基于生态足迹法的兰州市土地利用变化评价

GansuNongye

甘肃农业2014年第09期(总387期)

生态足迹分析法是近年来度量地区可持续发展程度的较为通行的方法[1，2]。通过测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距，在地区、国家和全球尺度上比较人类对自然的消费量与自然资源的承载量，判定地区、国家或全球的可持续发展状况[3～5]。近几年，生态足迹方法由于具有较为科学、完善的理论基础和精简统一的指标体系得到国内外学者的大量应用。例如：张可云、傅帅雄等运用生态足迹模型分析了中国31个省级区域的生态承载力[6]；张永芳、张勃、郭玲霞利用生态足迹法对兰州市1996年～2005年的生态足迹和生态承载力的变化趋势进行分析研究[7]；郑晖、石培基等运用生态足迹和生态承载力的理论和计算方法对甘肃省1996年～2009年人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字动态变化进行分析[8]。兰州市位于北纬36°03′，东经103°40′，黄河自东向西穿城而过。由于南北两山夹峙地形的影响，市区东西狭长，约30千米，南北最窄处，仅5千米左右，具有带状盆地城市的特征。随着经济社会的快速发展，土地究竟能够承受多大的经济社会活动强度、多少数量的人口、多大强度的资源利用和多大程度的环境破坏，已成为兰州市当前谋求可持续发展必然需要研究的问题。文章分别对兰州市2000年、2005年、2010年的生态足迹和生态承载力进行了研究，试图用生态足迹的理论模型评价兰州市可持续发展程度的问题，以期为相关决策部门提供参考依据

。

㈠模型介绍

生态足迹法是由加拿大生态经济学家

William Ree 和他的学生Wackernagel 在1992年提出，并在1996年由Wackernagel 进一步完善，他从一个新的角度阐释了人类及其发展与生态环境的关系。生态足迹分析的一个基本假设是[9]

：

各类土地在空间上互斥。通过对比自然生态系统的生态承载力

（SEF ）和生态足迹（DEF ），反映区域的可持续发展状况。如果在一个地区SEF＞DEF ，出现生态盈余，表明人类对自然生态系统的压力处于该地区所提供的生态承载力范围内，生态系统就是安全的，人类社会的经济发展就处于可持续的范围内；如果SEF＜DEF ，则出现生态赤字，这表明该地区的人们对所在地区的自然生态系统所提供的产品和服务的需求超过了其供给。为了满足需求，人们会采取两种方法：过度开发当地资源和大量进口产品和服务，这都会产生一定的外部性效果，那么该区域的生态系统是不安全的，该地区当前的发展也是不可持续的。在生态足迹账户的核算中，生物生产面积主要考虑6种类型：耕地、林地、草地、化石能源用地、建筑用地和水域。

㈡计算方法[10，11]

1.生态承载力计算。人均土地生态承载力计算模型为：

ec =∑a j ×r j ×y j (j=1，2，…6)

式中：ec 为人均生态承载力；j 表示6类土地利用类型；a j 为实际人均占有的第j 类土地类型面积；r j 为均衡因子；y j 为产量因子。

区域土地生态承载力计算公式：

EC =N ×ec

式中：EC 为区域总的生态承载力；ec 为人均生态承载力；N 为区域总人口数。

2.生态足迹计算。人均生态足迹计算公式：

ef =∑r j ×(c i /p i ) j=(1，2，…6)；i=(1,2…n)

式中：ef 为区域人均生态足迹；i 为消费项目的商品类型；c i 为第

i 类消费项目的人均消费量；P i 为第i 种消费项目的世界平均生产力。

区域总生态足迹计算模型：EF =N ×ef

式中：EF 为区域总的生态足迹；N 为区域人口数；ef 为区域人均生

基于生态足迹法的兰州市土地利用变化评价

安文渊，孙鹏举

（

甘肃农业大学，甘肃兰州730070

）2000年、2005年和2010年的生态足迹以及生态承载力进行了分析。结果表明：兰州市

从2000年～2010年人均生态足迹由13.0230亩增加至68.0925亩，人均生态承载力由5.5410亩减少至5.3865亩，同期的人均生态赤字也由8.1390亩上升到63.3525亩。从兰州市近几年人均生态足迹和生态承载力的变化趋势可知，目前兰州市的人均生态足迹，已远远

