基于生態(tài)足跡理論的新疆可持續(xù)發(fā)展研究

王永靜，葛文芳

(石河子大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，新疆 石河子 832003)

西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施15 a以來(lái)，新疆在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等方面取得顯著成效。然而，由于新疆固有的生態(tài)環(huán)境脆弱性和追趕中、東部經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)的迫切性，加快了自然資源的耗竭進(jìn)程，嚴(yán)重阻礙了新疆的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。新疆作為絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶經(jīng)濟(jì)建設(shè)的核心區(qū)和西部地區(qū)的生態(tài)屏障，深入研究新疆生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性和生態(tài)壓力對(duì)新疆生態(tài)資源開(kāi)發(fā)、科學(xué)管理、頂層設(shè)計(jì)意義深遠(yuǎn)。生態(tài)足跡概念是由William Rees于1992年提出來(lái)的，自此國(guó)際上圍繞生態(tài)足跡內(nèi)涵、計(jì)算方法、模型的研究逐漸豐富。Wackernagel開(kāi)創(chuàng)了一種測(cè)量一個(gè)地區(qū)、國(guó)家自然資源供需差距的方法，由此從理論層面揭示人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的利用狀況[1]。Wackernagel在其著作《國(guó)家生態(tài)足跡》中，對(duì)世界上52個(gè)國(guó)家和地區(qū)的生態(tài)足跡進(jìn)行實(shí)證研究，在所測(cè)算的52個(gè)國(guó)家和地區(qū)中，35個(gè)國(guó)家和地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)赤字，其中也包括中國(guó)[2,3]。張志強(qiáng)和徐中民等人以統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)為依據(jù)，對(duì)中國(guó)西部12個(gè)省(區(qū)市)1999年生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算和分析，結(jié)果表明，西部12省(區(qū)市)只有云南和西藏2個(gè)省份人均生態(tài)足跡為盈余，其余10個(gè)省(區(qū)市)均出現(xiàn)生態(tài)赤字，其中新疆和貴州是人均生態(tài)赤字最大的2個(gè)省(區(qū)市)[4]。徐中民等介紹了國(guó)際上關(guān)于生態(tài)足跡模型的研究進(jìn)展和模型的優(yōu)缺點(diǎn)，并對(duì)甘肅省1998年生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算和分析，是國(guó)內(nèi)較早運(yùn)用生態(tài)足跡方法判斷區(qū)域發(fā)展是否處于生態(tài)承載能力范圍內(nèi)的范例[5]。鄭暉計(jì)算并分析了1996-2009年甘肅省人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力、人均生態(tài)赤字的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，并使用灰色預(yù)測(cè)模型預(yù)測(cè)研究區(qū)2015年、2020年的生態(tài)安全情況，為理論研究提供良好參考借鑒[6]。Mathis Wackernagel對(duì)世界及亞太地區(qū)9個(gè)國(guó)家1961-2001年的人均生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的動(dòng)態(tài)變化研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，隨著人口擴(kuò)張、經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)，人均生態(tài)足跡會(huì)逐漸擴(kuò)大，生態(tài)承載力會(huì)逐漸減少，而亞太地區(qū)和世界人均生態(tài)承載力下降的主要原因是人口增長(zhǎng)[7]。本文以新疆維吾爾自治區(qū)為研究對(duì)象，在計(jì)算2001-2014年生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的基礎(chǔ)上，分析新疆生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性、生態(tài)效益、生態(tài)協(xié)調(diào)性，并運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型模擬“十三五”、“十四五”期末生態(tài)數(shù)據(jù)，以期為地區(qū)生態(tài)可持續(xù)發(fā)展提供決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

新疆維吾爾自治區(qū)位于歐亞大陸腹地，總面積為166.49 萬(wàn)km2。2014年末，區(qū)內(nèi)總?cè)丝? 298.47 萬(wàn)人，糧食總產(chǎn)量1 390.81 萬(wàn)t，耕地面積412.46 萬(wàn)hm2(約占新疆總面積的2%)，人均耕地面積0.179 4 hm2(為全國(guó)平均水平的1.82倍)，人均林地面積0.294 3 hm2(為全國(guó)平均水平的1.59倍)，人均牧草地面積2.223 8 hm2(為全國(guó)平均水平的13.89倍)。新疆遠(yuǎn)離海洋，“三山夾兩盆”的地貌多由高山、盆地、谷地構(gòu)成，地表坐落著浩瀚的戈壁、沙漠。氣候類(lèi)型以溫帶大陸性氣候見(jiàn)常，四季分明，晝夜溫差大，干旱少雨、日照充足，年均氣溫9.7 ℃，年均降水量146.4 mm，年均日照時(shí)數(shù)2 808.6 h。年均降水量為全國(guó)平均水平的1/4,是全國(guó)降水最少的地區(qū)，也是全國(guó)面積最大的干旱、半干旱荒漠區(qū)。

