段汝航， 杨乔木， 刘 陈

(1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.湖南盛大环保科技有限公司， 湖南 长沙 410004)

基于生态足迹的长沙市城市化研究

段汝航1， 杨乔木1， 刘 陈2

(1.中南林业科技大学， 湖南 长沙 410004； 2.湖南盛大环保科技有限公司， 湖南 长沙 410004)

通过查阅长沙市统计年鉴，搜集相关数据资料，应用生态足迹的方法对城市化水平进行定量计算，把生态足迹中涉及的可耕地、林地、河流水域、草地、建设用地、能源提供地六大类生物生产性土地概括为生物资源消费和能源消费两部分，根据数据资料的获取和实际情况，选取其中22个指标，通过设置均衡因子，进行计算汇总得出长沙市2008—2012年的人均生态足迹；同时将城市化水平分为人口城市化、经济城市化、生活方式城市化、地域景观城市化四个测度，结合长沙市实际，选取其中具有代表性的17个指标，运用城市化测度模型计算得出2008—2012年长沙市的城市化水平，再利用线性回归分析方法对生态足迹与城市化水平进行统计，综合分析得出城市化发展过程中的生态环境动态变化情况以及城市化发展过程中存在的问题，对未来城市化的发展提出合理、有效的建议，以期指导长沙市城市的可持续发展，并为规划决策提供科学依据。

长沙市； 生态足迹； 城市化； 可持续发展

目前，全球城市化的步伐日益加快，我国城市化发展的速度正处于快速发展时期，特别是城市人口数量、城市发展建设规模[1]。伴随着经济发展、产业结构调整及城市化进程加快，城市化带来的人口、资源和环境三者之间的矛盾也越来越复杂。怎样让城市化变得可持续，正确度量城市化发展与自然环境的关系已成为当今城市化研究的重要课题之一[2-4]。

改革开放以来，我国在城市化发展道路上不断探索，不断进步，整体城市化已进入快速发展时期。而当前国外发达国家的城市化发展理念已向宜居城市转变。对比国外，目前国内城市化的过程中也出现了盲目追求经济效益而忽视环境保护，造成生态破坏和环境污染等现象[5]。因此，我们应重新审视国内城市化发展方式，同时客观认识当前国内城市化发展水平。从生态环境保护的角度出发，制定科学合理、行之有效、可持续的城市化发展战略显得尤为重要。如何将生态环境要素与城市化发展联系起来，进行定量化的研究始终是一个难题，这也正是我们需要思考的。生态足迹理论是以生态环境保护为切入点，运用生态足迹理论模型对城市化水平进行定量研究，将城市化与生态环境要素联系起来，定量地反映城市人类活动对自然环境产生的压力及影响程度，为城市生态系统的研究提供新的思路和研究方向[6-8]。同时也便于综合评价长沙市的城市化水平，对长沙市未来城市化的发展建设提出行之有效的建议。

1 构建模型

1.1城市化测度模型及测算

1.1.1 城市化测度模型 参照张思锋[9]教授的研究，将城市分别划分为四个测度(人口城市化、经济城市化、生活方式城市化、地域景观城市化)，选取其中17个指标，构建四个测度城市化的计算模型(见公式(1)～公式(6))。

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中： Fi——第i项指标的比较数值；

F——城市化综合指数；

Fr——人口城市化指数；

Fj——经济城市化指数；

Fs——生活方式城市化指数；

Fd——地域景观城市化指数；

Xil——第i项指标的实际数值；

Xi0——第i项指标的最优标准；

Wi——第i项指标的权重。

按照张思锋[9]教授所做研究设定指标权重；选取李爱军[10]等计算的美、日、德、英、法、意、加7国及我国北京、上海的城市化水平指标均值作为最优标准，按照模型求得长沙市2008—2012年的城市化发展水平。

1.1.2 城市化水平测算 按照四个测度(人口城市化、经济城市化、生活方式城市化、地域景观城市化)中的17个指标，根据《长沙市统计年鉴》中的数据，得到长沙市2008—2012年城市化指标(见表1)。

