基于生態(tài)足跡的京津冀區(qū)域土地綜合承載力評價

[摘 要] 京津冀區(qū)域經(jīng)濟的快速發(fā)展和人口數(shù)量的不斷增長，給區(qū)域生態(tài)帶來巨大壓力。本文采用生態(tài)足跡法分別核算了2007-2011年區(qū)域的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字狀況。計算的結果表明，在核算時間區(qū)間內(nèi)，京津冀區(qū)域的生態(tài)足跡在逐漸增大，生態(tài)承載力在不斷降低，總的生態(tài)赤字和人均生態(tài)赤字均在逐年升高；區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的壓力也隨之增大，區(qū)域的生態(tài)平衡主要依賴外部區(qū)域的資源供給。

[關鍵詞] 生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；生態(tài)赤字；京津冀區(qū)域

doi ： 10 . 3969 / j . issn . 1673 - 0194 . 2013 . 23. 019

[中圖分類號] F207 [文獻標識碼] A [文章編號] 1673 - 0194（2013）23- 0036- 05

1 引 言

生態(tài)足跡（Ecological Footprint，EF），也稱生態(tài)空間占用，最早由加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家William Rees 等在1992 年提出，之后Wackernagel（1996）給出了具體的計算步驟。生態(tài)足跡是指能夠持續(xù)地提供資源或消納廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間（Biologically Productive Areas）。其含義就是要維持一個人、地區(qū)、國家或者全球人類的生產(chǎn)和生活所需要的或者所排放的廢物應具有生物生產(chǎn)力的地域面積。生態(tài)足跡法實際上是對可持續(xù)發(fā)展的一種定量測度方法，它通過將區(qū)域的資源和能源消費轉(zhuǎn)化為提供這些物質(zhì)所必需的生物生產(chǎn)性土地面積，并同區(qū)域能提供的生物生產(chǎn)性土地面積進行比較，來定量判斷一個區(qū)域的發(fā)展是否處于生態(tài)承載能力的范圍之內(nèi)。在實際應用中，通常用生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值來反映一個地區(qū)的生態(tài)環(huán)境狀況，并根據(jù)這個差值的正負定義為生態(tài)盈余或生態(tài)赤字。

生態(tài)足跡的計算包括生物資源消費和能源消費兩方面。生物資源消費主要包括林產(chǎn)品、農(nóng)產(chǎn)品、水產(chǎn)品以及動物產(chǎn)品等； 能源消費包括煤、原油、柴油、汽油、天然氣等。從生態(tài)足跡的構成要素不難看出，其反映的是與人們生活息息相關的各種資源，這些資源的變化能夠反映人口、資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟發(fā)展四者之間的關系。因此，生態(tài)足跡法雖然計算方法較為簡單，但體現(xiàn)的理論思想深刻，已經(jīng)被國內(nèi)外眾多的生態(tài)經(jīng)濟學者所接納。在國外，一些學者采用生態(tài)足跡法對一個或多個國家、地區(qū)的生態(tài)狀況進行了研究，如研究意大利的生態(tài)足跡、奧地利的生態(tài)足跡、澳大利亞的生態(tài)足跡、秘魯?shù)纳鷳B(tài)足跡、中國和印度生態(tài)足跡的對比、多個國家和全球范圍的生態(tài)足跡。而國內(nèi)的研究主要集中于一些省、市、區(qū)域的生態(tài)狀況，如研究甘肅省土地綜合承載力、西安市的生態(tài)足跡、成都市的生態(tài)足跡、唐山市的生態(tài)足跡、開縣的生態(tài)足跡。國內(nèi)外的這些研究，加深了人們對生態(tài)足跡的理解和認識；更為重要的是，這種方法計算的結果直觀而真實地向人們展示了世界各地的生態(tài)狀況，同時也進一步表明生態(tài)足跡方法應用的普遍性和可行性。