區(qū)內(nèi)水源主要靠山脈融雪補(bǔ)給，綠洲分布在盆地邊緣和河流流域，約占新疆總面積的5%，具有典型的綠洲生態(tài)特點(diǎn)[8]。具有資源富集、干旱缺水、自然環(huán)境惡劣、生態(tài)脆弱，對(duì)人類(lèi)活動(dòng)和自然災(zāi)害反應(yīng)敏感且恢復(fù)能力差的特點(diǎn)。礦產(chǎn)資源種類(lèi)齊全，數(shù)量龐大，已發(fā)現(xiàn)礦種138種，經(jīng)查明有資源儲(chǔ)量的礦種97種，新發(fā)現(xiàn)大中型礦產(chǎn)地11處，新增查明資源儲(chǔ)量中，煤炭?jī)?chǔ)量為175.97 億t。目前各類(lèi)野生陸棲脊椎動(dòng)物約212種，約占全國(guó)總數(shù)的1/8，鳥(niǎo)獸資源豐富約有201種。區(qū)內(nèi)共有河道570多條，幾乎都屬于內(nèi)流河，河流徑流量在10億m3以上的有18條。土壤普遍存在鹽漬化、貧瘠化。植被種類(lèi)繁多，主要種植作物包括小麥、棉花、玉米、果用瓜、水果產(chǎn)品、牧草等。新疆是我國(guó)優(yōu)質(zhì)棉花、小麥產(chǎn)業(yè)帶，國(guó)內(nèi)第2大畜牧業(yè)養(yǎng)殖基地，石油化工工業(yè)生產(chǎn)、加工基地。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 研究方法

本文采用文獻(xiàn)研究法梳理了以往學(xué)者對(duì)生態(tài)足跡、生態(tài)承載力的計(jì)算方法，建立生態(tài)足跡模型，在此基礎(chǔ)上計(jì)算出新疆近10 a多的生態(tài)數(shù)據(jù)，并采用灰色預(yù)測(cè)模型GM(1.1)預(yù)測(cè)新疆中短期的生態(tài)足跡、生態(tài)承載力、萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡數(shù)值。

生態(tài)足跡模型是由加拿大學(xué)者William Rees及其學(xué)生Mathis Wackernagel于1992年率先提出的一種以土地為度量單位的生態(tài)可持續(xù)性評(píng)價(jià)方法，以其科學(xué)合理、形象生動(dòng)、使用范圍廣引起眾多學(xué)者的廣泛關(guān)注，該模型在對(duì)經(jīng)濟(jì)-生態(tài)協(xié)調(diào)性和整個(gè)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的整體評(píng)估方面有較好優(yōu)勢(shì)[1]。生態(tài)足跡模型通過(guò)統(tǒng)計(jì)一定時(shí)期內(nèi)人類(lèi)為滿(mǎn)足自身生存和發(fā)展對(duì)區(qū)域內(nèi)資源和能源的耗竭，并把這些耗竭轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的生物生產(chǎn)土地面積來(lái)評(píng)估人類(lèi)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的影響，通過(guò)與區(qū)域內(nèi)土地可提供的生物生產(chǎn)面積進(jìn)行比較，以此定量判斷區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展是否處于生態(tài)系統(tǒng)的承載力范圍內(nèi)。具體計(jì)算公式如下。

(1)生態(tài)足跡計(jì)算:

EF=Nef=N∑ri(cj/pj)

(1)

i=1,2,…,6j=1,2,…,19

EF=Nef=N∑ri(Yj+Ij-Ej)/(pjN)

(2)

i=1,2,…,6j=1,2,…,19

式中：EF為區(qū)域生態(tài)足跡總量；N為區(qū)域人口總數(shù)；ef為區(qū)域人均生態(tài)足跡,hm2/人；ri為均衡因子，它表示某一類(lèi)的土地潛在的生物生產(chǎn)力與世界上所有土地的平均潛在生物生產(chǎn)力的一個(gè)比值，描述了不同土地類(lèi)型之間生物生產(chǎn)能力的差異；cj/pj代表人均j種消費(fèi)項(xiàng)目折算的生物生產(chǎn)性土地面積，或者可以理解為第j種消費(fèi)項(xiàng)目折算的毛人均生態(tài)足跡，hm2/人；cj為第j種消費(fèi)品的年人均消費(fèi)量，kg/人；pj為第j種消費(fèi)品的單位面積平均產(chǎn)量，kg/hm2；Yj為第j種消費(fèi)項(xiàng)目的年生產(chǎn)量；Ij為第j種消費(fèi)項(xiàng)目的年進(jìn)口量；Ej為第j種消費(fèi)項(xiàng)目的年出口量。

