生态足迹分析
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( 11 中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085; 21 国土资源部信息中心, 北京 100812)
摘 要: 生态足迹是分析国家或地区自然资源可 持续利用 的重要指标。本 文利用 FAO 数据、中国统 计年鉴 等 自然资源生产与消费数据、人口数据, 采用可变世界单产法计算了 1978 年~ 2003 年中国生态足迹。结果表明, 在研 究时 段内中国人均生态足迹由 01873ghm2 升至 11547ghm2 , 增长 率为 7712% ; 其中, 耕 地足迹下降 01 051ghm2 , 能源 足 迹增长 01450ghm2 , 草地足迹增长 01103ghm2 , 林地足迹增长 01087ghm2 , 海水 和淡水渔 业足迹分别 增长 01067ghm2 和 01014ghm2, 水电 用地足迹增长 01005ghm2 。与同期 不断 增加的 生物 供给 力相比 较, 计算 出中国 生态 赤字在 逐年 加 剧, 人均赤字由 01371ghm2 上升至 01 817ghm2, 其中 耕地由 赤字( 01058ghm2 ) 转为略 有剩 余( 01 028ghm2 ) , 草地 处于 剩 余状态, 林地由剩余( 01 007ghm2) 转为赤字( 01095ghm2 ) , 中 国化石 能源足 迹逐年 增加, 进一步 加剧了 林地短 缺的 危 机, 淡水和海水渔业足迹与供给力基本持平。分析了中国 各类土地生态足迹、生物 供给力和生 态盈亏变 化的原因, 阐明 了生态足迹与经济发展、资源经济产出率、资源利用 效率之 间的关 系, 指 出了中 国潜在 的土地 危机, 针对生 态 足迹及生态赤字的影响因素, 提出解决中国生态 赤字加剧问题的对策。
在生态 足 迹 计算 中, 均 衡 因 子取 自 WWF 的 Living Planet Report 2002 报告[ 7] , 因均衡因子随年份 变化较小[ 9] , 在 1978 年~ 2003 年的计算中, 均衡因 子不变, 见表 1; 耕地、草地和渔业水域的产量因子 按 FAO 数据库中的中国单产与世界单产比率进行 计算, 随年份而变化, 而林产品的单产由于数据可获 性的限制及其对计算结果影响较小, 不随年份而变 化, 数 据取 自 WWF 的 Living Planet Report 2002 报 告[ 7] , 见表 1。
物产品、能源消费情况及各类土地供需情况, 并与世 界其他国家进行对比研究。在生态足迹计算中, 粮 食、水果、蔬菜、油料作物、纤维作物、干果等农产品、
草地产品及渔业产品的单产是随年份而变化的( 取 自 FAO 数据) , 但由于资料的限制, 林地产品和 CO2
排放量的单产值均按特定年份 ( 1993 年) 世界平均 单产进行计算, 不随年份变化, 值得说明的是, 林产 品的单产多受自然因素的影响, 随年份变化较少, 因 此采用不变的世界平均单产对生态足迹的计算结果 影响不大[ 4] 。
耕地 草地 林地 能源用地 淡水 海水 水电
产量因子 可变 可变 01 6
016
可变 可变 可变
均衡因子 2111 01 47 11 35 11 35 0135 0135 2111
表 2 世界平均林地 CO2 吸收率[ 16~ 18] Table 2 Average CO2 absorption rate of forestland of the world
EF = 2EFi = 2( CiPPi * Ei ) ; ef = EFPN ; i = 1, ,, n
BC= 2BCj = 2( A j * Yj * Ej ) ;
