王　冠

(广西财经学院工商管理学院，广西 南宁 530003)

0　引　言

资源型城市在支撑和促进我国国民经济和社会发展，工业体系的建立和完善、社会主义现代化建设作出巨大贡献的同时，正面临着自身生态系统遭到破坏、环境受到严重污染、自然资源接近枯竭等一些列严重的生态问题[1]。《全国资源型城市可持续发展规划(2013～2020年)》将资源型城市定位为能源保障基地和经济发展的重要支撑，是我国工业化、城镇化、信息化和生态文明建设的主战场，在全面建成小康社会、实现中华民族伟大复兴的中国梦中扮演非常重要的角色[2]。因此，如何突破生态安全瓶颈的制约，实现资源型城市可持续发展，成为近年来生态学、经济学及相关学科的热点研究问题。

目前，国内学者们对于资源型城市生态安全问题的研究，主要集中于城市土地的生态安全、城市整体的生态安全、生态安全预测(警)等三个方面。王兰霞等[3]等运用PSR模型和熵权法，对鸡西市2008～2014 年土地生态安全情况进行评价和分析；高彩玲等[4]等从活力、组织结构、恢复力、生态系统服务功能及人群健康5个要素入手，构建了焦作城市生态系统健康评价指标体系，并对焦作市2006～2012年城市生态系统健康水平进行评价和分析；高宇等[5]等运用多元线性回归预测模型，对榆林市2012～2021年的生态安全状况进行预测分析，并以2011年的数据为基准，设计了四种发展情景进行预警调控研究。已有研究成果大多以年度为时间尺度对资源型城市生态安全进行静态评价和描述，只是现状评价，缺乏从演变趋势来探讨生态安全状态变化。由于城市生态安全具有动态性的特点，对资源型城市生态安全进行动态演变趋势研究是有待研究的重要课题。

本文运用能值-生态足迹法，以衰退型资源型城市焦作市为例，以1985～2014年为时间序列，通过追踪焦作市生态安全演变过程，分析资源型城市生态赤字/盈余情况与经济社会发展之间的关系，定量呈现资源型城市生态安全演变规律和发展变化趋势，从时间和空间维度回答资源型城市生态安全状况，努力为资源型城市生态安全问题研究提供新的研究思路和视角，以期为成长型、成熟型资源型城市建设“两型”社会提供理论依据与决策支持。

1　研究方法

1.1　能值-生态足迹法的基本原理

能值-生态足迹法以能值分析法和生态足迹法为基础，借助太阳能值转换率，将居民所消耗的不同类型、不同质量、不同级别的能量流，换算成具有统一度量单位、可以直接加减的太阳能值，利用能值密度将各消费项目所对应的太阳能值进一步换算为生物生产性土地面积，最终计算出生态足迹和生态承载力，以此来判断区域生态安全状况[6-8]。

1.2　生态承载力

根据自然资源能否再生，可将自然资源划分为可更新资源和不可更新资源[9]。不可更新资源随着人类的不断开采和利用日渐减少，甚至枯竭，只有可更新资源才能为人类社会可持续发展提供长久稳定的保障。所以，在计算生态承载力时，只将可更新资源纳入计算范畴[10]。比较有代表性的可更新资源包括太阳辐射能、风能、雨水势能、雨水化学能和地球旋转能，它们通过天然作用再生更新，人类可以反复利用。生态承载力计算见式(1)。

(1)

式中：EC为生态承载力(hm2)；Ei为第i种可更新资源的能量(J)；τi为第i种可更新资源的太阳能值转换率[11]；ρ=区域可再生资源总能值/区域总面积，为能值密度(sej/hm2)。

1.3　生态足迹

传统的生态足迹法将地球表面的生物生产性土地划分为耕地、林地、牧草地、水域、化石能源用地和建筑用地六类[12]。根据能否被重复利用，六类土地又被归为两类：用于生产的土地和用于消费的土地。耕地、林地、牧草地和水域归于用于生产的土地。化石能源用地和建筑用地归于用于消费的土地。用于生产的土地所生产的产物或作物属于生产项目，用于消费的土地所生的产物或作物属于消费项目[13]。生态足迹计算见式(2)。

(2)

式中：EF为生态足迹，hm2；Ci为第i种资源的能值，sej；ρ为能值密度，sej/hm2。

1.4　生态盈余/赤字

计算生态承载力和生态足迹的差，当差值为正时，表示区域生态处于盈余状态，即生态足以支撑人们的生态需求；当差值为负值时，表示区域生态处于赤字状态，即人们的生态需求超出了生态的承受能力。

