（环境工程专业论文）成都市交通生态足迹核算与分析.pdf

西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 摘要 我国城市经济的迅猛发展及城市化进程的加快，使城市交通需求量急剧增加，而 交通系统的不可再生资源消耗，造成资源短缺和城市环境质量恶化。因此，对交通系 统中的能源消耗、污染物排放、道路使用等规律做出正确的评价，寻找城市交通系统 的合理模式，对我国的城市交通可持续发展有着重大的意义。本文从城市交通系统的 运行特点入手，将交通污染物排放和水资源消耗纳入交通生态足迹模型账户中，构建 和阐述了一个较完整的城市交通生态足迹核算的理论与方法。提出交通生态足迹由四 个账户组成：化石能源足迹、建成地足迹、污染物足迹和水资源足迹。 本文对成都市中心城区机动车交通生态足迹进行了时间序列上的核算，结果表明： 2 0 0 6 2 0 1 0 年，交通生态足迹总体呈逐渐上升趋势，从1 4 8 2 1 l 万h m 2 增长到2 7 3 2 9 3 万h m 2 ，增长幅度达8 4 3 9 ；人均交通生态足迹亦呈上升趋势，从0 4 9 1 0 2 5h m 2 人。1 增长到o 8 2 9 0 9h m 2 人一，增长幅度达6 8 8 5 。中心城区机动车化石能源足迹占交通生 态足迹的年均比重为8 6 4 7 ，明显高于其他三类账户足迹；污染物足迹占交通生态足 迹的年均比重为1 2 3 4 ，而建成地足迹和水资源足迹所占比重相对较小，但也不可忽 略。从交通生态足迹增长率上看，化石能源足迹和污染物足迹年平均增长率较高，分 别达到了1 6 5 7 和1 7 3 0 ，而水资源足迹2 0 0 7 年出现负增长，增长率仅为4 3 4 。 从车型分类上看，轿车的交通生态足迹所占比例最高，平均为3 1 0 9 ；其次是重 型柴油车和重型汽油车，占比率分别达到了1 3 2 7 幂11 1 8 6 。轿车的化石能源足迹相 对较高，其年均比例为2 5 6 9 ，重型柴油车年均占比为1 4 6 7 ，仅次于轿车，为各类 车型中的第二位。出租车和公交车等城市公共交通的化石能源足迹所占比例较小。轿 车的污染足迹占比率亦最大，其年平均占比率达到6 8 1 5 ，超过其余各类车型，其次 是重型汽油车和中型汽油车。 针对成都市交通系统的情况，得出减少成都市交通生态足迹的对策：1 ) 适当控制 机动车的使用；2 ) 调整机动车能源结构；3 ) 大力发展公共交通系统；4 ) 加强机动 车污染物排放控制。 关键词：交通生态足迹；核算与分析；中心城区；机动车：成都市 a b s t r a c t t h er a p i dd e v e l o p m e n to fc h i n a su r b a ne c o n o m ya n dt h ea c c e l e r a t e dp r o c e s s o f u r b a n i z a t i o n ，u r b a nt r a f f i ci n c r e a s e ds h a r p l y , w h i l et h en o n r e n e w a b l er e s o u r c ec o n s u m p t i o n o 工t h et r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，r e s u l t i n gi na s h o r t a g eo fr e s o u r c e sa n du r b a ne n v i r o m e n t a l q u a l i t yd e t e r i o r a t i o n t h e r e f o r e ，m a k eac o r r e c te v a l u a t i o no fe n e r g yc o n s u m p t i o n ，p o l l u t a n t e m i s s i o n sa n dr o a du s ei nt h et r a n s p o r t a t i o ns y s t e mt of i n dar e a s o n a b l em o d ef o ru r b a n t r a n s p o r t a t i o ns y s t e m ，w h i c hi sg r e a ts i g n i f i c a n c et ot h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to fc h i n a t s u r b a nt r a n s p o r t s t a r t i n gf r o mt h eo p e r a t i o n a lf e a t u r e so ft h eu r b a nt r a n s p o r t a t i o ns v s t e m t h i sp a p e rb r i n gt r a f f i cp o l l u t a n te m i s s i o n sa n dw a t e rc o n s u