1、 年 月 第 卷第 期收稿日期：基金项目：国家自然科学基金（编号：）；湖北工业大学 年度博士科研启动基金（编号：）作者简介：邹游（），男，讲师，研究方向为区域规划与城市经济。通讯作者：李桂媛（），女，教授，研究方向为生态与韧性城市规划。基于多源数据的市域生态承载力变化趋势及规划策略研究基于多源数据的市域生态承载力变化趋势及规划策略研究 以武汉市为例以武汉市为例邹 游，陈 慧，李桂媛（湖北工业大学 土木建筑与环境学院，湖北 武汉 ）摘要：随着经济社会的发展，城市经济增长与生态环境的矛盾日益凸显，评估和对比城市土地生态状况及其变化趋势，能够为优化国土空间利用提供依据。基于生态足迹模型和生态承载力模
2、型，以武汉市为例，在 年间市域人口、资源、环境多源数据基础上，定量分析了市域生态足迹、生态承载力及其相互关系变化趋 势。结 果 显 示：十 年 间，武 汉市 人 均 生 态 足 迹 呈 波 动 下 降 趋 势，由 人 下 降 到 人，人均生态承载力变化不明显，而人均生态赤字亦呈下降趋势，由 人下降至 人。分析市域土地类型结构发现，化石能源用地是生态足迹主要构成因素，而耕地是生态承载力主要构成因素。总体来看，武汉市域的生态足迹需求超过生态承载力，生态赤字显著，未来可持续发展形势较为严峻。综合研究结论和市域土地利用状况，提出了调整土地利用结构、优化产业体系和建立实施保障机制等对策建议。关键词：生态
3、足迹；生态承载力；生态赤字；多源数据；武汉市中图分类号：；文献标识码：文章编号：（），（，）：，：，；，DOI:10.16663/ki.lskj.2022.24.036邹游，等：基于多源数据的市域生态承载力变化趋势及规划策略研究地理与规划 ：；引言党的“二十大”指出，尊重自然、顺应自然、保护自然，是全面建设社会主义现代化国家的内在要求。必须牢固树立和践行“绿水青山就是金山银山”的理念，站在人与自然和谐共生的高度谋划发展。在国土空间规划编制和实施进程中，研究如何切实有效开展生态文明建设，协调区域经济与生态环境发展的矛盾，具有重要的理论和现实意义。生态足迹模型的出现，为观测地区生态及可持续发展状况
4、提供了重要方法路径。而生态承载力则是衡量城市化进程中的生态环境和自然资源受到干扰剧烈程度的重要指标。生态足迹模型最早由 等学者提出，通过测算人类活动对生态系统的压力来衡量区域生态系统的可持续发展能力。国内外学者在生态足迹领域展开了广泛的研究，并在如下几方面取得了较大进展。其一是生态足迹理论的综合运用。目前，已有大量学者运用生态足迹理论对区域可持续发展状况进行评估，从时空分布特征、生态安全格局评估、驱动机制分析等视角对生态足迹方法进行了广泛运用，如 等运用生态足迹法进行土地利用类型的全国性评估；，等使用生态足迹和生态承载力等环境指标在城市层面进行环境承载力量化分析。我国自 年首次引入生态足迹模型
5、后，国内学者亦因地制宜开展了多项实证研究，如党小虎等基于生态足迹方法，定量分析了 年、年和 年黄土高原生态足迹和承载力的时空变化。刘世梁等分析了 年昆明市三维生态足迹动态并探讨其变化的驱动因子，构建了城市化与生态的耦合模型等。其二是生态足迹理论方法体系的扩充。随着研究的深入展开，学者们对传统的生态足迹理论进行了优化改进，引进了三维生态足迹方法，也通过搭建 模型、模型与生态足迹理论结合，进一步扩充了其理论体系方法。如郑德凤基于三维生态足迹理论对 年中国 个省及不同地类足迹深度、足迹广度进行动态评估，从生产视角测度评价 了 区 域 自 然 资 本 存 量、流 量 利 用 的 空 间 格局。郝帅等搭
6、建 框架结合生态足迹理论，对中国 个省份进行时空动态特征分析。焦隆等基于 模型和水足迹理论，评估了城市水资源现状，并揭示 年水资源承载状态。曹威威等利用改进能值生态足迹模型，分析了 年长山群岛人地关系供需平衡变化情况，并利用脱钩效应模型探讨了海岛经济发展与能值生态足迹之间的关系。其三是研究范围的拓展。生态足迹模型的研究不仅在地域范围上由国家、省份、城市 向公园 等小空间尺度区域变化，产出精细化的研究成果，其研究领域也从土地资源拓展到水资源，、旅游资源、农业，等多个学科，使生态足迹理论体系不断充实。回顾既往研究发现，我国已有的生态承载力研究 多采取连续年度的年鉴等传统数据对区域进行定量分析，并根