生態(tài)足跡代表人類(lèi)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的資源和服務(wù)的需求，反映了隨著人口的增長(zhǎng)以及經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展所引起的對(duì)資源需求量的增長(zhǎng)和污染物排放對(duì)生態(tài)系統(tǒng)造成的壓力。

(2)生態(tài)承載力計(jì)算:

EC=N(1-0.12)ec

ec=airiyi

(3)

式中：EC代表區(qū)域生態(tài)承載力總量；N為區(qū)域人口總數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力，計(jì)算結(jié)果中需要扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積；ec為人均生態(tài)承載力，hm2/人；ai為人均生物生產(chǎn)面積，hm2/人；ri為均衡因子；yi為產(chǎn)量因子，表示在既定國(guó)家范圍內(nèi)，某一類(lèi)土地的生物生產(chǎn)力水平與世界相應(yīng)土地的生物生產(chǎn)力水平的差異，可以反映出技術(shù)和土地管理的差異，通常為獲得相同數(shù)量的產(chǎn)品時(shí)，所需要的世界性土地面積與國(guó)家性土地面積之間的比值，或者相同的土地面積所產(chǎn)出的世界性產(chǎn)品產(chǎn)量與國(guó)家性產(chǎn)品產(chǎn)量之間的比值。

生態(tài)承載力代表自然生態(tài)系統(tǒng)為人類(lèi)提供資源和服務(wù)的能力。

(3)生態(tài)赤字和盈余計(jì)算：

ed=ef-ec(ef>ec)

er=ec-ef(ef

式中：ed表示區(qū)域的生態(tài)赤字；er表示區(qū)域的生態(tài)盈余。

如果區(qū)域的生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力就會(huì)出現(xiàn)生態(tài)赤字，反之，則會(huì)出現(xiàn)生態(tài)盈余。在生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算基礎(chǔ)上可以對(duì)區(qū)域的生態(tài)發(fā)展可持續(xù)性進(jìn)行評(píng)估，如果出現(xiàn)了生態(tài)赤字，表示區(qū)域生態(tài)發(fā)展不可持續(xù)，如果出現(xiàn)了生態(tài)盈余，表示區(qū)域生態(tài)發(fā)展處于可持續(xù)狀態(tài)。

(4)萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡計(jì)算：

萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡=EF/GDP=人均生態(tài)足跡/人均GDP

(5)人均生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)DS計(jì)算：

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2.2.1 指標(biāo)選取

本文計(jì)算的生物生產(chǎn)性土地是指具有生物生產(chǎn)能力的土地和水體，生態(tài)足跡測(cè)量的生物生產(chǎn)性土地類(lèi)型包括6種，分別是：耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地、化石燃料用地。生態(tài)承載力測(cè)量的土地類(lèi)型為5種，分別是：耕地、林地、牧草地、水域、建筑用地。

按照生態(tài)足跡模型計(jì)算生態(tài)足跡時(shí)，根據(jù)不同的消費(fèi)賬戶(hù)分類(lèi)，包括生物資源消費(fèi)賬戶(hù)生態(tài)足跡和能源消費(fèi)賬戶(hù)生態(tài)足跡。生物資源消費(fèi)賬戶(hù)主要記錄區(qū)域消費(fèi)的農(nóng)產(chǎn)品、林產(chǎn)品、畜產(chǎn)品、水產(chǎn)品，本文具體涵蓋19種產(chǎn)品，它們分別是：棉花、木材、羊毛、谷物、豆類(lèi)、薯類(lèi)、甜菜、核桃、水果、油料、豬肉、牛肉、羊肉、禽類(lèi)、蛋類(lèi)、鮮奶、水產(chǎn)品、蔬菜、果用瓜。能源消費(fèi)賬戶(hù)包括4類(lèi)能源，它們分別是：煤炭、石油、天然氣、水風(fēng)電。