m p t i o ni n t ot h et r a n s p o r t a t i o n e c o l o g i c a lf o o t p r i n tm o d e la c c o u n t s ，b u i l da n de l a b o r a t eam o r e c o m p l e t e u r b a n t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n t c a l c u l a t i n gt h e o r i e s a n d m e t h o d s p r o p o s e d t h e t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n tc o n s i s t so ff o u ra c c o u n t s ：t h ef o s s i le n e r g yf o o t p r i n t ，b u i l t l a n df o o t p r i n t ，t h ep o l l u t a n tf o o t p r i n ta n dw a t e rf o o t p r i n t t h i sp a p e rc a l c u l a t e dt h et r a n s p o r t a t i o n e c o l o g i c a lf o o t p r i n to ft h ec e n t r a lc i t yo f c h e n g d uo nm o t o rv e h i c l et r a f f i ci nt h et i m es e r i e s ，t h er e s u l t ss h o wt h a t ：2 0 0 6t o2 010 t h e t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n tg r a d u a li n c r e a s ei n g r o w t hf r o m 1 , 4 8 2 ，110h m 2t o 2 , 7 3 2 ，9 3 0h m 2 ，u pb y8 4 3 9 ：t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a l f o o t p r i n tp e rc a p i t aw a sa l s oa n u p w a r dt r e n dt oi n c r e a s ef r o m0 4 910 2 5h m 2p e rp e r s o nt o0 8 2 9 0 9h m 2p e rp e r s o n ，a n i n c r e a s eo f6 8 8 5 f o s s i le n e r g yf o o t p r i n to ft h ec e n t r a lc i t ym o t o rv e h i c l ea c c o u n t e df o r t h et r a n s p o r te c o l o g i c a lf o o t p r i n to ft h ea v e r a g ea n n u a lp r o p o r t i o no f 8 6 4 7 ，s i g n i f i c a n t l y h i g h e rt h a nt h eo t h e rt h r e et y p e so fa c c o u n t sf o o t p r i n t ；p o l l u t a n t sf o o t p r i n ta c c o u n t sf o rt h e t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n to ft h ea v e r a g ea n n u a lp r o p o r t i o no f12 3 4 ，w h i l et h e b u i l tf o o t p r i n ta n dt h ew a t e rt h ep r o p o r t i o no fr e l a t i v e l ys m a l l f o o t p r i n t ，b u tc a nn o tb e i g n o r e d f r o mt h ep o i n tv i e wo fg r o w t hr a t e ，f o s s i le n e r g yf o o t p r i n ta n dp o l l u t a n tf o o t p r i n t a v e r a g ea n n u a lg r o w t hr a t ei sh i g h e r , r e s p e c t i v e l y16 5 7 a n d17 3 0 ，t h ew a t e rf o o t p r i n to f n e g a t i v eg r o w