基于生態足跡模型新興海島城市生態承載力研究

摘要：運用生態足跡的基本理論方法，利用GIS技術計算和分析了平潭綜合實驗區1990、2000、2005、2010、2015年5個年份土地利用變化情況及生態足跡動態變化過程，并利用SPSS軟件對實驗區生態足跡作出預測及相關性分析。結果表明，實驗區人均生態足跡呈持續增長，人均生態承載力呈逐年遞減趨勢，從而造成生態赤字逐年擴大，至2015年增長到1.1415hm2/人。發展預測結果顯示，至2020年，實驗區生態赤字將高達1.505hm2/人，且生態赤字與耕地年均損失率相關性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積。

關鍵詞：生態足跡；生態承載力；動態分析；GIS；平潭

中圖分類號：P754.1 文獻標識碼：A 文章編號：2095-672X（2017）04-0214-02

DOI：10.16647/j.cnki.cn15-1369/X.2017.04.103

Abstract： Based on the basic theory of ecological footprint， the process of land use change and dynamic change of ecological footprint in Pingtan comprehensive experimental area in 1990， 2000， 2005， 2010 and 2015 were calculated and analyzed by GIS technology. SPSS software The ecological footprint of the experimental area to make a prediction and correlation analysis. The results showed that the per capita ecological footprint of the experimental area continued to increase， and the per capita ecological carrying capacity decreased year by year， resulting in the ecological deficit increasing year by year and increasing to 1.1415 hm2 / person by 2015. The forecast results show that the ecological deficit will be as high as 1.505 hm2 / person by 2020， and the ecological deficit will have the greatest correlation with the annual loss rate of cultivated land， followed by transportation investment， total fiscal expenditure and per capita housing area.

Key words：Ecological footprint；Ecological carrying capacity；Dynamic analysis； GIS； Pingtan

國務院于2011年12月批準實施《平潭綜合實驗區總體發展規劃》，平潭綜合實驗區主要突出“先行先試”功能，具體定位為：兩岸交流合作的先行區、體制機制改革創新的示范區、兩岸同胞共同生活的宜居區和海峽西岸科學發展的先導區。近年來，平潭綜合實驗區作為海峽西岸經濟區建設發展的“橋頭堡”，經濟建設日新月異，大規模原有用地類型的轉變給海島的生態環境帶來新的問題，如何在開發與保護中尋求平衡是亟待解決的問題。生態承載力作為區域可持續發展能力評價的重要指標[1]，因此研究開發區生態承載力狀況、變化趨勢，對于增強區域可持續發展能力、協同國家生態文明實驗區（福建）建設具有重要的實踐和理論意義。本文在GIS技術的支持下，以平潭島遙感影像和統計資料為基礎數據，結合生態足跡模型對平潭綜合試驗區1990、2000、2005、2010、2015近二十五年生態承載力進行定量化表達，并動態變化分析，針對試驗區可持續發展中存在的問題提出相關措施和建議，以期政府或相關部門制定政策與規劃提供科學依據。

1 研究區概況

福建省平潭綜合實驗區地處福建沿海中部，東臨臺灣海峽，是大陸距離臺灣省最近的縣；北面、西面和南面分別與福州長樂市、福清市和莆田秀嶼區隔海相望。平潭綜合實驗區規劃面積392.92km2，地貌類型以丘陵和濱海平原為主，氣候屬于南亞熱帶半濕潤海洋性季風氣候。

2 研究方法與數據來源

2.1 研究方法

假設1：各類土地在空間上互斥，即各類土地作用類型單一，不能同時發揮多種功能[2]。

假設2：可以確定區域內消耗的資源、能源和產生廢棄物的數量，并可折算為具有統一單位、可加和的生物物理指標，即全球公頃（gha）[2]。

生態足跡是指用于生產區域人口消費的所有資源和吸納區域產生的所有廢棄物所需要的生物生產性土地總面積。計算公式[3]為：

式中，i為消費商品的類別，只為第i種消費商品的平均生產能力，Ci為第i種商品的人均消費量，Ri為均衡因子，N為人口數，ef為人均生態足跡，EF為總生態足跡。根據《我們共同的未來》所建議的，應該留出12%的生物生產性土地面積以保護生物多樣性，因此，在生態承載力計算時應扣除12%的生物多樣性保護面積。

