基于生態(tài)足跡的生態(tài)安全評(píng)價(jià)
——以新疆阿拉爾市為例

何 強(qiáng) 周正立 呂瑞恒 梁繼業(yè)*

（1塔里木大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

（2新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)塔里木盆地生物資源保護(hù)利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，新疆 阿拉爾 843300）

（3塔里木大學(xué)植物科學(xué)學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

資源環(huán)境承載力是當(dāng)前研究人與自然如何和諧共處的熱點(diǎn)問題[1]。伴隨著人類社會(huì)的快速發(fā)展，我們的生態(tài)系統(tǒng)面臨嚴(yán)重挑戰(zhàn)：自然資源枯竭、環(huán)境污染加重、氣候變化、水土流失等。在倡導(dǎo)人與自然和諧相處、經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的全球大背景下，探索生態(tài)安全對(duì)維護(hù)經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)與生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定有積極的參考意義。生態(tài)足跡分析方法是由加拿大經(jīng)濟(jì)學(xué)家威廉·里斯于1992年提出的[2-5]，為研究經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系開啟了新思路。生態(tài)足跡通過測(cè)定現(xiàn)今人類為了維持自身生存而需要的自然資源的量來評(píng)估人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，為未來人類的生存和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出科學(xué)規(guī)劃和建議。比如一個(gè)人在生產(chǎn)、生活中排放的CO2，可以轉(zhuǎn)換成吸收這些CO2所需要的草地、森林的面積。因此它被理解成一只負(fù)載著人類的城市、工廠、鐵路、農(nóng)田……的巨腳踏在地球上時(shí)留下的腳印大小。它的值越高，人類對(duì)生態(tài)的破壞就越嚴(yán)重。該理論現(xiàn)在已被應(yīng)用到各個(gè)研究領(lǐng)域[6-9]。

作者在生態(tài)足跡研究法的基礎(chǔ)上，利用生態(tài)壓力指數(shù)、生態(tài)占用指數(shù)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)，測(cè)量研究區(qū)域?qū)ψ匀簧鷳B(tài)的需求與自然所能提供的生態(tài)服務(wù)之間的差距，探討研究區(qū)人類對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用狀況，尋求減少生態(tài)足跡的可用方法，為當(dāng)?shù)氐目沙掷m(xù)發(fā)展決策提供借鑒，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與生態(tài)環(huán)境的和諧共處。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

阿拉爾市位于塔克拉瑪干沙漠的北部邊緣，距離阿克蘇市120公里，河流水系主要有阿克蘇河、塔里木河。降水少，日照充足、地表蒸發(fā)強(qiáng)烈。地形以沖積平原為主，主要種植棉花、水果等經(jīng)濟(jì)作物，礦產(chǎn)資源豐富，煤炭存量很高，已經(jīng)探明的達(dá)到了10億噸。2016年末全市總?cè)丝跒?26 845人，地區(qū)生產(chǎn)總值為279.61億元。

以新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)局主編的《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》[10]作為數(shù)據(jù)來源，對(duì)1989—2016年阿拉爾市的生態(tài)足跡進(jìn)行統(tǒng)計(jì)（根據(jù)生態(tài)足跡理論，生態(tài)足跡包括生物資源足跡和能源資源足跡兩個(gè)方面）。2016年阿拉爾市生物資源、能源資源消費(fèi)量與統(tǒng)計(jì)種類如表1所示：

表1 2016年阿拉爾市生物資源、能源資源消費(fèi)量與統(tǒng)計(jì)種類

1.2 生態(tài)足跡計(jì)算方法

生態(tài)足跡又稱為“生態(tài)占用”，它表示為生產(chǎn)某一區(qū)域人類所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢物所需要的生物生產(chǎn)土地面積[11-12]。如表2所示，生物生產(chǎn)用地面積可分為六類：草地、耕地、森林、水域、建筑用地和化石能源用地。在計(jì)算過程中，不同類型的土地生產(chǎn)力存在較大差異，為了比較和加總不同的土地面積的計(jì)算結(jié)果,要轉(zhuǎn)化為可比較的生物的生產(chǎn)土地均衡面積，因此在這幾類不同的土地面積計(jì)算結(jié)果前分別乘上一個(gè)相應(yīng)的均衡因子和產(chǎn)出因子。均衡因子為某類生物生產(chǎn)面積的世界平均生產(chǎn)力與全球各類生物生產(chǎn)面積的平均生產(chǎn)力的比值；產(chǎn)出因子是一個(gè)國(guó)家或地區(qū)某類生物生產(chǎn)土地的平均生產(chǎn)力與同類土地的世界平均生產(chǎn)力之間的比率；均衡因子和產(chǎn)出因子參考GFN[13]2016公布的數(shù)據(jù)。

表2 生物足跡賬戶中的土地類型說明[14]