2.2.2 數(shù)據(jù)說(shuō)明

在計(jì)算生物資源消費(fèi)賬戶(hù)生態(tài)足跡時(shí)，城鎮(zhèn)居民和農(nóng)村居民的油料、豬肉、牛肉、羊肉、禽類(lèi)、蛋類(lèi)、鮮奶、水產(chǎn)品、蔬菜、果用瓜的年人均消費(fèi)量可以從年鑒中找到，根據(jù)城鎮(zhèn)化率加權(quán)可以計(jì)算這10種農(nóng)產(chǎn)品的人均消費(fèi)量，再根據(jù)公式(1)可以計(jì)算每種產(chǎn)品的人均生態(tài)足跡分量。其余農(nóng)產(chǎn)品，包括棉花、木材、羊毛、谷物、豆類(lèi)、薯類(lèi)、甜菜、核桃、水果的年人均消費(fèi)量不能直接從年鑒上找到，采用公式(2)，根據(jù)年產(chǎn)量與進(jìn)出口數(shù)據(jù)匯總可以間接計(jì)算出人均消費(fèi)量和人均生態(tài)足跡分量。

在計(jì)算能源消費(fèi)賬戶(hù)生態(tài)足跡時(shí)，4類(lèi)能源的年消費(fèi)量可以從統(tǒng)計(jì)年鑒中獲取，根據(jù)能源折算系數(shù)計(jì)算出各類(lèi)能源年消費(fèi)量和人均消費(fèi)量，再根據(jù)公式(1),用人均能源消費(fèi)量除以全球平均能源足跡可以計(jì)算能源人均生態(tài)足跡分量。

在計(jì)算不同土地類(lèi)型的生態(tài)承載力時(shí)，不同土地類(lèi)型的生物生產(chǎn)性土地面積可以從統(tǒng)計(jì)年鑒獲取，能計(jì)算出人均占有生物生產(chǎn)性土地面積，再根據(jù)公式(3)可以計(jì)算出不同生物生產(chǎn)性土地的生態(tài)承載力分量。

對(duì)新疆10 a多生態(tài)數(shù)據(jù)的計(jì)算，涉及到的數(shù)據(jù)眾多，主要包括城鎮(zhèn)化率、農(nóng)產(chǎn)品年人均消費(fèi)量、農(nóng)產(chǎn)品年產(chǎn)量、年進(jìn)口量、年出口量、人口總數(shù)、各種農(nóng)產(chǎn)品世界平均產(chǎn)量、能源年消費(fèi)量、能源折算系數(shù)、全球平均能源足跡、均衡因子、產(chǎn)量因子、不同生物生產(chǎn)性土地的面積、國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值。其中，各種農(nóng)產(chǎn)品世界平均產(chǎn)量采用聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織計(jì)算的生物資源世界平均產(chǎn)量資料；均衡因子、產(chǎn)量因子依據(jù)Wakernagel對(duì)中國(guó)生態(tài)足跡計(jì)算時(shí)的取值，不同類(lèi)型的生物生產(chǎn)性土地均衡因子取值如下：耕地2.8，草地0.5、林地1.1、水域0.2、化石燃料地1.1、建筑用地2.8，不同類(lèi)型的生物生產(chǎn)性土地產(chǎn)量因子取值如下：耕地1.66、草地0.19、林地0.91、水域1.00、建筑用地1.66；能源折算系數(shù)、全球平均能源足跡以世界上單位化石燃料生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量為依據(jù)；煤炭、石油、天然氣、水風(fēng)電的折算系數(shù)分別為20.93、50.2、38.98、11.84 GJ/t；煤炭、石油、天然氣、水風(fēng)電的全球平均能源足跡分別為：55、71、93、1 000 GJ/hm2。研究區(qū)數(shù)據(jù)來(lái)自新疆統(tǒng)計(jì)年鑒(2001-2015年)，新疆調(diào)查年鑒(2006-2014年)。

3 新疆生態(tài)可持續(xù)性動(dòng)態(tài)分析

3.1 資源供需水平的數(shù)量變化

從總量水平來(lái)看，過(guò)去14 a，新疆生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均有所上升。2000年，新疆總生態(tài)足跡為3 142.64 萬(wàn)hm2,2010年上升至6 094.02 萬(wàn)hm2，2014年則高達(dá)9 424.97 萬(wàn)hm2，2005-2014年生態(tài)足跡的年均增速為7.43%。生態(tài)足跡快速增加的主要原因在于人口膨脹和消費(fèi)水平的不斷上升。與生態(tài)足跡的增速相比，生態(tài)承載力雖有所增長(zhǎng)，卻呈現(xiàn)微小波動(dòng)上升趨勢(shì)。2000年，新疆總生態(tài)承載力為3 168.06 萬(wàn)hm2，2010年上升至3 218.67 萬(wàn)hm2,2014年達(dá)到3 218.65 萬(wàn)hm2，2005-2014年生態(tài)承載力年均增速為0.11%。生態(tài)承載力增速緩慢的原因在于新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性較高，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力弱、恢復(fù)性差。從總量數(shù)據(jù)來(lái)看，總生態(tài)足跡的增長(zhǎng)明顯快于總生態(tài)承載力的增長(zhǎng)，如表1所示。

