（环境科学专业论文）青岛市生态足迹动态研究.pdf

t h ec a l c u l a t l 0 na n dd y n a m i ca n a l y s i so fe c o l o g l c a l f o o t p r i n to f0 l n g d a o a b s t r a c t m o s tc o u n t r i e si nt h ew o r l da r ep a y i n gm o r ea n dm o r ea t t e n t i o nt o s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t ，w h i c hi sr e g a r d e da san e wm o d eo fd e v e l o p m e n t w i t hav i e wt h a ts u s t a i n a b l ei n d i c a t o r sa r ee s s e n t i a lf o rm o n i t o r i n g s u s t a i n a b i l i t ya n d s u s t a i n a b l ep o l i c y - m a k i n g r h i s p a p e ra d o p t s e c o l o g i c a lf o o t p r i n tt op r o b e i n t ot h es u s t a i n a b l es i t u a t i o no f q i n g d a o se c o l o g i c a la n ds o c i a ld e v e l o p m e n t e c o l o g i c a lf o o t p r i n tm e t h o d w h i c hb e i n gp o p u l a rr e c e n t l yi san e wm e t h o dt os u r v e ya n dc a l c u l a t e dt h e l e v e lo fh u m a nm a k i n gu s eo ft h en a t u r e w h e t h e rt h ed e v e l o p m e n to fa r e g i o ni sw i t h i ne c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t yc a nb eq u a n t i t a t i v e l y d e t e r m i n e db ye c o l o g i c a lf o o t p r i n tm e t h o d t h e nt h ep r e s s u r ea n d t h e i n f l u e n c ee x t e n to fh u m a nl i v i n ga c t i v i t i e st ot h en a t u r ec a nb e q u a n t i t a t i v e l yr e f l e c t e d t h er e s u l t o fq u a n t i t a t i v ee v a l u a t i o nb y e c o l o g i c a lf o o t p r i n tm e t h o dc a np r o v i d en e wi d e aa n dd i r e c t i o nf o r r e g i o n a le c o l o g i c a ls y s t e ms t u d y t h i sp a p e rh a si n t r o d u c e d t h eb a s i ct h e o r y ，t h ec a l c u l a t i o nm e t h o d o fe c o l o g i c a lf o o t p r i n ta n dt h ec u r r e n tr e s e a r c hr e s u l t s t h e nu t i l i z e d t h ed a t ao fr e c e n t1 0y e a r s s t a t i s t i c so fq i n g d a o ，t oc a l c u l a t et h et h e e c o l o g i c a lf o o t p r i n to fq i n g d a of r o m1 9 9 6 t o2 0 0 5 ，a n dd y n a m i c a l i ya n a l y z e d i t b e s i d e s ，t h i sp a p e r e x t e n d e dt h em o d e l ，a n dr e a l i z e dd y n a m i ca n d p r e d i c t i v ef u n c t i o n a saw h o l e ，i ti st