基于生态足迹的石家庄市土地生态承载力评价

杨胜利，高晓巍，武爱彬

（1.石家庄市土地利用规划院，河北 石家庄 050000；2.河北省科学院地理科学研究所，河北 石家庄 050012）

传统研究中土地承载力大多以人口计量为基础，即在一定的生产条件下，特定区域的土地资源能供养的最大人口数。它仅强调了土地所能容纳的人口数量而忽视了人口容量与土地生态系统之间的复杂关系及不同地区间生产和消费方式的差异，一定程度上对不同地区间进行土地承载力的对比分析造成了障碍。将生态足迹模型运用到土地承载力的研究中，可测定在一定的社会发展阶段和一定技术条件下，区域发展带给土地生态系统的压力和影响程度，以及人们的生产、生活需求与土地生态供给（土地承载力）之间的差距［1］。本文基于生态足迹的原理和模型，对石家庄市1996、2000、2006、2011年的生态足迹及生态承载力的动态演变规律进行分析，分析评价了石家庄市的可持续发展程度问题，并提出合理化建议。

1 研究区域概况

石家庄市位于北纬37°27′～38°47′，东经113°30′～115°20′，地处河北省中南部。地跨太行山中段和河北平原两大地貌单元，山地丘陵、平原面积各占一半。地势西高东低，由西北向东南倾斜。气候属暖温带半湿润大陆性气候，春秋短冬夏长。年平均气温13.6℃，年平均降水492mm，年平均日照1909h左右，无霜期187天。全市共有棕壤、褐土、石质土等11个土壤类型，其中以褐土和潮土的分布最广。全市辖6区、5个县级市、12个县，总面积为15848km2。

石家庄市为河北省省会，政治、经济、文化和交通中心，农业经济发达，农副产品供应充足，是河北省重要商品粮生产基地。工业门类比较齐全，以轻纺、医药等为主，是全省最大的工业基地。城市发展快，人口密度高，乡镇企业占地多，耕地不断减少，成为河北省土地利用矛盾突出的地区之一。

2 研究方法与数据来源

生态足迹（Ecological Footprint）分析法是由加拿大的William Rees和Wackernagel于1992年提出并于1996年进行了完善。生态足迹分析法中的土地生态承载力定义为一个地区所能提供给人类的资源和产品折合为所有生态生产性土地（包括陆地和水域）的面积总称［2－9］。

在土地生态承载力的计算中，由于不同国家或地区的资源禀赋不同，不仅不同的生态生产性土地的生产力差异很大，而且位于不同地域的同类型生态生产性土地的生产力也有很大差异，因此引入均衡因子（rj）和产量因子（yj）来对不同类型及不同区域的土地进行调整。根据世界环境与发展委员会（WCED）的报告，在计算区域的生态承载力时应该留出12%的生态生产性土地面积，用以保护区域内生态环境及生物多样性。

2.1 生态承载力

式中：ec为人均生态承载力；j＝（1，2…6）表示6类生态生产土地类型；aj为实际人均占有的第j类生态生产土地面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。

区域土地生态承载力计算模型为：EC＝N×ec

式中：EC为区域总的生态承载力；ec为人均生态承载力；N 为区域总人口数。

2.2 生态足迹

人均生态足迹计算模型为：

式中：ef为区域人均生态足迹；i为消费项目的商品类型；ci为i类消费项目的人均消费量；Pi为第i种消费项目的世界平均生产力。

区域总生态足迹计算模型为：EF＝N×ef

式中：EF为区域总的生态足迹；N 为区域人口数；ef为区域人均生态足迹。

2.3 生态盈亏（生态赤字／盈余）

生态盈亏的计算公式为：生态赤字／盈余＝生态承载力（EC）－生态足迹（EF）

当某一地区的EF＞EC时，生态赤字，表明该地区人类对土地生态系统所提供的产品和服务的需求超过了其实际供给能力，该地区土地生态系统是不安全的；而EF≤EC时，生态盈余，表明人类对土地生态系统所提供的产品和服务的需求处于本地区所提供的生态承载力范围内，该地区的土地生态系统是安全的。

2.4 数据来源及参数选取

本文数据来源于石家庄市统计年鉴和河北省土地统计数据，采用WWF2004报告给出的2001年的均衡因子：建筑用地和耕地为2.19，水面为0.36，草地为0.48，林地和化石能源用地为1.38；产量因子则沿用Wackernagel关于中国生态足迹的报告中的所采用的值：建筑用地1.49，耕地1.66，水域1，草地为0.19，林地0.91，化石能源用地为0［10］。

3 结果与分析

3.1 石家庄2011年土地生态承载力

3.1.1 生态承载力的计算分析

以石家庄市2011年土地利用变更调查数据为数据来源，并根据生态足迹模型中的土地类型对各类土地进行重新归类（将园地面积纳入林地范畴进行量算）。计算结果见表1。结果显示石家庄市2011年的人均土地生态承载力为0.3349hm2。在各类生态生产性土地中，生态承载力由大到小的排列依次是耕地、建筑用地、林地、水域、化石能源用地、草地。

