（生态学专业论文）基于生态足迹模型的区域生态承载力研究——以重庆市为例.pdf

摘要 基于生态足迹模型的区域生态承载力研究一 以重庆市为例 生态学专业硕士研究生：杜晓睿 指导老师：郑钦玉副教授 ( 摘要) 生态承载力理论是生态学研究的核心内容之一，是可持续发展研究的主要支撑理论。对 于实现区域可持续发展也具有重要的现实意义，因而成为可持续发展研究的前沿和热点。 文中深入研究了近年来倍受国际关注的新的生态承载力物理评价方法一生态足迹法。生 态足迹表征人类对自然资源的利用状况，即生态承载力的需求。基于对生态足迹方法的基本 理论、评价指标、数学模型及其优缺点的分析，建立了生态承载力定量研究的新机理、指标 体系与评价模型，并对重庆市样区进行了实证分析，获得了一系列的新理论。主要研究结论 如下： 1 、从方法和数学模型看，生态足迹方法是一个静态的生态承载力评价方法，在定量地评价、 分析和预测较长时间序列中的生态承载力动态趋势方面存在不足。为了弥补了这一不足，以 适应生态承载力动态趋势的定量研究，本文在时间尺度上，建立了的生态足迹和生态承载力供 给) 的时间动态模型，提出了“变化速率”和“剪刀差”两个新的定量化指标，( “剪刀差”是对给定 时刻生态足迹与生态承载力二者变化趋势差异的一种度量) ，建立了两个指标的数学模型和分 析方法，用来度量和分析生态承载力需求与供给的动态发展趋势及其差异。 2 、基于生态承载力的基本评价指标和生态足迹方法，提出生态承压度的数学模型与分析方法。 3 、利用生态足迹方法和本文提出的新的定量指标体系，对1 9 9 7 q 0 0 5 年重庆市的生态承载力 进行了实证计算和研究，建立了重庆市生态足迹和生态承载力的时间动态模型，分析了重庆 市生态预算的时间动态发展趋势，结果表明： 1 9 9 7 2 0 0 5 年，重庆市生态足迹始终大于生态承载力，处于生态赤字状态；1 9 9 7 - - 2 0 0 5 年重庆市人均生态足迹与生态承载力的剪刀差值逐年增加，表明生态足迹与生态承载力二者 变化趋势的差异在不断增大；同期，重庆市人均生态承压度呈上升趋势，至2 0 0 5 年，全市需 要的“重庆市个数”已达到4 2 0 6 个。以上结论均说明重庆市的生态承载力供求差距在逐年拉大， 琶商大学硕士学位论文 生态超载量逐年增加，人她矛盾在不断加剧，人类对自然资源的剩熏已远远地超过了生态承 载力阈值，重庆市整体处于不可持续发展状态。 4 、利用生态足迹方法和本文提出的新的定量化指标体系和时间动态分析模式，对1 9 9 7 2 0 0 5 年重庆全市的生态承载力进行了实证计算和研究，建立了重庆市生态足迹和生态承载力的时 间动态模型，分析了重庆市生态预算的时间动态发聂趋势，弗对未来王o 年重庆市的生态承载 力的各项评价指标以及生态预算时间动态趋势进行了预测分析。 根据以上定量研究结果，本文提出了重庆市生态承载力持续承载的对策，即降低重庆市 生态足迹，提离生态承载力供给，使重庆市实现可持续发展；阐明了生态足迹方法今螽需要 进一步完善和发展的6 个方面和4 个薪的应用领域；指出生态足迹方法经过不叛的改进和完善 将从一个研究工具发展为制定可持续发展计划的战略性分析工具。 关键词：生态足迹变化逮率剪刀差生态承载力生态承压度 珏 轰鹜s 黼c r 奠出冀耄薹鼍耄 辍酗攀瓣麟瓤惑漱瓣鹱凌嚣始馥喇黼溅搭嗡瓣嚣蝴擞黼糕罐潞濑鼢藏 t 她嚣u p p o f t i n 鐾饿e o 搿f o rs u s t a 诹拽b l ed e v 蝣o p m e 聪t a n dh 躺b e e no f 地“敏p p l y i n gv 越u e 舾rt h e 然汹颡妇糍暖斌鑫癸麟嬲瘿辍滋鞫黎畦漱藩潮惑臻擞鞣氇妫簸辩耘潮猢溶毽瀑撼避& 差酗蘸蠢e f s 鑫矬纛壹【o li 黼雠so fs 黼童穗痨赫媾e v 蟊l 叼妇瓣暾愆辩毅鼙矗。 戳鲻擞纛翩黼蘸激瓤醛。寒i 蘸翔。镩 蠹氇。翻两黼赫赫鼬潍躐雠黜蠛耥溅。琏o 戮鬈。慨黜g 姒酗妨谶零玲蝴勰戮蛐基靴黼辨鳟姆粼挺端毂畦蝴憾 嚣黼醐雠歉繇蝻湛趣蠛赣鼯撬联逛罐蕊魏臻鑫撩e 囊赡酝糖。翻琏s 瓣n 鳓s 勰遮w e 疆溉端s 豁娃醛 攥轰嵇薅酗翳建髓缓b 薹耋豳l 熟嚣整嚣谨匐豁媳蘸砖塞旗恕琏她豁，嚣嚣瓤鑫嚣硅融霉貔。疽鏊蜓驰蛀缝瓣巷黝瓣魏薹e 赵 娃联沁遗鑫咄懿l 糯。王啦鑫轴蕺o m 耋c8 y s 棼鞴勰d 鬈e 巍辩r 主燃。堂艄w 魅d 1 l s 蛔溉强暴测觑 霸圆睡图蠹躺融耩熟疆嘲： 1 。