h ea s c e n d a n tt r e n dt h a tt h ep e r c a p i t ae c o l o g i c a lf o o t p r i n to v e rt h ey e a r si nq i n g d a o ，f r o m1 6 9 8 8 9 h a c a p r i s e sb y2 0 8 4 9g h a c a p i n c r e a s e db y 2 2 7 3 c o m p a r e dw i t h1 9 9 6a n d2 0 0 5 f r o mo v e r a l ls i t u a t i o n ，i ti sd o w n w a r d r i s et r e n dt op e rc a p i t a l i e c o l o g i c a lc a r r y i n gc a p a c i t yf r o m1 9 9 6 t 0 2 0 0 5i nq i n g d a o c o m p a r i s o no ft h e e c o l o g i c a lf o o t p r i n ts u p p l ya n dd e m a n do v e rt h ey e a r sf r o m1 9 9 6t o2 0 0 5 ， t h ep a p e rd r a w sac o n c l u s i o nt h a ti t i si nt h es t a t eo fe c o l o g i c a ld e f i c i t a tp r e s e n ti nq i n g d a o n a m e l y ，i ti s n ti ns t a t eo fs u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n t a n dt h ec h a n g et r e n do ft h ee c o l o g i c a ld e f i c i tk e e p st h es a m ew i t h v a r i a t i o nt e n d e n c yo ft h ep e rc a p i t ae c o l o g i c a lf o o t p r i n td e m a n d h o w e v e r ， t h r o u g ha n a l y s i st ot h es o c i a le c o n o m ys u s t a i n a b l ed e v e l o p i n ga b i l i t y ， t h ed e v e l o p m e n ta b i l i t yo fq i n g d a oi si nt h et r e n do fr i s i n ga tp r e s e n t i tp r o v e st h a tw i t ht h ei m p r o v e m e n to fi t sd e v e l o p m e n ta b i l i t y ，t h e p h e n o m e n o no ft h ee c o l o g i c a ld e f i c i tw i l ln o tb ew e a k e n e di nt h en e a r f u t u r e t h a ti s ，i tw i l ln o tb e i ns u s t a i n a b l yd e v e l o p i n gp e r i o di na p e r i o do fp e r i o d si nt h ef u t u r e a tt h ee n do ft h i sp a p e r t h e r ei sab r i e fs u m n a r yo ft h es t u d y s m a j o rc o n t e n tw h i c hi n c l u d e st h ep e r f e c t i o no ft h e o r y ，i n n o v a t i o no f t e c h n o l o g ya n da p p l i c a t i o np r o s p e c t s o m ed e f i c i e n c i e si ne v a l u a t i v e m o d e la n dq u e s t i o n st h a tr e q u i r ef u r t h e rs t u d ya r ep u tf o r w a r d k e yw o r d s ：e g o i o g i c a if o o t p r i n t ；s u s t a i n a b i ed e v e i o p m e n t ；d y n a m i o a n a i y s i s ：0 i n g d a o i i i 独创声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其 他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含未获得 注! 