基于生態足跡的港口型城鎮土地生態安全研究
——以寧波市鎮海區為例

呂添貴，吳次芳，李 冠，張 舟

（浙江大學 公共管理學院，浙江 杭州310029）

為滿足人類生存和可持續發展需求，土地不僅承載人類的各項活動，還提供生態系統服務，土地生態安全已成為實現人地關系長期協調發展的有利工具，也是實現國土安全的基礎保障。隨著城市化和工業化進程的不斷加劇，對土地開發利用范圍不斷擴大，資源環境保護與社會經濟發展矛盾日益突出，不斷惡化的環境污染和水土資源破壞等土地生態安全問題已引起了廣泛關注和重視［1－2］，國內外學者對土地生態安全展開了相關研究［3－5］。縱觀已有研究發現，目前對港口型城鎮的土地生態安全研究相對較少。港口型城鎮作為一種特殊土地利用類型區域，港口的傳統運輸功能使其成為城市的“窗口”，現代深水大港的臨港產業和現代物流功能極大提升了城鎮競爭力，城鎮為港口建設提供了空間、公共設施和腹地支持等［6］。但沿海港口重工業的發展使港口型城鎮土地生態安全面臨多重挑戰，特別是港口重化工業發展引起土地利用變化對生態環境影響日益顯現，由此造成的生態危機將直接影響沿海生態安全［7］。鑒于此，科學評價港口型城鎮的土地生態安全，對合理推進港口型城鎮發展，促進沿海區域社會經濟持續發展具有重要意義［8］。

浙江省作為沿海經濟發達地區，由于土地開發利用強度高使其人地矛盾較為突出，區域內土地生態環境極易達到脅迫狀態，特別是《浙江海洋經濟發展示范區規劃》［9］上升為國家建設戰略和新型城鎮化建設大背景下，寧波市不僅作為浙江省大力發展海洋經濟和打造“海上浙江”戰略核心區，同時承擔著打造長三角南翼經濟中心和策應上海航運中心等職能。因而，研究如何構建海洋經濟區土地生態安全屏障，為保障海洋生態經濟區建設順利推進更顯得刻不容緩。基于此，本研究以寧波市鎮海區為研究對象，運用生態足跡法測算其1997—2011年土地利用生態安全變化狀況，剖析該區域土地生態安全狀態，并在此基礎上分析土地生態安全變化影響因素，以期為浙江省海洋生態經濟區構建土地生態安全屏障提供借鑒。

1 研究區概況

鎮海區位于浙江省寧波市境內，屬長江三角洲地區，地處中國大陸海岸線中段的東海之濱城市帶，甬江入海口北側，位于東經121°27′—121°46′，北緯29°63′—30°06′。鎮海區港口在2009年已擁有3 000t級以上泊位4個，萬頓級泊位9個以及我國最大的5萬頓級液體化工專用泊位，港口年吞吐能力超過2.0×107t，港岸線長21km，是東部沿海地區重要的樞紐港［10］。該區面積約為237km2，境內地貌特征多樣，西北為山地丘陵，中部為水網平原，東南為濱海平原，多以農用地和建設用地為主，后備土地資源較為匱乏。港口型區域社會經濟發展較為迅速，是浙江省重要的化工和現代物流基地，2012年末戶籍人口為22.76萬人，實現國民生產總值6.46×1010元，其中工業產值為4.77×1010元，第三產值為1.34×1010元［11］。隨著2011年《浙江海洋經濟發展示范區規劃》［9］上升為國家戰略規劃，鎮海作為規劃區范圍內三大海洋經濟區之一，在港口海運業、臨港工業、海洋漁業和濱海旅游業等方面迎來了良好的發展機遇，而如何構建港口型城鎮土地生態安全已成為保障區域社會經濟可持續發展的必然選擇。

2 研究方法與數據來源

生態足跡法（ecological footprint）最早由加拿大生態經濟學家 William［12］在1992年提出，即以生態空間面積來衡量人類對自然資本的消費及自然系統能夠持續提供的生態服務功能，是當前區域土地生態安全評價的重要工具。其基本原理是通過生態足跡需求與自然生態系統的承載力進行比較，判斷某一地區土地可持續發展狀態，以便對未來人類生存和社會經濟發展做出科學規劃和建議，該方法已在社會經濟發展中得到廣泛應用［13－14］。

