陳 超 李桂媛，2

(1.三峽大學(xué)土木與建筑學(xué)院，湖北 宜昌 443000; 2.三峽大學(xué)鄂西山地城鎮(zhèn)建設(shè)與發(fā)展三峽大學(xué)協(xié)同創(chuàng)新中心，湖北 宜昌 443000)

0 引言

自然生態(tài)環(huán)境的承載能力是指人類的生存和自然生態(tài)系統(tǒng)在最大限度地利用生態(tài)產(chǎn)品的前提下，為一個(gè)地區(qū)提供消納廢棄物的最大能力。隨著自然環(huán)境與人類發(fā)展的矛盾日益加劇，環(huán)境資源承載能力的研究成為一個(gè)熱點(diǎn)話題。20世紀(jì)90年代以來，國內(nèi)外許多學(xué)者相繼提出了眾多評價(jià)的模型和方法，如加拿大生態(tài)學(xué)教授Willian E.Rees提出來傳統(tǒng)的生態(tài)足跡理論與模型以及William提出的生態(tài)足跡法等[6]。目前國內(nèi)大多學(xué)者分別從方法、理論、數(shù)學(xué)模型和研究過程等方面進(jìn)行研究與介紹，主要集中在：

1)對生態(tài)承載力的研究與評價(jià)；

2)對我國城鎮(zhèn)生態(tài)承載力的研究；

3)對某一領(lǐng)域生態(tài)承載力的分析例如林地、草地、耕地等生態(tài)承載力的分析；

4)對某一行業(yè)生態(tài)承載力的分析例如旅游生態(tài)承載力的分析。雖然當(dāng)前做了大量關(guān)于生態(tài)承載力的研究，但對于三峽庫區(qū)山地城鎮(zhèn)的生態(tài)承載力評價(jià)的研究相對不多。

三峽庫區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)敏感性強(qiáng)，自我修復(fù)能力較差，城鎮(zhèn)發(fā)展建設(shè)用地也非常緊張。三峽水利樞紐工程的建設(shè)，長江水位的大幅提升，對周邊的自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生較大影響。大規(guī)模移民搬遷、移民新城的重建，既給該區(qū)域城鎮(zhèn)化發(fā)展注入活力，推動當(dāng)?shù)厝司迎h(huán)境質(zhì)量的提升，社會與經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，對外交流的加強(qiáng)。同時(shí)，也對該地區(qū)自然生態(tài)環(huán)境產(chǎn)生巨大擾動。本文運(yùn)用生態(tài)足跡模型定量計(jì)算并分析三峽庫區(qū)沿江主要山地城鎮(zhèn)2006年—2016年的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的縱向變化特征，以期為三峽庫區(qū)山地城鎮(zhèn)的后續(xù)發(fā)展提供合理的科學(xué)指導(dǎo)依據(jù)。

1 三峽庫區(qū)區(qū)域概況

三峽庫區(qū)(北緯28°28′～31°44′，東經(jīng)105°49′～110°12′)位于湖北省西部和重慶市中部，東南、東北與鄂西交界，西南與川黔接壤，西北與川陜相鄰。全區(qū)面積 5.8萬km2，總?cè)丝? 067萬人，其中城鎮(zhèn)人口680萬人，平均人口密度356.37人/km2。庫區(qū)以山地、丘陵地形為主，地表參差不齊，地形零碎殘缺。它屬于濕潤的亞熱帶季風(fēng)氣候，受峽谷地形因素的影響十分明顯，具有冬暖夏涼、雨量充沛、高濕、多霧等特點(diǎn)。

