宋戈，韩天宇，王越

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北大学土地资源管理研究所，沈阳 110819）

基于生态足迹的齐齐哈尔市土地承载力研究

宋戈1,2，韩天宇1，王越2

（1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北大学土地资源管理研究所，沈阳 110819）

以齐齐哈尔市为研究区，基于生态足迹理论，运用生态足迹方法，修正耕地和建设用地产量因子，对齐齐哈尔市2001～2012年生态足迹、生态承载力和生态赤字/盈余进行定量计算和分析。结果表明，①齐齐哈尔市耕地和建设用地产量因子均为1.78，人均生态足迹增长幅度较大，生态足迹呈上升趋势，土地生态足迹需求量大幅提高；②区域土地承载力略有增加，增加幅度较小，土地所能提供的生物生产面积有限，增长潜力不大；③区域土地生态安全度下降，生态压力指数大幅增加，出现严重生态赤字，且生态赤字不断扩大。结果显示，齐齐哈尔市生态环境已处于不安全状态，可持续发展受到威胁，应走集约化工业道路，采用严格控制耕地质量以及提高人口素质等对策，改变齐齐哈尔市土地利用不合理现状。

生态足迹；土地承载力；生态赤字；齐齐哈尔市

土地承载力是在确保土地资源合理利用、生态环境良性循环条件下，土地资源承载人类活动规模和强度的限度[1]，反映区域当前生态安全状况和可持续发展程度，对人口增长、土地利用、经济社会发展及环境变化起预警作用[2]。区域可持续发展须建立在资源持续供给、土地生态系统完整基础上，人类活动强度不应超越其承载力限制[3]。研究土地承载力可判断当前土地利用结构及土地利用强度对土地承载力影响，定量反映目前区域土地利用对生态环境压力大小。

随着人口、资源、环境和社会经济发展问题日益突出，加重土地承载的压力，威胁区域土地可持续发展。如何在挖掘土地生产潜力，合理开发土地资源提高土地承载力，有效保护生态环境，具有重要意义。

对土地承载力研究始于1812年马尔萨斯《人口原理》中提出的人口再生产和粮食再生产对比[4-5]。20世纪80年代后，出现以土地-粮食-人口关系为主的土地承载力研究，对区域乃至全球经济、社会可持续发展产生一定贡献，以计算土地食物生产力和人口限度为主的土地承载力研究体系日趋完善[6-10]，承载力研究对象扩展到草地承载力、生态环境承载力、城市土地承载力、地下水承载力等[2,11-15]。土地承载力研究方法多集中在系统动力学模型、线性规划模型、灰色系统模型及人工神经网络方法等评价方法[16-17]，定量评价土地承载力，评价指标多用单一的粮食生产力表示。传统意义上土地承载力评价已不能有效反映现代城市发展与区域土地资源之间关系，鲜有把土地资源与矿产、水等其他资源联系起来选取综合性指标进行综合资源承载力研究；以往土地承载力研究侧重土地人口承载力[18-22]，仅强调所能容纳人口数量，忽视人口容量与土地生态系统之间的复杂关系，在一定程度上对土地承载力分析造成障碍。本文选用的生态足迹法简单明了，采用可见足迹反映人类消费对土地承载力的影响[23-24]，揭示区域人口、资源环境和经济之间关系。

本文以国家重要商品粮生产基地—齐齐哈尔市为研究区，结合生态承载力、生态足迹等相关理论，运用生态足迹分析法定量计算2001～2012年生态足迹与生态承载力间差距，判断区域生产消费及其经济发展水平是否处在土地承载力范围内，确定齐齐哈尔市在该阶段内的生态盈余或生态赤字，通过分析其变化趋势，客观预测生态安全状况，对实现区域土地可持续利用有重要意义，并可为其他相同类型城市发展提供理论依据。

1 研究区概况

齐齐哈尔市位于黑龙江省松嫩平原西部，地处黑、吉、蒙3省区交汇地带，东与绥化相连、南与白城接壤、西接呼伦贝尔市、北临黑河市。是黑龙江省西部的政治、经济、文化中心和重要的交通枢纽，处于黑龙江省重点开发功能区—哈大齐工业走廊西端，是东北地区典型的重工业基地、绿色食品基地、全省主要农业生产基地和国家商品粮基地。市辖七区九县，全市总人口达560万人，农业经济较发达，农副产品供应充足，耕地集中连片，全市土地面积422.1万hm2，占全省土地总面积9.3%，人均土地面积0.75 hm2，是全省平均水平0.63倍；地势平坦，地域辽阔，土地利用类型多样。目前齐齐哈尔市农业结构尚不合理，耕地水土流失严重、肥力下降，盲目开荒造成草原面积减少，草原利用管理不当、退化严重，林业基础薄弱、采伐不科学，忽视水域开发利用。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文通过调查、收集资料等方法获取所需数据，计算齐齐哈尔市土地承载力所需各类生态生产性土地面积，依据2001～2012年《齐齐哈尔市统计年鉴》，按生态足迹模型中的用地类型重新进行归类（园地纳入林地范畴）。计算生物资源和能源资源消费数据来源于2001～2012年《齐齐哈尔统计年鉴》和《黑龙江统计年鉴》[25-26]。

