新疆经济可持续发展的动态演进分析——基于生态足迹模型

张 娜，牛翠萍

（石河子大学 经济与管理学院，新疆 石河子 832003）

URI：http://kns.cnki.net/kcms/detail/65.1210.C.20171213.1125.026.html

【新疆区域发展】

新疆经济可持续发展的动态演进分析
——基于生态足迹模型

张 娜，牛翠萍

（石河子大学 经济与管理学院，新疆 石河子 832003）

新疆经济可持续发展的测度是新疆资源开发利用及其经济研究领域的重要内容。利用生态足迹模型计算新疆2005—2015年的人均生态足迹、人均可利用生态承载力和人均生态赤字及万元GDP生态足迹强度，并用非参数局部多项式回归估计对经济可持续发展的动态演进进行分析。结果表明：新疆的生态足迹不断增大，生态承载力逐年降低，生态赤字越来越严重，生态状况并不乐观，经济发展的可持续性面临严峻挑战。基于此，该文提出了优化产业结构、开发新能源、提高全要素生产率及能源生态效率以降低生态足迹、保护并恢复生态承载力的对策建议，以促进新疆经济的可持续发展。

新疆经济可持续发展；生态赤字；生态足迹模型；局部多项式回归估计

F127

A

1671-0304(2017)06-0011-08

2017-05-06

时间］2017-12-13 13:24

国家自然科学基金项目“新一轮对口援疆政策效率测度及其提升路径研究”(71363046)；教育部人文社科项目“新一轮对口援疆政策效率测度及其影响因素研究”(13YJC790198)。

张娜,女,河北石家庄人,石河子大学经济与管理学院副教授，博士,硕士生导师，主要从事区域经济学研究。

Analysis on the Dynamic Evolution of the Sustainable Development of Economy in Xinjiang——Based on Ecological Footprint Model

ZHANG Na,NIU Cui-ping
（Collge of Economy and Management,Shihezi University,Shihezi 832003,Xinjiang,China）

The measure of sustainable economic development of Xinjiang is an important content in the research fields of resource exploitation and regional economy.This study aims to calculate the per capita ecological footprint,the per capita available ecological carrying capacity,and the per capita ecological deficit and million yuan GDP ecological footprint intensity in Xinjiang from 2005 to 2014 by using ecological footprint model,and to analyze the dynamic evolution characteristics of economic sustainable development by the use of non parametric local polynomial regression estimation.The results show that the ecological footprint of Xinjiang is increasing,the ecological carrying capacity is decreasing year by year,the ecological deficit is becoming more and more serious,the ecological situation is not optimistic,and the sustainability of economic development is facing severe challenges.Based on these,in order to promote the sustainable development of economy in Xinjiang,some countermeasures and suggestions are put forward to optimize the industrial structure,to develop new energy,and to improve the total factor productivity and energy efficiency,which can not only reduce the ecological footprint,but also protect and restore the ecological carrying capacity.

sustainable development of economy in Xinjiang；ecological deficit；ecological footprint model；local polynomial regression estimation

随着我国现代化与城镇化水平的不断提高，社会经济高速发展的同时也导致生态环境不同程度失衡，经济发展与生态保护的矛盾逐步显现[1]。十八届五中全会提出了五大发展理念，其中“协调发展”新理念，就是强调推动区域协调发展，塑造要素有序自由流动、主体功能约束有效、基本公共服务均等、资源环境可承载的区域协调发展新格局。经济发展的可持续性由此得到密切关注。习近平在十九大报告中提出了实施区域协调发展战略，强调加快边疆发展，确保边疆巩固、边疆安全。对于生态环境十分脆弱的干旱区，将经济与生态建立在协调、和谐、共生的环境下更为迫切。因此，对干旱区经济可持续发展的深入研究有着非常重要的实践意义。

