《基于生态足迹方法的H市城市生态承载力研究》9200字

1绪论1.1研究背景、目的及意义中国加入世贸组织以来，经济得到了快速发展，同时也加快了对资源消耗的步伐,以资源消耗为代价引领的经济社会高速发展模式，导致土地和生态面临的压力持续增大，资源环境承载能力已接近上限[1]。从长远角度来看，经济社会规模必须控制在资源承载力之内，通过提高资源节约集约利用水平，优化环境质量，推动生态系统平衡，如此才能实现人类文明的可持续发展[2]。衡阳市位于湘中南部，湘江中游，地形以山岗为主，2016年底全市总人口为728.59万人。相关研究表明，衡阳市生态环境呈现局部有所改善，但整体仍有退化的现象，影响了社会、经济的发展，降低人民生活水平，制约社会经济的可持续发展[3]。开展生态承载力研究能够对日益滋长的资源危机、环境危机起到预警潜在威胁的作用，此外，通过生态足迹方法定量分析出衡阳市生态盈亏情况，能够判断衡阳市目前的可持续发展水平，并且预测将来的发展方向，据此为衡阳市生态文明建设提出建设性意见，具有重要的现实意义本文基于生态足迹理论对衡阳市2016-2020年的生态承载力进行了评价，该研究方法既能够显示出资源消耗程度、资源供给能力、资源消耗总量和人类良性发展的生态临界值，也能计算出区域范围内人类良性发展的生态临界值[4]，研究衡阳市的资源消耗程度。同时，本文还结合了各地类面积生态赤字和盈余占比情况的动态变化，来分析城市之后的规划方向和发展道路。1.2国内外研究概况1.2.1国外研究1921年，Park和Burges首次提出了承载力的概念，他们认为，承载力是指在某一种特定的环境条件下(特定的环境条件主要是指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的配合)，某种生物个体所存在可能数量的最高极限。此承载力的概念仅仅强调了承载力是一种最大极限的容纳量，没有考虑支撑主体。1922年，Hadwen和Palmezr在研究阿拉斯加的驯鹿种群时，提出了针对草场生态系统的承载力概念，他们认为，草场生态承载力指的是草场上可以支持的不会损害草场的牲畜的数量。他们开始要求支撑主体的不受损害，体现出了可持续发展的内涵。随着生态失衡的加剧，严峻的生态危机促使科学家从系统的整体来看待生态问题。20世纪70年代后，Honing等提出了生态承载力，Honing和Guderson等在此基础上，通过10多年的努力，初步建立了生态承载力的理论模型。理论模型的建立为定量研究生态承载力奠定了基础。土地承载力研究始于18世纪末，在19世纪中也有所进展，但直至20世纪80年代末各国学者均停留在经济核算层面，未考虑到其生态功能。1992年，Rees[5]针对这一情况，从自然资源的生态功能角度出发，提出了“生态足迹”这一概念，其后Wackernagel[6]对这一概念作了进一步的改进将它发展成了生态足迹模型。生态足迹的方法提出以后在世界引起了强烈反响，并在短时间内就在不同的空间尺度、不同的社会领域进行了大量的运用和实践，理论方法和计算模型在实践和运用的基础上得到很大的发展和完善，因此得到了广泛的应用和认可。从1989年到2011年，在维普期刊以生态足迹作为关键字搜索，一共有1498条记录信息，在德国Springer--Link电子期f刊以EcologicalFootprint作为关键词，共有3502条记录信息，说明自从生态足迹理论提出之后，在世界范围内得到充分的应用。[7]1.2.2国内研究国内关于生态承载力的研究略显落后，始于20世纪90年代初。由于研究领域的不同，学者们对生态承载力的定义也不尽相同。比较被认可的是高吉喜的生态承载力概念，高吉喜认为生态承载力指的是生态系统的自我维持、自我调节的能力、资源与环境的共生、共容能力以及其可维持的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。国内另一学者王家骥也对承载力做出了解释，王家骥认为，生态承载力是自然体系调节能力的一种客观反映，地球上不同等级的自然体系都具有自我维持的生态平衡能力，之所以如此，是因为系统功能的核心是生物，而生物具有适应环境变化的能力，生物的这种能力是其与环境相互作用的结果。同Smaal、Hudak两位国外学者的观点一致，国内学者李金海在给出生态承载力的定义时也认为生态系统存在一个“维持和调节系统能力的阈值”，超过此阈值，生态系统就会失去平衡。