运用四个测度的城市化水平计算公式(见公式(1)～公式(6))，结合表1的数据，计算出2008—2012年长沙城市化发展水平(见表2)。

1.2生态足迹模型及计算

1.2.1 生态足迹模型 生态足迹实质是指为人类消费所提供的所有资源(生物资源及能源)被换算成生产其所需的生产土地面积[11]。计算公式为：

EF=N×ej=N×rj×∑(aai)=

(7)

式中： EF——总的生态足迹；

N——人口数(人)；

ej——人均生态足迹；

aai——人均i种交易商品折算的生物生产土地面积；

ci——i种商品的人均消费量；

pi——i种消费商品的平均生产能力；

rj——均衡因子。

表1 长沙市2008—2012年城市化指标Tab.1 UrbanizationindexofChangshain2008—2012年份人口类经济类生活方式类非农业人口占全市人口比重(%)城镇人口占全市总人口比重(%)二三产业占总就业人数比重(%)三产业占总就业人数比重(%)人均GDP(元)三产业产值占总GDP比重(%)二三产业产值占总GDP比重(%)城市用水普及率(%)200836.3436.9468.8638.855033644.0994.7981.48200936.2936.9871.8140.115662044.6495.2182.41201036.5736.8473.1541.136644341.9695.5698.16201136.8345.2074.2741.357953039.5895.6798.38201237.1645.0975.6142.408990339.6195.7599.27年份生活方式类城市景观类在校大学生数(万人)医疗技术人员数(十万人)全市拥有电话数(万户)普高教育中教职工数(万人)全市人均用电量(kWh)人均住宅面积(m2)城市人均绿地面积(m2)市区人均道路铺设面积(m2)建成区面积与市区面积比(%)200848.390.506849.274.94828.428.39.044.4925.43200950.410.556865.225.05849.229.59.823.5026.12201050.820.597990.615.02988.830.910.534.4528.41201151.680.6611112.915.091004.932.29.415.3816.04201252.320.6901196.105.09987.431.89.415.9216.54 数据来源:长沙市统计年鉴(2009—2013年)。

表2 2008—2012年长沙城市化发展水平测度Tab.2 2008—2012Changshaurbanizationlevelmeasure年份城市化水平人口经济20080.5657960.75086920090.5777070.77773520100.5848980.79738120110.6168600.82935320120.6244510.862481年份城市化水平生活方式地域景观20080.4859511.40382920090.4957901.41659120100.5605791.54968120110.5685991.09571620120.5686131.128532 数据来源:依据表1及公式(1)-公式(6)整理所得。

均衡因子依照各国生态足迹计量研究报告中的均衡因子[12](见表3)。

1.2.2 生态足迹的计算 根据生态足迹的概念及《长沙市统计年鉴》的统计数据，结合长沙市的实际消费情况，将生态足迹的六大类生物生产性土地概括为生物资源消费和能源消费两大部分，选取生物资源消费的10个指标和能源消费的12个指标进行计算(结果见表4，表5)。

表3 生态生产性用地类型Tab.3 Theecologicallyproductivelandtype土地类型生态功能均衡因子可耕地种植农作物2.8牧草地提供畜产品0.5林地提供林产品和木材1.1建筑用地人居设施和道路2.8水域提供水产品0.2化石能源地吸收工农业生产释放的CO21.1 注:1.以全球生物平均生产力为1;2.按照世界环境与发展委员会《我们共同的未来》建议,生态供给中应扣除12%的生物生产面积用于保护生物的多样性;3.在实际中,人们并没有留出吸收CO2的土地。

根据表4，表5的计算结果，结合前面的生态足迹模型(见公式(7))，进行计算，得出了长沙市2008—2012年的生态足迹(见表6)。

1.3生态足迹与城市化水平关系模型

参照张思锋[9]教授的研究，由于城市化水平的四个测度(人口城市化(Fr)、经济城市化(Fj)、生活方式城市化(Fs)和地域景观城市化(Fd))和生态足迹的各个分量均有相关性，故构建生态足迹与城市化水平的关系模型为：

