基于生态足迹的资源枯竭型城市可持续发展研究

邓丽娟+王如琦

摘要：指出了石嘴山市作为以资源开发利用为依托的资源枯竭型城市遇到了前所未有的发展困境，而生态足迹模型可以量化人类在生产生活中对生态环境产生的影响。在阐述生态足迹模型的概念基础上，对石嘴山市2011—2013 年生态足迹进行了实证计算和分析。结果表明：①石嘴山市当前生态经济发展总体上已经呈现出较强的不可持续性；②生态足迹总供需不平衡，总供给（生态承载力）不足；③生态足迹供需结构性矛盾突出，耕地和牧草地生态足迹严重超过其生态承载力。基于以上三个方面的分析，提出了要改变目前石嘴山所处于的不可持续的状态，首先对于快速的经济发展所带来的资源的耗费要加以控制，避免生物生态足迹持续快速的增长；其次要提高资源利用效率，通过转型升级降低能耗、优化结构，提高生态承载力。最后结合石嘴山的具体情况，给出了促进石嘴山城市可持续发展的对策。

关键词：可持续性；生态足迹；生态承载力

1 引言

进入21世纪以来由于经济的持续增长和人口的激增使得全球生态环境矛盾不断加深，各种环境问题如雾霾、酸雨、水污染、地震等各类灾害频发，可持续发展似乎遭遇到了前所未有的问题。资源枯竭型城市在其发展过程中渐渐显现出较强的不可持续性，即资源枯竭型城市已经进入资源枯竭的周期。因此如何合理地评价人类的生产生活对环境的压力以及环境自身的承载力就显得十分重要。自1992年联合国环境与发展大会召开以来，学者们开始研究如何定量地评价区域可持续发展能力，生态足迹评价模型就是一种十分有用的评价可持续性的方法。笔者以生态足迹模型为研究方法，对宁夏石嘴山市生态经济可持续性进行研究。

2 国内外研究进展

生态足迹模型最早于1992年被加拿大人 William Rees[1] 提出，并在1996年由他的学生Mathis Wackernagel [2]完善的一种定量测度区域可持续发展的方法。目前，这种方法已经被各国广泛用来评价区域的可持续性和承载力问题；国外学者不断深化生态足迹的理论和方法，目前该方法已经被应用到地理学、环境科学、能源、城市研究等各个领域。1999年徐中民等[3]将生态足迹的概念引入我国，许多学者对生态足迹的理论、方法、模型等方面进行了探索和研究。杨开忠等[4]系统地介绍了生态足迹的理论、模型、指标以及应用，同時评价了生态足迹法的应用前景。王书华等[5]系统介绍了这种方法的理论依据、具体的计算公式以及主要成果，指出了这种方法的不足和优势。刘建伟[6]分析了建国后到2008年我国的生态足迹，结果表明从1949～1969年我国的生态足迹小于承载力，1969～2008年我国的生态账户则表现为赤字。董群方[7]研究了铜川市的生态足迹，结果表明该市的生态足迹大于生态承载力，人均赤字为0.42hm2。郭文等[8]利用改进后生态足迹模型计算了江苏省的生态足迹。潘一萍[9]拓展了多种分析方法例如投入产出法、动态分析法等，并阐述了不同分析方法适用不同尺度的地区。陶晓燕[10]利用集对分析理论从同异反三个方面综合考虑事物的确定和不确定因素的优势，建立了资源枯竭型城市生态安全评价模型。杨屹[11]等采用修正后的生态足迹模型测算了2000～2012年陕西省的生态足迹已经超过了生态承载力，整体已经处于不可持续的发展状态并分析了具体原因。高红贵等[12]运用生态足迹方法测算资源枯竭型城市黄石市2011～2014年的生态足迹，得出黄石市处于一种不可持续的发展状态。国内学者对生态足迹的研究逐渐深入和全面，现在不单单只是计算某个区域的生态足迹而是运用这种方法来评价地域的可持续发展能力，学者们在方法的修正以及理论的完善等方面也进行了探索和研究。

可见在以资源枯竭型城市为研究对象时，绝大多数学者都是以经济转型、产业转型以及提升竞争力为研究主题，较少用实证的方法来研究。而石嘴山是全国典型的煤炭型资源枯竭型城市，2008年3月，该市被国家确定为全国首批12个资源枯竭城市之一。在此之前基于石嘴山的生态足迹的研究也只有少量学者研究过，其研究的年份也是在石嘴山没有被确立为资源枯竭型城市时，从1978～2005年[13]，不能说明被确定为资源枯竭型城市之后的生态足迹是如何变动的。笔者利用2011～2013年统计数据，运用生态足迹法计算了资源枯竭型城市石嘴山的生态足迹以及生态承载力来评价石嘴山的可持续发展能力进而希望为该地区的制定科学的发展计划提供一些帮助。