塑邀直墓丝置要挂型主盟笪! 奎拦亘窒2 或其他教育机构的学位或证书使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名：獬签字日期：w 1 年6 且j e l 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，有权保留并 向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人 授权学校可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。( 保密的学位论文在解密后 适用本授权书) 学位论文作者签名：3j - f 罐 导师签字： 签字日期：2 矿刁年占月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日期：9 电话： 邮编 己罨乃 每6 其lb f 青岛市生态足迹动态研究 1 总论 1 1 研究背景及意义 1 1 1 研究背景 可持续发展的概念从2 0 世纪8 0 年代正式确立到今天被全世界广泛关注，而其作 为一种全新的发展理念和模式，已成为诊断区域开发是否健康运行的标准“1 。要衡量 一个区域是否能实现可持续发展，以及要使这种发展理念具有可操作性，就必须定量 研究区域自身的发展状况以及对区域之间的发展做出比较。因此，定量测度国家和地 区的可持续性指标是可持续发展的重要内容之一脚。人类社会要取得发展的可持续 性，就必须维持自然资产的存量及可持续利用。只要人类对自然环境的压力处于地球 生态环境的承载力范围内，地球生态环境就是安全的，人类经济社会的发展就处于可 持续的范围内瑚。 自2 0 世纪6 0 年代以来，科学家们就一直在努力发展并改进一些旨在测度人类对 地球生态系统所产生压力的方法，以量化人类资源利用，使人类了解到自身的生存和 发展对自然界的胁迫状况，进而实现减少对自然的负面影响。1 9 9 2 年联合国环境与 发展大会后，可持续发展指标体系更成为国际上可持续发展研究的热点和前沿。随着 研究的深入，各种指标体系不断提出，如可持续性社会一生态指标蝴，可持续经济福 利指数嘲，可持续性晴雨表“1 等。但这些研究仍有一定的局限性，且进展缓慢蛔。1 9 9 2 年加拿大生态经济学家w i l l i a mer 提出了生态足迹理论”1 ，并由其博士w a c k e r n a g e l m 于1 9 9 6 年对该理论加以完善”埘。生态足迹的提出是基于这样一个思路“”：任何人 的生存都要与生态圈进行新陈代谢的交换，人们要从生态圈获取其生存和发展所需要 的产品和服务，并且要把自身的一切废物排放到生态圈中，对生态圈的这些索取与污 染给自然系统造成了一定的压力。只要人类对自然的压力处于地球生态环境的承载力 范围内，地球生态环境就是安全的，是可持续发展的；反之就是非可持续发展的。该 方法自提出以来在世界各国引起了强烈的反响，并在短时期内就不同的地域空间尺 度、不同的社会领域进行了模型方法的运用和实践，其理论方法和计算模型在迅速地 发展和完善。在国外迅速发展的背景下，国内的少数学者近年来也极为关注该方法的 进展并进行了尝试性实践。 青岛市生态足迹动态研究 1 1 2 研究意义 随着青岛社会经济的不断发展，人类活动范围和强度的加大，城市生态环境遭受 到越来越大的压力。青岛市近年来城镇发展急速膨胀，建设用地急剧扩张，交通、居 民工矿用地大幅增长，耕地、水域面积锐减，人地矛盾日益突出。研究青岛的自然资 源的利用状况，以及人类的生存和发展对区域生态环境的压力，定量测度国民经济的 发展可持续状况，对青岛市乃至沿海地区的可持续发展决策具有重要意义。另外，有 利于政府执政理念的转变，过去仅仅以g d p 增长作为政府的首要任务和社会发展的重 要指针，在强调经济发展的同时忽视了社会发展中存在的不均衡问题。 1 2 生态足迹国内外研究进展 1 2 1 国外研究进展 由于生态足迹的概念新颖，模型直观、综合、可操作性好，计算简明，结果明了， 适用范围广，并有效地把人类社会经济活动与自然相互作用这个复杂问题简单化、定 量化“”。世界野生生物基金会( w w f ) 决定自2 0 0 0 年起每两年公布一次世界各国的生态 足迹。近年来国内外许多学者己在不同尺度和不同地区开展了大量的案例研究，促进 了生态足迹方法在可持续发展中的迅速传播及广泛关注，可以说，也正是由于生态足 迹方法模型的诸多优点以及目前还存在的种种不足，共同促进了生态足迹的进一步深 入研究。目前已有了2 0 多个国家利用“生态足迹”指标计算各类可持续发展和承载 力问题“”，这使得生态足迹模型不再停留于理论探讨，而同时成为辅助政府决策或公 司决策制定强有力的分析评价基础。 生态足迹分析法已应用于各种规模的人口，从全球到国家阶“、地区到城市 。t ”1 社区到家庭、商业企业到个人出行活动各级水平。此外，还用来进行技术比较， 应用到从养鱼。”到种植西红柿蚴等方面。已有的研究主要从3 个空间尺度展开。 ( 1 ) 全球尺度的研究。