e f 黼t h q d o l o g y 滁l fi s 找s 螺t i cb 媳州i o rw 溉o l l t 矬墩聪i a b a n d 媳e r e _ 融端岫e d 协 擎瓣溉溉移剁黪懿獬i 渤删蝴糕莲激翻卿飘瓣蘸器勰莲麟 斑矬e 刚e s 醴莲撕端签雠缱s 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娜绰j 厂月t 7 f 日签字日期：杪扩年厂月罗日 1-| 第一章文献综述 第一章文献综述 1 1 生态承载力概念的产生 承载力姆敷蜘gc 颦a e i 奶是起源子吉希艚黠代的一个古老概念，在生态学中一般被定义为 “某一生境q a b i t a t ) 所能支持的某一物种的最大数量”，它所包含的极限思想与“公地”( 也e c o 衄o n s ) 及其潜在的过度利用联系在起，并在人口、自然资源管理及环境规划和管理等领 域都得到了广泛的应用和研究拜蠲。承载力概念自提出以后，在生物学( 尤其是种群生物学) 、 生态学上得到广泛的应用 上个懂纪年代后期趺来，环境傈护论者和社会科学家先后将承载力的概念应用予人类 社会娱乐和旅游业的分析，城市和区域发展计划的制定，本土种群的动态分析以及全球尺度 上的人露数量讨论等方嚣豹研究。 1 9 2 1 年，p a r k 和b u r g e s s 在人类生态学杂志上，提出了生态承载力概念，即喋一特定环 境条件下( 主要指擞存空问、营养物质、陬光等生态因子组合) 某种个体存在数量豹最高极限”。 自然体系的维持能力和调节能力是有一定限度的，也就是宥一个最大容载量( 承载力) ，超过最 大容载量，自然体系将失去维持平衡的能力，遭到毁灭或濒于灭绝，由高一级别的自然体系潮 绿洲) 降为低一级别的自然体系( 如荒漠) 。 2 0 世纪6 0 、7 0 年代，随着自然资源耗竭和环境恶化等全球性问题的日益加重，引起资源 承载力，如承、主她和关键矿产等及榛关命题研究的广泛开展，其中戈跌m e a 纛a 戳等人所著 的增长的极限为杰出代表，强调资源的限制作用。 8 0 年代质期，随着可持续发展援念和思想盼提出，承载力研究从单资源研究发展到更宏 观的系统综合性研究，强调系统的整体效应。 生态承载力在环境资源承载力研究的基础上发展起来，更丰富、全面，更接近系统整体 特点，怒自然体系调节能力的客观反映融。在以入为中心的生态系统巾，生态承载力是指生态 系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境予系统的供容能力及其可维系的社会经济活动 强度和舆有一定象活永乎酶人岛数量瞪。 1 2 生态承载力类型 1 2 1 资源承载力 一个地区能够容纳多少入口，著不数决于当地熬幅员大小，面是取决于当她的资源熊移 维持多少入的生存和发展。资源承载力是一个国家或地区资源的数量和质量，对该空间内入 口的基本生存和发展的支撑能力。目前有关资源承载力的研究主要集中在自然资源领域，其 中土地资源承载力的研究历史较长，取得的成聚也较多隧。由于侧燕点和对象的不藏，出现 了土地资源承载力、水资源承载力、森林资源承载力等多种承载力。 疆南大学硕士学位论文 ( 1 ) 土地资源承载力 随着全球入口的不断增舷，人均耕地面积匿益减少，土地承载力成为近年来的热点阕 题。生产条件、土地生产力、被承载入口的生活水平和土地承载人口的限度是土地资源承载 力的4 个要素。它们之间的关系为：土地承载入口的限度与地生产力成正比，与入口生活 水平成反比，丽土地生产力又是盘生产条件决定的川。 ( 2 ) 水资源承载力 与土地承载力稳比，国井较少单独磷究水资源系统对社会经济的承载能力。我阑对水资 源承载力较为重视，自2 0 世纪8 0 年代末首次提出后，在全国范围内得到了广泛的关注。 随着社会翡高速发展，人类对求资源的剽震强度和需求量掩续上升，大大减少了淡水资 源的存量。尤其是在千早地区，水资源成为生态环境和社会经济协调发展的主要限制因子。 关予水资源承载力的定义露前还存在着争议。一般认为：水资源承载力是在特定的历史发展 阶段，以可持续发展为原则，以维护生态良性发展为条件，以可预见的技术、经济和社会发 展水平为依据，在水资源得到适度开发并经优化配置的前提下，区域( 或流域) 水资源系统对当 地入口帮社会经济发展的最大支持能力嘲。对于永蝥源承载力，必须强调承资源对社会经济和 环境的支撑能力。 ) 森林承载力 森林承载力的理论研究和实践应用都始于2 0 世纪9 0 年代初，目前尚处于探索阶段。对 予森林承载力，必须理解其承载主体药“森林”，承载对象是“人强数量”。隧瑟，建立在可持续 发展概念上的森林承载力可定义为：森林承载力是指在一定时期、一定区域的森林对人类社 会经济活动的支持能力的阈值及可供养的具有一定生活质量的人口最大数【9 】。 1 2 2 环境承载力 环境承载力是指在一定时鬻、一定状态或条搏下，一定鲶环境系统所能承受熬生物和人 文系统正常运行的最大支持阈值。