基于三維生態足跡的2000年～2014年石河子生態安全評價

李鵬輝

摘 要： 利用生態足跡分析方式，對石河子2000年～2014年的生態足跡、生態承載力、生態赤字和生態壓力進行計算和動態分析研究。其結果表明：人均生態足跡由2000年的2.388216 hm2增加到2014年的6.049847 hm2，增加速度為0.244109hm2/年，增加幅度為60.52%。人均生態赤字由2000年的-0.72892 hm2增加到2014年的-4.47925 hm2，增加速度-0.250022hm2/年，增加幅度為83.73%。這表明生態足跡需求高度大于生態足跡供給，當前的生態系統處于極不安全狀態，發展模式也是不可持續的，且不可持續性較強。說明石河子在城市化進程加快在帶來經濟效益同時，也加劇了人地矛盾，嚴重破壞了生態環境。研究最后結合本地區特點提出了一些科學合理的對策。

關鍵詞： 三維； 生態足跡； 生態安全

Abstract： In this study， the ecological footprint， ecological carrying capacity， ecological deficit and ecological pressure of Shihezi from 2000 to 2014 were calculated and analyzed by means of ecological footprint analysis. The results showed that： the per capita ecological footprint increased from 2.388216 hm2 in 2000 to 6.049847 hm2 in2014， with an increase rate of 0.244109hm2/ years， with an increase of 60.52% in the range of. Per capita ecological deficit increased from -0.72892 hm2 in 2000 to -4.47925 hm2 in 2014， an increase rate of -0.250022hm2/ years， an increase of 83.73%. This shows that the ecological footprint demand is higher than the ecological footprint supply， the current ecosystem is in a state of extreme insecurity， the development model is not sustainable， and the degree of sustainability is growing. This shows that the acceleration of urbanization in Shihezi has brought economic benefits， but also exacerbated the contradiction between man and land， seriously damaged the ecological environment. Finally， some scientific and reasonable countermeasures are put forward according to the local characteristics.

Key words： ecological security； three-dimensional； ecological footprint

1. 引言

隨著人口增長、經濟發展和城市化進程的加快，城市發展對土地的需求越來越大，相伴而生的生態環境問題也日益嚴重。生態安全目前已成為國內外研究的熱點。一般認為，生態安全是指一個國家或地區生態環境的狀況能持續滿足社會經濟發展需要，社會經濟發展不受或少受生態環境的制約與威脅的狀態，包括資源安全和環境安全兩方面含義[1]。國外對生態安全的研究始于20世紀70年代末，當前已進入環境變化和安全內在關系的探討階段。而我國生態安全的研究始于20世紀90年代，還處于起步階段，理論和實踐研究尚待深入[2].目前學者對于生態安全方面的研究大多采用生態足跡的分析方法。生態足跡是指人類消耗自然資源或消納廢物所占用的具有生態生產力的地域面積，其實質是將人類對自然資源的消耗與生態影響聯系起來[3]。該概念由加拿大生態經濟學家William Rees于1992年提出，并在1996年由Wackernagrl等對其做了進一步完善[4] 。于1999年引入我國，2000年已有成果[5- 6]。傳統生態足跡模型是基于生物生產性土地面積的二維模型，提供了全球可比的、簡單有用的資源可持續利用評價手段[7]，但無法區分自然資本利息和存量的關系，也未能體現生態透支在時間維度上的積累和不可持續狀況[6，11]。在研究和應用過程中，發現模型存在一些缺陷或有爭議的地方[8-10]。為此，Niccolucci 等在大量既有成果的基礎上，提出了三維生態足跡的概念，即引入足跡廣度和足跡深度兩項新指標，以分別表征人類對流量資本和存量資本兩方面的利用程度[12-13]。我國對生態足跡的研究正從二維向三維過渡[13-17]。但目前三維生態足跡模型在研究中并未大范圍應用。且隨環境的不斷變化，模型中的均衡因子與產量因子也已有變化。基于此，本研究選用三維生態足跡模型，選取最新研究測算且適于本區的均衡因子與產量因子，來分析石河子的生態承載能力及發展狀況，旨在對石河子的生態安全進行評價，為該區域的可持續發展決策提供參考。

2. 材料與方法

2.1 研究區域概況

石河子地處我國西北干旱半干旱區荒漠，位于天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南緣，地理坐標為84°58′～86°24′E，43°26′～45°20′N。下轄18個農牧團場及石河子鄉，面積7529km2。而且石河子正處于經濟發展的加速階段，城市化進程還在加快，人口迅猛增長，土地利用結構也處于不斷變化之中。在城市化過程中，由于城市人口的急劇增加、工業化速度的加快和經濟發展的快速增長，本區的城市生存環境壓力和生態環境所面臨的壓力也越來越大，出現了一系列生態環境問題，其主要表現在城市建設用地增多造成耕地面積的減少和工業化發展所引起的大氣環境、水環境、固體廢物等環境污染問題。

2.2 方法

2.2.1 數據來源及參數的選取與確定

通過查閱《石河子統計年鑒》和《新疆生產建設兵團統計年鑒》，獲得2000年～2014年的相關統計數據。對于均衡因子和產量因子的選取，分別采用的是2009年劉某承、李文華等人基于凈初級生產力的中國各地生態足跡均衡因子測算的結果和2010年劉某承、李文華、謝高地等人基于凈初級生產力的中國生態足跡產量因子測算的結果，并結合本地特點加以應用。具體數值見上表[18-19]

