基于生态足迹的生态安全评价
——以新疆阿拉尔市为例

何 强 周正立 吕瑞恒 梁继业*

（1塔里木大学生命科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

（2新疆生产建设兵团塔里木盆地生物资源保护利用重点实验室，新疆 阿拉尔 843300）

（3塔里木大学植物科学学院，新疆 阿拉尔 843300）

资源环境承载力是当前研究人与自然如何和谐共处的热点问题[1]。伴随着人类社会的快速发展，我们的生态系统面临严重挑战：自然资源枯竭、环境污染加重、气候变化、水土流失等。在倡导人与自然和谐相处、经济协调发展的全球大背景下，探索生态安全对维护经济社会系统与生态系统的稳定有积极的参考意义。生态足迹分析方法是由加拿大经济学家威廉·里斯于1992年提出的[2-5]，为研究经济社会发展与生态环境的关系开启了新思路。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生存而需要的自然资源的量来评估人类对生态系统的影响，为未来人类的生存和社会经济发展做出科学规划和建议。比如一个人在生产、生活中排放的CO2，可以转换成吸收这些CO2所需要的草地、森林的面积。因此它被理解成一只负载着人类的城市、工厂、铁路、农田……的巨脚踏在地球上时留下的脚印大小。它的值越高，人类对生态的破坏就越严重。该理论现在已被应用到各个研究领域[6-9]。

作者在生态足迹研究法的基础上，利用生态压力指数、生态占用指数和生态经济协调指数，测量研究区域对自然生态的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距，探讨研究区人类对生态系统的利用状况，寻求减少生态足迹的可用方法，为当地的可持续发展决策提供借鉴，实现经济社会与生态环境的和谐共处。

1 研究方法

1.1 研究区概况与数据来源

阿拉尔市位于塔克拉玛干沙漠的北部边缘，距离阿克苏市120公里，河流水系主要有阿克苏河、塔里木河。降水少，日照充足、地表蒸发强烈。地形以冲积平原为主，主要种植棉花、水果等经济作物，矿产资源丰富，煤炭存量很高，已经探明的达到了10亿吨。2016年末全市总人口为326 845人，地区生产总值为279.61亿元。

以新疆生产建设兵团统计局主编的《新疆生产建设兵团统计年鉴》[10]作为数据来源，对1989—2016年阿拉尔市的生态足迹进行统计（根据生态足迹理论，生态足迹包括生物资源足迹和能源资源足迹两个方面）。2016年阿拉尔市生物资源、能源资源消费量与统计种类如表1所示：

表1 2016年阿拉尔市生物资源、能源资源消费量与统计种类

1.2 生态足迹计算方法

生态足迹又称为“生态占用”，它表示为生产某一区域人类所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废物所需要的生物生产土地面积[11-12]。如表2所示，生物生产用地面积可分为六类：草地、耕地、森林、水域、建筑用地和化石能源用地。在计算过程中，不同类型的土地生产力存在较大差异，为了比较和加总不同的土地面积的计算结果,要转化为可比较的生物的生产土地均衡面积，因此在这几类不同的土地面积计算结果前分别乘上一个相应的均衡因子和产出因子。均衡因子为某类生物生产面积的世界平均生产力与全球各类生物生产面积的平均生产力的比值；产出因子是一个国家或地区某类生物生产土地的平均生产力与同类土地的世界平均生产力之间的比率；均衡因子和产出因子参考GFN[13]2016公布的数据。

表2 生物足迹账户中的土地类型说明[14]

①生物资源生态足迹模型：

式中：ef=研究区人均生态足迹；Yi=第i种生物资源的世界平均产量[15]；Ci=研究区第i种生物资源的消费量；rj=均衡因子；N=研究区的人口数量。在计算煤、石油等化石燃料等能源的生态足迹时，先用转化系数把不同的能源消费折算成化石能源用地面积。

②人均能源消费生态足迹模型:

式中：efi=研究区第i种能源的人均生态足迹；Ci=研究区第i种能源的年消费量；Yave=第i种能源的世界平均生态足迹[13]；N=研究区的人口数量。

③生态承载力模型：

式中：ec=研究区人均生态承载力，rj=均衡因子；yj=产量因子；aj=研究区人均实际占有的第j类生物生产面积。

1.3 生态压力指数、生态占用指数和生态经济协调指数

生态足迹计算中，在对地区的生态安全进行评价时，本地区承担了能源足迹对环境产生的所有压力，没有考虑废气的扩散性，这与实际情况不符，为了更加科学、准确地评价研究区域的生态安全状况，因此建立新的三个指标，划分生态安全评价标准[16]，具体如表3所示。