bc= BCPN ; i = 1, ,, n ED( ER ) = BC-EF; ed( er ) = ED ( ER) PN 式中: EF 、BC 分别为研究区总的生态足迹 和生物 供给力( ghm2 ) ; EFi 为第 i 项消费品的足迹( ghm2 ) ; BCj 为第j 种土地利用类型的生物供给力( ghm2 ) ; Ci 为第 i 种消费品的消费总量( t) ; Pi 为第 i 种消费品 的世界平均单产( tPhm2 ) ; Ei 为第 i 种消费品所占用 土地类型的均 衡因子( ghm2Phm2 ) ; Aj 代表第 j 类土 地利用类型的实际面积( hm2) ; Yj 代表第 j 类土地利 用类型的产量因子( 无量纲) ; Ej 为第 j 类土地利用 类型的均衡因子( ghm2Phm2) ; ED ( ER ) 为生态赤字或 生态盈余; N 为研究区的总人 口数量; ef 、bc、ed、er 分别为人均生态足迹、人均生物供给力、人均生态赤 字和人均生态盈余。在上述计算中, 建成区足迹和 生物供给力按耕地来计算; 化石燃料用地按林地来 计算。ghm2 表示全球公顷( global hectare) , 为生态足 迹计算中的一种单位, 是指生物生产力与全球各类 生物生产性土地平均生产力水平一致的公顷。 211 基础数据 生态足迹计算的数据包括消费的自然资源和能 源数据及各类土地供给数据, 消费数据通常包括: 粮 食、水果、蔬菜、肉类、林产品、水产品、能源、建筑用 地等; 土地利用类型包括: 农业用地、牧业用地、建筑 用地、林业用地、水域和能源用地。在本次研究中, 将中国人口消费分为粮食( 13 项) 、水果( 22 项) 、干 果( 8 项) 、蔬菜( 26 项) 、纤维作 物( 7 项) 、油 料作物 ( 5 项) 、肉类( 5 项) 、奶( 1 项) 、木材( 10 项) 、纸类( 3 项) 、能源( 8 项) 、水产品 ( 2 项) 和杂类( 7 项) 等 13 类 117 项指标, 土地利用类型分为耕地、草地、林地、 海域、内陆水域、化石能源用地 和水电用地等 七大 类, 由于数据的限制, 没有包括建设用地。其中农林
关键词: 生态足迹; 中国; 动态; 土地利用; 对策
1 引言
自 1992 年 Rees[ 1] 等提出生态足迹的概念、1996 年 Wackernagel[2] 对生态足迹的计算原理及方法加以 完善以来, 生态足迹作为一种衡量自然资源利用持 续的方法, 在国内 外已得到了广泛 的认可和应用。 在生态足迹的广泛推广和应用过程中, 生态足迹的 计算方法也得到了进一步完善, 从原始的世界平均 单产法计算某地区点时间的生态足迹发展到采用恒 定世界单产、可变世界单产、可变地方实际单产及可 变地 方 持续 单 产法 计 算某 地区 时 间 序列 的 生 态 足迹[ 3~ 5] 。时间 序列对于考察一个指标的问题、局 限和优势, 对于以直观的方式分析隐含、复杂的假设 都是很有用处的[ 4] 。对于生态足迹而言, 时间序列 更有助于分析随时间的变化, 某地区人口的社会经 济变化、对资源消费的变化及各类变化对该地区人 口占用的生态足迹的影响。
迹做了动态分析, 采用的是恒定世界单产法。中国 是世界上自然资源生产和消费大国, 对其生态足迹 历年变化的研究有助于分析中国资源利用效率、土 地利用合理性, 可为国家 制定相关政策提 供依据。 目前, 世界野生动物基金会( WWF) 仅对中国 1961 年 ~ 2002 年人均生态足迹构成做了粗略的计算, 尚缺 乏对中国生态足迹变化的深入研究和分析。为此, 本文利用 FAO 数据库、中国统计年 鉴、中国能源统
将生态足迹与生物供给力进行比较时, 考虑到 土地利用的多功能性, 已有的农用地、草地、林地、能 源用林地, 都可作为生物多样性保护用地[ 3] , 所以没
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资源科学
27 卷第 6 期
表 1 1999 年均衡因子和产量因子[7] Table 1 Equivalence factor and yield factor
煤炭 焦炭 原油 汽油 煤油 柴油 燃料油 天然气 电力
全球平均足迹 55 55 93 93 93 93 71
( GJPhm21 年)
93 1 000
图 1 中国生态足迹构成 Fig11 Ecological footprint composition of China
图 2 各类生态足迹的增长量 Fig1 2 Increase of ecological Leabharlann Baiduootprint of each land use
