基于生态足迹模型的煤炭资源型城市生态承载力评价*时间： 2017-10-29信息来源：吕 萍 陈欢欢　作者：qgy_admin　责编：

摘 要：煤炭资源型城市提升生态承载力是城市面临资源环境约束下加快可持续发展的必然选择。运用生态足迹模型对黑龙江省煤炭资源型城市生态承载力进行评价，得出如下结论：由于粗放式地开采自然资源，生态系统处于过度开发利用状态，致使城市生态承载力压力较大。煤炭资源型城市应以“煤头电尾”“煤头化尾”为抓手，推动煤炭精深加工，加快发展接续产业；加大对资源型城市进行常态化的生态补偿，构建生态承载力的监测与预警系统等政策措施，提升煤炭资源型城市可持续发展能力。
关键词：煤炭资源型城市；生态承载力；生态足迹；生态补偿
中图分类号：F299.23 文献标识码：A  文章编号：2095-5766（2017）03-0127-07
收稿日期：2017-02-23
 *基金项目：国家社会科学基金后期资助项目“我国地区经济发展潜力评价与开发研究”（15FJL019）；中国博士后基金项目“城镇化进程中资源型城市生态承载力评价与提升研究”（2014M561367）；黑龙江省哲学社会科学项目“黑龙江省资源型城市生态承载力安全预警与路径选择”（15JYB03）。
作者简介：吕萍，女，黑龙江省社会科学院经济研究所副研究员，硕士生导师，应用经济学博士后（哈尔滨 150018）。
        陈欢欢，女，黑龙江省社会科学院经济研究所硕士生（哈尔滨 150018）。


   2014年以来，煤炭市场“量价双降”导致煤炭资源型城市经济下行压力较大，加之煤炭资源粗放式的开采方式造成严重的环境污染和生态破坏，对煤炭资源型城市的生态承载力产生较大的压力。十八届五中全会强调坚持绿色发展理念，应大力开展生态修复，让城市再现绿水青山，为煤炭资源型城市提升生态承载力指明方向。生态承载力是指资源与环境系统通过自我维持、自我调节以满足人类生存和发展所能支撑的最大经济社会发展负荷和人口数量，具体表示为一个区域经济发展所消耗的物质资源以及排放的污染物必须限定在资源储量及环境容纳的阈限值以内。在新型城镇化的快速发展阶段，资源型城市人口总量将持续增长，在确保大力发展接替产业和加快农民市民化进程的条件下，提升煤炭资源型城市生态承载力的水平，是城市面临资源环境约束下加快可持续发展的必然选择。