①生物資源生態(tài)足跡模型：

式中：ef=研究區(qū)人均生態(tài)足跡；Yi=第i種生物資源的世界平均產(chǎn)量[15]；Ci=研究區(qū)第i種生物資源的消費(fèi)量；rj=均衡因子；N=研究區(qū)的人口數(shù)量。在計(jì)算煤、石油等化石燃料等能源的生態(tài)足跡時(shí)，先用轉(zhuǎn)化系數(shù)把不同的能源消費(fèi)折算成化石能源用地面積。

②人均能源消費(fèi)生態(tài)足跡模型:

式中：efi=研究區(qū)第i種能源的人均生態(tài)足跡；Ci=研究區(qū)第i種能源的年消費(fèi)量；Yave=第i種能源的世界平均生態(tài)足跡[13]；N=研究區(qū)的人口數(shù)量。

③生態(tài)承載力模型：

式中：ec=研究區(qū)人均生態(tài)承載力，rj=均衡因子；yj=產(chǎn)量因子；aj=研究區(qū)人均實(shí)際占有的第j類生物生產(chǎn)面積。

1.3 生態(tài)壓力指數(shù)、生態(tài)占用指數(shù)和生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)

生態(tài)足跡計(jì)算中，在對(duì)地區(qū)的生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，本地區(qū)承擔(dān)了能源足跡對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的所有壓力，沒有考慮廢氣的擴(kuò)散性，這與實(shí)際情況不符，為了更加科學(xué)、準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)研究區(qū)域的生態(tài)安全狀況，因此建立新的三個(gè)指標(biāo)，劃分生態(tài)安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)[16]，具體如表3所示。

①生態(tài)壓力指數(shù)：表示生態(tài)環(huán)境的承壓能力，計(jì)算公式為：

式中：ef=研究區(qū)的人均生態(tài)足跡；ec=研究區(qū)的人均生態(tài)承載力。

②生態(tài)占用指數(shù)：某一地區(qū)人均生態(tài)足跡與全球人均生態(tài)足跡的比值，反映出區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r，計(jì)算公式為:

③生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)：生態(tài)占用指數(shù)與生態(tài)壓力指數(shù)的比值，它反映了該區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的協(xié)調(diào)一致性，計(jì)算公式為：

表3 生態(tài)安全評(píng)價(jià)指標(biāo)與等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)

2 生態(tài)安全評(píng)價(jià)結(jié)果

2.1 2016年阿拉爾市生態(tài)足跡狀況分析

從表4分析，2016年阿拉爾市人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)赤字分別為1.855 hm2/cap、5.820 hm2/cap、5.231 hm2/cap，生態(tài)足跡是生態(tài)承載力的3.14倍，生態(tài)赤字嚴(yán)重，超過了2016年中國(guó)的生態(tài)赤字，生態(tài)環(huán)境壓力很大。在阿拉爾市所有土地類型中，CO2吸收用地的生態(tài)足跡最大，高達(dá)3.815 hm2/cap，占總?cè)司鷳B(tài)足跡65%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他5類土地類型；而從2016年各類土地供給面積來看，阿拉爾耕地面積最大，占總土地面積的45.9%，為23.478萬公頃；土地供給面積排在第二位的是林地，占總土地面積的22.7%，為11.624萬公頃。因此，雖然林地的生態(tài)足跡在總?cè)司鷳B(tài)足跡中也排在了第二位（14%），但是由于其供給面積相對(duì)較高，對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力是可接受的，而在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，沒有留出CO2吸收用地，但是阿拉爾市用于吸收生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的廢氣所折算的生物生產(chǎn)性用地面積最大，也就是CO2吸收用地的生態(tài)足跡最大，在總生態(tài)足跡排在第一（65%），因此化石能源的消耗是構(gòu)成阿拉爾市環(huán)境壓力的第一要素，體現(xiàn)了當(dāng)前社會(huì)自然條件下阿拉爾市經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?fàn)顩r和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)水平，工業(yè)快速發(fā)展，能源需求增大，2016年第二產(chǎn)業(yè)增加值為110.91億元，第二產(chǎn)業(yè)增速最快。另一方面，水土流失、環(huán)境污染等環(huán)境破壞行為降低了生態(tài)承載力，加上統(tǒng)計(jì)能源時(shí)不全面，如僅能統(tǒng)計(jì)工業(yè)企業(yè)的能源消耗量，所以2016阿拉爾市生態(tài)赤字應(yīng)該比計(jì)算結(jié)果還要大。