草产品消费数据、人口数据来自 FAO 数据库[ 13] , 能 源消费数据来自中国能源统计年鉴[ 14] 、中国统计年 鉴 1978 年~ 2004 年[ 15] , 土地利用数据来自 FAO 数 据库、国土资源部和中国统计年鉴。
212 计算方法 在中国历年生态足迹计算中, 采用了可变世界
单产法。分析在历年世界平均单产水平下中国的生
在能源足迹计算中, 采用下列公式: 用于 CO2 吸收的林地面积 = [ CO2 排放对应的 所消费能源释放热量 @ 2P3] P吸收率 乘以 2P3 意味着, 在所有排放的 CO2 中, 有 1P3
被海洋所吸收, 其余部分视为应由林地吸收和消纳。 具体地, 将各类能源的消费实物量转化为标煤量, 再 将各类能源的标煤量转化为相应的热量, 再通过热 量与 CO2 吸收率的比值计算出各类能 源消费所占 用的足迹[16] 。1t 原煤 = 01714 3t 标 准煤; 1t 原油= 11428 6t 标准煤; 1m3 天然气= 1133kg 标准煤; 1kW#h 电 力 = 01122 9kg 标 准 煤; 1kg 标 准 煤 热 能 = 7 000kcal; 1kcal= 41186 8kJ; 1MJ= 100 @ 104J, 1GJ= 10 @ 108 J[16] 。CO2 吸收率见表 2。
27 卷第 6 期 2005 年 11 月
文章编号: 1007- 7588( 2005) 06- 0132- 08
资源科学 RESOURCES SCIENCE
Vol. 27, No. 6 Nov. , 2005
1978 年~ 2003 年中国生态足迹动态分析
陈 敏1 , 张丽君2 , 王如松1 , 怀保光2
27 卷第 6 期
陈 敏等: 1978 年~ 2003 年 中国生态足迹动态分析
1 33
计年鉴等自然资源生产与消费数据、单产数据及土 地利用数据采用 可变世界单产法对 1978 年 ~ 2003 年中国生态足迹变化做了进一步分析研究。
2 数据与方法
关于生态足迹的基本概念与计算原理, 请参见 文献[ 12] 。计算生态足迹的主旨就是要构造一个土 地消费矩阵来解释人类消费活动与赖以生存的土地 资源之间的关系。其计算公式为:
地方实际单产法对奥地利 1926 年~ 1995 年的生态 足迹进行了计算; Van Vuuren[5] 利用可变地方实际单 产法 对贝宁湾、不丹、哥 斯达黎加和 荷兰 1980 年、 1987 年和 1994 年的生态足迹进行了计算, 国内基于 时间序列的生态足迹研究刚 刚起步, 白艳莹[10] 、闵 庆文等[ 11] 分别对苏锡 常和河南省商丘地区生态足
收稿日期: 2005- 03- 10; 修订日期: 2005- 04- 28 基金项目: 国家自然科学基金重点项目/ 区域城镇发展的复合生态管理0 ( 编号: 70433001) 。 作者简介: 陈敏( 1978~ ) , 女, 辽宁辽中人, 博士生, 主要从事生态环境、资源与发展决策分析方面的研究。 E-mail : chenmin_78@ yahoo. com. cn
至今为止, 在全球尺度上, 世界野生动物基金会 ( WWF) 和美国的可持续发展指标研究计划 小组成 立的发展重定义组织( Redefining Progress) 这两大世 界非政府机构每两年发布一次世界各国生态足迹的
核算结 果[ 6~ 8] ; 在 国家尺度上, Erb[ 3] 对奥地利 1926 年~ 2000 年的生态足迹进行了计算, 采用的是可变 地方实际单产法, 并采用了可持续单产方法计算了 木材的生态足迹; Wackernagel 等[ 9] 对奥地利、菲律宾 和韩国 1961 年~ 1999 年的生态足迹作了分析, 分别 采用了可变世界单产和可变地方实际单产法; Haberl 等[ 4] 分别采用恒定世界单产、可变世界单产和可变