①生态压力指数：表示生态环境的承压能力，计算公式为：

式中：ef=研究区的人均生态足迹；ec=研究区的人均生态承载力。

②生态占用指数：某一地区人均生态足迹与全球人均生态足迹的比值，反映出区域社会经济发展状况，计算公式为:

③生态经济协调指数：生态占用指数与生态压力指数的比值，它反映了该区域社会经济系统和生态环境系统的协调一致性，计算公式为：

表3 生态安全评价指标与等级划分标准

2 生态安全评价结果

2.1 2016年阿拉尔市生态足迹状况分析

从表4分析，2016年阿拉尔市人均生态承载力、人均生态足迹、人均生态赤字分别为1.855 hm2/cap、5.820 hm2/cap、5.231 hm2/cap，生态足迹是生态承载力的3.14倍，生态赤字严重，超过了2016年中国的生态赤字，生态环境压力很大。在阿拉尔市所有土地类型中，CO2吸收用地的生态足迹最大，高达3.815 hm2/cap，占总人均生态足迹65%，远远大于其他5类土地类型；而从2016年各类土地供给面积来看，阿拉尔耕地面积最大，占总土地面积的45.9%，为23.478万公顷；土地供给面积排在第二位的是林地，占总土地面积的22.7%，为11.624万公顷。因此，虽然林地的生态足迹在总人均生态足迹中也排在了第二位（14%），但是由于其供给面积相对较高，对生态环境的压力是可接受的，而在实际的生产生活中，没有留出CO2吸收用地，但是阿拉尔市用于吸收生产生活中产生的废气所折算的生物生产性用地面积最大，也就是CO2吸收用地的生态足迹最大，在总生态足迹排在第一（65%），因此化石能源的消耗是构成阿拉尔市环境压力的第一要素，体现了当前社会自然条件下阿拉尔市经济社会发展状况和产业结构水平，工业快速发展，能源需求增大，2016年第二产业增加值为110.91亿元，第二产业增速最快。另一方面，水土流失、环境污染等环境破坏行为降低了生态承载力，加上统计能源时不全面，如仅能统计工业企业的能源消耗量，所以2016阿拉尔市生态赤字应该比计算结果还要大。

表4 2016年阿拉尔市人均生态承载力、生态足迹、生态赤字

2.2 1989—2016年阿拉尔市生态足迹、生态承载力和生态赤字的动态分析

由图1分析，1989—2016年阿拉尔市人均生态足迹28年间增长了3.8倍，1989年仅为1.245 hm2/cap，2016年为5.826 hm2/cap。人均生态承载力从1989年的0.795 hm2/cap，增长到2016年的1.880 hm2/cap，增长了1.36倍，人均生态赤字由1989年的0.451 hm2/cap增至2016年的3.971 hm2/cap，增长了7.8倍。

在1989—2016年，阿拉尔市的耕地、林地、草地面积得到了小幅度提高，耕地、林地、草地面积分别从1989年的8.955万hm2、3.140万hm2、2.100万hm2提高到了 2016 年的 23.478 万 hm2、3.409 万 hm2、11.624万hm2，这提升了阿拉尔市的生态容量，提高了阿拉尔市的生态承载力，这与图1中反映的人均生态承载的变化趋势相吻合。同时，从图1可看出，生态足迹和生态赤字呈逐年增大趋势，在2014年都达到了顶峰，但在近几年有所下降。这是因为阿拉尔市地处荒漠区域，生态环境本身较为脆弱，虽然生态承载力有所提升，但在城市不断扩张、经济水平持续提高的过程中，为了满足生产生活需求，需要的生物资源和化石能源也越来越多，人口也不断增多，导致生态压力越来越大，出现大规模生态赤字。2006年之前，阿拉尔市人均生态足迹变化比较平稳，增长幅度较小，2006—2014年增大速度变快，2014年到达顶峰，近两年有所回落。其原因主要是阿拉尔2002年建市，城市经济进入了快速发展的“黄金”时期，对资源的需求越来越大，经济社会建设取得了很大的成就。

