摘要：為了解油氣資源開發(fā)過程中的生態(tài)占用情況，利用生態(tài)足跡法，結(jié)合油氣資源開發(fā)特點(diǎn)、對(duì)環(huán)境的影響及開發(fā)區(qū)域的自然情況，增加污染賬戶，來分析開發(fā)區(qū)域生態(tài)承載力變化趨勢(shì);利用生態(tài)壓力、萬元GDP生態(tài)足跡、生態(tài)足跡多樣性和發(fā)展能力等指數(shù)來評(píng)估該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力。以大慶油田為例，對(duì)1987—2017年的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行了測(cè)算，結(jié)果表明：近30年間大慶油田人均生態(tài)足跡明顯高于人均生態(tài)承載力，生態(tài)赤字水平逐年升高，生態(tài)壓力指數(shù)波動(dòng)式增加，區(qū)域生態(tài)壓力逐年增大，萬元GDP生態(tài)足跡大幅下降后保持相對(duì)穩(wěn)定，區(qū)域生態(tài)多樣性與發(fā)展能力之間的差距在擴(kuò)大。研究認(rèn)為進(jìn)入開發(fā)中后期階段的油田，既面臨地區(qū)生態(tài)供需矛盾突出的現(xiàn)實(shí)，又面臨經(jīng)濟(jì)高質(zhì)量轉(zhuǎn)型升級(jí)的考驗(yàn)，需要采取均衡化、生態(tài)化、智慧化的策略，對(duì)油田土地進(jìn)行綜合開發(fā)與再利用。

　　關(guān)鍵詞：油氣資源;生態(tài)足跡;生態(tài)承載力;發(fā)展能力

　　自Rees提出生態(tài)足跡研究方法以來，因其在衡量區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿Ψ矫娴目茖W(xué)性和普適性，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛推廣和應(yīng)用，研究領(lǐng)域不斷擴(kuò)展。[1]該方法引入中國后，引起了學(xué)者的研究興趣，利用該方法及對(duì)該方法的改進(jìn)，在不同尺度、行業(yè)領(lǐng)域生態(tài)承載力研究方面取得了很多成果。如黃寶榮等[2]在全國尺度上用該方法測(cè)算2000—2010年我國的生態(tài)足跡時(shí)發(fā)現(xiàn)，人均生態(tài)足跡由1.40gha增加到2.43gha，低于2.60gha的世界平均水平。一些學(xué)者還對(duì)該方法不斷改進(jìn)，特別是在地區(qū)生態(tài)足跡賬戶、計(jì)算方法、指標(biāo)選擇等方面，以適應(yīng)區(qū)域方面的研究要求。如郝海廣等[3]關(guān)于農(nóng)牧交錯(cuò)區(qū)草地消費(fèi)足跡與收入水平關(guān)系的研究;榮傲登等[4]利用耕地、草地、化石能源、建筑用地及水域等指標(biāo)，對(duì)河流流域生產(chǎn)性土地的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的研究;Liu等[5]

　　基于凈初級(jí)生產(chǎn)力改進(jìn)的生態(tài)足跡評(píng)價(jià)模型(EF-NPP模型)，對(duì)國家級(jí)自然保護(hù)區(qū)的研究;曹威威等[6]從消費(fèi)端和供給端構(gòu)建生態(tài)足跡賬戶體系，對(duì)能值生態(tài)足跡和能值生態(tài)承載力模型進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，對(duì)省域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)變化特征的研究;趙鵬宇等[7]在現(xiàn)有生態(tài)足跡模型中通過增加污染排放、水資源賬戶，重新確定各項(xiàng)生物賬戶全球平均產(chǎn)量與土地均衡因子，對(duì)市縣區(qū)域生態(tài)足跡和生態(tài)承載力空間差異的研究。生態(tài)足跡法也常用在行業(yè)領(lǐng)域[8-10]、城市及地區(qū)生態(tài)盈虧的生態(tài)承載力[11-14]測(cè)算中。

　　生態(tài)足跡法側(cè)重于測(cè)算生態(tài)系統(tǒng)供給服務(wù)功能的特性與油氣資源開發(fā)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)所面臨的主要壓力方向是吻合的。油氣資源開發(fā)過程復(fù)雜，要經(jīng)歷物探、鉆井、測(cè)井、采油、井下、油氣集輸及閉井恢復(fù)等環(huán)節(jié)，且具有開發(fā)持續(xù)時(shí)間長(30～70年)、占用區(qū)域面積大、地下隱蔽等特點(diǎn)。開發(fā)中產(chǎn)生的廢氣、廢水、固廢等“三廢”污染介質(zhì)，會(huì)給當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)環(huán)境帶來一系列不同程度的長期影響，其中采油過程對(duì)水資源(污染)的影響最大，其次是物探、鉆井環(huán)節(jié)產(chǎn)生的固廢。[15]經(jīng)過長期開發(fā)的油氣資源區(qū)域，地區(qū)生態(tài)環(huán)境發(fā)生了很大改變，[16]有必要結(jié)合油氣資源開發(fā)特點(diǎn)、區(qū)域生態(tài)環(huán)境特征，對(duì)該類型區(qū)域生態(tài)承載力變化情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，以了解該區(qū)域的生態(tài)占用情況，為該區(qū)域經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的可協(xié)調(diào)發(fā)展制定對(duì)策。

