基于三维生态足迹的2000年～2014年石河子生态安全评价

李鹏辉

摘 要： 利用生态足迹分析方式，对石河子2000年～2014年的生態足迹、生态承载力、生态赤字和生态压力进行计算和动态分析研究。其结果表明：人均生态足迹由2000年的2.388216 hm2增加到2014年的6.049847 hm2，增加速度为0.244109hm2/年，增加幅度为60.52%。人均生态赤字由2000年的-0.72892 hm2增加到2014年的-4.47925 hm2，增加速度-0.250022hm2/年，增加幅度为83.73%。这表明生态足迹需求高度大于生态足迹供给，当前的生态系统处于极不安全状态，发展模式也是不可持续的，且不可持续性较强。说明石河子在城市化进程加快在带来经济效益同时，也加剧了人地矛盾，严重破坏了生态环境。研究最后结合本地区特点提出了一些科学合理的对策。

关键词： 三维； 生态足迹； 生态安全

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

随着人口增长、经济发展和城市化进程的加快，城市发展对土地的需求越来越大，相伴而生的生态环境问题也日益严重。生态安全目前已成为国内外研究的热点。一般认为，生态安全是指一个国家或地区生态环境的状况能持续满足社会经济发展需要，社会经济发展不受或少受生态环境的制约与威胁的状态，包括资源安全和环境安全两方面含义[1]。国外对生态安全的研究始于20世纪70年代末，当前已进入环境变化和安全内在关系的探讨阶段。而我国生态安全的研究始于20世纪90年代，还处于起步阶段，理论和实践研究尚待深入[2].目前学者对于生态安全方面的研究大多采用生态足迹的分析方法。生态足迹是指人类消耗自然资源或消纳废物所占用的具有生态生产力的地域面积，其实质是将人类对自然资源的消耗与生态影响联系起来[3]。该概念由加拿大生态经济学家William Rees于1992年提出，并在1996年由Wackernagrl等对其做了进一步完善[4] 。于1999年引入我国，2000年已有成果[5- 6]。传统生态足迹模型是基于生物生产性土地面积的二维模型，提供了全球可比的、简单有用的资源可持续利用评价手段[7]，但无法区分自然资本利息和存量的关系，也未能体现生态透支在时间维度上的积累和不可持续状况[6，11]。在研究和应用过程中，发现模型存在一些缺陷或有争议的地方[8-10]。为此，Niccolucci 等在大量既有成果的基础上，提出了三维生态足迹的概念，即引入足迹广度和足迹深度两项新指标，以分别表征人类对流量资本和存量资本两方面的利用程度[12-13]。我国对生态足迹的研究正从二维向三维过渡[13-17]。但目前三维生态足迹模型在研究中并未大范围应用。且随环境的不断变化，模型中的均衡因子与产量因子也已有变化。基于此，本研究选用三维生态足迹模型，选取最新研究测算且适于本区的均衡因子与产量因子，来分析石河子的生态承载能力及发展状况，旨在对石河子的生态安全进行评价，为该区域的可持续发展决策提供参考。

2. 材料与方法

2.1 研究区域概况

石河子地处我国西北干旱半干旱区荒漠，位于天山北麓中段，古爾班通古特大沙漠南缘，地理坐标为84°58′～86°24′E，43°26′～45°20′N。下辖18个农牧团场及石河子乡，面积7529km2。而且石河子正处于经济发展的加速阶段，城市化进程还在加快，人口迅猛增长，土地利用结构也处于不断变化之中。在城市化过程中，由于城市人口的急剧增加、工业化速度的加快和经济发展的快速增长，本区的城市生存环境压力和生态环境所面临的压力也越来越大，出现了一系列生态环境问题，其主要表现在城市建设用地增多造成耕地面积的减少和工业化发展所引起的大气环境、水环境、固体废物等环境污染问题。

2.2 方法

2.2.1 数据来源及参数的选取与确定

通过查阅《石河子统计年鉴》和《新疆生产建设兵团统计年鉴》，获得2000年～2014年的相关统计数据。对于均衡因子和产量因子的选取，分别采用的是2009年刘某承、李文华等人基于净初级生产力的中国各地生态足迹均衡因子测算的结果和2010年刘某承、李文华、谢高地等人基于净初级生产力的中国生态足迹产量因子测算的结果，并结合本地特点加以应用。具体数值见上表[18-19]

2.2.2 三维生态足迹模型

根据Niccolucci等的三维足迹理论，足迹广度表征人类占用自然资本流量的水平，表明了区域生态承载力限度内实际占用的生态生产性土地面积，具有空间属性。足迹深度表征人类消耗自然资本存量的程度，表明了人类对超出生物承载力部分资源的累积需求，具有时间属性；可表征为维持区域现有资源消费水平理论上所需占用的区域土地面积的倍数，或者相同政策及技术条件下再生出区域 1 年资源消耗量所需的时间[17]。

