承載力所占的比例較大。太原市環(huán)境表現(xiàn)生態(tài)赤字，近10年平均為7.6754hm2/人，化石能源消耗量過(guò)大是首要原因。

關(guān)鍵詞：生態(tài)足跡;生態(tài)承載力;生態(tài)赤字;可持續(xù)發(fā)展

中圖分類號(hào) F301.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1007-7731（2022）08-0138-04

Ecological Footprint and Ecological Carrying Capacity Analysis of Different Land Types of Taiyuan in the Past Ten Years

JIA Xueying? ?WANG Peijiang? ?CHEN Minglin

（Institute of Geographical Science， Taiyuan Normal University， Jinzhong 030619， China）

Abstract： In order to explore the sustainable development trend of resource-based cities， Taiyuan City was taken as an example to systematically calculate the ecological footprint and ecological carrying capacity from 2011 to 2020. The results showed that the per capita ecological footprint in Taiyuan showed a trend of first decline and then increase， with an average of 7.9892hm2/person， and the specific consumption manifested as an increase in the consumption of wood， electricity and coal. The average per capita ecological carrying capacity was 0.2761hm2/person， showing a trend of first decline and then increase， and the ecological carrying capacity of cultivated land， forest land and construction land accounted for a large proportion. The ecological deficit of environmental performance in Taiyuan City has averaged 7.6754hm2/person in the past 10 years， and the primary reason is the excessive consumption of fossil energy.

Key words： Ecological footprint; Ecological carrying capacity; Ecological deficit; Sustainable development

自然生態(tài)系統(tǒng)是維持人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基本保障，其生態(tài)承載力是有限度的，一旦人類活動(dòng)超過(guò)了其承載力的承受范圍，必然導(dǎo)致若干生態(tài)破壞和環(huán)境污染問(wèn)題。因此，要維持人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展就必須依托于自然生態(tài)系統(tǒng)，走可持續(xù)發(fā)展道路[1]?？沙掷m(xù)發(fā)展觀已成為國(guó)際上很多國(guó)家和地區(qū)發(fā)展的戰(zhàn)略目標(biāo)，如何定量測(cè)度亦成為當(dāng)前國(guó)際上關(guān)于生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究的前沿?zé)狳c(diǎn)之一。生態(tài)足跡分析法是由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Willian Rees于1992年提出的、Wackernagel于1996年進(jìn)行完善的生態(tài)學(xué)方法，該方法可定量衡量人類對(duì)自然資源利用程度以及評(píng)價(jià)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r，具有可操作性強(qiáng)、結(jié)果直觀明了、區(qū)域可比性等優(yōu)點(diǎn)，在對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展研究方面越來(lái)越受到國(guó)內(nèi)外專家學(xué)者的關(guān)注[2-3]。生態(tài)足跡分析法是在量化研究對(duì)象的土地面積的前提下，計(jì)算出生態(tài)承載力和生態(tài)足跡大小，并對(duì)二者進(jìn)行比較，從而得出生態(tài)盈余情況。隨著時(shí)代的發(fā)展，國(guó)內(nèi)外很多資源型城市由于大規(guī)模、高強(qiáng)度的資源利用，面臨著資源短缺、污染嚴(yán)重等問(wèn)題。因此，科學(xué)評(píng)估資源型城市的生態(tài)盈余是保證當(dāng)前發(fā)展以及成功轉(zhuǎn)型的重要保證。

太原市是典型的資源型城市，為煤炭原材料和基礎(chǔ)能源的重要供應(yīng)地。近年來(lái)，隨著大量能源資源被消耗，太原市面臨著耕地面積減少、生態(tài)環(huán)境惡化、資源儲(chǔ)量短缺等嚴(yán)峻問(wèn)題，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)矛盾突出，從而阻礙了太原市的經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展，城市發(fā)展轉(zhuǎn)型改革迫在眉睫[4，5]。為此，本研究以生態(tài)足跡原理和模型為基礎(chǔ)，對(duì)太原市2011—2020年生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)盈余狀況進(jìn)行分析計(jì)算，為太原市環(huán)境保護(hù)和可持續(xù)發(fā)展提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)和理論支持。

1 研究區(qū)域概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

太原市位于山西省中部太原盆地北端（111°30′～113°09′E、37°27′～38°25′N），三面環(huán)山，地勢(shì)北高南低，多山地與丘陵，中部和南部為平原，黃河第二大支流汾河自北向南貫穿太原市。太原是山西省首府，全市由6個(gè)區(qū)、1個(gè)縣級(jí)市和3個(gè)縣組成，是山西省的政治、經(jīng)濟(jì)、文化和交通中心，是國(guó)家歷史文化名城，也是山西能源重工業(yè)基地。