2 生態(tài)承載力理論研究

2.1 研究內(nèi)容

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，學(xué)科之間的交叉融合，生態(tài)承載力的研究領(lǐng)域隨之變得多樣化，應(yīng)用范圍更加廣泛。在承載力的研究中，越來越多的理論、前沿成果被運(yùn)用到承載力的理論和研究中，生態(tài)承載力必將從單學(xué)科、單因子研究趨向多學(xué)科合作，開展人口、資源、環(huán)境、發(fā)展多因素、多層次的交叉綜合研究。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的引入，承載力理論的研究對城市發(fā)展和區(qū)域發(fā)展具有現(xiàn)實(shí)的指導(dǎo)意義。目前，國內(nèi)學(xué)者做了大量相關(guān)研究，王中根和夏軍對西北干旱區(qū)河流進(jìn)行了生態(tài)承載力評價(jià)分析和預(yù)測，構(gòu)建了兩個(gè)子系統(tǒng)，包括社會經(jīng)濟(jì)和生態(tài)環(huán)境的指標(biāo)體系，從資源支撐能力和環(huán)境承載力兩個(gè)方面進(jìn)行了論證[4]；董帆、吳鋒利用生態(tài)足跡模型,研究了湖南省長沙縣和陜西省旬陽縣的生態(tài)盈虧狀況,提出了縣域可持續(xù)發(fā)展的策略；褚崗、常斌運(yùn)用生態(tài)足跡法,分別分析了平頂山市2003年、銀川市2001年—2005年的生態(tài)承載力情況,提出了各自城市可持續(xù)發(fā)展的策略[1]。

2.2 研究方法

目前研究生態(tài)承載力的方法主要有：

1)資源供需平衡法；

2)指標(biāo)體系法；

3)系統(tǒng)模型法；

4)生態(tài)足跡模型等[5]。

資源供需平衡法思路清晰，操作簡單，但只能對某一區(qū)域瞬時(shí)的承載力進(jìn)行評價(jià)，不能評價(jià)多年的承載力情況；指標(biāo)體系法能夠準(zhǔn)確確定某一區(qū)域某一時(shí)段的承載力，但定量計(jì)算相對困難，建立承載面更為困難，需要更多的信息和數(shù)據(jù)；系統(tǒng)模型法有較好的發(fā)展前景，不過目前處于起始階段，以數(shù)值關(guān)系為基礎(chǔ)的統(tǒng)計(jì)學(xué)模型是對函數(shù)關(guān)系進(jìn)行模擬，對于系統(tǒng)內(nèi)部的過程邏輯關(guān)系還不能表達(dá)，模擬精度也不夠高;基于因果關(guān)系的系統(tǒng)動力學(xué)模型，可以清晰地表達(dá)系統(tǒng)的作用機(jī)制，但更復(fù)雜、龐大的系統(tǒng)仿真依然有許多不確定因子，在實(shí)現(xiàn)精確仿真方面仍存在一些困難。

3 方法選擇與數(shù)據(jù)來源

相比其他研究方法而言，生態(tài)足跡模型方法成熟，體系完整，主要基于四個(gè)方面：

1)人類可計(jì)量自身消費(fèi)的絕大多數(shù)自然資源以及所產(chǎn)生的廢棄物。

2)人類所消耗的資源與所產(chǎn)生的廢物能夠折算成相應(yīng)的生物生態(tài)性土地的面積。

3)為便于國際間比較，各種生物生產(chǎn)性土地(耕地、草地、林地、水域、建筑用地、化石能源地)[7]可以按全球公頃進(jìn)行折算。

4)各類土地在空間上互斥。通過計(jì)算分析判斷該地區(qū)生態(tài)承載力的基本情況。

3.1 計(jì)算方法

由瓦克納格爾(Wackernagel)博士提出的生態(tài)足跡[7]計(jì)算方法為：

1)基于統(tǒng)計(jì)資料，確定滿足人類需求的各種消費(fèi)及產(chǎn)生的各種廢棄物的數(shù)據(jù)。

2)所得數(shù)據(jù)換算成對應(yīng)的6種生物生產(chǎn)性土地面積。

3)運(yùn)用均衡因子換算得到生態(tài)足跡。

生態(tài)足跡的計(jì)算表達(dá)式為：

(1)

(2)

其中,EF為區(qū)域總生態(tài)足跡；N為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；ef為人均生態(tài)足跡，hm2/per；i為交換商品和投入的類型；ci為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的年人均消費(fèi)量；gpi為i種消費(fèi)項(xiàng)目的全球年平均產(chǎn)量[2]。

生態(tài)承載力計(jì)算則為首先利用統(tǒng)計(jì)資料，獲取國家或地區(qū)可提供的生物生產(chǎn)性土地面積，其次運(yùn)用均衡因子與產(chǎn)量因子進(jìn)行折算(見表1)。

生態(tài)承載力計(jì)算表達(dá)式為：

(3)

(4)

其中,BC為區(qū)域總生態(tài)承載力；N為區(qū)域總?cè)丝跀?shù)；bc為人均生態(tài)承載力，hm2/per；J為生產(chǎn)性空間類型；rj為第j類土地的均衡因子；nyi為i種消費(fèi)項(xiàng)目的區(qū)域年總產(chǎn)量；gpi為i種消費(fèi)項(xiàng)目的全球年平均產(chǎn)量[2]。

