沈阳市生态城市建设中的生态压力

生态学杂志Chinese Journal o f Eco l ogy 2009, 28(5) :943-949

沈阳市生态城市建设中的生态压力

(东北大学资源与生态经济研究中心, 沈阳110004)

*

顾晓薇 王 青 冯 民 于宏民 张 波 王忠鑫

摘 要 应用生态足迹方法计算了沈阳市1991) 2005年的生态压力, 并对2006) 2010年

2

生态足迹做了预测。结果表明:沈阳市1991) 2005年人均生态足迹需求为1175hm , 人均

22

生态承载力为0141hm , 人均生态赤字为1134hm , 人均生态足迹的需求超出人均生态承载力3124倍; 在6大类生态生产性土地中, 耕地足迹和能源足迹占沈阳市生态足迹总量的85%以上, 二者的变化对生态足迹总需求有巨大影响。经预测, 沈阳市生态足迹在2005年

2

后将增长迅速, 预计2010年达到人均5111hm , 是1991年的3. 50倍、2000年的3132倍、2005年的1196倍。结合研究结果, 就沈阳市建设生态城市、实现可持续发展提出了建议。关键词 沈阳市; 可持续发展; 生态压力; 生态足迹; 生态承载力

中图分类号 X17114 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2009) 05-0943-07Ecological pressure i n eco -city construction of Shenyang. GU X i a o -w e, i WANG Q i n g , FENG M in , YU H ong -m in , Z HANG Bo , WANG Zhong -x i n (Resources and Ecolog ical E cono m ics R esearch Center , N ortheastern Universit y , Shenyang 110004, China ). Chinese J ournal of E colo -gy , 2009, 28(5):943-949. Abst ract :E co l o g ical footpri n t (EF) m ethod w as used to m easure the ecolog ical pressure i n She -nyang C ity i n 1991-2005, and the EF o f the C ity in 2006-2010w as predicted . The results

2

sho w ed that in 1991-2005, the per -capita EF o f the C ity w as 1175h m , wh il e the per -cap ita

22

bio -capac ity w as 0141hm , resulting in a per -cap ita eco log ical deficit o f 1134h m . The per -ca -pita EF de m and w as 3124ti m esm ore than the bio -capac ity . The cr opland and ener gy footpri n ts accounted for mo re than 85%of the to tal EF , and thus , the changes i n these t w o co m ponen ts had substantial effects on the to tal EF. A ccor d i n g to the pred iction , the EF o f Shenyang C ity

2

w ou l d gro w at a h i g h rate after 2005, and w ou ld reach 5111h m per cap ita i n 2010, be i n g 3150, 3132, and 1196ti m es of that in 1991, 2000, and 2005, respecti v e l y . Based on the outco m e o f th is study , so m e suggestions w ere proposed f o r the eco log ica l and sustainab le developm ent i n Shenyang . K ey w ords :Shenyang ; sustainab le deve l o p m en; t eco log ica l pressure ; eco l o g i c al foo tpri n ; t b i o -capacity .

沈阳市作为重工业城市, 随着自然资源开发和利用的规模不断扩大, 在经济发展中面临的生态环境保护任务也越来越重。如何从根本上改善沈阳的

城市环境压力, 使沈阳市真正走上可持续发展之路, 实现生态城市的建设目标, 不仅引起政府部门和城市管理者的重视, 也受到学术界的广泛关注。生态城市建设是一个具有较高的综合性、系统性和复杂性的过程。因此, 综合度量城市经济发展对生态、环

*沈阳市科技局基金项目(1063278) 和教育部优秀中青年教师基金资助项目(1711) 。**通讯作者E-m ai:l xiao w ei_gu@163. co m : 境造成的压力及其主要构成对生态城市建设有重要意义。城市经济发展对生态、环境造成的压力来源

于对各种资源的消耗和废弃物的排放。这就需要对城市的各类资源占用和废弃物的排放进行综合的量化测度。生态足迹方法是定量测度综合生态压力的较好方法(W acker nage l et al . , 1999a , 1999b ; van Vuuren &Sm eets , 2000) 。

生态足迹法由加拿大教授Rees(1992) 提出并由W acker nage l 和Rees(1996) 进一步完善。作为自然资源账户评价的一种工具, 生态足迹从生态学的