京津冀地區(qū)是我國政治、文化中心以及經(jīng)濟最發(fā)達地區(qū)之一。近年來，伴隨著區(qū)域經(jīng)濟一體化的發(fā)展，京津冀區(qū)域的經(jīng)濟取得了飛速的發(fā)展。2011年，地區(qū)國民生產(chǎn)總值達到5.2萬億元，成為繼長三角、珠三角之后經(jīng)濟發(fā)展的第三極。然而，隨之而來的是區(qū)域的人口也不斷增加，尤其是大量外來人口的涌入，給區(qū)域生態(tài)造成巨大壓力。2010年第六次全國人口普查顯示，京津冀地區(qū)人口數(shù)量為104 404 794人，占全國人口的7.79%；而區(qū)域面積為21.71萬平方千米，僅占全國土地面積的2.26%。同時，隨著城市化進程的不斷推進，原本用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的耕地被城市建設所侵占，巨大的人口和經(jīng)濟壓力使區(qū)域土地綜合承載力不斷下降。在這種新形勢下，當前京津冀區(qū)域土地綜合承載力的現(xiàn)實狀況到底如何，這是政府和百姓都十分關心和關注的重要問題。為此，本文將采用生態(tài)足跡法來對京津冀地區(qū)的土地綜合承載力進行評估。

2 生態(tài)足跡法計算步驟

生態(tài)足跡法具體的計算可以通過以下幾個步驟來完成：

第一步，計算各主要消費項目的人均年消費量。

（1）根據(jù)區(qū)域或者國家特點來劃分消費項目。

（2）計算區(qū)域各項消費的年消費總量和人均消費量。

第二步，計算生產(chǎn)各種消費項目的人均生物生產(chǎn)性土地面積。將各項資源或產(chǎn)品的消費折算成實際的生物生產(chǎn)性土地面積。計算公式為：

ai=ci/pi（1）

式中，pi為生產(chǎn)第i項消費項目的生物生產(chǎn)性土地的年平均生產(chǎn)力（kg/hm2）。

第三步，計算生態(tài)足跡。

（1）通過均衡因子計算各消費項目的人均各類生物生產(chǎn)性土地面積。

（2）計算人均生態(tài)足跡總和。

（3）計算地區(qū)總?cè)丝诘目偵鷳B(tài)足跡。

第四步，計算生態(tài)承載力。

（1）計算各類生物生產(chǎn)性土地面積。

（2）計算產(chǎn)量因子。相同的生物生產(chǎn)性土地在不同區(qū)域的生產(chǎn)力存在差異，因此，在計算土地總產(chǎn)出時，需要計算區(qū)域各種類型土地的產(chǎn)量因子。

（3）計算各類人均生態(tài)承載力和總的生態(tài)承載力。

第五步，計算生態(tài)盈余或生態(tài)赤字。

根據(jù)以上的計算步驟，可以將生態(tài)足跡法評價土地綜合承載力的計算過程總結如下：

生態(tài)足跡的計算主要包括生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計算。其中，生態(tài)足跡的計算公式為：

EF=N×ef=N×rj■ai=N×rj■（ci/pi）（2）

式中，EF為總的生態(tài)足跡；N為人口數(shù)量；ef為人均生態(tài)足跡；i為消費商品和投入的類型；ci為第i種商品的人均消費量；pi為第i種消費商品的平均生產(chǎn)能力；ai為人均的第i種商品折算成的生物生產(chǎn)性土地面積；rj為均衡因子。

生態(tài)承載力的計算公式為：

EC=N×ec=N×■ajrjyj（3）

式中，EC為區(qū)域總生態(tài)承載力；N為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力（hm2/人）；aj為人均占有第j類生物生產(chǎn)性土地的面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子。