從人均水平來(lái)看，受人口、消費(fèi)、技術(shù)水平等因素的綜合影響，生態(tài)足跡和生態(tài)承載力呈現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì)。人均生態(tài)足跡除個(gè)別年份(2006年)有小幅下降，總體呈現(xiàn)持續(xù)上升趨勢(shì)，2000年人均生態(tài)足跡為1.699 26 hm2,2010年上升到2.793 40 hm2，2014年高達(dá)4.100 54 hm2，2014年相比2000年上升了2.401 28 hm2，2005-2014年人均生態(tài)足跡年均增長(zhǎng)5.86%。而同時(shí)，人均生態(tài)承載力呈現(xiàn)持續(xù)下降的趨勢(shì)，在2000-2005年，人均生態(tài)承載力由1.713 01 hm2下降到1.585 19 hm2，年均下降0.025 56 hm2，在接下來(lái)的9 a，人均生態(tài)承載力逐年平均微量下降0.020 54 hm2，2005-2014年人均生態(tài)承載力年均下降1.37%。人均生態(tài)承載力表示生態(tài)系統(tǒng)的資源供給和更新能力。生態(tài)足跡總量增長(zhǎng)是由人口和消費(fèi)的增長(zhǎng)共同帶動(dòng)的，生態(tài)足跡總量增長(zhǎng)率7.43%與人均生態(tài)足跡增長(zhǎng)率5.86%對(duì)比，說(shuō)明新疆生態(tài)足跡增長(zhǎng)主要原因在于消費(fèi)的增長(zhǎng)。生態(tài)承載力總量正向增長(zhǎng)與人均生態(tài)承載力逐年下降說(shuō)明生態(tài)承載力總量的“虛增”是由人口增長(zhǎng)實(shí)際帶動(dòng)的，生態(tài)系統(tǒng)的資源更新能力有減退的跡象。

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于統(tǒng)計(jì)年鑒計(jì)算整理。

3.2 資源供需的結(jié)構(gòu)性變化

從生態(tài)足跡的構(gòu)成來(lái)看，人均生態(tài)足跡構(gòu)成反映了居民對(duì)不同類(lèi)型土地生產(chǎn)的產(chǎn)品和服務(wù)消費(fèi)需求。由圖1可知，能源用地和耕地占整個(gè)生態(tài)足跡的絕大部分比例。2000年，能源用地占整個(gè)生態(tài)足跡的51%，耕地占32%。2014年，能源用地和耕地分別占70%、19%，耕地比例有所下降，能源用地比例上升較快，2類(lèi)土地占比之和從83%上升到89%。2000年，能源用地總量為1 468.38 萬(wàn)hm2，2014年上升到5 957.26 萬(wàn)hm2，增幅達(dá)到4 488.88 萬(wàn)hm2，占生態(tài)足跡總增長(zhǎng)的71.45%，這也是生態(tài)足跡總量上升的主要原因。同時(shí)，林業(yè)用地規(guī)模擴(kuò)張也引起生態(tài)足跡總量上升，但由于基數(shù)較小，增量有限。草地用地規(guī)模呈微量下降趨勢(shì)，下降的原因是由于草地面積數(shù)量有限，由于人口擴(kuò)張和過(guò)度放牧造成資源不可持續(xù)利用。

圖1 新疆不同土地類(lèi)型生態(tài)足跡比例變化趨勢(shì)

從生態(tài)承載力的構(gòu)成來(lái)看，人均生態(tài)承載力構(gòu)成反映了不同類(lèi)型土地向居民提供產(chǎn)品和服務(wù)的供給能力。由圖2可知，耕地和林地成為生態(tài)承載力的主要組成部分，2種土地類(lèi)型占整個(gè)生態(tài)承載力的70%，耕地占比達(dá)52%，說(shuō)明耕地和林地在維持生態(tài)系統(tǒng)平衡和保護(hù)生態(tài)系統(tǒng)安全方面起到重要作用，草地和建設(shè)用地在生態(tài)承載力中的比例相當(dāng)，分別占生態(tài)承載力的13%和15%。水域在生態(tài)承載力中的占比最小，這與新疆氣候干旱、遠(yuǎn)離海洋的自然資源稟賦和地理區(qū)位有關(guān)。

