生态足迹模型的修正与应用
第33卷第6E期第6E期年6月2010
Vol.33No.6E
June2010
生态足迹模型的修正与应用
叶田1,杨海真2
(1.上海船舶运输科学研究所,上海200135;2.同济大学污染控制与资源化研究国家重点实验室,上海200092)
摘要:可持续发展作为一种发展理念和模式,已逐渐深入人心。由于可持续发展已经进入了实证阶段,如何评价可持续发展即成为了关键问题。于是,对可持续发展评价指标的研究也如火如荼的发展起来。生态足迹模型作为一种基于生物物理量的评价模型,由于其直简便的特点,自提出以来就受到了很大的重视。但该模型的提出是基于全球生态系统的,当应用于区域时,存在一些不足,文章提出了观、
生态足迹模型在基于区域评价时存在的不足,作出了相应的修正,并对时间序列修正进行了详细论述。
关键词:生态足迹模型;修正;应用;时间序列修正中图分类号:X22
文献标志码:A
doi:10.3969/j.issn.1003-6504.2010.6E.116
文章编号:1003-6504(2010)6E-0449-06
TheRevisingAndApplicationofTheEcologicalFootprintModel
YETian1,YANGHai-zhen2
(1.ShanghaiShipandShippingResearchInstitute;Shanghai200135,China;
2.CollegeofEnvironmentalScienceandEngineeringofTongjiUniversity,Shanghai200092,China)
Abstract:Thesustainabledevelopmenthasbeenrootedinsocialgroundasapatternofdevelopment.Sincethesustainabledevelopmenthasenteredintothepracticalphrase,howtoevaluateitisthecriticalproblem.Asaresult,theresearchontheevaluatingcriterionisbooming.Theeco-footprintmodelisamethodusedtoassessthesustainabledevelopment.Sinceitissimpleandeasytoassess,Itwaspaidmuchattentionbythepublicimmediatelysincebroughtforward.Nevertheless,sinceitaimsattheglobalecosystematfirst,whenputtolocalapplicationsomedeficiencieswillberevealed.Thispaperistosummarizeandconcludethesedeficiencies,thentorevisethemaccordingly,timeseriescalculationisexpoundeddetailedly.
Keywords:ecologicalfootprintmodel;revising;application;timeseriescalculation
可持续发展作为一种新的发展理念和模式,自1987年《我们共同的未来》发表以来,经过几十年的探索研究,已经进入了战略实践阶段。但在其具体操作上遇到了很多困难,其中最突出的就是可持续发展的定量评价问题。评价和监督可持续发展的状态和程度,是建立可持续发展的综合决策机制和协调管理机
因此,有关制的基础,是实施可持续发展管理的依据。
可持续发展的定量评价方法研究成了当前可持续发展研究的前沿和热点。
但由于可持续发展定量评价方法的研究是一个庞大的系统工程,受诸多主客观的制约,目前存在多方面的问题。对于区域可持续发展系统的评价模式虽然很多,但分析之后,可以发现主要分为三类模式:一是以系统理论和方法为指导构建的指标体系,二是基
于环境货币化估值的指标体系,三是具体的生物物理量衡量指标,以加拿大著名生态经济学家William.Rees教授及其学生M.Wackernagel提出并加以发展应用的生态足迹(EcologicalFootprint)概念及其计算模型为代表[1-4]。