基于统计数据结合Wackernagel等[7]对产量因子的研究，对齐齐哈尔市耕地和建设用地产量因子进行修正。基于生态足迹的理论，建立生态足迹模型、土地承载力以及生态安全指数等模型。

2.2 研究方法

2.2.1 生态足迹法

生态足迹法包括两个部分：生态足迹和土地承载力。该方法是在人类自身消费的绝大部分资源及其产生废弃物数量可确定，以及区域产生的资源和废弃物能够用生物生产性土地面积表示这两个假设前提下开展[9]。依据生态足迹模型，将齐齐哈尔市生态生产性土地分成6个类型：耕地、草地、水域、林地、化石能源用地、建筑用地，其中园地归入林地，计算人均生物生产性面积，并扣除12%的生物多样性保护面积。

2.2.1.1 生态足迹模型的建立

生态足迹是将人类各种消费量化为供给生产该消费全部原始物质和能量的生物生产性土地面积[19]，即人类对生态系统的基本需求量，即区域能够持续地向一定规模的人口提供资源和消纳废物的生物生产性土地。生态足迹计算模型为：

式中，EF-区域总生态足迹；ef-区域人均生态足迹；N-人口总数；rj-均衡因子，采用统一标准[28]；i-消费商品类型；aai-第i种消费商品折算为人均生产性土地面积；Ci-人均第i种商品消费量；Pi-第i种消费商品的平均生产能力。

2.2.1.2 土地承载力模型的建立

基于生态足迹的理论，建立生态足迹模型、土地承载力以及生态安全指数等模型。①修正产量因子。在产量因子的选取上，学者多采用Wackernagel等计算中国生态足迹过程中采用的产量因子[19]，耕地和建筑用地产量因子为1.66，水域的产量因子为1，林地的产量因子为0.91，草地的产量因子为0.19，化石燃料用地产量因子为0。不同地区生物生产性土地面积生产力有所不同，需要对不同类型及不同区域的土地进行调整。②计算土地承载力。土地承载力指区域实际可以提供给人类所有生物生产性土地面积。计算时，需扣除12%的生物生产性土地面积用于生物多样性保护[25]。生态承载力计算模型：

式中，EC-区域生态承载力；N-人口总数；ec-人均生态承载力；aj-人均实际生物生产性土地面积；rj-均衡因子；yi-产量因子。

2.2.2 生态安全度评价模型的建立

生态安全度评价模型是在计算生态足迹和生态承载力的基础上，引入生态赤字/盈余模型和生态压力指数模型[26-27]。生态赤字可判断区域的安全状态，生态压力指数用以表示区域安全程度。计算模型为：

式中，ED-区域生态赤字/盈余，N-区域生态压力指数。

2.2.3 预测方程的建立

基于生态足迹、土地承载力、生态盈余/赤字和生态压力计算结果，分别拟合一次线性方程，其斜率可用以判断该区域生态足迹、土地承载力、生态盈余/赤字和生态压力未来的发展趋势。预测方程为：

3 结果与分析

3.1 研究区土地承载力分析

3.1.1 基于生态足迹法的土地需求量结果分析

本文运用《齐齐哈尔市统计年鉴》中的统计数据[25]，根据公式（1）计算齐齐哈尔市2000～2012年生态足迹。由表1可见，齐齐哈尔市在2001～2012年，总生态足迹由933.14万hm2增加到1 515.20万hm2，增加了582.06万hm2，总人均生态足迹由2001年的1.6661 hm2增加到2012年的2.7101 hm2，耕地和草地的年平均生态足迹值分别达到472.84万hm2和408.59万hm2，在各类用地中居前两位，化石能源用地年均生态足迹达到358.61万hm2，仅次于耕地和草地。原因是近年来，人口数量增长趋势，人均生态足迹持续增加，导致总生态足迹不断上升；耕地和草地为该区域主要的生物性能源生产土地，化石能源用地提供主要的能源性生产用地。