當(dāng)生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力(EFBC)時(shí)，生態(tài)資源出現(xiàn)赤字，表明該區(qū)域發(fā)展超過自然生態(tài)所能承受的范圍，經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展與自然環(huán)境處于失衡狀態(tài)[1]，即生態(tài)系統(tǒng)遭受破壞，發(fā)展不可持續(xù)。

表1 三峽庫區(qū)均衡因子、產(chǎn)量因子取值

3.2 數(shù)據(jù)來源

對三峽庫區(qū)15市縣生態(tài)足跡的測算數(shù)據(jù)來源，其時(shí)間范圍以“移民新城”落成即2002年—2012年。所采用的各項(xiàng)消費(fèi)數(shù)據(jù)來源于歷年的統(tǒng)計(jì)資料，2005年—2015《重慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》《恩施州統(tǒng)計(jì)年鑒》《宜昌市統(tǒng)計(jì)年鑒》以及《三峽庫區(qū)移民統(tǒng)計(jì)資料匯編(1992—2009年)》等。

4 結(jié)果與分析

4.1 生態(tài)足跡動態(tài)結(jié)果與分析

三峽庫區(qū)主要山地城鎮(zhèn)，人均生態(tài)足跡于2005年—2015年動態(tài)變化，由表2可知，數(shù)據(jù)分析得出，三峽庫區(qū)山地城鎮(zhèn)生態(tài)足跡呈現(xiàn)增長趨勢，究其原因，一方面，隨著三峽移民新城的搬遷，庫區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展對于生物生產(chǎn)性資料的需求加大；另一方面，隨著三峽庫區(qū)人居生活水平的提高，人們在日常生活中對于生產(chǎn)資料的需求亦在逐漸增加。因此，三峽庫區(qū)生態(tài)足跡逐漸增加的現(xiàn)象可以反映出移民新城搬遷后，庫區(qū)社會經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的現(xiàn)狀。

表22005年—2015年三峽庫區(qū)15區(qū)縣歷年人均生態(tài)足跡變化hm2/人

年份城鎮(zhèn)秭歸興山巴東巫山巫溪奉節(jié)云陽開縣萬州忠縣石柱豐都涪陵武隆長壽2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年0.287 570.304 150.291 420.372 140.398 160.424 020.436 280.472 150.493 710.546 90.572 340.403 660.436 470.434 70.577 960.566 250.594 380.660 730.719 550.769 980.811 850.863 88數(shù)據(jù)缺失0.355 860.235 380.406 60.438 890.501 060.560 320.622 650.588 590.604 10.240 080.240 210.261 270.273 620.272 890.277 380.269 310.299 250.303 150.321 060.327 030.240 080.240 470.237 770.248 050.255 730.268 980.286 90.313 560.325 420.346 720.340 420.198 860.230 970.244 560.246 40.243 230.263 630.258 30.271 470.284 120.295 30.284 360.194 390.198 690.211 430.217 810.227 850.233 040.222 320.236 590.253 450.264 410.264 970.200 60.206 280.215 10.225 210.220 120.244 180.231 380.242 350.255 20.266 190.265 420.187 630.191 170.209 250.218 010.209 140.224 590.229 060.247 020.261 090.272 90.273 530.206 530.214 540.229 70.236 590.222 510.248 340.245 160.258 280.277 340.287 320.287 450.219 820.234 690.244 430.253 670.258 630.275 40.285 850.314 980.337 850.3470.346 220.214 120.218 980.231 510.238 310.240 150.255 80.255 950.277 120.292 90.309 110.315 390.206 40.212 330.225 830.235 280.225 780.250 270.272 030.366 370.389 830.407 310.419 880.263 260.282 670.311 970.338 310.323 190.474 740.345 440.380 930.416 610.434 360.468 720.244 540.243 220.258 010.260 470.242 860.266 920.251 380.2620.277 510.287 610.288 17數(shù)據(jù)來源:依據(jù)重慶市2005年—2015年《統(tǒng)計(jì)年鑒》《三峽庫區(qū)移民統(tǒng)計(jì)資料匯編》基礎(chǔ)數(shù)據(jù),經(jīng)作者計(jì)算整理