    一、资源型城市的生态承载力研究现状
    1. 国外相关研究现状
    20世纪30年代初到70年代中期，国外学者对资源型城市转型进行了理论研究与实证分析：（1）资源型城市社会转型研究。Innnis（1933）、Robinson（1962）与Siemes（1976）运用心理学和社会学就矿区发展不稳定的原因及其引发的社会问题进行了分析。（2）资源型城市转型的实证研究。20世纪70年代中期至80年代中期，波特斯（Porteons）、佩费奇力格（Ciaran Ofairoheallaigh）等学者从个体研究发展到群体实证与规范研究。研究案例有洛林、休斯敦、鲁尔区等地区，其中欧盟主要依靠政府的干预，通过关闭矿井、工业结构调整、引进人才等措施完成资源型城市转型。（3）资源型城市综合问题研究。20世纪80年代以后，布莱德伯里（Bradbury）、海特（R.Hayter）、巴恩斯（T.J.Bames）等对资源型城市转型的研究转向产业结构调整、环境治理、城市开发与规划等内容，Markey Sean（2006）运用区域规划和发展经济学研究资源型城市问题，结果表明，资源型城市转型应从经济和资源比较优势向城市的竞争优势转变。
    20世纪70年代，国外学者研究承载力源于马尔萨斯的人口增长理论，基于种群承载力构建承载力研究框架，后从环境资源承载力扩展到生态承载力，研究领域从单一自然要素逐渐扩大到整个生态经济系统。关于生态承载力内涵研究，Hudak（1999）指出，生态承载力多基于生态系统对承载对象的容纳能力。从种群生态学视角来看，在食物供应、栖息地、气候等因子共同影响下，生态系统中任何种群的数量均存在一个阈值。关于生态承载力评价研究，Hubacek和Giljum（2003）将投入产出分析方法引入生态足迹模型，考虑产品与服务所涉及中间部门的生态空间需求，对提高传统核算模型具有重要意义。关于生态承载力综合研究，Lester & Hal（1994）认为，人类活动必须限制在生态系统的弹性范围之内，Seidl & Tisdell（1999）提出经济发展应在生态环境保护与资源持续利用之间，寻求适度承受能力的动态平衡临界点。
    2. 国内相关研究现状
    20世纪90年代以来，国内学者对资源型城市相关研究成果较多，提出了一些有价值的观点。关于资源型城市环境治理方面的研究，代表性的有许信胜等（2006）提出资源型城市转型措施应是发展循环经济，加大环境治理力度；李江威（2011）通过环境库兹涅茨曲线检验确定资源型城市生态环境质量所处的发展阶段，提出开展土地复垦，加大环境整治力度，实现城市可持续发展。关于资源型城市转型案例分析方面的研究，代表性的有宋冬林（2009）以东北老工业基地资源型城市转型为案例，提出充分发挥政府和市场在接替产业选择和培育中的作用，将接续产业发展与转变经济发展方式结合起来研究。关于资源型城市转型综合问题的研究，代表性的有：张复明（2011）指出资源型城市面临产业结构单一化、生态环境破坏等问题，并提出破解思路；王春杨等（2012）指出，资源型城市因资源消耗过度、环境污染等问题，经济发展受到日趋严重的限制，并提出了与枣庄市相似的资源型城市发展模式与对策。
    20世纪90年代初，国内生态承载力研究主要围绕承载力内涵演进、城市承载力、评价方法等方面展开。（1）关于生态承载力内涵的研究。高吉喜（2001）、杨志峰等（2007）、张林波（2009）等学者对生态承载力内涵进行积极探索。张林波（2009）认为，城市生态承载力应考虑社会经济因素及由此造成的动态性，并与管理目标紧密结合，以人类经济社会发展最大负荷为承载对象。（2）关于生态承载力评价的研究。城市生态承载力评价方法包括生态足迹法、供需平衡法、综合指标评价法、灰色关联度和熵理论等方法。徐琳瑜等（2005）借鉴生物免疫学理论构建城市生态承载力“蛋体模型”，选择广州、北京通州等城市进行案例分析。（3）关于资源型城市生态承载力分析的研究。于翠英等（2013）指出资源型城市发展应合理克服城市资源环境承载力放大效应，注重生态系统生命周期及其弹性力规律。黄晓英等（2014）从经济发展、生态协调、资源利用与社会公平四个方面评价了大同市1999—2012年的可持续发展能力。
纵观国内外相关研究动态可知，生态承载力研究已从传统的生态系统单要素承载力研究扩展到多要素承载力研究，并渗透到经济发展、社会进步、环境改善等领域，为课题研究奠定了坚实基础。目前，结合城市自身特征的生态承载力研究略显不足，尚未形成从基本概念到量化方法完善的理论体系，缺少某一类型资源型城市生态承载力的动态演化趋势研究。资源型城市要实现新型城镇化，治理城市病，规避“资源诅咒”，生态承载力提升路径选择需要做深入研究。

    二、煤炭资源型城市生态足迹模型构建
    （一）生态足迹模型概述
    生态足迹法是一种对特定范围的人口或经济发展规模的消费资源水平或消纳废弃物吸收水平进行度量的方法，该方法将地区的生态承载力划分为供给核算和需求核算，分别依据人类在生产端和消费端对生物性土地面积产生的生态足迹和生态承载力，对特定经济发展条件下生态承载力进行综合性度量和分析。
    （二）生态足迹模型测算
    1. 生态足迹需求计算
    生态足迹需求来源于耕地、林地、草地、水域、建设用地和化石能源用地六大类生态生产性土地面积，但是由于自身资源禀赋和生产能力的差异，不同生态生产性土地对于不同生物有着不同的生产力，因此，直接进行汇总或者比较是不可行的。所以，在定量测量人类对土地的连续依赖性时，引入均衡因子概念。通过将均衡因子与不同种类的生物生产性土地面积相乘，可以把六类土地统一成具有等量生产力的生物性生产面积，可以汇总比较六类生态生产性土地面积。生态足迹需求的一般表达式为：
                              
