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浅析生态足迹评价 摘要：生态足迹评价方法是评估可持续发展的一个可测度的直观且综合的指标,是迄今提出的评估可持续发展的众多指标中最受生态经济学界关注、推崇和广泛应用的一个指标。本文从生态足迹的概念、模型、指标体系和优缺点进行浅析，为区域生态评价提供参考。关键词：生态足迹、模型、指标体系、评价生态足迹(Ecological Footprint)的概念由加拿大生态经济学家William E. Rees于1992年提出,之后他与Wackernagel M不断完善,于1996年提出生态足迹计算模型,用于衡量可持续发展。由于这种方法简单明了,被认为是近20年来定量测量可持续发展领域最重要的进展。该方法本身也在不断地被批判和修正,本文在阅读所有该领域重要文献和报告的基础上,对其进行了全面的梳理和评价。1 生态足迹的概述1.1生态足迹概念生态足迹定义为:任何已知人口(某个个人、一个城市或一个国家)的生态足迹为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。生态足迹法是基于6点假设计算的1: (1)跟踪人类社会消费的大部分资源和产生的废弃物是可能的；(2)这些资源和废弃物流量的大部分可根据支持这些流量的必需的生物生产性面积进行测度；(3)各类可用生物生产能力不同的土地,可以折算成标准公顷全球公顷；(4)由于这些土地的用途是互相排斥的,所以,它们可以相加成为人类的消费需求；(5)自然的生态服务的供应也可以用以全球公顷表示的生物生产空间表达；(6)生态足迹可以超越生物承载力。1.2生态足迹研究阶段生态足迹概念作为可持续发展定量方法的一种,于2000年之后引入中国,曾被翻译为生态基区,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。由于生态足迹一方面体现了人类活动对生态环境的压力,另一方面体现了生态环境对人类活动的支持能力,应用较广。2004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两岸学术交流会”,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45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相对较少。目前,国内生态足迹研究已从介绍引进的初期阶段(20002002),过渡到了大量应用研究的发展阶段(2003至今)。在研究方法、研究尺度、研究领域、相关政策响应分析等方面,国内开展的生态足迹研究已取得明显进展。从图1可见,20002002年生态足迹研究论文数量少、增幅小,2003年以后论文数量大幅上升,表明生态足迹研究是一个前沿领域2。图1国内有关生态足迹研究论文时间分布(20002005.11)Fig.1 The distribution of domesticpapers on the ecological footprint (20002005.11)2 生态足迹的计算模型与指标体系2.1生态足迹的计算模型生态足迹的计算基于以下两个基本事实:(1)人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其产生的废弃物的数量；(2)这些资源和废弃物能转换成相应的生物生产面积。因此,任何已知人口(某个人、一个城市或国家)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总面积(包括陆地和水域)。其计算公式为: EF=Nef=Nrj(aai)=Nrj(ci/pi)式中:EF为总的生态足迹；N为人口数；ef为人均生态足迹；ci为i种商品的人均消费量；pi为i种消费商品的平均生产能力；aai为人均i种交易商品折算的生物生产面积,i为消费商品和投入的类型；rj为均衡因子,因为单位面积耕地、化石燃料土地、牧草地、林地等的生物生产能力差异很大,为了使计算结果转化为一个可比较的标准,有必要在每类型生物生产面积前乘上一个均衡因子(权重),以转化为统一的、可比较的生物生产面积,j为生物生产性土地类型3。生态足迹计算是按照数据的获取方式来计算。计算一个地区的生态足迹通常有两种方法。第一种是自下而上法,即通过发放调查问卷查阅统计资料等方式先获得人均的各种消费数据;第二种方法是自上而下法,根据地区性或全国性的统计资料查取地区各消费项目的有关总量数据,再结合人口数得到人均的消费量值。无论那种方法,生态足迹的计算都遵循以下个步骤和具体方法4：第一步,计算各主要消费项目的人均年消费量值。(1)划分消费项目。Wackernagal在1997年计算52个国家和地区的生态足迹时,将消费分为消费性能源和食物,而在1998年对智利首都圣地亚哥的研究中将消费分为粮食及木材消费、能源消费和日常用品消费等项目；(2)计算区域第i项年消费总量；计算公式为:消费=产出+进口-出口；(3)计算第i项的人均年消费量值(Ci,kg)。第二步,计算为了生产各种消费项目人均占用的生态生产性土地面积。利用生产力数据,将各项资源或产品的消费折算为实际生态生产性土地的面积,即实际生态足迹的各项组分。