資源枯竭城市轉型生態足跡分析——以徐州市賈汪區為例

朱 琳，卞正富，趙 華，余 健

（中國礦業大學國土資源研究所，江蘇 徐州 221116）

1 引言

生態足跡方法能夠直接或間接地量化人類需求和自然再生產能力[1-2]，測算在當前技術水平下人類對生態系統資源與服務的需求[3]，從消費角度闡述人類活動處在未超出或超出自然生態系統再生產能力的程度[1,4-5]，是一種衡量可持續發展程度的生物物理方法。目前已經廣泛應用在不同尺度和區域的可持續研究中，但是針對資源枯竭型城市轉型期的研究較少。

資源型城市是因資源開采或資源產業興建和發展而來，相比一般城市而言，自然資源需求和利用量較大，受資源約束影響較顯著。資源枯竭型城市轉型旨在突破資源約束瓶頸，協調經濟發展和生態安全，因此，從生態角度定量衡量資源型城市轉型的可持續性尤為必要[6]。傳統可持續研究方法多聚焦在經濟層面，忽略了生態可持續性，生態足跡法可以反映城市發展生物物理特征和自然生態系統的延續性，側重城市發展的生態可持續性，適用于生態環境敏感的資源枯竭型城市。

本文應用傳統生態足跡法[7-8]和三維生態足跡法[9-10]，以資源枯竭型城市徐州市賈汪區為例，從空間和時間角度分析煤炭城市轉型期的可持續性，回答已有文獻很少涉及的從時間角度考察生態足跡的問題：（1）城市發展實際需要多少生產性土地，及城市生態承載力大小；（2）在當前技術條件下，自然系統要使用多長時間能生產出當前人類消費的生物生產量。同時這也是Niccolucia在2009年提出的三維生態足跡法首次應用在資源型城市[9-10]，為資源型城市轉型可持續研究提供了新的研究視角。

2 研究方法

本文將Wackernagel等提出的生態足跡法[1,7-8,11]暫且稱為傳統生態足跡法（EFclassical），即將各種能源和資源消費項目折算為生產性土地，分別為耕地、草地、林地、水域、建筑用地和化石能源用地，計算公式為：

式1表示城市生態足跡總量EF（hm2），其中，Si表示生產性土地總面積； yi代表產量因子，采用全球平均產量[12]；ei代表均衡因子（下同），采用Wackernagel等[12]和徐中民等[13]的計算結果，其中耕地和建筑用地為2.8，林地為1.1，草地為0.5，化石能源用地為1.1，水域為0.2；Ci表示消費物品總量，Yi代表土地產量的均衡因子。式2中，EC在本文是指扣除生物多樣性保護面積后的可利用生態承載力（hm2），A表示地類面積，12%是生物多樣性保護面積比重。

人均生態足跡（ef）和人均生態承載力（ec）分別通過式3和式4計算而得，其中Pi表示人口數量。

當生態足跡大于生態承載力時，就會出現生態赤字，反之則出現生態盈余，即：

傳統生態足跡法的生態赤字狀態可以比作為一個圓環(圖1)，外圓包含的面積表示生態足跡，內圓包含的面積是生態承載力，外圓和內圓面積之差為生態赤字。

三維生態足跡法（3D EF）于2009年由Niccolucci提出[9]并應用[10]。三維生態足跡法利用兩種形式表達人類需求與自然供給的時空關系，即生態足跡尺度（EFsize）和生態足跡高度（EFdepth）。當生態足跡高度大于0時，三維生態足跡可以看作為圓柱（圖2），圓柱底面表示生態足跡尺度，其大小等于生態承載力，代表能為人類提供資源和物質的生產性土地面積；圓柱高代表生態足跡高度，表示在當前技術水平下，以現有土地生產能力需要多長時間才能滿足當年城市發展需要，并彌補目前出現的生態赤字（式6），當生態足跡高度大于1時，表示當前土地面積提供的生物生產量已經不能滿足城市發展需求。生態足跡越高時，表明城市的生態赤字越大，發展方式越遠離可持續。圓柱體積表示生態足跡總量，即生態足跡尺度和生態足跡高度乘積（式7）。

從分析來看，傳統生態足跡法和三維生態足跡法得出的生態足跡總量相等，即：

傳統生態足跡法從空間角度分析城市發展中自然資源供需關系；三維生態足跡從時間角度，即通過自然生態系統生產生物量滿足城市發展資源需求所需的時間觀察城市發展可持續趨勢，花費的時間越長，表明城市對資源透支消費嚴重，城市發展方式越不可持續。

