基于生態足跡模型的河北省土地利用總體規劃實施評價

鄭艷茹, 鄭艷東, 葛京鳳, 徐晨曦

(1.河北師范大學 資源與環境科學學院, 石家莊 050024;2.河北省環境演變與生態建設實驗室, 石家莊 050024; 3.河北省土地整理服務中心, 石家莊 050051)

基于生態足跡模型的河北省土地利用總體規劃實施評價

鄭艷茹1,2, 鄭艷東3, 葛京鳳1,2, 徐晨曦3

(1.河北師范大學 資源與環境科學學院, 石家莊 050024;2.河北省環境演變與生態建設實驗室, 石家莊 050024; 3.河北省土地整理服務中心, 石家莊 050051)

為了證實河北省土地利用總體規劃(2006—2020年)確定的土地利用結構調控指標是否科學與合理，根據1999—2008年的統計數據，運用改進的生態足跡模型計算并預測河北省2010年、2020年人均生態足跡、人均生態承載力，將預測結果與河北省土地利用總體規劃(2006—2020年)確定的土地利用結構調整目標測算的人均生態承載力進行比較。結果表明：(1) 河北省人均生態足跡1999—2008年共增加0.218 1 hm2，增長率達到32.18%，人均生態承載力共增加0.019 8 hm2，增長幅度為28.09%，人均生態赤字由2006年增長到最大值0.450 2 hm2后回落至2008年的0.418 8 hm2，表明河北省正朝著降低生態赤字，提高生態承載力的方向進行。(2) 根據預測值與規劃確定值相比較可知，2010年人均生態承載力的實際發展將會比規劃預期增加0.16%，人均生態赤字減少0.18%，2020年人均生態承載力的實際發展將會比規劃預期增加18.41%，人均生態赤字減少6.29%，說明本輪規劃的預計生態供給均可實現。河北省土地利用總體規劃(2006—2020年)的實施將會降低人均生態赤字，體現了規劃確定的土地利用結構調控指標的科學與合理性，一定程度上遏制了土地生態環境的惡化趨勢，促使生態環境向有利的方向發展。

土地利用總體規劃; 生態足跡模型; 河北省

土地利用總體規劃是以規劃區域自然、經濟及社會條件為基礎，根據國民經濟與社會發展的需要對土地資源在時空上合理安排并布局的一項長期性、綜合性的戰略措施[1]。它在區域經濟發展中的宏觀導向作用決定了規劃期內土地利用的變化，將對生態環境產生深遠而復雜的影響[2]。生態足跡方法是通過測算人類對自然生態服務的需求與自然所能夠提供的生態服務之間的差距,從而較準確地評價人類對自然資源的利用情況[3]。河北省處于環渤海地區中心地帶和京津冀都市圈，由于該區域快速城市化與工業化過程中的不合理用地，導致全省絕大部分地區連續出現霧霾天氣，資源、環境與發展矛盾激化，這對河北省土地利用總體規劃修編工作提出了更高的要求。

河北省土地利用總體規劃(2006—2020年)(簡稱“本輪規劃”)實施期已經過半，本文運用改進的生態足跡模型計算河北省1999—2008年的人均生態足跡與人均生態承載力，并結合生態赤字分析河北省10 a來的生態效應。以河北省1999—2008年的時間序列數據作為預測基數，預測2010年、2020年人均生態足跡及人均生態承載力，經與本輪規劃確定的土地利用結構調整目標測算的人均生態承載力進行比較，以反映本輪規劃是否符合生態環境與經濟社會協調發展的戰略定位，以期為本輪規劃尚未實施期提出合理的措施和建議。

1 研究方法

1.1 概 念

生態足跡(Ecological Footprint，簡稱EF)分析法是一種衡量人類對自然資源利用程度及自然生態系統對人類活動所能承受能力大小的可持續發展的定量測度方法[4]。該方法由加拿大生態經濟學家William[5]于1992年首次提出，并由其Wackernagel[6]于1996年提出具體的計算方法。此理論認為，人類所有的消費都能折算成相應的生態生產性土地面積[7]。地球表面的生態生產性土地可分為6大類：耕地、草地、林地、化石能源用地、建設用地及水域[8]。