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生态学杂志 第28卷 第5期

对环境带来的冲击, 通过考察自然资源供给和生态承载力, 评估一个国家或地区的可持续发展状态(顾晓薇等, 2005; 胡小飞等, 2006) 。

生态足迹法是近年来发展并得到广泛应用的量化研究可持续发展问题的新方法(Lenzen &M urray , 2001; 刘淼等, 2006) 。该方法从消费的角度度量人类对生态资源的占用, 而且把这种占用归结到人类生存最根本的资源) ) ) 生态生产性土地上, 以支持人类消费所需要的生态生产性土地的面积来测度人类活动对生态环境的冲击(顾晓薇和王青, 2005) 。尽管生态足迹方法存在着某些局限性, 但其简明而综合的特点还是得到了国际学术界的广泛关注和不少国家政府和国际组织的积极响应, 被用于研究不同层面的资源占用和可持续发展状况。在全球和国家等宏观层面:生态足迹的最早研究成果出现于1997年, 在E colo g ical F oo t p rint of Nations 中, W ack -er nage l 等(1999a , 1999b ) 对52个国家和地区1997年的生态足迹进行了估算; 中国徐中民等(2003) 、谢高地等(2001) 及陈敏等(2005) 等应用生态足迹研究了中国的生态占用。在区域和城市等中观层面, Fo l k e 等(1997) 等以欧洲波罗的海流域29个大城市为研究对象计算、分析其生态足迹, B arrett 等(2001, 2003) 和Cha m bers 等(2002) 研究了伦敦、利物浦、约克等市的生态足迹。中国学者李广军等(2007) 、刘伟玲等(2008) 、谭庆等(2008) 等对区域及城市的生态足迹展开研究。此外, B icknell 等(1998) 将投入产出应用于对新西兰的生态足迹研究, 得到各部门对土地占用的贡献及相关性, 并对贸易的生态平衡作了计算和分析, 中国赖力等(2006) 、曹淑艳和谢高地(2007) 、刘建兴等(2007) 等应用投入产出方法对区域的各产业及行业的生态足迹作了研究。在企业、学校、家庭等微观层面, 美国科罗拉多大学、澳大利亚纽卡斯尔大学、中国东北大学等对大学校园的生态足迹作了研究, 形成了校园可持续发展报告(F lin, t 2001; 李广军等, 2005) 。中国东北大学还对中小学及城市交通生态足迹展开研究(孙鹏等, 2007; 王军等, 2008) 。

本文利用生态足迹方法, 以沈阳为评价实例, 详细计算沈阳市1991) 2005年经济发展对生态环境造成的压力, 并对2006) 2010年生态足迹做了预测。根据计算及预测结果对沈阳市的可持续发展状1 沈阳市生态足迹计算与分析111 消费项目及生态足迹计算

生态足迹的计算主要包括3大部分:生物资源消费、能源消费和建筑用地。生物资源包括农产品

(即耕地类土地产品) 、林产品、牧产品和渔业产品4大类。其中, 农产品包括谷物、薯类、豆类、油料、蔬菜、茶叶、以及猪肉、禽肉和蛋类等项, 其中猪肉、禽肉和蛋类归于此类, 是因为猪和家禽主要以农产品饲料和作物为生, 属于间接农产品; 林地产品主要以水果产品为主; 牧产品包括牛肉、羊肉、奶及奶制品等; 渔业产品即水产品。某项生物资源消费的足迹计算如下:

EF i =

P i +I i -E i

Y i

(1)

式中:EF i 为第i 种生物资源的消费足迹; P i 为第i 种生物资源的总产量; I i 、E i 为第i 种生物资源的进口和出口量; Y i 为全球第i 种生物资源的平均生产能力。把所有生物资源消费项的足迹按农、林、牧、渔归类, 对每类求和得到农耕地、林地、牧草地和水域4类生态足迹。

P i +I i -E i 是第i 种生物资源的消费量。对于一些消费项, 沈阳市统计年鉴中没有进、出沈阳市界的量或消费量数据, 但在辽宁省的统计数据中可以找到全省平均的城镇和农村的人均消费量数据。对于这些消费项, 本文采用按货币支出分摊的方法计算沈阳市的消费量, 即:

m m m r r r

C i =p R i q i +p R i q i

m

m

r

(2)

r

式中:C i 为沈阳市某项消费的当年消费量; p 、p 分别为沈阳市当年城镇、农村人口; R i 、R i 分别为沈阳市城镇、农村某项消费i 的当年人均支出比例系数; m r q 、q 分别为城镇、农村某消费项i 当年人均消费量的全省平均值。支出比例系数R i 、R i 是沈阳市某项消费的人均支出与辽宁省全省同项人均支出的比值, 即:

R i =s i /sR i =s i /s

m

r r

r

r m

r

m

m

m

m

r

(3) (4)

式中, s i (s i ) 、s (s ) 分别为沈阳市城镇(农村) 某消费项i 的当年人均支出与全省城镇(农村) 该消费项当年人均支出。

消费的能源包括焦碳、汽油、柴油、燃料油、煤炭、天然气和电力等。能源消费的生态足迹是吸收2, /

顾晓薇等:沈阳市生态城市建设中的生态压力

945

计年鉴、世界粮农组织(FAO ) 和世界自然基金会

(5)

(WWF) 的相关数据, 对沈阳市1991) 2005年生态足迹进行详细计算(图1) 。1998年以前沈阳市生态足迹先增长后下降, 但生态足迹大小变化不是很大, 在1140~1171h m #人

22

-1

地0或/能源足迹0EF e , 计算公式为:

EF e =

E

7

j=1

E j H

F j

式中:E j 为第j 种能源的消费量, 取统计数据中的/标准煤0当量值或转为标准煤当量; H 为热值换算系数, 1t 标准煤=29133G J (国家统计局, 2005); F j 为第j 种能源的世界平均足迹系数, 即单位面积的森林能够吸收的CO 2量所对应的能源消费的热值。

建筑用地是研究对象用于建筑物、道路、水电等的土地占用面积。

计算出农耕地、林地、牧草地、水域、化石能源地和建筑用地后, 利用这6类土地的等量因子将它们转化为具有全球平均生产力的土地面积并求和, 得到研究对象的总生态足迹:

EF =

; 1998年后沈阳市生

2

-1

态足迹迅速增长, 由1998年的1140hm #人增长到2005年的2161hm #人, 年增长率为914%。这一变化变化特征与沈阳市经济发展速度和产业结构有关:1996) 1999年沈阳市正处于国有企业改革阶段, 这一阶段淘汰了不少设备陈旧、高能耗的企业, 国有企业生产困难, 能源足迹占生态足迹的比例最高, 因此这一时期的生态足迹较低; 1999年后国有企业改革初见成效, 企业生产恢复活力, 产量增加, 再加上2003年国家出台了振兴东北老工业的政策, 推动了沈阳市经济(特别是工业) 迅速发展, 对能源的消耗快速上升, 生态足迹也迅速提高。另外, 生活水平的提高使人均资源消费量上升, 也促使人均生态足迹的上升。

从各生态足迹成分看。沈阳市1991) 2005年耕地足迹和水域足迹呈现波动变化, 主要因素是食物消费和供给结构的变化; 牧草地、林地在研究期内整体呈现增长的趋势, 主要是由于人们生活水平的提高, 对牛羊肉及奶制品和水果的需求增加; 建用地足迹整体上也呈现增长的趋势, 这主要是因为随着城市经济水平的提高, 企业发展、住房和城市建设对土地需求的增加; 化石能源足迹的变化特征与人均总足迹相同, 其致因也与人均总足迹的致因类似。

从沈阳市各生态足迹成分所占比例看(图2), 化石能源足迹所占的比重最大, 在60%左右, 尤其是在2000年后, 这一比例增加迅速, 这是由于能源的大幅需求所致; 其次是耕地足迹, 大约在15%~22%, 由于能源足迹的迅速增加, 使得耕地足迹的比例在近年来有较明显的下降; 建筑用地、牧草地、水域和林地所占比例变化不是很大。耕地足迹和能源足迹是沈阳市生态足迹的最主要的两个成分, 二者占到了总生态足迹的85%以上, 减少生态压力应该着重从这两方面考虑。

沈阳市按生态生产性土地分类的人均生态承载力见图3。依据Rees 和W ackernage l(1996) 的研究, 保护生物多样性约需要预留12%的生态承载力面积。因此, 图3的数据是扣除12%后的承载力。

-1

E

6

k=1

K k EF k

(6)

式中:K , 2, , , 6) 分别为6类土地的k 和EF k (k =1

等量因子和土地面积; 第k 类土地的等量因子等于全球该类土地的平均生产力与全球所有土地的平均生产力的比值。生态足迹的单位是/全球公顷0。一个地区的生态承载力(BC) 是该地区拥有的六类土地的物理面积换算为全球公顷的面积之和:

BC =

E

6

k=1

K k C k A k

(7)

式中:C , 2, , , 6) 分别为6类土地的产k 和A k (k =1量系数和土地实有面积; 第k 类土地的产量系数等于研究对象该类土地的平均生产力与全球同类土地

的平均生产力的比值。

112 等量因子和产量系数的选取

计算中等量因子选择全球标准, 产量系数选择W ackernagel 等(1999a , 1999b) 对中国产量系数的计算结果, 即中国的各类土地的平均生产力与世界平均生产力的比值。等量因子和产量系数值见表1。113 沈阳市生态足迹计算与分析

采用1992) 2006年沈阳市统计年鉴、辽宁省统

表1 中国土地的等量因子和产量系数Tab . 1 Equ ivalen t factor and y i e l d factor of land i n ch ina

类别化石能源耕地牧草地林地建筑用地水域

等量因子[***********]210136

产量系数[***********]191100

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生态学杂志 第28卷 第5期

沈阳市1991) 2002年总的人均生态承载力略有上升, 2002年以后人均生态承载力有下降的趋势。前者的原因主要是单位面积产量的提高; 后者增多。从各类生态生产性土地所提供的生态容量来分析, 草地、林地和水域所占比例都很小, 并且它们所提供的生态承载力变化也小。但人均林地面积的, 1991) 2002

顾晓薇等:沈阳市生态城市建设中的生态压力

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图4 沈阳市生态赤字变化

F i g . 4 Changes of ecological defic it in Shenyang

逐渐减少, 2002年后又逐渐增加, 这是因为沈阳市在2002年后实行国家的退耕还林政策和人工造林取得的成绩的体现; 耕地所提供的生态承载力在1991) 1996年略有下降, 主要是因为耕地总量在这几年间基本没有变化, 而人口却不断增长; 1996) 2002年略有上升, 主要是生产力的提高所致; 2002年后又有所下降, 这与退耕还林和人口增长有关。

沈阳市人均生态足迹赤字图4所示。2005年人均生态足迹赤字达到2120hm , 是1991年的2108倍。1998年之前先缓慢上升, 后缓慢下降; 1998年后快速上升, 这一趋势与上述总足迹的趋势相同, 其致因也与总足迹的致因相同。

在1991) 2005年, 沈阳市每年的人均生态足迹都在1139hm #人

-1

2

-12

-1

2

沈阳市/十一五0规划中关于经济发展和能耗的目标是:全市经济增长年均保持13%, 力争达到15%, 人均地区生产总值比2005年翻一番; 万元GDP 能耗降低20%。由此可以得到沈阳市预测期各变量的赋值表(表2) 。

