文章信息
- 熊传合, 杨德刚, 张新焕, 唐宏
- XIONG Chuanhe, YANG Degang, ZHANG Xinhuan, TANG Hong
- 新疆生态经济系统可持续发展空间格局
- Research on the spatial patterns of ecological and economic sustainable development capacities in the Xinjiang Region
- 生态学报, 2015, 35(10): 3428-3436
- Acta Ecologica Sinica, 2015, 35(10): 3428-3436
- http://dx.doi.org/10.5846/stxb201312303070
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文章历史
- 收稿日期:2013-12-30
- 修订日期:2014-11-15
2. 中国科学院大学, 北京 100049;
3. 四川农业大学经济管理学院, 成都 611130
2. University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China;
3. College of Economics and Management, Sichuan Agricultural University, Chengdu 611130, China
新疆属于大陆性干旱气候,是我国干旱区的主体,干旱是最大的特征,属典型的山地-绿洲-荒漠生态系统,生态系统脆弱。绿洲是受干旱区自然和人文因素双重影响的自然生态系统,比一般生态系统更脆弱,破坏后不易恢复。新疆绿洲面积小,仅占总面积的8.6%[1],且被荒漠、戈壁包围、分割,使得生态系统不稳定性系数增大,但绿洲上集聚了全疆90%以上的人口,人类活动剧烈,绿洲承受的环境压力越来越大,对可持续发展的要求越来与迫切。研究可持续发展的方式有多种,但是生态足迹模型是非常有效且应用广泛,并被普遍认可的方法。生态足迹分析方法是加拿大生态经济学家William Rees和Wackernagel最早提出的一种可持续发展的生物物理评价方法。通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响,测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距,在地区、国家和全球等不同尺度上比较人类对自然的消费量与自然资源的承载量,判定地区、国家或全球的可持续发展状况[2, 3]。
生态足迹方法自提出以来,因其指标指示意义明确、评价结果全球可比性强以及模型简便、可操作性强、资料易获取等优点而被广泛应用于区域可持续发展的生态评估。国内外学者研究主要集中于选择一个时间点对区域可持续发展状态进行评估[4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11]、从时间序列上反映研究区域生态经济可持续性发展的变化趋势[12, 13, 14, 15, 16]、选择一个时间点对区域可持续发展进行空间差异的分析[17, 18, 19],而较少从区域生态可持续空间格局演变及人类活动对生态系统的影响上对一个区域生态足迹变化进行分析,这导致评估结果难以真实反映研究区域生态经济可持续性发展的内部差异与变化趋势。本文采用生态足迹模型,分析了新疆1995、2000、2005、2010年生态经济系统可持续发展的空间格局演变,弥补了单纯横向纵向研究的不足,然后结合生态足迹多样性、生态经济系统发展能力和万元GDP生态足迹等指标,分析了社会经济活动对新疆省域生态持续发展能力的影响,揭示了新疆生态经济存在的问题,并提出了建议和对策,为制定各种规划、计划提供依据。
1 研究方法与数据来源 1.1 研究方法 1.1.1 生态足迹生态足迹是指生产一定人口所消费的资源和吸纳这些人口消费产生的废弃物所需要的生态生产性土地的总面积[2]。生态足迹的计算公式为:
式中,EF为区域总的生态足迹,ef为区域人均生态足迹,N为区域人口数量,i为消费资源的类别,ai为根据世界第i种消费资源平均产量折算的人均占有生态生产性土地,ci为第i种消费资源人均消费量,pi为生态生产性土地生产第i种消费资源的世界平均产量,rj为第j种生物生产性土地的均衡因子。