2　研究区域概况

焦作市于1953年建市，地处河南省西北部的太行山“煤区”，北面是产煤大省山西省，南边与郑州隔黄河相望，东西分别于新乡和济源相连。经纬度极值坐标范围在34°49′03″～35°29′45″N，112°43′31″～113°38′35″E，东西宽约120 km，南北长约77 km[14]。焦作市的形成源于煤炭开采，1949～2015年，全市共产煤0.81 Gt[7，15]，有力支持了地区经济和国家建设。自煤炭开挖时起到20世纪90年代初，与煤炭有关产业的增加值占焦作市工业增加值的比重都在90%以上[16]。20世纪90年代末，经过近百余年的开采，焦作市煤炭资源日渐枯竭，导致许多煤炭工业企业破产。煤炭产业曾经的兴盛，也使焦作欠下了严重的“生态账”，导致焦作一度沦为全国十大污染城市之一。自2000以来，焦作市大搞生态环境建设，先后投入资金近3亿元，完成了14处废气矿山治理项目；投资近1亿元整治北部十余个废气采石场[17]。据统计，2007～2014年，焦作投入产业转型资金4.84亿元，投入城市公共基础设施建设资金3.72亿元，投入环境保护与生态治理资金4.14亿元，投入民生保障资金11.08亿元[18]。虽然焦作市生态环境取得了积极进展，但从环境质量水平和变化趋势来看，自然环境问题与农业、工矿业的发展相互叠加，焦作市的的生态环境依然非常复杂和脆弱，仍然属于典型的生态环境脆弱区。

3　结果及分析

研究所涉及的数据主要来源于《河南统计年鉴》(1986～2015年)、《焦作统计年鉴》(1986～2015年)、《中国城市统计年鉴》(1986～2015年)，以及《焦作市国民经济和社会发展统计公报》和《焦作市环境状况公报》、焦作市人民政府网等。能量折算系数参考罗世明等[19-20]的研究成果。

3.1　生态承载力

利用式(1)求得1985～2014年焦作市人均生态承载力(图1)。30年内焦作市的年人均生态承载力为0.11555664 hm2/cap，整个研究期的最大值为0.14763 hm2/cap(1994年)，最小值为0.09148 hm2/cap(2010年)。1997年出现一次“断崖式”下降，原因在于济源县从焦作市分离出来成为省直管市。1985～1996年焦作市人均生态承载力呈现“两落两起”变化趋势。1997～2014年，焦作市人均生态足迹变化整体呈现倒U字形，以2004年为分界点。

3.2　生态足迹

利用式(2)求得1985～2014年焦作市人均生态足迹(图2)。过去30年焦作市的年人均生态足迹为0.10308 hm2/cap，整个研究期的最大值为0.13558 hm2/cap(2005年)，最小值为0.0689 hm2/cap(1991年)。1985～2014年焦作市人均生态足迹变化可以划分为两个阶段。1985～2005年为第一阶段，除1991年、1992年人均生态足迹有所回落外，整个阶段表现出持续增加的态势;2006～2014年为第二阶段，该阶段焦作市人均生态足迹表现出整体下降的趋势，期间也一度出现了回升。

图1　1985～2014年焦作市人均生态承载力变化趋势图

3.3　生态盈余/赤字与生态安全分析

利用所计算的1985～2014年焦作市人均生态足迹和人均生态承载力，计算1985～2014年焦作市的人均生态赤字或盈余(表1)。1985～1996年，焦作市生态处于盈余状态，除了1989年、1990年、1991年的生态盈余状态较上年有所增加外，其余年份保持下降趋势，由1985年的0.066 7 hm2/cap，下降到1996年的0.044 5 hm2/cap，其中，1993年、1994年、1995年的人均生态盈余年下降率较高，分别为13.34%、10.63%、18.28%。1997～2014年，焦作市生态处于赤字状态，赤字状态有增加也有减少，其中，2001年生态赤字增长率最高，达到了104.67%，2011年生态赤字减少率最高，达到56.19%。

图2　1985～2014年焦作市人均生态足迹变化趋势图

年份生态赤字或盈余/(hm2/cap)年变化率/%年份生态赤字或盈余/(hm2/cap)年变化率/%年份生态赤字或盈余/(hm2/cap)年变化率/%19850.0667———19950.0472-18.282005-0.033835.4419860.0643-3.5919960.0445-5.662006-0.0307-8.9719870.0603-6.291997-0.0102-122.992007-0.0285-7.1819880.0588-2.391998-0.013229.172008-0.036126.7319890.05981.681999-0.0099-24.812009-0.03928.5319900.06162.902000-0.0063-36.652010-0.04001.9619910.074521.052001-0.0129104.672011-0.0175-56.1919920.0745-0.032002-0.0127-1.452012-0.0127-27.3419930.0646-13.342003-0.017940.682013-0.025297.5819940.0577-10.632004-0.024939.612014-0.02530.52