3 研究方法及数据来源

3.1 生态足迹计算模型

3.1.1 生态足迹

“生态足迹”简单说就是一定区域人口生产生活所需要资源和服务换算成相应的土地面积，所得出的土地面积就是一定区域人口实际生活需要的土地面积，再通过比较该地区自然界实际提供的土地面积得出该地区的生态足迹是否超过其生态承载力，从而来判断该地区的可持续发展能力。该方法形象运用土地面积来评估人类对自然界的影响，很直观地显示出哪种资源的生态压力比较大，有利于准确分析各个部分的压力大小。生态足迹具体计算公式为[14，15]：

EF=N×ef=N×∑（×ai）

=N×∑（qi/pi） （1）

式（1）中： EF为总生态足迹；ef为人均生态足迹； N为区域人口数；a为均衡因子；ai为生产i种资源需要的人均土地面积；pi为i种消费商品的世界平均生产能力；qi为i种消费项目的年生产量。

3.1.2 生态承载力

生态承载力一般包括资源承载力和环境承载力，总的来说就生态环境对人类活动的承载能力，与生态足迹不同的是生态承载力是指实际上真正存在的土地面积，指一个区域的资源环境能够容纳的人口数量。生态承载力主要受人口规模和人口对环境的影响。

生态承载力具体计算公式为[16]：

EC=N×ec=N×∑（aj×yj×ej） （2）

式（2）中：EC为总生态承载力；ec为人均生态承载力；N为区域人口数；aj为j类人均实际生产性土地面积；yj为产量因子；ej为均衡因子。

3.1.3 均衡因子、产量因子

在计算生态承载力时通过均衡因子和产量因子将不同类型的土地和同一类土地转化成具有相同生产力水平的土地。因为不同土地的生产力不同即使同一类土地也存在不同的生产力，不同类型转化为同一类型要乘以均衡因子，同一类型土地要乘以产量因子才能比较。区域单位生产力除以全球平均生产力就是产量因子。此处所用的总生物生产面积扣除了12%的生物多样性保护面积作为人均生态承载力。

3.1.4 生态赤字（盈余）

人均生态足迹与人均生态承载力的差就是人均生态赤字（盈余），当人类对资源环境的需求大于其供给时，则表现为生态赤字；当人类对生态环境的需求小于资源环境的供给时则表现为生态盈余；当需求等于供给时则表现为生态平衡。其具体计算公式为：

ed=ef-ec

其中：ed为人均生态赤字，ed为正表示出现生态超载，为负则表示生态承载力富余。

3.2 资料来源

研究数据主要来源于政府公布的《石嘴山统计年鉴》（2011—2013年），用于各种土地面积的数据来源于《石嘴山市国土资源公报》（2010—2012年）。

4 研究区域概况

石嘴山市的地理位置在黄河中游的上段部分，因黄河和贺兰山脉交叉处有很多山石突出而得名，位于宁夏回族自治区北部，全市面积5310 km2，人口745482人（2012年），各少数民族人口为147443人，占20.26%，其中回族占19.44%。2012年石嘴山实现地区生产总值409.21亿元，按常住人口计算，人均GDP达到55412元。三次产业比例依次为：5.5∶64.8∶29.7。

石嘴山市是一座新兴城市，是国家重要煤炭城市，同时也是能源重化工和原材料基地，拥有“塞上煤城”的美誉。石嘴山市已探明十多种矿藏，主要有煤炭、白砂岩、方解石、粘土、石灰石、辉绿岩、金、铝、铁等，但是主要是以煤炭等非金属矿藏为主。已经探明的煤炭储量就有25亿t，煤炭种类十分丰富，例如拥有“煤中之王”的太西煤储量达6.55亿t，是世界少见的煤炭珍品，被广泛用于化工、冶金、建材等行业。