圖2 新疆不同土地類(lèi)型生態(tài)承載力比例變化趨勢(shì)

生態(tài)足跡和生態(tài)承載力構(gòu)成的動(dòng)態(tài)變化可以反映出資源需求和供給結(jié)構(gòu)的變動(dòng)，它們是新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口增長(zhǎng)和消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變的結(jié)果。首先，它反映了新疆產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)演變的歷程，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的優(yōu)化改革，第2產(chǎn)業(yè)和第3產(chǎn)業(yè)的比重逐漸增大，第1產(chǎn)業(yè)比重逐漸減小，具體體現(xiàn)在：隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)，農(nóng)業(yè)用地減少，能源用地大幅增加，建設(shè)用地有所增加。其次，它反映了居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)的變化，在基本的糧食需求得到滿(mǎn)足之后，對(duì)肉蛋奶等動(dòng)物性產(chǎn)品的需求增多。隨著文化水平的提高，對(duì)書(shū)刊雜志包裝袋等紙制品的需求上漲，這是居民收入水平上漲和生活條件改善的結(jié)果，具體表現(xiàn)在：對(duì)牧草地和林地的用地需求不斷增長(zhǎng)。

3.3 資源的利用效益分析

用萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡這一指標(biāo)來(lái)衡量一個(gè)地區(qū)GDP生產(chǎn)占用的生態(tài)足跡，反映資源利用效益。萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡數(shù)值越小，資源利用效益越高，反之資源利用效益越低。由表1可知，2000年萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡為2.304 7 hm2，2010年為1.120 7 hm2，到2014年這一指標(biāo)降為1.016 3 hm2。2000-2014年，萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡總體呈下降趨勢(shì)，表明新疆資源利用效益不斷提高，效益水平的不斷提高一方面得益于資源利用技術(shù)的進(jìn)步和管理水平的提高，另一方面也取決于政策制度的變革、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的日趨合理。

3.4 生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)性分析

用自然生態(tài)系統(tǒng)是否出現(xiàn)生態(tài)盈余來(lái)判斷生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)。由圖3可知，2005-2014年，人均生態(tài)足跡均超過(guò)人均生態(tài)承載力，一直存在生態(tài)赤字，且赤字額度逐年增大，除2000年外，人均生態(tài)盈余為0.013 7 hm2，2005年人均赤字額為0.898 7 hm2，到2014年則高達(dá)2.700 2 hm2。2005-2014年赤字額年均增長(zhǎng)22.27%。在這樣的資源利用方式下，生態(tài)環(huán)境壓力不斷加劇，生態(tài)安全狀況不容樂(lè)觀(guān)，人類(lèi)生產(chǎn)生活所消耗資源超出了自然生態(tài)系統(tǒng)的再生能力，區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)處于人為地過(guò)度開(kāi)發(fā)利用的不可持續(xù)的惡性循環(huán)當(dāng)中，而且隨著時(shí)間的推移，生態(tài)供需缺口持續(xù)擴(kuò)大。造成生態(tài)赤字的原因是人口增加引起資源消費(fèi)量的增多，生態(tài)環(huán)境脆弱，化石能源用地生態(tài)承載力為0。

圖3 2000-2014年新疆人均生態(tài)赤字額變動(dòng)趨勢(shì)

3.5 生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)分析

生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)DS越接近1協(xié)調(diào)性越差，越接近1.414協(xié)調(diào)性越好。當(dāng)DS=1.414時(shí)，區(qū)域生態(tài)供給恰好滿(mǎn)足生態(tài)需求，處于最佳協(xié)調(diào)狀態(tài)。當(dāng)DS=1時(shí)，區(qū)域承載力為0，生態(tài)系統(tǒng)已無(wú)法向人類(lèi)提供資源和服務(wù)，或者區(qū)域生態(tài)足跡為0，人類(lèi)停止消費(fèi)，此時(shí)生態(tài)系統(tǒng)處于最差協(xié)調(diào)狀態(tài)。由圖4可知，2000-2014年新疆生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)DS都處在1～1.414，基本上都是人均生態(tài)足跡大于人均生態(tài)承載力，存在自然資源開(kāi)發(fā)過(guò)度。在2000年，DS為1.414，人均生態(tài)足跡和承載力基本平衡。從2005年起，DS逐漸遠(yuǎn)離1.414且逐漸變小但都大于1，可以看出來(lái)，西部大開(kāi)發(fā)以來(lái)，新疆的生態(tài)安全狀況不斷下滑，生態(tài)經(jīng)濟(jì)的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)性不斷加大。