早在20世纪90年代，一些经济发展可持续性的评估指标和研究方法逐渐被研究者提出，如绿色GDP、可持续发展晴雨表、真实发展指标（GPI）[2]、耦合协调度[3]等。其中，最具代表性的是由Wackernagel和William Rees提出的生态足迹模型[4]。生态足迹模型因其计算简单、评价结果全球可比性强和数据易得的优点而被许多学者广泛研究，并应用于不同国家和地区经济发展的可持续性分析[5]。目前相关文献的内容侧重于理论研究和实证分析两方面。在理论研究方面，具有代表性的成果有:陈薇对生态足迹模型进行了改进，结果表明该模型在定量化评价循环经济的发展方面是有效的[6]；周涛等则主要对近几年生态足迹模型在多方面的修正及其方法改善进行了研究，并对模型未来的研究方向作了预测[7]；在实证分析方面，学者们的研究视角逐步由静态评估转变为动态分析[2][5][8-11],其中对本文有借鉴意义的国内外文献有：Wackernagel等对奥地利、菲律宾和韩国1961—1999年间生态足迹的演变规律进行了时序分析[8]；我国许多学者基于生态足迹模型分别对不同省市经济可持续发展的能力变化进行了分析，其中具有代表性的学者有杨璐迪[9]、韩韦笑[10]和薛若晗[11]等。近年来，生态足迹模型又逐步向微观方面发展，其中研究较热的有水足迹、碳足迹和能源足迹等模型[12]。

可见，生态足迹模型近年来一直受到国内外学者的重视与研究，取得了大量有价值的成果。其中，丰富的理论成果对本文生态足迹模型选择的科学性和合理性给予充分的支撑；而大量的实证成果为本文提供参考的同时，也显现出单一使用生态足迹模型对小样本进行动态分析时具有不确定性。因此，本文在生态足迹模型的基础上结合局部多项式回归估计法，以新疆为典型代表，对干旱区2005—2015年经济可持续发展的动态演进进行评价。一方面弥补了目前文献中单一使用生态足迹模型研究经济可持续发展动态趋势变化存在的片面性，另一方面与非参数估计法的结合应用提高了小样本数据测度的准确性。

一、研究区概况与数据来源

新疆位于中国西北边陲，介于东经73°40′～96°23′和北纬 34°25′～49°10′之间，是我国向西开放的重要门户，也是中西南亚经济圈的重心区和“一带一路”建设的核心区[5]，其经济的发展对边疆建设具有重要的作用。新疆所占面积是中国陆地总面积的1/6，地理概况为“三山夹两盆”，四周高山环绕，远离海洋，是典型的绿洲经济，干旱少雨，沙漠、山地与戈壁所占面积较大，尤其沙漠面积几乎占中国沙漠面积的60%，约43.04万平方公里。绿洲面积由1950年的4.3%增长到2015年的 9.7%[5]，生态环境还是十分脆弱。可见，新疆经济的较快增长和人口的增加给绿洲生态经济系统的可持续发展带来不小的压力，而这正是所有干旱区面临的严峻形势。故本文以新疆为例，研究干旱区经济可持续发展的动态演进具有可行性和代表性。

本文选取的研究时间段为2005—2015年，数据来源主要为《中国统计年鉴》《新疆统计年鉴》和新疆维吾尔自治区人民政府办公厅编著的《新疆维吾尔自治区概况》。

二、模型的基本理论与方法

（一）基本内涵

William Rees和Wackernagel在1992年第一次使用了“生态足迹”这个概念，1996年之后，他们将此概念解释为“用生物生产性土地面积来测度一个确定人口或经济规模的资源消费或消纳废弃物吸收水平的账户工具”[4]。该模型先将某一区域的资源消费量和废弃物排放量转化为这些活动所需占用的生物生产性土地面积，然后与当地所提供的生态承载力相比较，进而分析这个国家或地区经济发展的可持续性[12]。

生物生产性土地，为拥有生态生产能力的土地或水体[4]。一般将地球表面的生物生产性土地分为六类：耕地、草地、林地、水域、建筑用地、化石能源地[13]。其中，化石能源地指用来吸纳化石燃料燃烧产生CO2等废气的生物生产性土地[2]。生态承载力，指某国家或地区可给予人类的全部生物生产性土地的总面积[4]。如果一个国家或地区的生态足迹在生态承载力范围内，为“生态盈余”；反之，为“生态赤字”，反映了该地区的人口负荷已超出了生态系统的承载力，严重影响经济的可持续发展。