前两种方法存在共同的缺陷:操作性不强和客观性差。计算方法复杂,缺乏普及性。再有就是基本都涉及到量纲和权重的问题,量纲的统一应该具有科学性,不能随意想象,权重的确定具有太多的主观因素。
而生态足迹法,以基于生物生产性土地的量化指标、较为科学、完善的理论体系、形象明了的概念框架、精简统一的指标体系以及方法本身的普适性而开
收稿日期:2010-04-09;修回2010-06-01
作者简介:叶田(1981-),女,助理研究员,硕士研究生,研究方向为生态城市、可持续发展、环境评价(,手机)[1**********](电子信箱)yetianswea。
450始流行。11.1
生态足迹概念及计算模型简介
第33
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生态足迹的概念
Ree.Wachernagel提出了生态足迹(ecological
任何已知人口(某个个人、一个地区footprint)的概念:
或一个国家)的生态足迹是生产这些人口消费的所有资源和吸纳这些人口产生的所有废弃物所必需的生物生产土地面积和水域的总和。可以更形象地描述
“一只负载着的人类与人类所创造的为:生态足迹是:
城市、工厂……的巨脚在地球上留下的脚印”。
生态足迹分析法是一种度量可持续发展程度的方法,是一组基于土地面积的量化指标。它由两个部分组成:一是生态足迹,二是生态承载力。
生态足迹模型主要用来计算“在一定的人口与经济规模条件下,维持资源消费和废物消纳所必需的生物生产面积”,即在一定技术条件下,为维持某一物质
某一区域持续生存所必需的消费水平下的某一人口、
生态生产性土地面积;生态承载力则是一个区域所能提供给人类生态生产性土地面积的总和。将生态足迹与给定人口区域的生态承载力比较,来衡量区域的可持续发展状况。
1.2生态足迹的计算模型
生态足迹计算模型如下:
EF=N×(ef)=NΣriCi/Pi
i=1n
通过引进产量因子(yieldfactor)来实现,它是指某个
国家或地区某种类型土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。将现有的耕地、草地、林
建筑用地、水域等物理空间的面积乘以相应的均地、
衡因子和产量因子,就可以得出世界平均生态空间面积———生态承载力,其计算公式为:
EC=N×(ec)=N×ai×ri×yi(2)
EC为总生态承载力(hm2);ec为人均生态其中,
承载力(hm2/人);ai为人均生物生产面积;ri为均衡因子;yi为产量因子。2
国内外研究现状、发展动态
(1)
其中,ef为人均生态足迹面积;EF为总的生态足
迹;N为人口数;ri为第i种消费品或生物资源土地类型生产力权重,因为各类单位面积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,有必要在每种类型生物生产面积前面乘上一个均衡
可比较的生物生产面积;因子(权重)以转化为统一的、
Pi为相应的生态生产性土地生产第i项消费项目的年
Ci为第i种商品的人均年消费量[5-6]。平均生产力;
在生态足迹计算中,各种物质消费、能源消费等均按照相应的换算比例折算成各种土地面积,主要考虑如下6种类型:化石燃料土地、可耕地、林地、草地、建筑用地和水域。
1.3生态承载力的计算模型
在计算生态足迹的供给(生态承载力)时,由于不同国家或地区的资源享赋不同,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
不同型生物生产土地的生产力也有很大差异。因此,
国家或地区同类生物生产土地的实际面积是不能直接对比的,需要对不同类型的面积进行调整。这可以
在国外这方面的研究、讨论相当活跃,《Ecological
(2000)曾就“生态足迹”的各方面特别是Economics》
对它的正确阐述和运用进行了专题讨论。生态足迹评价方法已应用于各种规范的人口,从全球到国家、地
社区到家庭、商业企业到个人出行活动各区到城市、
级水平。在我国,这方面的研究还比较少,有些学者做了一些省份的生态足迹计算,但一般都是一个时间截面,还没有时间序列的计算。