生態承載力是指區域所能提供給人類的生物生產性土地的面積總和。計算公式[3]為：

式中，ai為人均生物生產面積，ri為均衡因子，yi為產量因子，N為人口數，ec為人均生態承載力，EC為生態承載力總量。

生態盈虧ed是指生態足跡和生態承載力之差。

2.2 數據來源

采用Landsat TM影像、ALOS衛星影像數據，運用GIS技術平臺，結合野外GPS樣本調查、區域地形等資料，通過遙感解譯獲得實驗區不同時期土地類型數據，同時結合《平潭縣統計年鑒》《福州市統計年鑒》等資料，根據生態承載力計算模型，對平潭綜合實驗區1990、2000、2005、2010、2015年的生態承載力進行計算分析。

計算模型中均衡因子采用2006年世界野生基金會（WWF）《Living Planet Report 2006》報告中關于均衡因子研究的成果。產量因子本文根據國內與省內的實際情況，取劉某承等[4]、邱壽豐等[5]兩者研究成果的平均值。

3 結果與分析

3.1 土地利用變化幅度分析

從圖1可以發現，1990-2000年平潭島土地利用變化幅度較小，而后呈逐年遞增態勢。在2010-2015年期間，耕地減少幅度達到26.71%，建設用地增幅達到70.23%，這與2010年平潭被確定為綜合實驗區后，大面積開發建設有關，根據遙感解譯結果，平潭島中部的蘆洋鄉、嵐城鄉區域土地類型在該時段發生了較大變化，中部作為實驗區總體規劃的主體功能區，是首批開發區，將建成集金融商務、行政辦公、高檔住宅為一體的商務區，新開發占用了大量的農田和林地。

3.2 人均生態足跡動態分析

由表1可知，在研究期間內平潭綜合實驗區人均生態足跡呈持續增長趨勢，從1990年的0.6525hm2/人增加到2015年的1.2878hm2/人，凈增長0.6353hm2/人，漲幅93.36%，說明實驗區內經濟快速發展，對生物資源和能源資源的消耗逐年增加，對島內生態承載造成的壓力也在不斷加大。不同年份各類土地類型人均生態足跡的變化趨勢看，水域對平潭島總體的人均生態足跡影響最大并且兩者趨勢一致，化石能源用地的人均生態足跡逐年呈不斷上升趨勢，表明實驗區的開發建設需要較大量的化石能源，尤其在2010年-2015年期間，增幅尤為明顯；耕地、草地、林地、建筑用地四種土地利用類型的人均生態足跡趨勢總體趨于穩定。

3.3 人均生態承載力動態及相關性分析

由表2可知，在研究期間內平潭綜合實驗區人均生態承載力總體上呈波動遞減趨勢，從1990年的0.1929hm2/人下降到2015年的0.1463hm2/人，凈減少0.0466hm2/人，降幅為24.15%，其中2010-2015年期間降幅最大，說明實驗區在大開發背景下生態承載力下降較為顯著。不同年份各類土地類型人均生態承載力的變化趨勢來看，草地和水域人均生態承載力降幅較大，一方面是因為平潭屬海島，生態環境較為脆弱，地勢平坦處分布有較大面積的草地，開發過程中首先破壞該地類，另外養殖業在當地較為發達，隨著近年水資源減少及開發占用導致較多養殖區改變用途。從人均生態承載力的構成要素來看，耕地是主要構成要素，另外還有林地及水域，三者的變化決定了實驗區總體人均生態承載力的變化。

