Ecosystem Service Value and Changes in Food Supply and Demand in Liaoning Province
-
摘要:目的 研究辽宁省土地利用、生态系统服务价值及生态足迹时空演变特征，为优化辽宁省生态系统管理、提升生态质量提供科学依据。方法 本研究借鉴和综合运用人文地理学、生态经济学、区域经济学等学科的思想，采用定性与定量相结合、空间分析法、模型法等研究方法，以辽宁省2000 ~ 2020年土地利用现状为基础，参考当量法估算生态系统服务价值，并在此基础上通过净初级生产力开展辽宁省14市粮食生产格局演变及作物生态足迹研究。结果 ① 辽宁省各时期水文调节和气候调节的生态功能服务价值之和超过总生态系统服务价值的50%，林地和水域两者土地利用类型对辽宁省生态系统服务总价值的贡献率达86%以上；② 辽宁省玉米播种面积比重始终远高于水稻和大豆，且增长率较高，水稻和玉米播种面积呈现波动变化态势，大豆播种面积持续降低。③ 水稻、玉米、大豆的生态足迹与其播种面积趋势大致吻合。基于生态足迹进一步计算出各市域农作物生态承载力供需平衡指数，为粮食生产分布提供对策建议。结论 未来辽宁省需要注重自然资源的高效利用，加强对各类土地的保护，使优良土地稳定发展，被破坏的土地逐步恢复，同时，开发和引进尖端的设备与技术，建立自然资源节约型土地利用体系，在有限空间内产生最大的经济和环境效益，以期实现经济与生态的可持续发展。
-
关键词:
- 土地利用 /
- 生态系统服务价值 /
- 生态足迹 /
- 净初级生产力-能值模型 /
- 区域可持续发展
Abstract:Objective The aim was to study the temporal evolution of land use, ecosystem service values and ecological footprints in Liaoning Province, so as to provide a scientific basis for optimizing ecosystem management and improving ecological quality in Liaoning Province.Method This study scientifically drew on the ideas of human geography, ecological economics and regional economics, adopted a combination of qualitative and quantitative methods, spatial analysis, modeling and other research methods to estimate the ecosystem services value (ESV). The assessment was based on the status of land use in Liaoning Province from 2000 to 2020, and the ESV was estimated with reference to the equivalent method.Result ① The sum of the ecological function service value of hydrological regulation and climate regulation in Liaoning Province for each period exceeded 50% of the total ESV, and the contribution of the two land use types (forest land and water) to the total ESV in Liaoning Province was over 86%. ② The proportion of sown area of corn in Liaoning Province was always much higher than those of rice and soybeans, and the growth rate was relatively high. The sown area of rice and corn has fluctuated and changed, and the sown area of soybeans has continued to decrease. ③ The ecological footprints of rice, corn, and soybeans roughly coincided with the trend of their sown area. And based on the ecological footprint, the supply and demand balance index of the ecological carrying capacity of crops in each city was further calculated to provide countermeasures and suggestions for the distribution of food production.Conclusion In the future, Liaoning Province needs to focus on the efficient use of natural resources, strengthen the protection of all types of land, make the stable development of good land and the gradual restoration of destroyed land. At the same time, the cutting-edge equipment and technology are needed to be developed and introduced to establish a natural resource-saving land use system to produce maximum economic and environmental benefits in a limited space, with a view to achieving sustainable economic and ecological development. -
【研究意义】全球变化背景下，人口、资源、环境三者矛盾日益突出[1]。生态系统赋予人类生存必须的环境基础和物质基础[2]，具有无法估量的价值。无论经济发展多么繁荣，都要保护好土地、空气、淡水、能量及生态功能的有效供给[3]。对区域生态系统服务价值评价可为优化土地空间布局、制定科学的生态保护政策提供依据；农业活动与自然环境密切相关，粮食事关国运民生[4]，耕地是粮食生产的关键，是中华民族永续发展的根基，保护耕地是粮食安全的前提；区域的长期发展必须将环境的长期发展作为先决条件和保证[5]。在众多评价可持续发展的方法中，生态足迹法得到了国内外许多学者的认可和改进。