（二）基本假定

生态足迹模型的求解主要基于以下基本假定:（1）新疆已知人口的大部分资源消费量和废弃物的产生量是可以确定的，它们能够转换成相应的生物生产性土地面积；（2）生态系统总的供给力和总的需求可直接比较。这些假定的事实基础为：任何一个国家或地区的生态足迹均为该国或该区所有人口消耗的资源，和可以吸纳人们产生的废弃物所需要的生物生产性面积，包括陆地及水域面积。但是由于新疆大部分陆地面积为生产力极低的荒漠和沙漠，故新疆的生物生产性土地的陆地面积不包括荒漠和沙漠面积。生态足迹被广大学者认为具有强操作性和普遍适用性，故而将其使用于各个不同国家和地区以衡量经济的可持续发展水平。

（三）模型的分析方法

1.生态足迹需求的分析

生态足迹的计算公式如下:

式中：EF为区域总的生态足迹需求；N为区域总人口数量；ef为区域人均生态足迹需求；rj为第j类土地的均衡因子；Ai为第i种资源经过折算的生物生产性土地面积，即第i种资源人均生态足迹；Pi为第i种资源的年生产量；Ii为第i种资源的年进口量；Ei为第i种资源的年出口量；Yi为第 i种资源的年全球平均生产量[14]。

不同类型的生物生产性土地具有不同的生物生产力,因此要进行加总首先将它们转化成具有相同生产力的土地面积。均衡因子可使生产力不同的土地转化为生产力相同的土地[5]。所以，获得的各类生物生产性土地面积和各自的均衡因子相乘后就可加总得到总的生态足迹需求。

2.生态承载力的分析

生态承载力的计算公式如下:

式中：EC为总的生态承载力；N为总的人口数量；ec为人均生态承载力；aj为第j类土地人均生物生产性面积；rj为第j类土地的均衡因子；Yj为第j类土地的产量因子[8]。

各个国家和地区的条件差异较大,同类型的生物生产性土地单位面积上的生产力也相差很多[2]。因此,将各个地区的生物生产性土地面积和相应的产量因子与均衡因子相乘，便可对不同区域的可用生产性土地面积进行加总。其中，产量因子是指某一地域某一类生产性土地平均生产力与该类土地的全球平均生产力的比值。

3.生态赤字与生态盈余的分析

按照世界环境与发展委员会的规定，区域总的生态承载力需减去12%的面积来保护生物多样性[16]。故生态赤字的计算公式为:

式中：ED为区域总的生态赤字或生态盈余；ed为区域人均生态赤字或生态盈余。利用式（5）确定某一区域总可利用生态承载力和总生态足迹需求的大小关系，当差值为负，则处于生态赤字，反之为盈余。

三、新疆经济可持续发展动态分析

（一）新疆生态足迹需求的分析

1.各消费项目消费量的计算

生态足迹模型中消费项目一般可分为生物资源消费账户、能源资源消费账户和贸易调整部分账户三大类[2]。首先计算新疆第i种消费品2005—2015年各年消费总量Ci，公式如下[6]：

由于中国的贸易调整对生态足迹的影响仅为总生态足迹的1.6%[19]，可忽略不计。则第i种消费品的年人均消费量ci的计算公式，即可表示为：

式中，N为2005—2015年各年末人口总数。

2.各消费品人均足迹的分析

基于联合国粮食及农业组织于1993年计算的各类生物性资源的全球平均产量[9]，生物资源消费账户中消费品的人均足迹的计算过程为：将式（8）中计算出的第i种消费品的年人均消费量ci与该种消费品的全球平均产量Yi相比，得到第i种消费品的人均足迹Ai。计算公式如下

能源资源消费账户中各种能源生态足迹的求解可把各消耗量转化为建筑用地与化石能源地的面积。求解过程为：首先将各种能源的年总消费量和由Wackernagel确定的相应的折算系数相乘，即将各能源的单位转化为GJ；然后，计算出新疆各年各种能源的人均消费量；最后，人均消费量和相应的全球平均能源足迹的比值，即为能源消费账户中各种能源的人均生态足迹。计算公式如下：

式中，N表示能源资源消费项目中的第n种消费品，Bn表示第n种消费品的人均消费足迹，an表示第n种消费品的折算系数，cn表示第n种消费品的年消费总量，en是指第n种消费品的全球平均能源足迹。