表1 石家庄市2011年的生态承载力

3.1.2 生态足迹的计算分析

生态足迹的计算主要包括三个部分：生物资源消费、能源消费及贸易调整部分［11］。以《石家庄2012年统计年鉴》为基础，根据国内外的研究成果和石家庄市的实际情况，将石家庄市消费需求划分为生物资源消费和能源消费，因为进出口所占生态足迹比例很小，贸易调整部分不做考虑。

将石家庄市2011年的消费转化为提供这些消费的生态生产面积，计算结果见表2。在各种生物消费项目中，居民对蔬菜、粮食、肉类的消费量较大，提供这些生物资源的土地类型主要为耕地和草地。生物资源的生态足迹与居民的生活水平和饮食结构有关。

表2 石家庄市2011年生物资源消费生态足迹

能源消费部分根据石家庄市能源消费数据处理后主要包括原煤、焦炭、汽油、柴油、电力等17个项目。以世界上单位化石能源土地面积的平均发热量为标准［3，4］，将能源消费折算成相应的生态生产性土地面积，计算结果见表3。在各种能源消费项目中，石家庄市对原煤的消费量最大，其所需的生态足迹占有绝对优势，其次是原煤、焦炭和电力。说明石家庄市对能源的消费大部分仍集中在对传统型能源的消费上。

表3 石家庄市2011年能源资源消费生态足迹

石家庄市2011年的生态足迹人均需求情况见表4，人均生态足迹为5.4937hm2。2011年化石能源用地的生态足迹所占比例最大，化石能源用地和耕地两类土地的生态足迹占总生态足迹的62.7365%，表明该年石家庄市居民对化石能源用地和耕地的需求占据着绝对比重。

表4 石家庄市2011年生态足迹汇总

3.1.3 生态赤字／盈余的计算分析

将石家庄市2011年人均生态足迹和人均生态承载力相比较（见图1），人均生态足迹为5.4973hm2／人，而生态承载力只有0.3349hm2／人，人均生态足迹约为人均生态承载力的16倍，石家庄市2011年的生态赤字量的绝对值达到5.1589hm2／人，表明2011年石家庄市处于绝对生态亏损状态，人类对土地生态系统的需求超出了其生态承载力的范围。

在各种生态生产性土地类型中，除了林地和建筑用地是生态盈余之外，其余各种土地类型都处于生态亏损状态。在存在生态赤字的各生态生产性土地类型中，草地的生态赤字为0.3043hm2／人，由于石家庄市草地很少，草地的生态足迹几乎都是从境外输入。化石能源用地的生态赤字量为3.4466hm2／人，由于石家庄市并没有留出土地来吸收燃料排放的CO2，这相对于生态足迹需求结构中占很大比例的化石能源用地来说，是一个巨大的缺口，因而使得化石能源用地的生态赤字量占全市生态赤字量的比例最大，高达66.81%，其次是耕地的生态赤字量占26.31%，两者之和占全市生态赤字量的93.12%。可见，化石能源用地和耕地成为石家庄市目前最紧缺的生态生产性土地类型。

图1 石家庄市2011年生态盈余情况

3.2 石家庄市1996－2011年土地生态承载力的动态变化趋势分析

由于石家庄市的各类土地面积、人口以及人们消费水平和资源消耗都是处在不断的变化中，因此石家庄市的生态足迹和生态承载力也处于动态变化的过程中。为了反映土地生态承载力的变化趋势，本文采用上述的计算方法，计算了石家庄市1996年、2000年和2006的生态足迹及生态承载力的变化情况，从而弥补生态足迹模型只能静态的衡量区域某一年的发展状况的缺陷，从时间维度动态反映石家庄市16年间土地生态承载力的变化趋势。

3.2.1 生态足迹变化趋势分析

1996～2011年，随着经济的发展和人们生活水平的提高，石家庄市人均生态足迹需求呈不断增加的趋势，如表5所示。人均生态足迹从1996年的2.4893hm2增加至2011年的5.4973hm2，15年间净增加了3.0044hm2，增幅高达120%，年均增长速度大约是8.05%。其中，1996～2000年为人均生态足迹的平缓上升阶段，年增长速度4.97%，2000～2006年为快速增长阶段，年增长速度高达7.27%，2006～2011 年为人均生态足迹缓慢增长阶段，年增长速度2.89%，这反映出经济发展水平与生态足迹需求呈正相关。随着石家庄市进入21世纪之后经济飞速发展，其所需生态足迹量也明显增长。

表5 石家庄市1996年～2011年的生态足迹（单位：hm2／人，%）

从生态足迹结构来看，如图2所示，耕地、草地和林地所占的比重呈下降趋势，其中耕地占人均生态足迹的比例下降明显，从1996年的48.71%下降到2011年的28.86%，这主要是由人们对粮食的消费需求减少所致；草地和林地在波动中呈下降趋势；建筑用地波动中平稳发展，而化石能源用地和水域所占比例呈上升的趋势，其中增长幅度最大的化石能源用地，从1996年的37.69%上升到62.74%，表明随着经济的快速增长及生活水平的提高，人类对能源的依赖性越来越强。当经济发展到一定程度时，耕地足迹不再占据首位，取而代之的是化石能源用地。