2.1 研究方法

2.1.1 生態足跡模型 生態足跡指在一定技術條件及維持某一消費水平下，一定數量人口持續生存所必須擁有的生物生產性土地面積。根據區域生產力大小差異，將地表的生物生產性土地分為耕地、林地、草地、化石燃料用地、建筑用地和水域6大類進行核算，其計算公式為：

式中：EF——生態足跡；N——人口數；ef——人均生態足跡；i——消費商品和投入類型；aai——人均i交易商品折算的生物生產面積；rj——均衡因子；ci——i種商品的人均消費量；pi——i種消費品的平均生產能力。

2.1.2 生態承載力模型 生態承載力是指一個區域實際提供給人類的資源和產品折合為所有生物生產土地面積的總和。其計算方法是將區域內各類生物生產土地面積乘以均衡因子和產量因子后，求得區域總生態承載力。計算公式為：

式中：EC——人均生態承載力（hm2）；N——區域總人口數；aj——實際人均占有的第j類生物生產土地 面 積；rj——均 衡 因 子；yj——產 量 因 子；REC——有效生態承載力，即生態承載力計算時扣除了12%的生物多樣性保護面積。

2.1.3 土地生態壓力指數 通過比較區域生態足跡與生態承載力，可進行區域生態安全分析，進而判斷土地生態利用狀況是否處于安全狀態。如果生態足跡超過了區域所能提供的生態承載力，就出現生態赤字，反之，則表現為生態盈余。結合前人研究結果［15］，提出區域土地生態壓力指數，即某一地區可更新人均生態足跡與生態承載力的比率，可反映區域生態環境的承壓狀態，劃分標準詳見表1［16］，評價模型為：

式中：ED——人均生態赤字水平；EF——人均生態足跡；EC——人均生態承載力；ETI——土地生態壓力指數。

表1 生態壓力指數的等級劃分標準［16］

2.2 數據來源

根據數據可獲性的原則，選取評價時段為1997—2011年。統計數據來源于《寧波市鎮海區統計年鑒》［11］，其中部分土地數據來源于1997—2011年土地利用變更數據［16］，以及鎮海區相應社會經濟發展公報。有關全球平均產量數據則參考已有研究結果［4］。

3 計算結果與分析

3.1 土地生態安全計算結果

土地生態安全狀態計算需要對作物產量進行轉換，有關生態盈虧轉換因子將借鑒已有研究［4－5］。其中，均衡因子取值：化石能源地和森林為1.10，耕地和建設用地為2.80，牧草地為0.50，水域為0.20；產量因子取值：耕地和建設用地為1.66，林地為0.91，牧草地為0.19，水域為1.00，化石原料用地為0。生態足跡由生物資源和能源消費兩部分組成，其中：生物資源由農產品、動物產品、林產品和水產品組成，而能源消費則由液化石油氣、煤氣和電力等構成。通過對鎮海區1997—2011年生態安全狀況進行動態測度，得到鎮海區生態足跡、生態承載力和生態盈虧狀況（表2—4）。

表2 鎮海區1997－2011年人均生態足跡情況 hm2

表3 鎮海區1997－2011年人均生態承載力情況 hm2

表4 鎮海區1997－2011年人均生態足跡、生態承載力及生態赤字情況

3.2 土地生態安全結果分析

3.2.1 生態足跡變化分析 從表2可知，鎮海區人均生態足跡從1997年6.417 8hm2增加到2011年的7.535 4hm2，生態足跡在15a間增加了1.117 6 hm2，年均增加0.074 5hm2。在生態足跡用地的6大組成部分中，化石能源用地和建設用地所占比重最大。生態足跡各組成部分面積占土地類型面積越大，則表明該類型土地對生態足跡的累積貢獻率越大。據此原則分析發現，在研究期內鎮海區化工能源用地和建筑用地足跡貢獻比例在70%以上，其中化工能源用地生態足跡比例最高，其次是建筑用地。通過分析典型年份（2011年）發現，各類型足跡用地比例從高到低順序依次為：化石能源用地＞建筑用地＞耕地＞林地＞水域＞草地。分析可知，鎮海區人均生態足跡特征始終處于高位且呈小幅增長趨勢，反映出港口化工產業發展對城鎮建設的影響，特別是重化工產業用地布局增加導致對化石燃料使用需求上升；而建設用地足跡的增加主要源于當地居民收入生活水平的提高，對居住用地、動物產品和各類服務用地需求增加有關。