3.总生态足迹的分析

根据式（9）和式（10）的计算结果可知各种消费品的人均生态足迹，因此将属于同类生物生产性土地的消费品的人均生态足迹加总，可以分别得到六大类土地的总的人均生态足迹。将这六大类生产性土地的人均面积与相应的均衡因子相乘，则不同类型的生物生产性土地面积之间即可进行比较与加总，其中各类土地的均衡因子取值于全球一致因子，具体数据来源于文献[5]。均衡化处理后的新疆2005—2015年的六大类生物生产性土地的人均生态足迹结果见表1。

表1 新疆2005—2015年的人均生态足迹汇总表 单位：公顷

由表1可知，不同年份、不同生产性土地的人均生态足迹不同，且总体均呈增加趋势。2005年人均生态足迹最大的为耕地，且增速极快，短短9年的时间就由1.67公顷增到2.40公顷，增长了约43.71%。可见，新疆农业活动的过度频繁已给本地生态经济系统造成较大压力。其次为化石能源地，2005年人均生态足迹约为1.32公顷，但很快在2010年就超过了原本生态足迹最高的耕地，成为占总人均生态足迹比例最大的生产性土地。这充分说明新疆的能源消耗量较大，即新疆的工业生产活动对生态足迹的需求较大。另外，草地的生态足迹变化呈现出先减后增的趋势，由2005年的1.18公顷逐渐减少到2009年的0.90公顷，之后却又逐渐增加到1.06公顷，分析原始数据不难发现这一转折性变化主要与羊、牛肉和羊毛的产量增减有关。这表明新疆2005—2009年放牧量逐渐减少，2009—2015年放牧量的增加又导致草地生态足迹的增大。

（二）新疆生态承载力分析

根据新疆各年末总人口和各类生物生产性土地总面积，可分别计算得出各类土地的人均面积。将计算所得六类土地的人均面积分别与各自的均衡因子和产量因子相乘，即可加总为新疆总的人均生态承载力，其中六类土地产量因子的取值来源于Wackernagel等计算中国的生态足迹时所用的值[5]。新疆2005—2015年人均可利用生态承载力的结果见表2。

表2 新疆2005—2015年人均可利用生态承载力汇总表 单位：公顷

由表2可知，新疆2005—2015年各类土地的人均可利用生态承载力正在逐年下降。2015年可利用总人均生态承载力为1.42公顷，即2015年新疆可供每一位居民消费的生物生产性土地仅仅为1.42公顷。2005—2015年六类生物生产性土地的生态承载力由大到小的顺序相同，依次为：耕地、林地、建筑用地、草地、水域、化石能源地。其中，耕地的人均生态承载力最大，2015年所占比例已超过51.41%；由于新疆森林覆盖率仅为4.24%，故林地和草地的生态承载力都比较小，2015年所占比例分别为19.01%与14.08%；人口的逐渐增加和房地产业的快速发展使得建筑用地的人均生态承载力逐年减小；水域的人均生态承载力很小并呈现出越来越小的严峻态势，这与新疆荒漠化的生态环境有着不可分割的关系。

上述数据说明，新疆经济的发展主要依赖耕地所提供的承载力，其次为林地，因而合理利用并保护耕地和林地对提高新疆生态承载力至关重要。

（三）新疆生态赤字与盈余分析

根据表1和表2各年各类生物生产性土地的人均生态足迹和人均可利用生态承载力的汇总结果，由式（6）可得新疆 2005—2015年人均生态赤字或生态盈余，计算结果见表3。

表3 新疆2005—2015年人均生态赤字或生态盈余汇总表 单位：公顷

由表3可知，新疆2005—2015年除林地和建筑用地处于微弱的生态盈余状态外，其余类型的土地均处于生态赤字状态，且赤字越来越大。详细分析如下：（1）新疆2005—2015年大部分生产性土地都处于生态赤字状态，这表明新疆的发展必须依赖于其他地区的资源供给。（2）化石能源地的生态赤字最大且增速很快，由2005年到2015年增长了2.48倍。这反映出新疆可用来消化吸纳能源消耗过程中排放的二氧化碳等废气的土地严重减少，这也是新疆最近几年生态环境质量逐年变差的可能性原因之一。（3）耕地生态赤字逐年增加，说明农业活动的过度操作已超出耕地可承载的负荷。（4）草地生态赤字比较严重，但2005—2009年因生态足迹的相对减少而减少，之后几年生态赤字又逐年增加，说明最近几年畜牧业的发展对草地的消耗程度较大。（5）水域的生态赤字目前虽然不大却呈现出增加趋势，林地和建筑用地的生态盈余也逐年减少。

