基于生態足跡的生態安全評價
——以新疆阿拉爾市為例

何 強 周正立 呂瑞恒 梁繼業*

（1塔里木大學生命科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

（2新疆生產建設兵團塔里木盆地生物資源保護利用重點實驗室，新疆 阿拉爾 843300）

（3塔里木大學植物科學學院，新疆 阿拉爾 843300）

資源環境承載力是當前研究人與自然如何和諧共處的熱點問題[1]。伴隨著人類社會的快速發展，我們的生態系統面臨嚴重挑戰：自然資源枯竭、環境污染加重、氣候變化、水土流失等。在倡導人與自然和諧相處、經濟協調發展的全球大背景下，探索生態安全對維護經濟社會系統與生態系統的穩定有積極的參考意義。生態足跡分析方法是由加拿大經濟學家威廉·里斯于1992年提出的[2-5]，為研究經濟社會發展與生態環境的關系開啟了新思路。生態足跡通過測定現今人類為了維持自身生存而需要的自然資源的量來評估人類對生態系統的影響，為未來人類的生存和社會經濟發展做出科學規劃和建議。比如一個人在生產、生活中排放的CO2，可以轉換成吸收這些CO2所需要的草地、森林的面積。因此它被理解成一只負載著人類的城市、工廠、鐵路、農田……的巨腳踏在地球上時留下的腳印大小。它的值越高，人類對生態的破壞就越嚴重。該理論現在已被應用到各個研究領域[6-9]。

作者在生態足跡研究法的基礎上，利用生態壓力指數、生態占用指數和生態經濟協調指數，測量研究區域對自然生態的需求與自然所能提供的生態服務之間的差距，探討研究區人類對生態系統的利用狀況，尋求減少生態足跡的可用方法，為當地的可持續發展決策提供借鑒，實現經濟社會與生態環境的和諧共處。

1 研究方法

1.1 研究區概況與數據來源

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、地表蒸發強烈。地形以沖積平原為主，主要種植棉花、水果等經濟作物，礦產資源豐富，煤炭存量很高，已經探明的達到了10億噸。2016年末全市總人口為326 845人，地區生產總值為279.61億元。

以新疆生產建設兵團統計局主編的《新疆生產建設兵團統計年鑒》[10]作為數據來源，對1989—2016年阿拉爾市的生態足跡進行統計（根據生態足跡理論，生態足跡包括生物資源足跡和能源資源足跡兩個方面）。2016年阿拉爾市生物資源、能源資源消費量與統計種類如表1所示：

表1 2016年阿拉爾市生物資源、能源資源消費量與統計種類

1.2 生態足跡計算方法

生態足跡又稱為“生態占用”，它表示為生產某一區域人類所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢物所需要的生物生產土地面積[11-12]。如表2所示，生物生產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。在計算過程中，不同類型的土地生產力存在較大差異，為了比較和加總不同的土地面積的計算結果,要轉化為可比較的生物的生產土地均衡面積，因此在這幾類不同的土地面積計算結果前分別乘上一個相應的均衡因子和產出因子。均衡因子為某類生物生產面積的世界平均生產力與全球各類生物生產面積的平均生產力的比值；產出因子是一個國家或地區某類生物生產土地的平均生產力與同類土地的世界平均生產力之間的比率；均衡因子和產出因子參考GFN[13]2016公布的數據。

表2 生物足跡賬戶中的土地類型說明[14]

①生物資源生態足跡模型：

式中：ef=研究區人均生態足跡；Yi=第i種生物資源的世界平均產量[15]；Ci=研究區第i種生物資源的消費量；rj=均衡因子；N=研究區的人口數量。在計算煤、石油等化石燃料等能源的生態足跡時，先用轉化系數把不同的能源消費折算成化石能源用地面積。

②人均能源消費生態足跡模型:

式中：efi=研究區第i種能源的人均生態足跡；Ci=研究區第i種能源的年消費量；Yave=第i種能源的世界平均生態足跡[13]；N=研究區的人口數量。

③生態承載力模型：

式中：ec=研究區人均生態承載力，rj=均衡因子；yj=產量因子；aj=研究區人均實際占有的第j類生物生產面積。

1.3 生態壓力指數、生態占用指數和生態經濟協調指數

生態足跡計算中，在對地區的生態安全進行評價時，本地區承擔了能源足跡對環境產生的所有壓力，沒有考慮廢氣的擴散性，這與實際情況不符，為了更加科學、準確地評價研究區域的生態安全狀況，因此建立新的三個指標，劃分生態安全評價標準[16]，具體如表3所示。