超出了自然生态系统的生态承载力范围，现有的发展模式亟待转变。

1673—9019（2014）—09—0026（04）

作者简介：安文渊（1986-），男，甘肃临潭人，在职研究生，研究方向为土地生态风险评价。土地问题研究

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GansuNongye

甘肃农业2014年第09期(总387期

)

人均面积/亩均衡因子产量因子均衡面积/

亩人均面积/亩

耕地 1.503 2.814.4 4.0395林地0.4965 1.1120.438草地0.16950.5 2.550.015水域0.030.2150.006建筑用地0.33 2.814.4

0.888人均生承载力

/// 5.3865减去生物多样性保护面积（12%）///0.6465可利用的人均生态承载力

/

/

/

4.74

土地类型主要用途均衡因子耕地提供绝大多数农作物 2.8林地

提供林产品和木材

1.1草地提供畜产品0.5建筑用地居民地及道路用地

2.8化石能源用地

吸收CO 2 1.1水域

提供水产品

0.2

土地类型土地面积/亩

人均面积/亩耕地4862539.5 1.503林地1607743.50.4965牧草地548362.350.1695水域96307.350.03建筑用地

1069500

0.33

态足迹。

3.生态盈亏计算。生态盈亏计算公式：生态赤字/盈余=生态承载力(EC)－生态足迹(EF)

㈠兰州市2010年生态承载力分析

根据生态足迹理论进行

生态承载力分析[12]，主要考虑耕地、林地、草地、建筑用地、化石燃料用地和水域6类土地利用类型，它们的功能用途（见表1）。利用生态足迹计算模型，根据兰州市土地利用调查数据（见表2），进行兰州市2010年生态承载力计算，计算结果如下：兰州市2010年拥有耕地4862539.5亩，林地1607743.5亩，草地548362.35亩，水域96307.35亩，建筑用地1069500亩，这是2010年兰州市能提供的生物生产面积，对人均拥有的各类生物生产面积乘以均衡因子和产量因子，就可以转化为按世界平均生态空间计算的兰州市2010年人均生态承载力（见表3）。

兰州市2010年的人均耕地、林地、草地、水域、建筑用地分别为1.503亩、0.4965亩、0.1695亩、0.03亩、0.33亩，人均生态承载力为5.3865亩，减去12%的生物多样性保护面积0.6465亩，实际可利用的人均生态承载力4.74亩，其中耕地、林地、草地、水域和建筑用地人均生态承载力分别为4.0395亩、0.438亩、0.015亩、0.006亩和0.888亩。

㈡兰州市2010年生态足迹分析

基于

生态足迹计算指标与模型，根据2011年兰州年鉴[13]，进行2010年兰州市生态足迹计算。兰州市生态足迹计算主要由生物资源

的消费和能源的消费两部分组成，可以分别用来对比生态承载力分析中提到的资源承载力和环境承载力。生物资源消费部分包括粮食、蔬菜、食用植物油、猪肉、家禽、蛋及其制品、鱼虾、食糖和酒9种资源，能源消费部分包括原煤、焦炭、原油、煤油、燃料油、天然气和电力7种能源。其中生物资源生产面积折算的计算中采用联合国粮农组织1993年计算的有关生物资源的世界平均产量资料；能源消费转化为化石能源土地面积时，采用世界上单位化石能源土地面积的平均发热量为标准，将兰州市能源消费所消耗电热量折算成一定的化石能源土地面积。运用生态足迹的计算方法，根据兰州年鉴提供的资料，分别建立2010年兰州市生态足迹计算中生物资源账户和化石能源账户（表4和表5）。由以上计算可得，兰州市2010年人均生物资源生态足迹为14.559亩，化石能源人均生态足迹为44.913亩。其中，耕地、草地、水域人均生态足迹分别为14.142亩、0.8385亩、0.612亩。

将兰州市2010年人均生态足迹和人均生态承载力汇总对比分析发现，兰州市2010年生物资源人均生态足迹为53.5335亩，对应的生态承载力为4.74亩，其生态足迹远大于生态承载力，人均生态足迹是可利用的人均生态承载力的3倍多，生态赤字达48.7935亩，它表明兰州市的生物资源消费需求已经超过了自然系统的供给能力，说明兰州市的自身的发展处于一种不可持续的状态，必须依靠外部的力量来维持社会经济的发展（表6）。