    式（1）中，EF为总生态足迹，LP为区域人口数，efi为人均生态足迹，i为消费原材料的类别，Ci为第i类商品的人均消费量，Pi为该类原材料的局地生产总量，Yi为原材料的世界平均生物产量，Ii为进口总量，Ei为出口总量。式（2）中，wi为对应土地类型均衡因子。
    2. 生态承载力计算
    生态承载力是某一特定区域的生态足迹供给，用以衡量该地区在生物资源、能源的生产和废弃物的吸收不会损害当地的生产力基础上的最大面积。生态承载力在与生态足迹需求进行比较时，采用的是消费量和生产量的比较，因此，生态承载力的计算涉及面积和单位产量两个方面。面积的计算可以利用某一地区各种土地类型的实际面积，单位产量的计算需要进行标准化处理，因为不同土地类型由于资源禀赋及土地生产力不同，导致土地单位生产力存在较大差异。生态足迹法计算中引入产量因子，对不同土地的生物生产性面积进行标准化处理。产量因子用以衡量特定生物生产性土地面积，由于所在国家或地区的不同与世界平均产量的差异，具体区域某类生物生产性土地的产量平均数与世界产量的平均数之比即为该类土地的产量因子。
    生态承载力的表达式为：
                                    
     式（3）中，EC为区域总生物承载力，Ai为区域某类土地利用的总面积，LP为人口数，i为土地类型，fi为产量因子，eci为人均生物承载力，ai为区域某类土地利用的平均面积。式（4）中，wi为对应于各土地类型的均衡因子。
    世界环境与发展委员会建议，进行某一区域生态承载力计算时应考虑生物多样性的影响，在生态足迹的供给的面积中预留出12%的生物多样性的保护面积。
    3. 生态盈亏
    生态盈亏从绝对数角度对区域生态承载力和生态足迹需求进行比较，即生态承载力与生态足迹需求之差，公式表示为：
      EDR＝EF-EC（5）
    式（5）中，EF为总生态足迹，EC为区域总生物承载力。
    由于区域的生态足迹评价是基于全球背景下的量化研究，而结果分析是以全球生态盈亏为前提，因此区域分析的生态盈亏都是相对的盈亏状况。生态赤字的产生是由于生态承载力供给小于生态足迹的需求，生态系统压力较大；生态盈余的产生是由于生态承载力供给大于生态足迹的需求，生态系统压力较小。生态盈余或生态赤字是区域人口对自然资源利用状况的反映，因此，可根据生态盈余衡量某一区域的生态承载力能否保证区域人口的生产消费活动、经济与社会的正常活动强度。

    三、煤炭资源型城市的生态承载力评价
    （一）研究区域的选择
    煤炭资源型城市开采煤炭资源的方式主要是井下开采和露天开采，会导致农田减产、绝产，人口增加与土地减少的矛盾日益加重，同时也会引起大面积土地塌陷，破坏村庄、道路，造成矿区尘土飞扬等环境污染，影响城市招商引资的投资环境。黑龙江属于典型的资源型大省，维系着东北和华北平原的生态安全，具有资源型城市种类全、数量多的特点，包括“一油、二林、四煤”，其中“四煤”指的是鸡西、双鸭山、鹤岗、七台河四座煤城。2015年，鸡西市已探明64亿吨煤炭地质储量，约占全省的三分之一，年生产能力3600万吨。鹤岗市已探明26亿吨煤炭地质储量，是重要的优质动力煤和化工煤的产地。双鸭山市煤炭资源勘探储量117亿吨，主要分布于双鸭山煤田、集贤煤田、七星河煤田、宝清煤田和双桦煤田。黑龙江省为我国经济发展提供了强大的能源支持，但粗放式的开采方式对生态承载力造成较大的破坏，2014年，四煤城总塌陷面积达530平方公里，煤炭开采产生的煤矸石已达2亿多吨，每年向大气排放的甲烷量约为3亿立方米，是我国煤炭资源型城市的典型代表，因此，本文运用生态足迹模型对黑龙江省煤炭资源型城市生态承载力进行实证研究，为分析我国资源型城市尤其是煤炭城市生态承载力提供参考。
    （二）生态承载力计算过程
    1. 数据说明
    本文实证分析的数据主要来自于《鸡西市统计年鉴》（2015）、《鹤岗市统计年鉴》（2015）、《双鸭山统计年鉴》（2015）。由于地级市的进出口数据不易获得，且消费量数据空缺，故采用人均消费量等于生物资源的生产总量与人口总数的商近似计算。在煤炭资源型城市生态足迹核算过程中，一般将消费物品分为生物资源消费和能源消费。其中，生物资源消费主要包括农产品、林产品、畜牧品、水产品等生物资源的消费。能源消费主要包括化石燃料和电力的消费，其中，化石燃料包括煤炭、石油、天然气等能源。为了使计算结果具有可比性，消费品的全球平均生产能力数据来源于世界粮农组织1993年关于生物资源的世界平均产量资料。生物资源生产面积的折算中世界平均产量数据涉及的项目较多，其中，世界农产品平均产量数据来自世界粮农组织网站，而畜牧品的世界平均产量数据是根据世界粮食平均的产量计算得来，从粮食到猪禽肉类的转换系数是6，因此，本文用世界粮食平均产量除以6就是猪禽肉类世界平均产量。
    能源消费项目包括煤炭、石油、天然气、电力这四类主要能源消耗项目。Wackernagel等所确定的煤、石油、天然气和电力的全球平均土地的转换系数分别为55×109焦耳/公顷、93×109焦耳/公顷、71×109焦耳/公顷、1000×109焦耳/公顷，根据这些转换系数能够将不同的能源消费折算成一定的化石能源土地面积。在生态足迹的计算中，关键的两个参照系数是均衡因子和产量因子。在多数实例研究中，适用的均衡因子比较统一，产量因子相对广泛。在比较各类文献中的均衡因子计算指标基础上，本文选取的均衡因子如表1所示。
                              