w a c k e r n a g e lm 等( 1 9 9 7 ) 率先应用生态足迹分析法， 对全球人类可持续利用的生态空间和生态占用空间两个方面分别进行了测算。结果表 明：1 9 9 7 年全球人均生态承载力仅2 3 h a ，若按世界环境与发展委员会( w c e d ) 的 报告我们共同的未来所建议的，留出1 2 的生态生产性土地面积以保护生物多样 性和保护地球上3 0 0 0 万个物种的话，实际上人均可利用的面积包括海洋在内将缩减到 2 青岛市生态足迹动态研究 不足2 o h a 。所以人均2 o h a 的生物生产面积就是1 9 9 7 年全球人均生态承载力的底线或 阈值“”。因此，从全球范围而言，人类的生态足迹已超过了全球生态承载力的3 0 ， 人类现今的消费量已超出自然生态环境的再生能力，即人类正在耗尽不少地方的自然 资本存量。据最新报道，在未来5 年内，全球生态足迹仍将以5 的速度增长。针对生 态足迹分析是一种静态分析的缺点，近几年学者们试图通过计算各指标的时间序列值 来追踪各个时点的可持续程度，获得较大的进展，在一定程度上弥补了其指标静态性 的缺憾。w a c k e r n a g e lm 等人与t h eu n e pw o r l dc o n s e r v a t i o nm o n i t o r i n gc e n t r e 合 作，对全球1 9 6 1 1 9 9 7 年的各类型生态足迹进行了时间的动态分析嗍。分析结果表明， 在接近四十年的时间内，全球平均生态足迹增长了近8 0 。与此同时，表征全球自然 生态系统状态的生存环境指标( t h el i v i n gp l a n e ti n d e x ) 在1 9 9 7 2 0 0 0 年间下降 了3 7 。在此基础上，作者基于u n 的世界人口预测、i p c c 对c 0 2 排放量的预测、f a o 对 资源消费的预测研究，预雅u 2 0 5 0 年全球生态足迹将会超过生态承载力1 0 0 左右。 在生命行星报告2 0 0 4 及全球足迹网络( g l o b a lf o o t p r i n tn e t w o r k ) 联合发布 中【”，更是运用更加复杂的数据和分析、更加详细的时间趋势和更加全面的结果，运 用由全球足迹网络提供的新的科学分析方法，比较了1 5 0 个国家的生态足迹，探讨人 类对这个有限的星球的影响，定量测量世界可持续发展和生物多样性保护的进展情 况。报告中肯定地球的生态超载( e c o l o g i c a lo v e r s h o o t ) 已经成为一个现实：人类目 前消费的自然资源超过地球生产能力的2 0 ，导致野生动物种群的快速下降。报告还 应用生态足迹分析方法阐明了扭转人类的消费和生产压力持续胁迫地球生态环境健 康这种趋势和减少对行星地球资源依赖的途径。 全球尺度生态足迹的计算揭示了全球生态环境面临的严峻状况，目前人类对生态 足迹环境的压力已经远远超过生态环境自身的承载力之间的缺口将会日益严重。 ( 2 ) 国家尺度的研究，最早出现在1 9 9 7 年w a c k e r n a g e lm 在c g c o l o g i c a l f o o t p r i n to fn a t i o n s 中，对世界上5 2 个国家和地区的生态足迹进行了计算o ”蕊捌， 这5 2 个国家和地区中包括了世界经济论坛全球竞争力报告中所涉及的4 7 个国家，拥有 世界8 0 的人口和9 5 的世界国内生产总值，他们对全球可持续发展举足轻重。研 究结果表明，所计算的5 2 个国家和地区中的3 5 个国家和地区存在生态赤字，只有1 2 3 青岛市生态足迹动态研究 个国家和地区的人均生态足迹低于全球人均生态承载力总和的3 5 。这些数据可能仍 然低估了这些国家的人口维持现今的生活水平所实际需要的生态生产性土地和海洋 总面积。需要指出的是w a c k e r n a g e lm 等的计算中，生态足迹最大的美国，人均 i 0 9 9 h a ，孟加拉国最低，人均仅0 6 9 h a ；中国1 9 9 7 年的人均生态足迹为1 2 h a ，人均 生态承载力仅为0 8h a ，人均生态赤字为0 4 h a 。随后，国家尺度的生态足迹研究方 兴未艾“。, 2 7 s o v u u r e n 等计算与分析了贝宁、不丹、哥斯达黎加和荷兰等国家的生 态足迹。”。相对于静态分析，h a b e r l 等2 0 0 1 年计算了奥地利1 9 2 6 1 9 9 5 年的生态足 迹并对长时间段生态足迹计算的方法进行了探讨”；l ( r a u s m a n n 等2 0 0 1 年应用生态 足迹方法对奥地利在1 8 3 0 1 9 9 5 年间土地利用和工业现代化对生态足迹系统的影响 进行了研究；e r b 咖用调整后的生态足迹方法计算了奥地利1 9 2 6 2 0 0 0 年的生态足迹 “实际土地面积需求”w a c k e r n a g e lm 等c 3 田2 0 0 4 年对菲律宾、韩国、奥地利三国1 9 6 1 1 9 9 9 进行了传统生态足迹和“实际土地面积需求”进行了计算，并对两种方法的计算 结果进行了比较。 