【前人研究进展】谢高地等[6-7]人制定了符合中国国情的生态系统服务当量表，近年来，研究者使用RS、GIS等技术来研究生态系统服务的价值[8-10]，还有学者采取多种方法对生态系统价值变化进行了归因分析[11-14]。2000年，徐中民[15]等首先借助生态足迹模型对生态足迹进行了估算，还有学者对生态足迹的空间变化格局规律进行研究[16-18]，在参数计算上，研究者提出关于净初级生产力（NPP）和热值的生态足迹模型，便于获取更加真实的均衡因子[19]，学者们还使用了足迹“深度”和“广度”创建了一个用于估计自然资本的三维生态足迹模型[20-22]。综上，【本研究切入点】目前学者在针对凸显研究区域的作物生态足迹模型构建方面的研究相对较少，大多研究集中在水足迹、碳足迹以及耕地足迹[23]；
辽宁省作为中国13个粮食主产区之一，是连接东北经济区和渤海经济区的重要纽带，它也是中国东北地区最具潜力的商品粮食基地和主要的粮食生产区。基于此，【拟解决的问题】本文以2000 ~ 2020年辽宁省14市作为研究对象，通过统计区域实际情况，修正各生态系统的服务价值系数，估算出各地类和各生态功能的生态系统服务价值，另一方面，定量研究土地利用对区域生态系统的影响，有助于优化土地利用模式，改善生态系统质量，并为区域的长期发展提供指导。其中，生态足迹中产量因子参数的赋值，选取研究区的平均生产力代替全球平均生产力，更符合实际，研究粮食生产的时空演化及其生态印记，有助于改善粮食生产的结构，这是农业长期发展的关键。
1. 研究区概况
辽宁省位于中国东北地区的南部，范围大致为118°53′ ~ 125°46′ E和38°43′ ~ 43°26′ N[24]，南侧与黄海和渤海相邻（图1a），东北侧与吉林省相邻，东南侧与朝鲜民主主义人民共和国隔鸭绿江相望，西北侧与内蒙古自治区相邻，西南侧与河北省相邻；地势北高南低，东西部分高，中心部分低，中部为东北向西南缓慢倾斜的长方形平原，面积约占全省总面积的1/3；省内年均气温东北部较低，西南部较高，年均降水量范围在600 ~ 1100 mm之间[25]；辽河为辽宁省最大河流，全长1340 km；2020年辽宁省总人口约4165.9万，是东北三省人口数量最多的省份，平原和沿海城市人口数量较多，山区、内陆城市人口数量相对较少（图1b）。
![]()
图 1 辽宁省概况：（a）地理位置（b）各市人口总数（c）土地利用类型Figure 1. Overview of Liaoning Province: (a) Location (b) Population of each city (c) Land use type2. 数据来源与研究方法
2.1 数据来源
2000 ~ 2020年30 m土地利用数据（图1c）来源于中科院平台（https://www.resdc.cn/），根据CNLUCC分类体系，将研究区域土地利用类型划分为耕地、草地、林地、建设用地、未利用地及水域；2020年全国省市行政区划数据来源于国家基础地理信息中心；中国地图来源于自然资源部标准地图服务（审图编号：2050756583）；主要作物播种面积、主要作物总产量、人口总数、人均产量的区域数据来源于《辽宁统计年鉴2001 ~ 2021》，全国单位面积农作物的平均年产量来源于《中国统计年鉴2001 ~ 2021》，主要作物的平均市场价格来源于《全国农产品收益率汇编2002 ~ 2021》。
2.2 研究方法
2.2.1 生态系统服务价值（Ecosystem Service Value, ESV）估算
本研究参考谢高地等[7]的处理方法，通过计算辽宁省一个标准当量的经济价值量，修正得到区域生态系统服务价值系数，最终计算出该地区的生态系统服务总价值。
（1）一个标准当量的经济价值量：
查阅资料发现，水稻、玉米和大豆为辽宁省主要农作物，通过农作物播种总面积、总产量以及农作物全国平均市场价格估算出研究区域的一个标准当量的经济服务价值。
$$ D = \frac{1}{7}\sum\limits_{i = 1}^3 {\frac{{{p_i}{q_i}}}{M}} (i = 1,2,3) $$ (1) 式中：
$ D $ 为一个标准当量因子的经济价值（元$ {\rm{h}}{{\rm{m}}^{ - 2}} $ ）；$ \dfrac{1}{7} $ 为没有人力投入的自然生态系统提供的经济价值与单位面积土地粮食生产提供的经济价值比例；$ i $ 为区域作物种类数；$ {P_i} $ 为区域$ i $ 种作物全国平均价格（元$ {{\rm{t}}^{_{ - 1}}} $ ）；$ {q_i} $ 为$ i $ 种作物总产量（$ t $ ）；M为3种作物播种的总面积（${\rm{ h}}{{\rm{m}}^2} $ ）。（2）生态系统服务价值系数的修正：
本研究是基于谢高地等修订的单位面积生态系统服务价值等效因子表，适合中国条件的，主要类别包括调节、供给、支持和文化服务，以及11个次要类别。
$$ {E_{rj}} = {e_{rj}}D $$ (2) 式中：
$ {E_{rj}} $ 为研究区内$ r $ 类土地利用类型$ j $ 项生态服务功能的单价（元$ {\rm{h}}{{\rm{m}}^{ - 2}} $ ）；$ {e_{rj}} $ 为中国$ r $ 类土地利用类型$ j $ 项生态服务功能的当量因子；$ r $ 表示土地利用类型数（$ r = 1,2,3,4,5 $ ），由于现有研究尚未明确建设用地生态服务价值的量化方法，故将其单价设为0[10]；$ j $ 表示生态系统服务功能数。（3）生态系统服务总价值计算：
$$ \begin{array}{l}ES{V}_{r}={S}_{r}{\displaystyle \sum _{j=1}^{11}{E}_{rj}}\\ ES{V}_{j}={\displaystyle \sum _{r=1}^{5}{S}_{r}{E}_{rj}}\\ ES{V}_{总}={\displaystyle \sum _{r=1}^{5}ES{V}_{r}}={\displaystyle \sum _{j=1}^{11}ES{V}_{j}}\end{array} $$ (3) 式中：
$ ES{V_r} $ 为第$ r $ 类土地利用类型的服务价值（元）；$ {S_r} $ 为第$ r $ 类土地利用类型的总面积（hm2）；$ ES{V_j} $ 为第$ j $ 项生态服务功能的服务价值；$ ES{V}_{总} $ 为生态系统服务的总价值。2.2.2 辽宁省主要粮食作物生态足迹与作物生态承载力评估
我国规定耕地农田只能用来发展种植业，特别是粮食生产，我国粮食生产能力能否在较高水平上再上新台阶，耕地质量建设是关键一环，而只在有保证耕地的合理利用的基础上，才能进一步提升耕地质量；传统的生态足迹为人类消费对自然资源压力折算成的面积，本文选取的作物生态足迹包含于耕地生态足迹中，可定义为满足人类生产生活所需要的作物耕地面积，同时估算的供需平衡指数可反映该时期耕地资源的可持续发展状况，为农业土地规划提供依据。