1.2 生態足跡模型計量方法及指標選取

生態足跡模型是用生態生產面積表達人口對自然資源的消費量，與該區域內實際的生態供給能力相比較，衡量該區域的可持續發展程度。生態足跡分析法將所需計算的項目劃分為生物資源賬戶和能源賬戶兩部分，生物資源賬戶涵蓋人類生活所要消費的生物初級產品，能源賬戶涵蓋人類生產生活所消耗的主要能源[9-10]。

對生物資源而言，生態足跡就是該地區內的生物資源生產足跡；對于化石能源而言，該生態足跡還是其消費足跡。因此，用綜合法計算的區域生態足跡由生物資源生產足跡和能源消費足跡兩大部分組成，其計算公式為[11]：

式中：k=1，2，3，4，分別表示耕地、草地、林地和水域4種生物資源生產的土地類型；γk——生物資源的第k類土地的均衡因子；n——該地區由第k類土地生產的生物資源的種數；Pki，Yki——該地區由第k類土地生產的第i種生物資源的年產量和世界平均生產力；γe——化石能源地的均衡因子；m——該地區化石能源用地中消耗的能源種數；Cj，Yj——該地區第j種化石能源的年消費量和世界平均生產力(即單位面積的森林能夠吸收的溫室氣體所對應的化石能源消耗量)；γc——建設用地的均衡因子，Ab中b=1，表示建設用地中電能消耗的年需求量；Yb——世界平均生產力[11]。

1.3 均衡因子等參數的選取

采用“全球公頃”進行生態足跡計算，盡管能實現國際間的比較需要，但在同一國家不同省、市生態足跡結果進行比較分析時，因數據的針對性不強，使得各省、市的比較分析誤差較大，不能真實地反映各省、市的實際生態負荷及生態容量現狀，為了更真實反映這種現狀，本文以“國家公頃”為計量單位，進行省、市級區域生態足跡的計算更為準確和有效。

國家公頃法是指根據研究區域的需要，將本國的生物資源平均生產力以其為基礎計算出來的均衡因子及產量因子替換掉傳統研究中的生物資源全球平均生產力以及相對應的均衡因子和產量因子。

(1) 均衡因子。由于不同生物生產性土地的平均生物生產力相差很大,因此要通過各自的均衡因子轉化成標準面積才能進行比較。其具體的計算公式為[11]：

(2) 產量因子。不同區域同類土地間的生物生產力存在地域差異，而在同一區域不同的生產條件和環境下,同類土地的生物生產力也不相同。因此,生物生產性土地的實際面積不能直接相比,需要通過產量因子進行轉換后方可比較。這一因子綜合反映了特定地域環境和社會經濟因素的影響。具體計算公式為[11]：

1.4 生態承載力的計算

生態承載力即是區域內部的生物生產性土地數量，具體計算公式[12]為：

EC=(1-12%)N·ec=

(1-12%)N·∑(aj·rj·yj)

(j=1,2,3,4,5,6)

式中：EC——總的生態承載力；ec——人均生態承載力；N——人口數；ai——人均生物生產性土地的面積；rj——均衡因子；yj——產量因子[12]。

從謹慎性原則出發，在實際計算中，考慮到12%的生物多樣性保護面積。

1.5 生態足跡與生態承載力的比較

EP=EC-EF[13]

式中：EP——生態盈余或赤字，若生態足跡大于生態承載力，EP<0，即為生態赤字；若生態足跡小于生態承載力，EP>0，即為生態盈余[13]。研究生態足跡與生態承載力之間的差值大小，可作為評價區域生態效用的標準。該方法通過測算人類的生態足跡與生態承載力之間的差距，定量地判斷區域的發展是否處于生態承載力的范圍之內。