国内学者黄青和任志远认为，生态承载力指的是在保证资源合理开发利用和生态环境良性循环的条件下，某一特定的生态系统在某一时期内可持续承载的人口数量、经济强度以及社会总量的能力。隋昕和齐晔则提出在一定的社会经济条件下，生态系统维持其服务功能及自身健康的能力并不是固定不变的，这种能力和社会经济发展水平有直接的关系。因此，张林波认为生态承载力应综合考虑社会经济因素以及由此所造成的动态性，并与管理目标相结合，以经济社会发展的最大负荷(其中包括人口总量、经济规模及发展速度等)为承载对象。[8]在国内，从2008年起，中国环境与发展国际合作委员会等与WWF同步发表中国生态足迹报告，2010年发表了《中国生态足迹报告2010——生态承载力、城市与发展》。报告指出，与全球生态足迹的组成相似，中国2007年的碳足迹占生态足迹的54%。研究有徐中民等依据1999年中国统计数据率先对中国生态足迹进行评估[9]，陈成忠等对1961～2001年的中国人均生态足迹进行分析[10]等。1.3研究内容本文在分析衡阳市自然、社会、经济发展现状的基础上，基于生物物理量的生态足迹概念和生态足迹模型，通过对湖南省衡阳市区域生态系统的研究，运用生态足迹理论模型进行计算，开展湖南省衡阳市人口承载力评价，探索衡阳市人口在资源环境的综合约束下的实际承载规模，揭示区域经济系统的发展动态，为衡阳市生态经济的发展进行一个可持续性的客观评价，以期为衡阳市国土空间规划提供决策支持。1.4技术路线在倡导可持续发展的国际和社会形势背景下，基于生态足迹理论和模型，来对衡阳市的生态承载力作出评价，并根据计算出来的生态赤字或者盈余进行动态分析，以期对衡阳市城市的国土空间规划提出改进建议。（1）绪论部分主要阐述研究背景，目的、意义以及文章的创新点（2）对于生态足迹和资源承载力模型，主要介绍了理论的起源的发展（3）通过生态足迹方法，分析衡阳市2016-2020年的生物、能源和人口资源的数据，来进行生态承载力的实证分析，计算出生态赤字和生态盈余的动态变化。（4）基于计算数据进行处理，作出生态赤字产生原因的分析，并针对结果提出消除生态赤字措施和方案。（5）结合生态足迹分析方法提出研究中可以改进的建议2材料与方法2．1研究区概况衡阳，湖南省辖地级市、省域副中心城市，位于中国南部，湖南省中南部，是长江中游城市群重要成员，湘南地区的政治、经济、军事、文化中心[11]。衡阳城区横跨湘江，是全国45个公路交通主枢纽城市之一，衡阳市境内有G4京港澳高速、G72泉南高速、S80衡邵高速公路、京港澳复线、南岳高速及东延线、衡炎高速公路，娄衡高速公路。国道有107国道、322国道，茶（陵）祁（阳）高速。衡阳处于中南地区凹形面轴带部分，构成典型的盆地形势，属亚热带季风气候。衡阳市下辖5区5县，代管2县级市，总面积15310平方公里。根据第七次人口普查数据，衡阳市常住人口为664.5243万人。[12]2．2数据来源数据主要来自2016-2020年湖南省统计年鉴、衡阳市统计公报、衡阳市统计信息网，相关规范标准及文献(全球平均产量数据、化石燃料生产土地平均发热量)。生物资源账户上选取了3个最典型的项目种类，分别为：农产品，动物产品和水产品。能源资源账户上选取了2个在能源消费结构中占比较大的项目种类，为：原煤、电力。用地类型中耕地包含的项目有农产品，包括粮食、油料、豆类、蔬菜共4种；草地包含肉类(猪、牛、羊、禽类)项目水域对应水产品项目；林地缺乏数据不予考虑；化石能源用地对应折算出来的标准煤；建设用地主要对应电力。在生物资源账户的计算中，肉类项目的生产面积没有直接的统计数据，参考原国土资源部和农业部发布的畜牧业养殖用地政策并结合相关资料，确定单只猪的养殖面积为2.50m2,单只牛羊的养殖面积为7.50m2,单只禽类的养殖面积为0.15m2.在生物资源账户的计算中，由于缺乏2016-2020耗煤、耗电量的直接的统计数据，因此参考了09-10年全省及各市州单位GDP能耗等指标公报的折算指标和2016-2020年衡阳市的GDP数据，进行标准煤和电量的换算。产量因子和均衡因子，能源折算系数等选择近年来学者们共同认可并且经常选用的数据。均衡因子的选取上，耕地为1.13，草地为0.59，水域为0.47，林地为0.88,化石能源用地为0.88，建设用地为1.13；产量因子的选取上，耕地为1.04，草地为2.15，水域为2.15，林地为1.00，化石能源用地为0.60，建设用地为1.046-10.