表4 2016年阿拉爾市人均生態(tài)承載力、生態(tài)足跡、生態(tài)赤字

2.2 1989—2016年阿拉爾市生態(tài)足跡、生態(tài)承載力和生態(tài)赤字的動(dòng)態(tài)分析

由圖1分析，1989—2016年阿拉爾市人均生態(tài)足跡28年間增長(zhǎng)了3.8倍，1989年僅為1.245 hm2/cap，2016年為5.826 hm2/cap。人均生態(tài)承載力從1989年的0.795 hm2/cap，增長(zhǎng)到2016年的1.880 hm2/cap，增長(zhǎng)了1.36倍，人均生態(tài)赤字由1989年的0.451 hm2/cap增至2016年的3.971 hm2/cap，增長(zhǎng)了7.8倍。

在1989—2016年，阿拉爾市的耕地、林地、草地面積得到了小幅度提高，耕地、林地、草地面積分別從1989年的8.955萬hm2、3.140萬hm2、2.100萬hm2提高到了 2016 年的 23.478 萬 hm2、3.409 萬 hm2、11.624萬hm2，這提升了阿拉爾市的生態(tài)容量，提高了阿拉爾市的生態(tài)承載力，這與圖1中反映的人均生態(tài)承載的變化趨勢(shì)相吻合。同時(shí)，從圖1可看出，生態(tài)足跡和生態(tài)赤字呈逐年增大趨勢(shì)，在2014年都達(dá)到了頂峰，但在近幾年有所下降。這是因?yàn)榘⒗瓲柺械靥幓哪畢^(qū)域，生態(tài)環(huán)境本身較為脆弱，雖然生態(tài)承載力有所提升，但在城市不斷擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)水平持續(xù)提高的過程中，為了滿足生產(chǎn)生活需求，需要的生物資源和化石能源也越來越多，人口也不斷增多，導(dǎo)致生態(tài)壓力越來越大，出現(xiàn)大規(guī)模生態(tài)赤字。2006年之前，阿拉爾市人均生態(tài)足跡變化比較平穩(wěn)，增長(zhǎng)幅度較小，2006—2014年增大速度變快，2014年到達(dá)頂峰，近兩年有所回落。其原因主要是阿拉爾2002年建市，城市經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展的“黃金”時(shí)期，對(duì)資源的需求越來越大，經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)取得了很大的成就。

圖1 1989—2016年阿拉爾市人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和人均生態(tài)赤字的動(dòng)態(tài)變化

表5 1989—2016年阿拉爾市主要年份各類用地人均生態(tài)足跡 （單位：hm2/cap）

從表5各類用地的人均生態(tài)足跡來看，CO2吸收用地的生態(tài)足跡最大，從1989年的0.621 hm2/cap增至2016年的3.815 hm2/cap，增長(zhǎng)了5.14倍。但是林地的生態(tài)足跡增長(zhǎng)速度是最快的，從1989年的0.023 hm2/cap到2016年的0.851 hm2/cap，提高了36倍。統(tǒng)計(jì)資料顯示：自1989年以來，阿拉爾市消費(fèi)品增加量最多的是水果、肉、蛋和能源（以石油、汽油、煤為主），這反映了人們消費(fèi)飲食結(jié)構(gòu)的變化，向高營(yíng)養(yǎng)、高能量的物質(zhì)轉(zhuǎn)移，因此要大力發(fā)展養(yǎng)殖業(yè)和林業(yè)，提高人民的營(yíng)養(yǎng)水平。另外，雖然水域、耕地和牧草地相對(duì)應(yīng)的生態(tài)足跡變化相對(duì)較小，但是建筑用地對(duì)應(yīng)的生態(tài)足跡在不斷擴(kuò)大，從1989年的0.003 hm2/cap增至2016年的0.025 hm2/cap，增長(zhǎng)了7.3倍，這說明阿拉爾市一直處于城市擴(kuò)張狀態(tài)。在總生態(tài)足跡中，化石燃料和耕地生態(tài)足跡占比一直較高（2016年占比為78.2%），且在28年間持續(xù)增高。結(jié)合產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)來看，2016年，阿拉爾市生產(chǎn)總值為279.61 億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)之比為40.5：39.7：19.8，第一、第二產(chǎn)業(yè)占比較大，達(dá)到了80.2%，阿拉爾市主要還是以第一、第二產(chǎn)業(yè)為主，能源消耗主要以汽油、石油、煤炭為主，消耗較高，說明阿拉爾市經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)較為粗放，第三產(chǎn)業(yè)薄弱。

