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使用扩展生态足迹模型评估生态城市实践对城市可持续性的影响——以中国西安为例

摘要：规划建设是众所周知的实用性的课题；然而，生态城市的发展和他们对城市的可持续影响鲜为人知。西安是追求生态城市目标的典型城市。本案例研究选择了西安这个城市，目的是（1）将生态实践框架化从而加强对生态城市发展的理解和（2）评估生态实践的效果从而揭示他们是否真正提升了城市的可持续性。对于第一个目的，框架是根据生态足迹理论构建的。对于第二个目的，环境污染被添加到扩展的生态足迹模型中。1999年至2014年西安生态足迹（EF）计算和分析。结果如下：（1）水污染控制和水域发展是西安生态城市发展的核心问题。空气污染控制和林地发展也在生态城市发展中发挥着重要作用；（2）因为水域，林地和耕地生态足迹的下降，生态城市实践对于人均生态足迹和人均生态赤字的下降有所贡献，从而提高城市可持续性；（3）生态城市实践对于人均生态承载力（EC）、耕地的生态承载力，水域，牧场和林地并不重要。基于这些结果，本研究提供了通过生态城市发展促进城市可持续性的实际意义。

关键词：城市可持续性；生态城市；生态城市实践；生态足迹；生态赤字

1．简介

在快速城市化进程中，城市在产生和解决人口—资源—环境危机方面发挥着重要作用。因此，生态城市的原则和政策受到全球关注并在21世纪初开始流行[1]。中国城市人口比例从1978年的17.9%增加至2016年的57.4%。城市和高速城市化的传统模式吸引着注意力，也引发了国家甚至全球的问题，（例如过度消费资源，环境污染和生态系统的破坏）。生态城市模型有在中国得到广泛应用，以应对由生态环境问题引发的城市可持续发展的挑战 [2]。一般来说，中国的生态城市发展被视为政治和经济转型的结果，也成为21世纪的新战略。

虽然研究人员或组织者已经强调了“生态型城市化”的概念或实践 “[1-3]，在实际城市中发生的”城市生态过程“仍不清楚。此外，评估生态实践可持续绩效的纵向研究还没有得到了足够的重视。因此，生态城市建设时期中的生态实践成就仍不清楚。

因此，为了解决这些研究挑战并为现有研究做出贡献，本研究根据中国西安的案例，研究了生态城市实施实践及其对城市可持续性的影响。为了建设生态城市，自1999年以来，例如污染控制、鼓励绿色消费等各种措施，都在整个西安的行政区域内被推出。本研究的主要目标是批判性地构建和评估生态实践，从而为其他生态城市的进一步发展提供了启示。 这个目标研究包括：

（1）概括基于生态足迹理论的生态城市实践框架，从而更好地了解中国的生态城市发展；

（2）通过使用扩展的生态足迹模型，评估在生态城市发展过程中，这些实践可持续的影响，从而识别和评估需要适应和改进的差距。

2．文献综述

2.1生态城市实践框架

中国和印度等几个国家经历了快速的城市化进程，实践了“生态城市化”。 生态城市的概念最初是在1971年提出的[4]并且通常是被认为是从“花园城市”的概念演变而来的[5]。 Register（1973）将生态城定义为生态健康的城市，人类的生产和生计并没有超过城市生物区的生态承载能力[6]。Yanitsky是“人与生物圈计划”专家工作组的核心成员之一，基于20世纪70年代的城市生态问题，阐述了“生态城市”的概况 [7]。

学术研究和实践中的生态城市概念仍未明确界定。大多数研究人员和从业者已经从综合或环境观点中定义了这一概念。从综合的角度来看，生态城市是基于一个生态系统概念来定义的 [8]，引起人与自然的和谐共存。定义包括经济可持续性，社会和谐，城市创新示范效应[9]，完整基础设施，住房保障和管理[3]。