t hi n2 0 0 7 ，g r e wb yo n l y 4 3 4 f r o mt h ep o i n to fv i e wo ft h ev e h i c l et y p e ，t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n to f t h ec a r w a st h eh i g h e s tp r o p o r t i o n ，w i t ha na v e r a g eo f31 0 9 ：f o l l o w e db yah e a v y d u t yd i e s e l v e h i c l e sa n dh e a v y - d u t yg a s o l i n e v e h i c l e s ，a c c o u n t i n gf o rt h er a t i or e a c h e d13 2 7 a n d 西南交通大学硕士研究生学位论文 第1 i i 页 11 8 6 r e s p e c t i v e l y f o s s i le n e r g yf o o t p r i n to ft h ec a rw a s r e l a t i v e l yh i g h ，i t sa v e r a g ea n n u a l r a t i oo f2 5 6 9 ，h e a v yd u t yd i e s e lv e h i c l e sa n n u a lp e r c e n t a g ei s14 6 7 ，s e c o n do n l y t ot h e c a rf o rt h es e c o n dp l a c ei nt h ev a r i o u sm o d e l s f o s s i le n e r g yf o o t p r i n to ft h et a x i sa n d b u s e s a c c o u n t e df o rr e l a t i v e l ys m a l l c a rp o l l u t i o nf o o t p r i n ti sa l s ot h el a r g e s tr a t i o ，i t sa v e r a g e a n n u a la c c o u n t sf o rt h er a t i or e a c h e d6 8 15 ，m o r et h a no t h e rt y p e so fm o d e l s ，f o l l o w e db y ah e a v y 。d u t yg a s o l i n ev e h i c l e sa n dm e d i u m s i z e dp e t r o lc a r i nc h e n g d uc i t yt r a f f i cs y s t e m ，t h ef o l l o w i n gm e a s u r e sc a nb et a k e nt o r e d u c et h e t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n t ：1 ) a p p r o p r i a t et oc o n t r o lt h eu s eo fm o t o rv e h i c l e ；2 ) a d j u s tv e h i c l ee n e r g ys t r u c t u r e ；3 ) v i g o r o u s l yd e v e l o pt h ep u b l i ct r a n s i ts y s t e m ；4 ) s t r e n g t h e n m o t o rv e h i c l ep o l l u t a n te m i s s i o nc o n t r 0 1 k e yw o r d ：t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a lf o o t p r i n t ；c a l c u l a t i o na n da n a l y s i s ；c e n t r a lc i t y ； m o t o rv e h i c l e ；c h e n g d u 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 页 1 1 研究背景 1 1 1 城市交通系统问题 第1 章绪论 由于我国城市经济高速发展，城市化进程加快，造成城市交通需求量急剧增加， 交通拥堵问题凸显，资源得不到合理的配置，环境质量日益恶化，城市交通成为城市 经济发展及人民生活水平提高的制约因素。具体表现在如下几个方面： 1 、城市交通系统的资源消耗量较大，交通资源的供需矛盾日渐突出。城市交通系 统所消耗的资源主要有2 类：城市建筑用地和能源，都属于不可再生资源。 在发达国家，城市交通设施占地比例一般都在3 0 左右，有些城市高达4 0 5 0 。 