2.2.6生态压力的计算

生态压力指数是生态足迹与生态承载力的比值（EF/BC）。

3. 结果与分析

3.1 2000年～2014年石河子人均生态足迹计算分析

根据生态足迹三维模型的原理和计算方法，得出石河子2000年—2014年农用地、能源用地、建筑用地、牧草地、林地、渔业用地等六种生产用地人均生态足迹均呈增加趋势（见图1）。农用地、能源用地、牧草地、建筑用地的人均需求明显增加，其中前三者的需求持续稳定增加。农用地的需求空间最大，其次是能源用地、牧草地、建筑用地。随着城市化进程的不断加快，生态足迹的具体表现为人口的迅速增长，对住房、学校、道路等建设用地在不断地增加。供暖以及人们出行条件的不断改善，人们对于能源的需求与依赖不断增强，生态足迹表现为能源用地的不断增加。而且生活水平的不断提高，人们的健康意识和水平也在不断提高，对奶蛋产品和肉类食品的需求也在不断增大，生态足迹表现为牧草地面积的不断增加。近年来，人们的环保意识不断增强，林地建设活动越来越多，人工绿化面积也不断扩大，生态足迹表现为林地的生态占用面积在逐渐减小。

农用地、牧草地的人均承载力变化虽有波动，但总体呈减小趋势（见表2）。表明石河子正在从第一产业向第二、第三产业发展。渔业水域用地呈明显的递减趋势，表明随着经济的快速发展，本区水资源受到严重破坏，对城市建设及环境都是不利的。而建筑用地、林地的人均承载力呈增加趋势。表明石河子城市化进程的不断加快的过程中，绿化建设也在不断加强。

3.3 2000年～2014年石河子生态盈余/赤字分析

石河子人均生态足迹、人均生态赤字逐渐增加，且增加幅度比较明显（见表3）。其中人均生态足迹由2000年的2.388216hm2增加到2014年的6.049847hm2，平均增加速度为每年增加0.24410873hm2。人均生态赤字由2000年的-0.72892增加到2014年的-4.47925，平均增加速度为每年增加-0.250022hm2。人均生态承载能力也处于波动之中，但变化趋势并不显著。随着石河子2000年～2014年人均生态足迹与人均生态承载力之间差距的不断加大，人均生态赤字也呈明显增加趋势。表明石河子的自然资源利用超过了其自然资源的生态容量，说明本地区的自然资源利用处于相对不可持续状态，且不可持续程度越来越大。

3.4 2000年～2014年石河子生态压力分析

人均生态压力指数逐渐增加，且>1，斜率约为0.167hm2/年（由图2可知），表明石河子生态环境处于极不安全状态，对自然的索取超过了自然的供给能力，这对石河子的生态环境构成沉重的压力。说明石河子所面临的生态压力越来越大，生态系统的稳定性遭到严重破坏，其环境也变得越来越脆弱。随着石河子城市化进程的不断加快，使得原本相对稀缺的资源显得更加贫乏，与经济发展相伴而生的人口剧烈增长、环境破坏问题，使生态压力进一步加大。

4. 结论与讨论

4.1 结论

由上述的数据统计、计算与分析可知，石河子在2000年～2014年间的生态足迹和人均生态足迹、生态赤字和人均生态足迹呈显著上升趋势，总的生态足迹由2000年的507701.37hm2增加到2014年的3781154.2hm2，增加幅度为86.57%。人均生态足迹由2000年的2.388216hm2增加到6.049847hm2，增加幅度为60.52%。总的生态赤字由2000年的-154957.4hm2增加到2014年的-2799529hm2，平均增加速度为176304.77hm2，增加幅度为6.30%。人均生态赤字由2000年的-0.72892hm2增加到2014年的-4.47925hm2，平均增加速度为每年增加-0.250022hm2，增加幅度为83.73%。

这表明生态足迹需求高度大于供给，存在较大的生态赤字。一方面表明，石河子当前整体生态发展是不可持续的，且不可持续性较强。生态可持续发展是石河子可持续发展的核心，因此目前，石河子必须坚决改变发展方式，即要输入资源，加以节约集约利用，并严格控制石河子人口增长，以满足或降低当地生态足迹需求；还要加大环保投入，坚持改善生态环境，增加生态供给，缩小生态赤字，最终实现石河子生态足迹供需平衡或有盈余。另一方面也体现出以石河子为代表的干旱区绿洲生态脆弱，不依赖外部输入，仅凭当地薄弱的生态供给，很难支撑起区域的可持续发展[20]。我们需要通过人为积极的调控，对人类活动的进行优化，进而达到资源、环境和人口的协调统一，从而使本区社会经济的可持续发展走上一条健康之路。

4.2 研究不足

本研究在生态足迹模型的应用过程中，仍存在着一些不确定的因素。尤其在数据的选取过程中，一些主要的、连续变化的数据指标体系还不是很完整，对于均衡因子和产量因子的选取，仍与本地区的实际情况有所差异。因此，今后在进行某地区的纵向研究时，对于特定的区域选取的均衡因子和产量因子，还有待于进一步研究。

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