因而，可以得到生態(tài)赤字的計算模型：

生態(tài)赤字（ED）=生態(tài)承載力（EC）一生態(tài)足跡（EF）。（4）

若一個區(qū)域的生態(tài)赤字為正值，即生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡，說明這個區(qū)域的人們對自然的索取小于自然界的承受范圍，則該區(qū)域處于可持續(xù)發(fā)展階段；反之，若一個區(qū)域的生態(tài)赤字為負值，即生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡，說明這個區(qū)域的人們對自然的索取大于自然界的承受范圍，則該區(qū)域處于不可持續(xù)發(fā)展階段；若一個區(qū)域的生態(tài)赤字為零，則該區(qū)域的發(fā)展處于均衡階段。

3 京津冀區(qū)域土地綜合承載力評價過程

本部分將首先計算京津冀區(qū)域生態(tài)足跡，然后計算區(qū)域的生態(tài)承載力，最后計算區(qū)域的生態(tài)赤字狀況。計算所用數(shù)據(jù)來源于2008-2012年的《中國統(tǒng)計年鑒》和京津冀3個地區(qū)的統(tǒng)計年鑒。模型中存在著兩個結合區(qū)域情況而確定的調(diào)整因子：產(chǎn)量因子和均衡因子。對于產(chǎn)量因子，本文借鑒Wackernagel等人（2004）在計算中國生態(tài)足跡時所采用的產(chǎn)量因子。均衡因子根據(jù)各個區(qū)域統(tǒng)計年鑒的提供數(shù)據(jù)加權匯總而得出。

3.1 京津冀地區(qū)的生態(tài)足跡計算

本節(jié)計算的生態(tài)足跡包括生物資源消費和能源消費兩個方面。計算區(qū)域性的生態(tài)足跡，忽略進出口的影響；在能源消費方面，采用的數(shù)據(jù)為實際消費量。

京津冀地區(qū)各年末的人口數(shù)據(jù)見表1。

3.1.1 生物資源消費

生物資源消費主要涵蓋糧食、棉花、油料、麻類、甜菜、煙葉、水果、水產(chǎn)品、肉類、奶類、禽蛋、木材12種消費品。利用生產(chǎn)力數(shù)據(jù)，將各項資源或者產(chǎn)品的消費折算為實際生物生產(chǎn)面積。由（2）式可知：

人均毛生態(tài)足跡=生產(chǎn)量/（區(qū)域平均產(chǎn)量×人口數(shù)）。（5）

根據(jù)（5）式計算所得結果（以2011年為例）見表2。

3.1.2 能源消費

對于能源消費品，考慮的對象主要為煤炭、石油、一次電力和熱力。將各項能源的消費轉(zhuǎn)換成相應的生物生產(chǎn)性土地，根據(jù)（2）式可知：

人均毛生態(tài)足跡=消費量×折算系數(shù)/（區(qū)域平均產(chǎn)量×人口數(shù)）。（6）

根據(jù)（6）式，計算結果見表3所示（以2011年為例）。

表3中，將4種消費品全部轉(zhuǎn)化成標準煤的質(zhì)量，折算系數(shù)均為標準煤的熱值。區(qū)域能源生態(tài)足跡根據(jù)區(qū)域生態(tài)數(shù)據(jù)計算得出。

3.1.3 總生態(tài)足跡

以上分別計算了生物資源和能源消費的生態(tài)足跡，由于各類型生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)力水平不盡相同，因此，在對兩種類型的生態(tài)足跡進行匯總時，需要對其進行標準化處理，同時乘以相應的均衡因子，進而將其轉(zhuǎn)化成統(tǒng)一的、可直接進行比較的生物生產(chǎn)性土地面積。