图2 石家庄市1996年～2011年的生态足迹比重变化

综上可知，在一定程度上，区域的经济发展水平与生态足迹需求呈正相关，且区域经济发展能力越高能源足迹所占比例越大。随着工业化、城市化进程的推进，石家庄市的生态足迹需求还将继续保持增长态势。

3.2.2 生态承载力变化趋势分析

1996～2011年，石家庄市土地生态承载力15年间降低了0.0389hm2，降幅为10.7%，年均降低速度大约是0.98%，如表6所示，表明石家庄市人均生态承载力变化幅度不大。在各种类型的土地中，由于石家庄市缺少化石能源用地，使得其土地类型的承载力始终为0。

从各土地类型的生态承载力变化趋势来看，耕地、林地的生态承载力均呈下降趋势，建筑用地和水域承载力呈上升趋势外，随着2011年石家庄草地的少量增加，使其承载力有了明显增加。其中变化较明显的是耕地（降幅为11.53%），表明随着城市化进程的加快，越来越多的土地转变成建筑用地，对土地生态系统造成破坏。

从各土地类型占生态承载力的比例来看，16年间，石家庄市耕地的生态承载力所占的比例一直占据着绝对优势，均占到70%左右，呈现出逐渐下降的趋势；其次是建筑用地，16年的平均比重约占20%左右，且呈现出快速增长的趋势；耕地和建筑用地共占90%左右，表明11年间石家庄市的耕地和建筑用地承载了该市大部分的生产和生活活动。

表6 石家庄市1996～2011年的生态承载力（单位：hm2／人，%）

3.2.3 生态赤字／盈余变化趋势分析

从1996年到2011年石家庄市人均生态足迹和人均生态承载力呈现出相反的变化趋势（如图3），即生态足迹在增加而生态承载力在减少，且生态赤字绝对值逐年增加，增幅达106.6%。在6种土地类型中，除了林地和建筑用地外，其它四种土地类型15年间始终处于生态亏损状态，且生态赤字呈增长态势。增幅最大的为化石能源用地，高达267.4%，年增长率为17.83%，表明能源的供不应求是生态赤字增大的直接原因。其次是水域，随着人民生活水平的提高，人们对水产平的需求增加，导致水域生态赤字增长263.46%，年均增加17.58%。随着耕地单位面积产量的提高，农产品产量有所增加，但由于人口基数扩大和耕地数量减少及人们对农产品消费需求的增加，使得耕地生态赤字明显增大，增幅达42.16%。可见一方面人们消费水平的增长直接导致生态足迹需求的增加；另一方面，人口的增长导致人均资源的拥有量日益减少，再加上资源利用的低效率，使土地生态系统无法满足人们不断增长的消费需求，生态赤字增加，加剧了土地生态系统的不稳定性。

图3 石家庄市1996年～2011年的生态赤字／盈余情况

4 结论与建议

计算结果表明石家庄市的人均生态足迹从1996 年的2.4893hm2增加至2011 年的5.4973hm2，而人均生态承载力则由1996年0.3616hm2减少至2011年0.3349hm2，生态足迹和生态承载力呈反方向发展的趋势。1996－2011年间，石家庄市的人均生态足迹大大超过人均生态承载力，出现生态赤字并且逐渐增大，人均生态赤字由2.2510hm2增加至5.1624 hm2，表明石家庄市人口对自然的需求已经远远超过了石家庄市自然生态系统的承受范围，影响石家庄市的可持续发展。

为了提高石家庄市土地生态承载力，实现土地资源的可持续利用，根据对石家庄市土地生态承载力的评价分析，针对所存在的问题相应的建议措施有：严格落实计划生育措施，加强监管，加强宣传与教育，严格控制人口总量；制定相应的政策法规及宣传措施，对石家庄市现有的耕地进行强有力的保护；采取必要的措施在适宜的地区适度增加草地面积，如将坡度超过25°的地区或质量低、效益差的耕地退耕还草；走内涵挖潜、土地集约利用的道路，如大力开展旧城改造，盘活闲置低效利用土地，适当增加建筑物密度，提高容积率，积极开展农村建设用地整理等，以控制建筑用地规模；科学制定土地利用规划，合理调整各种土地利用类型比例，优化土地利用结构；改变人们生活消费和生产方式，树立科学发展观，社会经济发展走更集约、节约、高效的土地利用模式。

随着生态足迹方法的深入研究和不断改善，可以将生态足迹模型应用于更多的研究领域中，如可以将该模型应用于土地可持续利用的研究中，通过建立以生态足迹指标为核心的土地可持续利用评价指标体系，以期更准确、更完善的评价区域的土地可持续利用情况。

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