它不仅体现了环境系统资源的价值，而且还突出了环境系 统与生物和人文系统阀的密切作月关系。一方夏，区域内环境对污染物的容纳超过环境自净 的极限，使资源利用效率降低，而以增加数量的方式对资源的破坏式采集又造成区域环境自 净能力进一步下降的恶性循环。另一方面，人类活动对局部环境负面影响过大，造成了一系 列公害事件。 1 9 7 4 年，b i s h o p 在环境管理中的承载力一书中指出环境承载力袭明在维持一个可以 接受游生活永平前提下，一个嚣域所能永久承载缒入类活动的强烈程度。 s c h n e i d e r 强调，环境承载力是自然或人造系统在不会遭到严重退化的前提下，对人口增 长的容纳能力，概念中明确了主窖体之间懿关系既毽括发震性麴歪囱因子，又存在起限箴作 用的负向效应。 王。2 。3 生态承载力 2 第一章文献综述 可持续理论的进入，极大地丰富了承载力的内涵。一方面人们把可持续的概念应用于早 先对资源或环境因素的承载力研究；另一方面以区域为对象的可持续生态承载力的概念逐渐 兴起。 2 1 年，高舂喜指出生态承载力是生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境豹 供容能力及其可维系的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量【埘。此概念以人类 社会为核心，以生态系统的过程机制为支撑骨架，以可持续为认知标准，强调特定生态系统 所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的支持能力，这种能力可以发展，也可以袭退。 对于某一区域，生态承载力强调的是系统的承载功能，而突出的是对人类活动的承载能力， 其蠢察应包括资源子系统、环境子系统和社会予系统，生态系统的承载力要素应翘含资源要 素、环境要素及社会要素。所以，某一区域的生态承载力概念，是莱一时期某一地域某一特 定熬生态系统，燕确保资源豹会理开发利用和生态环境良性锤环发怒的条件下，可持续承载 人口数薰、经济强度及社会总量的能力。 王3 生态承载力评价方法 1 3 1 自然植被净第一性生产力估测法 植被净第一性生产力是植物自身生物学特性与外界环境因子相互作用的缩栗，它是评价 生态系统结构与功能特征和生物圈的人口承载力的重要指标，它反映了某一自然体系的恢复 能力。地区性乃至邀界性生物生产力及其空闻分布的知识，能使人类得i 良从宏蕊区域上徽窭 如下估计：潜在的粮食资源的地理分布、人为提高区域性生产力水平的限度、不同国家和地 区可能翻现实的生产力求平，邸基域生态系统的最大容纳量等【l l l 。缀然生态承载力受众多因 素和不同时空条件制约，但是，特定生态区域内第一性生产者的生产能力是在个中心位置 上下波动的，丽这个生产能力是可以被测定的。同时与背景数据进行比较，镳离中心位置豹 某一数值可视为燕态承载力的阙值，这种偏离般是由予内外干扰使某一自然体系变亿隽另 一等级自然体系，如由绿洲衰退为荒漠，由荒漠改造成绿洲。因此，可以通过对自然植被净 第一性生产力的估测确定该区域生态承载力的攘示值，再通过实测，判定瑷状生态环境质量 偏离本底数据的程度，以此作为自然体系生态承载力的指示值，并据此确定区域的开发类型 帮强度。由于对各种调控因子的毒l | | 重及对挣第一性生产力调控机理解释酶不愆，世界上产生 了很多模拟第一性生产力的模型，大致可分为置类：气候统计模型、过程模型和光能利用率 模型。 我国的净第一性生产力研究起步较晚，研究过程中一般采用气候统计模裂f 糊。国内应用 较多的模型是采用周广胜、张新时根据水热平衡联系方程及植物的生理生态特点建立的自然 植被净第一性生产力模型。 王家骥，姚小红等以黑河流域为例，认为利用自然植被的净第一性生产力数据可以反映 自然体系的生产熊力和受内乡 干扰蜃的恢复麓力，是宣然体系生态完整性维护的指示瑚。李 3 西南大学硕士学位论文 金海分析了大陆典型生态系统净第一性生产力的背景值，研究了确定自然系统最优生态承载 力的依据，并提出了提高区域生态承载力，实现区域可持续发晨豹基本对策，并据此计算了 河北丰宁县的生态承载力f 1 4 1 。 该研究方法的缺陷是它仅仅考虑了自然社会经济复合系统的自然要素而没有考虑社会 经济、技术进步等方藤对承载力的影响，因此它的研究是不全鬣的。 1 3 2 生态承载力的综合评价法 高吉喜认为生态承载力概念可通俗地理解为承载媒体对承载对象的支持能力。如果要想 确定一个特定生态系统的承载情况，首先必须知道承载媒体的客观承载能力大小，被承载对 象的压力大小，然后才可了解该生态系统是否超载或低载。由此研究者提出了承压指数、压 力指数和承压度以此描述特定生态系统的承载状况。