全球生态足迹研究:Wackernagel等在提出生态足迹概念、指标和计算方法的同时,就率先应用生态足迹分析方法,对全球人类可以利用的生态空间和生态占用空间两方面分别进行了测算。
国家生态足迹研究:近年来,“加拿大生态足迹小和“发展重定义组织”将该方法已经用于测算世界组”
上不同国家和地区的生态足迹,并且于1997年计算出了世界上52个国家和地区的生态足迹,这52个国家和地区包括了世界经济论坛全球竞争力报告中所涉及的47个国家,涵盖了世界80%的人口和95%的产出,对全球的可持续发展起着举足轻重的作用。
区域和城市的生态足迹研究:在区域和城市层次上,folke等(1997)以欧洲波罗的海沿岸地区29个大城市为研究案例,计算得出这些城市的生态足迹至少是这些城市面积565~1130倍。区域和城市的生态足迹核算表明:越是经济发达的地区,其生态占用越大。城市化的过程,也是城市占用区外资源的过程;城市文明的背后,是发达地区将生态负担转移到其周围甚至全球的落后地区。
国内主要研究结论:国内对生态足迹的研究还处
生态足迹的概念自1999年引入国内,杨于起步阶段。
开忠[6]、李利峰[7]和张志强[8]等对生态足迹从理论、方法及计算模型方面进行了评价。在实证研究方面,徐中
谢高地[10]等民[9]等计算了甘肃省1998年的生态足迹,
研究了中国的生态空间占用,鲁春霞[11]等对青藏高原
第6E期叶田,等生态足迹模型的修正与应用
451
自然资产利用的生态空间占用作出评价,在城市层面上苏筠[12]等对北京、上海等大城市居民生活消费的生
这些工作推动着生态足迹方法在中态足迹开展研究。
国的研究与发展,但方法本身及计算过程和指标选取上还有不少值得进一步探讨的地方,而且这些研究都是仅计算一年的情况,缺乏对一个地区纵向的对比。3
生态足迹模型存在问题
域的人均消费性生态足迹可以分析该区域人口由于
消费而对全球生态系统压力的贡献(如前述,区域人口消费所造成的生态压力并不一定完全施加在当地生态系统中,但总是施加在全球生态系统中)。比较区域人均消费性生态足迹与全球人均生态足迹,还能够对资源消耗的公平性进行分析。4.1.2生产性生态足迹
生产性生态足迹是指一个区域每年从生态系统中实际取得的生物产量所需要的生态生产性面积,同样也可以相应地定义生产性生态盈余或赤字,即生产性生态足迹大于当地生态承载力时为生产性生态赤字,反之则为生产性生态盈余。生产性生态足迹真正反映了人类活动对当地生态系统的压力,生产性生态盈余或赤字可作为真实反映区域生态环境可持续性的指标。
将生态足迹区分为消费性生态足迹与生产性生态足迹,可真正反映人类活动对当地生态系统的压力,真实反映区域生态环境的可持续性。4.2与其他指标结合
可以考虑将生态足迹指标与GDP、综合发展满意度、综合压力指数结合起来,从经济、社会、人口各个角度,利用满意程度和压力指标,克服了生态足迹具有生态偏向性,不能全面评价可持续发展的缺陷,综合评价可持续发展程度。4.3时间序列修正
将以往研究中单个时间节点的生态足迹指标计
生态足迹模型作为一种基于生物物理量的评价模型,由于其直观、简便的特点,自提出以来就受到了很大的重视。但该模型的提出是基于全球生态系统的,当应用于区域时,存在一些不足,需要进行相应的修正。经过研究,认为生态足迹模型存在以下不足:
(1)理论上的不足。生态足迹模型的提出是基于全球生态系统的,全球生态系统可以看成是自给自足的封闭系统,而某个区域则不同,区域存在进出口,所以单纯的由消费量所定义的生态足迹并不能用于评价该区域所受的生态压力。
(2)生态足迹指标的评价方向过于单一,具有很
要强的生态偏向性。评价一个区域是否可持续发展,
从经济、生态、社会、人口等方面综合考虑。
(3)国内的生态足迹模型研究一直还停留在对单个时间节点的研究上,而国外研究表明,时间序列比单一时段点能提供更多的信息,对于数据中存在的潜在干扰具有较大的灵活性,可解释性强,而且便于分析动态趋势。
(4)目前对生态足迹模型还处于理论研究阶段,在应用方面的研究还很少。生态足迹作为一种衡量指标,把人类活动对生态系统的影响均转化为所需要的土地面积,这样便于利用生态足迹指标来分析人口以及生态多样性等指标。44.1
相关修正
算,修正为时间序列计算。不仅可以比单一时段点提供更多的信息,在本质上揭示出对不同假设条件下计算分析的更多灵敏性,而且有利于对生态足迹各个指
对均衡因子采用了取历年平均标进行动态趋势分析。