能源折算系数的选取上，原煤为20.934，汽油为43.124，柴油为42.705，天然气为38.978，电力为11.840。2．3研究方法生态足迹的理论和方法分为生态足迹（人类需求）计算和生态承载力（自然供给）计算两个部分。生态足迹分析法从需求方面计算生态足迹的大小，从供给方面计算生态承载力的大小，通过这两者的比较，评价某地区即研究对象的可持续发展状况，即：计算区域的耕地、草地、林地、水域、建筑面积等对应的土地面积，通过对比分析该区域的生态足迹产出和承载来评价该区域发展的可持续性程度。生物生产性土地面积是生态足迹与承载力计算模型为各类自然资本提供的统一度量基础。生产性土地是指具有生态生产能力的土地或水体，因此容易建立等价关系，从而方便计算自然资源的总量。在计算中把人类使用的生物生产性土地分为6种：耕地、草地、林地、建筑用地、化石能源用地和水域。本文中由于缺乏林地数据，便只选取了耕地、草地、建筑用地、化石能源用地和水域5种地类。2.3.1生态足迹计算模型生态足迹就是通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。因此，任何已知人口（某一个人、一个城市或一个国家）的生态足迹就是其占用的生产这些人口所消费的资源和容纳这些人口所产生的废弃物所需要的生物生产土地面积(biologicallyproductivearea),其公式如下：EF=N×ef=N×ri(ci/pi)(i=1,2,,n)(1)式中：EF为总的生态足迹，N为人口数，ef为人均生态足迹，c,;为i种物质的人均消费量，p,为i种物质的世界平均生产力即全球平均产量，n为物质的数量，ri是第i类物质所占用生物生产性土地类型的均衡因子。2.3.2生态足迹计算步骤流程图2.3.3生态承载力计算模型在生态足迹方法中，生态承载力是指一个区域实际提供给人类的所有生物生产土地面积（包括水域）的总和。生态承载力计算公式如下：EC=N×ec=N×∑ajrjyj(2)式中：EC为生态承载力；ec为人均生态承载力；N为人口数；aj;为人均生物生产性土地面积；r,为第j类生物生产性土地的均衡因子；yj为第j类生物生产性土地的产量因子。按世界环境与发展委员会(WCED)的报告，考虑到生物多样性的因素，在计算区域生态承载力时扣除12％的生物多样性保护面积，用以保护区域内生态环境。2.3.4生态赤字计算模型ED（生态赤字）=EC（生态承载力）-EF（生态足迹）(3)生态安全的评价通过生态足迹减去生态承载力得到的生态赤字或生态盈余来反映。生态承载力大于生态足迹时，产生生态盈余，表明人类对自然生态系统的压力处于本地区所提供的生态承载力范围内，生态系统是可持续的；若生态足迹大于生态承载力，出现生态赤字，表明人类对自然系统的压力大于本地区所提供的生态承载力范围，而赤字的部分则主要通过从地区调入欠缺的资源或消耗自然资本的途径来获得，说明该地区是一个不可持续的发展，该地区生态安全受到了一定程度的威肋，生态赤字反映了生态安全被影响的程度。3结果与分析出于谨慎性考虑，在生态承载力计算时应扣除12%的生物多样性保护面积。3.1测算结果分析衡阳市2014年人均生态足迹为3.9941hm2,而衡阳市人均生态承载力仅为0.2908hm2,扣除12%的人均生物多样性保护需求的承载力0.0349hm2,则衡阳市实际人均可利用生态承载力为0.2559hm2,2014年人均生态赤字为3.7382hm2(表5)，生态压力指数为12.8551.由土地生态足迹供需分析结果可知，2014年人均生态足迹构成为农地占80.41%、林地占0.13%、水域占3.50%、化石能源用地占15.11%和建设用地占0.85%;生态承载力构成为农地占55.32%、林地占3.75%、水域占1.61%和建设用地占39.32%(图2)。生态赤字构成为农地占82.38%、化石能源用地占16.30%和水域占3.64%，生态盈余的构成为建设用地占2.17%、林地占0.15%(图3)。建设用地生态盈余，主要是因为衡阳市在快速城市化进程中，建设用地面积占比达26.44%，生态足迹结构处于失衡状态3.2生态足迹与生态承载力演变分析3.2.1生态足迹时间分析衡阳市生物资源账户的总生态足迹总体趋势是下降的，从2009年的561.5994万hm2减少到2018年的216.1913万hm2,其中，2009~2012年呈现不断下降趋势，在2013年出现了转折，从2012年的283.2225万hm2回升到375.5006万hm2,之后一直到2018年衡阳市的总生态足迹都不断下降，但下降的速度不断减缓。