资源枯竭城市转型生态足迹分析——以徐州市贾汪区为例

朱 琳，卞正富，赵 华，余 健

（中国矿业大学国土资源研究所，江苏 徐州 221116）

1 引言

生态足迹方法能够直接或间接地量化人类需求和自然再生产能力[1-2]，测算在当前技术水平下人类对生态系统资源与服务的需求[3]，从消费角度阐述人类活动处在未超出或超出自然生态系统再生产能力的程度[1,4-5]，是一种衡量可持续发展程度的生物物理方法。目前已经广泛应用在不同尺度和区域的可持续研究中，但是针对资源枯竭型城市转型期的研究较少。

资源型城市是因资源开采或资源产业兴建和发展而来，相比一般城市而言，自然资源需求和利用量较大，受资源约束影响较显著。资源枯竭型城市转型旨在突破资源约束瓶颈，协调经济发展和生态安全，因此，从生态角度定量衡量资源型城市转型的可持续性尤为必要[6]。传统可持续研究方法多聚焦在经济层面，忽略了生态可持续性，生态足迹法可以反映城市发展生物物理特征和自然生态系统的延续性，侧重城市发展的生态可持续性，适用于生态环境敏感的资源枯竭型城市。

本文应用传统生态足迹法[7-8]和三维生态足迹法[9-10]，以资源枯竭型城市徐州市贾汪区为例，从空间和时间角度分析煤炭城市转型期的可持续性，回答已有文献很少涉及的从时间角度考察生态足迹的问题：（1）城市发展实际需要多少生产性土地，及城市生态承载力大小；（2）在当前技术条件下，自然系统要使用多长时间能生产出当前人类消费的生物生产量。同时这也是Niccolucia在2009年提出的三维生态足迹法首次应用在资源型城市[9-10]，为资源型城市转型可持续研究提供了新的研究视角。

2 研究方法

本文将Wackernagel等提出的生态足迹法[1,7-8,11]暂且称为传统生态足迹法（EFclassical），即将各种能源和资源消费项目折算为生产性土地，分别为耕地、草地、林地、水域、建筑用地和化石能源用地，计算公式为：

式1表示城市生态足迹总量EF（hm2），其中，Si表示生产性土地总面积； yi代表产量因子，采用全球平均产量[12]；ei代表均衡因子（下同），采用Wackernagel等[12]和徐中民等[13]的计算结果，其中耕地和建筑用地为2.8，林地为1.1，草地为0.5，化石能源用地为1.1，水域为0.2；Ci表示消费物品总量，Yi代表土地产量的均衡因子。式2中，EC在本文是指扣除生物多样性保护面积后的可利用生态承载力（hm2），A表示地类面积，12%是生物多样性保护面积比重。

人均生态足迹（ef）和人均生态承载力（ec）分别通过式3和式4计算而得，其中Pi表示人口数量。

当生态足迹大于生态承载力时，就会出现生态赤字，反之则出现生态盈余，即：

传统生态足迹法的生态赤字状态可以比作为一个圆环(图1)，外圆包含的面积表示生态足迹，内圆包含的面积是生态承载力，外圆和内圆面积之差为生态赤字。

三维生态足迹法（3D EF）于2009年由Niccolucci提出[9]并应用[10]。三维生态足迹法利用两种形式表达人类需求与自然供给的时空关系，即生态足迹尺度（EFsize）和生态足迹高度（EFdepth）。当生态足迹高度大于0时，三维生态足迹可以看作为圆柱（图2），圆柱底面表示生态足迹尺度，其大小等于生态承载力，代表能为人类提供资源和物质的生产性土地面积；圆柱高代表生态足迹高度，表示在当前技术水平下，以现有土地生产能力需要多长时间才能满足当年城市发展需要，并弥补目前出现的生态赤字（式6），当生态足迹高度大于1时，表示当前土地面积提供的生物生产量已经不能满足城市发展需求。生态足迹越高时，表明城市的生态赤字越大，发展方式越远离可持续。圆柱体积表示生态足迹总量，即生态足迹尺度和生态足迹高度乘积（式7）。

从分析来看，传统生态足迹法和三维生态足迹法得出的生态足迹总量相等，即：

传统生态足迹法从空间角度分析城市发展中自然资源供需关系；三维生态足迹从时间角度，即通过自然生态系统生产生物量满足城市发展资源需求所需的时间观察城市发展可持续趋势，花费的时间越长，表明城市对资源透支消费严重，城市发展方式越不可持续。