在此基础上，他提出可利用层次分析法 ( a 疆，) 对区域生态承载力进行分级评价，再掇据各级评价的结栗进行综合分析，全藤、有序、 准确地了解生态系统的承载力整体状况。 摄据生态承载力酶特点，生态承载力分为3 级评价，其孛，生态系统的弹性力是生态承载 力的支持条件，可作为生态承载力的第一层含义，因此一级评价以生态系统弹性度作为评价 标准；资源的持续供给和环境的持续吸纳分别是生态承载力的基础条件和约束条件，是实瑗 可持续承载的基础保障，可看作生态承载力的第二菇涵义，因此，二级评价以资源和环境条 件作为评价标准；承载力对象对承载媒体的压力反映了系统承载饱和度，是生态系统现有承 载状况的直接反映，因此三级评徐以承载压力度作为评价准剥。通过对3 级评价结果的综合分 析，最终，可以得到区域生态承载力的状况的评价结果。 毛汲英器5 l 提鲞了一个综合承载力研究的方法。该方法综合承载力必兰维空阕，帮将综合 承载力指标分为压力类、承压类和区际交流类等三类，并利用统计学中计算距离的“夹角余弦” 计冀三维之间鲍兔度距离佩非空闼距离) 。文中所谓的“状态空闯”、“模数”等概念与统计学孛 的“距离”概念十分相似，模数就是指距离。以夹角余弦表示现实状态空间与理想状态空间的距 离更为合理，因为对予承载力系统丽言，压力维与承压维只有程方向性蓑异较大时，才会馊 系统不稳定。 1 3 3 状态空间法 状态空间法，本质上是一种时域分析方法，它不仅描述了系统的外部特征，而且揭示了 系统的内部状态和性能。状态空阀是欧式几何空闻用予定量撒逐系统状态的一种有效方法， 通常由表示系统各要素状态向量的三维状态空间轴组成【擒。在研究生态承载力时，三维状态 空间轴分别代表人口、经济社会活动、区域资源环境，空间中的点为承载状态点，不同的点 表示不同情况下镌承载状态【l 霹。利用状态空阕法中的承载状态点，可表示一定时闻尺度内区 域的不同承载状况。利用状态空间中的原点同系统状态点所构成的矢量模数表示区域承载力 4 第一章文献综述 的大小。由承载状态点构成承载曲面，高于承载曲面的点表示超载，低于承载曲面的点表示 可载，在承载曲瑟上的点表承满载。应用状态空闻法可以定量懿描述和浏度区域承载力及其 承载状态。 王。3 。4 生态足迹法 生态足迹是指不断地生产人们所消费的资源和不断地吸纳人们所产生的废物所需要的生 产往陆蟪窝求域酶葱蘧积渊。生态足迹毽论最旱由翻拿大生态经济学家袋e 豁子1 9 9 2 年提溆【捌， 后来由w a c k e m a g e l 于1 9 9 6 年进行了完酱，用来衡量人类对自然资源的利用程度以及自然界为 人类提供的生命支持激务功能鳓。该理论提出屠在短时期随就在不溺地域、不月空阀尺度以 及不同社会领域得到广泛应用和实践，其理论基础、方法和计算模溅也得到迅速的发展和完 善。生态足迹理论予1 9 9 9 年引入国内，并应用到不同空间、不同时阕序列和不周类型区域的 生态经济协调发展状态盼定置评佶中。它通过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，从而知道人类对生态系统的利用状况，在地区、国家和全球尺度 上沈较人类对鑫然瀚潢费量等自然资本的承载爨。生态足迹计算方法具有荔予理解、分析方 法直观明了和可操作性强的优点，是一种简单而综合的研究尝试。 王4 生态承载力研究的现状和发展趋势 1 4 1 生态承载力研究现状 生态承载力研究不仅使承载力理论上升到一个新的高度，更为可持续发展理论应用予具 体实践提供了理论基础和操作手段。生态承载力的研究，使承载力理论不再局限于单要素的 研究，褥从系统的观点出发对整个生态系统的运行、发展和前景进行分析和判断。一方蕊。 生态承载力可以从可持续的角度对具体的环境或资源因子提出预警，使生态系统维持在一个 健康的平餐状态；舅一方面，生态承载力的多裰研究可戬避一步对要素进行调整容匹配。 生态承载力的概念尽管得到了很大的发展，并且正在脱离承载力理论的局限性，但发展 爵闯短，还没有囊菠成熟。它能够涉及的范围、考虑闻题的精神还较必不足，研究角度墩需 要进一步调整。豳前的生态承载力研究定义中多将区域生态系统划分为资源、环境与人类社 会三个予系统以方便研究，然而作为一个复合系统，它们乏间的关系千丝万缕，很难达到设 计中的相对独立性，因此显得较为主蕊。另外，尽管已经明确了研究的对象和方向，但许多 问题只能从理论上定性讨论，尤其是系统中许多机制的不明使得当前的生态承载力的内涵更 傣一个发震框架，对研究对象、研究过程盼认识还缀模獭。 生态承载力作为一种先进的、指导可持续发展应用予实践的理论，需要一套与其概念具 有耦同麓度、霹对区域复杂系统进行准确评价、分析、决策和动态纯研究的方法。