衡阳市2018年生物资源账户的总生态足迹面积约为2009年的38%，这充分说明十年间衡阳市的生物资源消耗程度显著下降。在表2中，2009~2018年，衡阳市能源资源账户的总生态足迹总体趋势也是下降的，从2009年的32871.9399万hm2减少到2018年的13800.5001万hm2,其中，2009~2010年、20112018年都呈现不断下降趋势，但在2011年出现1次转折，从2010年的32123.4328万hm2回升到34899.4634万hm2。衡阳市2018年能源资源账户的总生态足迹面积约为2009年的42%，这说明能源消费结构正不断改善，人们正在逐渐减少对煤炭资源的依赖，转而更多地使用清洁能源。3.2.2生态赤字/盈余时间分析从表1、图2可知，2009~2018年，衡阳市生物资源账户的人均生态赤字/盈余从2009年的-0.1410hm2/人增加到2018年的-0.0312hm2/人，其中，2009~2012年2013~2018年不断上升，但在2013年出现转折，从2012年的-0.0469hm2/人下降到-0.0665hm2/人。从表2、图3可知，2009~2018年，衡阳市能源资源账户的人均生态赤字/盈余从2009年的-25.4014hm2/人增加到2018年的-3.1951hm2/人，其中，2009~2010年、2011~2018年不断上升，在2011年出现了转折，从2010年的-22.1576hm2/人下降到-22.4417hm2人。3.2.3时间分析虽然10年间衡阳市的生物资源账户人均生态赤字/盈余和能源资源人均生态赤字/盈余都处于赤字状态，但赤字逐渐改善的趋势十分明显。在生物资源方面，衡阳市范围内对于林地资源的开发使用大幅减少，在能源资源方面，衡阳市各个城市的能源消费结构均在持续优化一降低了煤炭资源在能源资源总消耗中的占比，这些都与国家、省份和城市的发展战略规划息息相关。预计在未来5年内，衡阳市的生态赤字将会转变为生态盈余。4讨论2014年，衡阳市实际人均可利用生态承载力为0.2559hm²,2014年人均生态赤字为3.7382hm²,生态压力指数为12.8551，说明衡阳市对土地的需求超过生态承载力范围，生态赤字反映出衡阳市处于不可持续状态。从需求层面来看，衡阳市生态足迹以农地、化石能源用地和水域为主，主要资源需求为农产品和化石燃料消费，农产品需求较大，占总需求的84.04%，能源消费仅为0.85%；从供给层面来看，主要资源供给为农地和建设用地，水域供应不足，化石能源用地供给缺乏，可开发利用的林地面积不大。衡阳市2016-2020年人均生态足迹整体逐年保持稳定，局部年份小幅跌落。人均生态足迹逐年增长反映出人口对生物生产性产品和化石能源等资源日益增长的消费需求，同时也反映出人口对生态环境压力的不断增大。从总体来看，农地和化石能源用地的生态足迹波动较大，水域、林地和建设用地的生态足迹总体保持稳定的趋势，局部年份有小范围波动。衡阳市2016-2020年人均生态承载力基本呈下降趋势，农地和建设用地是生态承载力的主要构成类型，贡献最小的为水域。研究时段内，农地的生态承载力比重逐步下降，建设用地的生态承载力比重逐步上升，表明农地为人们日常生活提供了基本的生物产品，是社会经济发展的基础，随着衡阳市自然环境的不断恶化，农地的供给能力不断下降。建设用地的生态承载力所占比重逐年增长，表明随着工业化、城市化进程的加快，城镇、农村居民点扩张和交通水利等其他基础设施的建设也随之大力发展。衡阳市2016-2020年人均生态承载力不断减少，人均生态足迹基本趋势是逐步增大，人均生态赤字取决于生态承载力的大小，故生态赤字也随之加剧，总体上衡阳市土地生态供需结构失衡，生态供给远小于生态需求。衡阳市主要生态赤字是由农地和化石能源用地导致，建设用地是主要的生态盈余来源，因此，衡阳市今后的发展需要加强农地保护，提高土地生产性产出，减少农地的生态赤字，高效利用化石燃料资源，提高林地和水域的集约化利用水平，防止建设用地过度和过快扩张。