3.1.2 基于生态足迹法的土地供给量结果分析

①产量因子修正。齐齐哈尔市平原面积较大，需要修正该区域的产量因子，使研究结果更加准确。齐齐哈尔市土地利用过程中，大量耕地转化为建设用地，只有这两种用地类型变化量最大，因此要对耕地和建筑用地的产量因子进行修正，建筑用地产量因子应与耕地保持一致[20]。

表1 2001～2012年齐齐哈尔市人均生态足迹计算结果Table 1 Per capita ecological footprint calculations of Qiqihar in 2001-2012

本文运用齐齐哈尔市2012年相关统计数据，对齐齐哈尔市耕地和建筑用地产量因子进行修正，结果表明，齐齐哈尔市耕地、建筑用地产量因子为1.78。详细修正过程见表2。

表2 2012年齐齐哈尔市耕地产量因子计算结果Table 2 Arable land yield factor calculations in Qiqihar 2012

②土地承载力计算结果。根据公式（2）将人均生物生产性面积乘以均衡因子与调整后的产量因子，计算得出2001～2012年齐齐哈尔市人均土地生态承载力。总人口的生态承载力由2001年700.00万hm2增加到2012年957.52万hm2，阶段均值为819.56万hm2，人均土地生态承载力由1.0999 hm2·人-1增加到1.5071 hm2·人-1。原因在于齐齐哈尔市作为东北地区典型重工业基地，是主要的商品粮生产基地和重点生态保护地区，其建筑用地和耕地保护建设工作相对较好，土地总体生态承载力略有提高，但土地资源有限，补充提供生物生产性土地资源，使区域土地承载力增加幅度较小，不能满足人类土地生态足迹需求。

3.2 研究区生态安全度分析

根据以上生态足迹和生态承载力计算结果，利用公式（3）、（4）计算出齐齐哈尔各年的生态赤字/盈余和生态压力指数，生态赤字越大、生态压力指数越高，表示该地区生态安全度越低；反之，生态赤字越小、生态压力指数越低，表明该地区的生态安全度越高。根据2001～2012年齐齐哈尔市的生态足迹、生态承载力、生态赤字/盈余和生态压力指数绘制变化趋势结果见图1。齐齐哈尔市总的生态赤字在这一阶段从317.10万hm2增加到672.60万hm2，平均生态压力指数为1.7144。可见，齐齐哈尔市对自然生态系统的索取超越其土地自身承载能力，土地生态赤字现象呈现持续增长趋势。

3.3 研究区土地承载力变化分析

①生态足迹与生态承载力变化趋势。齐齐哈尔市生态足迹由2001年人均1.6661 hm2增长到2012年的人均2.7101hm2；人均生态承载力则由2001年1.0999 hm2增加到2012年1.5071 hm2；从以上数据可知齐齐哈尔市2001～2012，人均土地承载力增幅不及人均生态足迹的需求量，根据齐齐哈尔市2001～2012未来生态足迹预测的线性方程来看：y=0.0726x+1.9525，其斜率为正，说明生态足迹的变化呈上升趋势；生态承载力预测模型为：y= 0.0386x+1.0662，其斜率为正值，说明齐齐哈尔市土地承载力呈上升趋势，但生态足迹预测方程斜率绝对值大于生态承载力预测方程斜率绝对值，说明生态足迹超过生态承载力变化幅度会进一步扩大。

表3 2001～2012年齐齐哈尔市人均生态承载力计算结果Table 3 Per capita ecological carrying capacity calculations of Qiqihar 2001-2012

图1 2001～2012年齐齐哈尔市人均生态足迹、人均生态承载力、人均生态赤字和人均生态压力指数变化图Fig.1 Per capita ecological footprint,per capita ecological capacity,per capita ecological deficit and per capita ecological pressure index change map in Qiqihar city 2001-2012

②生态赤字变化趋势。齐齐哈尔市人均生态赤字由2001年0.5662 hm2增加到2012年1.2030 hm2；从这个阶段总的生态赤字来看，2001年齐齐哈尔市总的生态赤字为306.86万hm2，2012年增长到672.60万hm2，根据2001～2012年的生态赤字变化特征，建立未来预测方程为：y=-0.0832x+ 0.4430。

③生态压力指数的变化趋势。齐齐哈尔市2001～2012年生态压力指数由1.5148上升到1.7982，上升0.2834，可见齐齐哈尔市的生态状况在这个阶段一直处于生态压力过大状态。根据齐齐哈尔市生态压力指数变化特征，建立预测未来生态压力变化趋势方程：y=0.0379x+1.5020。预测方程斜率是正值，生态压力指数呈上升趋势。若不能运用有效措施提高各类生态性土地面积的有效利用率，齐齐哈尔市未来生态压力指数和生态赤字将保持上升趋势，导致齐齐哈尔市的生态安全程度持续下降。