①生態壓力指數：表示生態環境的承壓能力，計算公式為：

式中：ef=研究區的人均生態足跡；ec=研究區的人均生態承載力。

②生態占用指數：某一地區人均生態足跡與全球人均生態足跡的比值，反映出區域社會經濟發展狀況，計算公式為:

③生態經濟協調指數：生態占用指數與生態壓力指數的比值，它反映了該區域社會經濟系統和生態環境系統的協調一致性，計算公式為：

表3 生態安全評價指標與等級劃分標準

2 生態安全評價結果

2.1 2016年阿拉爾市生態足跡狀況分析

從表4分析，2016年阿拉爾市人均生態承載力、人均生態足跡、人均生態赤字分別為1.855 hm2/cap、5.820 hm2/cap、5.231 hm2/cap，生態足跡是生態承載力的3.14倍，生態赤字嚴重，超過了2016年中國的生態赤字，生態環境壓力很大。在阿拉爾市所有土地類型中，CO2吸收用地的生態足跡最大，高達3.815 hm2/cap，占總人均生態足跡65%，遠遠大于其他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，雖然林地的生態足跡在總人均生態足跡中也排在了第二位（14%），但是由于其供給面積相對較高，對生態環境的壓力是可接受的，而在實際的生產生活中，沒有留出CO2吸收用地，但是阿拉爾市用于吸收生產生活中產生的廢氣所折算的生物生產性用地面積最大，也就是CO2吸收用地的生態足跡最大，在總生態足跡排在第一（65%），因此化石能源的消耗是構成阿拉爾市環境壓力的第一要素，體現了當前社會自然條件下阿拉爾市經濟社會發展狀況和產業結構水平，工業快速發展，能源需求增大，2016年第二產業增加值為110.91億元，第二產業增速最快。另一方面，水土流失、環境污染等環境破壞行為降低了生態承載力，加上統計能源時不全面，如僅能統計工業企業的能源消耗量，所以2016阿拉爾市生態赤字應該比計算結果還要大。

表4 2016年阿拉爾市人均生態承載力、生態足跡、生態赤字

2.2 1989—2016年阿拉爾市生態足跡、生態承載力和生態赤字的動態分析

由圖1分析，1989—2016年阿拉爾市人均生態足跡28年間增長了3.8倍，1989年僅為1.245 hm2/cap，2016年為5.826 hm2/cap。人均生態承載力從1989年的0.795 hm2/cap，增長到2016年的1.880 hm2/cap，增長了1.36倍，人均生態赤字由1989年的0.451 hm2/cap增至2016年的3.971 hm2/cap，增長了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容量，提高了阿拉爾市的生態承載力，這與圖1中反映的人均生態承載的變化趨勢相吻合。同時，從圖1可看出，生態足跡和生態赤字呈逐年增大趨勢，在2014年都達到了頂峰，但在近幾年有所下降。這是因為阿拉爾市地處荒漠區域，生態環境本身較為脆弱，雖然生態承載力有所提升，但在城市不斷擴張、經濟水平持續提高的過程中，為了滿足生產生活需求，需要的生物資源和化石能源也越來越多，人口也不斷增多，導致生態壓力越來越大，出現大規模生態赤字。2006年之前，阿拉爾市人均生態足跡變化比較平穩，增長幅度較小，2006—2014年增大速度變快，2014年到達頂峰，近兩年有所回落。其原因主要是阿拉爾2002年建市，城市經濟進入了快速發展的“黃金”時期，對資源的需求越來越大，經濟社會建設取得了很大的成就。