2.2.2 三維生態足跡模型

根據Niccolucci等的三維足跡理論，足跡廣度表征人類占用自然資本流量的水平，表明了區域生態承載力限度內實際占用的生態生產性土地面積，具有空間屬性。足跡深度表征人類消耗自然資本存量的程度，表明了人類對超出生物承載力部分資源的累積需求，具有時間屬性；可表征為維持區域現有資源消費水平理論上所需占用的區域土地面積的倍數，或者相同政策及技術條件下再生出區域 1 年資源消耗量所需的時間[17]。

2.2.6生態壓力的計算

生態壓力指數是生態足跡與生態承載力的比值（EF/BC）。

3. 結果與分析

3.1 2000年～2014年石河子人均生態足跡計算分析

根據生態足跡三維模型的原理和計算方法，得出石河子2000年—2014年農用地、能源用地、建筑用地、牧草地、林地、漁業用地等六種生產用地人均生態足跡均呈增加趨勢（見圖1）。農用地、能源用地、牧草地、建筑用地的人均需求明顯增加，其中前三者的需求持續穩定增加。農用地的需求空間最大，其次是能源用地、牧草地、建筑用地。隨著城市化進程的不斷加快，生態足跡的具體表現為人口的迅速增長，對住房、學校、道路等建設用地在不斷地增加。供暖以及人們出行條件的不斷改善，人們對于能源的需求與依賴不斷增強，生態足跡表現為能源用地的不斷增加。而且生活水平的不斷提高，人們的健康意識和水平也在不斷提高，對奶蛋產品和肉類食品的需求也在不斷增大，生態足跡表現為牧草地面積的不斷增加。近年來，人們的環保意識不斷增強，林地建設活動越來越多，人工綠化面積也不斷擴大，生態足跡表現為林地的生態占用面積在逐漸減小。

農用地、牧草地的人均承載力變化雖有波動，但總體呈減小趨勢（見表2）。表明石河子正在從第一產業向第二、第三產業發展。漁業水域用地呈明顯的遞減趨勢，表明隨著經濟的快速發展，本區水資源受到嚴重破壞，對城市建設及環境都是不利的。而建筑用地、林地的人均承載力呈增加趨勢。表明石河子城市化進程的不斷加快的過程中，綠化建設也在不斷加強。

3.3 2000年～2014年石河子生態盈余/赤字分析

石河子人均生態足跡、人均生態赤字逐漸增加，且增加幅度比較明顯（見表3）。其中人均生態足跡由2000年的2.388216hm2增加到2014年的6.049847hm2，平均增加速度為每年增加0.24410873hm2。人均生態赤字由2000年的-0.72892增加到2014年的-4.47925，平均增加速度為每年增加-0.250022hm2。人均生態承載能力也處于波動之中，但變化趨勢并不顯著。隨著石河子2000年～2014年人均生態足跡與人均生態承載力之間差距的不斷加大，人均生態赤字也呈明顯增加趨勢。表明石河子的自然資源利用超過了其自然資源的生態容量，說明本地區的自然資源利用處于相對不可持續狀態，且不可持續程度越來越大。

3.4 2000年～2014年石河子生態壓力分析

人均生態壓力指數逐漸增加，且>1，斜率約為0.167hm2/年（由圖2可知），表明石河子生態環境處于極不安全狀態，對自然的索取超過了自然的供給能力，這對石河子的生態環境構成沉重的壓力。說明石河子所面臨的生態壓力越來越大，生態系統的穩定性遭到嚴重破壞，其環境也變得越來越脆弱。隨著石河子城市化進程的不斷加快，使得原本相對稀缺的資源顯得更加貧乏，與經濟發展相伴而生的人口劇烈增長、環境破壞問題，使生態壓力進一步加大。

4. 結論與討論

4.1 結論

由上述的數據統計、計算與分析可知，石河子在2000年～2014年間的生態足跡和人均生態足跡、生態赤字和人均生態足跡呈顯著上升趨勢，總的生態足跡由2000年的507701.37hm2增加到2014年的3781154.2hm2，增加幅度為86.57%。人均生態足跡由2000年的2.388216hm2增加到6.049847hm2，增加幅度為60.52%。總的生態赤字由2000年的-154957.4hm2增加到2014年的-2799529hm2，平均增加速度為176304.77hm2，增加幅度為6.30%。人均生態赤字由2000年的-0.72892hm2增加到2014年的-4.47925hm2，平均增加速度為每年增加-0.250022hm2，增加幅度為83.73%。

這表明生態足跡需求高度大于供給，存在較大的生態赤字。一方面表明，石河子當前整體生態發展是不可持續的，且不可持續性較強。生態可持續發展是石河子可持續發展的核心，因此目前，石河子必須堅決改變發展方式，即要輸入資源，加以節約集約利用，并嚴格控制石河子人口增長，以滿足或降低當地生態足跡需求；還要加大環保投入，堅持改善生態環境，增加生態供給，縮小生態赤字，最終實現石河子生態足跡供需平衡或有盈余。另一方面也體現出以石河子為代表的干旱區綠洲生態脆弱，不依賴外部輸入，僅憑當地薄弱的生態供給，很難支撐起區域的可持續發展[20]。我們需要通過人為積極的調控，對人類活動的進行優化，進而達到資源、環境和人口的協調統一，從而使本區社會經濟的可持續發展走上一條健康之路。

4.2 研究不足

本研究在生態足跡模型的應用過程中，仍存在著一些不確定的因素。尤其在數據的選取過程中，一些主要的、連續變化的數據指標體系還不是很完整，對于均衡因子和產量因子的選取，仍與本地區的實際情況有所差異。因此，今后在進行某地區的縱向研究時，對于特定的區域選取的均衡因子和產量因子，還有待于進一步研究。

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