沈阳市2006) 2010年的生态足迹预测评价指标的协方差比为019989, 偏差比和方差比分别为010000和010011, 说明在统计学上预测结果可靠度高。由图5可知, 沈阳市生态足迹在2005年后增长迅速, 预计2010年沈阳市生态足迹达到5111hm #人, 是1991年的3150倍, 2000年的3132倍, 2005年的1196倍。国家的/东北老工业基地振兴0战略, 使沈阳市经济得到前所未有的快速发展, 经济增长速度在全国大中城市中名列前茅, 经济快速发展的背后是大量的自然资源的消耗, 直接后果就是沈阳市生态足迹在未来几年内还将快速增加。如何在经济发展的同时最大限度地降低生态压力是沈阳市发展经济过程中必须要考虑的问题。

表2 预测期的各项值T ab . 2 Va l ues of every index dur i ng forecast

年份

GDP

增长率(%) [***********]10

万元GDP 能耗降低率(%)

[**************]

人口增长数(104人)

33333

人均GDP (104元#人-1) [***********]83

万元GDP 能耗(t #4

10元-1) [***********]69

-1

2

以上, 平均值为1175hm #

2

人, 既大大超出了沈阳地区人均生态承载力平均值的0141hm #人, 也超出了全球生态标杆值1160h m #人, 因此, 沈阳市社会、经济发展无论从地方尺度还是全球尺度来看, 都处于非可持续性状态。2 沈阳市生态足迹短期预测

在以上计算结果的基础之上, 就沈阳市生态足迹做短期预测。预测不仅仅是对未来的猜测, 是为决策服务。对沈阳市生态足迹进行预测, 了解生态压力的未来走向, 是该市制定可持续发展规划的重要决策支持。预测中用到的回归模型主要是线性回归模型和能转化为线性的非线性回归模型。模型检验主要包括方程的显著性检验(F 检验) 和回归系数的显著性检验(t 检验) 。预测方程如下:

EF =7131+1157@滞后3年的人均GDP +11() @2

-1

[***********]10

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图5 沈阳市生态足迹实际值与预测值

F i g . 5 Actual values and forecast va l ues of ecological footpr i n ts i n Shenyang

3 结论与建议

本文应用生态足迹方法, 对沈阳市1991) 2005年的生态压力作了详细计算和分析, 并对/十一五0期间的生态压力进行了预测, 得出以下结论:1) 沈阳市1991) 2005年人均生态足迹平均为1175hm , 人均生态承载力平均为0141h m #人, 人均生态

2

赤字平均达1134h m 。反映了沈阳市的发展处于不可持续的状态, 大大超过了其资源、环境的承载力。在6大类生态生产性土地中, 能源和耕地足迹是沈阳市生态足迹的最大组成部分, 二者占到了总生态足迹的85%以上, 是生态压力的主要矛盾所在; 2) 当前沈阳市的可持续发展属于地区) ) ) 全球非可持续性类型。造成这种情况的主要原因是工业(包括建筑业) 的比重高且发展迅速, 能源消耗和建筑用地量大; 人口增加和生活水平的提高对生物资源的需求量较高; 3) 经预测, 按照沈阳市/十一五0期间的社会、经济发展规划, 其生态足迹在2005年后将继续以较高的速度增长。预计2010年沈阳市生态足迹将达到5111hm #人

2

-12

-1

2

要扩大统计范畴, 使统计数据尽可能覆盖所有自然资源的消耗和废弃物排放; 2) 能源消耗是沈阳市生态压力的主要来源。建议设置工业项目入市能耗阀

值, 如单位产值能耗高于全市工业平均值的项目不能进入沈阳市(包括郊区县); 对已经在沈的企业实行/能耗奖罚0和淘汰制度, 如对单位产值能耗高于全省工业平均值的企业给予适当形式的惩罚, 对单位产值能耗比全市工业平均值低30%以上的企业给予适当形式的奖励, 对单位产值能耗比全省工业平均值高30%以上的企业实行限期淘汰; 3) 农产品消费在沈阳市生态足迹中占较大的比重, 但农业对生态的压力往往不被重视。提高农业生产的集约化程度、拉长农业产业链以提高农业增加值, 加强农田保护, 进一步退耕还林等, 对降低单位农业产出的生态压力、改善全市生态状况有重要作用。参考文献

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, , , . , 是1991年的

3150倍、2000年的3132倍、2005年的1196倍。

本文也存在以下主要不足:1) 尽管在研究过程中做了大量的数据收集和数据处理工作, 但一些消费数据还是不可获得, 这对计算的结果有所影响; 2) 生态足迹没有包括除能源消费的C O 2排放以外的废弃物排放造成的生态压力, 还不能全面反映生态压力全貌。

结合本研究的结果, 就沈阳市生态城市建设和可持续发展提出以下建议:1) 扩展监管体系, 逐步从现在的能源、主要环境污染物排放的单项指标监管, 向生态压力综合指标与单项重点指标相结合的监管过渡。因为生态城市建设是综合生态改善, 必

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Soc iety P ublis hers . 作者简介 顾晓薇, 女, 1971年生, 博士, 副教授。主要从事资源与生态经济、可持续发展的环境指标等方面的研究, 发表论文50余篇。E-m a i:l x iao w e i _gu@163. co m