同时，交通系统运行所消耗的能源占总能源消耗中的比例相当高，在北美，有6 0 7 0 的燃油是被交通运输系统所消耗的，其中汽车消耗占了绝大部分【l 】。 目前我国城市交通设施的占地比例一般在1 5 以下，但随着城市化进程的加快， 交通用地所占的比例会不断增加。交通系统运行所消耗的能源在总能源消耗中的比例 现已超过3 0 ，而且随着城市道路交通设施的完善，机动车保有量的不断增加，交通 系统资源消耗的比重会逐年增加，城市交通的可持续发展会受到交通系统土地、燃油 等不可再生资源过度依赖的严重影响。 2 、城市交通噪声、汽车大气污染物排放以及汽车洒漏等是造成城市环境恶化的主 要原因。其中，交通系统产生的大气污染影响最大，这些污染物包括一氧化碳( c o ) 、 氮氧化合物( n o x ) 、碳氢化合物( h c ) 及其他挥发性有机污染物( v o c ) 等。在我 国，2 0 0 9 年全国机动车排放污染物5 1 4 3 3 x1 07 埏，其中c o 为4 0 1 8 8 x1 07 k g ，h c 为 4 8 2 2x1 07 k g ，n o x 为5 8 3 3x1 07 k g ，p m 为5 9x1 07 k g ；汽车成为机动车污染物总量 的主要贡献者，c o 和h c 的贡献率超过7 0 ，n o x 和p m 的贡献率超过9 0 【2 j 。可以 预见，随着城市机动车拥有量的增加，其尾气对城市大气的污染程度还会进一步增加。 3 、城市交通发展政策与交通结构不合理。据调查，在我国城市交通出行方式中， 公共交通只占5 1 0 ，而其他非公交机动车辆所占比例较高，导致城市道路利用率 较低，造成城市交通拥挤，机动车能耗增加以及环境污染加剧。 西南交通大学硕士研究生学位论文第2 页 综上可知，城市交通的发展，不仅带来能源的短缺，还会对城市环境产生巨大的 负作用。因此，通过对交通系统运行与资源消耗相关关系的研究，对交通系统中的能 源消耗、污染物排放、道路使用等规律做出正确的评价，探索出城市交通系统运行的 合理结构和模式，是城市交通系统可持续发展的必要条件，而且对我国的城市经济发 展有着重大的意义。 1 1 2 生态足迹理论 生态足迹( e c o l o g i c a lf o o t p r i m ，e f ) 研究源于2 0 世纪7 0 年代生态经济学领域的 “影子面积”、净初级生产力和绿色净国家产品等诸多研究成果。生态足迹的概念最早 是由加拿大生态经济学家w i l l i a mer e s s 教授于1 9 9 2 年正式提出，后来其博士生m a t h i s w a c k e m a g e l 3 j 将此理论和计算方法进行了完整的阐述，此方法已成为用于衡量人类对 自然资源的消费利用程度，以及自然界为人类提供生命支持服务能力的一种定量化方 法。它将人类对大自然的消费以及废弃物的排放对环境的冲击形象的比喻为“负载着 人类和人类所创造的城市、工厂、铁路、农田的巨脚踏在地球上时留下的脚印大 小”( 如图1 1 ) 。因此，生态足迹的值越大，就说明人类对自然环境的资源利用及生态 破坏的程度越大。 图1 - 1 生态足迹 生态足迹形象的反映了人类活动对生态环境的影响大小，同时它也包含了可持续 发展评价机制，即当地球生态系统所能够提供的土地面积不能容纳这只巨脚时，它所 承载的城市、工厂等人类文明就会失去平衡甚至崩溃。 西南交通大学硕士研究生学位论文第3 页 本文认为，生态足迹法囊括了人类生产和生活中资源消费和污染物排放项目，是 研究城市交通资源消耗、污染物排放、道路使用等规律问题的理想工具。 1 2 国内外生态足迹法研究现状 生态足迹的概念和理论方法自提出以来，掀起了世界范围内的研究热潮，其理论和 方法在逐步完善的同时也得到了广泛的应用 4 】。生态足迹分析法已经应用于全球、国家 或地区等大规模人口的测算评价，在家庭及个人尺度上的研究也有一定进展。此外， 国内外学者也将其应用于旅游业、交通运输业、生态环境评价等领域的研究。目前， 主要发达国家生态足迹的计算均己完成，其经验也正在向发展中国家普及。我国在1 9 9 9 年开始引入生态足迹法的研究，取得了很大进展。 1 2 1 生态足迹法在不同尺度上的研究 l 、全球尺度的研究 w a c k e r n a g e l 5 等( 1 9 9 7 ) 率先应用生态足迹分析法，对全球人类可利用的生态空 间和生态足迹两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为 2 3 h m 2 ，但世界环境与发展委员会( w c e d ) 建议在生态系统中需留出1 2 的生态生 产性土地面积以保护生物多样性，折算后，全球实际人均生态承载力( 包括海洋在内) 将缩减到不足2 o h m 2 。所以，1 9 9 7 年人均全球生态承载力的阈值就是人均2 o h m 2 。因 此，从全球范围而言，人类的生态足迹己超过了全球生态承载力的3 0 ，人类的消费 量己超出自然生态系统的再生产能力，即人类正在耗尽全球的自然资本存量。 