（1）产量因子计算
为了避免产量因子赋值的主观性，更加科学直观地反映出辽宁省生态承载力，本文选取研究区的平均生产力代替全球平均生产力计算产量因子。本文采用单位热值法将各类作物产量值转换为热量值计算，研究的时间尺度为2000 ~ 2020年。其计算公式如下：
$$ {y_c} = {\frac{{Cc}}{{{C_p}}}_{}} $$ (4) 式中：
$ {y_c} $ 表示耕地产量因子，$ {C_c} $ 表示市域耕地平均生产力，$ {C_p} $ 表示省域耕地平均生产力。（2）作物生产生态足迹计算[26]
$$ CEF = E{F_i} = N \times ec \times \frac{{{C_i}}}{{{P_i}}} $$ (5) 式中：
$ E{F_i} $ 为区域$ i $ 作物生产生态足迹（$ {\rm{h}}{{\rm{m}}^2} $ ），$ N $ 为区域总人口数（人），$ {e_c} $ 为耕地均衡因子，$ {C_i} $ 为区域$ i $ 作物人均消费量（取当年人均生产量）（$ {\rm{kg}} $ ），$ {P_i} $ 为$ i $ 作物全国单位面积年平均产量（$ {\rm{kg}} $ $ {\rm{h}}{{\rm{m}}^{{{ - }}2}} $ ）。（3）作物生态承载力计算：
$$ CEC = E{C_c} = {A_i} \times {y_c} \times {e_c} $$ (6) 式中：
$ E{C_c} $ 为作物耕地生态承载力（$ h{m^2} $ ），$ {A_i} $ 为$ i $ 作物生物生产性土地面积（$ h{m^2} $ ），$ {y_c} $ 为耕地产量因子，$ {e_c} $ 为耕地均衡因子。（4）作物生态供需平衡指数[27]
在上述分析的基础上，建立了作物生态供需平衡指数（CEI），计算公式如下：
$$ CEI = \frac{{CEF}}{{CEC}} $$ (7) 式中：
$ CEI $ 为作物生态供需平衡指数，$ CEF $ 为作物生态足迹，$ CEC $ 为作物生态承载力。当$ CEI < 1 $ 时，作物生态盈余；当$ CEI > 1 $ 时，作物生态赤字；理论上$ CEI = 1 $ 时，作物生态平衡，结合实际，若$ 0.85 \le CEI \le 1.15 $ ，评价为生态平衡，若$ CEI < 0.85 $ ，评价为生态盈余，若$ CEI > 1.15 $ ，评价为生态赤字。3. 结果与分析
3.1 生态系统服务价值变化特征
根据公式（1）计算得到辽宁省2000 ~ 2020年单个标准单位生态服务价值当量因子的价值每公顷分别为616.912、1661.709、2360.431 元，辽宁省的ESV在2000、2010、2020年分别为3822.209 × 108、10730.200 × 108、15360.328 × 108 元；2000 ~ 2020年，林地和水域两者土地利用类型对辽宁省生态系统服务总价值的贡献最大，贡献率达86 %以上；由表1可知，辽宁省相对重要的生态服务功能是水文和气候调节；2000 ~ 2020年间，除水资源供给服务价值有所减少，其余生态功能服务价值均呈现出不同程度的持续增长态势；其中，水文调节各年均占所有功能的27 %以上，远高于其他类型服务功能，主要原因是水文调节功能非常强大导致水文调节的价值系数远高于其他地类的生态功能价值系数；水资源供给价值均为负，主要原因是水田为耗水系统，其价值系数为负。气候调节各年均占所有功能的23 %以上，土壤保持、气体调节、生物多样性、净化环境对生态系统服务总价值的贡献适中；综上，调节服务始终是辽宁省土地生态系统的主要功能，其中水文调节的贡献率最大，因此保持水域和湿地面积是维系水文调节服务价值、乃至整个生态系统服务总价值的关键。
表 1 辽宁省各项生态功能服务价值变化Table 1. Changes in the value of various ecological function services in Liaoning Province生态系统服务功能
Ecosystem service functionESV（108元）
ESV（108 Yuan）价值占比（%）
Percent（%）2000 2010 2020 2000 2010 2020 供给服务 食物生产 131.852 347.265 487.902 3.450 3.237 3.177 原料生产 109.043 301.134 425.616 2.853 2.807 2.771 水资源供给 −22.383 −30.853 −24.143 −0.586 −0.288 −0.157 调节服务 气体调节 368.014 1013.476 1432.556 9.628 9.446 9.327 气候调节 911.312 2550.922 3612.294 23.843 23.776 23.519 净化环境 290.368 814.465 1161.375 7.597 7.591 7.561 水文调节 1063.329 3025.826 4417.339 27.820 28.202 28.760 支持服务 土壤保持 402.197 1115.857 1579.267 10.523 10.400 10.282 维持养分循环 40.012 109.072 153.867 1.047 1.017 1.002 生物多样性 363.081 1017.436 1449.323 9.499 9.483 9.436 文化服务 美学景观 165.382 464.598 663.932 4.327 4.330 4.323 3.2 生态足迹与生态承载力变化特征
3.2.1 辽宁省粮食生产时序变化
从粮食播种面积、产量及种植结构3方面概述2010 ~ 2020年辽宁省3大粮食作物的时序变化，并通过折现图直观表达其变化态势。由图2a，2000年以来，辽宁省粮食播种面积持续增长，2019年达到顶峰，2016年和2020年受玉米播种面积影响，粮食播种总面积均有所下降。由图2b，辽宁省粮食总产量稳定上升，3种主要作物表现出不同的变化趋势，玉米产量总体上为增长－下降的波动态势；水稻产量表现为“先增加后减少”趋势；大豆产量整体起伏较小。由图2c，作物播种结构（用占比（%）表示）与播种面积呈现出相似的特征，其中，玉米播种面积比重增幅明显，水稻播种面积比重呈现“减少－增加”的波动趋势，大豆播种面积比重一直低于水稻播种面积比重，在2003年大豆最大值后开始呈现下降趋势。
3.2.2 生态足迹分析
根据公式（4）计算出辽宁省2000年、2010年及2020年省域耕地平均生产力分别为6.397、8.761、10.617（
$ {10^{10}}\;{\rm{J}} $ $ {\rm{h}}{{\rm{m}}^{ - 2}} $ ），同理计算出各市域的耕地平均生产力见表2。本文采用刘某承和李文华[19]基于净初级生产力测算的中国各地生态足迹均衡因子，辽宁省耕地均衡因子为1.060。表 2 辽宁省各市域产量因子Table 2. Production factor by city in Liaoning Province耕地产量因子
