資源型城市貴陽市的生態可持續發展研究

陳 敏 杜鵬飛 肖勁松 鄭 鈺

(清華大學環境模擬與污染控制國家重點聯合實驗室,北京,100084)

資源型城市是我國城市體系中的特殊群體,是以當地不可再生自然資源開采和加工為主導產業的工業城市。在我國工業化及城市化進程中,資源型城市持續、穩定地提供大量的原煤、原木、原油以及各種金屬、非金屬礦物原材料,為我國經濟快速發展提供了有力保證。由于長期以來對資源粗放式開發利用,資源型城市現面臨著資源枯竭、環境污染嚴重、生態系統破壞、產業結構單一、城市功能薄弱、經濟增長緩慢等一系列問題,對城市的可持續發展造成強烈沖擊,生態系統可持續發展所遭遇的挑戰尤其嚴峻[1]。自然資源與生態系統是資源型城市發展的基礎,定量評估資源型城市的生態可持續發展程度,可為解決上述問題、促進城市經濟轉型提供參考。

生態足跡模型是定量衡量區域(城市)生態可持續發展程度的一種方法,它能夠從具體的生物物理量角度研究自然資本消費的空間[2],從而判斷人類活動對生態系統的影響是否超出了生態系統的承載力范圍。由于生態足跡計算模型能夠對城市生態的可持續發展狀態進行明確界定,評價結果直觀明了,同時其計算結果可以在區域之間進行橫向比較,具有可視性、可操作性、可移植性強等特點,已被廣泛運用于區域(城市)的生態可持續發展研究中[3-5]。本研究以貴陽市為例,運用生態足跡模型,在市域尺度上對貴陽市1999-2007年的生態可持續發展狀態作定量分析,以識別影響貴陽市生態系統可持續發展的因素,為貴陽市構建生態文明城市決策提供建議。

1 研究區域

貴陽市地處東經 106°07′-107°17′、北緯 26°11′-27°22′之間,位于貴州省中部、云貴高原東斜坡上,屬于全國東部平原向西部高原過渡地帶,擁有豐富的鋁、磷、煤等礦產資源,經濟發展高度依賴資源約束型產業。而貴陽市地貌以山地、丘陵為主,是喀斯特發育典型地區,石漠化和潛在石漠化現象顯著,生態環境本底脆弱,長期以來,陡坡墾殖、過度采伐、毀林開荒、工礦建設毀林開山以及大量的土石方和工礦廢棄物隨意堆放等現象,導致貴陽市地質災害頻發,土壤退化迅速,生態系統破壞嚴重。這種以開采、加工礦產資源為基礎的粗放式經濟發展模式,已經成為貴陽市經濟轉型的重要限制因素。

2 研究方法

2.1 生態足跡的計算理論與模型

生態足跡(Ecological Footprints)概念由Wackernagel于1996年提出,他將人類社會經濟活動對生態環境的影響比喻成“一只負載著人類及其所創造的城市、工廠……的巨腳踏在地球上留下的腳印”[6]。生態足跡模型基于如下基本假設來進行計算:①人類可確定自身消費的絕大多數資源及其產生廢物的數量;②這些資源和廢物流能轉換成相應的生物生產面積;③采用生物生產力來衡量土地,不同地域間的土地能轉化為全球均衡面積,用相同的單位(如hm2)來表示;④各類土地在空間上是互斥的[7]。

根據生產力大小的差異,生態足跡模型將地球表面的生物生產性土地分為6大類進行核算,包括:化石能源用地、耕地、牧草地、林地、建筑用地、水域。生態足跡計算模型包括生態足跡(Ecological Footprint,EF)計算與生態承載力(Ecological Capacity,EC)計算兩部分,其計算公式分別為:

式中:n為消費商品或生產生物的類型;cci為第i種消費商品的生產足跡;aci為第i種消費商品的消費總量;pi為第i種商品的生物生產單位面積產量;epi為第i種生物資源的生產足跡;aei為第i種資源生物生產總量;ωi為第i種消費品或生物資源土地類型生產力權值;EF為地區生態足跡;EC為地區生態承載力。

2.2 貴陽市生態足跡計算

參照貴陽市各種資源的消費特點以及對生態足跡計算方式的相關研究成果[8],將各種消費概括為如下3個帳戶進行計算:生物資源消耗帳戶、家居能源消耗帳戶、工業能源消耗帳戶。

2.2.1 生物資源消耗帳戶

生物資源消費帳戶包括植物性食品消費和動物性食品消費,在具體計算中,耕地、牧草地和水域土地面積分別根據各種作物、牲畜、木材以及水產品的消費量及全球均衡產量(FAO公布)進行折算,為便于與其他研究成果比較,全球均衡產量取用FAO1993年的數據。