对衡阳市生态足迹的实证计算和分析可见，生态足迹的概念模型通过引入生物生产面积的概念为自然资产核算提供了一种简单框架[13]，提供了测量和比较人类经济系统对自然生态系统服务的需求和自然生态系统的承载力之间差距的生物物理测量方法[14]，测算指标采用生物生产面积，不是使用金钱的测量，这种方式使人更易理解[15].资源环境承载力与经济社会发展水平及制度政策相互作用，从时空尺度科学认知和探讨资源环境承载力影响因素之间的相互关系与差异还有待进一步研究。此外，研究结果如何更加准确合理地反映资源环境支撑城市未来发展潜力，也有待在后续研究中逐步检验发展。5结论和建议5．1结论衡阳市的生态赤字在651.000~1050.000万hm2之间，为高生态风险区。对衡阳市2009一2014年的生态足迹动态进行分析，结果显示，2009一2011年人均生态赤字持续减小，2011一2014年人均生态赤字不断增长，到2014年生态压力指数为12.8551，人均生态赤字为3.7382hm2,表明资源消费等活动早已超过生态承载力且不断恶化，发展形势严峻：对生态足迹与生态承载力演变结构的分析可知，社会经济增长导致人均生态足迹增加，城市扩张使部分未利用地转变为可用生物生产性空间，导致生态承载力上升，但常住人口增长又使人均生态承载力下降，最终导致生态盈余降低；生态供需不对称说明区域内土地格局有待调整优化(如控制建筑用地规模、提高耕地生产力等)，同时需加强生态承载能力的监测与预警，从而确保区域能够达到持续发展。gH高度认知资源环境承载力评价，积极应用资源环境承载力评价成果，是推进生态文明建设的基础。结合衡阳市资源环境承载力的超载问题，就减弱资源环境承载力超载对衡阳市经济社会发展的影响提出如下建议：将资源环境承载力融入规划与整治工作，避免缺乏科学评估、忽视供需失衡导致开发过度，整治土地资源约束性因素，降低资源环境要素对土地利用和经济社会发展的限制；发展循环经济，避免经济建设对资源环境造成不利影响；基于资源环境承载力动态监测、预警机制，科学部署重要战略安排，切实落实自然资源用途管制制度；建立发展补偿制度，妥善处理开发空间和保护空间的矛盾，实现国土空间有序开发和持续发展。杨开忠[16]等人根据Wackernagel的数据把各国所处的可持续发展状态划分为4种类型。第一种类型，地方——全球可持续性：人均生态足迹<地方人均生态承载力<全球人均生态承载力；第二种类型，地方可持续——全球不可持续性：全球人均生态承载力<人均生态足迹<地方人均生态承载力；第三种类型，地方不可持续性——全球可持续性：地方人均生态承载力<人均生态足迹<全球人均生态承载力；第四种类型，地方全球均不可持续性——全球人均生态承载力<地方人均生态承载力<人均生态足迹。据数据结果显示，衡阳市属于第三种类型。5．2建议通过生态足迹模型的三项基本指标对衡阳市的生态承载力、该区域的可持续发展情况进行了分析评价，结合计算本研究区域2009~2018年的数据，认为衡阳市的生态压力集中于耒阳市，其中，耒阳市为主重心区，常宁市和郴州市为次重心区，在未来的城市发展规划中，若两市的社会经济发展速度过快，超过生态承载力的增加速度则会加剧人地矛盾，不利于城市的可持续发展。但就目前的趋势来看，四个城市多处在小幅生态赤字的状态，尚在可接受的范围内，但在将来的城市发展规划中需要特别注意改善能源资源的消费结构，特别是对于煤炭资源的利用应该适当减少，政府应加大对使用清洁能源的支持力度：另一方面则是进一步扩大每年的造林面积，保障各类生产性土地的留存与质量。参考文献封志明，李鹏.承载力概念的源起与发展：基于资源环境视角的讨论［J］.自然资源学报，2018，33（9）：1475-1489.景跃军，陈英姿.关于资源承载力的研究综述及思考［J］.中国人口·资源与环境，2006（5）：11-14.黄秋生,朱中华,陈元.生态文明视域下衡阳市生态承载力研究[J].中国集体经济,2017(30):14-16.刘畅.基于生态足迹法的可持续发展测度研究——以上海市2010年为例[J].科学大众(科学教育),2013(04):136-137.DOI:10.16728/ki.kxdz.2013.04.166.ReesWE.Ecologicalfootprintsandappropriatedcarryingcapacity:whaturbaneconomicsleavesout[J].EnvironmentandUrbanization,1992,4(2):121-130WackernagelM.Ecologicalfootpr