焦作市1985～2014年生态安全变化趋势(图3)划分可以为五个阶段。1985～1993年为第一阶段，人均生态承载力处于0.06～0.08 hm2/cap；1994～1996年为第二阶段，人均生态承载力处于0.04～0.06 hm2/cap；1997～2003年为第三阶段，从该阶段开始焦作市生态处于赤字状态，结果处于0～0.02 hm2/cap；2004～2010年为第四阶段，人均生态赤字处于0.02～0.04 hm2/cap；2011～2014年为第五阶段，人均生态赤字处于0.02 hm2/cap左右。由5年滑动人均生态赤字或盈余曲线可知，随着经济社会发展，焦作市生态安全状况逐步下降，下降到一定程度后，生态安全状况将逐渐好转。

图3　1985～2014年焦作市人均生态赤字 或盈余变化趋势图

3.4　1985～2014年焦作市生态安全演变过程中六类土地的变化

1985～2014年，焦作市六类生物生产性土地在生态足迹变化中所占比例的变化情况如图4所示。1985～2014年，耕地、化石能源地、建筑用地对生态足迹变化贡献最大。1985～2008年连续27年三者累计贡献率都在90%以上，从2009年开始小于90%。1990年曾一度达到99.12%，表明焦作市的生态系统几乎全部用于耕地、化石能源地和建筑用地。图4也反映出在焦作市生态足迹变化过程中，六类土地对生态足迹的贡献也在不断变化。1985～1990年化石能源地生态足迹占焦作市生态足迹维持在50%左右，从2011年开始，耕地的生态足迹开始占到焦作市生态足迹的50%。

3.5　焦作市生态安全演变过程呈现的特征

1) 焦作市生态安全演变呈现阶梯式递减规律。1985～2014年，除了1999年焦作市人均GDP有小幅回落，其余年份均较上年有所增加(图5)。特别是进入21世纪以来，焦作市人均GDP增长速度变得更快。与此同时，焦作市生态系统安全水平每况愈下，经历了生态盈余逐渐减少，开始出现赤字，赤字逐步增大，直到2010年赤字扩大趋势才得到有效遏制。从数量上来看，焦作市生态系统安全水平变化经历了(0.08 hm2/cap，0.06 hm2/cap]、(0.06 hm2/cap，0.04 hm2/cap]、(0.04 hm2/cap，0.02 hm2/cap]、(0.02 hm2/cap，0 hm2/cap]、(0 hm2/cap，-0.02 hm2/cap]、(-0.02 hm2/cap，-0.04 hm2/cap]、(-0.02 hm2/cap，0 hm2/cap]等七个阶段，呈现阶梯式递减趋势。对焦作市来讲，这种递减趋势没有无限蔓延，2010年是一个拐点，之后向更安全的水平演变。

2) 六类生物生产性土地使用比例结构趋向合理。2014年，焦作市耕地、牧草地、林地、水域、化石能源地、建筑用地在土地中所占比例分别为51.65%、8.03%、0.9%、0.43%、17.25%、21.74%，虽然耕地、化石能源和建筑用地在焦作市生态足迹中所占比重较大，高达90%以上，但较之1985年的28.02%、2.04%、0.35%、0.05%、52.64%、16.9%，结构更为合理。考虑到土地利用的均衡性，焦作市应进一步减少对耕地和建筑用地的使用，提高其他用地所占比重。从2003年开始，牧草地生态足迹的所占比重明显增加，这种现象对于优化焦作市土地利用结构比例非常有利，但也要预防牧草地足迹增长过快。

图4　1985～2014年焦作市生态足迹变化过程中 六类生物生产性土地所占比例变化

图5　1985～2014年焦作市人均GDP的 变化与生态安全演变的关系

3)化石能源用地生态足迹的变化与焦作市自身发展和转型历程高度契合。1985～1998年，虽然化石能源地的生态足迹在焦作市生态足迹中占有较大分量，但所占比例逐渐降低，1991年耕地的生态足迹超过化石能源地，成为六类土地中生态足迹最大的土地，这个阶段焦作市煤炭资源也日渐枯竭。1999～2014年，化石能源地生态足迹所占比例趋向稳定，期间，焦作市努力探索转型发展，逐渐走出由于煤炭资源枯竭导致经济发展缓慢的困境。可见，化石能源用地生态足迹的变化与焦作市自身发展和转型历程高度契合。