圖1 1989—2016年阿拉爾市人均生態足跡、人均生態承載力和人均生態赤字的動態變化

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

從表5各類用地的人均生態足跡來看，CO2吸收用地的生態足跡最大，從1989年的0.621 hm2/cap增至2016年的3.815 hm2/cap，增長了5.14倍。但是林地的生態足跡增長速度是最快的，從1989年的0.023 hm2/cap到2016年的0.851 hm2/cap，提高了36倍。統計資料顯示：自1989年以來，阿拉爾市消費品增加量最多的是水果、肉、蛋和能源（以石油、汽油、煤為主），這反映了人們消費飲食結構的變化，向高營養、高能量的物質轉移，因此要大力發展養殖業和林業，提高人民的營養水平。另外，雖然水域、耕地和牧草地相對應的生態足跡變化相對較小，但是建筑用地對應的生態足跡在不斷擴大，從1989年的0.003 hm2/cap增至2016年的0.025 hm2/cap，增長了7.3倍，這說明阿拉爾市一直處于城市擴張狀態。在總生態足跡中，化石燃料和耕地生態足跡占比一直較高（2016年占比為78.2%），且在28年間持續增高。結合產業結構來看，2016年，阿拉爾市生產總值為279.61 億元，三次產業結構之比為40.5：39.7：19.8，第一、第二產業占比較大，達到了80.2%，阿拉爾市主要還是以第一、第二產業為主，能源消耗主要以汽油、石油、煤炭為主，消耗較高，說明阿拉爾市經濟結構較為粗放，第三產業薄弱。

2.3 區域生態安全分析

利用生態壓力指數、生態占用指數、生態經濟協調指數、對阿拉爾市生態安全進行評價，結果見圖2。從圖2分析，1989年以來，阿拉爾市生態壓力持續增高，1989—2001年總體為很不安全，2002年以后為極不安全，2012年生態壓力處于最高水平，為4.970，近年來生態壓力有連續小幅度下降；生態占用指數隨著時間不斷增大，可以看出1989—2005年為很窮困，2006—2008年稍富裕，2008年以后較富裕；同期生態經濟協調指數一直小于1，處于很差的水平。評價結果表明，近28年來阿拉爾市在社會經濟方面取得了很大的進步，但可持續發展形勢嚴峻，統計資料顯示，阿拉爾目前還是以第一、第二產業為主，還處于工業化初級階段，工業產品還是以塑料制品、棉紗、小麥粉、飼料和采礦為主，農業以水果、棉花為主，附加價值低，能耗大，污染大，對環境造成的壓力大，加上阿拉爾市的自然環境脆弱，氣候干旱，生態承載力較小，生態安全壓力很大，生態建設和經濟發展不容忽視。如何實現經濟社會與自然生態系統的協調發展，是不容忽視的難題。

圖2 1989—2016年阿拉爾市ETI、EOI、EECI指數動態變化

3 結論與建議

可持續發展的要求是持續、高效、協調、科學，生態系統的惡化、環境的透支阻礙著許多地區的經濟社會可持續發展[17-18]。生態足跡計算中，在對地區的生態安全進行評價時，本地區承擔了能源足跡對環境產生的所有壓力，這與實際情況不符。往往得到以下結論：經濟社會發展水平越高的國家或地區，生態赤字越大，生態環境面臨的挑戰越大，而忽視了能源生態足跡在全球范圍內的流通。本文采用的生態壓力指數是區域人均生態足跡（可更新資源）與生態承載力的比值，該數值越大，區域的生態安全性越差；生態占用指數反映了區域經濟發展水平；而生態經濟協調指數則反映經濟社會發展與生態自然環境的協調一致性。基于這3種指標，有助于探索人與自然和諧發展、互利共生的新方法。

分析結果表明：

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

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

（3）1989年以來，阿拉爾市生態壓力指數持不斷提高，現在處于極不安全的水平，同時生態占用指數也隨時間不斷增大，1989—2005年很窮困，2006—2008年稍富裕，2008年以后較富裕；同期生態經濟協調指數一直小于1，處于很差的水平。為了緩解生態壓力，增強發展的可持續性，因此建議：

（1）優化產業結構。阿拉爾市經濟產業是以棉花、水果為主的第一產業和輕工業為主的第二產業，化石能源消耗逐年遞增，這是能源生態足跡不斷擴大的根本原因。建議阿拉爾市應積極調整優化產業結構現狀，促進第三產業的發展。同時提高資源的利用效率，降低單位能耗，由粗放型、消耗性向節約型、集約型生產方式轉變，降低其生態足跡。

（2）改善能源結構。能源消耗中，阿拉爾市化石能源以煤炭、石油為主，在以后的經濟社會建設中應該多利用其他新型能源，如水能、太陽、風能等，推動能源結構轉型，降低對高污染性能源的依賴。

（3）合理進行土地規劃。合理安排、統籌規劃、因勢利導，保護耕地和林地，不斷提升城市的綠化水平，增加城市的生態承載力。

（4）改善消費方式。節約水、電、煤等資源，適當消費、綠色出行，建設文明、環保、自然、和諧的社會。