改革開放以來(lái)，太原市作為典型的資源型城市，迅速利用自身優(yōu)勢(shì)進(jìn)入工業(yè)開發(fā)和城市建設(shè)快速發(fā)展期，經(jīng)濟(jì)發(fā)展整體較快，為地區(qū)和國(guó)家發(fā)展發(fā)揮了重要作用。目前，太原市以資源型產(chǎn)業(yè)為主，現(xiàn)已形成了以第一產(chǎn)業(yè)（高能耗產(chǎn)業(yè)）為主要發(fā)展動(dòng)力，以輕紡、醫(yī)藥、服務(wù)和電子信息產(chǎn)業(yè)為主的第二和第三產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)[6]。太原市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以及對(duì)資源的長(zhǎng)期開發(fā)利用，對(duì)生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生了極大的壓力。生態(tài)環(huán)境已成為制約區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，協(xié)調(diào)好資源利用、生產(chǎn)空間、生態(tài)環(huán)境之間的可持續(xù)發(fā)展，成為現(xiàn)階段太原市面臨的重要挑戰(zhàn)。

2 計(jì)算方法

生態(tài)足跡的計(jì)算方法采用國(guó)際通用公式，即引用均衡因子將消費(fèi)量轉(zhuǎn)化成生產(chǎn)性土地。均衡因子參考WWF發(fā)布的《地球生命力報(bào)告2008（Living Planet Report 2008）》土地利用類型，建筑用地和耕地2.39，林地和化石燃料用地1.25，草地0.51，水域0.41[7]。區(qū)域生態(tài)承載力采用土地類型和產(chǎn)量因子參考謝鴻宇[8]的研究，其中生物部分包括4種土地類型，產(chǎn)量因子分別是耕地1.74，林地0.86，草地0.51，水域0.74;能源部分包括2種土地類型，產(chǎn)量因子化石燃料用地0、建筑用地1.74。

2.1 生態(tài)承載力 相關(guān)計(jì)算公式如下：

人均生態(tài)承載力模型：

ec=[aj×rj×yj]? ? ? j=（1，2，…6）。

式中：ec代表的是人均生態(tài)承載力;[aj]代表實(shí)際人均占有的第j類生物生產(chǎn)性面積;[rj]為均衡因子;[yj]為產(chǎn)量因子;j=（1，2…6）代表6類生態(tài)生產(chǎn)土地類型。

生態(tài)承載力模型：EC=N[×]（1-0.12）[×ec]

式中：EC代表的是區(qū)域總的生態(tài)承載力;ec代表人均生態(tài)承載力;N為區(qū)域內(nèi)的總?cè)丝跀?shù)。計(jì)算結(jié)果應(yīng)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。

2.2 生態(tài)足跡 相關(guān)計(jì)算公式如下：

人均生態(tài)足跡模型：

ef=[rj×（ci/Pi）]? ? ?j=（1，2…6），i=（1，2…n）。

式中：ef代表的是區(qū)域人均生態(tài)足跡;rj為均衡因子;ci表示i類消費(fèi)項(xiàng)目的人均消費(fèi)量;Pi表示第i種消費(fèi)項(xiàng)目的世界平均生產(chǎn)力;J代表消費(fèi)項(xiàng)目的商品類型。

生態(tài)足跡模型：EF=N×ef

式中：EF代表的是區(qū)域總的生態(tài)足跡;N代表區(qū)域人口數(shù)量;ef代表區(qū)域人均生態(tài)足跡。

2.3 生態(tài)赤字與生態(tài)盈余 相關(guān)計(jì)算公式如下：

生態(tài)赤字/盈余模型：生態(tài)盈虧=生態(tài)承載力（EC）-生態(tài)足跡（EF）

當(dāng)某一地區(qū)的EF>EC時(shí)，出現(xiàn)生態(tài)赤字，引發(fā)環(huán)境問(wèn)題;而EF≤EC時(shí)，表現(xiàn)為生態(tài)盈余，表明人類對(duì)自然資源的消費(fèi)是合理的。生態(tài)盈虧情況反映了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度。