然而，围绕生态城的大部分理解都是从生态环境观中考虑的。Roseland（1997）认为生态城可以节约能源资源和减少浪费，以创造健康的生活条件[10]。Joss（2010）认为一个生态城市旨在提升低碳经济，促进新的、知识型的、创造性的、绿色的行业增长以及带来环境改善[11]。Van Dijk（2015）建议生态城应该管理有关能源，固体废物，运输，污染，水，卫生和气候的问题改变[12]。弗林等人（2016）认为生态城市发展过程应涵盖各种方面，诸如提高环境质量、保护环境资产和资源、提高材料使用效率、促进低碳生活方式以及发展低碳工业[13]。

其他代表性文献提出了有助于生态过程的某些因素。这些因素包括综合治理策略（例如，合资企业合伙企业和公共私营企业伙伴关系）[14]，跨部门行政管理[15]，改善环境基础设施和工业的绩效和适应性发展[16]，新政策可以平衡经济和环境目标[17]，以及环境友好型城市住宅生活方式[13]。胡等人（2016）注意到国家能力和政策，地方公共权力，公共参与和商业运作是生态城市发展的四个转变因素[18]。

2.2生态足迹

生态城市实践是否有效？认识到这些实践在建设期间的表现对政策制定者提升城市管理战略，使城市更加“生态化”至关重要。以前的研究主要集中在使用像环保和经济发展一样的指标评估生态城市来找出不同城市的差距 [12,19]。这些研究大多是横断面研究，很少关注生态实践的影响。环境和可持续性也使用生态足迹分析进行评估，输入—输出分析（IOA），生命周期分析（LCA），碳足迹（CF）分析和成本效益分析（CBA）[20]。

输入—输出分析和生态足迹方法（即输入—输出分析和生态足迹模型）的组合可用于估计适用于经济部门的土地[21]，但它侧重于工业，并没有体现生态系统上的污染物和废物的压力。碳足迹分析仅量化碳排放[22]，它没有考虑区域生态承载力。此外， 成本效益分析在项目或技术领域被认为更有效率，而生命周期分析主要应用于微观层面（例如，产品和过程）[20]。生态足迹分析是可持续发展绩效的另一种方法生态城市实践评估，具有纵向比较和评价不同规模区域的可持续性程度的特点，特别是城市[23]。该方法也可以区分消费活动（如饮食）的影响程度，生产性消费（工业）和生态足迹上的废物类型[24]，从而建立了评估结果和生态城市活动的逻辑关联。因此，选择生态足迹方法进行定量评估城市生态实践的可持续影响。

生态足迹模型是基于生物学生产性土地面积（BPLA）（包括土地和水）定量指标的评估方法，具有自然资源的功能生产力和废物净化[25]。生态足迹代表一种从人们的资源消耗和一个地区的废物产生中转换而来的估计生物学生产性土地面积，而生态承载力指区域或城市自然生态系统可以提供的现有生物学生产性土地面积总量[26,27]。生态足迹模型可以通过比较生态足迹和生态承载力来定量地呈现一个国家或地区的可持续水平，从而为进一步的可持续发展提供宝贵的建议。

生态足迹模型最初是由Rees（1992）[28]提出的。Wackernagel等人（1999）改进了模型并计算了世界上52个国家和地区的生态足迹 [29]。McDonald（2004）使用生态足迹模型由国家，省，县，市级评估区域可持续发展[30]。Li（2010）采用生态足迹模型计算了中国包头市生物资源和能源消耗的生态足迹，发现该市从2001年到2007年社会经济发展状态不可持续 [31]。 最初的生态足迹模型划分了全球生物学生产性土地分为六类（即建成用地，水域，耕地，化石能源用地，牧场土地和林地）然后将生物资源和化石能源消耗转化入相应的生物生产性土地。 该模型包含两个帐户，即生物资源消耗和化石能源消耗[32]。

然而，最初的生态足迹模型经常因不覆盖所有土地功能而受到批评（例如，自然净化），以及人类活动（例如污染）对环境造成的影响[33,34]。在过去的十年中，生态足迹分析的方法已经被修改了许多次 [34]。一些研究人员试图将因子（例如污染物）添加到生态足迹模型中。洪（2007）将废水和酸雨添加到水生态足迹模型中[35]。冯（2011）使用生态足迹模型计算中国沈阳的固体废物排放的EF和强度[36]。Hoekstra等（2009）在考虑标准足迹时包括使用淡水[37]。这些修改有助于从整体上评估城市生产消费[38]，从而更全面地捕获生态城市实践的可持续影响。