Arable yield factor沈阳市
Shenyang大连市
Dalian鞍山市
Anshan抚顺市
Fushun本溪市
Benxi丹东市
Dandogn锦州市
Jinzhou营口市
Yingkou阜新市
Fuxin辽阳市
Liaoyang盘锦市
Panjign铁岭市
Tielign朝阳市
Chaoyang葫芦岛市
Huludao2000 1.264 0.917 1.338 1.287 1.173 1.274 0.620 1.372 0.389 1.408 2.089 1.248 0.313 0.439 2010 1.137 0.937 0.907 0.973 0.784 0.775 0.969 1.274 1.259 0.888 1.453 0.398 1.236 0.921 2020 1.131 0.733 0.965 1.059 1.017 0.952 0.903 1.207 0.884 1.215 1.403 1.214 0.099 0.665 随着耕地生态系统服务价值的快速升高以及人们长期以来对耕地经济利益的过度追求，导致耕地过度非粮化甚至非农化，因此本文侧重于量化耕地内部主要作物生态足迹。根据公式（5）计算出辽宁省作物生产生态足迹，结果如表3和图3：2000 ~ 2020年，水稻作物生态足迹在时间上呈现“增高－降低”的趋势，在空间上呈现“扩张－治理”的趋势。同时可以看出水稻作物生态足迹的空间变化及布局与水稻播种面积有较大程度的吻合，说明玉米播种面积对玉米生态足迹空间格局有重要影响。其次，玉米作物生态足迹在时间上呈现持续增长态势，在空间上呈现带状扩张，由辽宁省东北部向西北部扩张，玉米CEF较大的区域主要分布在阜新市、锦州市、沈阳市、铁岭市以及朝阳市；玉米CEF较小区域与玉米播种面积分布吻合度较低，玉米CEF较大区域与玉米播种面积分布吻合度较高。最后，2000 ~ 2020年，大豆作物生态足迹整体呈现持续减少态势，其中跨区间大幅减少的市域单元较多，尤其是处于大豆CEF较大区间的市域单元数量有所减少；其中，本溪市、盘锦市、营口市在20a间一直处于大豆CEF较小区间；另外，大豆CEF与大豆播种面积空间分布存在一定的差异，个别市域的大豆播种面积与大豆CEF存在误差，但总体走势是相同的，而大连市大豆CEF与播种面积始终较高。
表 3 辽宁省各市域作物生产生态足迹Table 3. Ecological footprint of crop production in municipalities of Liaoning Province市域
City2000年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 20002010年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 20102020年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 2020水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean沈阳市 158538.313 258918.880 48737.851 161919.437 409722.608 30044.697 153940.399 500550.295 9132.497 大连市 26704.748 150786.240 42729.075 30248.686 208554.250 59463.463 18208.004 167800.971 54794.980 鞍山市 45465.678 142486.080 22699.821 40439.420 148106.560 7511.174 38974.158 180553.844 6983.674 抚顺市 18929.948 47495.360 25370.388 17631.587 75219.473 6259.312 12339.309 121152.301 4297.645 本溪市 5915.609 29972.800 10014.627 7926.126 28960.469 3129.656 7373.489 46480.869 1611.617 丹东市 57972.965 78851.520 18026.328 52085.973 68999.775 8137.105 56429.765 119306.490 11818.525 锦州市 26028.678 69859.680 30043.881 35748.447 304376.473 13770.486 39877.034 323688.072 4834.851 营口市 53747.530 25131.040 6008.776 72143.925 41594.231 3129.656 65909.965 50508.092 2686.028 阜新市 4563.470 48648.160 15355.761 7602.611 382511.429 26915.041 3461.026 341139.373 15041.759 辽阳市 51719.322 69629.120 23367.463 59688.584 61225.153 2503.725 61847.022 110748.641 1074.411 盘锦市 123213.678 7839.040 8011.701 156419.676 13022.493 10640.830 160110.053 16947.898 1074.411 铁岭市 54930.652 269755.200 43396.716 74570.290 515068.744 23159.454 52366.822 590491.616 9669.702 朝阳市 1521.157 31125.600 8011.701 323.515 345776.338 14396.417 0.000 338957.961 1611.617 葫芦岛市 5408.557 32739.520 17358.687 8896.672 169292.406 11892.693 1203.835 101351.786 3760.440 ![]()
图 3 辽宁省各市域生态足迹空间变化Figure 3. Spatial Changes in Ecological Footprints of Municipalities in Liaoning Province3.2.3 生态承载力（表4）与生态盈亏（图4）分析
表 4 辽宁省各市域作物生态承载力Table 4. Ecological carrying capacity of crops in the municipalities of Liaoning Province市域