图1 传统生态足迹图示Fig.1 The classically Ecological Footprint mode

图2 三维生态足迹图示Fig.2 3D Ecological Footprint model

3 研究区概况

贾汪区位于江苏省徐州市东北苏鲁两省交界处，地处东经117°17'—117°42'，北纬34°17'—34°32'，全区总面积620 km2，人口53余万。贾汪区南部属黄泛冲积平原，地势平坦，北部为丘陵山区，有主要山峰55座，属暖温带半湿润季风气候，具有淮河流域特点，冬冷夏热，四季分明，年平均气温14.2 ℃，无霜期280天，全区多年平均降雨量802.4 mm。

贾汪区地下煤炭资源丰富，素有“苏北煤城”之称。煤田面积202 km2，煤田上方人口共计26万余人，近全区总人口的一半。自1882年采煤至今已有130余年的开采历史，曾有年产量120万t以上的大型国有煤矿5座，年产量20—30万t的地方煤矿16座，年产量10万t左右的煤矿229座。2001年“7.22事故”后，因煤炭资源不足，省政府强行关闭243座煤矿，现仅有徐州矿务集团旗山煤矿还在运营。由于长期进行煤炭开采和煤炭产业发展，城市在经济增长同时，对生态系统产生许多负面影响，特别是自然资源的过度利用。自2001年大规模关闭煤矿后，贾汪区已进入城市发展转型阶段，亟需转变经济增长方式，实现城市可持续发展[14]。

4 结果与分析

4.1 传统生态足迹法

煤炭资源型城市产业结构单一，特别是重工业发展对城市经济贡献尤为突出。首先对贾汪区2000年来重工业产值（HIP）占工业总产值（IP）比重（H）变化情况进行统计。图3表明，2000—2002年，重工业产值占工业总产值的比率呈现基本稳定的状态；2003年，重工业比率急剧下降至谷底，仅占27.17%，主要是很多煤矿关闭引起相关行业的不景气；2004年，区政府扩大招商引资，扭转经济严重下滑的局面，使重工业再次占据当地工业的主导地位，至2010年，重工业产值占工业总产值的77.83%。

煤矿关闭后当地产业发展受到重大影响，许多煤矿失去了为当地人们提供就业服务的功能，2000—2007年，贾汪区人口不增反减，可以看出贾汪区在转型初期对外来人口吸引力有所下降。随着产业转型发展成果累积，对外来人口和投资吸引力逐渐增强，2008年后人口又逐渐转入增长态势。

利用传统生态足迹法计算生态承载力和生态足迹（图4）。由于贾汪区工业化进程和城市扩张，耕地面积减少、建设用地增加，生态承载力在2000—2010年间呈现缓慢下降趋势；生态足迹在2000—2003年间缓慢增长，2004年后开始急剧增长，也在该年开始出现生态赤字，即生态足迹超出当地生态承载力，说明转型期经济发展对资源消耗强度过大，主要表现为贾汪区重工业再崛起和资源型产业大规模扩张，对生态系统产生巨大压力，不利于资源枯竭型城市转型进程和可持续发展[15]。由于贾汪区在2007和2008年对工业投资比重有所减少，2009年时出现了生态足迹降低，但在2010年又恢复了上升趋势。

图3 2000—2010年重工业产值/工业产值变化Fig.3 Changes of the ratio of HIP to IP from 2000 to 2010

图4 2000—2010年贾汪生态足迹、生态承载力变化Fig.4 EF and EC changes in Jiawang District from 2000 to 2010

从人均角度看，人均生态承载力（ec）从2000年至2010年变化不大，人均生态赤字（ed）亦呈现逐渐上升趋势（图5），原因是人均生态足迹（ef）大幅增加，通过调查得知贾汪区经济发展仍然依赖重工业，尤其是高污染企业，如水泥厂、化工厂、橡胶厂等。人均国内生产总值（gdp）变化趋势与人均生态足迹、人均生态赤字的变化趋势相似，从一定程度上可以说贾汪区是高污染、高消耗的经济增长方式。

图5 贾汪区2000—2010年ef、ec、ed与gdp的变化情况Fig.5 Changes of ef, ec, ed and gdp from 2000 to 2010

4.2 三维生态足迹法

利用三维生态足迹核算得知（表1），2000—2003年间，生态足迹尺度在生态承载力范围内，生态足迹高度在2000—2003年间为1，说明当地能够为经济发展提供足够的物质资源和生物生产量；2004年后生态足迹尺度与生态承载力相同，生态足迹高度开始急剧攀升，也随之出现了生态赤字，一方面由于资源枯竭因素对经济发展的滞后效应，另一方面与2004年大规模招商引资，引入诸多重工业有直接关系。本地煤矿关闭后，贾汪区经济发展动力不足，地方对重工业的再发展为社会经济发展带来推动力量，但同时对资源、生物生产量需求大幅增加。