责任编辑 刘丽娟

生态学杂志Chinese Journal o f Eco l ogy 2009, 28(5) :943-949

沈阳市生态城市建设中的生态压力

(东北大学资源与生态经济研究中心, 沈阳110004)

*

顾晓薇 王 青 冯 民 于宏民 张 波 王忠鑫

摘 要 应用生态足迹方法计算了沈阳市1991) 2005年的生态压力, 并对2006) 2010年

2

生态足迹做了预测。结果表明:沈阳市1991) 2005年人均生态足迹需求为1175hm , 人均

22

生态承载力为0141hm , 人均生态赤字为1134hm , 人均生态足迹的需求超出人均生态承载力3124倍; 在6大类生态生产性土地中, 耕地足迹和能源足迹占沈阳市生态足迹总量的85%以上, 二者的变化对生态足迹总需求有巨大影响。经预测, 沈阳市生态足迹在2005年

2

后将增长迅速, 预计2010年达到人均5111hm , 是1991年的3. 50倍、2000年的3132倍、2005年的1196倍。结合研究结果, 就沈阳市建设生态城市、实现可持续发展提出了建议。关键词 沈阳市; 可持续发展; 生态压力; 生态足迹; 生态承载力

中图分类号 X17114 文献标识码 A 文章编号 1000-4890(2009) 05-0943-07Ecological pressure i n eco -city construction of Shenyang. GU X i a o -w e, i WANG Q i n g , FENG M in , YU H ong -m in , Z HANG Bo , WANG Zhong -x i n (Resources and Ecolog ical E cono m ics R esearch Center , N ortheastern Universit y , Shenyang 110004, China ). Chinese J ournal of E colo -gy , 2009, 28(5):943-949. Abst ract :E co l o g ical footpri n t (EF) m ethod w as used to m easure the ecolog ical pressure i n She -nyang C ity i n 1991-2005, and the EF o f the C ity in 2006-2010w as predicted . The results

2

sho w ed that in 1991-2005, the per -capita EF o f the C ity w as 1175h m , wh il e the per -cap ita

22

bio -capac ity w as 0141hm , resulting in a per -cap ita eco log ical deficit o f 1134h m . The per -ca -pita EF de m and w as 3124ti m esm ore than the bio -capac ity . The cr opland and ener gy footpri n ts accounted for mo re than 85%of the to tal EF , and thus , the changes i n these t w o co m ponen ts had substantial effects on the to tal EF. A ccor d i n g to the pred iction , the EF o f Shenyang C ity

2

w ou l d gro w at a h i g h rate after 2005, and w ou ld reach 5111h m per cap ita i n 2010, be i n g 3150, 3132, and 1196ti m es of that in 1991, 2000, and 2005, respecti v e l y . Based on the outco m e o f th is study , so m e suggestions w ere proposed f o r the eco log ica l and sustainab le developm ent i n Shenyang . K ey w ords :Shenyang ; sustainab le deve l o p m en; t eco log ica l pressure ; eco l o g i c al foo tpri n ; t b i o -capacity .

沈阳市作为重工业城市, 随着自然资源开发和利用的规模不断扩大, 在经济发展中面临的生态环境保护任务也越来越重。如何从根本上改善沈阳的

城市环境压力, 使沈阳市真正走上可持续发展之路, 实现生态城市的建设目标, 不仅引起政府部门和城市管理者的重视, 也受到学术界的广泛关注。生态城市建设是一个具有较高的综合性、系统性和复杂性的过程。因此, 综合度量城市经济发展对生态、环

*沈阳市科技局基金项目(1063278) 和教育部优秀中青年教师基金资助项目(1711) 。**通讯作者E-m ai:l xiao w ei_gu@163. co m : 境造成的压力及其主要构成对生态城市建设有重要意义。城市经济发展对生态、环境造成的压力来源

于对各种资源的消耗和废弃物的排放。这就需要对城市的各类资源占用和废弃物的排放进行综合的量化测度。生态足迹方法是定量测度综合生态压力的较好方法(W acker nage l et al . , 1999a , 1999b ; van Vuuren &Sm eets , 2000) 。

生态足迹法由加拿大教授Rees(1992) 提出并由W acker nage l 和Rees(1996) 进一步完善。作为自然资源账户评价的一种工具, 生态足迹从生态学的