City2000作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 20002010作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 20102020作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 2020水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean沈阳市 152607.776 305349.536 49038.144 152821.896 415559.856 19645.086 150456.930 468754.260 9351.108 大连市 26827.752 145705.798 33826.296 28406.092 188016.546 38338.292 14374.130 147470.804 32244.670 鞍山市 50207.112 164378.652 26238.180 34803.404 158826.584 5383.952 32630.510 176041.090 5830.530 抚顺市 24146.694 42154.398 25374.492 20928.466 71960.932 5360.986 15491.052 111692.730 4153.398 本溪市 6838.590 30214.134 10071.378 7647.973 29095.548 2327.644 7222.734 43552.008 1509.228 丹东市 66171.560 94125.668 21742.084 42642.130 82983.721 5915.671 48133.881 118770.605 9283.684 锦州市 14787.000 97594.200 24513.560 31025.329 302753.788 9348.692 34076.105 299888.872 4307.373 营口市 57881.936 42611.576 8871.352 59419.360 64010.856 2970.968 52846.889 61292.154 2687.130 阜新市 2309.104 56737.984 11834.158 7073.806 298167.594 21488.354 3092.864 300195.294 8716.254 辽阳市 60445.440 80892.416 27610.880 49330.174 80302.744 1600.406 60515.819 108284.689 901.299 盘锦市 170282.746 19707.626 9521.662 167902.306 22335.628 8164.057 160765.669 17251.450 1189.755 铁岭市 61513.920 277275.648 38760.384 26478.582 146329.007 5363.285 51473.600 557973.824 9522.616 朝阳市 597.204 41406.144 6104.752 393.144 332468.637 14808.418 7.336 36114.859 461.130 葫芦岛市 3164.312 42299.406 12284.976 8983.863 144327.712 8202.658 704.670 94003.036 3171.017 ![]()
图 4 辽宁省主要作物生态供需平衡指数空间变化Figure 4. Spatial variation of ecological supply and demand balance index of major crops in Liaoning Province20a间，水稻CEI值除抚顺市一直处于盈余状态，水稻生态状况整体上从西北逐渐向东南扩散，呈现恶化趋势；2000年朝阳市、葫芦岛市及阜新市的水稻作物生态赤字至2010年发展为平衡状态为主，生态供需情况得到明显改善；2010 ~ 2020年间，大连市和葫芦岛两座沿海城市由生态平衡发展为生态赤字，内陆城市铁岭市水稻生态足迹有所好转。其次，辽宁省玉米CEI经历了先增加后减少的态势，20a间，仅有铁岭市、阜新市、葫芦岛市3市由生态盈余转为生态赤字再发展为生态平衡，这些城市玉米供需平衡状态有一定程度的缓解，同时，朝阳市玉米CEI逐渐增加，整体来说玉米生态平衡状态较好。最后，2000 ~ 2010年大豆生态平衡从多数生态盈余发展为多数生态赤字少数生态平衡状态，生态情况恶化非常严重，2/3以上的城市大豆生态平衡严重破坏，经过治理，到2020年，辽宁省西北部和东南部生态赤字，中部城市生态平衡，生态环境有所改善。
4. 讨论
本文从土地、生态、经济的角度评价分析了辽宁省14市2000 ~ 2020年主要农作物生态盈余变化，为避免主观因素对产量因子赋值的影响，本文选用了研究区域的平均NPP替代了全球NPP，并以市域为尺度进行研究，本研究估算的耕地产量因子平均值（1.01）与刘某承等[28]测算的国家（1.74）、辽宁省（0.84）耕地产量因子相比，数值上介于二者之间，这主要与估算方法有关，国家及省域产量因子反映了不同尺度生态系统的耕地供给能力，本地化后的耕地产量因子能更加普使反映小尺度耕地生产力的差别，未来可根据土地等级尺度提高生态足迹的均衡参数和产量参数适精度，并进行对比实验；另外还可以将化石能源账户纳入考虑范围中，以期提高生态足迹的精度和准确性。
将作物生态足迹本地化可量化人类活动与自然环境的供需关系及可持续程度，同时能够反映区域经济发展对自然环境的消耗情况，以高资源消耗为代价的低经济增长不利于区域的长期发展，一旦生态足迹超过生态承载能力，经济增长将导致自然资源枯竭，这与郭金玲等[29]预测的未来生态足迹研究趋势相同；因此，为了加强辽宁省的环境保护，促进区域资源与环境的协调及可持续发展，提出以下建议：通过提高有限资源的利用效率促进经济产出，最大限度地满足人类生产生活需要；合理规划资源，以长远的眼光科学合理的利用土地资源；加强环境保护意识，使生态系统可以作为一个自我维持的良性循环。增强人类环境保护意识，实现人与自然的全面协调可持续发展。
5. 结论
（1）2000 ~ 2020年，辽宁省单位水域的生态系统服务价值量过高，对省内水文和气候调节的贡献也较大，水域保护对区域生态有至关重要的作用。另外，养分循环、粮食生产、原材料生产和美学景观的贡献相对较低，故未来需加强生态服务功能的多元性。
（2）辽宁省水稻、玉米、大豆的生态足迹空间格局变化与其播种面积空间布局基本吻合。在现有的农业生产环境下，不能仅依靠提高单产来提高总产，耕地质量日渐退化，这些都是制约区域粮食可持续发展的瓶颈，需要努力解决。
（3）辽宁省的作物生态足迹逐年增加，作物生态承载能力下降，环境压力增加，但由于生态保护政策的实施，当地的生态状况有所改善。水稻作物的生态供需平衡指数呈现跨市域增加，尤其是辽宁省西南部城市；玉米作为辽宁省作物支柱，其生态供需平衡指数状况良好。大豆作物的供需平衡指数存在“两级分化”现象，2020年经过治理接近1/2的城市大豆生态供需关系得到缓解。
