近10年太原市不同土地类型生态足迹与生态承载力研究

贾雪莹 王佩将 陈明琳

摘 要：为探究资源型城市可持续发展的趋势，以太原市为例，系统计算了该市2011—2020年生态足迹和生态承载力状况。结果表明：太原市人均生态足迹呈现先下降后上升的趋势，平均为7.9892hm2/人，具体消费表现为木材、用电量以及煤炭的消耗增加。人均生态承载力平均为0.2761hm2/人，整体呈现先下降后增加的趋势，耕地、林地和建筑用地生态承载力所占的比例较大。太原市环境表现生态赤字，近10年平均为7.6754hm2/人，化石能源消耗量过大是首要原因。

关键词：生态足迹;生态承载力;生态赤字;可持续发展

中图分类号 F301.2 文献标识码 A 文章编号 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

自然生態系统是维持人类社会经济发展的基本保障，其生态承载力是有限度的，一旦人类活动超过了其承载力的承受范围，必然导致若干生态破坏和环境污染问题。因此，要维持人类社会经济健康发展就必须依托于自然生态系统，走可持续发展道路[1]。可持续发展观已成为国际上很多国家和地区发展的战略目标，如何定量测度亦成为当前国际上关于生态经济研究的前沿热点之一。生态足迹分析法是由加拿大生态经济学家Willian Rees于1992年提出的、Wackernagel于1996年进行完善的生态学方法，该方法可定量衡量人类对自然资源利用程度以及评价区域可持续发展状况，具有可操作性强、结果直观明了、区域可比性等优点，在对区域可持续发展研究方面越来越受到国内外专家学者的关注[2-3]。生态足迹分析法是在量化研究对象的土地面积的前提下，计算出生态承载力和生态足迹大小，并对二者进行比较，从而得出生态盈余情况。随着时代的发展，国内外很多资源型城市由于大规模、高强度的资源利用，面临着资源短缺、污染严重等问题。因此，科学评估资源型城市的生态盈余是保证当前发展以及成功转型的重要保证。

太原市是典型的资源型城市，为煤炭原材料和基础能源的重要供应地。近年来，随着大量能源资源被消耗，太原市面临着耕地面积减少、生态环境恶化、资源储量短缺等严峻问题，经济发展和环境保护矛盾突出，从而阻碍了太原市的经济可持续发展，城市发展转型改革迫在眉睫[4，5]。为此，本研究以生态足迹原理和模型为基础，对太原市2011—2020年生态足迹、生态承载力和生态盈余状况进行分析计算，为太原市环境保护和可持续发展提供基础数据和理论支持。

1 研究区域概况与数据来源

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），三面环山，地势北高南低，多山地与丘陵，中部和南部为平原，黄河第二大支流汾河自北向南贯穿太原市。太原是山西省首府，全市由6个区、1个县级市和3个县组成，是山西省的政治、经济、文化和交通中心，是国家历史文化名城，也是山西能源重工业基地。

改革开放以来，太原市作为典型的资源型城市，迅速利用自身优势进入工业开发和城市建设快速发展期，经济发展整体较快，为地区和国家发展发挥了重要作用。目前，太原市以资源型产业为主，现已形成了以第一产业（高能耗产业）为主要发展动力，以轻纺、医药、服务和电子信息产业为主的第二和第三产业的经济结构[6]。太原市的产业结构以及对资源的长期开发利用，对生态环境产生了极大的压力。生态环境已成为制约区域经济发展的主要因素，协调好资源利用、生产空间、生态环境之间的可持续发展，成为现阶段太原市面临的重要挑战。

2 计算方法

生态足迹的计算方法采用国际通用公式，即引用均衡因子将消费量转化成生产性土地。均衡因子参考WWF发布的《地球生命力报告2008（Living Planet Report 2008）》土地利用类型，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]。区域生态承载力采用土地类型和产量因子参考谢鸿宇[8]的研究，其中生物部分包括4种土地类型，产量因子分别是耕地1.74，林地0.86，草地0.51，水域0.74;能源部分包括2种土地类型，产量因子化石燃料用地0、建筑用地1.74。