2.3 區(qū)域生態(tài)安全分析

利用生態(tài)壓力指數(shù)、生態(tài)占用指數(shù)、生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)、對(duì)阿拉爾市生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)，結(jié)果見圖2。從圖2分析，1989年以來，阿拉爾市生態(tài)壓力持續(xù)增高，1989—2001年總體為很不安全，2002年以后為極不安全，2012年生態(tài)壓力處于最高水平，為4.970，近年來生態(tài)壓力有連續(xù)小幅度下降；生態(tài)占用指數(shù)隨著時(shí)間不斷增大，可以看出1989—2005年為很窮困，2006—2008年稍富裕，2008年以后較富裕；同期生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)一直小于1，處于很差的水平。評(píng)價(jià)結(jié)果表明，近28年來阿拉爾市在社會(huì)經(jīng)濟(jì)方面取得了很大的進(jìn)步，但可持續(xù)發(fā)展形勢(shì)嚴(yán)峻，統(tǒng)計(jì)資料顯示，阿拉爾目前還是以第一、第二產(chǎn)業(yè)為主，還處于工業(yè)化初級(jí)階段，工業(yè)產(chǎn)品還是以塑料制品、棉紗、小麥粉、飼料和采礦為主，農(nóng)業(yè)以水果、棉花為主，附加價(jià)值低，能耗大，污染大，對(duì)環(huán)境造成的壓力大，加上阿拉爾市的自然環(huán)境脆弱，氣候干旱，生態(tài)承載力較小，生態(tài)安全壓力很大，生態(tài)建設(shè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展不容忽視。如何實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)社會(huì)與自然生態(tài)系統(tǒng)的協(xié)調(diào)發(fā)展，是不容忽視的難題。

圖2 1989—2016年阿拉爾市ETI、EOI、EECI指數(shù)動(dòng)態(tài)變化

3 結(jié)論與建議

可持續(xù)發(fā)展的要求是持續(xù)、高效、協(xié)調(diào)、科學(xué)，生態(tài)系統(tǒng)的惡化、環(huán)境的透支阻礙著許多地區(qū)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展[17-18]。生態(tài)足跡計(jì)算中，在對(duì)地區(qū)的生態(tài)安全進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，本地區(qū)承擔(dān)了能源足跡對(duì)環(huán)境產(chǎn)生的所有壓力，這與實(shí)際情況不符。往往得到以下結(jié)論：經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平越高的國(guó)家或地區(qū)，生態(tài)赤字越大，生態(tài)環(huán)境面臨的挑戰(zhàn)越大，而忽視了能源生態(tài)足跡在全球范圍內(nèi)的流通。本文采用的生態(tài)壓力指數(shù)是區(qū)域人均生態(tài)足跡（可更新資源）與生態(tài)承載力的比值，該數(shù)值越大，區(qū)域的生態(tài)安全性越差；生態(tài)占用指數(shù)反映了區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平；而生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)則反映經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展與生態(tài)自然環(huán)境的協(xié)調(diào)一致性?；谶@3種指標(biāo)，有助于探索人與自然和諧發(fā)展、互利共生的新方法。

分析結(jié)果表明：

（1）1989—2016年，生態(tài)承載力變化很小，生態(tài)赤字和生態(tài)赤字不斷增大，生態(tài)安全形勢(shì)不容樂觀。

（2）1989—2016年中，CO2吸收用地在阿拉爾市生態(tài)足跡中占比最大、增速最快，煤炭和石油是最主要的消耗能源。

（3）1989年以來，阿拉爾市生態(tài)壓力指數(shù)持不斷提高，現(xiàn)在處于極不安全的水平，同時(shí)生態(tài)占用指數(shù)也隨時(shí)間不斷增大，1989—2005年很窮困，2006—2008年稍富裕，2008年以后較富裕；同期生態(tài)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)指數(shù)一直小于1，處于很差的水平。為了緩解生態(tài)壓力，增強(qiáng)發(fā)展的可持續(xù)性，因此建議：

（1）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。阿拉爾市經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)是以棉花、水果為主的第一產(chǎn)業(yè)和輕工業(yè)為主的第二產(chǎn)業(yè)，化石能源消耗逐年遞增，這是能源生態(tài)足跡不斷擴(kuò)大的根本原因。建議阿拉爾市應(yīng)積極調(diào)整優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)現(xiàn)狀，促進(jìn)第三產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。同時(shí)提高資源的利用效率，降低單位能耗，由粗放型、消耗性向節(jié)約型、集約型生產(chǎn)方式轉(zhuǎn)變，降低其生態(tài)足跡。

（2）改善能源結(jié)構(gòu)。能源消耗中，阿拉爾市化石能源以煤炭、石油為主，在以后的經(jīng)濟(jì)社會(huì)建設(shè)中應(yīng)該多利用其他新型能源，如水能、太陽、風(fēng)能等，推動(dòng)能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型，降低對(duì)高污染性能源的依賴。

（3）合理進(jìn)行土地規(guī)劃。合理安排、統(tǒng)籌規(guī)劃、因勢(shì)利導(dǎo)，保護(hù)耕地和林地，不斷提升城市的綠化水平，增加城市的生態(tài)承載力。

（4）改善消費(fèi)方式。節(jié)約水、電、煤等資源，適當(dāng)消費(fèi)、綠色出行，建設(shè)文明、環(huán)保、自然、和諧的社會(huì)。