-
![]()
图 1 辽宁省概况：（a）地理位置（b）各市人口总数（c）土地利用类型
Figure 1. Overview of Liaoning Province: (a) Location (b) Population of each city (c) Land use type
![]()
图 3 辽宁省各市域生态足迹空间变化
Figure 3. Spatial Changes in Ecological Footprints of Municipalities in Liaoning Province
![]()
图 4 辽宁省主要作物生态供需平衡指数空间变化
Figure 4. Spatial variation of ecological supply and demand balance index of major crops in Liaoning Province
表 1 辽宁省各项生态功能服务价值变化
Table 1 Changes in the value of various ecological function services in Liaoning Province
生态系统服务功能
Ecosystem service functionESV（108元）
ESV（108 Yuan）价值占比（%）
Percent（%）2000 2010 2020 2000 2010 2020 供给服务 食物生产 131.852 347.265 487.902 3.450 3.237 3.177 原料生产 109.043 301.134 425.616 2.853 2.807 2.771 水资源供给 −22.383 −30.853 −24.143 −0.586 −0.288 −0.157 调节服务 气体调节 368.014 1013.476 1432.556 9.628 9.446 9.327 气候调节 911.312 2550.922 3612.294 23.843 23.776 23.519 净化环境 290.368 814.465 1161.375 7.597 7.591 7.561 水文调节 1063.329 3025.826 4417.339 27.820 28.202 28.760 支持服务 土壤保持 402.197 1115.857 1579.267 10.523 10.400 10.282 维持养分循环 40.012 109.072 153.867 1.047 1.017 1.002 生物多样性 363.081 1017.436 1449.323 9.499 9.483 9.436 文化服务 美学景观 165.382 464.598 663.932 4.327 4.330 4.323 
下载: 导出CSV
表 2 辽宁省各市域产量因子
Table 2 Production factor by city in Liaoning Province
耕地产量因子
Arable yield factor沈阳市
Shenyang大连市
Dalian鞍山市
Anshan抚顺市
Fushun本溪市
Benxi丹东市
Dandogn锦州市
Jinzhou营口市
Yingkou阜新市
Fuxin辽阳市
Liaoyang盘锦市
Panjign铁岭市
Tielign朝阳市
Chaoyang葫芦岛市
Huludao2000 1.264 0.917 1.338 1.287 1.173 1.274 0.620 1.372 0.389 1.408 2.089 1.248 0.313 0.439 2010 1.137 0.937 0.907 0.973 0.784 0.775 0.969 1.274 1.259 0.888 1.453 0.398 1.236 0.921 2020 1.131 0.733 0.965 1.059 1.017 0.952 0.903 1.207 0.884 1.215 1.403 1.214 0.099 0.665
下载: 导出CSV
表 3 辽宁省各市域作物生产生态足迹
Table 3 Ecological footprint of crop production in municipalities of Liaoning Province
市域
City2000年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 20002010年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 20102020年作物生态足迹（hm2）
Ecological footprint in 2020水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean沈阳市 158538.313 258918.880 48737.851 161919.437 409722.608 30044.697 153940.399 500550.295 9132.497 大连市 26704.748 150786.240 42729.075 30248.686 208554.250 59463.463 18208.004 167800.971 54794.980 鞍山市 45465.678 142486.080 22699.821 40439.420 148106.560 7511.174 38974.158 180553.844 6983.674 抚顺市 18929.948 47495.360 25370.388 17631.587 75219.473 6259.312 12339.309 121152.301 4297.645 本溪市 5915.609 29972.800 10014.627 7926.126 28960.469 3129.656 7373.489 46480.869 1611.617 丹东市 57972.965 78851.520 18026.328 52085.973 68999.775 8137.105 56429.765 119306.490 11818.525 锦州市 26028.678 69859.680 30043.881 35748.447 304376.473 13770.486 39877.034 323688.072 4834.851 营口市 53747.530 25131.040 6008.776 72143.925 41594.231 3129.656 65909.965 50508.092 2686.028 阜新市 4563.470 48648.160 15355.761 7602.611 382511.429 26915.041 3461.026 341139.373 15041.759 辽阳市 51719.322 69629.120 23367.463 59688.584 61225.153 2503.725 61847.022 110748.641 1074.411 盘锦市 123213.678 7839.040 8011.701 156419.676 13022.493 10640.830 160110.053 16947.898 1074.411 铁岭市 54930.652 269755.200 43396.716 74570.290 515068.744 23159.454 52366.822 590491.616 9669.702 朝阳市 1521.157 31125.600 8011.701 323.515 345776.338 14396.417 0.000 338957.961 1611.617 葫芦岛市 5408.557 32739.520 17358.687 8896.672 169292.406 11892.693 1203.835 101351.786 3760.440