由世界自然基金会( w w f ) 和联合国环境规划署( u n d p ) 共同完成的报告一一( 2 0 0 4 地球生态报告中，使用“生态足迹( ( e c o l o g i c a lf o o t p r i n t ) ”这一指标，列出 了一份“大脚黑名单”。在这份“大脚黑名单”上，阿联酋以其高水平的物质生活和 近乎疯狂的石油开采“荣登榜首”人均生态足迹达9 9g h a ，是全球平均水平的4 5 倍；美国、科威特紧随其后，以人均生态足迹9 5g h a 位居第二。贫困的阿富汗则以 人均0 3 9 h a 的生态足迹位居最后。 ( 3 ) 在区域和城市层次上的应用研究。哥伦比亚大学生态经济学教授r e e sw e 等人”1 最早估计了典型城市工业区( 人口密度大于3 0 0 人k m 2 ) 要占用比其所包含的 区域面积大1 0 2 0 倍的土地( 包括水域) 面积，由此外推，该区域人类的物质需求现 在已远远超过了其区域承载力。f o l k 等生态经济学家( 1 9 9 7 ) 以欧洲波罗地海流域2 9 个大城市为案例，计算得出占波罗的海流域面积0 1 的这些城市，其生态足迹至少 需要整个波罗的海流域7 5 到1 5 倍的生态系统，是这些城市面积的5 6 5 1 1 3 0 倍；全 球7 4 4 座大城市中生活的占全球2 0 的人口的海产品消费占用了全球2 5 的生产性海 洋生态系统，要消纳这些城市排除的c o 。，需要全球森林全部碳汇能力在增加1 0 “。 r e e swe 教授1 还对他所生活的城市一加拿大的范库峰进行了生态足迹分析，结论显 4 青岛市生态足迹动态研究 示范库峰占用的生态面积是其行政面积的1 7 4 倍。伦敦的h e r b e r tg i r a r d e 侧曾经计算 过伦敦的生态足迹，其人口占英国总人口的1 2 ，土地面积为1 7 万h a ，却占用了2 1 0 0 万h a 或1 2 5 倍与此城市的生态面积，几乎等于整个英国的面积。w a c k e r n a g e lm 等将生 态足迹指标应用于瑞典及其亚区，改进了生态足迹与生态承载力的计算方法“”。g a r r y m c d o n a l d 及d rm u r r a yp a t t e r s o n ( ” ( e n v i r o n m e n ta n dp l a n n i n gm a s s e yu n i v e r s i t y ) 计算了新西兰1 6 个地区1 9 9 7 和1 9 9 8 年的生态足迹。生态足迹概念的提出及指标计算在 国际可持续发展研究领域引起了极大的反响，( e c o l o g i c a le c o n o m i c s 杂志2 0 0 0 年 出版专集，对生态足迹指标理论及其优缺点进行了深入的讨论。 国家和城市生态足迹的实例研究均印证了r e e s 钾e 和w a c k e r n a g e lm 的看法“1 1 ： 通过商业贸易和自然生化循环，国家和城市占用了其行政边界之外的生物产出和生命 支持功能。几乎没有一个国家或城市能够仅仅依靠自身的资源能够取得可持续发展。 值得注意的是，在区域生态足迹的计算中，如果采用由下而上的统计方法，那么生态 足迹模型的计算结果会受制于统计数据是否完整。缺乏详尽的区域进出口资料，区域 间消费结构的不同，以及应用者对消费指标选取的差别等原因，均会导致生态足迹模 型计算结果之间的差异1 。单纯将结果进行区域间的横向比较会导致对区域可持续发 展程度理解的偏差。 生态足迹自1 9 9 2 年提出以来，已经得到了广泛的应用和不断的完善与发展。围绕 回答生态学家对生态足迹指标的批评，目前国际上有关生态足迹及其相关问题的研究 十分活跃“”：如生态足迹计算方法的改进，小区域尺度上的区域公顷、区域产量因子 研究，长序列生态足迹变化及其对土地真实需求、生态足迹与消费模式的关系。科学 家正在通过研究社会经济系统的新陈代谢与人类对净初级生产力的占用，为评价资源 可持续利用效率并实现“无重量”经济及生态包袱展开了大量的研究工作。 1 2 2 国内研究进展 中国的政府部门和学术界也从不同角度对可持续发展指标进行了研究，对城市、 区域农业、经济发展综合效益以及社区发展模式等不同层次的可持续发展指标体系分 别开展了研究。在不同层次和不同地区取得了一些成果，其中有些己应用于实际工作 中，但目前尚无一致公认的中国可持续发展指标体系。 青岛市生态足迹动态研究 生态足迹概念作为可持续发展定量化方法于1 9 9 9 年被引入国内，最早被翻译为 生态基区，也被翻译为生态占用、生态痕迹、生态脚印、生态空间占用、生态踩占等。 其中，由于“生态足迹”一方面体现了人类活动对生态环境的压力，另一方面体现了 人类对于所依赖的生态环境范围，所以应用较广。随后，一批以中国科学院寒区旱区 环境与工程研究所生态经济中心为代表的研究团体和研究人员系统而全面地评价了 生态足迹模型，展望了其发展趋势，并就其展开了广泛应用。 在省级尺度的研究上，较早的研究成果见于2 0 0 0 年，杨开忠等( 2 0 0 0 ) 介 绍了生态足迹分析理论与方法，张志强等( 2 0 0 0 ) 介绍了生态足迹的概念和计算模 型嘲，徐中民等介绍了可持续发展定量指标体系的分类和评价1 ，生态足迹指标的有 关应用研究也同时展开。