7、据分析结果为区域发展提供依据。然而由于统计口径、数据来源等原因，其计算的时效性和精确度往往不足，且分析得出的结论也未与国土空间利用紧密结合。武汉是长江经济带的重要战略支点，武汉城市圈也是全国两型社会示范区。为深入贯彻生态文明思想，坚守绿色发展战略，武汉市构建新发展格局，深入推进长江武汉段生态保护修复，不断满足市民日益增长的优美生态环境需求。然而，随着经济社会发展和建设用地扩张，素有“百湖之市”的武汉，不仅耕地面积呈减少趋势，且湖泊水域面积骤减，城市生态系统与经济发展矛盾日益凸显，城市可持续发展形势严峻。鉴于此，本文以武汉市为例，运用生态足迹模型，基于多源数据计算和分析 年间武汉市生态足迹、生态
8、承载力的构成及其趋势关系，并结合市域国土空间利用基本状况剖析其成因，以期为相应空间规划决策提供依据。研究区、研究方法与数据来源 研究区域概况武汉市位于湖北省东部地区，处于长江中游，是长江与汉水交汇地。自然环境良好，拥有青山绿水格局，湖泊水域资源与山体景观资源丰富，素有“百湖之市”称号。截至 年末，全市常住人口达 万人，实现地区生产总值 亿元。全市土地总面积达 ，其中耕地面积超过 。研究方法 生态足迹模型生态足迹模型是将区域的生物资源和能源消费转化为提供这些物质流所需要的各类生产性土地类 年 月绿 色 科 技（）第 期型的面积，其计算方法是用武汉市各类生物资源和能源资源账户产量除以全球平均产量得
9、到总生态足迹，并转化为各类生物生产性土地类型面积，最后乘以均衡因子即得到生态足迹需求量，公式为：（）（）式（）中：为总生态足迹，为人口数量；为人均生态足迹；为第种消费项目的人均生物生产土地面积；为第种生物生产性土地的均衡因子；为第种消费项目的人均消费量；为第种消费项目的全球平均生产量。其中，生物生产性土地包括耕地、林地、草地、水域、化石能源用地和建筑用地类。生态承载力计算模型生态承载力指特定区域实际最大提供给人类各类生态生产性土地的总和。其计算方法是将区域内各类生态生产性土地面积乘以均衡因子和产量因子后求和得到带有全球平均生产力的全球统一的生态生产性面积单位，公式为：（）式（）中：为生态承载力
10、总和；为人均生态承载力；为人均生物生产面积；为均衡因子；表示产量因子。生态赤字或盈余生态赤字或生态盈余是生态承载力与生态足迹的差值，能反映区域的可持续发展状况。当结果时，为生态赤字，即生态承载力供给量小于生态足迹需求量，表示该区域不可持续发展，生态压力大。当结果时，则为生态盈余，即生态供给量大于需求量，表示区域可持续发展状况良好。公式为：（）式（）中：为人均生态赤字或盈余。为生态承载力，为总生态足迹。数据来源 数据来源与参数选取本文选取武汉市 年相关数据进行生态足迹和生态承载力计算，其中计算生态足迹运用到的人口数据、各类生物资源和能源账户数据均取自 武汉市统计年鉴。各类消费项目的全球平均产量及
11、产量因子取自联合国粮食与农业组织 的公开数据。均衡因子数据来自全球生态足迹网发布的 ，见表。各类土地面积数据来源于武汉市自然资源和规划局，土地利用数据来源于地理监测云平台（：）。表各土地类型的均衡因子和产量因子土地类型均衡因子产量因子耕地 林地 草地 水域 化石燃料用地 建筑用地 资源账户项目生态足迹的计算包括生物资源账户与能源账户两方面（表），其中生物资源账户主要取自 武汉市统计年鉴 中农产品（粮食、棉花等）、林产品（油茶籽等）、畜产品（猪肉、牛肉等）和水产品等 类消费项目。能源账户主要由煤炭、焦炭、汽油、电力等 项组成。本文在计算过程中，使用各个项目的产量来替代其消费量，所选消费项目包括了