石嘴山是一个十分典型的以煤炭资源为依托的资源型城市。同时也是我国 “一五”规划的最早一批的煤炭基地之一。到目前为止，因开采煤炭已经创造了超过2000亿元产值。按照目前的开采速度最多还可以开采十幾年，同时开采的难度会加大以及开采的煤炭质量会渐渐下降，石嘴山市已经进入了资源枯竭型阶段，表明石嘴山的产业格局亟待改造，传统产业必须改造升级，需要寻找转型的接续产业。由于在经济发展初期的资源粗放型的利用方式，因煤炭而形成的结构型污染也比较严重。国家环保局在2004年公布的2003年全国113个环境保护重点城市大气污染情况，石嘴山市名列倒数第四。环境污染问题已十分严重。随着煤炭资源日益枯竭，2008年3月，该市被国家确定为全国首批12个资源枯竭城市之一。

5 石嘴山生态足迹现状及计算

5.1 生态需求足迹计算

生态需求足迹主要由生物账户和能源账户以及贸易调整部分这三大部分构成。人类大部分的生产生活都必须消耗生物资源和能源。但是对于石嘴山而言，该地区的煤炭资源丰富，煤炭的质量高和品种多种多样，所以该行业的资源禀赋优势十分明显，因其煤炭的出口量十分庞大，因而导致其人均煤炭产量和消费量较高，但是由于煤炭出口导致的生态足迹压力不应该由该市独自承担，所以在计算生态足迹的能源账户是去除了煤炭这一项。同时贸易出口也主要是煤炭出口，由于能源账户没有考虑煤炭，因此也不考虑贸易调整部分。

在生态足迹的生物资源账户中一般主要包括：粮食、豆类、油料、药材、蔬菜、瓜果等一些农牧产品，为了计算结果具有可比性，笔者采用1993年联合国粮农组织的世界平均产量资料来计算生产面积。具体计算生态足迹的结果可由不同物品的消费量除以其对应全球平均产量，从而得到不同土地类型的生态足迹。表1显示的是石嘴山2011年生物资源账户。煤炭、汽油、电力等则属于能源账户。在将能源消费量换算成相应化石燃料生产面积时采用世界上单位化石燃料生产土地面积的平均发热量为基准，从而将能源方面的消耗热量转化成化石燃料用地量和建设用地数量，表2是石嘴山2011年能源帐户。热力的单位是百万千焦，106 kJ=1 GJ，电力的单位是万千瓦时，1万kW·h=36 GJ，焦炉煤气和高炉煤气的单位是万立方米，密度0.4686 kg/m2，1万m2=4.686 t[17]。

5.2 生态供给足迹计算

石嘴山市现有的土地类型及其面积，其生态足迹供给也就是生态承载力的计算，主要是运用所查到的石嘴山各个土地类型的面积再除以该市的统计人口得出不同类型土地的人均承载量，然后算出与均衡因子和产量因子的乘积。最后除开因生物多样性的那部分面积即得到石嘴山市人均承载量[18，19]。

5.3 生态需求和供给计算

通过对不同类型生产力土地面积求和，得到了石嘴山2011年的生态足迹的需求和供给见表3。

6 结果分析

（1）由以上计算可得，2011年石嘴山市人均生态足迹2.62 hm2， 而人均生态承载力只有0.83 hm2，全市总生态赤字为1.79 hm2 ，由此可以说明石嘴山市的环境压力超出了环境容量，目前石嘴山主要是以资源的大量消耗来换取经济快速的发展，这不是一种可持续的发展状态，而在总的生态赤字中耕地生态赤字为0.50，占比为28.28%；草地生态赤字为0.36，占比为19.93%；化石燃料（除开煤炭）生态赤字为0.33，占比18.71%；建筑用地生态赤字0.20，占比11.27%，水域生态赤字为0.27，占比15.53%；其中只有林地是生态盈余为0.0018，占比0.10%。从各种资源的生态赤字和生态盈余的占比可以看出只有林地的发展是处于一种可持续的并带有一点积累的发展，在其他几个类型的资源中耕地的生态赤字占比最大达到了28.28%，再依次是草地、耕地和牧草地生态足迹的扩大远远超过了其生态承载力，所以这两项的生态赤字有渐渐增大的趋势，特别由于牧民的过度放牧给原本异常脆弱的草原生态环境增加了不小的生态压力[20～23]。化石燃料用地，水域，这几类的生态赤字都接近18%，建筑用地生态赤字为11.27%，占比是最少的。

（2） 从2011～2013年，人均生态足迹逐年上升，从2.44上升到2.69。同时生态承载力基本保持稳定，结果就是人均生态赤字逐年增加，从1.61增加到了1.87（表4）。