3 結(jié)果與分析

3.1 近10年太原市生態(tài)足跡 生態(tài)足跡的計(jì)算主要包括生物資源消費(fèi)、能源資源消費(fèi)和建設(shè)用地消費(fèi)3類消費(fèi)。本文將2011—2020年太原市的3類消費(fèi)轉(zhuǎn)變?yōu)閷?duì)應(yīng)的生態(tài)生產(chǎn)面積，分別是耕地、林地、草地、水域、化石能源用地和建筑用地。在各類生物資源消費(fèi)中，居民消費(fèi)量較大的是農(nóng)產(chǎn)品、動(dòng)物產(chǎn)品和林產(chǎn)品，其中農(nóng)產(chǎn)品包括糧食、油料、棉花、藥材、蔬菜和瓜類;動(dòng)物產(chǎn)品包括豬肉、牛肉、羊肉、家禽類、兔肉、奶類、蛋類和水產(chǎn)品;林產(chǎn)品包括水果、干果和木材。針對(duì)能源資源消費(fèi)，采用太原市能源消耗量消費(fèi)量較大的煤炭、焦炭和石油，建筑用地消費(fèi)采用的是電力。由此可見，各地區(qū)的飲食生活習(xí)慣、能源結(jié)構(gòu)和建筑用材都與生態(tài)足跡緊密相關(guān)。

2020年太原市的生物資源、化石能源用地和建筑用地生態(tài)足跡情況如表1、表2所示。2011—2020年太原市人均生態(tài)足跡的計(jì)算方法與表1和表2相同，計(jì)算結(jié)果如表3所示。數(shù)據(jù)分析表明，近10年太原市人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)先下降后顯著增加的趨勢(shì)，由2011年的8.9082hm2/人下降到2017年的6.6277hm2/人，2020年增加到12.1209hm2/人。其中，化石能源的消耗尤為突出，占據(jù)人均生態(tài)足跡的94.95%～98.27%，表明積極推進(jìn)山西省的清潔能源開發(fā)利用的現(xiàn)實(shí)意義。太原市的3種化石能源消耗中，煤炭的消耗量最大，2020年僅煤炭人均生態(tài)足跡為11.3607hm2/人，而焦炭和石油人均生態(tài)足跡分別為0.5424hm2/人、0.0087hm2/人，過(guò)多依賴于傳統(tǒng)型煤炭能源消費(fèi)。生物資源類別表現(xiàn)為耕地和水域人均生態(tài)足跡呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，草地人均生態(tài)足跡先上升后下降，但林地人均生態(tài)足跡表現(xiàn)為上升趨勢(shì)，主要是因?yàn)榻?0年林產(chǎn)品中木材的使用量逐年上升，木材消耗量從2011年的398m3增加到2022年的12022m3，呈現(xiàn)消耗量30倍的增長(zhǎng)。建筑用地人均生態(tài)足跡較穩(wěn)定，范圍在0.0024～0.0028hm2/人，總體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)。

綜上所述，由于近些年太原市發(fā)展的需求，生物資源消費(fèi)中林產(chǎn)品的木材消耗量的需求較大，造成生物資源人均生態(tài)足跡增長(zhǎng);太原市用電量的增加，建設(shè)用地人均生態(tài)足跡表現(xiàn)為增長(zhǎng)趨勢(shì);化石能源中煤炭是主要的消費(fèi)來(lái)源，占據(jù)人均生態(tài)足跡約90%以上。

3.2 近10年太原市生態(tài)承載力 以太原市耕地、草地、林地、化石能源用地、建筑用地和水域面積為基礎(chǔ)，乘以相應(yīng)的產(chǎn)量因子和均衡因子，在計(jì)算后的生態(tài)承載力中去除12%用于生物多樣性保護(hù)用地，得到太原市2011—2020年人均生態(tài)承載力。本研究對(duì)2020年太原市生態(tài)承載力進(jìn)行了具體呈現(xiàn)（見表4），對(duì)2011—2020年太原市生態(tài)承載力進(jìn)行了總體分析（見表5）。在對(duì)2020年太原市生態(tài)承載力的分析中，耕地、林地和建筑用地的生態(tài)承載力比例較高，分別占人均生態(tài)承載力的36.54%、33.80%和27.58%，而草地和水域所占比例小于2%。

綜合近10年數(shù)據(jù)結(jié)果，太原市人均生態(tài)承載力總體上維持在0.2761hm2/人左右，并且近10年人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)出主體下降的趨勢(shì)，但在2020年人均生態(tài)承載力轉(zhuǎn)為增加。在對(duì)近10年太原市各類土地變化趨勢(shì)分析發(fā)現(xiàn)，2016—2019年草地和水域面積出現(xiàn)銳減，草地由166100hm2降低至310hm2，水域由16320hm2降低至1392hm2;2020年草地、水域和林地面積都出現(xiàn)了大幅度增加的情況，草地面積為85400hm2，水域面積為11100hm2，林地面積為386900hm2。目前，山西省和太原市政府統(tǒng)籌山水林田湖草綜合治理，加強(qiáng)“兩山七河一流域”生態(tài)修復(fù)，助推黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展全面綠色轉(zhuǎn)型。一系列政策的實(shí)施，促使太原市的生態(tài)環(huán)境積極向好的方向發(fā)展。