1.1.2 生态承载力生态承载力即是区域内部的生物生产性土地数量,计算公式为:
式中,EC为区域总的实际生态承载量,ec为区域实际人均生态承载量,N为区域人口数量,j为生态生产性土地的类别,Aj为第j种生态生产性土地的人均面积,rj为第j种生态生产性土地的均衡因子,yj为第j种生态生产性土地的产量因子。
最后,参照世界环境与发展委员会(WCED)的报告《我们共同的未来》,扣除12%的生物生产性土地面积用于保护生物多样性,得到实际可利用的人均生态承载力。
1.1.3 生态盈余/赤字与生态压力指数生态盈余/赤字是指某区域的生态承载力与生态足迹的差值;生态压力指数是指某区域的生态足迹与生物承载力的比值[19],来综合考虑该地区的生态安全状况。公式如下:
式中,ER(ED)为总的生态盈余/赤字,er(ed)为某区域的人均生态盈余/赤字;t为区域的生态压力指数;BC为该区域的总的生态承载力(扣除12%以保留生物多样性),bc为该区域的人均生态承载力(扣除12%以保留生物多样性);ef为该区域的人均生态足迹。
1.1.4 生态经济系统发展能力指标生态经济系统发展能力指标有3个。
(1)生态足迹多样性指数H
它以不同土地类型的面积作为测算生态经济系统多样性的指标。若生态经济系统中生态足迹的分配越近平等,系统组分的生态经济系统多样性越高,系统就越稳定。采用Shannon-Weaver的生态多样性公式[20]。
式中,H为生态足迹多样性指数;Pj为j类土地的生态足迹在总生态足迹中所占的比例。
(2)生态经济系统发展能力C
它可由生态足迹乘以从系统组织角度推导的生态足迹多样性指数得到。按Ulanowicz的公式,发展能力公式可以如下表述[7]:
式中,C为生态经济系统发展能力;ef为国家或地区的人均生态足迹;H为生态足迹多样性指数。
(3)万元GDP生态足迹指标W
显然万元GDP的足迹需求越大,则反映资源的利用效益就越低;反之,则资源利用效益越高。计算公式如下:
式中,W为万元GDP生态足迹;A为区域当年GDP;EF为区域生态足迹。
1.1.5 生态足迹计算参数选取在计算生态足迹和生态承载力过程中,参数的选取是影响计算结果的关键。均衡因子采用全球一致因子[4],耕地和建设用地均为2.19,林地为1.38,草地为0.48,水域为0.36,化石能源用地取1.14。产量因子则采用1997年Wackernagel等对中国生态足迹计算时的取值。耕地、建设用地取1.66,森林取0.91,草地取0.19,水域取1.0,化石能源用地为0。
1.2 数据来源及处理本研究原始数据主要来自1996、2001、2006、2011年《新疆统计年鉴》,新疆各地州市1996、2001、2006、2011年统计年鉴和世界粮农组织(FAO)网上数据库的资料。
根据生态足迹计算方法和新疆实际状况,收集了生物资源消费和能源消费两大类数据。生物资源消费分为农产品、动物产品、林产品和水产品四大类,包括20个指标。能源消费根据新疆自治区实际情况和统计资料可获性,考虑原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、天然气和电力共9个指标,计算时以世界单位化石能源土地面积的平均发热量为标准,将新疆能源消费所消耗的热量折算成一定化石能源土地,将电力消费转化为建设用地。新疆生态承载力的计算包括耕地、牧草地、林地、水域、建设用地等。
2 计算结果与分析 2.1 新疆生态可持续发展空间格局分析借鉴按照生态压力指数和生态盈余/赤字大小划分生态压力区域的方法[18],也为了突出现在新疆生态可持续发展空间格局,同时又能很好地展现1995—2010年新疆生态可持续发展空间格局的演变过程,文章选择2010年生态压力指数和生态盈余/赤字为基准,制定生态压力评定标准(表 1)。
类型 Type |
生态压力指数t Ecological pressure index |
生态盈余/赤字er Ecological deficit |
生态盈余区Ecological surplus area | t<1 | er>0 |
低生态压力区Low ecological pressure areas | 1<t<2 | -1<er<0 |
中生态压力区Middle ecological pressure areas | 2<t<4 | -4<er<-1 |