下载: 导出CSV
表 4 辽宁省各市域作物生态承载力
Table 4 Ecological carrying capacity of crops in the municipalities of Liaoning Province
市域
City2000作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 20002010作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 20102020作物生态承载力（hm2）
Eco-carrying capacity in 2020水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean水稻
Rice玉米
Corn大豆
Soybean沈阳市 152607.776 305349.536 49038.144 152821.896 415559.856 19645.086 150456.930 468754.260 9351.108 大连市 26827.752 145705.798 33826.296 28406.092 188016.546 38338.292 14374.130 147470.804 32244.670 鞍山市 50207.112 164378.652 26238.180 34803.404 158826.584 5383.952 32630.510 176041.090 5830.530 抚顺市 24146.694 42154.398 25374.492 20928.466 71960.932 5360.986 15491.052 111692.730 4153.398 本溪市 6838.590 30214.134 10071.378 7647.973 29095.548 2327.644 7222.734 43552.008 1509.228 丹东市 66171.560 94125.668 21742.084 42642.130 82983.721 5915.671 48133.881 118770.605 9283.684 锦州市 14787.000 97594.200 24513.560 31025.329 302753.788 9348.692 34076.105 299888.872 4307.373 营口市 57881.936 42611.576 8871.352 59419.360 64010.856 2970.968 52846.889 61292.154 2687.130 阜新市 2309.104 56737.984 11834.158 7073.806 298167.594 21488.354 3092.864 300195.294 8716.254 辽阳市 60445.440 80892.416 27610.880 49330.174 80302.744 1600.406 60515.819 108284.689 901.299 盘锦市 170282.746 19707.626 9521.662 167902.306 22335.628 8164.057 160765.669 17251.450 1189.755 铁岭市 61513.920 277275.648 38760.384 26478.582 146329.007 5363.285 51473.600 557973.824 9522.616 朝阳市 597.204 41406.144 6104.752 393.144 332468.637 14808.418 7.336 36114.859 461.130 葫芦岛市 3164.312 42299.406 12284.976 8983.863 144327.712 8202.658 704.670 94003.036 3171.017
下载: 导出CSV
-
[1] 许译方, 周永杰, 何煜然, 等. 基于土地利用变化的粤港澳大湾区生态系统服务价值预测研究[J]. 生态科学, 2020, 39(1): 207 − 212. [2] 谢高地, 张彩霞, 张昌顺, 等. 中国生态系统服务的价值[J]. 资源科学, 2015, 37(9): 1740 − 1746. [3] 谢高地. 国家生态安全的维护机制建设研究[J]. 环境保护, 2018, 46(Z1): 13 − 16. [4] 刘 钰. 东北三省粮食生产时空演变及生态足迹研究[D]. 中国科学院大学(中国科学院东北地理与农业生态研究所), 2020. [5] 廉鑫. 基于生态足迹的辽宁省资源效率研究[D]. 大连理工大学, 2006. [6] 谢高地, 甄 霖, 鲁春霞, 等. 一个基于专家知识的生态系统服务价值化方法[J]. 自然资源学报, 2008, (5): 911 − 919. [7] 谢高地, 张彩霞, 张雷明, 等. 基于单位面积价值当量因子的生态系统服务价值化方法改进[J]. 自然资源学报, 2015, 30(8): 1243 − 1254. [8] 马依拉·热合曼, 买买提·沙吾提, 尼格拉·塔什甫拉提, 等. 基于遥感与GIS的渭库绿洲生态系统服务价值时空变化研究[J]. 生态学报, 2018, 38(16): 5938 − 5951. [9] 程广斌, 琚小倩. 基于RS和GIS技术的生态系统服务价值对土地利用变化的响应−以乌鲁木齐城市圈为例[J]. 生态经济, 2021, 37(7): 169 − 175. [10] 姜 晗, 吴 群. 基于LUCC的江苏省生态系统服务价值评估及时空演变特征研究[J]. 长江流域资源与环境, 2021, 30(11): 2712 − 2725. [11] He J, Shi X Y, Fu Y J, et al. Evaluation and simulation of the impact of land use change on ecosystem services trade-offs in ecological restoration areas, China[J]. Land Use Policy, 2020: 99.
