基于能值分析理論的新疆2001—2010年生態足跡動態分析

張曉偉 馬勤學 李紅旭

摘要 為衡量和評價新疆可持續發展的狀況，針對傳統生態足跡模型以土地生產力基礎，在不同類型生產性土地進行統一換算時會造成偏差的缺點，結合能值理論，運用能值的生態足跡模型對新疆2001～2010年的發展狀況進行動態分析。結果得出：①新疆人均生態足跡由2001年的7.21 hm²增長到2010年的14.58 hm²；②人均生態承載力由2001年的7.92 hm²下降至2010年的6.72 hm²；③自2003年以后，新疆開始出現生態赤字，且赤字量逐年增大。通過計算區域生態足跡與承載力，分析兩者關系、構成及變化原因，針對造成生態赤字的原因，結合新疆特點提出了合理開發自然資源、調整產業結構等實現新疆可持續發展的建議。

關鍵詞 能值分析；生態足跡；生態承載力；可持續發展；新疆

中圖分類號 S181.3 文獻標識碼 A 文章編號 0517-6611（2014）27-09487-04

Dynamics Analysis of Ecological Footprint Based on Energy Analysis Theory in Xinjiang from 2001 to 2010

ZHANG Xiaowei¹， MA Qinxue2*， LI Hongxu²

（1. Sinopec Northwest Oilfield Branch， Urumqi， Xinjiang 830011； 2. Xinjiang Zhengtian Huaneng Environmental Engineering Technology Co.Ltd.， Urumqi， Xinjiang 830011）

Abstract In order to measure and evaluate the status of sustainable development in Xinjiang， aiming at the limits of the traditional ecological footprint model， energy analysisbased on ecological footprint models was used to access the sustainability of development of Xinjiang from 2001 to 2010. After calculating and analyzing the energybased ecological footprint and energybased ecological carrying capacity. Conclusions can be made below： During the period from 2000 to 2008， the capita ecological footprint of Xinjiang Province increased from 7.21 hm²to 14.58 hm². The capita ecological carrying capacity of Xinjiang Province had declined from 7.92 hm²to 6.72 hm²from 2001 to 2010.The ecological deficit was appeared and rapidly increased after the year of 2003.Serval strategies were offered based on analyzing relativity between energybased ecological footprint and energybased ecological carrying capacity and composition of the ecological deficit to achieve promoting sustainable development in Xinjiang.

Key words Energy analysis； Ecological footprint； Ecological carrying capacity； Sustainable development； Xinjiang

新疆地處我國西北部，地域廣闊，是我國重要的能源與“糧、棉”生產基地。隨著西部大開發、跨越式發展，在經濟、人民生活水平顯著提高的同時，也給環境帶來了巨大壓力，加之新疆屬生態脆弱區，造成的生態破壞往往后果嚴重且難以恢復。因此如何在不使新疆生態惡化的前提下實現可持續發展成為了學者研究的熱點。

傳統生態足跡理論（Ecological Footprint）^[1]有著理論角度新穎全面、可操作性強等優點^[2]，在國家、區域可持續發展研究中得到了國內外學者的廣泛應用^[3-6]。已有學者運用傳統生態足跡方法對新疆發展的可持續性進行了研究^[7-11]，但由于傳統生態足跡模型只能進行靜態分析，且產量因子與均衡因子的確定都欠缺合理性，對區域真實發展情況的反映存在一定偏差^[12-13]。基于能值的生態足跡模型克服了傳統生態足跡模型折算不同種類資源消耗時所引入的誤差，將社會發展過程中所需的任何資源、產品或勞務形式全部轉化為太陽能統一比較^[14]，大大提高了模型的準確性。為此，該研究運用基于能值的生態足跡模型，對新疆2001-2010年的發展狀況進行動態分析，以期從能量角度為新疆可持續發展研究提供一定的對比與借鑒。

1 研究方法

1.1 傳統生態足跡模型

生態足跡即是生產任何已知人口（某個個人、一個城市或一個國家）所耗所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需的陸地和水域總面積^[15]。通過比較生態足跡和生態承載力之間是否平衡來判斷人類活動是否處于生態系統的承載力范圍內。計算模型包括生態足跡計算、生態承載力計算及二者的比較三部分。

1.1.1 生態足跡計算。

通過引入均衡因子將人類對各種資源和能源的消費項目折算為化石燃料土地、可耕地、林地、牧草地、建筑用地和水域等6種具有相同生態生產力的生物生產性土地。

EF=N·ef=N·ni=1（ri·aai）=Nni=1[ri（Ci/Pi）]（1）

式中，EF為總生態足跡；N為指定區域人口；ef為人均生態足跡；i為消費項目類型；ri表示對應生物生產土地類型的均衡因子；aai為人均第i種消費項目折算后生物生產面積；Ci為i種項目人均消費量；Pi為i種消費項目單位面積世界平均生產能力。