图1 1989—2016年阿拉尔市人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字的动态变化

表5 1989—2016年阿拉尔市主要年份各类用地人均生态足迹 （单位：hm2/cap）

从表5各类用地的人均生态足迹来看，CO2吸收用地的生态足迹最大，从1989年的0.621 hm2/cap增至2016年的3.815 hm2/cap，增长了5.14倍。但是林地的生态足迹增长速度是最快的，从1989年的0.023 hm2/cap到2016年的0.851 hm2/cap，提高了36倍。统计资料显示：自1989年以来，阿拉尔市消费品增加量最多的是水果、肉、蛋和能源（以石油、汽油、煤为主），这反映了人们消费饮食结构的变化，向高营养、高能量的物质转移，因此要大力发展养殖业和林业，提高人民的营养水平。另外，虽然水域、耕地和牧草地相对应的生态足迹变化相对较小，但是建筑用地对应的生态足迹在不断扩大，从1989年的0.003 hm2/cap增至2016年的0.025 hm2/cap，增长了7.3倍，这说明阿拉尔市一直处于城市扩张状态。在总生态足迹中，化石燃料和耕地生态足迹占比一直较高（2016年占比为78.2%），且在28年间持续增高。结合产业结构来看，2016年，阿拉尔市生产总值为279.61 亿元，三次产业结构之比为40.5：39.7：19.8，第一、第二产业占比较大，达到了80.2%，阿拉尔市主要还是以第一、第二产业为主，能源消耗主要以汽油、石油、煤炭为主，消耗较高，说明阿拉尔市经济结构较为粗放，第三产业薄弱。

2.3 区域生态安全分析

利用生态压力指数、生态占用指数、生态经济协调指数、对阿拉尔市生态安全进行评价，结果见图2。从图2分析，1989年以来，阿拉尔市生态压力持续增高，1989—2001年总体为很不安全，2002年以后为极不安全，2012年生态压力处于最高水平，为4.970，近年来生态压力有连续小幅度下降；生态占用指数随着时间不断增大，可以看出1989—2005年为很穷困，2006—2008年稍富裕，2008年以后较富裕；同期生态经济协调指数一直小于1，处于很差的水平。评价结果表明，近28年来阿拉尔市在社会经济方面取得了很大的进步，但可持续发展形势严峻，统计资料显示，阿拉尔目前还是以第一、第二产业为主，还处于工业化初级阶段，工业产品还是以塑料制品、棉纱、小麦粉、饲料和采矿为主，农业以水果、棉花为主，附加价值低，能耗大，污染大，对环境造成的压力大，加上阿拉尔市的自然环境脆弱，气候干旱，生态承载力较小，生态安全压力很大，生态建设和经济发展不容忽视。如何实现经济社会与自然生态系统的协调发展，是不容忽视的难题。

图2 1989—2016年阿拉尔市ETI、EOI、EECI指数动态变化

3 结论与建议

可持续发展的要求是持续、高效、协调、科学，生态系统的恶化、环境的透支阻碍着许多地区的经济社会可持续发展[17-18]。生态足迹计算中，在对地区的生态安全进行评价时，本地区承担了能源足迹对环境产生的所有压力，这与实际情况不符。往往得到以下结论：经济社会发展水平越高的国家或地区，生态赤字越大，生态环境面临的挑战越大，而忽视了能源生态足迹在全球范围内的流通。本文采用的生态压力指数是区域人均生态足迹（可更新资源）与生态承载力的比值，该数值越大，区域的生态安全性越差；生态占用指数反映了区域经济发展水平；而生态经济协调指数则反映经济社会发展与生态自然环境的协调一致性。基于这3种指标，有助于探索人与自然和谐发展、互利共生的新方法。

分析结果表明：

（1）1989—2016年，生态承载力变化很小，生态赤字和生态赤字不断增大，生态安全形势不容乐观。

（2）1989—2016年中，CO2吸收用地在阿拉尔市生态足迹中占比最大、增速最快，煤炭和石油是最主要的消耗能源。

（3）1989年以来，阿拉尔市生态压力指数持不断提高，现在处于极不安全的水平，同时生态占用指数也随时间不断增大，1989—2005年很穷困，2006—2008年稍富裕，2008年以后较富裕；同期生态经济协调指数一直小于1，处于很差的水平。为了缓解生态压力，增强发展的可持续性，因此建议：

（1）优化产业结构。阿拉尔市经济产业是以棉花、水果为主的第一产业和轻工业为主的第二产业，化石能源消耗逐年递增，这是能源生态足迹不断扩大的根本原因。建议阿拉尔市应积极调整优化产业结构现状，促进第三产业的发展。同时提高资源的利用效率，降低单位能耗，由粗放型、消耗性向节约型、集约型生产方式转变，降低其生态足迹。

（2）改善能源结构。能源消耗中，阿拉尔市化石能源以煤炭、石油为主，在以后的经济社会建设中应该多利用其他新型能源，如水能、太阳、风能等，推动能源结构转型，降低对高污染性能源的依赖。

（3）合理进行土地规划。合理安排、统筹规划、因势利导，保护耕地和林地，不断提升城市的绿化水平，增加城市的生态承载力。

（4）改善消费方式。节约水、电、煤等资源，适当消费、绿色出行，建设文明、环保、自然、和谐的社会。