2 、国家尺度的研究 国外对国家尺度生态足迹的研究最早出现在1 9 9 7 年，w a c k e m a g e l 【6 】在( ( e c o l o g i c a l f o o t p r i n t o f n a t i o n s ) ) 中对全世界5 2 个国家和地区的生态足迹进行了计算，研究表明： 普通美国人的人均生态足迹为1 0 3h m 2 ，是全球最高的，为全球平均水平的4 3 倍；而 孟加拉国的最低，人均0 7h m 2 。v a n v u u r e n 7 】等计算与分析了1 9 8 0 、1 9 8 7 和1 9 9 4 年 贝宁、不丹、哥斯达黎加和荷兰等国家的生态足迹，在计算中采用当地的平均产量因 子代替了全球平均产量因子，使计算结果更具有可信度。 自2 0 0 0 年起，世界自然基金会( w o r l dw i d ef u n df o rn a t u r e ，w w f ) 每两年对全球 生态足迹进行计算分析，己经发布了六份生命行星报告5 5 ( ( ( l i v i n gp l a n e tr e p o r t ) ) ) 西南交通大学硕士研究生学位论文第4 页 ( 2 0 0 0 ，2 0 0 2 ，2 0 0 4 ，2 0 0 6 ，2 0 0 8 ，2 0 1 0 ) ，对全球1 9 6 1 2 0 0 7 年各类生态足迹进行了时 间维的动态分析；并且列出了1 9 9 6 年、1 9 9 9 年、2 0 0 1 年、2 0 0 3 年、2 0 0 5 年和2 0 0 7 年世界上超过1 0 0 万人口的1 5 0 多个国家和地区的生态足迹状况，对各个国家的资源 消耗状况和人口规模进行分析【引。 在国内，徐中民等9 1 计算出我国1 9 9 9 年人均生态足迹为1 3 2 6h m 2 ，人均生态赤字 o 6 4 5h m 2 。由于人口总量大，中国总生态足迹为1 6 6 8 8 7h m 2 ，是国土面积的1 7 4 倍， 这表明我国的人地关系已经十分紧张，资源消费已经远远大于资源的供给能力。刘宇 辉【1 0 】运用生态足迹模型对中国1 9 6 1 2 0 0 1 年生态足迹和生态承载力进行计算，结果表 明：中国生态足迹和生态承载力均有所上升，且生态赤字在1 9 8 0 年代以来出现并持续 增长。 3 、区域和城市尺度的研究 目前，区域和城市的生态足迹理论正处于发展阶段，在国外，许多学者已经开展 了区域和城市的生态足迹测算工作。f o l k e 等【1 0 】研究了欧洲波罗地海流域的2 9 个大城 市的生态足迹，结果表明：这些城市的生态足迹至少需要波罗地海流域7 5 1 5 0 的 生态承载力，而城市的面积仅占区域面积的o 1 ，提供其生态承载力的生态生产性土 地面积是这些城市的5 6 5 1 1 3 0 倍。 在国内，张绍修1 2 1 等对成都市生态足迹的研究表明：从2 0 0 0 年到2 0 0 4 年的5 年 里，成都市人均生态足迹需求平均为1 4 5 6h m 2 ，人均生态承载力平均为1 1 8 8 1h m 2 ， 人均生态赤字平均为1 2 6 8h m 2 。成都市化石能源地所占的比例最大，而且增长速度非 常快，化石能源地所占的比例由3 5 增长到3 9 。反映出成都市经济的发展很大程度 上依赖自然资源的消耗。 4 、家庭和个人尺度的研究 2 0 0 3 年，“发展重定义组织”( r e d e f i n i n gp r o g r e s s ) 1 3 】提出家庭生态足迹( h o u s e h o l d e c o l o g i c a lf o o t p r i n t ) 计算框架，使生态足迹的研究进入了微观的家庭以及个人层面。 在国内，李定邦等1 4 1 以家庭生态足迹计算框架为基础，结合中国家庭的实际情况，计 算上海家庭的生态足迹，结果表明：低收入家庭和高收入家庭的平均生态足迹都超过 了生态承载力。家庭平均生态足迹构成中，化石能源用地所占比例最大，约占5 6 。 可见，对化石能源的消费占家庭日常生活消耗的大部分，因此，提出减少家庭生态足 迹的有效途径是节约化石能源和使用可再生的新能源。 西南交通大学硕士研究生学位论文第5 页 此外，目前在互联网上已经出现测算个人生态足迹的“生态足迹计算器”程序， 以问卷调查的方式提供选择的选项，根据答题者的信息就可计算出个人大致的生态足 迹( 如世界自然基金会网站h t t p ：w w w w w f c h i n a o r g a c t i o n g a m e s f l a s h e s f o o t p r i n t ) 。 1 2 2 生态足迹法在不同领域上的研究 1 、在旅游业中的研究 国外学者就生态足迹分析方法在旅游领域的应用始于对旅游要素的生态足迹分析。 2 0 0 0 年，w a c k e r n a g e l 等【l5 j 首次利用生态足迹方法评估了旅游业可持续发展；2 0 0 2 年， h u n t e r 1 6 1 最先明确提出了旅游生态足迹的概念，之后，g o e s s l i n g 等旧对印度洋中西部 岛国塞舌尔旅游区旅游业的度假旅游产品生态足迹进行了分析研究。 在国内，席建超 1 8 】等( 2 0 0 4 ) 首次就生态足迹在旅游领域的应用做了尝试，他们在 分析旅游消费生态占用基本构成的基础上，提出了旅游消费生态占用的计量模型，并 以北京市海外旅游者为例，对旅游消费生态占用作了初步的探讨。