1.1.2 生態承載力計算。在生態承載力的計算中，不同地區的各類生物生產土地產量通過均衡因子與產量因子換算為全球可比的當量生物生產土地面積，計算公式如下：

EC=N·ec=N⁶j=1aj·rj·yj（2）

式中，EC為總生態承載力；N為指定區域人口數；ec為人均生態承載力；j為生產土地類型；aj為人均生物生產土地面積，rj為均衡因子，yj為j類生物生產用地的產量因子。計算所得EC中 12%的生物生產土地需被保留以保護生物多樣性^[16]。

1.1.3 生態足跡與承載力的比較。計算所得足跡與承載力反映了當地的各類資源的供需能力，通過比較二者的大小可以反映社會發展對自然資源的利用狀況，進而反映出當地的可持續發展狀態。如果一個地區的生態足跡大于區域的生態承載力，稱為生態赤字，表明區域發展處于不可持續狀態。反之，則稱為生態盈余。

1.2 基于能值理論的生態足跡模型

能值理論是由美國生態學家H.T.Odum于20世紀80年代創立的^[14]。它以能值為基礎，把生態系統或生態經濟系統中不同種類、不同級別、不可比較的能量轉換成同一標準，即“太陽能值（sej）”并以此衡量分析和評價不同能量在系統中的功能和作用^[17]。由于地球上絕大多數的物質和能量均源自于太陽能，因此在實際應用中可用“太陽能值”衡量任何資源、產品或勞務形成過程中直接或間接消耗的有效能總量^[14]，通過引入能值密度，將不同類型消費項目所耗太陽能換算成相對應類型的生物生產土地面積，進而計算出區域生態足跡和生態承載力，并由此評價區域可持續發展現狀。此模型計算與傳統生態足跡相同也分為生態足跡計算、生態承載力計算及二者的比較3個部分。

1.2.1 基于能值分析的生態足跡計算。

能值-生態足跡即是區域年總消費項目能值在區域能值密度條件下所需的生產土地面積。消費項目的類型與傳統生態足跡模型相仿，分為生物資源消費、能源資源消費、貿易消費。與傳統生態足跡模型不同的是在貿易消費中能值-生態足跡只考慮進口量，可以更真實地反映區域發展所耗費的資源總量。計算公式如下：

Ef=N·ef=Nni=1（Pdi+Imi）Tri/P（3）

其中，Ef表示區域年能值-生態足跡；Pdi為區域第i項消費項目的年人均產量；Imi為第i項消費項目的年進口量；Tri為第i項消費項目所對應的能值轉換率；P表示區域能值密度。

1.2.2 基于能值分析的生態承載力計算。

能值-生態承載力為區域可更新總能值與區域能值密度的比值，表征了區域在可持續發展狀態下年可用能值的最大值。由于對不可更新資源的消耗，其利用速率遠超其更新速率，從本質上造成了不可更新資源的枯竭。所以只有科學利用可更新資源，發展才具有可持續性。因此，生態承載力的計算主要考慮區域可更新自然資源，區域的可更新資源包括太陽輻射能、風能、雨水勢能、雨水化學能、河水勢能、河水化學能及地球旋轉能。計算公式如下：

Ec=e/P（4）

式中，Ec為能值—生態承載力，e為區域總能值；P為區域能值密度，即區域總能值與區域面積的比值。根據能值理論，推動生物圈過程的主要能量輸入有3種：太陽能、地熱能與潮汐能。為了避免重復計算，同一來源不同形式的能量只取其中的最大值。如風能、雨水化學能和雨水勢能均為太陽能的不同轉化形式^[18]，計算中就只取三者中的最大值計算；而地球轉動能為太陽與月球引力所轉化，與風能、雨水化學能和雨水勢能能量來源不同也應計入區域總能值。

1.2.3 基于生態足跡與承載力的比較。此部分與傳統生態足跡模型相同，即通過計算生態盈余或者赤字來評價區域發展是否可持續。

2 數據來源與計算

在計算生態足跡時，將主要消費項目分為3類：生物資源消費、能源資源消費、貿易修正。其中，生物資源消費包括農產品、林產品、畜產品和水產品等項目；能源資源消費主要包括煤炭、原油和電力等項目。數據均源于《新疆統計年鑒》（ 2001～2012年）。生物資源各項目能量折算方法參考文獻[19]中所得系數。各項目太陽能值轉換率、區域總能值及可更新能源計算均參考Odum的能值計算表^[19]。鑒于篇幅有限，具體計算過程僅以2001年為例。

生態足跡計算依照公式（3）計算，具體項目見表1。產量數據來源于《新疆統計年鑒》（2001年），將各項目折算所得太陽能值與區域能值密度相比，得出2001年新疆能值-生態足跡為1.33×10⁸hm²，人均721 hm²。

