基于生态足迹与环境库兹涅茨曲线的中国西北部地区生态安全分析

付 伟 赵俊权 杜国祯

(1.兰州大学生命科学学院，甘肃兰州 730000;2.云南农业大学经济管理学院，云南昆明 650201）

发展是人类历史社会永恒的主题，其中人与自然的关系、环境保护与经济发展的复杂辨证关系催生出资源环境的可持续发展，同时从生态、经济、社会等不同角度对其进行延伸研究。其中生态安全评价就是可持续发展研究的一个新领域。美国学者莱斯特·R·布朗(Brown L R）最早在1997年将环境引入安全概念，他认为“目前对安全的威胁，来自国与国之间关系的较少，而来自于自然之间关系的可能较多”［1－2］。我国是在20世纪90年代才开始对生态安全进行研究。周毅［3］在对中国环境生态安全的研究中得出，我国每年环境污染和生态破坏造成的经济损失约占当年国民生产总值的14%。

生态安全评价是一种多学科交叉的实践，随着研究的深入，其在评价方法已由最初定性的简单描述发展为现今定量的精确判断，可归结为数学模型法［4］、生态足迹法［5］、景观模型法［6］、遥感与地理信息系统法［7］4 种。

中国西北部地区是经济欠发达地区，资源相对匮乏，生态安全问题也是其今后发展的关键。甘肃地处黄河上游，青藏高原与黄土高原、内蒙古高原的交汇地，其地理位置的特殊性决定了其生态安全的重要性。本文以甘肃为例，分析中国西北地区的生态安全状况。

1 研究方法

“生态足迹”方法由加拿大生态经济学家 Willam Rees［8］在1992年提出并在1996年由其博士生Wackernagel［9－10］完善。生态足迹又称为生态占用、生态痕迹、生态脚印等，其定义是:任何已知人口(某个人、一个城市或一个国家）的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产面积(包括陆地和水域）［5］。该方法通过计算支持特定区域人类社会所有消费活动所需要的土地(生态足迹）与该区域可提供的生物生产性土地(生态承载力）相比较来判断区域发展的可持续性［11］。生态足迹最大的贡献在于在经济和生态系统之间建立了一种投影关系，将经济系统中不同属性的资源和服务投影成生态系统中标准化的土地面积，并且可以与实际生态系统的标准化土地面积进行比较［5］。生态足迹的概念在1999年引入国内，由徐中民、张志强等［12－13］学者首次利用它开展实证研究。随着研究的深入，生态足迹的应用已遍及世界、国家、地区及各个产业等多个层次。

生态足迹(ecological footprint，EF）是在一定的时间和空间内人类的社会经济活动对自然资源的需求，这种需求以生态生产性土地的面积来衡量。其计算公式为:

式中，EF表示总的生态足迹;Aj表示第j类生物生产性土地的面积;EQj表示均衡因子;EPij表示全球平均的单位j类型土地生产第i种资源的量;Cij表示与j类生态生产性土地对应的i种资源消费量;nj表示与第j类生态生产性土地对应的资源种类。这样就得到了总的生态足迹，再除以人口即得到人均生态足迹。

2 甘肃省2001－2010年生态足迹的计算

根据生态模型的计算方法，对甘肃2001－2010年的生态足迹、生态承载力、生态盈余和万元GDP生态足迹进行实际计算，结果见图1。甘肃的生态足迹计算主要包括生物资源的消费和能源的消费。由于数据的限制，本文没有考虑贸易对甘肃生态足迹的影响。本文采用以往国内的绝大多数研究中普遍采用 Wackernagel［14］1997年最早计算52个国家和地区时采用的均衡因子，即耕地、草地、林地、水域、化石能源用地和建设用地的均衡因子分别为:2.82、0.54、1.14、0.22、1.14、2.82。在计算化石能源用地时，利用 Wackernagel等［9－10］所确定的煤、石油、天然气和水电的全球平均土地产出率分别为55、71、93、1000GJ/hm2，将能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地面积。

图1 甘肃人均生态足迹、人均生态承载力及生态赤字变化图(2001－2010年）

3 结果分析

3.1 10年的变化趋势分析

近10年来，甘肃总量生态足迹平均为6117.486万hm2，人均生态足迹平均为2.383 hm2，人均生态承载力平均为1.119 hm2，人均生态盈余平均为 －1.264 hm2。其中耕地和化石能源用地所占的比例最大，平均占人均生态足迹的46.747%和43.323%;其次是草地和林地，平均分别占人均生态足迹的8.391%和1.084%;水域平均人均生态足迹最低，只有0.168%，这说明受甘肃的地理位置和饮食习惯的影响，对水产品的需求很低。

甘肃的人均生态足迹在过去的10年间从1.89 hm2增长到2.90hm2，呈持续增长态势(见图1）。不同类型生态足迹比例也发生了变化(见图2），其中耕地资源逐渐减少，而化石能源所占比例逐渐增至最大，接近50%，说明甘肃工业化进程中能源消耗大幅增加，经济的发展很大程度上依赖化石能源的消耗，产业结构有待进一步转型和优化;草地生态足迹所占比例也有所增加，从7.316% 增长到9.432%;林地、水域和建设用地生态足迹很少，水域和建设用地更是微乎其微。生态赤字增加较快，甘肃2001年人均生态赤字为 0.422 hm2，2010年就增长为1.759 hm2，是2001年的4倍多，说明甘肃的生态环境处于不安全状态。