表4 2011～2013年份的生态足迹

年份人均生态足迹/hm2人均生态承载力/hm2可利用人均生态承载力/hm2人均生态赤字/hm2

20112.4396806910.9475936 0.8338824 1.6057983

20122.644791410.9447299 0.8313623 1.8134291

20132.6906689680.9329179 0.8209678 1.8697012

（3）具体分析这三年中，各种类型的资源到底是如何变化的，从表5中可知，耕地的生态赤字占比在逐年减少，从31.41%减少到28.32%。草地的生态赤字占比同样在缩小，从22.14%缩小到了19.70%。其中林地一直都处于生态盈余的状态，占比有些许波动；化石燃料用地，建筑用地以及水域这三项的占比波动较大，其中化石燃料用地占比从20.78%下降到了18.52%后又大幅上升到了26.58%。同样建筑用地占比也是先下将又上升，从1.46%下降到了0.26%又上升到了1.75%。水域则是先增后降，从17.24%上升到22.69%又下降到17.76%。由于这三年中总的生态赤字在逐年增加，所以占比的减少并不能代表实际生态赤字在减少，从表5中可知耕地的生态赤字占比虽然在减少，但实际的生态赤字是从0.50增加到了0.53。

同样草地的实际生态赤字也是增加的，从0.36上升到了0.37，林地的实际生态盈余基本稳定，化石燃料用地，建筑用地以及水域都是增加的，其中化石燃料用地的实际生态赤字增加的最多0.025，其次是水域，建筑用地的生态赤字增加最少0.0093，林地是最稳定的（表6）。

（4）通过对石嘴山2011、2012、2013年份生态足迹的计算及分析结果表明：一方面由于人口增长及生活水平的提高，石嘴山总生态足迹及人均生态足迹均呈持续上升态势；另一方面，人均土地面积下降，加上退耕还林、建设占用耕地，使生态承载能力较强的耕地转变为生态承载能力较弱的林地和建设用地，区域人均生态承载持续下降。

7 对策建议

由于石嘴山属于不可再生型资源城市，长期过度的开采使得石嘴山目前面临着资源枯竭的困境，根据上文的生态足迹分析法可知石嘴山市目前的生态经济发展已经呈现出较强的不可持续性，要扼制石嘴山市的不可持续的发展状况，可以从以下两个方面加以改变，一方面经济的过快增长必然会给自然生态环境以及资源带来巨大的压力，因此必须适当的控制经济发展的速度来防止生态账户的赤字进一步加大；另一方面要通过调整产业结构、优化产业升级、提高生产效率改变粗放型经济的发展模式来增强生态承载力。具体可采取以下措施。

7.1 坚持走现代生态产业的道路

石嘴山属于典型的煤炭资源型城市，因而在其发展过程中必然也是以重工业为支撑，往往都是以资源环境为代价来换取经济的增长。当资源渐渐被消耗石嘴山也就进入了资源枯竭阶段，因此必须调整这种以资源耗费的重工业为主要产业的产业局面。加快产业转型升级的步伐，淘汰重污染产业的落后技术、设备，提高资源的利用效率，实施资源综合高效利用计划，提高技术创新进步。减少有害物的排放，加强农产品主产区生态农业的规划设计。大力发展服务业，重点发展旅游业，石嘴山以其绝佳的历史人文景观具有发展旅游业独特的优势，应尽快规划建设重点旅游景观，同时与旅游相关的其他行业如餐饮、住宿、购物、休闲等也应配套发展。将当地一些具有特色的地点开发为景点来吸引游客。在发展旅游业的同时也应该注意保护环境，将发展所得的部分资金用于环境的保护和建设。在农业方面大力推广循环农业模式，鼓励使用清洁生产技术，培育无公害、绿色农产品；减少化肥用量，改进水利设施节约用水量。

7.2 培育社会各界生态环保意识

在以重工业为主要产业的石嘴山，资源是其生存发展的支撑，在以往的发展模式中资源“无价”的观念已经深深的扎根于发展进程中。人们往往过度地寻求经济利益忽视资源环境价值，从而使资源被极大地浪费，环境受到很大程度的破坏。因此必须改变人们以前那种陳旧的资源观念，利用主流媒体宣传、教育和引导作用加强人们的生态环保理念，通过民众喜爱的方式增强大众意识，使资源节约、环境保护成为一种文化深深的烙印在社会各界的脑海中。同时应加强企业的生态责任意识，能有效地提升经济发展质量，能极大地推动城市的可持续发展。

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