2.2.2 家居能源消耗帳戶

家居能源消耗帳戶主要衡量家居和住戶對物質和能量的消費,其中住房轉化為化石能源土地的能源值,參考了Sheltair 1991年對加拿大房屋在其生命周期內的能耗研究結果[7]。

表1 貴陽市2007年生物資源消耗帳戶Tab.1 Ecological footprint ledger of biotic resourcesof Guiyang city in 2007

表2 貴陽市2007年家居能源消費帳戶Tab.2 Ecological footprint ledger of family energy consumption of Guiyang city in 2007

2.2.3 工業能源消耗帳戶

基于貴陽市能源消耗具體情況,能源消費帳戶部分計算主要考慮原煤、汽油、煤油、柴油、液化石油氣、燃料油、電力7種,利用全球平均能源生態足跡將能源消費所產生的熱量折算成化石燃料用地。

2.3 貴陽市生態承載力計算

生態承載力為當地生態系統可供人類利用的資源數量,最終都轉化為統一的計量單位均衡面積。均衡面積由各種生物生產性土地面積乘以產出因子與均衡因子獲得,產出因子是為了平衡貴陽市生物生產性土地產量與全球平均產量之間的差距,而均衡因子是為了平衡各類型生物生產性土地之間的差距[9]。均衡因子和產出因子均取自1999年中國生態足跡計算[10],為了保護生物多樣性,生態承載力要扣除12%的生物多樣性保護面積。

表3 貴陽市2007年能源消耗帳戶Tab.3 Ecological footprint ledger of industry energy consumption of Guiyang city in 2007

3 結果與分析

通過計算得到貴陽市1999-2007年的生態足跡以及生態承載力,由生態足跡減去扣除12%生物多樣性保護后的生態承載力,即可得到貴陽各年的生態赤字(Ecological Deficit,ED)。

3.1 生態可持續發展狀況

將貴陽市2007年生態足跡和生態承載力制成生態足跡供需平衡表(見表6),分析貴陽市生態可持續發展狀況。2007年貴陽市人均生態足跡為2.472 hm2(均衡面積,以下均同),而人均生態承載力僅為0.509 hm2,人均生態足跡超出人均生態承載力3.86倍,人均生態赤字高達2.024 hm2,表明貴陽市社會經濟活動已超出生態系統承載力范圍,生態系統處于不可持續發展狀態。從2007年生態足跡與生態承載力組成可以看出,化石燃料消耗是導致生態赤字的主要原因,表明貴陽市大量的能源消耗對生態可持續發展的影響最為嚴重,耕地也存在赤字,說明糧食生產安全也受到了一定威脅;在各類型生物生產性土地中,林地與建筑用地存在盈余,這得益于貴陽市豐富的森林資源以及市區內密集型建筑模式。

表4 貴陽市2007年生態承載力Tab.4 Ecological carrying capacity of Guiyang city in 2007

表5 生態足跡模型計算結果Tab.5 Calculation resultsof ecological footprint model

綜合1999-2007年計算結果來看(見圖1),貴陽市生態承載力基本保持穩定,生態足跡與生態赤字則持續增加,生態足跡從1999年的1.447 hm2/cap增長到2007年2.472 hm2/cap,年 增 長率為 6.9%,生 態 赤 字 從0.962 hm2/cap增長到2.024 hm2/cap,年增長率為9.7%,增長速度穩定。表明1999-2007年間,貴陽市生態系統承載力未出現明顯的倒退,但是生態系統狀況也未有改善,生態系統面臨的壓力來源于因經濟快速發展所導致的自然資源和能源過渡消耗,如果持續這種以資源換經濟發展的模式,貴陽市今后面臨的生態壓力將會越來越大,生態可持續性面臨的挑戰也會更加嚴峻。

3.2 生態文明水平

生態文明水平即生態效率(Eco2efficiency,EEI),其概念源自20世紀90年代經濟發展與合作組織(OECE)和世界可持續發展商業委員會的研究和政策中,通常作為企業和地區提高競爭力的有效途徑。

表6 2007年貴陽市生態足跡供需平衡表Tab.6 Ecological footprint summary of Guiyang city in 2007

圖1 貴陽市生態足跡模型指標時序變化圖Fig.1 Dynamic changesof ecological footprint indicators

在生態足跡計算基礎上,得到了貴陽市1999年至2007年生態效率(見圖2貴陽市生態效率時序變化圖)。可以看出,貴陽市資源利用效率在不斷提高,從1999年的0.500萬元 GDP/hm2生態足跡增長到2007年的0.787萬元GDP/hm2生態足跡,生態文明水平呈逐年上升趨勢。雖然貴陽市生態系統處于不可持續發展狀態,且將來面臨的資源環境壓力呈放大趨勢,但是生態系統改善及促進生態可持續發展仍存在一定契機。