2.1 生态承载力 相关计算公式如下：

人均生态承载力模型：

ec=[aj×rj×yj]      j=（1，2，…6）。

式中：ec代表的是人均生态承载力;[aj]代表实际人均占有的第j类生物生产性面积;[rj]为均衡因子;[yj]为产量因子;j=（1，2…6）代表6类生态生产土地类型。

生态承载力模型：EC=N[×]（1-0.12）[×ec]

式中：EC代表的是区域总的生态承载力;ec代表人均生态承载力;N为区域内的总人口数。计算结果应扣除12%的生物多样性保护面积。

2.2 生态足迹 相关计算公式如下：

人均生态足迹模型：

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

式中：ef代表的是区域人均生态足迹;rj为均衡因子;ci表示i类消费项目的人均消费量;Pi表示第i种消费项目的世界平均生产力;J代表消费项目的商品类型。

生态足迹模型：EF=N×ef

式中：EF代表的是区域总的生态足迹;N代表区域人口数量;ef代表区域人均生态足迹。

2.3 生态赤字与生态盈余 相关计算公式如下：

生态赤字/盈余模型：生态盈亏=生态承载力（EC）-生态足迹（EF）

当某一地区的EF>EC时，出现生态赤字，引发环境问题;而EF≤EC时，表现为生态盈余，表明人类对自然资源的消费是合理的。生态盈亏情况反映了区域经济发展对自然生态系统的影响程度。

3 结果与分析

3.1 近10年太原市生态足迹 生态足迹的计算主要包括生物资源消费、能源资源消费和建设用地消费3类消费。本文将2011—2020年太原市的3类消费转变为对应的生态生产面积，分别是耕地、林地、草地、水域、化石能源用地和建筑用地。在各类生物资源消费中，居民消费量较大的是农产品、动物产品和林产品，其中农产品包括粮食、油料、棉花、药材、蔬菜和瓜类;动物产品包括猪肉、牛肉、羊肉、家禽类、兔肉、奶类、蛋类和水产品;林产品包括水果、干果和木材。针对能源资源消费，采用太原市能源消耗量消费量较大的煤炭、焦炭和石油，建筑用地消费采用的是电力。由此可见，各地区的饮食生活习惯、能源结构和建筑用材都与生态足迹紧密相关。

2020年太原市的生物资源、化石能源用地和建筑用地生态足迹情况如表1、表2所示。2011—2020年太原市人均生态足迹的计算方法与表1和表2相同，计算结果如表3所示。数据分析表明，近10年太原市人均生态足迹呈现先下降后显著增加的趋势，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，化石能源的消耗尤为突出，占据人均生态足迹的94.95%～98.27%，表明积极推进山西省的清洁能源开发利用的现实意义。太原市的3种化石能源消耗中，煤炭的消耗量最大，2020年仅煤炭人均生态足迹为11.3607hm2/人，而焦炭和石油人均生态足迹分别为0.5424hm2/人、0.0087hm2/人，过多依赖于传统型煤炭能源消费。生物资源类别表现为耕地和水域人均生态足迹呈现下降趋势，草地人均生态足迹先上升后下降，但林地人均生态足迹表现为上升趋势，主要是因为近10年林产品中木材的使用量逐年上升，木材消耗量从2011年的398m3增加到2022年的12022m3，呈现消耗量30倍的增长。建筑用地人均生态足迹较稳定，范围在0.0024～0.0028hm2/人，总体呈现缓慢上升趋势。

综上所述，由于近些年太原市发展的需求，生物资源消费中林产品的木材消耗量的需求较大，造成生物资源人均生态足迹增长;太原市用电量的增加，建设用地人均生态足迹表现为增长趋势;化石能源中煤炭是主要的消费来源，占据人均生态足迹约90%以上。

3.2 近10年太原市生態承载力 以太原市耕地、草地、林地、化石能源用地、建筑用地和水域面积为基础，乘以相应的产量因子和均衡因子，在计算后的生态承载力中去除12%用于生物多样性保护用地，得到太原市2011—2020年人均生态承载力。本研究对2020年太原市生态承载力进行了具体呈现（见表4），对2011—2020年太原市生态承载力进行了总体分析（见表5）。在对2020年太原市生态承载力的分析中，耕地、林地和建筑用地的生态承载力比例较高，分别占人均生态承载力的36.54%、33.80%和27.58%，而草地和水域所占比例小于2%。