霹前觞磷 究方法还停留在单资源承载力或者因予效应简单复合的层面，使得研究对象主要局限于小区 域和子系统，难以体现对象特征和可持续发展理念，缺乏对机制和过程的深入讨论，也使承 5 西南大学硕士学位论文 载力的概念和内涵难以进一步的明确和细化。 1 4 2 生态承载力的发展趋势【2 1 】 ( 1 ) 系统过程的定量化研究更为深入 作为一个区域，生态承载力研究对象的过程和机理相当复杂，各种因素对生态承载力的 影响往往难以预料。生态承载力的准确评价与预测，需要从机制上理解生态系统内部的各种 复杂作用，目前定量研究方法较多，但准确而实用的定量化研究方法目前尚不成熟。 深入定量化研究的重点和难点，在于理清系统内部指标之间相互作用与反馈的方式，并 为作用过程找到更准确、符合动态要求的表达方法。寻找更合理的反馈通路和更精确的表达 公式来描述因子之间的作用关系，是推动定量研究的基础。 ( 2 ) 从单纯评价到决策规划，生态承载力研究逐步实用化 生态承载力研究最终的落脚点在于支持可持续发展战略的实现。决策者更需要生态承载 力研究提供能用于指导实践活动的成果，即由多目标规划和决策筛选形成一系列可行的决策 方案。目前的研究集中在从生态承载力计算和评价，逐步发展到区域可持续发展策略的模拟、 制定与监测上，最终实现生态承载力研究与可持续发展的结合与统一。 ( 3 ) ! 空河决策支持系统将进一步应用于生态承载力研究 空间决策支持系统整合了目标规划、空间分析、决策支持等重要功能，一方面在实现生 态承载力的可持续应用中极为重要，另一方面在空间分异、亚区域和亚系统分析方面是单纯 的m o p 模型和d s s 模型无法比拟的，因此更适合重视地理空间关系的区域生态承载力研究。 ( 4 ) 生态承载力评价模型向复合模型体系发展 微观上寻求更为精确的过程度量方法只是生态承载力研究方法发展的一方面。从宏观上 看，要满足大尺度、复杂系统的建模要求，生态承载力评价模型的规模将更为庞大，涉及的 因子更多，动态关系更为复杂。构建全面完善的模型系统，形成多层次、立体化的模型体系， 最终实现复合生态系统的数字化，是生态承载力建模的最终目的。目前由于侧重点不同，单 一模型的功能往往有限，计算模型难以兼顾动态预测，而动态系统和计量模型更缺乏目标规 划的功能，无法实现协调发展的要求。 1 5 生态足迹方法的理论基础 1 5 1 生态足迹理论方法产生的背景 人类是自然生态系统的组成部分，即使在科学技术高度发达的今天，人类的生存和发展 仍然强烈地依赖于自然生态系统，人类与环境不断进行物质和能量的交换。然而传统的利用 方式只是把自然作为发展经济的原料来源和弃置废物的场所，对生态环境产生了消极的影响。 随着地球人口快速增长和全球经济的高速发展，人类活动施加于环境的压力越来越大，产生 了一系列的环境问题，如：森林破坏、土壤侵蚀、物种灭绝等等。过度的开采和大量废弃物的 6 第一章文献综述 产生远远超出了自然生态环境的自净能力和容纳能力，不但降低了自然生产力，而且还可能 会导致生态系统的崩溃。人类利角自然的方式正逐灏影嚷蔷自然和人类自身未来的健康。 可持续发展是一种全新的发展战略和发展观，但要将这种发展理念变成可操作的发展模 式，就必须定量测度发展的w 持续性状态嘲。可持续发展的概念提蹬以来，定量测度可持续 发展便成为重要的研究内容之一。从2 0 世纪9 0 年代起，国际上提出了一些直观的、较为易于 操作的可持续发展指标体系及其定量评价和计算的方法及模式。如世界银行的“图家财富，指标 体系、d 由和c o b b 年提出的“可持续经济福利指数”a s e w ) ，c o b b 等提出的“真实发媵指 标”( g p d ，p r e s c 0 讹a j b e n 提出的可持续性的晴雨袭”a r o m e t e ro fs u s t a i n a b i i i t y ) 模型等嘲。这些 指标体系和诗羹方法已经在些蕃家、地区褥到了广泛的应用。瓢没有懿研究成果看来，发 展的可持续性主要取决于自然资产附矧。但是由于很难定慧测量生态目标，这方面的研究进 展一直较擞缓幔。褥且自1 9 8 7 年世界环境与发展委员会固陀嚣b ) 提出冒持续发展的概念至今， 世界人髓、贫困、消费曰赫增加，生物多样性、森林面积瞄益减少，生态环境日益恶化。生 态环境不仅是社会经济活动的承载空间，而且为社会和经济发展提供自然物质基础和废弃物 消纳空褥，因而成为社会经济发展的决定性因素。要实现w 持续发麓，就必须综合考虑瓷源 的再生与替代能力、生命支持系统的循环与净化能力和生物多样性的保护。藏是在这样的一 个大羲鹜景下，船拿大著名生态经济学家w 殛锄。& e 教授提出了生态足迹理论，著由她的学 生w a c k c m a g e l 进步完善。 