表1 2000—2010年三维生态足迹核算表Tab.1 Trends of 3D EF from 2000 to 2010

2004年贾汪区对资源需求量相当于在当时技术条件下自然系统花费1.62年时间的生产量；2010年时的生态资源需求量需要自然系统花费9.89年时间生产。可以看出，贾汪区近年来的发展严重超出自然生态系统供给能力，在一定程度上影响了后代人对自然资源的使用权利。从另一方面看，当地政府主导的经济发展方式仍然高度依赖资源、过多发展资源消费型产业，并没有真正转型升级。

图6 贾汪区2000—2010年人均生态足迹变化中各地类变化情况Fig.6 Changes of different types of land ecological footprint per person from 2000 to 2010 in Jiawang District

4.3 生态足迹结构分析

图6表明，2000—2010年间，林地、草地、水域生态足迹变化不大，变化最为显著的依次是化石能源用地、建筑用地和耕地。化石能源用地生态足迹在2000—2003年间变化不大，2004年开始逐渐增大，2008年化石能源生态足迹是2003年的11.36倍，这与贾汪区2004年重工业急剧增加的变化趋势相吻合，说明煤矿关闭后，城市经济发展对矿产资源依然呈现巨大需求，从产业发展角度看，贾汪区仍延续资源消耗型发展方式。建筑用地生态足迹在2000—2008年间呈现逐年递增态势，原因是随着社会经济发展，基础设施用地、工业用地随之扩张，人均建筑用地由2000年到2008年增长了8.28%；2008年后变化不大，这与土地利用总体规划建设用地指标约束有很大关系。耕地生态足迹呈现减少趋势，一是因为人口总数变化不大，对粮食需求比较稳定，二是科技因素带来贾汪区农业土地生产力提高。

5 结论与讨论

5.1 结论

（1）生态足迹法能定量分析人类对自然资源需求是否处在生态承载力范围之内，三维生态足迹法能从时间维度观察自然资源供需关系。11年来，贾汪区生态足迹和生态赤字呈现逐步增长状态；2000—2003年，生态足迹尺度在生态承载力范围内，2004年后，贾汪区生态足迹尺度超出生态承载力，生态足迹高度开始大于1，即资源消耗量超出自然系统年再生产能力；2010年，自然系统需花费9.89年时间生产生物量才能满足城市发展需要。生态足迹尺度和高度变化表明，贾汪区城市发展和产业接续工作以消耗资源为代价，使当地自然系统资源更新、供给能力与社会经济发展需求矛盾突出，是不可持续的发展方式。

（2）城市发展是否可持续，不仅仅要从经济发展量上衡量，更要从质的角度衡量，即考察经济发展与自然承载力的关系。在各种地类生态足迹中，能源化石用地足迹和建筑用地足迹增长明显，特别是在2004年煤矿关闭后，贾汪区大规模引入重工业企业，对资源需求量急剧增加。从生态足迹和生态承载力看，社会系统中资源输入量越来越大，在生态承载力或自然系统再生生物量能力维持稳定的情况下，自然系统资源贮存量将会逐渐减少，若不及时调整城市发展战略，必将面临资源枯竭、环境恶化，无法支撑产业发展的局面。

5.2 建议

矿产资源的不可再生性使资源型城市发展不能长期依赖矿产资源，势必面临资源枯竭的挑战。转变经济发展方式，协调经济和资源环境关系是资源枯竭型城市转型期要解决的关键问题。在经济发展过程中，利用生态足迹法衡量城市发展对资源依赖程度和利用程度，可以定量了解经济转型方式的可持续性。根据对贾汪区生态足迹核算和分析，对贾汪区城市转型发展提出以下三点建议：（1）闲置资源再利用。煤炭城市在枯竭期会经历大规模煤矿关闭过程，原企业办公用地、压占地等土地应该进行合理再利用。通过调查和可行性研究，可以选择厂房出租、土地复垦利用等利用方式，避免资源闲置浪费，提高土地利用率。（2）调整产业结构。煤炭资源型城市经历了长期以重工业为支撑的产业道路，经济发展多以资源消耗和环境污染为代价。在资源枯竭阶段，资源型城市的先天发展优势逐渐消亡，以资源型重工业为主要经济支撑的局面应适时调整，重点发展第三产业，将悠久历史的煤炭城市打造为矿业遗址，改造塌陷地为湿地公园，大力发展旅游产业。（3）培养企业生态责任意识。以重工业为主的资源型城市，追求经济效益的同时忽视了经济发展与环境的协调关系，使得生态环境受到很大程度的破坏。加强企业的生态责任意识，有助于在城市转型期间提升经济发展质量，对城市经济社会的可持续发展具有重要推动作用。

（References）:

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