4.2 生態(tài)承載力動態(tài)結(jié)果與分析

三峽庫區(qū)主要山地城鎮(zhèn)，人均生態(tài)承載力于2005年—2015年動態(tài)變化，由表3可知，數(shù)據(jù)分析得出，三峽庫區(qū)山地城鎮(zhèn)生態(tài)承載力呈現(xiàn)整體增長趨勢，2002年—2004年，庫區(qū)移民新城搬遷之初，其人均生態(tài)承載力水平保持平緩上升趨勢；2005年—2006年，出現(xiàn)快速上升發(fā)展；2007年—2015年，其生態(tài)承載力基本保持為同一水平。究其原因，移民新城搬遷之初，三峽庫區(qū)各區(qū)縣大力提倡開墾荒地，使得2006年前后，庫區(qū)耕地面積大幅度增加，從而提升了庫區(qū)人均生態(tài)承載力。與此同時(shí)，對耕種技術(shù)的改進(jìn)也推動了庫區(qū)人均生態(tài)承載力的提升。

4.3 生態(tài)盈虧量結(jié)果與分析

三峽庫區(qū)主要山地城鎮(zhèn)，人均生態(tài)盈虧量于2005年—2015年動態(tài)變化，由4表可知，三峽庫區(qū)山地城鎮(zhèn)2005年—2007年呈下降趨勢；2007年—2008年呈急速上升；2008年—2013年呈波動性快速下降趨勢；2013年以后，下降趨勢變緩。究其原因，移民新城搬遷之初，庫區(qū)大部分良田被淹，現(xiàn)有耕地面積有限，且?guī)靺^(qū)移民搬遷后的生產(chǎn)與生活需要時(shí)間調(diào)整和安定。其人均生態(tài)承載力呈下降趨勢，而經(jīng)濟(jì)在發(fā)展以及人居生活水平在提升，對于生物生態(tài)性資料的消耗在增加，因此生態(tài)盈余在減少；2008年前后，庫區(qū)各區(qū)縣鼓勵(lì)移民墾荒促使耕地大幅度增加，生態(tài)承載力亦大幅度提升，導(dǎo)致生態(tài)盈余的加大；隨著庫區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人居生活條件的日益改善，庫區(qū)人均消耗的生物生態(tài)性資源高于生態(tài)環(huán)境的承受能力，其生態(tài)盈余呈現(xiàn)波動下降。2013年以來，在三峽庫區(qū)—生態(tài)涵養(yǎng)功能區(qū)發(fā)展戰(zhàn)略的指導(dǎo)下，庫區(qū)各區(qū)縣政府與居民的生態(tài)安全與環(huán)境保護(hù)意識逐漸加強(qiáng)，庫區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式逐漸由粗放式發(fā)展轉(zhuǎn)向集約化，因而對于生物生態(tài)性資源的消耗在逐步減少。

表32005年—2015年三峽庫區(qū)15區(qū)縣歷年人均生態(tài)承載力變化hm2/人

年份城鎮(zhèn)秭歸興山巴東巫山巫溪奉節(jié)云陽開縣萬州忠縣石柱豐都涪陵武隆長壽2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年0.435 420.451 930.467 830.488 80.430 790.505 420.524 790.558 610.569 840.603 190.604 411.029 731.011 30.945 310.962 410.996 491.002 471.015 861.014 761.054 291.062 481.069 78數(shù)據(jù)缺失0.795 530.606 270.589 740.644 20.677 050.678 780.535 490.537 170.530 160.497 240.495 230.478 010.523 240.515 560.508 610.503 620.498 930.497 510.494 480.493 310.487 440.512 190.504 450.468 560.570 790.567 490.562 060.567 260.574 30.574 170.572 730.348 420.349 150.357 080.431 750.423 190.418 250.416 510.413 780.412 730.412 10.384 180.241 810.238 070.249 820.295 350.289 850.286 850.278 550.278 080.275 250.283 690.285 190.274 090.272 840.271 330.326 070.321 920.316 980.306 650.303 170.296 750.294 310.292 560.247 180.248 950.248 930.323 590.3180.315 790.316 70.316 830.310 380.308 030.306 960.297 750.294 980.312 680.414 160.411 910.408 690.405 090.401 420.399 230.402 450.364 110.455 510.455 220.451 030.591 90.586 450.581 720.578 710.575 390.576 710.573 610.573 080.297 110.294 010.303 30.497 430.490 860.471 390.472 190.472 960.509 270.545 120.585 970.310 240.312 480.318 270.487 720.484 240.480 580.480 090.478 540.472 780.470 740.471 640.516 100.518 130.516 530.860 050.852 260.845 40.842 570.843 120.837 520.839 540.839 110.285 120.272 320.266 910.351 760.349 70.346 690.345 930.345 190.347 930.348 380.341 21數(shù)據(jù)來源:依據(jù)重慶市2005年—2015年《統(tǒng)計(jì)年鑒》《三峽庫區(qū)移民統(tǒng)計(jì)資料匯編》基礎(chǔ)數(shù)據(jù),經(jīng)作者計(jì)算整理