3.2.2 生態承載力變化分析 從表3可知，鎮海區在研究期間內人均生態承載力呈小幅波動遞增趨勢，從1997年的0.337 0hm2增加到2011年的0.362 4 hm2，期間合計增加0.025 4hm2，年均增幅0.001 7 hm2。與生態足跡組成相對應的是生態承載力由耕地、草地、林地、水域、化石能源用地和建設用地共同構成。通過分析2011年典型年份可知，建設用地承載力比例最高，占整個生態承載力的60%，其次是耕地，比例為36%，其他類型土地承載力比例不到4%。從研究時段分析，各類型土地生態承載力保持在相對穩定水平，以建設用地和耕地承載力為主。總體而言，港口型區域承載力水平總體較低，且承載力提高幅度有限。特別是發展化工產業和物流貿易對資源需求已超過區域土地生產承載能力，而當地自然資源量已不能滿足其發展需求，要同時維持港口與城鎮的土地生態安全持續運行動力來自兩方面：一是繼續依靠消耗本地區自然資源存量；二是需要購買區域外自然資源以彌補本地區生態承載力的不足。

3.2.3 生態赤字與生態壓力指數變化分析 根據表4可知，在研究期內鎮海區生態足跡值始終大于生態承載力值，其生態赤字平均值為7.222，存在明顯的生態赤字現象，且維持在較高水平，年變化幅度較小，局部波動但總體呈逐年上升趨勢。生態壓力指數作為生態赤字的延伸，反映了土地資源生態足跡需求與生態承載力的比例關系，指數越大說明該區域土地生態壓力越大，反之亦然。從上述計算結果可知，鎮海區生態壓力指數平均值為21.72，按照表1劃分結果，表明鎮海區當前土地生態處于極不安全狀態。且從時間序列看，在研究期內土地生態壓力指數一直維持在較高幅度，說明該區域生態環境一直處于較為惡劣狀態。究其原因，是由于鎮海作為港口型城鎮以化工產業發展模式為核心，致使資源需求與本地資源環境供給能力之間存在突出矛盾，也表明了區域土地生態系統處于超負荷利用狀態，社會發展面臨嚴峻的生態環境壓力，土地利用可持續發展還需進一步強化［17］。

4 土地生態安全變化影響因素分析

由于鎮海港特殊的地理位置容易使其擴大在城鎮以外的需求，較內陸型城鎮具有明顯優勢，港口區位優勢使港口城鎮經濟輻射能力大幅增強，產業發展對城鎮腹地需求大幅增加。鎮海區作為港口型城鎮，利用港口獨特運輸成本優勢，大力建設重化工、倉儲物流和加工貿易等基地，對原煤、燃料油、汽油等不可再生能源需求劇增，易使該地區配套資源消耗大幅增加而提高了本地生態足跡值。從生態足跡構成變化發現鎮海區土地生態處于很不安全狀態，主要是受到城鎮化發展、重化工產業建設和居民消費結構調整等不同因素影響。

4.1 港口城鎮建設發展因素

鎮海區作為中轉型港口型城鎮，其港口直接相關產業包括航運、集疏運、倉儲等；而港口間接相關產業有貿易以及港口派生產業如金融、保險、房地產、餐飲、商業等［17］，這些產業發展用地需求直接影響了區域土地生態安全。一方面鎮海區處于港口地區，隨著各類產業不斷發展，對各類用地需求也隨之增加，特別是城鎮建設用地規模大幅拓展，從1997年50km2到2011年的104km2，15a間增加了54km2，而大規模的城鎮化建設不可避免地占用耕地、林地和草地等生態用地資源，生態用地面積的減少使得區域耕地承載力水平大幅降低。另一方面，城鎮基礎工程建設項目的推進，直接導致熱力和電力資源消耗水平大幅增加，間接提高了區域人均生態用地需求。因而，由于城鎮化導致建設用地增加和生態用地減少，最終使得港口型城鎮出現嚴重的生態赤字，是港口型城鎮區域土地生態風險的主要來源。