(8)

1.4构建回归分析模型

根据已构建生态足迹与城市化水平的关系模型，将生态足迹设置为因变量，将城市化的四个测度(人口城市化、经济城市化、生活方式城市化和地域景观城市化)设置为自变量，依据长沙市生态足迹与城市化水平的测度数据做线性回归分析(见表7)，分别计算出四个测度城市化因子对生态足迹的影响程度。

表4 长沙市2008—2012年生物资源消费人均生态足迹Tab.4 PercapitaecologicalfootprintofconsumptionofbiologicalresourcesinChangshafrom2008to2012 (hm2/人)年份可耕地粮食油脂类猪肉家禽鲜菜20080.0691330.0078180.3078380.0986490.00881420090.0625510.0072680.3006760.0962160.00843020100.0597960.0076300.3371620.1341900.00842420110.0530980.0076350.3083780.0922970.00761820120.0527840.0076830.3100000.0908110.013563年份可耕地水域牧草地林地蛋类及蛋制品水产品牛羊肉鲜奶及奶制品水果20080.0205500.3810340.0609090.0091630.00184120090.0187000.3579310.0848480.0096410.00176420100.0173750.3648280.0839400.0113750.00160720110.0166500.3393100.0790910.0089840.00153420120.0351750.3800000.0736360.0085660.001694 数据来源:长沙市统计年鉴(2009—2013年)。

表5 长沙市2008—2012年能源消费人均生态足迹Tab.5 PercapitaecologicalfootprintofenergyconsumptioninChangshafrom2008to2012(hm2/人)年份化石能源地原煤洗精煤焦炭汽油煤油柴油20080.3434610.0048870.0041800.0053820.0003220.01386720090.3582100.0001670.0030170.0058130.0001650.01120120100.3665610.0003130.0027800.0052490.0001820.00942420110.3999920.0002410.0036970.0009640.0003680.00910920120.3184190.0001930.0037700.0049610.0000680.008324年份化石能源地建筑用地燃料油液化石油气其他石油制品天然气其他燃料电力20080.0068280.0006830.0004580.1530060.0088490.00147920090.0017880.0004160.0008700.1707690.0037440.00133420100.0012340.0005270.0008590.2235640.0000070.00206920110.0008620.0006810.0011800.2496550.0000200.00207220120.0008460.0002480.0010050.2971330.0002310.001982 数据来源:长沙市统计年鉴(2009-2013年)。

表6 长沙市2008—2012年人均生态足迹Tab.6 PercapitaecologicalfootprintinChangshafrom2008to2012(hm2/人)年份可耕地2.8牧草地0.5林地1.1建筑用地2.8水域0.3化石能源地1.1总生态足迹20081.4358460.0350360.0020250.0041410.0762070.5961152.14937020091.3827550.0472450.0019400.0037350.0715860.6117652.11902620101.5808160.0476580.0017680.0057930.0729660.6717692.38077020111.3598930.0440380.0016870.0058020.0678620.7334452.21272720121.4280450.0411010.0018630.0055500.0760000.6987192.251278 数据来源:依据表4,表5及公式7整理所得。栏目中各土地类型下数字为均衡因子值。

表7 长沙市生态足迹与城市化水平测度数据回归统计Tab.7 Theregressionstatisticsofecologicalfootprintandur-banlevelmeasurementdatainChangshaCity回归统计MultipleR1RSquare1AdjustedRSquare65535标准误差0观测值5

表8 长沙市城市化测度数据方差Tab.8 ThevarianceofurbanizationmeasurementdatainChangshaCoefficients标准误差tStatP-valueIntercept7.481628116065535—人口城市化-21.70676841065535—经济城市化6.715658713065535—生活方式城市化5.616432126065535—地域景观城市化-0.585930426065535—