在瀚矫研究迅速发展的鬻景下，生态足迹盼概念子1 9 9 9 年弓l 入毽内，少数学者也极为关 注该方法的进展并进行了尝试性的实践，生态足迹指标的有关应用研究也同时展开。张恣强 介绍了生态足迹的概念及计算模型硎；徐中民等计算了甘肃省1 9 9 8 年的生态足迹陶，在阑内 最早开展了生态足迹指标的实证应用研究。2 1 年，张志强等入将此方法扩大应用范围，对 中国西部1 2 省1 9 9 9 年的生态足迹进行了研究【2 引。2 0 0 3 年，胡新艳等对广东省2 0 0 1 年生态足迹 进行诗舞秘研究阁。 生态足迹计算结果直观明了，具有区域可比性，因此很快得到了有关国际机构、政府部 奠和研究撬构的认可，成戈豳际霹持续发展定薰测度中的一个重要方法。 1 5 2 生态足迹的概念 生态足迹这一概念菲常形象：“一只负载着人类与入类所铷造的城市、工厂羽匿辫踏在城市 上留下的脚印”，它既反映了人类对地球环境的影响，也包含了可持续机制。当地球所能提供 购鲍面积容不下这只巨脚黠，其上鹩城市、工厂就会失去平衡；懿栗巨脚始终得不蚕一块 允许其发展的立足之地，那么它所承载的人类文明最终将黔落、崩毁。 生态足迹是对传统的承载力概念的发展，这种试图结算生物豳支撑人类嚣求承载能力的 生物物理方法，可追溯到几个世纪前，而且相关的争论童在延续。总之，垒态足迹是种 资源利用分析工具，它用生态空间大小表示人类对自然资本的消费及自然系统能够提供的生 7 西南大学硕士学位论文 态服务功能，从而对人类活动的可持续性做出评价。其度量尺度可为一个国家、个城市、 一个产业或一个人；生态足迹的大小受人口规模、生活水乎、技术和生物生产力等因素的影 响( 3 。 l 。5 。3 生态跫迹模型中的相关概念 ( 1 ) 生态足迹的生物生产性土地类型 生物生产性土遮是指具有生态生产髓力静主遮或拳域，是提供各类爨然资源鲶蓥础。生 态足迹理论的指标也是基于这一概念来定义，用各类土地面积来定量衡量可持续发展的程度， 既方便计算，又便于不同的国家、地区进行魄较。辍据生产力大小，生物生产性土地主要考 虑以下6 种类型：化石燃料用地、可耕地、林地、草地、建筑用地和水域。 化石燃料用地 c 0 2 的变化对人类的生存稻发展至关重要。化石燃料用地怒人类应该留出用予吸收c 0 2 盼 土地，但目前事实上人类并未留比这类土地。换句话说，人类消费的生物化石燃料的生物化 学毵嚣来被代替，其废弃兹也未被吸收，甏入类在直接消耗鑫然资本两不是其“乖j 润”。在这里 值得注意的是，将c 0 2 吸收所需簧的生态空间同生物多样性保护和林地分开并非意味着重复计 算，因为老年棼吸收c 0 2 ，的能力远远低于新生栋两嚣者又缺乏嚣者所具有的生物多样性。羼时 用于吸收c 0 2 的林地如用于木材的生产，则在木材的加工过程中也会排放c 0 2 。因此在处理化 石燃料地类型时将它与生物多样性的保护面积和林地匮积区分开来。另外化石燃料的消费 在摊出c 0 2 的时候可能还会排敖有毒污染物造成其它生态危害，这些在目前的生态足迹计算中 未能考虑。目前还没有证据表明哪个国家专门拿出一部分土地用于c 0 ：的吸收，出予生态经济 研究翡谨慎性考虑躁煲| j ，在生态足迹的需求方面，考虑了c 锡吸牧所需要的化石燃料的主地西 积。 可耕地 从生态角度看，可耕地是所有生物生产性土地中最有生产能力的土地面积类型，在可耕 地恧积上生长着人类利用的大郝分生物量。根据联会国粮农组织的调查，目前世界上人类总 共耕种了大约王3 5 1 0 8 h m 2 的优质可耕地。而每年由于严重退化而放弃的耕地有1 o 1 0 4 h o 左右。这意味着，现今全人类人均优质耕地不到o 2 5 h m 2 。 林地 ， 林地包括可以提供木材的人造林和天然林。森林除了提供术材以外还有涵养水源、稳定 气候状况、维撩大气水分循环、防止壤流失等诸多功能。譬前在地球上有5 奴王嗽费盼林遮， 人均o 9 h m 2 左右。其中有1 7 1 0 8 h m 2 的面积上林木覆盏率不足1 0 一由于人类对森林资源的过 度开发，全世界除了一些不能接近的热带丛林努，现有林地懿生物量生产能力大多较低。此 外，牧草地的扩充也是林地面积减少的重要原因之一。 牧草地 8 第一章文献综述 牧草地主要用于饲养牲畜。相比较目前3 3 5 1 0 8 时的草场【人均0 5 5 h l n 2 ) 的生产能力远 远低于可耕地。不仅因为牧草地积累生物量的能力比可耕地要低得多，而且从植物能量转化 为动物生物量的过程中，大约会损失9 0 的生物量。 建筑用地 建筑用地包括了各类人居设施及道路所占的土地。根据联合国的统计，目前人类定居和 道路建设用地面积大约人均o 0 3 h m 2 。