4　结　论

1)利用能值-生态足迹法分析了焦作市1985～2014年生态安全演变过程，结果显示虽然焦作市生态安全状况依然比较严峻，但恶化的趋势得到了有效遏制，从2010年开始生态安全整体情况在逐步改善，研究结论与焦作市的实际情况相符。

2)焦作市化石能源用地的生态足迹一直维持较高水平，是土地消费的主要部分，随着化石能源用地生态足迹所占比例降低，虽然焦作市生态安全仍处于赤字状态，但赤字增加的幅度逐渐减少，表明化石能源用地是影响焦作市生态文明建设的关键因素，其他资源型城市在加强生态文明建设时也要高度重视化石能源用地的生态足迹。

3)解决资源型城市发展引起的环境问题是我国建设“两型”社会的重要课题[21]，焦作市做为国家首批资源枯竭型城市，在国家政策的扶持下，通过不断努力不仅在转型上树立了标杆，在生态文明建设方面也取得了显著的成绩，为其他资源型城市也做了很好的示范。相信通过政府、企业、社会的共同努力，我们一定能够改善资源型城市生态环境，将我国建设成为生态环境优美的美丽中国。

[1]陈江波，汤杰.我国资源型城市生态安全的防范与调控研究[J].经济研究导刊，2014(8)：62-63.

[2]石洋.石油资源型城市生态安全评价研究——以卡拉玛依市为例[D].乌鲁木齐：新疆大学，2014.

[3]王兰霞，秦大海，孟祥民，等.资源型城市土地生态安全评价——以黑龙江省鸡西市为例[J].安徽农业科学，2016，44(30)：179-182.

[4]高彩玲，田采霞，麻冰涓.基于熵权法的焦作市城市生态系统健康动态评价[J].水土保持通报，2015，35(3)：197-202.

[5]高宇，曹明明，邱海军.榆林市生态安全预警研究[J].干旱区资源与环境，2015，29(9)：57-62.

[6]黄凤华，李维德.基于能值-生态足迹法的山东省可持续发展分析[J].安徽农业科学，2009，37(17)：8186-8189.

[7]袁杰.基于生态足迹的北方村镇住宅低碳设计与性能研究[D].大连：大连理工大学，2013.

[8]张伟，康文星.基于能值理论的衡东县生态足迹研究[J].中南林业科技大学学报，2008，28(2)：57-62.

[9]李保茵.基于能值-生态足迹整合模型的河南省耕地利用可持续性研究[D].太原：山西师范大学，2013.

[10]郭玲霞，高贵现，黄朝禧.基于能值改进的生态足迹模型在两型社会城市的应用——以武汉市为例[J].华中农业大学学报:社会科学版，2012(4)：75-81.

[11]蓝盛芳，钦佩.生态经济系统能值分析[M].北京：化学工业出版社，2002.

[12]颜丽娟.黑龙江大兴安岭地区“天保”工程一期生态效益分析[J].林业经济，2015(6)：30-34.

[13]杨灿，朱玉林.基于能值生态足迹改进模型的湖南省生态赤字研究[J].中国人口·资源与环境，2016，26(7)：37-45

[14]高汉琦，牛海鹏，方国友，等.基于CVM多情景下的耕地生态效益农户支付/受偿意愿分析——以河南省焦作市为例[J].资源科学，2011，33(11)：2116-2123.

[15]焦作市统计信息网[DS/OL].http：∥www.jztjj.gov.cn/jzww/index.htm.

[16]陶晓燕.资源枯竭型城市生态安全评价及趋势分析——以焦作市为例[J].干旱区资源与环境，2014，28(2)：53-58.

[17]武勇，姜雪城.我国近10年投入近万亿元用于生态建设和环境保护[EB/OL].(2009-09-07)http：∥www.npc.gov.cn/，2009-9-7.

[18]河南省旅游局信息中心.绿色崛起看焦作一个资源枯竭型城市转型的探索与实践[EB/OL].(2005-01-15)http：∥hn.ifeng.com/lvyou/zixun/detail_2015_01/15/3429915_0.shtml

[19]陈阜.农业生态学教程[M].北京：气象出版社，2004.

[20]骆世明.农业生态学教程[M].长沙：湖南科学技术出版社，1987.

[21]金英姬，宋玉霞，陈艳.我国资源型城市推进生态文明建设的探讨——以煤炭城市为例[J].经济问题探索，2015(5)：141-143.