　　一、評(píng)價(jià)方法及指標(biāo)選擇

　　(一)評(píng)價(jià)方法

　　利用生態(tài)足跡及發(fā)展能力研究方法，按以下思路研究油氣資源開發(fā)區(qū)域內(nèi)的生產(chǎn)活動(dòng)：首先，從區(qū)域資源需求層面，將對(duì)當(dāng)?shù)刭Y源、能源的消費(fèi)量和由此產(chǎn)生的廢棄物排放量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的具有生產(chǎn)力的土地面積，來分析該區(qū)域的吸納能力，進(jìn)而判斷該區(qū)域的發(fā)展?jié)摿?其次，從區(qū)域資源供給層面，考量所在區(qū)域的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)，分析其能提供給開發(fā)區(qū)域人口和經(jīng)濟(jì)增長的生態(tài)空間，即區(qū)域所能支撐的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)總量;最后，通過計(jì)算生態(tài)壓力、萬元GDP生態(tài)足跡、生態(tài)足跡多樣性及發(fā)展能力指數(shù)來判斷該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展能力。

　　1.生態(tài)足跡模型

　　研究特定時(shí)間條件下供給區(qū)域內(nèi)的生態(tài)足跡，是通過將人口消費(fèi)的自然資源與燃料能源轉(zhuǎn)換成生產(chǎn)性土地面積，面積數(shù)值越大，表示產(chǎn)生的生態(tài)負(fù)荷越多。計(jì)算公式為

　　EF=N×ef=N×∑ri×ciPi(1)

　　式中：EF為區(qū)域總生態(tài)足跡，ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡，N為人口數(shù)量，i為消費(fèi)項(xiàng)目的類別，Ci為第種消費(fèi)項(xiàng)目人均消費(fèi)量，Pi為第i種消費(fèi)項(xiàng)目平均生產(chǎn)能力，ri為不同類型土地的均衡因子。

　　生態(tài)承載力判斷的是區(qū)域內(nèi)部資源所能供養(yǎng)的人口最大負(fù)荷量，計(jì)算公式為

　　EC=N×ec=N×∑(ai×ri×yi)(2)

　　式中：EC為生態(tài)承載力總量，ec為人均生態(tài)承載力，ai為人均各類生物生產(chǎn)性土地面積，yi為不同類型土地的產(chǎn)量因子。

　　2.生態(tài)盈虧與壓力指數(shù)

　　利用生態(tài)盈虧來判斷區(qū)域發(fā)展是否處于生態(tài)承載力范圍之內(nèi)，利用生態(tài)壓力指數(shù)來說明人類活動(dòng)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的干擾強(qiáng)度，二者相互補(bǔ)充與印證，可以更好地反映區(qū)域生態(tài)承載力變化狀況，計(jì)算公式為

　　ed=ec-ef(3)

　　EPI=ef/ec(4)

　　式中：ed為人均生態(tài)盈虧，ed>0表示人均生態(tài)盈余，生態(tài)系統(tǒng)是安全的、可持續(xù)的，反之不安全、不可持續(xù);EPI

　　為生態(tài)壓力指數(shù)，當(dāng)其小于1時(shí)，表明干擾強(qiáng)度未達(dá)到生態(tài)系統(tǒng)的自反饋上限，生態(tài)系統(tǒng)平衡，反之生態(tài)安全則受到威脅，EPI越大，生態(tài)系統(tǒng)遭受的干擾強(qiáng)度越大。

　　3.萬元GDP生態(tài)足跡指數(shù)

　　該指數(shù)反映區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)區(qū)域系統(tǒng)資源利用率的高低，可用以判斷區(qū)域發(fā)展?jié)撃埽瑪?shù)值越大，資源利用效率就越低，意味著發(fā)展能力不足。計(jì)算公式為

　　4.區(qū)域生態(tài)足跡多樣性與發(fā)展能力指數(shù)