章锦河等【1 9 】以九寨 沟为例，定量测度旅游者与居民生态足迹的大小，构建了基于旅游生态足迹效率的生 态补偿标准测度模型，为自然保护区以及当地居民的生态补偿提供决策依据，拓展了 旅游生态足迹模型研究领域。 2 、在交通运输业中的研究 为了反映交通工具对自然生态环境的压力和影响，促进交通可持续发展，很多学 者都对交通系统的生态足迹进行了研究。b e s tf o o tf o r w a r d 2 叭、c h a m b e r s 2 、b r o w n e 2 2 】 等分别对怀特岛、伦敦以及爱尔兰等城市交通生态足迹进行了计算和分析，并根据结 果提出了相应的可持续发展建议；w i e d m a n l l 【2 3 也采用生态足迹法对英国几种常见的交 通方式进行了研究，并得出了各种交通方式的生态足迹。 在国内，李艳梅等2 4 】计算和分析了中国1 9 8 5 年2 0 0 1 年的交通生态足迹，重点考 察了交通系统化石能源消耗和交通建成地的生态足迹。梁勇 2 5 35 1 、孙鹏【2 6 、丁宇【2 7 】等 人也对国内北京、沈阳、深圳等城市的交通生态足迹进行了研究。 3 、在生态环境影响中的研究 2 0 0 8 年，肖建红【2 8 】等运用生态足迹法计算了2 0 0 2 年中国水利工程生态供给足迹 和生态需求足迹，评估了大型水利工程建设对牛态环境的影响；赵健民 2 9 】等运用生态 足迹方法计算了三峡工程对长江流域生态承载力的影响。 西南交通大学硕士研究生学位论文第6 页 4 、在水资源中的研究 j e n e r e t e 3 0 基于生态足迹理论研究了中国和美国的淡水资源消费模式，发现人口数 量和当地水资源量是影响水足迹的最大因素。在国内，王新华【3 1 】、龙爱华【3 2 】等基于生 态足迹法，结合虚拟水理论，提出水足迹的概念和计算方法；并将其应用于中国各省 2 0 0 0 年人均水足迹分析和甘肃省19 8 9 2 0 0 3 年的水资源足迹及其变化分析中。 1 3 研究意义 从理论上讲，国内外己广泛开展生态足迹法在交通体系中的应用研究，但各国学者 研究各有侧重，对计算账户和计算模型的确立仍未有定论( 相关研究本文将于第二章 作详细介绍) ，本文通过对成都市中心城区机动车交通系统的资源能源结构、消费总量， 交通工具污染物排放的深入分析，将污染物足迹和水资源足迹纳入交通生态足迹模型 中，构建和阐述一个较完整的城市交通系统生态足迹核算的理论与方法，对交通生态 足迹理论的发展具有一定意义。 从实践上讲，本文利用交通生态足迹模型核算成都市中心城区机动车交通体系近5 年的能耗和污染物排放的生态足迹，分析成都市机动车对城市环境影响程度，并据此 提出相关的调控措施及政策建议，具有一定的实践意义。 1 4 研究内容和技术路线 1 4 1 研究内容 1 、提出交通系统存在的问题，回顾和分析生态足迹理论应用领域和成果，为课题 研究寻找可行的突破口。 2 、研究生态足迹理论在城市交通系统运行评价中的应用，探讨将交通系统能源消 耗、污染物排放、水资源消耗等纳入生态足迹核算账户的理论方法，结合相关研究， 构建交通生态足迹计算模型。 3 、分析成都市经济社会、交通系统和环境特征。收集2 0 0 6 2 0 1 0 年成都市交通系 统相关资料，深入分析成都市机动车保有量、运行特点、能源结构、能源消费量及污 染物排放的特征。 4 、运用交通生态足迹模型对成都市中心城区机动车交通生态足迹进行核算；从时 西南交通大学硕士研究生学位论文第7 页 间序列上分析成都市城市交通生态足迹的动态变化，分析城市交通生态足迹构成情况， 分析交通生态足迹与交通体系组成、能耗及污染之间的变化关系。 5 、根据成都市中心城区机动车交通生态足迹评价分析，提出相关的调控措施及政 策建议。 1 4 2 技术路线 本文研究遵循从理论到实践的研究框架，其技术路线见下图： i 成都市交通生态足迹分析 上 结论对策 图1 2 本研究技术路线 西南交通大学硕士研究生学位论文第8 页 第2 章交通生态足迹模型构建 2 1 生态足迹法基本原理 生态足迹( e c o l o g i c a lf o o t p r i m ) 的基本原理是：人类需要消费生态系统的各种产 品、资源和服务来维持自身的生存和发展，而提供每一项人类消费产品所需的原始物 质和能量都能够由具有生态生产力的土地提供，生态足迹即是人类消费的资源量折算 成相应的具有生态生产性土地的面积。因此，w i l l i a m 和w a e k e m a g e l 将生态足迹的定 义为：“t h eb i o l o g i c a l l yp r o d u c t i v ea n dm u t u a l l ye x c l u s i v ea r e a sn e c e s s a r yt oc o n t i n u o u s l y p r o v i d ef o rp e o p l e sr e s o u r c es u p p l i e sa n dt h ea b s o r p t i o no ft h e i rw a s t e s 【3 3 】，即任何己知 人口范围( 国家、区域、城市、社区及个人等) 的生态足迹是生产和提供这些人口所 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态生产性土地的总面 积。 