根據(jù)（2）式，對每種土地人均面積進行匯總：

人均面積=■第j項消費的人均毛生態(tài)足跡（7）

人均均衡面積=人均面積×均衡因子（8）

總面積=人均均衡面積×人口數(shù) （9）

根據(jù)上述計算公式，可以求出2011年京津冀區(qū)域的人均生態(tài)足跡，具體結果見表4所示（以2011年為例）。

表4中各種土地的人均面積為計算生物資源和能源消費生態(tài)足跡中按土地類型匯總的結果。

3.1.4 各年生態(tài)足跡的計算

應用同樣的方法計算京津冀地區(qū)2007-2010年的生態(tài)足跡，具體結果見表5所示。

3.2 京津冀地區(qū)的生態(tài)承載力計算

3.2.1 生態(tài)承載力的計算

生態(tài)承載力的計算主要是將不同的生物生產(chǎn)性土地進行同一化處理，進而能夠與生態(tài)足跡進行比較。根據(jù)（2）式容易得到如下計算公式：

人均面積=總面積/人口數(shù)（10）

人均均衡面積=人均面積×均衡因子×產(chǎn)量因子 （11）

總生態(tài)承載力=人均均衡面積×人口數(shù)（12）

根據(jù)上述公式，可以計算京津冀區(qū)域生態(tài)承載力，具體結果見表6所示（以2011年為例）。

需要說明的是，計算出生態(tài)承載力后，按照慣例，需要扣除12%的承載力來保護生物多樣性。

3.2.2 生態(tài)承載力的匯總

應用相同方法，分別計算2007-2010年京津冀區(qū)域的生態(tài)承載力，最終得到的匯總結果見表7。

3.3 京津冀地區(qū)的生態(tài)赤字計算

計算生態(tài)足跡的主要目的是分析京津冀區(qū)域的環(huán)境狀況是生態(tài)盈余，還是生態(tài)赤字狀態(tài)，以指導未來區(qū)域政策的制定。

根據(jù)（2）式可以得出如下生態(tài)赤字的計算公式：

人均生態(tài)赤字=人均生態(tài)承載力-人均生態(tài)足跡（13）

總生態(tài)赤字=總生態(tài)承載力-總生態(tài)足跡（14）

由于京津冀區(qū)域的人口數(shù)量每年都在發(fā)生變化，因此在計算中考慮了生態(tài)赤字的總量和人均量。具體結果見表8所示。

從表8可以看出，從2007-2011年，無論是生態(tài)赤字的總量，還是人均量，京津冀區(qū)域一直處于生態(tài)赤字狀態(tài)，并且生態(tài)赤字有加重的趨勢，這對未來區(qū)域生態(tài)建設提出了嚴峻的挑戰(zhàn)。

為了更好地反映區(qū)域生態(tài)狀況，定義生態(tài)壓力指數(shù)來衡量自然能夠承受人類索取的程度，這里生態(tài)壓力指數(shù)為人均生態(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之比。2007-2011年，京津冀區(qū)域生態(tài)壓力指數(shù)見表9所示。

從表9可以看出，京津冀區(qū)域2007-2011年的生態(tài)壓力指數(shù)一直超過6.5，且呈現(xiàn)逐年上升趨勢，這說明需要超過6個京津冀地區(qū)的土地面積才能承載目前該區(qū)域人群的生活，這是一個十分危險的生態(tài)狀態(tài)，意味著京津冀地區(qū)超過80%的人口都處于其他區(qū)域的供養(yǎng)狀態(tài)，對其他補給地區(qū)的生態(tài)環(huán)境造成了巨大壓力。

4 生態(tài)赤字原因分析

由于涵蓋北京、天津這兩個一線都市，人口高度集中，土地產(chǎn)出十分有限，京津冀區(qū)域呈現(xiàn)生態(tài)赤字是在意料之中，但生態(tài)赤字的數(shù)額之大卻是始料未及。從本文的計算過程來看，京津冀地區(qū)的生態(tài)赤字的增加源于生態(tài)足跡的上升和生態(tài)承載力的下降。而區(qū)域土地綜合承載力出現(xiàn)赤字可能由人口、土地資源、環(huán)境、經(jīng)濟四方面因素共同導致。

