城市生态足迹计算与分析_以广州为例
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生态足迹的概念是由加拿大 William Rees 教授于 1992 年首先提出的[2 ] , 随后他和学 生 Wackernagel 博士提出具体的计算方法[3 ] , 并估算了 52 个国家和地区的生态足迹 。自 此以后 , 生态足迹受到学术界的广泛关注 , 很多国外学者对其理论 、方法作了大量研 究[4～8 ] 。国际生态经济学会会刊《生态经济学》杂志于 2000 年推出以生态足迹为主题的 专刊 , 深入讨论了生态足迹理论方法中的优缺点 。国内学者近几年也对生态足迹产生了浓 厚的兴趣 。杨开忠等人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 , 对其应用前景作出评价[9 ] ; 徐中民 、张志强 、陈东景等人采用生态足迹的理论与方法先 后对我国张掖地区 1995 年 、甘肃省 1999 年 、新疆自治区 1999 年 、直至西部 12 省区进行 了生态足迹计算与分析 , 取得了一定的研究成果[10～13 ] 。他们的研究区域多集中于中国西 部省区 , 对单个城市的生态足迹研究较少 。本文拟将生态足迹的理论与方法引入到城市生 态系统研究中 , 以城市生态足迹定量表示城市的经济活动对自然生态系统造成的压力及其
郭秀锐 等 : 城市生态足迹计算与分析
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程度 , 由此为城市生态建设及可持续发展提供合理的对策建议 。
1 城市生态足迹的概念及内涵
人类依赖于生物圈 , 生物圈为人类基本生活提供了稳定的供应 : 既包括人类经济活动 和生活所用的大量资源 , 同化废弃物所需的生态沉积能力 , 也包括许多非消费性的生命支 持服务[14 ] 。人类对自然生态系统的这种耗用和影响程度即称为生态足迹 。更形象地说 , 生态足迹是指 : “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”[15 ] 。生态足迹分析法的思路是 , 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可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 。这是人类对生态足迹的需求 , 而自然所能提 供的为人类所利用的生态生产性土地面积则为生态足迹的供给 (也可作为对生态承载力的 测度) 。如果生态足迹的需求小于供给 , 则认为人类经济社会的发展在自然生态系统承受 范围之内 ; 相反 , 如果需求大于供给 , 则认为人类社会的发展处于不可持续状态 。
摘要 : 生态足迹是近年来较为流行的定量测度人类对自然利用程度的新方法 。生态足迹分析 可定量反映城市人类活动对自然生态环境产生的压力和影响程度 , 为城市生态系统研究提供 了新的思路和研究方向 。本文以广州市为案例 , 估算 2000 年广州市的生态足迹 , 并分析了 1995～2000 年间广州生态足迹动态变化过程 。结果表明 : 2000 年广州市生态足迹为 215ha/ 人 , 当地生态承载力为 012ha/ 人 , 生态足迹是生态承载力的 12 倍半 ; 近 5 年间万元 GDP 生 态足迹逐年下降 , 但人均生态足迹略有上升 。这说明广州市总体上经济发展方式正逐步由粗 放型转变为集约型 , 但今后仍需注重提高其资源利用效率 , 提倡节约型的生产和生活消费模 式 , 减少其生态足迹 , 逐步迈向生态城市 , 实现城市的可持续发展 。 关 键 词 : 生态足迹 ; 生态承载力 ; 城市可持续发展 ; 广州 中图分类号 : F06212 ; X17114 ; X22 文章编号 : 100020585 (2003) 0520654209
等方面的研究 , 发表论文 7 篇 。Email : guoxiurui @1631com
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
4 期
其计算公式为 : EF = N ·ef = N ·rj·∑( aai) = N ·rj·∑( 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 。
第 22 卷 第 5 期 2003 年 9 月
地 理 研 究 GEO GRAPHICAL RESEARCH
Vol. 22 , No. 5 Sept . , 2003
城市生态足迹计算与分析
———以广州为例
郭秀锐1 ,2 , 杨居荣1 , 毛显强1
(11 北京师范大学环境科学研究所 , 北京 100875 ; 21 北京工业大学环境与能源工程学院 , 北京 100022)
2 生态足迹的计算模型与方法
211 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) 。
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 , 不同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 , 需要对其进行调整 。不同国家或地区的某类生物生产面积所代表的局地产量与世界 平均产量的差异可用产量因子 (yield factor) 来表示 。产量因子是某个国家或地区某类型 土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率 , 例如耕地面积的产量因子为 1166 , 表明耕地的生物产出率是世界耕地平均产出水平的 1166 倍 。将现有的耕地 、草地 、 林地 、建筑用地 、水域等物理空间的面积乘以相应的均衡因子和产量因子 , 就可以得出带 有世界平均产量的世界平均生态空间面积 ———生态承载力 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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地 理 研 究
22 卷
在生态足迹计算中 , 生物生产性土地主要考虑如下 6 种类型 : 化石燃料土地 、可耕 地 、林地 、草地 、建筑用地和水域 。
(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 0125ha 。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 。