圖1 傳統生態足跡圖示Fig.1 The classically Ecological Footprint mode

圖2 三維生態足跡圖示Fig.2 3D Ecological Footprint model

3 研究區概況

賈汪區位于江蘇省徐州市東北蘇魯兩省交界處，地處東經117°17'—117°42'，北緯34°17'—34°32'，全區總面積620 km2，人口53余萬。賈汪區南部屬黃泛沖積平原，地勢平坦，北部為丘陵山區，有主要山峰55座，屬暖溫帶半濕潤季風氣候，具有淮河流域特點，冬冷夏熱，四季分明，年平均氣溫14.2 ℃，無霜期280天，全區多年平均降雨量802.4 mm。

賈汪區地下煤炭資源豐富，素有“蘇北煤城”之稱。煤田面積202 km2，煤田上方人口共計26萬余人，近全區總人口的一半。自1882年采煤至今已有130余年的開采歷史，曾有年產量120萬t以上的大型國有煤礦5座，年產量20—30萬t的地方煤礦16座，年產量10萬t左右的煤礦229座。2001年“7.22事故”后，因煤炭資源不足，省政府強行關閉243座煤礦，現僅有徐州礦務集團旗山煤礦還在運營。由于長期進行煤炭開采和煤炭產業發展，城市在經濟增長同時，對生態系統產生許多負面影響，特別是自然資源的過度利用。自2001年大規模關閉煤礦后，賈汪區已進入城市發展轉型階段，亟需轉變經濟增長方式，實現城市可持續發展[14]。

4 結果與分析

4.1 傳統生態足跡法

煤炭資源型城市產業結構單一，特別是重工業發展對城市經濟貢獻尤為突出。首先對賈汪區2000年來重工業產值（HIP）占工業總產值（IP）比重（H）變化情況進行統計。圖3表明，2000—2002年，重工業產值占工業總產值的比率呈現基本穩定的狀態；2003年，重工業比率急劇下降至谷底，僅占27.17%，主要是很多煤礦關閉引起相關行業的不景氣；2004年，區政府擴大招商引資，扭轉經濟嚴重下滑的局面，使重工業再次占據當地工業的主導地位，至2010年，重工業產值占工業總產值的77.83%。

煤礦關閉后當地產業發展受到重大影響，許多煤礦失去了為當地人們提供就業服務的功能，2000—2007年，賈汪區人口不增反減，可以看出賈汪區在轉型初期對外來人口吸引力有所下降。隨著產業轉型發展成果累積，對外來人口和投資吸引力逐漸增強，2008年后人口又逐漸轉入增長態勢。

利用傳統生態足跡法計算生態承載力和生態足跡（圖4）。由于賈汪區工業化進程和城市擴張，耕地面積減少、建設用地增加，生態承載力在2000—2010年間呈現緩慢下降趨勢；生態足跡在2000—2003年間緩慢增長，2004年后開始急劇增長，也在該年開始出現生態赤字，即生態足跡超出當地生態承載力，說明轉型期經濟發展對資源消耗強度過大，主要表現為賈汪區重工業再崛起和資源型產業大規模擴張，對生態系統產生巨大壓力，不利于資源枯竭型城市轉型進程和可持續發展[15]。由于賈汪區在2007和2008年對工業投資比重有所減少，2009年時出現了生態足跡降低，但在2010年又恢復了上升趨勢。

圖3 2000—2010年重工業產值/工業產值變化Fig.3 Changes of the ratio of HIP to IP from 2000 to 2010

圖4 2000—2010年賈汪生態足跡、生態承載力變化Fig.4 EF and EC changes in Jiawang District from 2000 to 2010

從人均角度看，人均生態承載力（ec）從2000年至2010年變化不大，人均生態赤字（ed）亦呈現逐漸上升趨勢（圖5），原因是人均生態足跡（ef）大幅增加，通過調查得知賈汪區經濟發展仍然依賴重工業，尤其是高污染企業，如水泥廠、化工廠、橡膠廠等。人均國內生產總值（gdp）變化趨勢與人均生態足跡、人均生態赤字的變化趨勢相似，從一定程度上可以說賈汪區是高污染、高消耗的經濟增長方式。

圖5 賈汪區2000—2010年ef、ec、ed與gdp的變化情況Fig.5 Changes of ef, ec, ed and gdp from 2000 to 2010

4.2 三維生態足跡法

利用三維生態足跡核算得知（表1），2000—2003年間，生態足跡尺度在生態承載力范圍內，生態足跡高度在2000—2003年間為1，說明當地能夠為經濟發展提供足夠的物質資源和生物生產量；2004年后生態足跡尺度與生態承載力相同，生態足跡高度開始急劇攀升，也隨之出現了生態赤字，一方面由于資源枯竭因素對經濟發展的滯后效應，另一方面與2004年大規模招商引資，引入諸多重工業有直接關系。本地煤礦關閉后，賈汪區經濟發展動力不足，地方對重工業的再發展為社會經濟發展帶來推動力量，但同時對資源、生物生產量需求大幅增加。

