基于GIS的中国东部经济区带生态足迹定量研究

摘要：建立了中国东部经济区带生态足迹定量评价体系，以东部沿海9省3市为分析样本，建立了生态足迹定量评价空间数据库。研究结果表明，总体来说研究区生态赤字十年来向增大的方向发展，其中北京、天津、河北省南部、山东省、江苏省、上海市、浙江省北部、福建省东部、广东省东部、广西壮族自治区南部及海南省生态赤字增加幅度较大，且主要以大中型城市为中心呈扩散状分布，无生态赤字的面积萎缩显著。其中，上海市的生态赤字远远高于其它地区，且其仍然处在不断的飙升态势之中。北京市和天津市紧随其后，之后是海南省和浙江省，其生态赤字问题也不容小觑。根据定量评价的结果，提出了相应的政策建议。

关键词：生态足迹；东部沿海；GIS

中图分类号：F2文献标识码：A文章编号：16723198（2012）13006303

1引言

中国东部经济区带包括从渤海至北部湾等全部沿海地区，长达1.8万公里，由北向南纵横北纬20～41°，东西横跨107～124°30′，面积141.6万km2，包括环渤海经济区、长江三角洲经济区、东南沿海经济区和环北部湾地区。中国东部经济区带面积仅占全国总面积的13.63%，但是却集中了全国50%以上的大城市和全国人口的近40%。对这一区域开展生态足迹研究，将为中国东部经济区带经济发展规划、资源环境保护、城市布局和社会可持续发展提供重要的依据。

2生态足迹法简介

1992 年，加拿大生态经济学家William Rees 教授（Rees W. E.，1992）提出了生态足迹概念，其博士生Wackernagel（Wackernagel，et al.， 1996）于1996 年完善了其分析计算方法。生态足迹是指在一定的技术条件下，能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间。其分析的重点是计算生态足迹需求和供给。

生态足迹需求是计算在一定的人口和经济条件下维持资源消费和废弃物吸收所必需的生物生产性土地面积。任何已知人口（某个人、一个城市或国家） 的生态足迹需求是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产总面积。其计算公式为（Hardi P.，et al.）：

式中：EF为总的生态足迹需求；N为人口数； ef为人均生态足迹消费量；ci 为第i 种商品的人均消费量；pi 为第i 种消费商品的平均生产能力；aai为人均第i 种交易商品折算的生物生产面积；i为消费商品和投入的类型；rj为均衡因子。在生态足迹需求计算中，生物生产性土地主要考虑如下6种类型：化石燃料土地、可耕地、林地、草地、建筑用地和水域。上述六类土地类型的生产力不同，因此需要通过等量化因子（即均衡因子）将各类生物生产面积转化为等价生产力的土地面积后，才能汇总、求和，计算出总的生态足迹需求。

生态足迹供给是与生态足迹需求相对应的概念。它是指区域所能够提供给人类的生物生产性土地总和。其计算公式为（Hardi P.，et al.）：

式中： EC为区域总生态足迹供给量；N为人口数；ec为人均生态足迹供给量（hm2/人） ；aj为人均占有第j类生物生产土地的面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。产量因子是某个国家或地区某类型土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。将区域现有的耕地、草地、林地、建筑用地、水域等的面积乘以相应的均衡因子和产量因子，就可以得出区域具有世界平均产量的世界平均生态空间面积——生态足迹供给量，即生态足迹供给能力。

3空间数据库建设

本研究采用的空间数据主要包括各级别行政区和土地类型数据，非空间数据主要是各地区1998年-2007年的人口数据，都统一使用了相同的空间投影坐标系Krasovsky_1940_Albers。为了定量化评价中国东部经济区带的区域承载力，笔者将研究区离散成了30 km * 30 km的网格，每个网格的面积为900 km2，共有1767个网格位于研究区内或者与研究区的边界相交。在网格文件生成以后，通过GIS的空间链接功能将各个网格的各种土地类型、人口等指标值变为网格的属性，本研究的结果均以各网格的各属性字段为基础得到。

4生态足迹供给的定量计算

N-aj即为区域内第j种生物生产性土地的总面积Sj。由于每个网格的属性中都有土地利用数据处理所得的各种土地利用类型的百分比Lj，每个网格的面积为900 km2， 计90000公顷，则网格中第j种生物生产性土地的总面积为Sj=Lj 90000全球公顷 （ghm2），根据公式（3）可得到每网格的生态资源供给能力。在实际计算中，本论文引用了Wackernagel （Wachernagel，2003） 对于中国的均衡因子rj及产量因子yj的取值（由于矿产资源属于不可再生资源，因此本研究中不考虑其生态资源供给能力）。根据世界环境与发展委员会 （WCED ）的建议，支撑能力结果扣除了12%的生物多样性保护面积。生态足迹供给评价结果如图1（左图）所示。5生态足迹需求的计算

通过生态足迹法计算所得生态足迹需求（即可再生生态资源的消耗量）与生态足迹供给能力（生态承载能力）的比较，可评价区域的可再生生态资源使用的合理性和可持续性。本论文采用了全国人均生态足迹数据，暂未考虑人均生态足迹空间分布上的差异。各单元网格的生态足迹可通过如下公式计算得到：

FPc=FPp*PDc*Sc（4）

其中FPc为单元网格内的生态足迹需求；FPp表示单元网格人均生态足迹的需求量（在此取为全国人均生态足迹平均值）；PDc表示单元网格内的人口密度；Sc为单元网格面积（900km2）。

表11998-2007年全国人均生态足迹构成和人均生态足迹

D耕地D林地D草地D水域D化石能源*D建设用地D人均生态足迹D人均生态足迹1998年D0.367D0.072D0.147D0.221D0.468D0.092D1.367D0.7821999年D0.362D0.064D0.152D0.238D0.475D0.091D1.382D0.7772000年D0.332D0.059D0.156D0.245D0.495D0.091D1.378D0.7712001年D0.329D0.058D0.162D0.253D0.504D0.091D1.397D0.7712002年D0.33D0.057D0.169D0.255D0.538D0.09D1.439D0.7652003年D0.313D0.063D0.18D0.262D0.637D0.091D1.546D0.7572004年D0.343D0.067D0.191D0.27D0.733D0.09D1.694D0.7542005年D0.349D0.063D0.205D0.276D0.8D0.09D1.783D0.7562006年D0.358D0.095D0.21D0.29D0.869D0.09D1.912D0.7562007年D0.365D0.105D0.22D0.299D0.952D0.09D2.03D0.7561998-2006年数据据陈成忠等（2009），2007年数据根据2002-2006年数据变化趋势估计。通过计算，得到中国东部经济区带1998-2007年的生态足迹需求。显示了研究区2007年生态足迹需求的分布情况。比较两图可知，生态足迹东部经济区带整体上都有增加，其中辽宁省中部地区、北京市、天津市、河北省南部、山东省、江苏省、浙江省东北部等地区生态足迹增加显著。而从图上可以明显看出生态足迹需求和供给之间存在很大的差距。