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基于生态足迹模型的历史街区可持续发展研究
——以北京南锣鼓巷为例
戴林琳，许碧霞，丁启安
摘要：历史街区是城市空间的重要组成部分同时也是城市历史文化传承的重要载体，对历史街区可持续发展能力的定量评估是城市可持续发展研究的重要内容之一。本研究采用成分分析法，针对历史街区的主体特征，对现有生态足迹模型进行修订，构建了基于居民方和游客方两个维度的历史街区生态足迹模型，并以北京南锣鼓巷为案例地，对其 2012 年度生态足迹及生态承载力总量进行测算，结果显示，该街区生态足迹远大于其生态承载力，游客方生态足迹高于居民方。最后对生态足迹的结构组成进行分析，提出降低生态足迹是历史街区可持续发展的有效途径，并分别从居民方和游客方角度提出针对性的控制生态需求及降低生态足迹的策略。
关键词：历史街区 生态足迹 可持续发展 南锣鼓巷
历史街区作为城市空间的重要组成部分，记录并展示着每个城市独有的地方文化和历史脉络，并日益受到社会各界的广泛关注。为完善历史文化遗产保护体系，进一步做好历史街区的保护工作，2015 年 4 月 22 日住房和城乡建设部、国家文物局联合公布了第一批中国历史文化街区名录，将北京市皇城历史文化街区等 30 个街区遴选为第一批中国历史文化街区。与此同时，大量历史街区在保护与发展的过程中，逐渐演变为旅游地，吸引着越来越多的游客。随着大量游客的涌入及旅游开发活动的持续，历史街区原住民的生活受到极大的冲击，历史街区环境也在一定程度上受到了负面影响。近年来，国内外学者对历史街区的可持续发展都投入了较多的关注，从文化、生态、经济等多角度开展相关研究，提出历史街区的发展应是基于城市风貌保护和历史文脉传承，从文化经济学和创意文化产业区位选择理论的视角，将城市中新旧资源重新整合与再结构的过程，通过引入创意活力推进社区的复兴和可持续发展。本研究从生物资源可持续的角度出发，构建历史街区生态足迹模型，定量评估历史街区的可持续性并提出针对性的发展策略，以期为历史街区特别是旅游型历史街区的发展提供新的思路。
1 文献综述和既往研究
历史街区作为中微观尺度的城市地方文化和历史脉络的表征，往往集结了丰富的文化要素和突出的社会矛盾，其可持续发展也一直是城乡规划研究的热点问题之一。国内学者关于历史街区可持续发展研究多从历史街区的改造与更新、保护与旅游开发两方面展开，研究内容包括宏观政策的引导、具体实施的规划等，但是从生物资源可持续角度出发的研究较少，并且现有研究中以定性分析为主，较少定量测度历史街区的可持续性。 自可持续发展概念提出以来，国内外学者致力于探索可持续发展评价方法，目前量化研究主要集中在评价指标体系的构建之上，通过量化指标的测算，评估可持续性程度，主要采用以系统理论和方法为指导构建的指标体系、基于环境货币化估值的指标体系、具体的生物物理量衡量的指标体系等三大类型指标体系。其中通过具体生物物理量来计算的生态足迹法自 20 世纪 90 年代初由加拿大学者 William Rees 提出后被广泛运用，该方法以生产性土地面积这一定量化指标度量可持续发展程度，通过测定人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响，即测算生产特定区域人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产性土地面积，计算时，各种资源和能源消费项目被折算为耕地、草场、林地、建筑用地、化石能源土地和海洋（水域）等六种生物生产面积类型。
从研究对象来看，生态足迹研究主要包括两大类：区域消耗和单体消耗，并且由前者占据多数；从研究尺度来看，有国家、区域和地区三个层级，其中国家和区域尺度由于数据的完整性和可获取性，研究成果较为丰富，针对村庄、社区、学校等中观尺度地区的研究则相对较少。针对单体消耗、中观尺度进行的研究多采用成分分析法，对研究对象的消耗进行分门别类的测算。例如蔡静姗针对厦门大学学生个人生态足迹进行研究，把生态足迹分为居住、食物、交通、直接能源、水资源、废弃物等六个成分。李定邦等则把重心放在家庭上，以家庭为单位从食物、住宅、交通、商品、服务、废弃物等六个维度来计算生态足迹。姚争等以北京大学为案例地，将师生的生态消耗分为能源、食物、垃圾、纸、水、交通、校园面积等七个成分进行测算，并与其他九所大学进行比较。谢雨萍以广西红岩村为案例地，把旅游生态足迹分为交通、住宿、餐饮、购物、娱乐等五大成分进行计算。