国家层面的生态足迹研究有徐中民等( 2 0 0 3 ) 进行的中国 1 9 9 9 年生态足迹计算与发展能力分析。徐中民等( 2 0 0 0 ) 计算了甘肃省1 9 9 8 年的 生态足迹m 1 ，谢高地等( 2 0 0 1 ) 研究了中国的生态空间占用，鲁春霞等对青藏高原 自然资产利用的生态空间占用作出了评价m ，陈东景等对中国西北地区的生态足迹进 行了计算“”，窦贻俭等对江苏省做了生态足迹分析与可持续发展研究1 ，王景华等对 山东省的生态足迹进行了计算和分析“9 1 ，韩传锋等运用生态足迹的理论和方法对山东 半岛城市群生态系统进行了安全评价删，李金平等( 2 0 0 3 ) 计算了澳门特别行政区 2 0 0 1 年的生态足迹“”，李永展等对台湾省也做了一些本地区的相关研究呻1 。 对于我国，生态足迹在市、县级尺度的研究还相对较少，大部分集 中于一些大型城市和西部县城，研究最早的是徐中民，程国栋等以张掖地区 1 9 9 5 年为例介绍了可持续性定量研究的新方法“”，之后又有张水龙等计算了1 9 9 8 年 天津市生态足迹；徐中民等人计算了1 9 9 9 年北京市生态足迹；胡孟等计算了1 9 9 9 年 张家口市生态足迹，陈东景等对位于祁连山区的祁连县进行了生态足迹分析，王书华 等对河北省新乐市2 0 0 0 年生态足迹，赵云龙对怀来县2 0 0 1 年生态足迹，徐国泉等对 大连2 0 0 2 年生态足迹进行计算研究，闵庆文等对仙居县2 0 0 0 年生态足迹“”；梁星等 介绍了上海地区可持续发展状况的生态痕迹评价嘲1 ；郭秀锐等以广州为例对城市生态 足迹计算与分析6 “；王亭娜等对南京市生态足迹进行了实证分析忡1 ；周嘉等介绍了绥 化市可持续发展状况的生态足迹分析o ”。 2 0 0 4 年4 月在沈阳举行的第一届“环境指标：生态包袱与生态足迹”大陆与台湾 6 青岛市生态足迹动态研究 海峡两岸学术交流会更是极大地促进了生态足迹模型在国内的研究和应用。但与国外 相比，国内应用滞后4 5 年。应用方向主要集中于全国尺度以及各类生态脆弱区的 可持续发展度量。其他方面的应用研究涉及较少。 1 3 研究主要内容及技术路线 1 3 1 主要内容 本论文的主要内容有以下四点：( 1 ) 系统地介绍了生态足迹分析法的理论框架、 指标体系和计算方法，并介绍了生态足迹分析方法在国内外的应用。( 2 ) 对青岛市 1 9 9 6 2 0 0 5 年间的生态足迹相关指标进行了计算和分析。( 3 ) 按时间序列对青岛市 生态足迹进行动态分析，建立生态足迹相关指标的预测模型并预测其未来的变化趋 势，对青岛市的生态足迹现状和其它一些国家与地区进行横向比较分析。 1 3 2 技术路线 7 青岛市生态足迹动态研究 2 生态足迹理论及模型研究 2 1 生态足迹及其基本概念 2 1 1 生态足迹的概念 关于生态足迹的概念，加拿大生态经济学家r e e swe 曾 将其形象的比喻为“一只负载着人类与人类所创造的城市、 工厂的巨脚踏在地球上留下的脚印“h 。这一形象化概念 既反映了人类对地球环境的影响，也包含了可持续发展机制。 这就是，当地球所能提供的土地面积容不下这只巨脚时，其 上的城市、工厂、人类文明就会失衡；如果这只巨脚始终得 不到一块允许其发展的立足之地，那么它所承载的人类文明 图2 - 1 生态脚印 将最终坠落、崩毁。其后又由其博士生w a c k e n a g e lw 对生态足迹加以完善，并从不 同的侧面对其进行了定义：“一个国家范围内给定人口的消费负荷”、 “用生产 性土地面积来度量一个确定人口或经济规模的资源消费和废弃物吸收水平的帐户工 具” 1 3 o 生态足迹概念的内涵表现在：它是测量人类对自然生态环境的需求与自然所 能提供这种物质流所必需的生物生产土地面积，并同国家或区域范围所能提供的这种 生物生产土地面积进行比较，为判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地生 态环境承载力范围内，提供了定量的依据。通过生态足迹的计算和分析，能在全球和 区域范围内比较自然资产的产出和人类的消费情况。 在一定技术条件下，要维持某一物质消费水平下的一定人口的持续生存必需的生 态生产性土地的面积即为生态足迹( e c o l o g i c a lf o o t p r i n t ，e f ) ，它既是既定技术条 件和消费水平下特定人口对环境的影响规模，又代表既定技术条件和消费水平下特定 人口持续生存下去而对环境提出的需求。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。 因此，生态足迹涵盖了人口规模与人均对环境的影响力两方面的内容，基本上将人类 对各种生态生产性土地的需求囊括在内。 青岛市生态足迹动态研究 2 1 2 生态足迹的基本概念 任何人都要消费自然提供的产品和服务，对地球生态环境构成影响。只要人类对 自然环境的压力处于地球生态环境的承载力范围内，地球生态环境就是安全的，人类 经济社会的发展就处于可持续的范围内。但如何判定人类是否生存于地球生态环境承 载力的范围内呢? 生态足迹的提出正好回答这个问题，它通过测定现今人类为了维持 自身生存而消费的自然资源来评估人类对生态环境的影响。