從人口方面來看，2007年京津冀地區(qū)人口數(shù)為9 691萬人，到2011年人口已經(jīng)突破億人大關，達到10 615萬人，4年間人口凈增加924萬人，而且這只是常住人口數(shù)量。2007-2011年的全國年均人口增長率為0.53%，而京津冀地區(qū)年均人口增加200萬人左右，人口增長率在1.5%以上，為全國年均人口增長率的3倍左右，新增人口中部分來自于本地人口的自然增長，而更多部分則源于大量外來人口的遷徙進入，尤其是外來人口進一步加劇了京津冀地區(qū)的人口負荷。人口增加最直接的后果就是對各種資源的消費增加，因而總的生態(tài)足跡增加，對自然的壓力隨之增大。

從土地資源方面來看，人口的增長影響了城市的各種資源供求量，從生態(tài)足跡的角度來說，每一種資源最終都轉(zhuǎn)化成相應的生物生產(chǎn)性土地，因而各種資源的變化實質(zhì)上就是土地面積的變化。土地資源的變化體現(xiàn)在兩個方面：①為了承載不斷增長的人口，很多原本用于生產(chǎn)的耕地、林地、草地被侵占用于經(jīng)濟建設，直接導致區(qū)域土地的生產(chǎn)能力逐步變小。②城市化進程的加快使得人們不斷進入擁擠的城市，農(nóng)村的大量耕地被閑置，致使生態(tài)足跡增加的同時生態(tài)承載力卻在減少。

從環(huán)境方面來看，近些年來京津冀地區(qū)的自然環(huán)境急劇惡化，主要表現(xiàn)為：①西部與北部太行山、燕山山地的水土流失。②北京、天津、石家莊、唐山、保定等大、中城市的生態(tài)壓力指數(shù)大于1，已經(jīng)出現(xiàn)了生態(tài)超載。③工業(yè)快速發(fā)展產(chǎn)生大量的廢水、廢渣和廢氣，導致大氣污染嚴重，生態(tài)環(huán)境惡化。④農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中添加各種農(nóng)藥、化肥等，這些都給環(huán)境的友好發(fā)展帶來了威脅。環(huán)境變差的后果是各種生物生產(chǎn)性土地的生產(chǎn)能力不斷變差，出現(xiàn)大量沙漠化土地和鹽堿化土地，整個區(qū)域的生態(tài)承載力變?nèi)酢?/p>

從經(jīng)濟方面來看，經(jīng)濟的增長不僅僅是城市發(fā)展的象征，更是可持續(xù)發(fā)展的象征和承載力強弱的象征。京津冀地區(qū)的GDP一直處于高速增長狀態(tài)，但這種高速的增長也是有代價的，它是在高投資水平、高資源消耗、高浪費、高污染的狀態(tài)下進行的，盡管這種狀況隨著人們環(huán)保意識的增強而有所改觀，但大多數(shù)已經(jīng)破壞或者是嚴重污染的土地短期內(nèi)不能恢復生產(chǎn)能力，并且伴隨經(jīng)濟的發(fā)展，新的污染還在不斷產(chǎn)生。經(jīng)濟發(fā)展與環(huán)境污染似乎總是結伴而行。這對于京津冀區(qū)域脆弱的生態(tài)環(huán)境可謂雪上加霜。

5 總 結

本文利用生態(tài)足跡法評估了京津冀區(qū)域土地承載力，進而對區(qū)域生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展進行了量化分析?？紤]到京津冀區(qū)域人口處于不斷變動之中，本文分別計算了區(qū)域生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字的總量及人均量。計算結果顯示，從2007至2011年，京津冀地區(qū)的人均生態(tài)足跡和總的生態(tài)足跡逐年增加，分別增長了8.7和18.3個百分點；與此同時，總生態(tài)承載力呈現(xiàn)微幅下降趨勢，而伴隨著京津冀區(qū)域人口數(shù)量的增加，人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)下降趨勢，由2007年到2011年下降了8.7個百分點。在此背景下，京津冀區(qū)域總的生態(tài)赤字和人均生態(tài)赤字都在逐步擴大，從2007至2011年，兩者分別增加了21.6和11.1個百分點。此外，區(qū)域生態(tài)壓力指數(shù)一直大于6.5并呈上升趨勢，這一數(shù)據(jù)表明，區(qū)域生態(tài)可持續(xù)發(fā)展的壓力巨大，區(qū)域生態(tài)的平衡主要依賴外部區(qū)域的資源補給。嚴重的區(qū)域生態(tài)超載給區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展造成巨大的壓力。因此，未來京津冀區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展需要加強兩方面的工作：一是嚴格控制區(qū)域人口數(shù)量，二是竭盡全力縮減由于經(jīng)濟發(fā)展造成的土地資源流失或土地產(chǎn)出降低。