高生态压力区High ecological pressure areas | t>4 | er<-4 |
运用生态足迹模型和生态压力区分区标准,评估了新疆的生态可持续发展能力,结果显示:1995—2010年间,新疆生态足迹呈现递增趋势,生态足迹由1995年的2.1101 hm2/人上升到2010年的4.2226 hm2/人,而生态承载力基本保持不变,造成生态赤字逐年增大,由1995年的0.3702 hm2/人增大到2010年的2.5395 hm2/人,增长了近7倍,生态压力指数由1995年的1.21增加到2010年的2.51,由低生态压力区转变为中生态压力区。表明新疆生态恶化,生态环境不可持续性增强。这源于(1)经济发展迅速,城镇化水平显著提高;(2)居民消费水平明显提高,消费结构有所变化;(3)工业规模扩大,资源和能源消费剧增,综合能源利用效益发生变化;(4)产业、工业结构发生调整变化;(5)人口快速增长等等。
2.1.2 空间格局:区域差异逐渐增大,生态赤字区域逐渐增多且有逐渐增大趋势运用生态足迹模型和生态压力区分区标准,分析了新疆各地州市典型时段(1995年、2000年、2005年和2010年)的生态环境可持续发展能力,结果(图 1)表明:1995—2010年间,生态盈余区由1995年的10个减少到2010年的2个,只剩下阿勒泰地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州,生态赤字区1995年的5个增加到2010年的13个且生态赤字逐渐增大,特别是乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市,一直处于高生态压力区。
(1)1995年新疆生态盈余区有10个,分别是哈密地区、伊犁直属县市、塔城地区、阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州、巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什地区、和田地区;低生态压力区有2个,分别是吐鲁番地区和昌吉回族自治州;无中生态压力区;高生态压力区有3个,分别是乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市。这个时期除乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市外,其他各地州市生态环境可持续性良好。
(2)2000年的可持续发展状况与1995年基本保持一致,不过伊犁直属县市由生态盈余区转变为低生态压力区,吐鲁番地区由低生态压力区转变为中生态压力区,这个时期除乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市外,其他各地州市生态环境可持续性依然良好。
(3)2005年可持续发展状况发生了很大的变化,生态盈余区由9个减为4个,塔城地区、博尔塔拉蒙古自治州、巴音郭楞蒙古自治州、阿克苏地区、喀什地区转变为低生态压力区,昌吉回族自治州由低生态压力区转变为中生态压力区,吐鲁番地区由中生态压力区转变为高生态压力区,乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市依然处于高生态压力区。这个时期除哈密、阿勒泰、克孜勒苏柯尔克孜自治州、和田外,其他各地州市生态环境不可持续性增强。
(4)2010年可持续发展状况进一步发生变化,生态盈余区减少到2个,只剩下阿勒泰地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州且生态盈余量接近于0,和田地区有生态盈余区转变为低生态压力区,哈密地区直接由生态盈余区转变为中生态压力区,伊犁直属县市、阿克苏地区、喀什地区由低生态压力区转变为中生态压力区,昌吉回族自治州由中生态压力区转变为高生态压力区。至此,生态盈余区有2个,分别是阿勒泰地区和克孜勒苏柯尔克孜自治州;低生态压力区4个,分别是塔城地区、博尔塔拉蒙古自治州、巴音郭楞蒙古自治州和和田地区;中生态压力区4个,分别是哈密地区、伊犁直属县市、阿克苏地区和喀什地区;高生态压力区5个,分别是乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、吐鲁番地区和昌吉回族自治州。这个时期除阿勒泰、克孜勒苏柯尔克孜自治州外,其他各地州市生态环境不可持续性进一步增强。