2 结果与分析

2.1回归结果分析

从表7中可以看出，多重相关系数(Multiple R)达到1，决定系数R2(R Square)达到1，回归效果明显，说明长沙市城市化受到人均生态足迹的强烈影响。从表8的回归系数(Coefficients)中可以看出，一方面人均生态足迹受人口城市化影响最大，但是回归分析结果反映出目前长沙市人口增长与生态环境保持着协调发展的态势。另一方面人均生态足迹也受到经济城市化和生活方式城市化的较为强烈影响，说明人均生态占用面积的提高与经济水平、人均收入与消费水平的提高成正比关系。

从表8的回归系数(Coefficients)中，我们可以发现长沙市人口城市化和地域景观城市化对人均生态足迹的影响系数为负。说明长沙市近年来在城市化发展过程中越来越重视对自身环境的保护。经济城市化和生活方式城市化对人均生态足迹的影响系数为正，说明长沙市在经济产业结构、居民日常消费等方面还存在着问题，需要进一步加强和完善。

2.2长沙市2008—2012年生态足迹变化特征

根据表6及图1可知，长沙市的人均生态足迹呈上升趋势，2008年为2.149370 hm2，2012年为2.251278 hm2，5年内增加了0.101908 hm2。六大生产性用地类型中，可耕地的生态足迹呈波动减少的趋势，由2008年的1.435846 hm2到2010年的1.580816 hm2，再到2012年减少为1.428045 hm2。化石能源地的生态足迹呈上升的趋势，2008年为0.596115 hm2，2012年为0.698719 hm2，5年内增加了0.102604 hm2。水域和牧草地的生态足迹呈波动增长的趋势，建筑用地和林地的生态足迹呈缓慢增长的趋势。

图1 长沙市2008—2012年各生产性土地类型生态足迹变化趋势Fig.1 Changes trend of ecological footprint of various productive land types in Changsha from 2008 to 2012

2.3长沙市2008—2012年城市化发展变化特征

根据表2和图2可知，长沙市的城市化水平呈总体上升的趋势，其中经济城市化增长速度较快，2008年为0.750869，2012年为0.862481，5年内增长了0.111612。人口城市化和生活方式城市化也是呈增长的态势，人口城市化由2008年的0.565796增长到2012年的0.624451，生活方式城市化由2008年的0.485951增长到2012年的0.568613。地域景观城市化则呈波动下降的趋势，2008年为1.403829，2010年为1.549681，2012年为1.128532。

图2 长沙市2008—2012年各城市化水平测度因子变化趋势Fig.2 The change trend of each urbanization level measure factor in Changsha from 2008 to 2012

2.4长沙市可持续发展状态存在的问题

运用生态足迹模型和城市化测度模型对长沙市2008—2012年5年内的生态足迹与城市化水平进行计算，通过对计算结果的动态变化分析，发现了长沙市目前城市化发展过程中存在的一些问题。

(1) 长沙市城镇人口正在逐年增加，人口的不断增加，导致城市中耕地面积、牧草地及水域面积出现逐年减少的状况。这可能给自然生态环境带来破坏，同时也可能给城市的生态环境系统及可持续发展带来压力[13-14]。

(2) 第二、三产业所占比例较大，能源消费速度逐年加快。从产业结构上看，长沙市的第二、三产业所占比例越来越高，但是在第二、三产业和经济快速发展的带动下，能源消费速度将会加快，二氧化碳排放量将会增多，自然生态系统的负担将会加大。从生态足迹的结构上来看，长沙市经济发展对能源的依赖性越来越大，能源的消耗量也在持续上升，人们日常生活中的绝大部分消耗都体现在对能源用地的需求上，特别是对化石能源消耗所占的比例较大[15-17]。

(3) 城市居民的生活消费水平不断提高，这将带动高营养级别产品的需求。如鲜奶及奶制品、肉类等消费量明显提高，导致可耕地、水域、牧草地的生态足迹不断增大。不合理的生活方式，不健康的消费观念，如过度追求高品质消费所造成的铺张浪费等对生态环境造成了很大的影响，不利于城市的绿色健康、可持续发展[18-19]。