图2 甘肃不同生产性资源人均生态足迹变化趋势(2001－2010年）

3.2 结合环境库兹涅茨曲线的资源的利用效益分析

万元GDP生态足迹反映了经济发展与资源利用效率的关系。万元GDP生态足迹大，则表明资源利用效率低，相反，万元GDP生态足迹小，则表明资源利用效率高。过去10年来，甘肃万元GDP生态足迹随着人均GDP的增加而迅速减少(见图3），由2001年的4.537hm2/万元降低到2010年的1.805hm2/万元，由此可以看出，过去10年来甘肃的资源利用效率得到了迅速提高。

发展与资源、生态、环境消耗的关系可能会呈现倒U型曲线关系，可持续发展就是要使发展与资源、环境的关系处于倒U型曲线的右半部［15］，而实现环境的生态安全也应该使环境库兹涅茨曲线尽快平稳向右移动直至出现稳定下降，实现天人和谐的局面，使经济发展的成果成为实现环境生态安全的有力保障，创建资源节约型、环境友好型社会。而实现这一路径的首要任务就是加强科技创新，提高资源利用效率，降低万元GDP生态足迹。

图3 甘肃万元GDP生态足迹、人均GDP和人口变化图(2001－2010年）

4 结论与建议

以甘肃为例，通过生态足迹模型和环境库兹涅茨曲线分析中国西北部地区的生态安全，由于近10年来，甘肃的生态足迹不断增大，远远超出了生态承载力，生态赤字不断增大，说明甘肃的环境处于不安全状态。但万元GDP生态足迹随人均GDP的增加而增大，说明甘肃的资源利用效率不断提高。

虽然环境库兹涅茨曲线说明了在发展与资源环境的普遍关系，为了实现倒“U”型曲线顶点的跨越，经济的发展降低对资源环境的压力，万元GDP生态足迹不断减小，寻找这种变化的原因和动力至关重要。这种变化主要来源于内生动力、外生动力和辅助动力三个方面。内生动力主要指人们发展观的变化和消费观的变化;外生动力主要包括技术进步和制度创新;辅助动力指人口增长率的减缓(见图3）。

中国西北部地区的生态安全问题应在此基础上建立起资源、环境和可持续发展的预警机制，即驱动力(driving forces）→资源环境压力(press）→环境质量(environmental quality）→响应(response），简称为 DPER机制(见图4）。内生动力、外生动力和辅助动力都归结为驱动力，一种推动着工农业生产、城市建设和旅游交通运输等领域的发展动力，对环境保护有利的驱动力为正向驱动力，反之为负驱动力，两者之间的博弈将直接或间接地导致资源环境压力的增减，从而影响环境质量，如果环境恶化，人类的生产环境受到影响，会迫使社会对上述因素的变化作出判断并出台相应的政策手段。但我们不能再受到负面影响时才作出反应，而是对影响驱动力的各个因素及时作出判断和响应，通过调整发展观念和消费观念、发明新技术、寻找替代资源、完善生态补偿机制、控制人口增长等措施减轻资源环境压力。

图4 DPER机制图

经济发展资源环境呈现倒U型的发展规律，但这并不表明我们可以先发展经济，再治理环境。在经济发展的同时，要真正地实现资源节约和环境友好。要实现中国西北地区的生态安全就应将DPER机制贯穿于经济发展之中，注重其内生、外生和辅助动力，人口的压力减轻能缓解人类对资源环境的压力，技术的进步和制度的创新可以提高资源的利用效率，而发展观和消费观的转变则规定了技术进步的方向。

［1］莱斯特·R·布朗.建设一个持续发展的社会［M］.北京:科学技术文献出版社，1984.

［2］孙儒泳主编.生态学进展［M］.北京:高等教育出版社，2008.

［3］周毅.中国生态环境安全［J］.青岛科技大学学报:社会科学版，2003，68(2）:1 －5.

［4］Norton S B，Rodier D J，Gentile J H，et al.A framework for ecological risk assessment at the EPA［J］.Environ Toxic Chemi，1992，11:1663－1672.

［5］潘玉君、袁斌.区域生态安全与经济发展的空间结构(上册）［M］.北京:科学出版社，2010.

［6］王志强，张柏，于磊，等.吉林西部土地利用/覆被变化与湿地生态安全响应［J］.干旱区研究，23(3）:419－426.

［7］陈星，周成虎.生态安全:国内外研究综述［J］.地理科学进展，2005，24(6）:8 －24.

［8］Rees W E.Ecological Footprint and Appropriated Carrying Capacity:What Urban Economics Leaves Out［J］.Environment and Urbanization，1992，4(2）:121－130.

［9］Wackernage L M，Rees W E.Our Ecological Footprint:Reducing Human Impact on the Earth［M］.Gabriola Island:New Society Publishers，1996.

［10］Wackernage L M，OnistoL，Bello P，et al.National Natural Capital Accounting with the Ecological Footprint Concept［J］.Ecological E-conomics，1999，29:375 －390.

［11］刘宇辉，彭希哲.中国历年生态足迹计算与发展可持续性评估［J］.生态学报，2004，24(10）:2257－2262.

［12］徐中民，张志强，程国栋.甘肃省1998年生态足迹计算与分析［J］.地理学报，2000，55(5）:607－616.

［13］张志强，徐中民，程国栋，等.中国西部12省(区市）的生态足迹［J］.地理学报，2001，56(5）:599－600.

［14］Wackernage L M，Onisto L，Bello P，et al.Ecological Footprints of Nations［M］.Commissioned by the Earth Council for the Rio+5 Forum.International Council for Local Environmental Initiatives，Toronto.1997.

［15］中国21世纪议程管理中心可持续发展战略研究组著.发展的基础—中国可持续发展的资源、生态基础评价［M］.北京:社会科学文献出版社，2004.