综上所述,新疆各地州市1995—2010年间区域差异逐渐增大,生态赤字区逐渐增多,生态压力指数逐渐增大,生态环境不可持续性逐渐增强。新疆一直处于高生态压力区的是乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市,主要是因为它们经济发展水平和城市化水平高,生物资源、能源消费量大,受发展基础、资源等因子驱动;喀什地区和伊犁直属县市受国家政策因子驱动,生态压力逐渐变大。2000年后,各地州市可持续发展状况发生巨大的变化,主要是因为生态足迹的快速增长,生态承载力基本不变,导致生态压力指数增大,生态赤字增加,归根源于西部大开发战略的成效显著,新疆各地州市经济发展和人口快速增长,生物资源能源消费量增多。
2.2 新疆生态经济系统可持续发展空间格局分析充分考虑生态环境可持续性、资源利用效率和突出现在新疆生态经济系统发展的空间格局同时又能很好地展现1995—2010年新疆生态经济系统发展空间格局的演变过程,本文以2010年生态经济系统发展能力指数和万元GDP生态足迹为基准将各地州市划分为九个区域:低生态经济发展能力和资源利用区块(低-低)、低生态经济发展能力中效资源利用区块(低-中)、低生态经济发展能力高效资源利用区块(低-高)、中等生态经济发展能力低效资源利用区块(中-低)、中等生态经济发展能力和资源利用区块(中-中)、中等生态经济发展能力高效资源利用区块(中-高)、高生态经济发展能力低效资源利用区块(高-低)、高生态经济发展能力中效资源利用区块(高-中)、高生态经济发展能力高效资源利用区块(高-高),具体划分标准如表 2。
类型 Type |
生态经济系统发展能力指数C Ecological economic system development capacity index |
万元GDP 生态足迹W Per capita of ecological capacity |
低-低Low-low areas | C<3 | W>3 |
低-中 Low-middle areas | C<3 | 1.5<W<3 |
低-高Low-high areas | C<3 | W<1.5 |
中-低Middle-low areas | 3<C<5 | W>3 |
中-中Middle-middle areas | 3<C<5 | 1.5<W<3 |
中-高Middle-high areas | 3<C<5 | W<1.5 |
高-低High-low areas | C>5 | W>3 |
高-中 High-middle areas | C>5 | 1.5<W<3 |
高-高High-high areas | C>5 | W<1.5 |
1995—2010年间,全疆的生态经济系统发展能力指数由2.88增加到4.57,生态经济系统发展能力显著提高,但是生态系统多样性指数呈缓慢下降趋势,新疆生态经济系统可持续发展力的提升主要是生态足迹的上升,因此,生态经济系统可持续性的驱动因子是与生态可持续的驱动因子是一致的;万元GDP生态足迹由4.1983 hm2降到1.6942 hm2,资源利用效率也有明显的提高。提高资源利用效率是减小生态赤字的有效手段,新疆是一个资源大省,并且生态赤字有进一步加大的趋势,因此提高能源利用效率势在必行。
2.2.2 空间格局:生态经济系统发展能力和资源利用效率的区域差异变大运用生态足迹模型和生态经济系统分区标准,分析了新疆各地州市典型时段(1995年、2000年、2005年和2010年)的生态经济系统可持续发展能力(图 2)。
(1)1995年,新疆低-低区有9个,分别是克拉玛依市、哈密地区、伊犁直属县市、阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州、克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什、和田和石河子市,低-中区2个,分别是乌鲁木齐市和阿克苏地区,低-高区1个,是吐鲁番地区,中-低区2个,分别是塔城地区、昌吉回族自治州,中-中区1个,是巴音郭楞蒙古自治州,这一时期新疆生态经系统发展能力低、资源利用效率低。