2 1 1 生态生产性土地 生态生产( e c o l o g i c a l l yp r o d u c t i v e ) ，也称为生物生产，是指生态系统中的生物从 外界环境中吸收生命过程所必需的物质和能量转化为新的物质，从而实现物质和能量 的积累。在生态足迹理论中，将生态系统对污染物的消纳也算作一种生物生产，如森 林对c 0 2 的吸收，其吸收能力的大小也表示对自然资本的积累能力。 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 ) 、是生态足迹法为在各类自然资本之 间建立联系而提供的统一度量基础。由于自然资本是与地球表面生态系统所占面积联 系的，而且生态生产是自然资本产生积累原因，生态生产力越大说明某种自然资本的 生命支持能力越强。因此，生态足迹分析用生态生产性土地的面积概念来代表自然资 本。这种联系的建立简化了足迹账户对自然资本的统计，将自然资本项目之间的关系 转化为各类土地之间的等价关系，从而方便于计算自然资本的总量。因此，根据生态 生产性土地这一概念和地球表面生态生产性土地生产力大小的差异，生态足迹法的计 算账户可分为6 类【3 4 j ： 1 、化石能源地( f o s s i le n e r g yl a n d ) 主要指用来储备化石能源的土地。然而在实际上，储藏化石能源的用地面积是难 西南交通大学硕士研究生学位论文第9 页 以计算的，但化石燃料消耗的过程中会排放大量的c 0 2 ，所以人类应该留出用于吸收 化石能源燃烧过程中排放出c 0 2 的土地，事实上目前人类并未留出这类土地。 2 、可耕地( a r a b l el a n d ) 用于生产种植农作物的土地。从生态生产角度来看，可耕地是所有生态生产性土 地中生产能力最大的土地类型，在可耕地上生长着人类赖以生存的大部分生物量。根 据联合国粮农组织( f a o ) 的不完全统计，目前世界上大约有1 8 2 9 亿h m 2 可耕地。随 着城市的不断发展，可耕地被建筑用地不断的侵占。 3 、牧草地( p a s t u r e ) 指以生长草本植物为主，用于畜牧业的土地，分为天然草地、改良草地和人工草 地3 个二级地类。人类所消费的肉类、毛皮和乳制品等产品需要在牧草地饲养动物提 供，目前全球共有3 5 亿h m 2 的草场( 包括3 个二级地类，人均不到0 6h r n 2 ) ，相比较 而言，其生产能力比可耕地要低得多，而且大约有1 0 的生物量损失在食物链传递中， 同时，绝大多数城市仅仅将草地作为景观用地，所以牧草地的生态生产力在这六类土 地中是最低的。 4 、林地( f o r e s t ) 是指用于林业生产的地区，可产出木材等产品供人类消费，包括天然和人工林。 森林除了提供木材以外还有防风固沙、涵养水源、稳定气候状况、保护物种多样性等 诸多功能，既有经济效益又有生态效益。据联合国粮食与农业组织最新调查，目前在 地球上有3 9 亿h m 2 的林地( f a o 2 0 0 3 ) ，人均0 6h m 2 左右。由于人类对森林资源的过 度开发，林地的生产能力和服务功能在不断的下降，全世界森林覆盖率也在不断下降。 5 、水域( w a t e ra r e a ) 指提供人类水产品消费的淡水水域和近海海域面积。海洋大部分的生产力位于1 9 亿h m 2 的大陆架部分，只占海洋面积的5 2 3 ，但人类大9 5 的海洋渔产均来自大陆 架，所以，人类实际能从海洋中获取的食物是比较有限的。 6 、建成地( b u i l t u pa r e a ) 包括人类居住的设施以及道路交通等建设所占土地，是人类生存必需的场所，目 前全球人类定居和道路建设用地面积约2 亿h m 2 。由于人类大都定居在肥沃的土壤上， 因此建设面积的增加就意味着生物生产量的显著降低。 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 0 页 图2 - 1 生态生产性土地类型 2 1 2 生态足迹的计算模型 1 、条件假设 生态足迹法基于6 点假设【6 】： 1 ) 人类消耗的资源和他们制造的废物大部分均可追踪记录： 2 ) 大部分资源和废弃物流均可根据支持它们的具有生态生产力的空间来计量，无 法如此计算的资源和废弃物流不会纳入评估范围； 3 ) 每个空间将根据其可用生物生产力计算比重，从而将公顷转化为全球公顷一平 均生产力土地； 4 ) 由于这些空间分别代表各自专有用途，而每个全球公顷代表的任何一年生产的 相同数量生物量，因此它们可以加起来； 5 ) 以生态足迹作单位的人类需求和以生物承载力全球公顷作单位的自然资源供应 可直接作比较； 6 ) 人类所需的空间可能超逾可供应的空间。 2 、计算步骤 计算生态足迹的步骤如下：1 ) 划分生态足迹计算账户，计算各账户的消费量；2 ) 利用平均产量数据将各消费量折算成生物生产性土地面积；3 ) 通过等价因子将各 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 1 页 类生物生产性土地面积转换为等价生产力的土地面积，再将其汇总。