圖4 2000-2014年新疆生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)變動(dòng)趨勢(shì)

4 生態(tài)足跡模型預(yù)測(cè)與分析

4.1人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡的預(yù)測(cè)

本文基于灰色系統(tǒng)理論，揭示少數(shù)據(jù)、貧信息背景下事物的發(fā)展規(guī)律。使用灰色預(yù)測(cè)模型，依據(jù)預(yù)測(cè)問(wèn)題的特征，為揭示中短期內(nèi)新疆生態(tài)系統(tǒng)演變趨勢(shì)和可持續(xù)性發(fā)展前景，嘗試以2005-2014年新疆人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力和萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡作為原始數(shù)據(jù)，預(yù)測(cè)新疆“十三五”末期、“十四五”末期生態(tài)足跡的可能性變化。具體使用GM(1,1)模型，操作軟件為GTMS3.0灰色系統(tǒng)理論建模軟件。預(yù)測(cè)結(jié)果和誤差檢驗(yàn)如表2、表3所示。

表2 2020、2025年新疆人均生態(tài)足跡、人均生態(tài)承載力與萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡預(yù)測(cè)結(jié)果

表3 灰色GM(1,1)預(yù)測(cè)誤差檢驗(yàn)

4.2 預(yù)測(cè)分析

由表2可知，2020年新疆人均生態(tài)足跡將上升到6.496 4 hm2,2025年將達(dá)到9.586 4 hm2。2020年人均可利用生態(tài)承載力預(yù)計(jì)下降到1.294 7 hm2，2025年為1.212 5 hm2。人均生態(tài)赤字2020年上升到5.201 7 hm2，2025年擴(kuò)大為8.373 9 hm2。萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡2020年下降到0.649 9 hm2，2025年預(yù)計(jì)為0.478 0 hm2。由此可總結(jié)出，隨著新疆經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人地矛盾不斷加劇，居民消費(fèi)量日益增加，帶來(lái)的后果是人均生態(tài)足跡不斷上漲，人均生態(tài)承載力持續(xù)下降，生態(tài)足跡供需缺口進(jìn)一步擴(kuò)大，區(qū)域生態(tài)安全狀況進(jìn)一步惡化。與此同時(shí)，資源利用效率得到進(jìn)一步的提高。因此，新疆未來(lái)的資源開(kāi)發(fā)利用趨勢(shì)將是，資源消耗量不斷上升與資源利用效率不斷提高并存的局面。

5 結(jié)論與討論

從總量水平上看，在過(guò)去的10 a多，生態(tài)足跡和生態(tài)承載力均有所上升，且生態(tài)足跡增速快于承載力增速。生態(tài)足跡增長(zhǎng)是由人口膨脹和消費(fèi)水平提高兩者共同決定的，主要原因在于消費(fèi)水平的提高。生態(tài)承載力增長(zhǎng)緩慢，其原因在于新疆生態(tài)環(huán)境脆弱性較高，生態(tài)系統(tǒng)抵抗外界干擾的能力弱、恢復(fù)性差。

從人均水平來(lái)看，新疆生態(tài)足跡整體呈上升趨勢(shì)，是由于工業(yè)化和城鎮(zhèn)化使人類(lèi)對(duì)自然資源的消耗強(qiáng)度增大。從生態(tài)足跡構(gòu)成來(lái)看，能源用地和耕地是生態(tài)足跡的主要組成成分，占比達(dá)到80%以上，說(shuō)明以能源消耗為主的工業(yè)部門(mén)已經(jīng)成為新疆的支柱產(chǎn)業(yè)，新疆的經(jīng)濟(jì)發(fā)展由種植業(yè)轉(zhuǎn)向了工業(yè)，這與新疆是我國(guó)的資源大省，區(qū)內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的能源、礦產(chǎn)資源有關(guān)。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的快速發(fā)展，對(duì)生態(tài)資源的需求量勢(shì)必增加，人均生態(tài)足跡也會(huì)隨之上漲。新疆人均生態(tài)承載力基本保持在1.400 3～1.713 0 hm2，且有緩慢減小的趨勢(shì)。從生態(tài)承載力構(gòu)成來(lái)看，耕地和林地是其主要組成成分，兩者在生態(tài)承載力的構(gòu)成比例達(dá)到70%。