生态足迹模型主要用来计 算在一定的人口和经济规模下维持资源消费和废弃物吸收所必需的生物生产面积。将 一个区域或国家的资源、能源消费同自己所拥有的生态生产能力进行比较，能判断一 个国家或区域的发展是否处于生态承载力的范围内，是否具有安全性、可持续性。 2 1 2 1 生态生产性土地 生态生产性土地( e c o l o g i c a l l yp r o d u c t i v el a n d ，e p l ) 是指具有生态生产能力的 土地和水体。生态生产是指生态环境中的生物从外界环境中吸收生命过程所必需的物 质和能量，然后转化为新的物质，从而实现物质和能量的积累和转化。生态生产是自 然资本产生自然收入的原因，而自然资本总是与一定的地球表面相联系，因此生态足 迹分析法用生态生产性土地的概念来代表自然资本啡3 。“生态生产性土地”是生态足 迹分析法为各类自然资本提供的统一度量基础。地球表面的生态生产性土地可分为6 大类： ( 1 ) 化石能源吸收她 生态足迹分析法强调资源的再生性，因此化石能源用地( f o s s i le n e r g yl a n d ，f b l ) 是用来吸收化石燃料燃烧所排放的c o 。和通过木质生物量的积累产生能源的土地。从 原则上讲，为了保证自然资本总量不减少，应该储备一定量的土地来补偿因化石能源 的消耗而损失的自然资本的量。但实际情况是，目前还没有土地被仅仅用来吸收c 0 2 或者补充化石燃料燃烧所丧失的生物化学能源，从这个角度来看，我们是在直接消费 着这部分自然资源。 ( 2 ) 耕地 从生态分析来看，耕地( a r a b l el a n d ，a l ) 是所有生态生产性土地中生产力最大的 9 青岛市生态足迹动态研究 类。根据联合国粮农组织( f a 0 ) 的报告，目前世界上几乎所有最好的可耕地都处于 开发状态，而且每年都有大量耕地被建设用地占用或退化，据估计世界上人均可耕地 面积已不足0 2 5 h a 了。 ( 3 ) 牧草地 牧草地( p a s t u r el a n d ，p l ) 即适用于发展畜牧业的土地。全球目前大约有3 3 5 亿h a 的牧草地，折合人均约0 6 h a 。绝大多数牧草地在生产力上远不及可耕地，不 仅是因为它们积累生物量的潜力不如可耕地，也因为由植物能量转化到动物能量过程 存在着著名的1 1 0 定律而使得实际上可为人类所用的生物化学能量减少了。此外， 由于人类的不合理开发、过度放牧使得草地质量数量都有下降的趋势。 ( 4 ) 林地 林地( f o r e s t ) 指可产出木材产品的人造林或天然林。当然森林还具有其它许多功 能，如防风固沙、涵养水源、改善气候、保护物种多样性等。全球现有森林3 4 4 亿 h a ，相当于人均0 6 h a 的面积。目前，除了少数偏远的、难以进入的密林地区外， 大多数森林的生态生产力并不高，且面临着森林面积急剧减少的威胁。 ( 5 ) 建设用地 建设用地( b u i l t u pa r e a s ，b a ) 包括各类人居设施及道路、工矿设施等所占用的 土地。世界人均建设用地已接近0 0 3 h a 。随着城市化的发展，建成地面积逐年增加， 般建成地的扩张是以耕地面积的减少为代价的。 ( 6 ) 水域 全球海洋( s e al a n d ，s l ) 面积约为3 6 6 亿h a ，人均约6 h a 。实际上，人类所消 费的海产品主要归功于这6 h a 中的大约0 5 h a ，目前海洋污染愈演愈烈使得海洋生 态生产力有下降的趋势。 2 1 l2 2 全球生态标杆 全球生态标杆( g l o b a le c o l o g i c a l l yb e n c h m a r k ，g e b ) 即全球人均总生态承载力。 由北大城环系杨开忠教授计算出的生态标杆为1 6 h a ，也就是全球人均拥有1 6 h a 的生态生产性土地。 青岛市生态足迹动态研究 2 1 2 3 生态承载力 传统研究中生态承载力( e c o l o g i c a lc a p a c i t y ，e c ) 以人口计量为基础，即在不 损害区域生产力的前提下，一个区域的资源能供养的最大人口数。然而随着贸易、技 术进步、消费模式等因素的差异，人们认识到人类对环境的影响不仅取决于入口本身 的规模，而且也取决于人类对环境的影响规模。生态足迹分析法中的生态承载力定义 为一个地区所能提供给人类的生态生产性土地和水域的面积总和。 2 1 2 4 生态赤字盈余 生态赤字盈余( e c o l o g i c a ld e f i c i t r e m a i n d e r ，e d e r ) 用来衡量一个区域可持 续发展程度。如果一个地区的生态承载力小于生态足迹则出现生态赤字，其大小等于 生态承载力减去生态足迹的差数，只要生态赤字处在一定的阈值范围内，就不会阻碍 区域可持续发展的实现；生态承载力大于生态足迹时则产生生态盈余，表示此区域处 于绝对可持续发展范围内。 2 1 2 5 均衡处理及产量调整分析 由于化石燃料土地、可耕地、林地、牧草地、建设用地和水域这六类生态 生产性土地的生态生产力差异很大，为了使计算结果转化成一个可比较的标准， 有必要在各种类型的生态生产性土地面积前乘以一个均衡因子( e q u i v a l e n c e f a c t o r s ) 。