值的方法,对产量因子采用了使用当年数据的方法,避免了以往计算不精确、具有误导性的缺陷。5
模型修正的应用
概念修正
由上所述,基于人口消费量而建立的生态足迹概念,用于区域生态系统时,不能真正反映当地人口对其生态系统产生的压力,也就不能准确反映区域生态
因此,有必要对生态足迹的概念进行适系统的持续性。
当扩展。
4.1.1消费性生态足迹
消费性生态足迹是指提供区域人口年消费的生物生产量所需要的生态生产性面积,Wackernagel的生态足迹理论中所使用的生态足迹概念实际上指的就
相应地可以定义消费性生态盈余是消费性生态足迹。
或赤字,即消费生态足迹大于当地生态承载力时为消本论文将生态足迹经概念修正和时间序列修正
后的模型应用于苏州,计算了十年的消费性生态足迹与生产性生态足迹以及生态承载力等生态足迹方面的指标。
计算方法修正
生态足迹理论经过扩展,分为消费性生态足迹与生产性生态足迹两种。因此,在本文中,与原有的计算方法不同,分别用苏州人均消费量统计数据和苏州人均生产量统计数据计算消费性和生产性生态足迹,两种生态足迹的计算方法如下[13-22]:
人类的消费由两部分组成:(主要5.1
第33
卷
包括农产品和木材)和能源消费。因而,苏州消费性生态足迹计算相应地也由这两部分消费组成。根据统计年鉴资料,生物资源消费分为粮食、蔬菜、植物油、猪
牛羊肉、家禽、蛋、鱼、乳品、水果、牛奶、茶叶、烟肉、叶、水产品、木材等共计18种,然后使用联合国粮农组织的有关生物资源的世界历年平均产量资料,将苏州历年生物资源消费转化为提供这种消费需要的生态生产性面积。计算公式如下:
ef生物消费=苏州人均消费量×全球平均产量(3)能源消费的生态足迹是指能源生产所需要的生态空间,以及能源消费后吸收其所产生的二氧化碳所
能源消需要的生态空间。根据苏州市统计年鉴资料,
费部分主要涉及以下几种能源:原煤、洗精煤、焦炭、燃料油、煤油、原油、汽油、柴油、液化石油气、热力和
采用世界上单位化石燃料生产电力等。计算足迹时,
土地面积的平均发热量为标准,将当地能源消费所消耗的热量折算成一定的化石燃料土地面积,具体计算公式为:
(4ef能源=)
生产性生态足迹的计算也包括两方面,生物资源
由统计年生产(主要包括农产品和木材)和能源生产。
鉴资料可知,苏州市能源完全靠进口,本地没有生产量。因此,苏州市生产性生态足迹的计算仅包括生物
生物资源生产包括粮资源生产足迹。根据统计年鉴,
食、油料、棉花、蚕桑、茶叶、水果、糖类、麻类、猪肉、家禽、禽蛋、牛肉、羊肉、牛奶、绵羊毛、淡水产品、海水产
木材等共计19种,然后使用联合国粮农组织的有品、
关生物资源的世界历年平均产量资料,将苏州历年生物资源生产量转化为取得这些生物产量所需要的生态生产性面积。计算公式如下:
ef生物生产=苏州人均生产量×全球平均产量(5)需要说明的是,因缺乏苏州进出口及国内贸易量的详细数据,文中未进行贸易调整估算,在计算能源消费量时暂不考虑贸易商品中所含的能源贸易量。但消费性生态足迹与生产性生态足迹之差近似可以看
苏州成是进出口贸易生态足迹。由于资料统计有限,
市统计年鉴未能列出各年份的常住人口数而只列出户籍人口,同时即使有部分资料列出了常住人口,但由于有些数据不一致,因而以下所有关于人均指标的计算值皆是基于各年的户籍人口数得出的。
最后,通过计算汇总便可得苏州市历年人均消费性生态足迹和生产性生态足迹以及人均生态承载力的最终结果。生态足迹的需求部分是前面计算的汇
总,消费性生态足迹包括耕地、林地、牧地、水域、能源
用地和建筑用地六种;生产性生态足迹包括耕地、林
地、牧地、水域四种,不包括能源用地和建筑用地。生态承载力则反映苏州市本地的资源供给能力,产量因子是依据苏州市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的,耕地采用谷物产量;林地采用原木产量;水域采用水产品产量;因建筑用地都是占用生产力较高的耕地面积,所以采用耕地的产量因子;苏州无大面积草地分布,故本文对草地不予考虑。出于谨慎考虑,在生态承载力计算时扣除12%的生态多样性保护面积。
本文在对均衡因子和产量因子取值时,也与其他研究不同。
本文采用Wackernagel关于均衡因子计算的研究成果,由于均衡因子的变化轻微,所以计算十年时间序列的生态足迹和生态承载力时采用1999前后各五年的均衡因子的平均值作为这十年均衡因子的值。