收稿日期 : 2002212218 ; 修订日期 : 2003203220 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (49771069) ; 广州市城市生态系统可持续发展规划项目资助 作者简介 : 郭秀锐 (19762) , 女 , 山西临猗县人 , 博士 , 讲师 。主要从事城市生态学 、生态经济学 、环境经济学
(3) 草地 : 即适合于发展畜牧业的土地 。全球目前大约有 3315 亿 ha 的草地 , 折合人 均约 016ha 。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 。
(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 0103ha 。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 015ha 。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 。 212 生态足迹供给的计算模型
城市是人类活动集中的地区 , 也是人类活动对自然生态系统产生压力最大的区域 。一 个城市的生态足迹 , 就是支撑该城市经济和社会发展所需要的生态上具有生产力的土地面 积 。应该注意到 , 城市生态系统具有开放性 , 城市与外界存在物质 、能量和信息等方面的 交换 , 城市需要不断从其他地方摄入大量的物质 、能量 , 惟有如此才能维持城市人口的现 有生活水平和生活质量 。也就是说 , 城市发展所需的生态生产性土地供给绝不仅仅是城市 内部 , 对外部供给的依赖性也很强 。因此 , 城市生态足迹的需求一般都会大于城市所供给 的生态生产性土地面积 。那么通过生态足迹需求是否大于供给来判断城市是否处于可持续 发展状态显然是不可取的 。但生态足迹的理论对研究城市生态系统 、建设生态城市仍具有 指导意义 。有学者认为 , 从生态足迹的理论出发 , 生态城市就是指 , 在保证城市各项功能 正常运行和维持居民较好生活质量的前提下 , 尽量减少人均生态足迹 , 使城市生态足迹面 积尽量缩小的城市[16 ] 。因此通过城市生态足迹的计算与分析 , 可以定量测度城市人类活 动对生态系统产生的压力和影响程度 , 为城市生态建设提供新的思路和方向 。
自可持续发展的概念提出以来 , 定量测度可持续发展便成为重要的研究内容之一 。国 际上先后出现了一些直观的 、易于操作的可持续指标体系及其定量评价方法 。如绿色国内 生产总值 (绿色 GDP) 、可持续的经济福利指标 ( ISEW) 、真实发展指标 ( GPI) 、可持续 的晴 雨 表 (Barometer of Sustainability) 等[1 ] 。生 态 足 迹 分 析 方 法 ( ecological footprint analysis) 是近年来发展的测度生态可持续发展的定量方法 , 它同时也是度量人类活动对 生态系统的压力和影响的一条新途径 。
(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 3414 亿 ha , 相当于 人均 016ha 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 。
生态承载力计算公式 : EC = N ·ec = N ·∑aj·rj·yj ( j = 1 , 2 , 3 , ……6) 式中 : EC 为区域总生态承载力 ; N 为人口数 ; ec 为人均生态承载力 ( ha/ 人) ; aj 为人均生物生产面积 ; rj为均衡因子 ; yj为产量因子 , yj = ylj/ yw j , ylj指某国家或区域的源自文库
(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 。
郭秀锐 等 : 城市生态足迹计算与分析
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程度 , 由此为城市生态建设及可持续发展提供合理的对策建议 。
1 城市生态足迹的概念及内涵
人类依赖于生物圈 , 生物圈为人类基本生活提供了稳定的供应 : 既包括人类经济活动 和生活所用的大量资源 , 同化废弃物所需的生态沉积能力 , 也包括许多非消费性的生命支 持服务[14 ] 。人类对自然生态系统的这种耗用和影响程度即称为生态足迹 。更形象地说 , 生态足迹是指 : “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”[15 ] 。生态足迹分析法的思路是 , 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可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 。这是人类对生态足迹的需求 , 而自然所能提 供的为人类所利用的生态生产性土地面积则为生态足迹的供给 (也可作为对生态承载力的 测度) 。如果生态足迹的需求小于供给 , 则认为人类经济社会的发展在自然生态系统承受 范围之内 ; 相反 , 如果需求大于供给 , 则认为人类社会的发展处于不可持续状态 。
摘要 : 生态足迹是近年来较为流行的定量测度人类对自然利用程度的新方法 。生态足迹分析 可定量反映城市人类活动对自然生态环境产生的压力和影响程度 , 为城市生态系统研究提供 了新的思路和研究方向 。本文以广州市为案例 , 估算 2000 年广州市的生态足迹 , 并分析了 1995～2000 年间广州生态足迹动态变化过程 。结果表明 : 2000 年广州市生态足迹为 215ha/ 人 , 当地生态承载力为 012ha/ 人 , 生态足迹是生态承载力的 12 倍半 ; 近 5 年间万元 GDP 生 态足迹逐年下降 , 但人均生态足迹略有上升 。这说明广州市总体上经济发展方式正逐步由粗 放型转变为集约型 , 但今后仍需注重提高其资源利用效率 , 提倡节约型的生产和生活消费模 式 , 减少其生态足迹 , 逐步迈向生态城市 , 实现城市的可持续发展 。 关 键 词 : 生态足迹 ; 生态承载力 ; 城市可持续发展 ; 广州 中图分类号 : F06212 ; X17114 ; X22 文章编号 : 100020585 (2003) 0520654209
等方面的研究 , 发表论文 7 篇 。Email : guoxiurui @1631com