也就是说均衡因子将每一个类型的主要生物资源的生产潜力进行了 标准化处理。 不同国家和地区有不同的资源禀赋，因此，为进行区域之间的比较，引入 了产量调整因子对其进行调整。产量因子是通过将所核算区域单位面积的生态 生产力与全球平均生态生产力相比较得到的。 本文均衡因子采用w w f 最新的调整，即：耕地和建设用地，2 1 7 ：草地， 0 4 7 ；水域，0 3 5 ；森林，1 3 5 ；他们对权衡因子的计算是根据f a o 全球农业 生态区( g a e z ) 和国际应用系统分析研究( i i a s a ) 所估计的各类土地最大潜在作 物产量来计算”“。产量因子是依据青岛地区各种不同类型生产空间的生产力与 全球平均生产力的比较得到“”。由于青岛市的各年的产量因子变化不大，在进 青岛市生态足迹动态研究 行计算时，2 0 0 0 年以前( 包括2 0 0 0 年) 产量因子分别为：耕地2 2 5 ，林地1 1 1 ， 水域2 1 2 9 ，由于建设用地大部分是占用生产力较高的耕地，所以采用耕地的 产量因子，由于青岛没有专门的牧草地因此产量因子为o ；2 0 0 0 年以后的产量 因子分别为：耕地2 3 0 ，林地1 9 9 ，水域2 1 2 9 ，建设用地2 3 0 。 2 2 生态足迹模型 2 2 1 生态足迹需求模型 生态足迹的计算基于以下5 点基本假设： ( 1 ) 人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生废物的数量； ( 2 ) 这些资源和废弃物能够折算成生产和消纳这些资源和废弃物的生物生产性土 地面积； ( 3 ) 旦采用生态生产力来衡量土地时，不同地域间的土地可以用相同的单位 “g h a ”( 全球性公顷) 来表示。也就是说，每单位不同地区的土地面积，根据产出能力 的不同，都可以转化为全球均衡面积来比较。这也就意味着，每单位的全球均衡面积代 表着相同的生态生产力( 全球平均生态生产力) 。 ( 4 ) 各类土地在空间上是互斥的。如，一块土地用于修建公路时，它就不可能同时 是森林、耕地、牧草地等。 ( 5 ) 既然分析地球上哪些地域具有生态生产力是可行的，那么，自然系统的生态服 务总供给能力和人类系统对自然系统的总需求数量就能够相比较。 在生态足迹的需求账户计算中，生物生产性土地主要考虑以下6 种类型：可耕 地、草地、林地、化石能源土地、建设用地和水域。其计算公式为m 1 ： e f = n ( e f ) 2n ，j c ，p ，( i = 1 ，2 ，3 ，”，n ) ( 2 1 ) ，；1 式2 1 中，e f 为总的生态足迹，n 为人口数，e f 为人均生态足迹，i 为消费 品和投入的类型，j 为生物生产性土地类型，c ，为i 种消费品的人均消费量，p t 为 第i 种消费品的平均生产能力，r ，为均衡因子，因为单位面积耕地、化石能源用地、 牧草地、林地等的生物生产能力差异很大，有必要在每类生物生产性土地面积前乘上 1 2 青岛市生态足迹动态研究 一个均衡因子1 ，以转化为一个统一的、可比较的生物生产性土地面积。 本文根据青岛市的实际情况，将人类消耗的资源分为两大类：生物资源账户和能 源资源账户。生物资源账户涉及到的因素包括：粮食、食用油、蔬菜、猪肉、鲜蛋、 食糖、瓜果、茶叶、白酒、牛羊肉、肉禽类、鲜奶、水产品、木材等；能源账户涉及 到的因素包括原煤、焦炭、原油、汽油、煤油、柴油、液化石油气、炼厂干气、燃料 油、热力、电力等。 2 2 2 生态承载力模型 生态承载力指区域所能提供的各种生态生产性土地面积的总和。人均生态承载力 则指人均占有的生态空间。鉴于不同国家或地区的资源禀赋不同，不仅单位面积不同 类型的土地生物生产能力差异很大，而且单位面积同类型生物生产土地的生产力也有 很大差异，因此，对于不同国家或地区同类型生物生产土地的实际面积不能直接对比， 需要对其进行调整。在模型中采用产量因子( y ，) 来弥补这方面的缺陷。将现有耕地、 草地，林地、建设用地、水域等物理空间的面积乘以相应的均衡因子( r j ) 和产量因子 ( y j ) ，就可得出带有世界平均产量的世界平均生态空间面积，即生态承载力。由于青 岛市没有专门的牧草地，也没有预留专门的土地对c 0 2 进行吸收，因此本文的生态承 载力仅考虑四种土地类型。其计算公式为嘲： e c = n ( e c ) = n ( a j x r j x y j ) ( j _ 1 ，2 ，3 ，4 ) ( 2 2 ) 式2 2 中e c 为区域总的生态承载力，n 为人口数，e c 为人均生态承载力，j 为 生态生产性土地类型，a ，为人均生物生产面积，r j 为均衡因子，y ，为产量因子，其中 y r = y ，y - j ，是指某国家或地区某种生物生产性土地产量y ”与世界该类型土地生物平 均产量y ，之比。 2 2 3 贸易调整计算 由于受贸易的影响，一个国家或地区的生态足迹可以跨越地区界限。所以，在生 物资源和能源的消费额中应考虑贸易调整。调整部分主要是考虑贸易对生物资源和能 源消费的影响而对当前的消费额进行调整，计算净消费额。生物资源的消费调整可采 用生物资源的类型与生物生产面积的类型配比即可，也就是说，将贸易中分类产品按 青岛市生态足迹