(2)2000年,克拉玛依市和哈密地区由低-低区转变为低-中区,阿勒泰地区、博尔塔拉蒙古自治州和石河子市由低-低区转变为中-低区,塔城地区由中-低区转变为中-中区,昌吉回族自治州由中-低区组转变为高-低区,巴音郭楞蒙古自治州由中-中区转变为中-高区,其他地区未变,这一时期新疆生态经济系统发展能力和资源利用效率有了提高。
(3)2005年,伊犁直属县市由低-低区转变为中-低区,乌鲁木齐市由低-中区转变为低-高区,阿克苏地区由低-中区转变为中-低区,博尔塔拉蒙古自治州和石河子市由中-低区转变为中-中区,塔城地区由中-中区转变为高-中区,巴音郭楞蒙古自治州由中-高区转变为高-高区,这一时期新疆生态经济系统发展能力和资源利用效率有了进一步提高。
(4)2010年,克拉玛依市由低-中区转变为中-高区,哈密地区由低-中区转变为中-中区,吐鲁番地区由低-高区转变为中-中区,阿勒泰地区由中-低区转变为中-中区,博尔塔拉蒙古自治州由中-中区转变为中-高区,石河子市由中-中区转变为高-高区,塔城地区由高-中区转变为高-高区。至此,低-低区有3个,分别为克孜勒苏柯尔克孜自治州、喀什、和田,低-高区1个,为乌鲁木齐市,中-低区2个,分别是伊犁直属县市、阿克苏地区,中-中区3个,分别为哈密地区、吐鲁番地区和阿勒泰地区,中-高区2个,分别为克拉玛依市和博尔塔拉蒙古自治州,高-低区1个,为昌吉回族自治州,高-高区3个,分别为塔城地区、巴音郭楞蒙古自治州和石河子市。这一时期新疆生态经济系统发展能力和资源利用效率显著提高。
综上所述,1995—2010年间,新疆各地州市生态经济系统发展能力和资源利用效率的区域差异变大,同时各地州市有了显著提高。各地州市呈现了较强的空间差异性,其原因是各地的资源禀赋和社会经济基础的不同。
3 结论运用生态足迹模型、生态压力区分区标准和生态经济系统分区标准分析了1995—2010年新疆各地州市生态可持续性和生态经济系统可持续性的时空演变过程。结果表明:
(1)1995—2010年间,新疆生态足迹呈现递增趋势,生态足迹由1995年的2.1101 hm2/人上升到2010年的4.2226 hm2/人,而生态承载力基本保持不变,造成生态赤字逐年增大,由1995年的0.3702 hm2/人增大到2010年的2.5395 hm2/人,增长了近7倍,生态压力指数由1995年的1.21增加到2010年的2.51,由低生态压力区转变为中生态压力区。表明新疆生态恶化,生态环境不可持续性增强。
(2)新疆各地州市1995—2010年间区域差异逐渐增大,生态赤字区逐渐增多,生态压力指数逐渐增大,生态环境不可持续性逐渐增强。新疆一直处于高生态压力区的是乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市,主要是因为它们经济发展水平和城市化水平高,生物资源、能源消费量大。2000年后,各地州市可持续发展状况发生巨大的变化,主要是因为生态足迹的快速增长,生态承载力基本不变,导致生态压力指数增大,生态赤字增加,归根源于西部大开发战略的成效显著,新疆各地州市经济发展和人口快速增长,生物资源能源消费量增多。
(3)1995—2010年间,全疆的生态经济系统发展能力指数由2.88增加到4.57,生态经济系统发展能力显著提高,但是生态系统多样性指数呈缓慢下降趋势,新疆生态经济系统可持续发展力的提升主要是生态足迹的上升;万元GDP生态足迹由4.1983 hm2降到1.6942 hm2,资源利用效率也有明显的提高。提高资源利用效率是减小生态赤字的有效手段,新疆是一个资源大省,并且生态赤字有进一步加大的趋势,因此提高能源利用效率势在必行。
(4)1995—2010年间,新疆各地州市生态经济系统发展能力和资源利用效率有了显著提高,但是区域差异变大。各地州市呈现了较强的空间差异性,其原因是各地的资源禀赋和社会经济状况的不同。
(5)综上所述,新疆生态恶化、生态环境不可持续性增强、各地州市生态中高压区增多的原因是生态足迹的快速增长,同时,新疆及各地州市生态经济系统发展力的提升主要是生态足迹的上升,这就要求加大政府财政投入,引进新技术,提高资源利用效率,确保生态经济系统的持续发展。
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