2 河北省生態足跡1999-2008年的核算結果與動態變化分析

生態足跡計算數據來源于中國統計年鑒(2000—2012年)、河北省統計年鑒(2000—2012年)，河北省食品消費選用24類農產品,包括稻谷、小麥、玉米、豆類、薯類、棉花、花生、油菜籽、麻類、甜菜、煙葉、蔬菜、豬肉、牛肉、羊肉、牛奶、禽蛋、核桃、板栗、蘋果、梨、葡萄、木材、水產品。因我國生產力狀況和生產結構比較特殊，豬肉與禽蛋產品全部消耗糧食作物，屬于耕地，而牛羊肉與牛奶生產來自于耕地和草地兩部分。據相關研究，我國牛肉產自草地和耕地的產量之比為14%∶86%，羊肉產自草地和耕地產量之比為43%∶57%，牛奶產自草地和耕地的產量之比為28%∶72%[11]。在以下計算中，牛羊肉、牛奶按上述比例分配到相應地類生態足跡中。能源消費部分根據統計資料計算煤炭、石油、天然氣3種能源的足跡,計算時將能源消費轉化為森林和草地面積。建設用地生態足跡主要是指電力的消費足跡。本文生態足跡模型中的主要參數根據“國家公頃法”進行選取，均衡因子和平均產量選用已有研究中確定的取值，產量因子則根據河北省生產力與全國生產力的比值估算取得[11]。生態承載力計算采用河北省土地調查統計年鑒(1999—2008年)數據。構造河北省1999—2008年土地利用消費與生物生產面積矩陣，根據計算模型式，計算1999—2008年河北省人均生態足跡與生態承載力(表1)。

2.1 人均生態足跡動態變化分析

從表1可以看出，河北省的人均生態足跡從1999年的0.677 8 hm2增加到2008年的0.895 9 hm2，10 a間增加了0.218 1 hm2，增長率達到32.18%。從表2中6類生物生產性土地面積的構成來看，大多數土地的人均生態足跡呈上升趨勢，其中耕地、化石能源用地和建設用地生物生產面積變化尤為明顯，草地和水域變化相對平緩，而林地生物生產面積呈波動變化，總體呈現下降趨勢。通過計算6類生物生產面積所占比重得知，化石能源用地和建設用地面積比重分別由1999年的9.48%，0.20%增加至2008年的17.77%，0.41%，而耕地面積比重由1999年的80.01%降至2008年70.99%，1999—2008年間河北省人均生態足跡增加0.218 1 hm2，其中能源人均生態足跡增加0.094 9 hm2，占總增量的43.54%，以上數據表明，耕地人均足跡逐年提高，但在人均足跡中所占比例下降，表明隨著人口數量的不斷增加，在對糧食作物消費不減少的同時河北省農用地集約利用水平顯著提高；對能源和建設用地的需求增加，說明工業化與城鎮化水平逐漸提高，生活水平有所提高。

2.2 人均生態承載力動態變化分析

從表1可以看出人均生態承載力呈波動變化，總體呈現上升趨勢，1999年的人均生態承載力為0.457 3 hm2，2008年人均生態承載力上升至0.477 1 hm2，10 a間共增加0.019 8 hm2，增長幅度為28.09%。1999—2002年河北省人均生態承載力呈現下降趨勢，一定程度上說明河北省整個生態環境系統的供給能力在持續下降，對河北省經濟、社會、生態、資源和諧發展的制約作用日益明顯。2003—2008年間人均生態承載力呈上升趨勢，隨著人們生活水平的提高，人們對生態產品的需求也隨之增加，同樣促使整個生態系統供給能力的增強。

表1 河北省1999-2008年生態足跡計算結果

2.3 人均生態赤字的動態變化分析

從表1可以看出，1999—2006年河北省的人均生態赤字呈明顯的上升趨勢，從1999年的0.220 5 hm2增加至2006年的0.450 2 hm2，8 a間共增加了0.229 7 hm2，增幅104.20%，人均生態赤字的增長說

明河北省社會經濟發展所消耗的資源已超過自身所能提供的水平，通過河北省生態系統外物質和能量來滿足自身經濟社會的發展。而2007—2008年河北省人均生態赤字稍有回落，表明河北省正朝著降低生態赤字，提高生態承載力的方向進行，努力維護生態和保護環境。

3 河北省土地利用總體規劃(2006-2020年)規劃目標的生態效用預測

3.1生態足跡的預測方法

對本輪河北省土地利用總體規劃2006—2020年的2020年遠期規劃目標進行預測分析評價，其預測基本運用統計分析軟件SPSS回歸分析預測模型及GM(1，1)預測模型，本文采用河北省1999—2008年生態足跡及生態承載力時間序列數據進行預測，直接引用數據或間接推算生態足跡預測值，主要預測方法及數據見表3。

