基于三維生態(tài)足跡的2000年～2014年石河子生態(tài)安全評價

李鵬輝

摘 要： 利用生態(tài)足跡分析方式，對石河子2000年～2014年的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、生態(tài)赤字和生態(tài)壓力進行計算和動態(tài)分析研究。其結果表明：人均生態(tài)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(tài)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(tài)足跡需求高度大于生態(tài)足跡供給，當前的生態(tài)系統(tǒng)處于極不安全狀態(tài)，發(fā)展模式也是不可持續(xù)的，且不可持續(xù)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(tài)環(huán)境。研究最后結合本地區(qū)特點提出了一些科學合理的對策。

關鍵詞： 三維； 生態(tài)足跡； 生態(tài)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(fā)展和城市化進程的加快，城市發(fā)展對土地的需求越來越大，相伴而生的生態(tài)環(huán)境問題也日益嚴重。生態(tài)安全目前已成為國內外研究的熱點。一般認為，生態(tài)安全是指一個國家或地區(qū)生態(tài)環(huán)境的狀況能持續(xù)滿足社會經濟發(fā)展需要，社會經濟發(fā)展不受或少受生態(tài)環(huán)境的制約與威脅的狀態(tài)，包括資源安全和環(huán)境安全兩方面含義[1]。國外對生態(tài)安全的研究始于20世紀70年代末，當前已進入環(huán)境變化和安全內在關系的探討階段。而我國生態(tài)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(tài)安全方面的研究大多采用生態(tài)足跡的分析方法。生態(tài)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(tài)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(tài)影響聯(lián)系起來[3]。該概念由加拿大生態(tài)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(tǒng)生態(tài)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(xù)利用評價手段[7]，但無法區(qū)分自然資本利息和存量的關系，也未能體現(xiàn)生態(tài)透支在時間維度上的積累和不可持續(xù)狀況[6，11]。在研究和應用過程中，發(fā)現(xiàn)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(tài)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(tài)足跡的研究正從二維向三維過渡[13-17]。但目前三維生態(tài)足跡模型在研究中并未大范圍應用。且隨環(huán)境的不斷變化，模型中的均衡因子與產量因子也已有變化?；诖?，本研究選用三維生態(tài)足跡模型，選取最新研究測算且適于本區(qū)的均衡因子與產量因子，來分析石河子的生態(tài)承載能力及發(fā)展狀況，旨在對石河子的生態(tài)安全進行評價，為該區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展決策提供參考。

2. 材料與方法

2.1 研究區(qū)域概況

石河子地處我國西北干旱半干旱區(qū)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(xiāng)，面積7529km2。而且石河子正處于經濟發(fā)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(yè)化速度的加快和經濟發(fā)展的快速增長，本區(qū)的城市生存環(huán)境壓力和生態(tài)環(huán)境所面臨的壓力也越來越大，出現(xiàn)了一系列生態(tài)環(huán)境問題，其主要表現(xiàn)在城市建設用地增多造成耕地面積的減少和工業(yè)化發(fā)展所引起的大氣環(huán)境、水環(huán)境、固體廢物等環(huán)境污染問題。

2.2 方法

2.2.1 數(shù)據(jù)來源及參數(shù)的選取與確定

通過查閱《石河子統(tǒng)計年鑒》和《新疆生產建設兵團統(tǒng)計年鑒》，獲得2000年～2014年的相關統(tǒng)計數(shù)據(jù)。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(tài)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(tài)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(shù)值見上表[18-19]

2.2.2 三維生態(tài)足跡模型

根據(jù)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(qū)域生態(tài)承載力限度內實際占用的生態(tài)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(qū)域現(xiàn)有資源消費水平理論上所需占用的區(qū)域土地面積的倍數(shù)，或者相同政策及技術條件下再生出區(qū)域 1 年資源消耗量所需的時間[17]。

2.2.6生態(tài)壓力的計算

生態(tài)壓力指數(shù)是生態(tài)足跡與生態(tài)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(tài)足跡計算分析

根據(jù)生態(tài)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(yè)用地等六種生產用地人均生態(tài)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(xù)穩(wěn)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(tài)足跡的具體表現(xiàn)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(tài)足跡表現(xiàn)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(tài)足跡表現(xiàn)為牧草地面積的不斷增加。近年來，人們的環(huán)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(tài)足跡表現(xiàn)為林地的生態(tài)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(yè)向第二、第三產業(yè)發(fā)展。漁業(yè)水域用地呈明顯的遞減趨勢，表明隨著經濟的快速發(fā)展，本區(qū)水資源受到嚴重破壞，對城市建設及環(huán)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(tài)盈余/赤字分析

石河子人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)赤字逐漸增加，且增加幅度比較明顯（見表3）。其中人均生態(tài)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(tài)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(tài)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(tài)足跡與人均生態(tài)承載力之間差距的不斷加大，人均生態(tài)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(tài)容量，說明本地區(qū)的自然資源利用處于相對不可持續(xù)狀態(tài)，且不可持續(xù)程度越來越大。

3.4 2000年～2014年石河子生態(tài)壓力分析

人均生態(tài)壓力指數(shù)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(tài)環(huán)境處于極不安全狀態(tài)，對自然的索取超過了自然的供給能力，這對石河子的生態(tài)環(huán)境構成沉重的壓力。說明石河子所面臨的生態(tài)壓力越來越大，生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性遭到嚴重破壞，其環(huán)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(fā)展相伴而生的人口劇烈增長、環(huán)境破壞問題，使生態(tài)壓力進一步加大。

4. 結論與討論

4.1 結論

由上述的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、計算與分析可知，石河子在2000年～2014年間的生態(tài)足跡和人均生態(tài)足跡、生態(tài)赤字和人均生態(tài)足跡呈顯著上升趨勢，總的生態(tài)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(tài)足跡由2000年的2.388216hm2增加到6.049847hm2，增加幅度為60.52%。總的生態(tài)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(tài)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(tài)足跡需求高度大于供給，存在較大的生態(tài)赤字。一方面表明，石河子當前整體生態(tài)發(fā)展是不可持續(xù)的，且不可持續(xù)性較強。生態(tài)可持續(xù)發(fā)展是石河子可持續(xù)發(fā)展的核心，因此目前，石河子必須堅決改變發(fā)展方式，即要輸入資源，加以節(jié)約集約利用，并嚴格控制石河子人口增長，以滿足或降低當?shù)厣鷳B(tài)足跡需求；還要加大環(huán)保投入，堅持改善生態(tài)環(huán)境，增加生態(tài)供給，縮小生態(tài)赤字，最終實現(xiàn)石河子生態(tài)足跡供需平衡或有盈余。另一方面也體現(xiàn)出以石河子為代表的干旱區(qū)綠洲生態(tài)脆弱，不依賴外部輸入，僅憑當?shù)乇∪醯纳鷳B(tài)供給，很難支撐起區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展[20]。我們需要通過人為積極的調控，對人類活動的進行優(yōu)化，進而達到資源、環(huán)境和人口的協(xié)調統(tǒng)一，從而使本區(qū)社會經濟的可持續(xù)發(fā)展走上一條健康之路。

4.2 研究不足

本研究在生態(tài)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(shù)據(jù)的選取過程中，一些主要的、連續(xù)變化的數(shù)據(jù)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(qū)的實際情況有所差異。因此，今后在進行某地區(qū)的縱向研究時，對于特定的區(qū)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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