　　生態(tài)足跡多樣性指數(shù)是用來描述一個(gè)區(qū)域內(nèi)各類資源消耗所占各類土地面積的均衡程度，指標(biāo)值越大，區(qū)域總生態(tài)足跡在不同地類中的分配占比越平均，生態(tài)系統(tǒng)多樣性越高;反之，說明區(qū)域產(chǎn)業(yè)類型單一，生態(tài)系統(tǒng)處于不穩(wěn)定狀態(tài)。計(jì)算方法參照Shannon-Weaver模型[17];用區(qū)域人均生態(tài)足跡與多樣性指數(shù)相乘，判斷區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的發(fā)展能力，計(jì)算方法參照Ulanowicz的文獻(xiàn)[18]。二者計(jì)算公式為

　　H=-∑(pj×lnpj)(6)

　　C=ef×H=ef×[-∑(pj×lnpj)](7)

　　式中：H為區(qū)域生態(tài)足跡多樣性指數(shù)，C為區(qū)域生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)發(fā)展能力指數(shù)，pj表示第j類土地類型在生態(tài)足跡中的比例與分配狀況。H

　　值越高表明區(qū)域內(nèi)土地利用類型比例適中，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)處于穩(wěn)定狀態(tài)。C值與人均生態(tài)足跡和多樣性指數(shù)之間正相關(guān)。當(dāng)多樣性指數(shù)處于穩(wěn)定時(shí)，高人均生態(tài)足跡會(huì)提升發(fā)展能力指數(shù)，這說明區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力是靠過多的生態(tài)足跡負(fù)荷取得的，這樣的發(fā)展能力很難持續(xù);好的狀態(tài)是生態(tài)負(fù)荷一定，通過區(qū)域內(nèi)各土地類型的合理使用，提升多樣性指數(shù)，來提高區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力。

　　(二)賬戶及指標(biāo)選擇

　　油氣資源開發(fā)區(qū)域內(nèi)各類生物資源、能源、水資源消耗及污染排放產(chǎn)生的生態(tài)足跡構(gòu)成區(qū)域總生態(tài)足跡。傳統(tǒng)生態(tài)足跡計(jì)算大多包括生物資源賬戶、能源賬戶兩部分。根據(jù)油氣資源開發(fā)特點(diǎn)及對(duì)開發(fā)區(qū)域水環(huán)境的影響，現(xiàn)將“水資源賬戶”和“污染消納賬戶”擴(kuò)展到生態(tài)足跡計(jì)算中，用來描述開發(fā)區(qū)域的水資源供給能力和污染排放生態(tài)足跡。考慮到該區(qū)域出產(chǎn)的產(chǎn)品類別與資源、能源消費(fèi)情況，根據(jù)開發(fā)區(qū)域數(shù)據(jù)的可獲得性、開發(fā)區(qū)域生物資源情況，選取的生態(tài)足跡指標(biāo)見表1。

　　(三)相關(guān)說明

　　1.土地類型劃分及均衡因子選取

　　根據(jù)油氣資源開發(fā)區(qū)域情況，將水資源用地、污染消納用地加入到生態(tài)足跡模型中。計(jì)算時(shí)，各土地類型的均衡因子參照楊屹等[19]的計(jì)算方法取值，即建設(shè)用地2.34、耕地2.34、水域0.32、草地0.48、化石能源用地1.64、林地1.64、污染消納用地1.0、水資源用地1.0。

　　2.產(chǎn)量因子選取

　　為補(bǔ)償人類對(duì)化石能源類自然資本的消耗，理論上應(yīng)留出用于吸收CO2所需的能源用地面積，但實(shí)際上人類并未專門劃出此類土地來吸收能源燃燒釋放的廢氣，故能源用地生態(tài)承載力面積一般為0。常認(rèn)為林地消納吸收廢氣，水域凈化消納污水，固體廢棄物堆積則占用耕地，為避免重復(fù)計(jì)算，故不單獨(dú)計(jì)算污染消納用地的生態(tài)承載力。計(jì)算時(shí)，各土地類型的產(chǎn)量因子參照Wackernagel等[20]計(jì)算中國生態(tài)足跡時(shí)采用的平均值，即建設(shè)用地1.66、耕地1.66、草地0.19、林地0.91、水域1.00、水資源用地2.45、能源用地0。