表3 本輪規劃近期(2010年)和目標年(2020年)河北省生態足跡計算預測方法

注：2010年實際人均生態足跡為0.880 5 hm2，其預測值與實際值相差不大，為統一比較標準，2010年河北省人均生態足跡將使用預測值進行比較與分析。

3.2 生態效用預測評價

根據上述對人均生態足跡和人均生態承載力的預測，以及本輪土地利用總體規劃土地利用結構調整確定的人均生態承載力。

(1) 由表4看出，規劃近期目標年2010年人均生態足跡的預測值為0.902 0 hm2，人均生態承載力預測值為0.486 0 hm2，按照河北省本輪規劃確定的近期年土地利用結構調整面積計算，2010年人均生態承載力將達到0.485 2 hm2，與人均生態足跡的預測值比較，規劃預期的人均生態赤字為0.416 0 hm2。數據顯示，預計在河北省本輪規劃實施期間，人均生態承載力的實際發展將會比規劃預期增加0.16%，人均生態赤字減少0.18%。

規劃目標年2020年人均生態足跡的預測值為1.439 0 hm2，人均生態承載力預測值為0.726 0 hm2，按照河北省本輪規劃確定的遠期目標年的土地利用結構調整面積計算，2020年人均生態承載力將達到0.630 0 hm2，與人均生態足跡的預測值比較，規劃預期的人均生態赤字為0.713 0 hm2。數據顯示，預計在河北省本輪規劃實施期末，人均生態承載力的實際發展將會比規劃預期增加18.41%，人均生態赤字減少6.29%。

表4 本輪規劃遠期(2010年)、2020年預期生態成效與實際比較

(2) 本輪規劃近期目標年與目標年的預計生態供給均可實現，土地利用結構調控指標的確定體現了規劃的合理性與科學性，遏制了土地生態環境惡化的趨勢。在河北省本輪規劃的編制過程中，理性地承接河北省上輪規劃中合理的土地用途管制和產業引導，降低對生態的需求，提高生態供給能力，科學地確定各類各業用地的面積、規模和位置。在不低于國家下達的調控指標下，嚴格保護耕地，穩定數量，提高質量，牧草地保持穩定，園林地面積適度擴大，生態足跡的供給將在一定程度上得到增加，從而促使生態環境向有利的方向發展。建設用地規模的增加，總體上會對生態環境產生一定的負面影響，在不顯著地增加地區生態負荷的前提下，合理擴張建設用地，通過統籌城鄉用地，集中建設和集聚發展，提高城鄉建設集約用地水平。

4 結論與建議

4.1 結 論

本文采用改進的“國家公頃”生態足跡模型的分析方法，測算河北省1999—2008年人均生態足跡、人均承載力，并對其進行了動態分析。根據河北省本輪規劃的土地利用結構調整面積進行了規劃實施評價及預測性的評價。研究結論主要包括以下幾點：

(1) 對河北省1999—2008年生態成效進行計算和分析得知，河北省10 a間人均生態足跡與人均生態承載力總體呈上升趨勢，隨著河北省人口消費足跡的不斷增加，全面提高農用地集約利用水平，而對能源的消耗以及建設用地規模的擴張，說明工業化與城鎮化水平逐漸提高，生活水平有所提高。1999—2002年河北省人均生態承載力呈現下降趨勢，為了滿足本區域的人口消費及需求向生態索取，使得河北省整個生態環境系統的供給能力在持續下降，制約著河北省經濟、社會、生態、資源和諧發展。而隨著人們生活水平的提高，人們對生態產品的需求也隨之增加，2003—2008年間人均生態承載力呈上升趨勢，促使整個生態系統供給能力的增強。

(2) 對河北省本輪規劃的預期生態成效進行計算和分析，結果表明：規劃確定的土地利用結構調控指標是科學合理的，本輪規劃近期目標年與目標年的預計生態供給均可實現。在河北省本輪規劃的編制過程中，在不低于國家下達的調控指標下，科學確定各類各業用地面積、規模和位置，嚴格保護耕地，穩定數量，合理擴張建設用地，降低對生態的需求、提高生態供給能力，遏制土地生態環境惡化的趨勢，促使生態環境向有利的方向發展。