4.2 港口重化工產業發展因素影響

港口獨特的地理位置使港口對要素集中產生較強的吸引力和凝聚作用，且具有明顯交通運輸區位優勢，使港口城鎮成為重化工業的優先投資區域。鎮海區正是基于這些區位和資源優勢，為其發展重化工產業發展奠定了基礎。同時作為加工型城鎮，因重化工產業發展需要消耗大量的原煤、燃料油和液化氣等原料，而這些基礎性原料的大規模消耗導致其生態足跡貢獻比例持續上升。在2011年，原煤人均值為18.27 t、燃料油2.96t、液化氣為0.022t，遠高于其他內陸城鎮［17］。究其原因，是由于鎮海區發展以化工能源為核心的產業，使其化工能源用地生態足跡比例遠高于其他用地，使其占總量的70%以上。因此，重化工產業能源消耗所增加的人均生態足跡是港口型城鎮土地生態安全風險維持高位的重要原因。

4.3 港口居民消費結構調整因素

港口城鎮社會經濟發展增加居民收入的同時，也導致當地居民消費結構的變化，主要體現在動物產品和農產品消費比例發生了轉變。一是以肉類為主的動物產品消費結構呈逐漸增加趨勢。在1997—2011年動物產品人均生態足跡為0.363hm2增加到0.756 0hm2，增長幅度為0.339 0hm2，年均增加規模為0.028 4hm2。究其原因，是當地居民收入水平增加，對肉食需求明顯增加，當然居于港口區位優勢，海產品依然是當地居民的動物產品來源之一，但不占主導地位；二是以谷物類為主農產品生態足跡則明顯減少，從1997年的人均0.183 0hm2降低到2011年的0.083 0hm2，合計減少0.100 0hm2，年均減少0.006 6hm2，其變化主要歸結于動物產品替代了不用農產品的需求。而從農產品和動物產品的消費結構變化中可知，動物產品所代表草地用地增幅大于以谷物為代表的農產品變化。基于此，以動物產品為代表的草地和以農產品代表的耕地形成的差額值，是影響港口型地區生態足跡變化的重要因素。

5 結論

（1）1997—2011年鎮海區人均生態足跡和人均生態承載力都呈小幅增長，但兩者數值差額明顯，生態足跡遠高于生態承載力，土地生態安全一直處于高赤字狀態。

（2）研究區生態赤字與生態壓力指數都處于高位狀態且同步延伸，土地生態系統處于很不安全狀態。其中，由城鎮化發展和化工產業布局引起的化石燃料用地和建設用地規模增長是主要影響因子，而城鎮居民消費結構調整是輔助因子。

（3）盡管港口城鎮具有比較優勢，但其存在高生態赤字與高生態壓力風險，為提高港口城鎮土地生態安全，首先，需要協調港城關系，提高港口產業規劃布局，合理規劃各類產業用地；其次，發展可再生能源，利用港口優勢，提高可再生能源在經濟建設中使用比重，降低化石能源比重；第三，優化居民消費結構，增加港口城鎮生態用地比例，提高港口區域土地生態系統承載力。

（4）由于鎮海港口的土地生態系統一直處于不安全狀態且維持高位赤字，這與港口海洋經濟發展密切相關，存在大規模國際和區域經濟貿易，然而原煤、燃料油和天然氣等能源消耗所帶來的生態壓力不完全由港口資源加工地來承擔，在現實中往往由化石能源消費地區承擔，導致港口土地生態安全存在“虛高”現象。因此采用生態足跡模型對港口型城鎮進行土地生態安全評價時，港口化工產業應以區域實際消費量還是以本地實際生產的資源量來核算，將是港口型城鎮土地生態安全研究的重要方向。

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