944

生态学杂志 第28卷 第5期

对环境带来的冲击, 通过考察自然资源供给和生态承载力, 评估一个国家或地区的可持续发展状态(顾晓薇等, 2005; 胡小飞等, 2006) 。

生态足迹法是近年来发展并得到广泛应用的量化研究可持续发展问题的新方法(Lenzen &M urray , 2001; 刘淼等, 2006) 。该方法从消费的角度度量人类对生态资源的占用, 而且把这种占用归结到人类生存最根本的资源) ) ) 生态生产性土地上, 以支持人类消费所需要的生态生产性土地的面积来测度人类活动对生态环境的冲击(顾晓薇和王青, 2005) 。尽管生态足迹方法存在着某些局限性, 但其简明而综合的特点还是得到了国际学术界的广泛关注和不少国家政府和国际组织的积极响应, 被用于研究不同层面的资源占用和可持续发展状况。在全球和国家等宏观层面:生态足迹的最早研究成果出现于1997年, 在E colo g ical F oo t p rint of Nations 中, W ack -er nage l 等(1999a , 1999b ) 对52个国家和地区1997年的生态足迹进行了估算; 中国徐中民等(2003) 、谢高地等(2001) 及陈敏等(2005) 等应用生态足迹研究了中国的生态占用。在区域和城市等中观层面, Fo l k e 等(1997) 等以欧洲波罗的海流域29个大城市为研究对象计算、分析其生态足迹, B arrett 等(2001, 2003) 和Cha m bers 等(2002) 研究了伦敦、利物浦、约克等市的生态足迹。中国学者李广军等(2007) 、刘伟玲等(2008) 、谭庆等(2008) 等对区域及城市的生态足迹展开研究。此外, B icknell 等(1998) 将投入产出应用于对新西兰的生态足迹研究, 得到各部门对土地占用的贡献及相关性, 并对贸易的生态平衡作了计算和分析, 中国赖力等(2006) 、曹淑艳和谢高地(2007) 、刘建兴等(2007) 等应用投入产出方法对区域的各产业及行业的生态足迹作了研究。在企业、学校、家庭等微观层面, 美国科罗拉多大学、澳大利亚纽卡斯尔大学、中国东北大学等对大学校园的生态足迹作了研究, 形成了校园可持续发展报告(F lin, t 2001; 李广军等, 2005) 。中国东北大学还对中小学及城市交通生态足迹展开研究(孙鹏等, 2007; 王军等, 2008) 。

本文利用生态足迹方法, 以沈阳为评价实例, 详细计算沈阳市1991) 2005年经济发展对生态环境造成的压力, 并对2006) 2010年生态足迹做了预测。根据计算及预测结果对沈阳市的可持续发展状1 沈阳市生态足迹计算与分析111 消费项目及生态足迹计算

生态足迹的计算主要包括3大部分:生物资源消费、能源消费和建筑用地。生物资源包括农产品

(即耕地类土地产品) 、林产品、牧产品和渔业产品4大类。其中, 农产品包括谷物、薯类、豆类、油料、蔬菜、茶叶、以及猪肉、禽肉和蛋类等项, 其中猪肉、禽肉和蛋类归于此类, 是因为猪和家禽主要以农产品饲料和作物为生, 属于间接农产品; 林地产品主要以水果产品为主; 牧产品包括牛肉、羊肉、奶及奶制品等; 渔业产品即水产品。某项生物资源消费的足迹计算如下:

EF i =

P i +I i -E i

Y i

(1)

式中:EF i 为第i 种生物资源的消费足迹; P i 为第i 种生物资源的总产量; I i 、E i 为第i 种生物资源的进口和出口量; Y i 为全球第i 种生物资源的平均生产能力。把所有生物资源消费项的足迹按农、林、牧、渔归类, 对每类求和得到农耕地、林地、牧草地和水域4类生态足迹。

P i +I i -E i 是第i 种生物资源的消费量。对于一些消费项, 沈阳市统计年鉴中没有进、出沈阳市界的量或消费量数据, 但在辽宁省的统计数据中可以找到全省平均的城镇和农村的人均消费量数据。对于这些消费项, 本文采用按货币支出分摊的方法计算沈阳市的消费量, 即:

m m m r r r

C i =p R i q i +p R i q i

m

m

r

(2)

r

式中:C i 为沈阳市某项消费的当年消费量; p 、p 分别为沈阳市当年城镇、农村人口; R i 、R i 分别为沈阳市城镇、农村某项消费i 的当年人均支出比例系数; m r q 、q 分别为城镇、农村某消费项i 当年人均消费量的全省平均值。支出比例系数R i 、R i 是沈阳市某项消费的人均支出与辽宁省全省同项人均支出的比值, 即:

R i =s i /sR i =s i /s

m

r r

r

r m

r

m

m

m

m

r

(3) (4)

式中, s i (s i ) 、s (s ) 分别为沈阳市城镇(农村) 某消费项i 的当年人均支出与全省城镇(农村) 该消费项当年人均支出。

消费的能源包括焦碳、汽油、柴油、燃料油、煤炭、天然气和电力等。能源消费的生态足迹是吸收2, /

顾晓薇等:沈阳市生态城市建设中的生态压力

945

计年鉴、世界粮农组织(FAO ) 和世界自然基金会

(5)

(WWF) 的相关数据, 对沈阳市1991) 2005年生态足迹进行详细计算(图1) 。1998年以前沈阳市生态足迹先增长后下降, 但生态足迹大小变化不是很大, 在1140~1171h m #人

22

-1

地0或/能源足迹0EF e , 计算公式为:

EF e =

E

7

j=1

E j H

F j

式中:E j 为第j 种能源的消费量, 取统计数据中的/标准煤0当量值或转为标准煤当量; H 为热值换算系数, 1t 标准煤=29133G J (国家统计局, 2005); F j 为第j 种能源的世界平均足迹系数, 即单位面积的森林能够吸收的CO 2量所对应的能源消费的热值。

建筑用地是研究对象用于建筑物、道路、水电等的土地占用面积。

计算出农耕地、林地、牧草地、水域、化石能源地和建筑用地后, 利用这6类土地的等量因子将它们转化为具有全球平均生产力的土地面积并求和, 得到研究对象的总生态足迹:

EF =

; 1998年后沈阳市生

2

-1

态足迹迅速增长, 由1998年的1140hm #人增长到2005年的2161hm #人, 年增长率为914%。这一变化变化特征与沈阳市经济发展速度和产业结构有关:1996) 1999年沈阳市正处于国有企业改革阶段, 这一阶段淘汰了不少设备陈旧、高能耗的企业, 国有企业生产困难, 能源足迹占生态足迹的比例最高, 因此这一时期的生态足迹较低; 1999年后国有企业改革初见成效, 企业生产恢复活力, 产量增加, 再加上2003年国家出台了振兴东北老工业的政策, 推动了沈阳市经济(特别是工业) 迅速发展, 对能源的消耗快速上升, 生态足迹也迅速提高。另外, 生活水平的提高使人均资源消费量上升, 也促使人均生态足迹的上升。

从各生态足迹成分看。沈阳市1991) 2005年耕地足迹和水域足迹呈现波动变化, 主要因素是食物消费和供给结构的变化; 牧草地、林地在研究期内整体呈现增长的趋势, 主要是由于人们生活水平的提高, 对牛羊肉及奶制品和水果的需求增加; 建用地足迹整体上也呈现增长的趋势, 这主要是因为随着城市经济水平的提高, 企业发展、住房和城市建设对土地需求的增加; 化石能源足迹的变化特征与人均总足迹相同, 其致因也与人均总足迹的致因类似。

从沈阳市各生态足迹成分所占比例看(图2), 化石能源足迹所占的比重最大, 在60%左右, 尤其是在2000年后, 这一比例增加迅速, 这是由于能源的大幅需求所致; 其次是耕地足迹, 大约在15%~22%, 由于能源足迹的迅速增加, 使得耕地足迹的比例在近年来有较明显的下降; 建筑用地、牧草地、水域和林地所占比例变化不是很大。耕地足迹和能源足迹是沈阳市生态足迹的最主要的两个成分, 二者占到了总生态足迹的85%以上, 减少生态压力应该着重从这两方面考虑。

沈阳市按生态生产性土地分类的人均生态承载力见图3。依据Rees 和W ackernage l(1996) 的研究, 保护生物多样性约需要预留12%的生态承载力面积。因此, 图3的数据是扣除12%后的承载力。

-1

E

6

k=1

K k EF k

(6)

式中:K , 2, , , 6) 分别为6类土地的k 和EF k (k =1

等量因子和土地面积; 第k 类土地的等量因子等于全球该类土地的平均生产力与全球所有土地的平均生产力的比值。生态足迹的单位是/全球公顷0。一个地区的生态承载力(BC) 是该地区拥有的六类土地的物理面积换算为全球公顷的面积之和:

BC =

E

6

k=1

K k C k A k

(7)

式中:C , 2, , , 6) 分别为6类土地的产k 和A k (k =1量系数和土地实有面积; 第k 类土地的产量系数等于研究对象该类土地的平均生产力与全球同类土地

的平均生产力的比值。

112 等量因子和产量系数的选取

计算中等量因子选择全球标准, 产量系数选择W ackernagel 等(1999a , 1999b) 对中国产量系数的计算结果, 即中国的各类土地的平均生产力与世界平均生产力的比值。等量因子和产量系数值见表1。113 沈阳市生态足迹计算与分析

采用1992) 2006年沈阳市统计年鉴、辽宁省统

表1 中国土地的等量因子和产量系数Tab . 1 Equ ivalen t factor and y i e l d factor of land i n ch ina

类别化石能源耕地牧草地林地建筑用地水域

等量因子[***********]210136

产量系数[***********]191100

946

生态学杂志 第28卷 第5期

沈阳市1991) 2002年总的人均生态承载力略有上升, 2002年以后人均生态承载力有下降的趋势。前者的原因主要是单位面积产量的提高; 后者增多。从各类生态生产性土地所提供的生态容量来分析, 草地、林地和水域所占比例都很小, 并且它们所提供的生态承载力变化也小。但人均林地面积的, 1991) 2002

顾晓薇等:沈阳市生态城市建设中的生态压力

947

图4 沈阳市生态赤字变化

F i g . 4 Changes of ecological defic it in Shenyang

逐渐减少, 2002年后又逐渐增加, 这是因为沈阳市在2002年后实行国家的退耕还林政策和人工造林取得的成绩的体现; 耕地所提供的生态承载力在1991) 1996年略有下降, 主要是因为耕地总量在这几年间基本没有变化, 而人口却不断增长; 1996) 2002年略有上升, 主要是生产力的提高所致; 2002年后又有所下降, 这与退耕还林和人口增长有关。

沈阳市人均生态足迹赤字图4所示。2005年人均生态足迹赤字达到2120hm , 是1991年的2108倍。1998年之前先缓慢上升, 后缓慢下降; 1998年后快速上升, 这一趋势与上述总足迹的趋势相同, 其致因也与总足迹的致因相同。

在1991) 2005年, 沈阳市每年的人均生态足迹都在1139hm #人

-1

2

-12

-1

2

沈阳市/十一五0规划中关于经济发展和能耗的目标是:全市经济增长年均保持13%, 力争达到15%, 人均地区生产总值比2005年翻一番; 万元GDP 能耗降低20%。由此可以得到沈阳市预测期各变量的赋值表(表2) 。