2 历史街区生态足迹模型构建
2.1 历史街区生态足迹
历史街区作为城市中具有传统特色的居住社区，具有服务于当地居民生活的功能，与此同时，大量历史街区已逐渐发展为旅游地，具有展示和旅游的功能，旅游活动成为街区活动的重要组成。因此，测算历史街区生态足迹需考虑居民和游客的共同作用。
本研究选取适用于中观街区尺度的生态足迹成分分析法思路，结合历史街区的主体特征，将生态足迹分为居民方和游客方两大成分，之后分别考虑居民和游客的不同活动特点划分生态足迹成分，对每个成分基于实际情况的差异选择不同的测算方法，在此基础上形成历史街区生态足迹模型： EF=REF TEF
其中，EF 为历史街区生态足迹、REF 为居民方生态足迹、TEF 为游客方生态足迹。
2.2 居民方生态足迹
根据可持续发展的概念，区域中资源的再生应能支撑人的日常生活，因此在居民方生态足迹计算中，把其分为食品生态足迹、日用品生态足迹、用水生态足迹、能源生态足迹和废弃物生态足迹五个成分，计算公式如下：
将各成分的计算公式代入：
其中，REF 为居民方生态足迹，N 为人口数。rj为均衡因子，ci为第 i 类生物资源的消耗量，pi为相应生物资源的平均生产能力，di为第 i 类生物资源消耗量，Wd为区域内生活用水的人均运输量，Wr为区域内人均污水量，qd为运输每单位水的用电量，qr为处理每单位水的用电量，Ee为单位发电量的 CO2排放量；Ei为单位 CO2排放量，Qi为第 i 类能源资源的消耗量，pa为每公顷林地 1 年可吸收 CO2量(即化学能源地的平均生产力)；Qi为第 i 类垃圾的人均数量，qi(CO2)为第 i 种垃圾的 CO2产生率，qi(CH4)为第 i 种垃圾的 CH4产生率，x 为 CH4的 GWP 当量系数。
2.3 游客方生态足迹
游客是历史街区中的重要主体，需保证游客的基本旅游需要，即餐饮、住宿、购物、交通、娱乐、观光、用水等。根据历史街区旅游产品的活动特点，去除娱乐、观光等成分，加上废弃物成分，将游客方生态足迹分解为六个成分：餐饮、住宿、购物、交通、用水、废弃物，计算公式如下：
把各成分的计算公式代入：
其中，TEF 为游客方生态足迹，N 为游客人次，Ci为游客人均每日消费第 i 种食物的消费量，pi为与第 i 种食物相对应的生物生产性土地的年平均生产力，Ei为游客人均每日消费第 i 种能源的消耗量，rj为世界上第 j 种能源的单位化石燃料生产土地面积的平均发热量；Nai 为第 i 种住宿设施拥有的床位数，Ki为第 i 种住宿设施的年平均客房出租率，Eai为第 i 种住宿设施每个床位的能源消耗量，r 为世界上单位化石燃料生产土地面积的平均发热量；Ri为游客购买第 i 种旅游商品的消费支出，Pi为第 i 种旅游商品的当地平均销售价格，gi为第 i种单位旅游商品相对应的当地生物生产性土地的年平均生产力；Nti为选择第 i 种交通工具的游客数，Di为选择第 i 种交通工具游客的平均旅行距离，Eti为第 i 种交通工具的人均单位距离能源消耗量；Wd为区域内生活水的人均运输量，Wr为区域内人均污水量，qd为运输每单位水的用电量，qr为处理每单位水的用电量，Ee为单位发电量的 CO2排放量； Qi为第 i 类垃圾的人均数量，qi(CO2)为第 i 种垃圾的 CO2产生率，qi(CH4)为第 i 种垃圾的 CH4产生率，x为 CH4的 GWP 当量系数。
2.4 历史街区生态承载力
生态承载力是指区域内生物生产性空间的面积，与生态足迹为一组对应概念。前者是人类活动的生态供给，后者是人类活动的生态需求。通过计算生态足迹和生态承载力的总量，能够判断资源供需情况，从而判断区域的可持续发展能力。在具体计算中，借助产量因子和均衡因子使不同种类生产性土地转化为具有同一生产力水平的土地面积，计算公式如下：
其中，EC 为生态承载力，Ai为区域中各类生产土地面积，ri为均衡因子，yi为产量因子。
3 案例实证研究
3.1 研究区域概况及数据来源
南锣鼓巷街区位于北京东城区西部、中轴线东侧的交道口街道办，北起鼓楼东大街，南至平安大街，东至交道口南大街，西至地安门外大街，占地 1.45 平方公里，是北京现存保护最完整、可考历史最悠久的“棋盘式”四合院保护区，于 1990 年列入北京市第一批历史文化街区，1993 年划入北京市第一批 25 片历史文化保护区。
本文从居民和游客的日常生活入手，考虑食品、日用品、能源、交通等因素计算生态足迹。其中，居民数据主要来自 2011 年《东城统计年鉴》、《北京统计年鉴》等统计数据，游客数据主要来自问卷调查，问卷发放时间为 2012 年 5 月，现场按照游客来源、性别、年龄进行抽样，总计发放 200 份问卷，回收有效问卷 183 份，有效率为 91.5%。