[12] 赵明珠. 辽宁省三维生态足迹变动与影响因素分析[D]. 东北财经大学, 2019. [13] Ling H B, Yan J J, Xu H L, et al. Estimates of shifts in ecosystem service values due to changes in key factors in the Manas River basin, northwest China[J]. Science of the Total Environment, 2019: 659.
[14] 邵 骏, 卢满生, 杜 涛, 等. 长江流域水资源生态足迹及其驱动因素[J]. 长江科学院院报, 2021, 38(12): 19 − 24, 32. [15] 徐中民, 张志强, 程国栋. 甘肃省1998年生态足迹计算与分析[J]. 地理学报, 2000, (5): 607 − 616. [16] 李鹏辉, 张茹倩, 徐丽萍. 基于生态系统服务价值的生态足迹计算与分析−以玛纳斯河流域为例[J]. 中国农业资源与区划, 2022, 43(289): 184 − 196. [17] 郭荣中, 申海建, 杨敏华. 基于生态足迹和服务价值的长株潭地区生态补偿研究[J]. 土壤通报, 2017, 48(01): 70 − 78. [18] 卢亚丽, 徐帅帅, 沈 镭. 基于胡焕庸线波动的长江经济带水资源环境承载力动态演变特征[J]. 自然资源学报, 2021, 36(11): 2811 − 2824. [19] 刘某承, 李文华. 基于净初级生产力的中国各地生态足迹均衡因子测算[J]. 生态与农村环境学报, 2010, 26(5): 401 − 406. [20] 朱高立, 王雪琪, 李发志, 等. 基于改进三维生态足迹的盐城市自然资本利用特征研究[J]. 土壤通报, 2017, 48(06): 1304 − 1311. [21] 马维兢, 刘 斌, 杨德伟, 等. 基于三维生态足迹模型的流域自然资本动态评估−以福建省九龙江流域为例[J]. 资源科学, 2017, 39(05): 871 − 880. [22] 杨 屹, 胡 蝶. 生态脆弱区榆林三维生态足迹动态变化及其驱动因素[J]. 自然资源学报, 2018, 33(7): 1204 − 1217. [23] 付秀梅, 李晓楠, 林春宇, 等. 基于科学知识图谱的生态足迹研究演进、框架与前沿中外比较[J]. 生态学报, 2022, (13): 1 − 15. [24] 唐晓旭, 张怀清, 刘 锐. 基于GeoDA的辽宁省GDP空间关联度分析研究[J]. 林业科学研究, 2008, (S1): 60 − 64. [25] 郑怀军. 辽宁省生态足迹动态分析及驱动因素研究[D]. 辽宁师范大学, 2013. [26] 施开放, 刁承泰, 孙秀锋, 等. 基于耕地生态足迹的重庆市耕地生态承载力供需平衡研究[J]. 生态学报, 2013, 33(6): 1872 − 1880. [27] 刘 东, 封志明, 杨艳昭. 基于生态足迹的中国生态承载力供需平衡分析[J]. 自然资源学报, 2012, 27(04): 614 − 624. [28] 刘某承, 李文华, 谢高地. 基于净初级生产力的中国生态足迹产量因子测算[J]. 生态学杂志, 2010, 29(3): 592 − 597. [29] 郭金玲, 王 宁. 生态足迹研究的时空分布与演进分析[J]. 科学技术与工程, 2022, 22(9): 3815 − 3826. -
期刊类型引用(5)
1. 李炳坤，张晓克，骆占斌，马静，杨永均，陈浮. 基于“水-能源-粮食”关系的生态系统服务供需匹配研究——以天山北坡城市群为例. 干旱区地理. 2025(04): 571-585 . 
百度学术
2. 冯奕煊，李亚男，王颖，李金英，吴林. 国外蓝莓产业发展历程与生产趋势. 中国果树. 2025(05): 146-150+156 . 百度学术
3. 孟锐，赵西平. 供需视角下生态系统服务优先保护区及驱动力研究——以黄河流域黄土沟壑区为例. 环境污染与防治. 2024(07): 1068-1075+1084 . 百度学术
4. 余昊轩，汤江龙，陈荣清. 湖北省生态系统服务供需时空演变特征及其多尺度的空间平衡与匹配分析. 环境科学. 2024(11): 6477-6488 . 百度学术
5. 任东风，裴心苗，曹爱华. 中国三大城市群植被覆盖度与地区生产总值协调发展研究. 辽宁工程技术大学学报(自然科学版). 2024(05): 600-609 . 百度学术
其他类型引用(2)
计量
- 文章访问数: 143
- HTML全文浏览量: 51
- PDF下载量: 31
- 被引次数: 7