分析生态足迹组分，表明各土地类型人均生态足迹之间存在较大差异，从其供需结构分析，需求中耕地和化石能源用地所占的比重较大，占到总人均生态足迹的95%，说明主要的消费还是能源和粮食。另外，在生态承载力的计算中，耕地和建筑用地是两种主要用地类型，占到总生态承载力的78%，说明兰州支撑当前人类生存和消费的生物生产性土地主要是这两类。从其供需平衡来看，耕地、草地、水域呈现为生态赤字。从其需求与供给的倍数来看，最大的是水域，反映兰州地处内陆，这部分生物资源需要从外部输入；其次是耕地，需求是供给的4倍多，反映了兰州市人多地少的事实；草地次之，需求是供给的3倍以上，说明兰州市草地资源数量不足，提供生物资源的能力差。就这3类生物

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甘肃农业2014年第09期(总387期

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需求供给人均生态足迹/亩

人均生态承载力

/亩

类型各类土地人均面积/亩

均衡因子均衡面积/亩类型产量因子

人均土地面积/亩

校正后面积/亩

耕地 4.764 2.813.3395耕地0.96 1.503 4.0395化石能源用地

47.595 1.152.356林地0.800.49650.438草地 1.680.50.84草地0.170.16950.015

水域 1.9020.20.381水域10.030.006建筑用地

0.42 2.8

1.1775建筑用地

0.960.33

0.888人均生态足迹

68.092

合计 5.3865可供使用的人均生态承载力

4.74

类型全球平均能源生态足迹

（GJ/亩）折算系数（GJ/

吨）总消费量/吨人均消费量/

吨人均毛生态足迹/亩生产性土地类

型均衡因子人均生态足迹

媒82511319100 3.4985 3.498519.974化石能源 1.1 1.4647焦炭82513661000.42220.4222 3.2775化石能源 1.10.2404原油139510367400 3.2044 3.204421.639化石能源 1.1 1.5868煤油13959000.00280.00030.0015化石能源 1.10.0002燃料油1065270000.00830.00830.0885化石能源 1.10.0065天然气1395625000.01930.0193 2.616化石能源 1.10.1918电力150002520600

0.77910.77910.42

建筑用地

2.80.0785合计

/

/

/

/

/

3.5689

生物资源全球平均产量/（千克/

亩）总消费量/吨

总生态足迹/亩人均毛生态足迹

均衡因子人均生态足迹/亩

生产类型粮食41160410232.6182242525.2450.0462 2.8 1.941耕地蔬菜270000349192.910290994.09150.0060 2.80.252耕地食用植物油

646531454.5061094704.3850.0226 2.80.948耕地猪肉111050705.45610278132.975

0.2118 2.88.895耕地家禽49511961.7165437143.6300.11200.50.84草地蛋及制品600024129.846904869.2250.0186 2.80.783耕地鱼虾43510330.664543446.8950.12680.20.381水域食糖749557941.68023839.3440.0005 2.80.021耕地酒735018883.240

578058.368

0.0119 2.8

0.501耕地合计

/

/

/

/

14.559

/

生产性土地类型来说，兰州市发展对其造成的压力大小依次是水域、耕地、草地。建设用地由于缺少相应的数据资料，无法反映兰州建设用地紧缺的实际情况。综合生态承载力和生态足迹的分析可以发现，兰州生态承载力偏低，来自生物资源消费、能源消费的生态足迹远远大于生态承载力的数值，兰州处于不可持续的状态，必须依靠外界的物质和能源输入来满足资源消费。

㈢兰州市2000年～2010年生态足迹的动态变化

根据生态

足迹的计算模型，利用三年兰州年鉴，分别对兰州市2000年、

2005年、2010年的生态足迹和生态承载力进行了计算和动态分析。计算结果见表7和表8：

由表7可以看出，生态承载力的多项指标的变化趋势从2000年到2005年是减少的，而从2005年开始逐年恢复。这其中包括人均耕地、人均建筑用地、人均生态承载力和可利用生态承载力。人均林地自2000年开始逐年增加，人均草地、人均水域从2000年开始逐年减少。结合兰州的实际情况分析，可见生态环境建设工程，如退耕还林（草），对兰州市土地覆盖结构有明显作用，使林