由于人类定居在最肥沃的土壤上，因此建筑面积的增加 意味着生物生产量的明显降低。 水域 水域包括淡水( 河流、淡水湖泊等) 和非淡水( 海洋、盐水湖泊等) 两种。目前地球上的海洋 面积在3 6 6 1 0 8 h m 2 左右，相当于人均6 h m 2 。但是海洋9 5 的生态生物量来自于这6 h m 2 中的大 约0 5 h m 2 的沿海岸带。目前海洋的生物产量己接近最大。由于人类喜欢吃的鱼在食物链中排位 较高，人类实际能从海洋中获取的食物是比较有限的。盐水湖泊多地处干旱地区，其生态生 产量比海洋还低。河流和淡水湖泊的生态生产品的获取比海洋要容易，但是其在水域中所占 比重太小，全球淡水资源，除去冰川外，不到总量的1 。因此，其对人类所能获取的生态生 产品总量的贡献不大。 表1 1 生态足迹测度中的土地类型说明 t a b l e l 1n e e x p l 勰a t i o no f 妇dt y p e si ne c o l o 垂c a lf o o t p 血t 砒筋u r e 由于上述6 种类型生物生产性面积的生态生产力不同，要将这些具有不同生态生产力的生 物生产性面积转化为具有相同生态生产力的面积，以便加总计算生态足迹，需要对计算得到 的各类生物生产面积乘以一个均衡因子。某类生物生产面积的均衡因子等于全球该类生物生 产面积的平均生态生产力除以全球所有各类生物生产面积的平均生态生产力。均衡处理后的6 类生态系统的面积即为具有全球平均生态生产力的、可以相加的世界平均生物生产面积俗：态 足迹) p 2 】。 ( 2 ) 生态容量与生态承载力 传统研究中所采用的生态承载力以人口计量为基础，它反映在不损害区域生产力的前提 下，一个区域有限的资源能供养的最大人口数。然而，实际上，一个地区所能供养的人口数 量主要由两个方面的因素决定：一方面是一定人口的生态负荷随着一些因素的不同而变化，例 如收入水平、生活水平和技术水平( 能量和物质效率等) 。简而言之，土地的人口承载力既是生 9 露南大学硕士学位论文 物生产力的结果，又是社会文化因素的结果。另一方面，在全球经济体系中，没有一个地区 是孤立存在昭，世雾经济的紧密联系既戆使人们从各遗获取资源，又可以使人们将鸯己的产 晶销往各地。这样一来，国际和国内贸易毙服了由予当地资源短缺而造成的发展限制。还有 一些因素使人口承载力的估算更加复杂，因为人的消费不仅仅取决于生物学的因素，人类鸯 着大量的非食物消费项目，倒如家居、服饰、交通运输、文化娱乐等。这一概念只强调了人 豳数量而忽视了不同地区人口在生产和消赞方式上的差异，在地区间是不可比的。贸易、技 术进步、地区之闻遁舅的清费模式等因素不断的影螭着基于入爨的“生态承载力”这一概念。人 们也逐渐的开始认识到人类对环境的影响不仅取决予入口本身的规模，而且也取决于人口对 环境麓影睫瓣模，因此擎姨其中菜一方葱采衡量生态容量是不准确的。臻暖遗在圭约薹年进一步 明确定义生态容量为在不损害生态系统的生产力和功能完整的前提下，可持续利用的最大资 源量和废物产生率。生态足迹研究者接受7 强瞄i 珏的思想，并将一个地区所能提供给人类的生 物生产性土她的面积总和定义为该地区的生态承载力，以表征该地区生态容量。 ( 3 ) 人类负荷与生态需要 人类负荷指的就是入类对环境的影螭觏模，正如前面所提到的，它嘲入口自身规模和入 口对环境的影响规模共同决定。生态足迹分析法用生态足迹来衡量人类负荷。它的设计思路 是：入类要维持生存登须涪费各种产品、资源穰服务，人类酶每一顼最终清费的量都遣浚到提 供生产该消费所需的原始物质与能量的生物生产性土地面积。所以，人类系统的所有消费理 论上都可以折算成相应的生物生产性土地的面积。在一定技术条佟下，簧维持菜一物质消费 水平下的某一入口的持续生存必需的生物生产性土地面积即为生态足迹，它既是即定技术条 件和消费水平下特定人口对环境的影响规模，又代表即定技术条件和消赞水平下特定人口持 续生存下去两对环境提出的需求。在前一种意义上，生态足迹衡量的是人口目前所占用的生 态容量；从后一种意义讲，生态足迹衡量的是人口未来需要的生态容量。e 1 1 于考虑了人均消费 水平和技术水平，生态足迹涵盖了人霜规模与入均消费对环境的影喃力。 ( 4 ) 生态赤字与生态擞余 当一个地区的生态承载力小予生态足迹对，出现生态赤字，其大小等予生态承载力减去 生态足迹的差数：当生态承载力大于生态足迹时，则产生生态掇余，其大小等于生态承载力 减去生态足迹的余数。生态赤字表明该地区的人类负荷超过了其生态容鬟，要满足其人口在 现有生活水平下盼消费需求，该地区要么从地区之外进口欠缺的资源以平衡生态足迹、要么 通过消耗自然资本来弥补收入供给流量的不足。