表42005年—2015年三峽庫區(qū)15區(qū)縣歷年人均生態(tài)盈余/赤字hm2/人

年份城鎮(zhèn)秭歸興山巴東巫山巫溪奉節(jié)云陽開縣萬州忠縣石柱豐都涪陵武隆長壽2005年2006年2007年2008年2009年2010年2011年2012年2013年2014年2015年0.147 850.147 780.176 410.116 660.032 630.081 40.088 510.086 460.076 130.056 290.032 070.626 070.574 830.510 610.384 450.430 240.408 090.355 130.295 210.284 310.250 630.205 9數(shù)據(jù)缺失0.439 670.370 890.183 140.205 310.175 990.118 46-0.087 16-0.051 42-0.073 940.257 160.255 020.216 740.249 620.242 670.231 230.234 310.199 680.194 360.173 420.166 280.247 360.271 720.266 680.220 510.315 060.298 510.275 160.253 70.248 880.227 450.232 310.149 560.118 180.112 520.185 350.179 960.154 620.158 210.142 310.128 610.116 80.099 820.047 420.039 380.038 390.077 540.0620.053 810.056 230.041 490.021 80.019 280.020 220.073 490.066 560.056 230.100 860.101 80.072 80.075 270.060 820.041 550.028 120.027 140.059 550.057 780.039 680.105 580.108 860.091 20.087 640.069 810.049 290.035 130.033 430.091 220.080 440.082 980.177 570.189 40.160 350.159 930.143 140.121 890.115 130.076 660.235 690.220 530.206 60.338 230.327 820.306 320.292 860.260 50.238 860.226 610.226 860.082 990.075 030.071 790.259 120.250 710.215 590.216 240.195 840.216 370.236 010.270 580.103 840.100 150.092 440.252 440.258 460.230 310.208 060.112 170.083 40.063 430.051 760.252 750.235 460.204 560.521 740.529 070.370 660.497 130.462 190.420 910.405 180.370 390.040 580.029 10.008 90.091 290.106 840.079 770.094 550.083 190.070 420.060 770.053 04數(shù)據(jù)來源:依據(jù)重慶市2005年—2015年《統(tǒng)計(jì)年鑒》《三峽庫區(qū)移民統(tǒng)計(jì)資料匯編》基礎(chǔ)數(shù)據(jù),經(jīng)作者計(jì)算整理

5 結(jié)語

基于生態(tài)足跡理論與方法，對三峽庫區(qū)主要山地城鎮(zhèn)近十年自然資源容量、經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)與居民生活的消耗進(jìn)行了測算，通過對庫區(qū)山地城鎮(zhèn)的人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)盈余/赤字的動態(tài)分析可得，隨著逐步推進(jìn)庫區(qū)移民安置工作，三峽庫區(qū)生態(tài)承載力趨于穩(wěn)定態(tài)勢；隨著庫區(qū)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城鎮(zhèn)建設(shè)的加快，以及人居生活水平的提高，三峽庫區(qū)生態(tài)足跡逐年增長，庫區(qū)生態(tài)盈余呈快速下降趨勢。通過對三峽庫區(qū)城鎮(zhèn)發(fā)展和資源承載情況的分析，總結(jié)如下：三峽庫區(qū)急需優(yōu)化發(fā)展方式，提高資源環(huán)境利用效率，提升庫區(qū)城鎮(zhèn)生態(tài)盈余，增強(qiáng)庫區(qū)生態(tài)環(huán)境保護(hù)與生態(tài)涵養(yǎng)積蓄的建設(shè)力度，從而實(shí)現(xiàn)三峽庫區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會、自然環(huán)境朝著健康的、可持續(xù)的方向發(fā)展。