3.2 南锣鼓巷街区生态足迹测算
依据成分分析法的思路，将居民方生态足迹分为食品、日用品、用水、能源和废弃物生态足迹等五个成分进行测算，将游客方生态足迹分为餐饮、住宿、购物、交通、用水、废弃物生态足迹等六个成分进行测算。
3.2.1 南锣鼓巷街区居民方生态足迹
将主要食品类型及日用品的消费金额结合当年物价转换成消费量，计算食品及日用品生态足迹。其中日用品的测算中，由于耐用品相对而言年消耗量波动大、总量小，因此只选取非耐用日常用品中消费量最大且属于必需品的服装进行测算。用水生态足迹包含供水和处理水两个部分，将供水量和处理水量转化成耗电量进行测算，按照电力成本占 1/3，北京自来水价 4 元/立方米，工业电价 0.5987 元/千瓦时，测算每立方米供水耗电 2.227 千瓦时。能源生态足迹的测算使用 IPCC2006 版数据中的 CO2排放系数。废弃物生态足迹计算首先将该街区废弃物的主要类型即生活垃圾转换成其分解出来的 CH4和 CO2量，然后计算吸收气体所需的生态生产土地面积。上述各项居民方人均生态足迹为 1.431hm2，按照居民常住人口 3 万计，生态足迹总和为 42919.24hm2。
表 1 南锣鼓巷街区居民方食品及日用品生态足迹
表 2 南锣鼓巷街区居民方用水生态足迹
表 3 南锣鼓巷街区居民方能源生态足迹
表 4 南锣鼓巷街区居民方废弃物生态足迹
3.2.2 南锣鼓巷街区游客方生态足迹
餐饮生态足迹的测算主要包括小吃和主餐，其中主餐通过游客平均消费额，结合菜价水平，测算主要的粮食、肉、蔬菜等消耗量；购物生态足迹主要采用游客购买的旅游商品消耗量，之后进行初级生产品的折算。餐饮及购物生态足迹测算结果为 19014.896 hm2。住宿生态足迹的测算采用床位数和出租率数据，根据南锣鼓巷旅馆数及全国星级酒店的床位平均值测算，住宿生态足迹为 3.09hm2/天，经计算所占比重可以忽略不计。交通生态足迹分为市际交通和市内交通两个部分，通过游客问卷获取游客交通量并进行不同交通工具相应的折算。计算中考虑到南锣鼓巷对于外地游客来说通常不是唯一目的地，问卷调查结果显示游客平均到北京旅游 4.778 天，而在南锣鼓巷只呆半天或一天的时间，因此对游客市际交通的计算只占测算总量的一定比例，即 45847.75/4.778=9596.04hm2，加上市内交通，交通生态足迹测算结果为 24129.085 hm2。游客方的废弃物生态足迹同样采用生活垃圾进行测算，结果为 1542.49 hm2。上述各项游客方生态足迹总和为 66135.959 hm2，人均生态足迹为0.038 hm2。
表 5 南锣鼓巷街区游客方餐饮及购物生态足迹
表 6 南锣鼓巷街区游客方市际交通生态足迹
表 7 南锣鼓巷街区游客方市內交通生态足迹
表 8 南锣鼓巷街区游客方废弃物生态足迹
3.3 结果分析
南锣鼓巷街区的用地类型主要为建筑用地，总占地 1.45 平方公里，按照均衡因子 2.8，产量因子 1.66 计，生态承载力为 650.72hm2，考虑到预留 12%的土地维持生态系的生物多样性，南锣鼓巷街区生态承载力总量为 572.634 hm2。南锣鼓巷街区总生态盈余为生态足迹总值与生态承载力的差值，为-108483 hm
2，生态足迹总供给小于总需求，存在较大的生态赤字。这一结果一方面反映了南锣鼓巷街区生态足迹偏高，资源消耗较大，另一方面也反映出街区在建设低碳街区，减少生态足迹方面有很大的发展空间。
生态盈余指数作为衡量区域生态可持续发展能力的重要指标，通常用于宏观尺度的研究。但是对于中微观尺度的城市街区而言，特别是城市中心区的历史街区，由于其自身承担的城市职能特色，其生态足迹必然远高于生态承载力，而生态承载力受城市用地的限制，很难显著提高，因此，对历史街区生态足迹研究而言，生态盈余结果更多的是反映生态足迹总量的控制需求，以尽可能地减少生态供给和需求的差距，实现街区的可持续发展；生态足迹研究及应用的重点在于生态足迹的构成，通过比较生态足迹成分之间的比例关系和成分内部的详细构成，解析街区可持续发展所需控制和引导的关键问题。
2012 年南锣鼓巷全年生态足迹为 09055.2 hm2，其中游客方生态足迹比居民方生态足迹高近 50%，表明对于旅游型的历史街区南
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