表1 2000—2010年三維生態足跡核算表Tab.1 Trends of 3D EF from 2000 to 2010

2004年賈汪區對資源需求量相當于在當時技術條件下自然系統花費1.62年時間的生產量；2010年時的生態資源需求量需要自然系統花費9.89年時間生產。可以看出，賈汪區近年來的發展嚴重超出自然生態系統供給能力，在一定程度上影響了后代人對自然資源的使用權利。從另一方面看，當地政府主導的經濟發展方式仍然高度依賴資源、過多發展資源消費型產業，并沒有真正轉型升級。

圖6 賈汪區2000—2010年人均生態足跡變化中各地類變化情況Fig.6 Changes of different types of land ecological footprint per person from 2000 to 2010 in Jiawang District

4.3 生態足跡結構分析

圖6表明，2000—2010年間，林地、草地、水域生態足跡變化不大，變化最為顯著的依次是化石能源用地、建筑用地和耕地。化石能源用地生態足跡在2000—2003年間變化不大，2004年開始逐漸增大，2008年化石能源生態足跡是2003年的11.36倍，這與賈汪區2004年重工業急劇增加的變化趨勢相吻合，說明煤礦關閉后，城市經濟發展對礦產資源依然呈現巨大需求，從產業發展角度看，賈汪區仍延續資源消耗型發展方式。建筑用地生態足跡在2000—2008年間呈現逐年遞增態勢，原因是隨著社會經濟發展，基礎設施用地、工業用地隨之擴張，人均建筑用地由2000年到2008年增長了8.28%；2008年后變化不大，這與土地利用總體規劃建設用地指標約束有很大關系。耕地生態足跡呈現減少趨勢，一是因為人口總數變化不大，對糧食需求比較穩定，二是科技因素帶來賈汪區農業土地生產力提高。

5 結論與討論

5.1 結論

（1）生態足跡法能定量分析人類對自然資源需求是否處在生態承載力范圍之內，三維生態足跡法能從時間維度觀察自然資源供需關系。11年來，賈汪區生態足跡和生態赤字呈現逐步增長狀態；2000—2003年，生態足跡尺度在生態承載力范圍內，2004年后，賈汪區生態足跡尺度超出生態承載力，生態足跡高度開始大于1，即資源消耗量超出自然系統年再生產能力；2010年，自然系統需花費9.89年時間生產生物量才能滿足城市發展需要。生態足跡尺度和高度變化表明，賈汪區城市發展和產業接續工作以消耗資源為代價，使當地自然系統資源更新、供給能力與社會經濟發展需求矛盾突出，是不可持續的發展方式。

（2）城市發展是否可持續，不僅僅要從經濟發展量上衡量，更要從質的角度衡量，即考察經濟發展與自然承載力的關系。在各種地類生態足跡中，能源化石用地足跡和建筑用地足跡增長明顯，特別是在2004年煤礦關閉后，賈汪區大規模引入重工業企業，對資源需求量急劇增加。從生態足跡和生態承載力看，社會系統中資源輸入量越來越大，在生態承載力或自然系統再生生物量能力維持穩定的情況下，自然系統資源貯存量將會逐漸減少，若不及時調整城市發展戰略，必將面臨資源枯竭、環境惡化，無法支撐產業發展的局面。

5.2 建議

礦產資源的不可再生性使資源型城市發展不能長期依賴礦產資源，勢必面臨資源枯竭的挑戰。轉變經濟發展方式，協調經濟和資源環境關系是資源枯竭型城市轉型期要解決的關鍵問題。在經濟發展過程中，利用生態足跡法衡量城市發展對資源依賴程度和利用程度，可以定量了解經濟轉型方式的可持續性。根據對賈汪區生態足跡核算和分析，對賈汪區城市轉型發展提出以下三點建議：（1）閑置資源再利用。煤炭城市在枯竭期會經歷大規模煤礦關閉過程，原企業辦公用地、壓占地等土地應該進行合理再利用。通過調查和可行性研究，可以選擇廠房出租、土地復墾利用等利用方式，避免資源閑置浪費，提高土地利用率。（2）調整產業結構。煤炭資源型城市經歷了長期以重工業為支撐的產業道路，經濟發展多以資源消耗和環境污染為代價。在資源枯竭階段，資源型城市的先天發展優勢逐漸消亡，以資源型重工業為主要經濟支撐的局面應適時調整，重點發展第三產業，將悠久歷史的煤炭城市打造為礦業遺址，改造塌陷地為濕地公園，大力發展旅游產業。（3）培養企業生態責任意識。以重工業為主的資源型城市，追求經濟效益的同時忽視了經濟發展與環境的協調關系，使得生態環境受到很大程度的破壞。加強企業的生態責任意識，有助于在城市轉型期間提升經濟發展質量，對城市經濟社會的可持續發展具有重要推動作用。

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