设生产第i项消费项目人均占用的实际生态生产性土地面积为Ai(hm2/人),其计算公式如下:Ai=Ci/Pi其中Pi为相应的生态生产性土地生产第i项消费项目的年平均生产力(kg/hm2)。第三步,计算生态足迹。(1)汇总生产各种消费项目人均占用的各类生态生产性土地,即生态足迹组分;(2)计算等价因子()。6类生态生产性土地的生态生产力是存在差异的。等价因子就是一个使不同类型的生态生产性土地转化为在生态生产力上等价的系数。其计算公式为:某类生态生产性土地的等价因子=全球该类生态生产性土地的平均生态生产力全球所有各类生态生产性土地的平均生态生产力;(3)计算人均占用的各类生态生产性土地等价量;(4)求各类人均生态足迹的总和(ef):ef=Ai(5)计算地区总人口(N)的总生态足迹(EF):EF=N(ef)第四步,计算生态容量。(1)计算各类生态生产性土地的面积；(2)计算生产力系数。由于同类生态生产性土地的生产力在不同国家和地区之间是存在差异的,因而各国各地区同类生态生产性土地的实际面积是不能直接进行对比的。生产力系数就是一个将各国各地区同类生态生产性土地转化为可比面积的参数,是一个国家或地区某类土地的平均生产力与世界同类平均生产力的比率。(3)计算各类人均生态容量。其计算公式为:某类人均生态容量=各类生态生产性土地的面积等价因子生产力系数(4)总计各类人均生态容量,求得总的人均生态容量；第五步,计算生态盈余(或赤字)和全球生态盈余(或赤字)。在生态足迹计算中,生物生产性土地主要考虑如下种类型:化石燃料土地、可耕地、林地、草地、建筑用地和水域。(1)化石燃料土地:是指人类应该留出用于吸收CO2的土地。因为CO2浓度的变化对人类的生存至关重要,人类应该拿出一部分土地用于吸收CO2。城市是人类活动最集中的区域,为维持城市人群的生产和生活活动,需要消耗大量的能源,也会排放大量的CO2,因而城市人群对化石燃料土地面积的需求是很大的。(2)可耕地:它是从生态角度看最有生产能力的生物生产性土地类型,它所能聚集的生物量是最多的。根据联合国粮农组织的报告,今天世界上平均每人的可耕地面积已不足0.25ha。而城市耕地的缩减速率更快,随着城市的不断发展,建筑用地侵占大量耕地,城市耕地供给远远不能满足城市人群对耕地产品的需求,这就需要从外地大量输入粮食等产品。(3)草地:即适合于发展畜牧业的土地。全球目前大约有33.5亿ha的草地,折合人均约0.6ha。城市各种类型土地中草地比例最小,而且大多数草地并不提供畜牧业产品,而是供人们观赏和休闲娱乐的,因而城市草地的平均生产力更小了。城市畜牧业产品的供给多是依靠从外地输入。(4)林地: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。全球现有森林约34.4亿ha,相当于人均0.6ha的面积。城市中的林地包括经济林和生态林(用于改善生态环境的林地)。目前全国大城市正大力提倡建设生态城市,其具体措施中包括提高城市森林覆盖率。(5)建筑用地:包括各类人居设施及道路所占用的土地。这类土地的世界人均拥有量现已接近0.03ha。由于人类大部分的建筑用地都位于最肥沃的土地上,因此建筑面积的增加意味着生物生产量的明显降低。随着城市化进程的加速、城市人口增加,必然会扩大对建筑面积的需求。(6)水域:海洋覆盖了地球上366亿ha的面积,相当于人均6ha。但海洋里95%的生态生产量归功于这6ha中的0.5ha。目前海洋的生物产量已经很大,在干旱区的城市或地区中,其供给几乎为零。在水资源丰富的南方城市,水域面积的比例较大。2.2 指标体系生态生产性土地(ecologically productive area)是指具有生态生产能力的土地或水体。这种替换的一个可能好处是极大地简化了对自然资本的统计,并且各类土地之间总比各种繁杂的自然资本项目之间容易建立等价关系,从而方便于计算自然资本的总量。事实上,生态足迹分析法的所有指标都是基于生态生产性土地这一概念而定义的。根据生产力大小的差异,地球表面的生态生产性土地可分为6大类: (1)化石燃料土地(2)可耕地(3)草地(4)林地(5)建筑用地(6)水域5在生态生产性土地的概念基础上,生态足迹研究者建立了一系列指标来计量人地系统间自然资本的供需情况和可持续程度6。2.2.1生态容量与生态承载力(ecological capacity)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,在现实世界中,贸易、技术进步、地区之间迥异的消费模式等因素的影响下，人们认识到人类对环境的影响不仅取决于人口本身的规模,而且也取决于人均对环境的影响规模,因此单从其中一个方面来衡量生态容量是不准确的。Hardin在1991年进一步明确定义生态容量为在不损害有关生态系统的生产力和功能完整的前提下,可无限持续的最大资源利用和废物产生率。生态足迹研究者接受了Hardin的思想,并将一个地区所能提供给人类的生态生产性土地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。