因此，本研究提出了一种环境污染消耗被纳入最初的生态足迹模型的新方法，以衡量对于可持续城市发展的生态相关长期影响。

3.材料和方法

3.1案例背景

西安原名长安，是中国西部的陕西省省会。西安的城市化率从2000年的60.8％上升到2014年的72.6％[39]。随着城市人口的扩张，出现了许多环境和生态问题。1999年，一个在西安建立生态城市的战略被提出。2004年，随着浐灞生态区（CBED）的生态城市开始建设，西安的绿色工作得到了加强。从2006年到2011年，中标举办绿色活动（即2011年西安世界园艺博览会）被视为一个西安的生态成就，至少从官方的角度来看，表明了西安作为生态城市的进一步发展。 因此，西安被选为一个潜在的好案例研究来探索生态城市发展对城市生态足迹的影响。

3.2方法

3.2.1第一步：定义生态城市

包括生态足迹模型和生态城市实践的内容分析的混合方法案例研究设计，被用来制定生态行动并衡量其长期成果。在编制实践框架之前，生态城最初被定义为一个资源节约型和环境友好型城市。然后，生态城市实践被定义为资源节约和环境友好的实践城市，这种实践减少生态足迹，增加城市生态承载力，从而减少生态赤字（ED）或增加生态剩余（ER）。

3.2.2 第二步：制定生态城市实践

包括1999年到2014年关于西安生态城市发展的新闻报道和政策文件在内的，文本材料内容分析，进行了完善的框架说明基于生态足迹理论的西安生态努力。首先，关于生态城市实践的概念框架已开发。在扩展生态足迹的框架内，生态政策/实践被分为四类基本类别，即：（1）环境污染控制; （2）化石能源消耗控制;（3）生物资源消耗控制; （4）生态承载力改进。然后，关系中对绿色或生态实践的所有陈述都根据表1中的分类进行编码。在此过程中，具有相同含义的编码语句合并为一个。带有相似含义的编码语句分为几个次要维度。然后，对报表进行了分类进入一级指数。该框架还将指导研究，并提出有关生态城市实践对城市可持续发展的影响的假设。

表1.基于生态足迹理论的生态城市实践分类

注意：这些生态实践维度是基于生态足迹框架的先前研究而整合的；其他生态实践将在编码过程中添加到目录中。

3.2.3第三步：衡量生态努力的表现

一种扩展的生态足迹模型被构建来衡量生态努力的影响。基本方法是计算生态足迹，生态承载力和生态赤字 / 生态剩余（即生态赤字或生态剩余=生态承载力-生态足迹）。负值是生态赤字，而正值是生态剩余。生态赤字表示不可持续的发展状态，而生态剩余表示适合该地区的发展状态。城市发展状况通常以人均生态足迹，人均生态承载力和人均生态赤字 / 生态剩余衡量。

鉴于污染对城市生态系统的巨大压力，环境污染帐户被纳入原始足迹帐户，某些类型的污染根据其净化能力转化为生物生产性耕地的数量。因此，扩展的生态足迹模型由三个账户组成，即环境污染消费，生物资源消耗和化石能源消耗。三个指标在新帐户中考虑了二氧化硫，工业烟雾和废水。假设二氧化硫和烟雾被森林净化，而废水被天然湿地（水域）净化。环境污染账户计算如下：

（1）

其中是污染造成的总足迹，是第个污染排放，是与第种污染物相对应的生物生产性土地的净化能力，是将具体土地类型转化为生物学生产性土地面积的共同单位的等价因素。生物资源生态足迹和化石能源生态足迹的计算指的是由Wackernagel等人（1999）[29]和徐等人（2000）[41]所述的方法。

（2）

是生物资源和化石能源消耗的生态足迹总和，N指的是区域人口，指的是每个不同的消费

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