这两种情况都说明该地区发展模式处于相对 不可持续状态，其不可持续的程度用生态券字来衡薰。相反，生态盈余表明该地区的生态容 擞足以支持其人类负荷，地区内自然资本的收人流大于人口消赞的需求流，地区自然资本总 羹有霹能德裂增加，趣区鲍生态容量有望扩大，该姥区溥费模式具有耨黠胃持续穗，霹持续 程度用生态盈余来衡璺。 ( 5 全球赤字盈余 1 0 第一章文献综述 假定地球上人人具有同等的利用资源的权利，那么各地区可利用的生态容量就可以定义 茺其人躁与全球生态标杆静乘积。因诧，如果一个地区入均生态足逊离予全球生态标杆，露 该地区对环境的影响规模超过其按照公平原则所分摊的可利用的生态容量，因而产生赤字。 这种赤字称为该地区的全球生态赤字。相反，如果人均生态足迹低予全球生态标杼，即该地 区对环境的影响规模低于其按照公平原则所分摊的可利用的生态容爨，因而产生盈余。这种 盈余称为全球盈余。全球赤字用于测度地区发展不可持续程度，全球盈余用来衡量可持续 程度。 ： w a 呔e 1 1 1 a g c l 镓1 9 9 7 年计算得到世界人均占有生物生产性土地1 ，8 妇p 3 1 。根据世界环境与 发展委员会鳃报告，应至少鬻出王2 的生态承载力来保护全球生物多样性。，因魏，实际入均占 有量为1 6 h m 2 。用所研究区域的生态足迹与这个值相比较，即可得知该地区资源利用量在世界 藏匿的位置。 1 5 4 国外研究现状 国际上关于生态足迹豹研究可以追溯翻主个世纪筠年代，0 d 啦蠢p 讨论了在能量意义上 被一个城市所要求的额外的“影子面积”( s l l a d o wa 缎固髀3 5 1j 勰nam 等分析了波罗的海哥特 兰岛海岸渔业所要求的海洋生态系统面积粥。在就基础之上苁拿大生态经济学家w 逑嘏聚s 于1 9 9 2 年提出了擞态足迹概念【3 7 1 ，之后在w a c k e m a g c l 的协助下将其完善和发展为生态足迹模 垄娜删。此后，以w 粒b 臻a g e l 为代表的“燕拿大生态足迹小组，应用生态足迹法在全球、嚣域 和城市兰个层面上分析了生态足迹的应用效果。1 9 9 r 7 年w a 龇m a g e l 等人受t h ee a 抽c o u n c 讧盼 委托和资助所提交的国家生态足迹1 4 1 1 但c o l o 西c a l 跏t p 如to f n a 娃。嘲l 报告中，w a c i c e m a g e l 佶算了娩个国家和地区的生态足迹，该研究涵蘸了当时邀界6 0 亿入弱中的钾亿，指出，就全 球而言，1 7 h m 2 是人均生态足迹的阈值，在不降低生态环境质量的前提下，保持现有的人口增 长速度，全球入均生态足迹将在3 哞左右下降剿歉建2 。2 2 年，w 鑫c 轴m 基g e l 等人嚣用最新数 据，更新了全球生态足迹的计算结果【4 2 l 。与上次计算相比，这一次的计算几乎涵盖了世界上 麴所有蓬家。研究结果显零羔9 蜱全球入均生态足迹为5 融趱2 ，两生态承载力仅为龟强弱2 ，人 类的生态足迹己经超过地球承载力的2 0 ，许多国家处于严重的生态赤字状态。同年， w a c k e m a g e l 等人与妞17 n ：髓w o r l dc o 嘏孵a 幽毅m o n i o 血gc e n 含作，进行了全球生态足迹 时间序列和预测研究f 4 麓。1 9 6 l 1 9 9 9 年全球平均生态足迹的交化表明，在接近匿十年的时阿 内，全球平均生态足迹增长了近8 0 。与此同时，作者基予联合国提供的世界人口预测、l p c c 对c 氇撙放量的预测、魏婚对资源游费的预测磷究，羲溺捌钧解全球生态足迹将会超避生态 承载力l o o 左右。 垒球尺度生态足迹的计算揭示了全球生态环境蘧旗媳严竣扶援，目前人类对生态环境盼 压力己经远远超过生态环境自身的承载能力，如果不采取积极的措施，随着社会经济的发展、 入口的增长，人类对资源的需求与生态承载力之间的缺科将会日趋严重。 1 l 螽南大学硕士学位论文 同时生态足迹方法也被应用到其他领域方面，并获得了许多硕果。g e r b e n s 等，4 5 】将生态 足迹作为研究食物消赞结构与土遗需求之间关系的桥粱使其成为预测土地利耀形式豹有效辖 助工具及进行食物安全研究的有效手段。g o s s l 血gs 等1 4 6 j 将生态足迹模型运用到旅游可持续度 量中，研究表明游客的跨区域流动加速了旅游目的地与外界熊流、物流的交换，旅游目盼地 往往通过大餐占用外界的生物生产性土地以满足游客的需求，因此，尽管旅游收入能够促进 当地生态环境保护工作的进行，但是总体而言，旅游业是一种不可持续的产业。 b 趣e 鼓堞鼢尝试研究公司经营活动的生态足逐；越d 强d m 等【蟠l 还运用生态足迹模型研 究了在美国大面积种植