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4 期
其计算公式为 : EF = N ·ef = N ·rj·∑( aai) = N ·rj·∑( 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 。
第 22 卷 第 5 期 2003 年 9 月
地 理 研 究 GEO GRAPHICAL RESEARCH
Vol. 22 , No. 5 Sept . , 2003
城市生态足迹计算与分析
———以广州为例
郭秀锐1 ,2 , 杨居荣1 , 毛显强1
(11 北京师范大学环境科学研究所 , 北京 100875 ; 21 北京工业大学环境与能源工程学院 , 北京 100022)
2 生态足迹的计算模型与方法
211 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) 。
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 , 不同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 , 需要对其进行调整 。不同国家或地区的某类生物生产面积所代表的局地产量与世界 平均产量的差异可用产量因子 (yield factor) 来表示 。产量因子是某个国家或地区某类型 土地的平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率 , 例如耕地面积的产量因子为 1166 , 表明耕地的生物产出率是世界耕地平均产出水平的 1166 倍 。将现有的耕地 、草地 、 林地 、建筑用地 、水域等物理空间的面积乘以相应的均衡因子和产量因子 , 就可以得出带 有世界平均产量的世界平均生态空间面积 ———生态承载力 。
© 1994-2010 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved. http://www.cnki.net
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地 理 研 究
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在生态足迹计算中 , 生物生产性土地主要考虑如下 6 种类型 : 化石燃料土地 、可耕 地 、林地 、草地 、建筑用地和水域 。
(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 0125ha 。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 。
收稿日期 : 2002212218 ; 修订日期 : 2003203220 基金项目 : 国家自然科学基金项目 (49771069) ; 广州市城市生态系统可持续发展规划项目资助 作者简介 : 郭秀锐 (19762) , 女 , 山西临猗县人 , 博士 , 讲师 。主要从事城市生态学 、生态经济学 、环境经济学
(3) 草地 : 即适合于发展畜牧业的土地 。全球目前大约有 3315 亿 ha 的草地 , 折合人 均约 016ha 。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 。
(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 0103ha 。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 015ha 。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 。 212 生态足迹供给的计算模型
城市是人类活动集中的地区 , 也是人类活动对自然生态系统产生压力最大的区域 。一 个城市的生态足迹 , 就是支撑该城市经济和社会发展所需要的生态上具有生产力的土地面 积 。应该注意到 , 城市生态系统具有开放性 , 城市与外界存在物质 、能量和信息等方面的 交换 , 城市需要不断从其他地方摄入大量的物质 、能量 , 惟有如此才能维持城市人口的现 有生活水平和生活质量 。也就是说 , 城市发展所需的生态生产性土地供给绝不仅仅是城市 内部 , 对外部供给的依赖性也很强 。因此 , 城市生态足迹的需求一般都会大于城市所供给 的生态生产性土地面积 。那么通过生态足迹需求是否大于供给来判断城市是否处于可持续 发展状态显然是不可取的 。但生态足迹的理论对研究城市生态系统 、建设生态城市仍具有 指导意义 。有学者认为 , 从生态足迹的理论出发 , 生态城市就是指 , 在保证城市各项功能 正常运行和维持居民较好生活质量的前提下 , 尽量减少人均生态足迹 , 使城市生态足迹面 积尽量缩小的城市[16 ] 。因此通过城市生态足迹的计算与分析 , 可以定量测度城市人类活 动对生态系统产生的压力和影响程度 , 为城市生态建设提供新的思路和方向 。
自可持续发展的概念提出以来 , 定量测度可持续发展便成为重要的研究内容之一 。国 际上先后出现了一些直观的 、易于操作的可持续指标体系及其定量评价方法 。如绿色国内 生产总值 (绿色 GDP) 、可持续的经济福利指标 ( ISEW) 、真实发展指标 ( GPI) 、可持续 的晴 雨 表 (Barometer of Sustainability) 等[1 ] 。生 态 足 迹 分 析 方 法 ( ecological footprint analysis) 是近年来发展的测度生态可持续发展的定量方法 , 它同时也是度量人类活动对 生态系统的压力和影响的一条新途径 。
(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 3414 亿 ha , 相当于 人均 016ha 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 。
生态承载力计算公式 : EC = N ·ec = N ·∑aj·rj·yj ( j = 1 , 2 , 3 , ……6) 式中 : EC 为区域总生态承载力 ; N 为人口数 ; ec 为人均生态承载力 ( ha/ 人) ; aj 为人均生物生产面积 ; rj为均衡因子 ; yj为产量因子 , yj = ylj/ yw j , ylj指某国家或区域的源自文库
(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 。