由于人均生態(tài)足跡快速增長(zhǎng)，人均生態(tài)承載力緩慢減小，造成生態(tài)赤字逐年擴(kuò)大，赤字額由2005年的0.898 7 hm2增加到2014年的2.700 2 hm2。2005-2014年赤字額年均增長(zhǎng)22.27%。赤字率由2005年的56.69%上升到2014年的192.82%。生態(tài)赤字主要來(lái)源于化石能源用地和耕地，主要原因是對(duì)于能源的開(kāi)發(fā)利用強(qiáng)度不斷加大和糧食生產(chǎn)的負(fù)擔(dān)加重。

從萬(wàn)元GDP生態(tài)足跡和生態(tài)協(xié)調(diào)系數(shù)指標(biāo)度量新疆生態(tài)安全狀況，結(jié)果表明2000-2014年，新疆資源利用效益水平不斷提高，生態(tài)協(xié)調(diào)度不斷下降，區(qū)域生態(tài)安全狀況不斷下滑，生態(tài)經(jīng)濟(jì)的不穩(wěn)定性和風(fēng)險(xiǎn)性不斷加大。

運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型測(cè)算出，新疆在未來(lái)的10 a里，人均生態(tài)足跡將會(huì)繼續(xù)上升，人均生態(tài)承載力持續(xù)下降，生態(tài)供需缺口進(jìn)一步擴(kuò)大。

本文在計(jì)算生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時(shí)，在數(shù)據(jù)收集的全面性方面存在一定困難，借鑒以往研究成果本文選擇對(duì)19種產(chǎn)品和4類(lèi)能源項(xiàng)目的消費(fèi)情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，未能全面反映人類(lèi)對(duì)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的影響。另外，由于貿(mào)易調(diào)整會(huì)影響居民的凈消費(fèi)量，在模型計(jì)算時(shí)缺乏產(chǎn)品在省際間流動(dòng)的全面而詳實(shí)的數(shù)據(jù)資料，在計(jì)算區(qū)域生態(tài)數(shù)據(jù)時(shí)可能出現(xiàn)偏差。但本文通過(guò)研究時(shí)間序列生態(tài)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，也能客觀(guān)、科學(xué)地反映區(qū)域資源消耗與供應(yīng)狀況，結(jié)合灰色預(yù)測(cè)模型反映未來(lái)的區(qū)域生態(tài)發(fā)展?fàn)顩r，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)數(shù)據(jù)與動(dòng)態(tài)模擬的有效結(jié)合。

6 建 議

扭轉(zhuǎn)新疆生態(tài)赤字的資源利用不可持續(xù)的發(fā)展現(xiàn)狀，應(yīng)做好以下幾點(diǎn)。

(1)加大對(duì)耕地、林地、牧草地的保護(hù)力度，提高農(nóng)業(yè)用地的產(chǎn)出效率。近10 a多來(lái)，耕地是新疆生態(tài)承載力構(gòu)成的重要組成部分，占比雖有所下降，仍然超過(guò)半數(shù)，資源貢獻(xiàn)率超過(guò)其他土地類(lèi)型。隨著居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和消費(fèi)水平的提高，居民對(duì)肉蛋奶、瓜果蔬菜、報(bào)刊雜志等消費(fèi)品的需求將剛性上升，耕地、林地、草地占據(jù)生態(tài)承載力的絕大部分比例，加強(qiáng)土地資源的保護(hù)，堅(jiān)持開(kāi)發(fā)與維護(hù)并重，提高土地產(chǎn)出效率就是提高土地的資源和能源的供給能力。

(2)有效控制人口增長(zhǎng)是減小人均生態(tài)足跡，加大人均生態(tài)承載力的有效途徑。人口數(shù)量增長(zhǎng)過(guò)快會(huì)提高資源消耗量和廢物排放量，加大環(huán)境承載壓力，造成環(huán)境質(zhì)量下降。因此，在可持續(xù)發(fā)展觀(guān)的指導(dǎo)下，新疆應(yīng)從實(shí)際出發(fā)，嚴(yán)格執(zhí)行計(jì)劃生育政策，鼓勵(lì)晚婚晚育少生優(yōu)生，有效控制人口增長(zhǎng)，促進(jìn)人口與環(huán)境良性發(fā)展。

(3)調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)?；谛陆鷳B(tài)環(huán)境脆弱性考慮，有色金屬和石油化工工業(yè)資源消耗量大、產(chǎn)業(yè)鏈短、附加值不高，對(duì)脆弱生態(tài)環(huán)境影響較大，因此，提倡大力發(fā)展第3產(chǎn)業(yè)，限制過(guò)剩工業(yè)產(chǎn)能的產(chǎn)出，減少化石能源的消費(fèi)比例，通過(guò)技術(shù)改造提高能源利用效率[9]。

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