(3) 通過運用改進的(國家公頃)生態足跡模型，對傳統的均衡因子、產量因子進行調整，縮小區域差異，使計算結果更符合河北省實際情況。

4.2 建 議

根據河北省各地土地利用特點和經濟發展狀況的區域差異性，探索差別化的土地利用空間調控政策，確定各區域的土地利用方向及調控措施，促使區域間合理、協調和快速發展；科技發展水平直接影響生態承載力，因地制宜地發展高效農業，增加農業科技投入，可有效提高農業勞動生產率和全省生物生產力，減少生態赤字；河北作為全國重要的糧油生產基地之一，從確保國家糧食安全的大局出發，要認真落實耕地“占一補一”制度，使耕地保持動態平衡。嚴格控制非農建設用地占用耕地規模，全面提高城鄉建設集約節約用地水平；為提高生態環境質量，須加強風沙、水土流失、土地污染的治理，有效地控制在工程建設中出現植被破壞及人為的水土流失；在提高人們生活水平的基礎上，更新人們的消費觀念、轉變人們的生活消費方式，引導人們的合理消費，建立資源節約型社會，提高資源利用率。

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ImplementationEvaluationoftheGeneralLandUsePlanningofHebeiProvinceBasedontheEcologicalFootprintModel

ZHENG Yan-ru1,2, ZHENG Yan-dong3, GE Jing-feng1,2, XU Chen-xi3

(1.CollegeofNaturalResourcesandEnvironment,HebeiNormalUniversity,Shijiazhuang050024,China; 2.HebeiEnvironmentalEvolutionandEcologicalConstructionLaboratory,Shijiazhuang050024,China; 3.HebeiLandConsolidationServiceCenter,Shijiazhuang050051,China)

This research purpose is to confirm whether the adjustment goal of land-use structure determined by Hebei general land use planning (2006—2020) is scientific and reasonable. According to the statistical data from 1999 to 2008, optimized model of ecological footprint was used to calculate and predict the ecological footprint per capita and the current ecological carrying capacity per capita of Hebei Province in 2010 and 2020.The prediction results were compared with the per capita ecological carrying capacity which was calculated by land use structure adjustment target of Hebei general land use planning (2006—2020).The data from 1999 to 2008 in Hebei Province showed that: (1) the per capita ecological footprint had totally increased 0.218 1 hm2and the growth rate reached up to 32.18%, the per capita ecological carrying capacity increased 0.019 8 hm2and the growth amplitude reached to 28.09 %, the per capita ecological deficit rose to a maximum of 0.450 hm2in 2006 and fell to 0.418 8 hm2in 2008, In short, the ecological deficit will be reducing and the ecological carrying capacity will be improving in Hebei Province in the future; (2) according to the forecast value and the planning phase to determine the value of the comparison, the per capita ecological carrying capacity development in 2010 will increase by 0.16% compared with the expected plan, the per capita ecological deficit decreased 0.18%, the per capita ecological carrying capacity of the actual development will increase 18.41% in 2020 compared to the expected planned, the per capita ecological deficit reduction is 6.29%, indicating that the current round of planning eco-expected supply can be realized. The implementation of Hebei general land use planning (2006—2020) will reduce the per capita ecological deficit what embodies science and rationality of land use structure adjustment target. It presented the trend of the land ecological environment deterioration in some degree and promoted the ecological environment development to the favorable direction.

general land use planning; ecological footprint; Hebei Province

2014-01-22

：2014-03-22

國土資源部公益性行業科研專項項目“環渤海鹽堿土地景觀整治與植物修復技術集成”(201311060)

鄭艷茹(1988—),女(滿族),河北遵化人,碩士研究生,研究方向為資源評價與可持續利用。E-mail:zhengyanru126@126.com

葛京鳳(1958—),女,河北樂亭人,教授,博士生導師,研究方向為資源評價與可持續利用研究。E-mail:gejingfeng@mail.hebtu.edu.cn

F301.23

：A

：1005-3409(2014)05-0230-06