具体计算公式为： e f = n e f = n a a ，= ( c f p 。) 式中：盯总的生态足迹： 矿人均生态足迹； 人口数； 力消费商品和投入的类型； i 消费项目数； a a ，第衍中交易商品折算的生态生产性土地面积； c ，第i 种商品的人均消费量； a 第i 种消费商品的平均生产能力。 2 2 交通生态足迹的提出 2 2 1 交通生态足迹研究现状 ( 2 1 ) 生态足迹概念一经提出便得到各国学者和研究人员的广泛研究，被应用于各尺度、 各领域的可持续发展、环境影响、生态效率的评价中。生态足迹理论在交通领域的应 用中也有长足的发展。 在国外，b e s tf o o tf o r w a r d 2 0 1 在对英国南部岛屿怀特岛的生态足迹的计算过程中， 将岛上居民和游客在交通体系中的资源和能源消耗纳入生态足迹核算账户。 c h a m b e r s 2 1 】对伦敦的资源流动和生态足迹的考察中，计算了伦敦的交通工具的生态足 迹，提出交通生态足迹应包含车辆制造和维修、燃料使用以及交通体系占用的土地( 包 括道路、机场跑道、轨道等) 所占用的资源。发现生态足迹最大的部分是自驾车出行， 占交通生态足迹的8 4 ，第二大组成部分是铁路( 包括地上和地下) 占11 。另外， b r o 、n e 【2 2 等利用生态足迹分析方法，核算爱尔兰l i m e r i c k 地区的居民交通出行方式的 生态足迹，分析和比较了不同交通政策选择的影响，得出2 0 1 0 年的最佳政策建议为更 好的规划城市空间布局和对燃油经济性的技术改进。 在国内，梁勇 3 5 1 等将生态足迹理论应用于城市交通环境影响评价，在计算账户中 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 2 页 选取了交通基础设施建设用地、化石能源、电力消费以及交通废弃物吸收等项目来反 映交通生态足迹，估算了2 0 0 2 年北京市城市交通的生态足迹，结果表明：私家车交 通生态足迹最大，是公共汽车的5 7 6 倍，提出要实现城市交通的可持续发展，必须优 先发展城市公共交通，并且适度限制发展私人交通。李艳梅等【2 4 从时间序列上( 1 9 8 5 - 2 0 0 1 年) 计算了中国交通运输业的生态足迹，将总交通生态足迹分为两个账户：化石 能源地足迹和建成地足迹，在计算建成地足迹时考虑了铁路、公路、机场、港口码头 等交通设施的占地面积，结果表明：随着交通发展速度加快，能源消费量的上升，交 通化石能源足迹上升幅度较大，达到1 3 5 6 ，而建成地足迹虽一直在上升但变化幅度 不大。孙鹏【2 6 j 等运用生态足迹方法评估了沈阳市1 9 9 5 2 0 0 4 年的交通生态足迹，提出 应将交通工具的污染物排放纳入交通生态足迹的核算中，如交通工具运行中产生的噪 声、废气、废物泄露等，但由于污染物成分和种类纷繁复杂，实际上在计算中没有将 其转化为具体的某类足迹账户，而是将其分摊到交通工具污染物处理装置运行的能耗 上。而在后来的研究中，丁宇1 27 j 等引入污染生态足迹因子，对交通污染物排放纳入生 态足迹核算账户作了探索，并采用优化后的交通生态足迹模型评价了深圳市2 0 0 6 年交 通环境影响，结果表明：污染生态足迹占总交通生态足迹的比例约1 2 ，其影响不容 忽视。 经过不断的发展，生态足迹分析方法在交通体系中应用已经基本成型，但各国学 者对交通生态足迹的研究各有侧重，对计算账户和计算模型的确立仍未有定论，学界 在交通生态足迹的研究上呈现出百家争鸣，百花齐放的局面。 2 2 2 交通生态足迹的概念 国内外学者的研究已经将生态足迹理论与交通体系的结合开辟出了一个新的局 面。本研究认为，在学术研究越来越细的背景下，有必要将交通生态足迹作为生态足 迹的一部分，独立出来研究。这既可为研究交通体系的运行提供一个全新的视角，又 可发挥生态足迹分析法简单全面的优势，为交通体系可持续发展、生态效率评估与环 境影响评价提供一个实用的工具。 关于交通生态足迹的概念，李艳梅认为，交通生态足迹( t r a n s p o r t a t i o ne c o l o g i c a l f o o t p r i m ，t e f ) 是定量测度和评价交通对各类自然资源消耗及其可持续发展程度的有效 指标。并把交通生态足迹定义为“支持某区域内一定量的交通运输活动所需的生态生 西南交通大学硕士研究生学位论文第1 3 页 产性土地面积”1 2 4 。 孙鹏认为，从城市交通角度来讲，交通生态足迹可定义为：“人们在城市交通活动 中由于要满足一定的生态资源和能源消费需求以及考虑交通系统所排放的废弃物的吸 收，从而对生态生产性土地这种自然资本直接或间接的占用和需求量”【2 6 】。 在此基础上本文认为，根据生态足迹的内涵，交通生态足迹定义为：“某区域内提 供交通系统运行所消耗的资源与能源，以及吸纳这些交通活动所产生的所有废弃物所 需生态生产性土地的面积。” 2 3 交通生态足迹计算模型 研究交通生态足迹，主要是通过分析交通体系的能源消耗、污染物排放和交通设 施的占用情况，从而判断其对环境的影响和可持续发展程度。交通生态足迹是对传统 生态足迹理论的发展，在选择计算账户上面也与传统生态足迹提出的账户有所区别。 交通足迹