      2. 生态足迹的需求计算
    通过对鸡西市、鹤岗市、双鸭山市的数据进行分类汇总，运用生态承载力需求计算公式，得到煤炭资源型城市生物资源生态足迹（见表2）、能源资源生态足迹（见表3）、生态足迹需求（见表4）。                     

   
   由表2可见，黑龙江省煤炭资源型城市生物资源中对耕地占用比例较大，草地、林地次之，通过表3可以可得，煤炭资源型城市能源资源中原煤占用比例较大，柴油、汽油次之，结果表明，鸡西、鹤岗、双鸭山的生态资源禀赋的差异比例不同。
    3. 煤炭资源型城市生态承载力的计算
    通过对黑龙江省煤炭资源型城市的数据进行分类汇总，运用生态承载力计算公式，得到黑龙江省煤炭资源型城市生态承载力（见表5）。
 

    四、煤炭资源型城市的生态承载力评价结果分析
    1. 煤炭资源型城市生态承载力已出现生态赤字现象
    通过上述对黑龙江省煤炭资源型城市的生态足迹与生态承载力的对比分析可见，煤炭资源的粗放式开发模式导致城市的生态环境遭受较大程度的破坏，鸡西、鹤岗和双鸭山都存在生态赤字。根据目前世界范围内关于生态足迹的研究结论，一般来说，几乎所有的城市都占用比自身行政面积大得多的生态足迹，这与城市的系统开放性密切相关。作为一个开放的巨大的系统，城市为了自身的生存和发展需要从城市外界不断地获取物质、能源及信息，这样会导致从城市外面的农村、郊区持续地输入生态足迹，结果造成城市系统的生态承载力往往超出其规划区域所能提供的生态足迹。因此，黑龙江省煤炭资源型城市生态赤字产生的原因除了与煤炭资源的开发和利用有关外，也与城市本身的系统开放性有关。
    2. 生物生产性土地与化石燃料用地的生态足迹具有差异性
    本文对黑龙江省煤炭资源型城市生态足迹需求和生态承载力构成分析可知，人均耕地生态足迹占人均生态足迹需求的比重较大，说明在维持城市生产和生活过程中，划分为耕地类型的生态足迹较大，而耕地和化石燃料用地在人均承载力中的生态足迹供给最多，化石燃料用地与煤炭等能源的生产和消费关系密切，煤炭资源型城市由于煤炭开发、生产与消费都会带来SO2空气污染、固体废弃物污染和水体污染，同时非清洁煤炭的使用也会产生空气污染等后果。可见，在保护耕地、化石燃料用地的基础上必须寻求城市的可持续发展路径。
    3. 煤炭资源开发、生产与消费模式影响生态承载力水平
    煤炭资源型城市相比其他城市生态赤字较大的原因在于，城市的生态承载力水平与城市的经济发展水平、人们的生产与生活消费方式密切相关。由于节约型的消费模式能够节约资源与能源，减少森林、土地、能源和矿产资源的浪费，从而有利于当地的生态足迹占用不会急剧扩大，这样可以有效保护生产性土地面积，提高产量因子，加强区域的生态承载力。因此，对黑龙江省煤炭资源型城市的生态承载力的提升，可以从优化煤炭产业结构着手，加大科技投入，用更加经济环保的方式开采，对煤炭进行精深加工，实现清洁煤炭资源消费方式，同时应开发清洁型新能源。