3.4 人均生態赤字與其構成要素動態分析

由表3 可知，1990-2015年期間平潭綜合實驗區生態赤字呈逐年增長態勢，從1990年的0.4596hm2/人增長到2015年的1.1415hm2/人，增幅達到近1.5倍。平潭四面環海，海陸風頻繁，屬于典型的海島生態脆弱區，環境資源相對匱乏，隨著近年島內的開發建設，耕地大面積轉出和對草地的圍墾，同時城鎮化的進程中圍海造地，大量的提供區域所需資源的用地類型轉為建設用地等，致使區域生態赤字顯著提高。截止2015年，化石燃料用地、林地、水域和耕地的生態赤字分別為1990年的10.4、4.6、1.3和0.36倍。

3.5 生態赤字預測及相關性分析

根據上述計算得到的生態赤字結果，基于SPSS20.0以生態赤字為因變量，以5年為一個階段序號為自變量，進行兩者的曲線擬合，得到生態赤字的變化預測模型如下：

y=0.048x2-0.131x+0.563（R2=0.989）

根據預測模型，實驗區按現有的發展態勢，至2020年生態赤字將會是1.505hm2/人。此次選取海島開發建設中對生態赤字變化有一定影響的社會保障投資、全年造林面積、人均住房面積、交通運輸投資、森林覆蓋率、耕地年均損失率、財政總支出這7個因素。按照排序與生態赤字進行相關性分析，計算各要素與人均生態赤字的相關性分析。

由表4可知，各因子均與人均生態赤字呈為正相關，其中耕地年均損失率相關性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積，這與平潭島新開發占用了大量的農田及林地有關。

4 結論與建議

本研究對平潭綜合實驗區1990-2015年人均生態足跡、人均生態承載力和生態赤字動態分析及預測與相關性分析，可以得出以下結論：（1）平潭綜合實驗區人均生態足跡呈持續增長，人均生態承載力呈逐年遞減趨勢，從而造成生態赤字逐年擴大，人均生態赤字至2015年增長到1.1415hm2/人，這與平潭島自身四面環海、環境資源相對匱乏有關，同時近年實驗區大開發建設致使區域生態赤字逐年提高。（2）根據預測結果顯示，到2020年，實驗區生態赤字將高達1.505hm2/人，且通過相關性分析表明生態赤字與耕地年均損失率相關性最大，其次為交通運輸投資、財政總支出和人均住房面積。

為了緩解平潭綜合實驗區經濟發展對生態和環境資源形成的壓力，提高實驗區可持續發展能力，本文提出以下措施建議：（1）大力保護生態與環境，建設可持續的生態城市。在區域發展的過程中應加強對這些要素的保護，特別是林地和草地，通過保護現有林地，種植新的人工林，將進一步提高區域生態環境質量，確保平潭島的開發開放實現可持續發展。（2）增加政府科技財政投入，提高耕地、草地、水域、化石燃料單位土地面積生物產量，保護現有的耕地資源，通過土地開發整理來增加耕地；（3）優化產業結構，禁止高能耗、高污染的產業進入實驗區內，建立資源節約型、環境友好型的雙型社會。

參考文獻

[1]COHEN J E Population growth and earths huamn carrying capacity[J].Science. 1995，（26）：341-346.

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

[3]MATHIS W，YOUNT D J.The ecological footprint：an indicator of progress toward regional sustainability[J].Environmental Monitoring and Assessment，1998，（51）：511-529.

[4]劉某承，李文華，謝高地.基于凈初級生產力的中國生態足跡產量因子測算[J].生態學雜志，2010，29（3）：592-597.

[5]邱壽豐.2008年福建省生態足跡和生態承載力[J].發展研究，2009，（12）：80-83.

作者簡介：陳振亮（1984-），男，生態學碩士研究生，工程師，研究方向為遙感景觀生態研究、區域規劃。