由此可知，新疆的生态赤字比较严重，经济发展的可持续性面临严重威胁，部分原因可能是经济与人口的快速增长，对资源消耗量增大，从而最终导致了严重的生态赤字。

上述内容主要利用生态足迹模型分析了2005—2015年新疆各年的生态情况，但由于生态足迹模型在分析小样本数据时本身存在一定的局限性，因而有必要进一步利用非参数局部多项式回归估计法对新疆的生态变化趋势进行分析，以准确评价新疆经济的可持续发展水平。

四、新疆经济可持续发展的动态评价

（一）局部多项式回归估计

局部多项式回归估计法属于非参数统计推断的一种，分析小样本结论时比多项式估计模型更合适更有效[15]。局部多项式回归拟合不仅具有传统线性回归的简洁性，而且还具备非线性回归的灵活性，常用于对两维散点图进行平滑回归。

基于局部多项式回归估计某个响应变量值时，首先从靠近预测变量的范围内选取一个数据子集；然后利用加权最小二乘法将该子集进行线性回归或二次回归，加权最小二乘法即离估计点越近的值其所占权值越大；最后即可通过所得局部多项式回归模型对响应变量的值进行估计[16]。根据此运算步骤对小样本数据进行逐点运算，即可得到整条拟合曲线。

（二）新疆经济可持续发展的动态演进分析

本文利用局部多项式回归估计对新疆2005—2015年的生态足迹结果进行回归拟合（由于篇幅有限，步骤不再赘述），从而评价新疆经济可持续发展的动态演进。运用R语言中locfit函数编程得到2005—2015年新疆总人均生态足迹、人均生态承载力、生态赤字和万元GDP生态足迹强度的局部回归模型见图1。其中万元GDP生态足迹强度表示每万元GDP的生态足迹占用情况，反映了人类对当地自然资源利用效率的高低[2]。新疆各年总的人均生态足迹与人均GDP之比再乘以10 000元，即为万元GDP生态足迹强度。

图1 2005—2015年新疆生态足迹模型结果的局部回归估计拟合图

由图1可知：（1）2005—2015年新疆总的人均生态足迹不断增加，总的可人均利用生态承载力却在持续降低，导致总的人均生态赤字的增速越来越快，11年内由不到3公顷快速增加超过了7公顷。由此可知，新疆生态经济的可持续发展已经面临着严峻挑战。（2）2005—2008年万元GDP生态足迹强度快速降低，2008—2009年出现小波动后降低速度有所减慢，直到2012—2015年基本趋于稳定。这反映了新疆的自然资源利用效率总体不断提高，但是最近三年却基本不变，略低于2.0公顷，几乎高出东部地区1倍，能源生态效率的低下大大影响了生态经济的可持续发展[17]。（3）总的人均生态赤字与总的人均生态足迹的发展趋势几乎相同，这说明生态赤字造成的主要原因是人类对资源的大量消耗，尤其是对以煤炭为主的耗竭型化石能源的巨大消费，这极大提高了新疆的生态赤字程度[18]。

五、结论与建议

为研究新疆经济可持续发展的动态趋势，本文以2005—2015年各消费项目的消耗量为例，基于生态足迹模型分析了新疆经济发展的可持续性，并用非参数局部多项式回归估计对经济可持续发展的动态演进特征进行分析。主要结论如下：

第一，新疆的生态足迹需求不断增大。由于新疆的产业结构存在失衡现象，第一和第二产业所占比例较大，因而工农业活动对化石能源地、耕地和草地资源的消耗量最多，导致了新疆的生态足迹需求逐年增长。

第二，新疆的生态承载力逐年下降。新疆的水域承载力严重不足，其生态承载力主要依赖于耕地、林地、草地和建筑用地，而由于近年来经济发展和社会生产水平的提高已然造成这些土地大面积地减少，导致了生态承载力的逐年下降。