　　3.數(shù)據(jù)處理

　　計(jì)算中涉及的全球平均生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)來源于聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAQ)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫[21]。能源項(xiàng)目人均足跡測(cè)算是以單位能源消耗產(chǎn)生的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)，通過各能源項(xiàng)目折算系數(shù)、全球平均能源足跡，將區(qū)域能源消耗轉(zhuǎn)化為能源用地面積;廢氣生態(tài)足跡測(cè)算是將廢氣排放量轉(zhuǎn)化為吸收大氣污染所需的林地面積，按照單位面積闊葉林對(duì)SO2的平均吸收能力取88.65千克每公頃、單位面積林地對(duì)粉塵的阻滯能力取10.11噸每公頃[22-23];廢水生態(tài)足跡測(cè)算是根據(jù)單位面積水域?qū)ξ鬯钠骄{能力取365噸每公頃[24];固廢生態(tài)足跡測(cè)算是按照單位土地面積固廢的適宜堆積量10.9萬噸每公頃換算[25];水資源人均足跡測(cè)算是按水資源全球平均生產(chǎn)能力3.14×103立方米每公頃標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算[19]。最后通過“產(chǎn)量因子、均衡因子”將土地面積調(diào)整為具有等價(jià)生產(chǎn)力的面積。

　　二、基于大慶油田的測(cè)算

　　(一)研究區(qū)域范圍

　　大慶油田位于松遼平原中央、黑龍江省中西部、松嫩平原腹地，地理坐標(biāo)為東經(jīng)125°12′至124°19′，北緯45°46′到46°55′。主要勘探區(qū)域包括東北和西北兩大探區(qū)，由薩爾圖、杏樹崗、喇嘛甸、朝陽溝等48個(gè)規(guī)模不等的油氣田組成，總面積達(dá)22 161平方千米。經(jīng)過60年多的持續(xù)開發(fā)，油田形成了以原油開采、集輸、注水、給排水、污水處理、電力、通信、道路、消防、礦區(qū)建設(shè)、機(jī)修、油田化工為主的完善的油氣開發(fā)系統(tǒng)，油田區(qū)域原生態(tài)環(huán)境也發(fā)生了很大改變。

　　(二)數(shù)據(jù)來源

　　研究中涉及的數(shù)據(jù)主要來自：大慶油田開發(fā)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，包括《中國石油天然氣集團(tuán)公司年鑒》、大慶油田檔案館等;《大慶市統(tǒng)計(jì)年鑒》《大慶市環(huán)境狀況公報(bào)》等;大慶市自然資源保護(hù)局提供的歷次土地利用調(diào)查數(shù)據(jù)。為統(tǒng)一數(shù)據(jù)口徑，采用大慶市農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量替代農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)量。因相關(guān)數(shù)據(jù)可獲得性問題，能源類指標(biāo)采用規(guī)模以上工業(yè)企業(yè)的能源消耗量，水資源消費(fèi)量采用工業(yè)用水量。由于個(gè)別年份數(shù)據(jù)采集不全的原因，2000年以前的數(shù)據(jù)選取1987年、1990年和1995年3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)。

　　(三)計(jì)算結(jié)果及分析

　　1.生態(tài)足跡分析

　　根據(jù)式(1)測(cè)算得到大慶油田1987—2017年各賬戶人均生態(tài)足跡情況，見表2。從表2可以看出，總體人均足跡呈上升趨勢(shì)，由5.460公頃每人升至10.846公頃每人，30年間增長近一倍。各賬戶中，除水資源總體呈降低趨勢(shì)外(2002年人均生態(tài)足跡達(dá)到峰值后逐漸降低)，其余各用地人均生態(tài)足跡均呈上升趨勢(shì)，其中林地增長了8.5倍，建設(shè)用地增長了8.2倍(呈波動(dòng)式增長)，草地增長了4.1倍，水域增長了3.6倍，耕地增長了1.9倍，能源用地增長了0.7倍，污染消納用地增長了0.1倍。這說明區(qū)域油氣經(jīng)濟(jì)的發(fā)展推動(dòng)了本地工業(yè)化的進(jìn)程，進(jìn)而產(chǎn)生了對(duì)城市建設(shè)用地需求的增長;油田建設(shè)、人口增加及生活水平的提高，對(duì)農(nóng)副產(chǎn)品消費(fèi)需求逐漸增加，對(duì)草地資源占用逐漸加大;油田地區(qū)水域、濕地資源豐富，市民對(duì)水產(chǎn)品需求量的增加帶動(dòng)了水產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。從結(jié)構(gòu)看，不同類型人均生態(tài)足跡占比差別較大，其中能源用地占比69.79%、耕地占比10.34%、草地占比8.30%，其余用地占比較低。作為重要石油、石化工業(yè)基地，能源生產(chǎn)、加工、消費(fèi)量巨大，使地區(qū)能源消耗的生態(tài)占用較突出，能源用地占比較高，且呈增長趨勢(shì)，說明該地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)能源依賴性較大，具有典型能源型地區(qū)特征。由于油田地處松嫩平原腹地，適宜大規(guī)模糧食生產(chǎn)，耕地占比僅次于能源用地。

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