3.3 生態可持續發展影響因素

賴力等人構建了區域社會經濟發展與生態占用變化的相互作用機理模型,認為經濟發展階段、產業結構特征、資源消費強度、土地利用現狀、居民消費特征是影響生態足跡的主要因素[11],陶金、陳成忠等人的研究分別很好地驗證了這一作用機理模型[12-13]。本研究選取城市化率(X1)、人口密度(X2)、人均GDP(X3)、第二產業GDP比例(X4)、單位GDP能耗(X5)、農作物播種面積(X6)、人均消費支出(X7)等指標,利用偏最小二乘法,識別貴陽市生態可持續發展的影響因素。偏最小二乘回歸由伍德等人創建,被稱為第二代回歸分析方法,能有效的克服在應用最小二乘回歸時遇見的自變量間的多重相關性[14-15]。

圖2 貴陽市生態效率時序變化圖Fig.2 Dynamic changes of eco2efficiency in Guiyang city

對生態足跡和選取的指標做偏最小二乘回歸分析,得到各變量的回歸參數,相關系數 R=0.985,具有較好的相關性;F=41.7,模型整體模擬效果較好。生態足跡的驅動模型如下:

結果表明,貴陽市人均生態足跡與城市化率、人口密度、人均GDP、第二產業 GDP比例、單位 GDP能耗、人均消費支出等6個因子具有顯著正相關性,說明隨著貴陽市人口、城市化進程、經濟的發展,產業結構的轉變,能耗的增加以及人們生活水平的提高,生態足跡也在同步加大,生態壓力日益增加。農作物播種面積與生態足跡具有負相關性,根據貴陽市國土統計結果,貴陽市人均耕地面積在2000年到2007年間,從0.086 hm2下降至0.077 hm2,耕地面積有限,而人口規模不斷增加,由此導致耕地短缺壓力越來越大。在日益嚴峻的生態壓力下,充分保護耕地及其他土地資源是防止生態壓力進一步增大的重要途徑。

4 結論與建議

4.1 結論

(1)貴陽市2007年人均生態足跡為2.472 hm2,人均生態承載力僅為0.509 hm2,生態系統處于不可持續發展狀態。

(2)1999-2007年間,貴陽市生態系統承載力較為穩定,經濟快速發展所導致的資源過度消耗是影響生態可持續發展的原因。貴陽市資源利用效率有所改善,生態文明水平呈逐年上升趨勢,促進生態系統可持續發展仍存在一定契機。

(3)城市化率、人口密度、人均 GDP、第二產業 GDP比例、單位GDP能耗、人均消費支出這6個因子增加會導致生態足跡增加,而增加農作物播種面積可以緩解生態壓力。

4.2 關于方法與結果的討論

生態足跡法計算簡單、結構清晰,但是反映的信息偏保守。生態足跡法認為理想的狀態是人類只占用自然資本產生的利潤,而不會消耗自然資本本身,實際上,這些自然資本也是地球生態系統經過億萬年利潤累計而成,并非完全不可動用,只是需要在一種合適的速度下開發利用,但是合理的開發速度本身很難確定。

生態足跡是對整體區域的宏觀計算,不能反映區域內部的差距。以行政邊界作為區域劃分邊界是否合理,也是需要考慮的一個重要問題,如果從生態足跡的基本原理出發,以城市的物質流影響范圍作為計算邊界更為合理。

4.3 貴陽市生態可持續發展對策

生態足跡提供了一種量化生態可持續發展的新方法,也可從中識別促進生態可持續發展的對策,結合上述分析以及貴陽市社會經濟發展狀況,貴陽市可在以下幾方面繼續努力,以緩解社會經濟發展給生態系統帶來的巨大壓力。①積極保護現有生物生產性土地。保障生態承載力是防止生態赤字擴大的最有效方法,在保護各類資源的同時,應該積極植樹造林和提高現有土地的糧食作物產量;②倡導資源節約和環境友好的社會生產和消費模式。通過政策、媒體逐漸引導人們的生產和生活方式,改善消費結構和消費模式,減少不必要消費及過度消費;③提高工業企業的能源利用效率。2006年,貴陽市單位 GDP能耗指標值為2.03 t標準煤/萬元,在全國范圍內屬于較高水平,存在較大的改進空間;④加強貿易交流。如果貴陽市提高自有生態承載力能力受限,可與承受生態壓力較小地區加強貿易交流,均衡生態壓力,防止本地自然資源被過度消耗。

(編輯:劉呈慶)

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