第三，新疆的生态赤字越来越严重。新疆人口逐年增加，人均生态足迹不断提高，人类活动的需求已远超出当地所能提供的生态承载力，导致生态赤字越来越严重。

第四，新疆经济可持续发展的形势严峻。新疆的万元GDP生态足迹强度较高，自然资源利用效率较低，且生态赤字快速增大，严重影响生态经济的可持续发展。

基于上述结论，本文就新疆经济的可持续发展提出如下建议：

（一）坚持节水与合理调配水资源并举，促进绿洲经济的持续发展

新疆水域承载力严重不足，而且水资源的空间分布极其不均，导致各地区的经济发展受到水资源制约程度的差异较大。因此，必须坚持节水措施与水资源的合理调配并举。在节水方面，新疆既要考虑工程建设，如兴修水利工程，建渠防渗，构建水循环体系，及对一些不适宜调水的干旱区或地下水蕴藏丰富的地区可因地制宜建立地下水开发工程，同时也要兼顾管理建设，如适当对水价进行控制，有计划地进行定额配水；在调配水资源方面，对新疆的河流流域要合理调配上、中、下游的水量，尤其对艾比湖、博斯腾湖等具有重要经济和生态价值及环境效益的湖泊要重点关注，确保对绿洲经济及相关战略通道具有维护作用的下游水量，促进绿洲经济的持续发展。

（二）依靠先进科技，科学高效地利用并转化优势资源

新疆虽然生态环境脆弱，但是自然资源丰富，不仅蕴藏丰富的石油和煤炭等化石能源，而且农业自然资源也为新疆发展轻纺工业、食品工业等提供了优势资源条件。棉花作为新疆显著的优势资源，为轻纺工业提供了丰富的原材料。但新疆目前的棉纺织品高技术含量少，大多产品尚处于一般加工水平，资源浪费较为严重，有毒材料的使用也加重了环境的污染程度。因此，为了提高资源利用效率和能源生态效率，需要依靠先进科技，积极引入清洁生产，在棉花生产全过程使用无毒或少毒的原材料、工艺和设备等进行纺织品生产，使用后的处理方式也必须对人类健康和生态环境的危害最小。此外，过度依赖现有的棉花资源优势，势必导致纺织业发展存在较大局限性。因此，利用资源的同时更要注重对优势资源的转化，大力推广新型气流纺、喷气纺等先进纺纱技术，积极发展深加工，提高产品科技含量，从而提高产品竞争力，进一步提升棉花等优势资源在新疆总产值中的地位，有效解决新疆目前经济可持续性发展中所面临的严峻挑战。

（三）发挥地区优势，优化产业结构和产业布局

新疆目前主要以资源消耗多、污染严重和产出低下的传统经济发展模式为主，其工农业的粗放经营以及对现有资源的盲目开发，导致资源严重浪费和生态环境的破坏，极大地阻碍了经济的可持续发展。因此，新疆需要转变经济发展模式，充分发挥地区优势，优化产业结构和产业布局。在民族聚居区，基于民俗文化积极发展旅游业和少数民族特产销售业等；在乌鲁木齐等中心城市要把握好“一带一路”建设的契机，构建全局物流网络大力发展物流业，促进第三产业发展，优化产业结构。最终使各地区形成以具有比较优势的主体产业为主的区域发展体系，推动贫困地区经济持续发展水平的提高，同时可最大程度地减少工农业的粗放式经营导致的较高生态足迹需求量，减少生态赤字，从而使经济发展与生态保护之间的利益得到平衡，促进生态型经济的可持续发展。

（四）发挥政府政策导向作用，改善生态环境

新疆工农业活动导致生态赤字逐年增加的重要因素之一，就是新疆当前法制建设与管理体系的不完善及监控力量的薄弱。科学有效的政策导向作用，会使经济发展和生态环境建立起积极的联系，有益于经济发展的可持续性。因此，针对新疆目前生态经济发展的严峻性，政府可以考虑制定以下几点政策进行合理干预：1.制定类似于“对口援疆”的相关政策[19]，鼓励和吸引人才并给予资金资助，解决新疆目前改善生态环境过程中的经费不足问题；2.制定工程建设相关政策法规，合理干预对区域生态可能造成较大影响的大规模调水工程等项目的建设；3.制定环境政策和法律法规，实施污染物排放量控制监督和生态环境监测管理体系；4.制定环境综合规划，并将其列入新疆社会经济发展规划，实现环境与社会经济的协调持续发展。

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李 平）