12、 武汉市统计年鉴中对应土地类型的所有产量种类。表武汉市生态足迹计算账户项目生物生产性土地类型消费项目类型生物资源账户耕地粮食、棉花、油料、糖料、蔬菜、瓜类林地油茶籽、板栗、茶叶、水果草地猪肉、牛肉、羊肉、奶类、鸡肉、禽蛋、蜂蜜水域水产品能源资源账户化石能源用地煤炭、焦炭、原油、焦炉煤气、汽油、液化石油气、柴油、炼厂干气建筑用地热力、电力 结果与分析利用上述方法可分别计算 年武汉市人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字，得到如下结果（表）。表 年武汉市人均生态足迹、生态承载力、生态赤字 人年份年人均生态足迹人均生态承载力人均生态赤字 总生态足迹和承载力演变分析如表所示，年人均生态足迹与人均生
13、态赤字均呈现先上升后下降的趋势，人均生态承载力呈现下降趋势。具体来看，武汉市人均生态足迹从 年的 人下降到 年的 人，年均下降率为 ，呈现上升后下降的趋势，其中 年为拐点。究其原因，武汉市人口基数大且外邹游，等：基于多源数据的市域生态承载力变化趋势及规划策略研究地理与规划来人口增多，使得武汉市的生态足迹增大，但 年后开始逐年下降。这与武汉市近几年积极进行生态文明建设、注重生态发展、逐步减小生产生活对生态环境的负面影响息息相关。年，武汉生态承载力从 人降至 人，呈缓慢下降趋势。由于耕地是生态承载力最主要的贡献来源，结合武汉土地利用变化数据推断，这生态承载力的下降与武汉耕地面积逐年减少，建筑面积逐
14、渐增加密不可分。据计算，年，武汉市一直处于生态赤字状 态，生 态 赤 字 数 额 从 人 下 降 至 人，年均下降率为 。说明武汉常住人口生产生活对生态环境造成的压力超过了其承受能力，可持续发展面临形势严峻，但负面影响呈下降态势。用地类型结构及演变分析 生态足迹结构演变分析由图 可知，化石能源用地的人均生态足迹与总人均生态足迹波动频率较一致，在 年短暂上升后，于 年后下降并随后趋于平稳，这与武汉市产业发展状况以及生态建设活动有关。而其他类型用地的生态足迹总体保持稳定趋势。由图 可知，化石能源用地的人均生态足迹在总体中所占比重最大，平均达 左右，其次是水域和草地，约占人均生态足迹的 和。以上结果
15、表明，支撑武汉市人口消费的主要土地类型为化石能源用地、水域和草地，这与武汉湖泊水域多以及产业发展水平较高有关，但生产生活过分依赖化石能源，消费模式较单一。图历年各土地类型生态足迹结构变化（作者自绘）生态承载力结构演变分析分析历年各土地类型生态承载力的组成结构。由图可知，耕地总量与人均生态承载力均呈现下降趋势，其余地类趋于平缓。从 结 构上来 看，年耕地的生态承载力约占总供给的 ；其次为建筑用地和林地，分别约占总供给的 和。就生态承载力的贡献而言，耕地为主要贡献者。通过比较武汉市 年（图）与 年（图）的土地利用分布现状，可以看出城乡建设用地明显增多，而耕地面积不断减少。由于耕地是生态承载力最主要
16、成分，耕地面积持续减少，生态承载力亦持续下降。因而，提高生态承载力的关键因素在于能否提高耕地的产量及使用率，同时需要控制建设用地的总量。此外，林地面积变化不大，主要分布在北部，受城市发展的影响较小。图历年各土地类型生态承载力结构变化 作者自绘 生态赤字结构演变分析由表可知，年，耕地、草地、水域和化石能源类用地处于生态赤字状态，其中化石能源用地与总生态赤字均呈波动下降趋势，其余地类赤字 年 月绿 色 科 技（）第 期图研究区土地利用分析表 年研究区各土地类型生态赤字 人年份耕地林地草地水域化石能源用地建筑用地人均生态赤字 水平较稳定。林地和建筑用地处于生态盈余状态，但盈余水平呈下降趋势。由此可见，这种土地类型将难以持续满足武汉市经济发展需求。从生态赤字的构成关系上看，化石能源用地的人均生态赤字占总生态赤字的比重较大，约占，化石能源用地是造成生态环境压力的主要因素。总体来说，武汉市生态盈亏关系总体趋势向好，但距离完成可持续发展目标，仍有较大提升空间。小结对武汉市 年的生态足迹和生态承载力的总量、结构、动态进行分析，结果显示，人均生态足迹与人均生态承载力均呈现下降趋势，且武汉市域生态总体状况