    五、提升煤炭资源型城市生态承载力的对策建议
    1. 依托传统优势资源，加快发展接续替代产业
    现阶段，煤炭资源型城市经济增长下行压力与产能过剩并存，产业结构对资源依存度仍较高，接续替代产业总体规模小，习近平总书记在黑龙江省考察调研时指出，要以“煤头电尾”“煤头化尾”为抓手，推动煤炭精深加工，推动“煤城”发展转型。煤炭城市应以重大项目建设为依托，培育发展煤炭、电力、煤化工、绿色食品、现代服务业等产业，推进煤与非煤“双轮驱动”转型发展。围绕稳定提升煤炭产能、延长煤炭产业链上项目。推进煤制化肥、煤基多联产、煤电转化项目建设，引进河北新奥集团煤加氢技术和煤超临界气化等煤制气关键技术，加快传统能源的清洁化利用。围绕多元发展非煤产业上项目，通过种植业、养殖业结构调整大力发展食品加工、农畜产品深加工产业；依托现有专业产业园区基础条件，大力发展再生资源、新材料、木制品业，支持七台河、鹤岗发展高档实木家具、板材和木制工艺品生产项目。依托鸡西、鹤岗、七台河等城市拥有石墨的资源优势，发挥石墨产业技术战略联盟在资金、技术和人才等方面的汇聚优势和品牌效应，开发锂电池、人造金刚石、纳米石墨片等高端石墨精深加工产品。
    2. 加大对煤炭资源型城市进行常态化的生态补偿
    需要注意的是，2014年，黑龙江省资源型城市人口约占全省的37.2%，城市人口密度小且增长压力小，半数以上城市人口出现负增长；城市每平方公里人口密度只有91人，其中七台河仅39人/平方公里，煤炭资源型城市现有人口数并没有超出生态承载能力范围，自身发展所消耗的物质资源以及排放的污染物是在资源储量及环境容纳的阈限值以内，但是由于其他地区对资源的大量需求，资源型城市粗放式地开采自然资源，致使生态系统处于过度开发利用状态。应按照生态资源净输出量标准，实施生态产品和服务的有效补偿，建立中央政府对生态补偿的财政转移支付制度；受益区政府应采取资金补助、定项援助等形式，加大对资源型城市进行常态化的生态补偿，提高煤炭资源型城市可持续发展能力。
    3. 构建生态承载力的监测与预警系统
    应加快建立系统完备的生态承载力监测与预警体系，通过各项指标监测，实现对转型过程中的监控，以便纠正已采取计划与行动的偏差。建设生态承载力模拟和决策支持系统，对生态环境、资源、社会、经济数据进行整合、模拟与预测，实现实时监测控制；强化工业污染源监控，严格企业排污监管，实行“黄色、橙色、红色”三级警戒标准，建立生态预警系统。推进生态赤字危机应急管理机制，健全预警应急响应系统和环境执法监督体系，以生态保护修复、资源节约、发展循环经济为重点，严格执行国家生态建设的法律法规，科学编制生态承载力应急体系建设规划，制定生态赤字防控应急预案，提高灾害应急反应和防控处置能力。
 
参考文献
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Assessment on Ecological Carrying Capacity of Coal Resource-Based City Based on Ecological Footprint Model
Lü Ping  Chen Huanhuan
Abstract：It is inevitable choice to improve ecological carrying capacity of coal resource-based city to speed up the sustainable development for the restriction of resources and environment. Using ecological footprint model， it is evaluate the ecological carrying capacity of the coal resource-based city of Heilongjiang province， because of the extensive exploitation of natural resources， it is concluded that we have put the ecosystem under the excessive exploitation and utilization situation and has caused the urban ecological carrying capacity under heavy pressure. Coal resource-based cities should take the “coal head electric tail” “coal head chemical tail” as the gripper， promoting the deep processing of coal， speeding up the development of the replacement to take over the eliminated industry and they also should increase the normalized ecological compensation for resource-based cities， building governmental monitoring and warning system of ecological carrying capacity to improve the sustainable development ability of coal resource-based city.
Key Words：Coal Resource-Based City； Ecological Carrying Capacity； Ecological Footprint； Ecological Compensation               （责任编辑：柳 阳）

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