本文的产量因子计算,选用当年的世界平均产量作为参照,将苏州市历年的各类土地平均产量与之对
这样根据所研究区域统计资料计算具体地比而得出。
类的生产因子,会使计算结果具有较高的真实性和可信度。
5.2计算结果汇总
汇总苏州市十年的人均生态足迹与人均生态承载力结果,见表1。
将苏州市历年人均生产性生态足迹与生态承载力进行比较,见图1。
将苏州市历年人均消费性生态足迹与生态承载力进行比较,见图2。6
苏州市生态足迹模型计算结果分析
据Wackernagel的计算,目前全球有人均0.4hm2的生态赤字,因此评价区域环境的可持续性应该在这个前提下进行。由图1可以看出,苏州市十年的人均
且生产性生态赤字均小于全球人均生态赤字0.4hm2,
随着时间的延续,越来越小。可以看出该地区的人类
第6E期
叶田,等生态足迹模型的修正与应用
表1计算结果汇总
年份[***********][***********]2002
人均消费性生态足迹人均生产性生态足迹
(hm2/cap)(hm2/cap)
1.2768[13]1.2955[14]1.4271[15]1.5153[16]1.6125[17]1.7924[18]1.9241[19]2.2597[20]2.3198[21]2.504[22]
0.8272[13]0.822014]0.8122[15]0.8093[16]0.7947[17]0.7696[18]0.7542[19]0.7423[20]0.6996[21]0.6810[22]
人均生态承载力
(hm2/cap)
0.5321[13]0.535014]0.5458[15]0.5558[16]0.5641[17]0.5770[18]0.5769[19]0.5889[20]0.5876[21]0.6079[22]
人均消费性生态赤字人均生产性生态赤字两种生态足迹之差-贸易
(hm2/cap)(hm2/cap)生态足迹(hm2/cap)
0.74470.76050.88130.95951.04841.21541.34721.67081.73221.8961
0.29510.28700.26640.25350.23060.19260.17730.15340.11200.0731
0.44960.47350.61490.70600.81781.02281.16991.51741.62021.8230
大量进口产品和服务,会产生一定的外部性效果,性。
即本区域的生态系统是不安全的。一旦由于不可抗拒的事情发生,苏州的经济发展将面临着严峻的考验,而苏州市本身的自然禀赋条件,也决定了它需要消耗别的地区的资源来实现自身的发展。
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活动对该地区的压力较小,并呈降低趋势,当地的生
态环境相对于全球来说是可持续的,至少其经济社会活动没有使当地的生态环境向更不可持续的方向恶化,可以认为苏州的生态环境是区域可持续型。
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阈值的乘积。但在目前全球存在生态赤字的情况下各个区域也应当允许存在消费性生态赤字。由
苏州市十年的人均消费性生态赤字均图2可以看出,
大于全球人均生态赤字0.4hm2,且随着时间的延续,越来越高。可以看出该地区对生态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,且影
苏州的生态环境是全响规模呈上升趋势。总体来说,
球不可持续型,苏州地区过多的占用了人类的资源,应该对目前全球生态问题承担更多的责任。
苏州市十年人均生产性生态赤字与十年人均消费性生态赤字相比,消费性生态赤字总是大于生产性生态赤字,且随着时间的延续,两者之间的差距越来越大,我们认为这两者之差即为苏州市的进口生态足
把生态压力很大部迹。也即苏州市越来越依赖进口,
分转移到了出口这些商品的地区,尤其是苏州市用于生产生活的各种能源,完全靠进口。这说明,苏州地区发展所占用的生态服务已经占用了其它区域的生态
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