沈阳市2006) 2010年的生态足迹预测评价指标的协方差比为019989, 偏差比和方差比分别为010000和010011, 说明在统计学上预测结果可靠度高。由图5可知, 沈阳市生态足迹在2005年后增长迅速, 预计2010年沈阳市生态足迹达到5111hm #人, 是1991年的3150倍, 2000年的3132倍, 2005年的1196倍。国家的/东北老工业基地振兴0战略, 使沈阳市经济得到前所未有的快速发展, 经济增长速度在全国大中城市中名列前茅, 经济快速发展的背后是大量的自然资源的消耗, 直接后果就是沈阳市生态足迹在未来几年内还将快速增加。如何在经济发展的同时最大限度地降低生态压力是沈阳市发展经济过程中必须要考虑的问题。

表2 预测期的各项值T ab . 2 Va l ues of every index dur i ng forecast

年份

GDP

增长率(%) [***********]10

万元GDP 能耗降低率(%)

[**************]

人口增长数(104人)

33333

人均GDP (104元#人-1) [***********]83

万元GDP 能耗(t #4

10元-1) [***********]69

-1

2

以上, 平均值为1175hm #

2

人, 既大大超出了沈阳地区人均生态承载力平均值的0141hm #人, 也超出了全球生态标杆值1160h m #人, 因此, 沈阳市社会、经济发展无论从地方尺度还是全球尺度来看, 都处于非可持续性状态。2 沈阳市生态足迹短期预测

在以上计算结果的基础之上, 就沈阳市生态足迹做短期预测。预测不仅仅是对未来的猜测, 是为决策服务。对沈阳市生态足迹进行预测, 了解生态压力的未来走向, 是该市制定可持续发展规划的重要决策支持。预测中用到的回归模型主要是线性回归模型和能转化为线性的非线性回归模型。模型检验主要包括方程的显著性检验(F 检验) 和回归系数的显著性检验(t 检验) 。预测方程如下:

EF =7131+1157@滞后3年的人均GDP +11() @2

-1

[***********]10

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生态学杂志 第28卷 第5期

图5 沈阳市生态足迹实际值与预测值

F i g . 5 Actual values and forecast va l ues of ecological footpr i n ts i n Shenyang

3 结论与建议

本文应用生态足迹方法, 对沈阳市1991) 2005年的生态压力作了详细计算和分析, 并对/十一五0期间的生态压力进行了预测, 得出以下结论:1) 沈阳市1991) 2005年人均生态足迹平均为1175hm , 人均生态承载力平均为0141h m #人, 人均生态

2

赤字平均达1134h m 。反映了沈阳市的发展处于不可持续的状态, 大大超过了其资源、环境的承载力。在6大类生态生产性土地中, 能源和耕地足迹是沈阳市生态足迹的最大组成部分, 二者占到了总生态足迹的85%以上, 是生态压力的主要矛盾所在; 2) 当前沈阳市的可持续发展属于地区) ) ) 全球非可持续性类型。造成这种情况的主要原因是工业(包括建筑业) 的比重高且发展迅速, 能源消耗和建筑用地量大; 人口增加和生活水平的提高对生物资源的需求量较高; 3) 经预测, 按照沈阳市/十一五0期间的社会、经济发展规划, 其生态足迹在2005年后将继续以较高的速度增长。预计2010年沈阳市生态足迹将达到5111hm #人

2

-12

-1

2

要扩大统计范畴, 使统计数据尽可能覆盖所有自然资源的消耗和废弃物排放; 2) 能源消耗是沈阳市生态压力的主要来源。建议设置工业项目入市能耗阀

值, 如单位产值能耗高于全市工业平均值的项目不能进入沈阳市(包括郊区县); 对已经在沈的企业实行/能耗奖罚0和淘汰制度, 如对单位产值能耗高于全省工业平均值的企业给予适当形式的惩罚, 对单位产值能耗比全市工业平均值低30%以上的企业给予适当形式的奖励, 对单位产值能耗比全省工业平均值高30%以上的企业实行限期淘汰; 3) 农产品消费在沈阳市生态足迹中占较大的比重, 但农业对生态的压力往往不被重视。提高农业生产的集约化程度、拉长农业产业链以提高农业增加值, 加强农田保护, 进一步退耕还林等, 对降低单位农业产出的生态压力、改善全市生态状况有重要作用。参考文献

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, , , . , 是1991年的

3150倍、2000年的3132倍、2005年的1196倍。

本文也存在以下主要不足:1) 尽管在研究过程中做了大量的数据收集和数据处理工作, 但一些消费数据还是不可获得, 这对计算的结果有所影响; 2) 生态足迹没有包括除能源消费的C O 2排放以外的废弃物排放造成的生态压力, 还不能全面反映生态压力全貌。

结合本研究的结果, 就沈阳市生态城市建设和可持续发展提出以下建议:1) 扩展监管体系, 逐步从现在的能源、主要环境污染物排放的单项指标监管, 向生态压力综合指标与单项重点指标相结合的监管过渡。因为生态城市建设是综合生态改善, 必

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Soc iety P ublis hers . 作者简介 顾晓薇, 女, 1971年生, 博士, 副教授。主要从事资源与生态经济、可持续发展的环境指标等方面的研究, 发表论文50余篇。E-m a i:l x iao w e i _gu@163. co m

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