人类负荷(human load)与生态足迹(ecological footprint)人类负荷指的就是人类对环境的影响规模,它由人口自身规模和人均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:人类要维持生存必须消费各种产品、资源和服务,人类的每一项最终消费的量都追溯到提供生产该消费所需的原始物质与能量的生态生产性土地的面积。所以,人类系统的所有消费理论上都可以折算成相应的生态生产性土地的面积。在一定技术条件下,要维持某一物质消费水平下的某一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,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。由于考虑了人均消费水平和技术水平,生态足迹涵盖了人口规模与人均对环境的影响力7。生态赤字/盈余(ecological deficit/remainder)一个地区的生态承载力小于生态足迹时,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；生态承载力大于生态足迹时,则产生生态盈余,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量,要满足其人口在现有生活水平下的消费需求,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赤字来衡量。相反,生态盈余表明该地区的生态容量足以支持其人类负荷,地区内自然资本的收入流大于人口消费的需求流,地区自然资本总量有可能得到增加,地区的生态容量有望扩大,该地区消费模式具相对可持续性,可持续程度用生态盈余来衡量8。2.2.4 全球赤字/盈余(global deficit/remainder)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为其人口与全球生态标杆的乘积。因此,如果一个地区人均生态足迹高于全球生态标杆,即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于全球生态标杆,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量,因而产生盈余。这种盈余称为全球盈余9。全球赤字用于测度地区发展不可持续度,全球盈余来衡量可持续程度。3 生态足迹模型的优缺点3.1生态足迹模型的优点(1)生态足迹模型紧扣可持续发展理论，是涉及系统性、公平性和发展性的一个综合指标。(2)模型简单，易于理解，资料易于获取，可操作性强。该模型采用简单的计算公式，所需数据多来自统计年鉴，采用熟知的生物生产面积作为单位易于理解。(3)模型可以反映出一定阶段( 时期) 和一定技术经济条件下的社会经济冲击力( 需求) 与自然生态承载力( 供给) 之间的总体性盈亏状况。(4) 具有广泛的应用范围和应用领域，它可以计算个人、家庭、地区、国家乃至世界的生态足迹，也可以计算旅游业、餐饮业等。3.1 生态足迹模型的缺点(1)属于静态模型。由于模型没有考虑时间因素和经济社会的动态发展趋势，所以，模型缺乏预测功能。(2)模型计算结果的准确性有待提高。主要原因在于数据来自统计数据，以及引入的均衡因子和产量因子的计算数据难以获得。(3)没有考虑人为因素的影响。在人为因素的影响下，自然环境的承载力会大大提升，当然也会急剧下降，如农田的套种会提高农田的承载力，草地的过渡放牧会降低草地的生产力；所以，模型中应该考虑人为因素的影响。4 结语生态足迹模型的提出已经近 20 年了，很多学者对该模型进行了多方面多角度的研究、改进和应用，虽说模型的基本思想和思路一直没变，但是基于模型理论假设、均衡因子和产量因子等问题的争论始终不断。很多学者提出了各种不同的观点试图改进模型，但目前并没有达成共识的改进方法。另外，生态足迹模型现在的应用范围虽然增多，但应用的广度仍然不够。因此，今后该领域的研究可以归为以下 3 个方面：(1)改进模型，使模型趋于成熟化。主要是找出一些争论( 对均衡因子和产量因子的争论、对理论假设的争论、对加总的争论、对计算方法的争论和对静态性、缺乏预测性以及结论单一性的争论等)的解决方法，从而使模型更加完善，使模型的实用性更强，计算结果更准确。此外，可通过一些模型的革新给出全新的思路，如三维模型的提出等。(2)不可再生资源计算和测度。不可再生资源，如矿物质,它本身就不具备可持续性，与生态足迹的可持续测度相违背，如何计算、测度不可再生资源，才能使生态足迹模型的计算结果更合理，是今后研究中应该予以重视的问题。(3)应用领域的广泛化和具体化。将生态足迹模型应用到不同的领域，如谢鸿宇等基于生态足迹的大学食堂餐具生态影响分析，是一个很好的例子，它充分利用了生态足迹，为人们的环保行为提供了定量的理论支撑，也为决策者提供了很好的指导。今后应将生态足迹模型应用到各个可能的领域，使其发挥充分的作用10。参考文献1 隋春花,张耀辉,蓝盛芳.环境经济系统能值(Emergy)评价介绍Odum的能值理论J,重庆环境科学,1999,21(1):18-202 王书华,毛汉英,王忠静.生态足迹研究的国内外近期进展J.自然资源学报,2002,17(6):776-782.3 龙爱华,张志强,苏志勇.生态足迹评介及国际研究前沿J.地球科学进展,2004,19(6):971-981.4杨开忠生态足