3.3 生態(tài)赤字/盈余的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì) 根據(jù)生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值得出生態(tài)赤字/盈余，結(jié)果表明，太原市近10年均表現(xiàn)為生態(tài)赤字，不同土地類型中耕地、草地、化石能源和水域?yàn)樯鷳B(tài)赤字狀態(tài)，林地和建筑為生態(tài)盈余（見表6）。近10年太原市生態(tài)赤字結(jié)果分析表明，化石能源消耗量過(guò)大是造成人均生態(tài)赤字達(dá)到7.6754hm2/人的重要原因，如去除化石能源土地利用類型，其余5種土地利用類型總體結(jié)果為生態(tài)盈余，人均生態(tài)盈余為0.0242hm2/人。因此，減少化石能源資源的消費(fèi)是保證太原市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程順利推進(jìn)的重中之重。

4 結(jié)論與建議

（1）通過(guò)對(duì)近10年資源型城市太原市生物資源消費(fèi)、能源資源消費(fèi)及建設(shè)用地消費(fèi)的分析，結(jié)果表明，生物資源和化石能源生態(tài)足跡呈現(xiàn)先上升后下降趨勢(shì)，建設(shè)用地生態(tài)足跡主體呈現(xiàn)緩慢上升趨勢(shì)，總體的人均生態(tài)足跡表現(xiàn)為先下降后上升的趨勢(shì)，平均為7.9892hm2/人。分析具體消費(fèi)表現(xiàn)為木材消耗量需求增大、用電量增加以及煤炭的消耗增加，以上3種資源的需求量增加造成生態(tài)足跡出現(xiàn)增加的趨勢(shì)。

（2）在太原市的生態(tài)承載力中，耕地、林地和建筑用地所占的比例較大，草地和水域所占的比例較小。近10年人均生態(tài)承載力為0.2761hm2/人，整體呈現(xiàn)先下降后增加的趨勢(shì)，2020年草地、林地和水域生態(tài)承載力有所提高，主要是草地、林地和水域面積有所增加，總體生態(tài)環(huán)境朝更積極的方向發(fā)展。綜合生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，近10年太原市表現(xiàn)為生態(tài)赤字，平均為7.6754hm2/人，化石能源消耗量過(guò)大是其主要原因。

（3）為了縮小太原市的生態(tài)赤字，達(dá)到可持續(xù)發(fā)展，建議從以下幾個(gè)方面進(jìn)行改進(jìn)：①調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，采礦冶煉等重工業(yè)更新技術(shù)、工藝和設(shè)備，提高化石燃料的利用率，在降低化石能源消耗的同時(shí)增加對(duì)清潔能源的利用;②提高木材的使用時(shí)間和回收再利用，降低對(duì)木材的需求量，提倡居民和企業(yè)采用節(jié)能環(huán)保的電器和儀器的使用，節(jié)約用電;③增加太原市的林地、草地、水域和耕地面積，從源頭上增加生態(tài)承載力，打造生態(tài)宜居城市;④調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，加大對(duì)旅游業(yè)等第三產(chǎn)業(yè)的投資比重。

參考文獻(xiàn)

[1]圖爾蓀妮薩·麥提庫(kù)爾班，艾尼瓦爾·尼吉木. 新疆和田地區(qū)2010年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力評(píng)價(jià)[J].特區(qū)經(jīng)濟(jì)，2012（12）：178-181.

[2]楊屹，加濤.21世紀(jì)以來(lái)陜西生態(tài)足跡和承載力變化[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2015，35（24）：7987-7997.

[3]Ulucak，Recep，Salah Ud-Din Khan. Determinants of the ecological footprint：role of renewable energy，natural resources，and urbanization[J]. Sustainable Cities and Society，2020，54：101996.

[4]張宇，曹衛(wèi)東，梁雙波，等.部地區(qū)資源型城市質(zhì)量與規(guī)模時(shí)空差異演化研究——以山西省為例[J].自然資源學(xué)報(bào)，2018，33（02）：233-245.

[5]張保留，王健，呂連宏，等.對(duì)資源型城市能源轉(zhuǎn)型的思考——以太原市為例[J].環(huán)境工程技術(shù)學(xué)報(bào)，2021，11（01）：181-186.

[6]孫榮，鄭雅容，顏文濤.基于生態(tài)足跡太原市經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展研究[J].環(huán)境生態(tài)學(xué)，2019，1（1）：62-67.

[7]WWF. Living planet report 2008[R].Geneva：WWF，2008.

[8]謝鴻宇，王羚酈，陳賢生.生態(tài)足跡評(píng)價(jià)模型的改進(jìn)與應(yīng)用[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2008：12-59.

（責(zé)編：張宏民）