主要參考文獻

[1]Galli A， Kitzes J， Niccolucci V， et al. Assessing the Global Environmental Consequences of Economic Growth through the Ecological Footprint： A Focus on China and India [J]. Ecological Indicators， 2012， 17： 99-107.

[2]Haberl H， Erb K， Krausmann F. How to Calculate and Interpret Ecological Footprints for Long Periods of Time：the Case of Austria 1926-1995[J]. Ecological Economics， 2001， 38（1）：25-45.

[3]Solís-Guzmán J， Marrero M， Ramírez-de-Arellano A. Methodology for Determining the Ecological Footprint of the Construction of Residential Buildings in Andalusia （Spain）[J]. Ecological Indicators， 2013， 25：239-249.

[4]Kissinger M. Approaches for Calculating a Nation's Food Ecological Footprint-The Case of Canada[J]. Ecological Indicators， 2013， 24：366-374.

[5]Linden M， Murray S A. A Modified Ecological Footprint Method and Its Application to Australia[J]. Ecological Economics， 2001， 37（2）：229-255.

[6]Siche R， Pereira L， Agostinho F， et al. Convergence of Ecological Footprint and Emergy Analysis as a Sustainability Indicator of Countries： Peru as Case Study [J]. Communications in Nonlinear Science and Numerical Simulation， 2010， 15（10）：3182-3192.

[7]Wackernagel M， Monfreda C， Schulz N B， et al. Calculating National and Global Ecological Footprint Time Series： Resolving Conceptual Challenges [J]. Land Use Policy， 2004， 21（3）：271-278.

[8]Rees W E. Ecological Footprints and Appropriated Carrying Capacity： What Urban Economics Leaves Out[J]. Environment and Urbanization， 1992， 4（2）：121-130.

[9]Wackernagel M. Our Ecological Footprint：Reducing Human Impact on the Earth[M]. Gabriola Island，BC Canada：New Society Publishers， 1996.

[10]Wackernagel M， Onisto L， Bello P， et al. National Natural Capital Accounting with the Ecological Footprint Concept [J]. Ecological Economics， 1999， 29（3）：375-390.

[11]Yue D X， Xu X F， Li Z Z. Spatiotemporal Analysis of Ecological Footprint and Biological Capacity of Gansu， China 1991-2015： Down from the Environmental Cliff[J]. Ecological Economics，2006，58（2）：393-406.

[12]Zhao S， Song K， Gui F， et al. The Emergy Ecological Footprint for Small Fish Farm in China [J]. Ecological Indicators， 2013， 29：62-67.

[13]鐘小蘭，彭文甫，黎秋陽，等.基于生態(tài)足跡的土地生態(tài)承載力動態(tài)變化研究──以成都市為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2012（23）：11855-11858.

[14]蒲鵬，傅瓦利. 基于生態(tài)足跡法的開縣土地承載力研究[J].西安師范大學學報，2011，36（2）：163-168.

[15]王建洪，任志遠，蘇雅麗. 基于生態(tài)足跡的1997-2009 年西安市土地生態(tài)承載力評價[J].干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究，2012，31（1）：224-229.

[16]楊開忠，楊詠，陳潔. 生態(tài)足跡分析理論與方法[J].地球科學進展，2000，15（6）：630-636.