土地问题研究

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年份200020052010人均耕地/

亩 4.083 3.519 4.040人均林地/亩0.30150.3930.438人均草地/亩0.2990.2790.015人均水域/亩0.0120.0090.006人均建筑用地/亩0.8460.7490.888人均生态承载力/亩 5.541 4.947 5.386可利用生态承载力/亩

4.884

4.353

4.740

年份

200020052010人均耕地生态足迹/亩11.28614.14113.340人均草地生态足迹/亩0.6950.8390.840人均水域生态足迹/亩0.5960.6120.381人均建筑生态足迹/亩

0.447

0.728

1.178

地的承载力逐渐增加。由表8计算结果可知，兰州市人均草地生态足迹有所增加，人均建筑生态足迹增加幅度较大，10年时间增加了0.717亩，人均耕地与人均水域生态足迹十年间有小幅度的波动。从其需求空间来看，人均建筑生态足迹增加幅度较大，说明随着人口的增加，人们对住房、道路等建设用地的需求在不断增加。从2000年到2010年兰州市人均生态足迹增加明显，而人均生态承载力变化幅度并不大，因此使得生态赤字绝对值逐年增加。人均生态足迹从2000年的13.023亩增加到2005年的16.3185亩，到2010年增加至68.0925亩；人均生态赤字从2000年的8.139亩增加到2005年的11.9655亩，而到2010年增至63.3525亩，2000年～2005年这五年间增加了3.8265亩，而2005年～2010年这五年间增加了51.387亩；人均生态承载力从2000年的5.34亩减少到2005年的4.353亩，而到2010年有所恢复，增至5.3865亩。从人们土地的生态足迹和生态承载力结果来看，生态承载力表现为人均耕地有所增加，人均林地逐年增加，人均牧草地逐年减少；生态足迹表现为人均耕地在2010年有所减少，人均化石能源用地增幅较大。兰州市从2000年开始已经出现生态赤字，人均生态赤字为8.139亩，并且到2010年已经达到63.3525亩，说明兰州市人口对自然资源的利用逐年增加，尤其是2005年～2010年这五年间呈井喷

式增加，目前已远远超出了自然生态系统的生态承载能力的范围，生态足迹与生态承载力之间的矛盾加剧，生态系统退化，人地关系紧张。因此，兰州市要向可持续发展方向努力，就应尽量减少其生态赤字。影响生态赤字的要素主要有消费水平、单位土地面积的生产力、人口密度等。因此，为减少生态赤字，应尽量减少化石能源用地消费，积极利用高新技术，提高单位土地面积的

生产力，高效利用现有资源；在不降低生活水平的基础上改变人们的生产和生活消费方式，建立节约型的社会生产和消费体系；另外，需要发展循环经济，实现废物及某些中间产物再循环利用，以挖掘资源和能源的使用潜力，推行“资源—产品—可再生资源”的发展模式，控制人口，严格执行计划生育政策，以减轻区域发展对生态环境的压力；兰州市政府应科学合理的规划土地，通过建立以生态足迹指标为核心的土地可持续利用评价指标体系，以期更准确、更完善的评价区域的土地可持续利用情况。

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[9]张志强,徐中民,程国栋.生态足迹的概念及计算模型[J].生态经济,2000,(10).

[10]徐中民,张志强,程国栋.甘肃省1998年生态足迹计算与分析[J].地理学报,2000,(05).

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[13]兰州市统计年鉴、甘肃省统计年鉴[Z].北京:中国统计出版社,1996～2010.

丁心顺）

土地问题研究

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基于生态足迹法的兰州市土地利用变化评价

作者：安文渊， 孙鹏举

作者单位：甘肃农业大学,甘肃 兰州,730070

刊名：

甘肃农业

英文刊名：GANSU NONGYE

年，卷(期)：2014(9)

引用本文格式：安文渊.孙鹏举基于生态足迹法的兰州市土地利用变化评价[期刊论文]-甘肃农业 2014(9)