3.1 能值-生態足跡變化分析

能值-生態足跡在研究時段內翻了一倍，且增長速度逐年增加，年均增長率達10.2%，說明人類對自然資源的利用量不斷增大，分析其構成可以看出：①歷年來能源足跡所占比重均為最大，且有逐年增加的趨勢，由2001年的61.8%增長到2010年的75.0%。礦產與能源資源單位能值含量高，且屬不可更新資源，大量礦產、能源資源的開發與加工勢必消耗大量能值，而新疆是資源大省，以資源型經濟為支柱的經濟發展模式決定了能源足跡在總足跡中所占的巨大份額。②在生物資源足跡中，棉花所占比重與其他作物相比有絕對優勢，所占比重在25.8%至360%間波動。這是由于新疆是國家優質棉生產基地，也是國家唯一長絨棉生產基地，在傳統的“一黑，一白”經濟結構下，棉花種植業具有重要地位，種植面積年均133.8萬hm²，加之棉花單位能值含量較高，使其在生態足跡中所占比重遠高于其他生物資源。

3.2 能值-生態承載力變化分析

對新疆2001～2010年的生態承載力進行分析，可以看出：①新疆人均承載力由2001年的7.92 hm²下降至2010年的6.72 hm²，年均下降1.5%。表明近10年隨著環境的污染與破壞，環境對人類活動的抗擾動能力逐漸下降。②從承載力構成看，風能對承載力貢獻最大，達到79%。這是由新疆多風的氣候條件與廣闊的面積決定的，也說明新疆可更新資源有良好的發展前景與潛力。

3.3 生態盈余與赤字分析

近10年，新疆經濟有了長足的進步，GDP由2001年的1 491.6億元增長到2010年的5 437.5億元，但同時也對環境承載力產生了巨大的壓力，特別是對經濟增長貢獻最大的能源資源產業（生物資源消耗次之），對赤字貢獻率平均可達65%，導致2003年以后新疆生態足跡超過生態承載力，且生態赤字逐年增大，年均增長率達到149%。逐年增加的生態赤字說明新疆的資源過度開發，且由于企業產業結構低下，技術水平有限，導致資源消費結構不合理循環利用能力差，資源浪費嚴重。除了能源資源消耗，對生物資源足跡貢獻最大的棉花種植業也對生態承載力造成了巨大壓力。

4 結論與建議

對2001～2010年新疆能值-生態足跡與承載力計算與分析，得出以下結論：①2001～2010年新疆生態足跡總體呈單調遞增趨勢，由2001年的7.21 hm²增長到2010年的1458 hm²，平均增長率為10.2%，表明新疆社會經濟有了長足發展。從足跡總體構成來看，能源資源所占比重最大，平均貢獻率可達68%，與日俱增的能源需求是造成生態足跡不斷增加的主要原因；對生物資源足跡進行分析，棉花種植所占比重最大，且比重逐年增加，平均可達30.9%。說明以棉花為代表的部分種植業在歷史種植面積基數大、種植技術有限的條件下，對各項資源的消耗量逐年增大。②新疆生態承載力逐年減小，由2001年的7.92 hm²下降至2010年的672 hm²，年均下降率1.5%，說明新疆近10年生態環境有惡化趨勢，環境對人類生產活動的抗擾力越來越小，加之新疆屬生態環境脆弱區，環境承載力的下降對區域生態系統的穩定影響嚴重；③對比分析生態足跡與承載力可知，自2003年以后，新疆開始出現生態赤字，且赤字量逐年增大。不斷增加的能源需求是造成赤字的主要原因，此外，部分產業盲目擴大產業規模、經營方式粗獷而未能建立合理的產業結構與產業能源消費結構，無疑也加劇了能源賬戶下足跡與承載力的收支不平衡。

綜上所述，新疆發展自2003年以后一直處于不可持續狀態，且有逐年惡化的趨勢。為保證新疆的可持續發展，筆者建議如下：

①對自然資源開發“限質限量”，一方面要合理開發自然資源，根據資源稟賦合理有序開發，不可過度開發；另一方面需提高資源的利用質量，通過技術政策等手段提高現有自然資源利用率，建設資源集約型社會。

②合理調整產業結構，從總體上看，要改變現在以資源開發為主體的產業結構，大力發展旅游業等低能耗產業。從各個產業高度來看，需合理控制產業規模，對于高能耗、物耗產業在合理控制規模以外，還要加大技術革新投入，降低單位產品的能物消耗。以棉花種植業為例，可研發、引進先進節水技術，降低單位產品虛擬水消耗，在水資源本就嚴重缺乏的新疆，類似的技術引進與革新對減輕環境壓力與維持可持續發展有深刻意義^[16]。

③合理調整貿易結構，新疆生態承載力壓力逐年增加，解決新疆生態赤字問題不能僅僅局限于本地資源的高效利用，還可通過貿易從周邊地區購買高能值消耗但為本地發展所需的消費品，實現新疆可持續發展^[20]。

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