4 讨论与结论

本文运用生态足迹的方法及理论将齐齐哈尔市资源消费转化为生态生产性土地面积，作为一种可持续发展状况测度，反映齐齐哈尔市土地承载力限度。研究结果表明，齐齐哈尔市土地利用结构不合理，生态足迹和土地承载力存在较为突出的矛盾。分析不同时序生态赤字，关注变化趋势和动态过程，补充以往研究单一年度结果评价，增加研究科学性和准确性。本文使用的产量因子是通过齐齐哈尔市土地利用状况进行调整，今后研究中均衡因子的选取应结合研究区，随土地承载力变化的具体情况进行调整。本研究结论如下：

a.齐齐哈尔市耕地和建设用地产量因子均为1.78，高于研究者计算中国生态足迹时采用的产量因子，齐齐哈尔市耕地产量高于其他城市，生态足迹呈上升趋势，人均生态足迹增长幅度较大，人类对土地的生态足迹需求量大幅提高，区域土地承载力略有增加，增加幅度较小，土地所能提供的生物生产面积有限，增长潜力较小，土地承载力的增加幅度和速率都远小于生态足迹的增加量，土地承载力不能满足地区生态足迹需求[28]。

b.区域土地生态安全度下降，生态压力指数大幅增加，出现生态赤字，生态赤字不断扩大，齐齐哈尔市生态环境处于不安全状态，可持续发展受到威胁[29]。

c.预测结果可见，齐齐哈尔市未来的生态足迹、生态承载力、生态赤字和生态压力指数均呈上升态势，区域土地生态压力越来越大，远远超出土地承载力阈值范围。

d.齐齐哈尔市人口数量的增长，增加了生态足迹需求量和建设用地面积，土地生态承载力大幅下降。导致齐齐哈尔市生态赤字和生态压力指数逐年增加，生态安全度下降[30]。

针对齐齐哈尔市土地利用现状和未来发展需求，提出区域可持续发展对策和建议。首先，转变粗放的经济模式，走集约型工业化道路，加速循环经济发展、可再生能源开发利用，挖掘土地潜在生产力；其次，要保障粮食安全，保证耕地质量，控制建设用地扩张，提高土地单位面积生物产量和生态服务价值，提高农业综合生产力；再次，还可以通过提高人口素质和控制人口数量，将人口压力转化成推动区域发展的动力，使人口和社会经济发展相协调。

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Study on land carrying capacity based on ecological footprint model in Qiqihar city

SONG Ge1,2,HAN Tianyu1,WANG Yue2(1.School of Resources and Environmental Sciences,Northeast Agricultural University,Harbin 150030,China;2.Land Management Resource Institute,Northeastern University,Shenyang 110819,China)

Qiqihar is in the study area,based on the theory of ecological footprint and use the ecological footprint method,correction the farmland and construction land yield's factor,quantitative calculation and analysis the Qiqihar 2001-2012 ecological footprint,ecological capacity and ecological deficit/surplus.The results showed that,①Qiqihar farmland and construction land yield factors were 1.78,the growth rate of per capita ecological footprint was larger,and the ecological footprint on the rise,a substantial increase in the demand for human ecological footprint on the land;②Regional land carrying capacity increased slightly,but it increased to a lesser extent,the land can provide biological production area is limited,and has little growth potential;③The safety of regional land ecological was falling,the ecological pressure index was significantly increasing,appear a seriously ecological deficit, and the ecological deficit was expanding.In summary Qiqihar ecological environment has been in a state of insecurity,this seriously threat the sustainable development,should take the intensive industries road,adopt strictly control the quality of the arable land,improving the quality of thepopulation and other countermeasures to change the unreasonable status of Qiqihar's land use.

ecological footprint;land carrying capacity;ecological deficit;Qiqihar City

S828；Q782

A

1005-9369（2014）08-0034-07

2014-03-03

国家自然科学基金（41071346）；教育部博士学科点基金博导类（20112325110007）

宋戈（1969-），女，教授，博士，博士生导师，研究方向为土地利用。E-mail:songgelaoshi@163.com

时间2014-7-18 14:56:04[URL]http://www.cnki.net/kcms/detail/23.1391.S.20140718.1456.001.html

宋戈,韩天宇,王越.基于生态足迹的齐齐哈尔市土地承载力研究[J].东北农业大学学报,2014,45(8):34-40.

Song Ge,Han Tianyu,Wang Yue.Study on land carrying capacity based on ecological footprint model in Qiqihar city[J]. Journal of Northeast Agricultural University,2014,45(8):34-40.(in Chinese with English abstract)