综合近10年数据结果，太原市人均生态承载力总体上维持在0.2761hm2/人左右，并且近10年人均生态承载力呈现出主体下降的趋势，但在2020年人均生态承载力转为增加。在对近10年太原市各类土地变化趋势分析发现，2016—2019年草地和水域面积出现锐减，草地由166100hm2降低至310hm2，水域由16320hm2降低至1392hm2;2020年草地、水域和林地面积都出现了大幅度增加的情况，草地面积为85400hm2，水域面积为11100hm2，林地面积为386900hm2。目前，山西省和太原市政府统筹山水林田湖草综合治理，加强“两山七河一流域”生态修复，助推黄河流域生态保护和高质量发展，促进经济社会发展全面绿色转型。一系列政策的实施，促使太原市的生态环境积极向好的方向发展。

3.3 生态赤字/盈余的动态变化趋势 根据生态承载力与生态足迹的差值得出生态赤字/盈余，结果表明，太原市近10年均表现为生态赤字，不同土地类型中耕地、草地、化石能源和水域为生态赤字状态，林地和建筑为生态盈余（见表6）。近10年太原市生态赤字结果分析表明，化石能源消耗量过大是造成人均生态赤字达到7.6754hm2/人的重要原因，如去除化石能源土地利用类型，其余5种土地利用类型总体结果为生态盈余，人均生态盈余为0.0242hm2/人。因此，减少化石能源资源的消费是保证太原市可持续发展进程顺利推进的重中之重。

4 结论与建议

（1）通过对近10年资源型城市太原市生物资源消费、能源资源消费及建设用地消费的分析，结果表明，生物资源和化石能源生态足迹呈现先上升后下降趋势，建设用地生态足迹主体呈现缓慢上升趋势，总体的人均生态足迹表现为先下降后上升的趋势，平均为7.9892hm2/人。分析具体消费表现为木材消耗量需求增大、用电量增加以及煤炭的消耗增加，以上3种资源的需求量增加造成生态足迹出现增加的趋势。

（2）在太原市的生态承载力中，耕地、林地和建筑用地所占的比例较大，草地和水域所占的比例较小。近10年人均生态承载力为0.2761hm2/人，整体呈现先下降后增加的趋势，2020年草地、林地和水域生态承载力有所提高，主要是草地、林地和水域面积有所增加，总体生态环境朝更积极的方向发展。综合生态足迹和生态承载力，近10年太原市表现为生态赤字，平均为7.6754hm2/人，化石能源消耗量过大是其主要原因。

（3）为了缩小太原市的生态赤字，达到可持续发展，建议从以下几个方面进行改进：①调整能源结构，采矿冶炼等重工业更新技术、工艺和设备，提高化石燃料的利用率，在降低化石能源消耗的同时增加对清洁能源的利用;②提高木材的使用时间和回收再利用，降低对木材的需求量，提倡居民和企业采用节能环保的电器和仪器的使用，节约用电;③增加太原市的林地、草地、水域和耕地面积，从源头上增加生态承载力，打造生态宜居城市;④调整产业结构，对产业结构进行优化升级，加大对旅游业等第三产业的投资比重。

参考文献

[1]图尔荪妮萨·麦提库尔班，艾尼瓦尔·尼吉木. 新疆和田地区2010年生态足迹和生态承载力评价[J].特区经济，2012（12）：178-181.

[2]杨屹，加涛.21世纪以来陕西生态足迹和承载力变化[J].生态学报，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]张宇，曹卫东，梁双波，等.部地区资源型城市质量与规模时空差异演化研究——以山西省为例[J].自然资源学报，2018，33（02）：233-245.

[5]张保留，王健，吕连宏，等.对资源型城市能源转型的思考——以太原市为例[J].环境工程技术学报，2021，11（01）：181-186.

[6]孫荣，郑雅容，颜文涛.基于生态足迹太原市经济可持续发展研究[J].环境生态学，2019，1（1）：62-67.

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

[8]谢鸿宇，王羚郦，陈贤生.生态足迹评价模型的改进与应用[M].北京：化学工业出版社，2008：12-59.

（责编：张宏民）