(4) 城市建成区的逐年扩张，建设用地规模的不断扩大，城市绿化面积不断减少，环境污染现象越来越严重，居民的人居环境质量逐年下降。近年来，随着中心城区的不断扩张，长沙市“山水洲城”的城市景观格局受到一定的威胁，许多原本属于绿地系统规划范围内的区域也被建设用地所占用，城市生态系统遭到不同程度的破坏，不利于未来城市的可持续发展[20-21]。

3 建议与措施

根据统计结果及分析，结合长沙市的实际发展状况，对长沙市的城市可持续发展提出如下建议：

3.1实行城镇人口的分散转移，减轻中心城区的生态压力

长沙市城镇人口正在逐年增加，但依然有很大一部分属于非城镇人口，进一步加快户籍制度的改革，有计划有步骤地将非城镇人口转化成城镇人口，是加快长沙市人口城市化进程，使其与经济和社会城市化逐步适应的有效手段。但是城市人口的快速增长对于生态环境的压力也会越来越大，特别是长沙市作为湖南省“长株潭”城市群的中心城市，在带动其他城市发展的同时，也可以考虑进行人口的分散和转移，将一部分人口引向株洲、湘潭等城市，缓解城市群中心城市的人口压力，更好地实现人口、经济与环境的可持续发展。

3.2优化产业结构，以技术为核心，发展循环经济

从长沙市的产业结构上来看，第二、三产业所占比例正在逐年增大，但第一、二产业在产业结构中仍然占有很大一部分。因此，加快第二、三产业的发展，以经济城市化促进人口城市化是长沙市今后一个时期内生态型城市化的重要任务之一。

3.3控制城市人口数量，形成健康的生活方式

城市规模扩大，人口不断增加，城市对食物、能源、原材料等的消费需求不断提高，而生态足迹及环境承载力的大小与人口规模及消费水平的高低关系密切，所以未来长沙市的可持续发展与人口的增长关系密切，应当将城市人口数量合理控制。同时，倡导居民形成健康的生活方式，减少不必要的消费需求和浪费，建设资源节约型和环境友好型社会。

3.4充分利用城市土地资源，完善城市地域景观

地域景观对于城市化发展有着积极的影响，要在有限的土地资源的基础上，最大限度地利用土地及空间来美化绿化环境。结合长沙市产业结构和用地结构调整，加快城市公共绿地、湘江沿江风光带、中心城区等建设。根据现有的自然生态优势基础，努力维护和加快生态环境建设，完善“山水洲城”的城市景观格局，增强生态系统的承载能力。

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ResearchtheurbanizationofChangshabasedon
ecologicalfootprint

DUAN Ruhang1, YANG Qiaomu1, LIU Chen2

(1.Central South University of Forestry and Technology，Changsha 410004，China; 2.Hunan Shengda Environmental Science and Technology Co., Ltd, Changsha 410004, China)

Based on Changsha Statistical Yearbook, collect relevant data, apply ecological footprint approach to quantitatively calculate the level of urbanization. At the same time, the ecological footprint of arable land, forest land, river water, grassland, construction land, energy supply to the six major categories of bio productive land summarized as two parts of biological resources consumption and energy consumption, and according to the data acquisition and the actual situation, select the 22 indicators, by setting the balance factor, to calculate and summarize the per capita ecological footprint of Changsha City from 2008 to 2012.At the same time the level of urbanization is divided into four measures, the population urbanization, economy urbanization,lifestyle urbanization, geographical landscape urbanization.Combined with the actual Changsha, selecting 17 representative indicators, using the model of urbanization measurement calculated urbanization level of Changsha City from 2008 to 2012, then using linear regression analyzed the ecological footprint and urbanization level, comprehensive analyzed the dynamic changes in the ecological environment as well as the problems in the process of urbanization.Reasonable and effective recommendations for the future development of urbanization were put forward to guide the sustainable development of Changsha, and provide scientific basis for planning decisions.

Changsha; ecological footprint; urbanization; sustainable development

2016-07-12

段汝航(1990-)，男，湖南省郴州市人，硕士在读，主要从事森林生态学研究。

Q 149

A

1003-5710(2016)05-0022-07

10.3969/j.issn. 1003-5710. 2016. 05. 005

(文字编校：龚玉子)