摘 要: 生态足迹是分析国家或地区自然资源可 持续利用 的重要指标。本 文利用 FAO 数据、中国统 计年鉴 等 自然资源生产与消费数据、人口数据, 采用可变世界单产法计算了 1978 年~ 2003 年中国生态足迹。结果表明, 在研 究时 段内中国人均生态足迹由 01873ghm2 升至 11547ghm2 , 增长 率为 7712% ; 其中, 耕 地足迹下降 01 051ghm2 , 能源 足 迹增长 01450ghm2 , 草地足迹增长 01103ghm2 , 林地足迹增长 01087ghm2 , 海水 和淡水渔 业足迹分别 增长 01067ghm2 和 01014ghm2, 水电 用地足迹增长 01005ghm2 。与同期 不断 增加的 生物 供给 力相比 较, 计算 出中国 生态 赤字在 逐年 加 剧, 人均赤字由 01371ghm2 上升至 01 817ghm2, 其中 耕地由 赤字( 01058ghm2 ) 转为略 有剩 余( 01 028ghm2 ) , 草地 处于 剩 余状态, 林地由剩余( 01 007ghm2) 转为赤字( 01095ghm2 ) , 中 国化石 能源足 迹逐年 增加, 进一步 加剧了 林地短 缺的 危 机, 淡水和海水渔业足迹与供给力基本持平。分析了中国 各类土地生态足迹、生物 供给力和生 态盈亏变 化的原因, 阐明 了生态足迹与经济发展、资源经济产出率、资源利用 效率之 间的关 系, 指 出了中 国潜在 的土地 危机, 针对生 态 足迹及生态赤字的影响因素, 提出解决中国生态 赤字加剧问题的对策。
在生态 足 迹 计算 中, 均 衡 因 子取 自 WWF 的 Living Planet Report 2002 报告[ 7] , 因均衡因子随年份 变化较小[ 9] , 在 1978 年~ 2003 年的计算中, 均衡因 子不变, 见表 1; 耕地、草地和渔业水域的产量因子 按 FAO 数据库中的中国单产与世界单产比率进行 计算, 随年份而变化, 而林产品的单产由于数据可获 性的限制及其对计算结果影响较小, 不随年份而变 化, 数 据取 自 WWF 的 Living Planet Report 2002 报 告[ 7] , 见表 1。
物产品、能源消费情况及各类土地供需情况, 并与世 界其他国家进行对比研究。在生态足迹计算中, 粮 食、水果、蔬菜、油料作物、纤维作物、干果等农产品、
草地产品及渔业产品的单产是随年份而变化的( 取 自 FAO 数据) , 但由于资料的限制, 林地产品和 CO2
排放量的单产值均按特定年份 ( 1993 年) 世界平均 单产进行计算, 不随年份变化, 值得说明的是, 林产 品的单产多受自然因素的影响, 随年份变化较少, 因 此采用不变的世界平均单产对生态足迹的计算结果 影响不大[ 4] 。
耕地 草地 林地 能源用地 淡水 海水 水电
产量因子 可变 可变 01 6
016
可变 可变 可变
均衡因子 2111 01 47 11 35 11 35 0135 0135 2111
表 2 世界平均林地 CO2 吸收率[ 16~ 18] Table 2 Average CO2 absorption rate of forestland of the world
EF = 2EFi = 2( CiPPi * Ei ) ; ef = EFPN ; i = 1, ,, n
BC= 2BCj = 2( A j * Yj * Ej ) ;
bc= BCPN ; i = 1, ,, n ED( ER ) = BC-EF; ed( er ) = ED ( ER) PN 式中: EF 、BC 分别为研究区总的生态足迹 和生物 供给力( ghm2 ) ; EFi 为第 i 项消费品的足迹( ghm2 ) ; BCj 为第j 种土地利用类型的生物供给力( ghm2 ) ; Ci 为第 i 种消费品的消费总量( t) ; Pi 为第 i 种消费品 的世界平均单产( tPhm2 ) ; Ei 为第 i 种消费品所占用 土地类型的均 衡因子( ghm2Phm2 ) ; Aj 代表第 j 类土 地利用类型的实际面积( hm2) ; Yj 代表第 j 类土地利 用类型的产量因子( 无量纲) ; Ej 为第 j 类土地利用 类型的均衡因子( ghm2Phm2) ; ED ( ER ) 为生态赤字或 生态盈余; N 为研究区的总人 口数量; ef 、bc、ed、er 分别为人均生态足迹、人均生物供给力、人均生态赤 字和人均生态盈余。在上述计算中, 建成区足迹和 生物供给力按耕地来计算; 化石燃料用地按林地来 计算。ghm2 表示全球公顷( global hectare) , 为生态足 迹计算中的一种单位, 是指生物生产力与全球各类 生物生产性土地平均生产力水平一致的公顷。 211 基础数据 生态足迹计算的数据包括消费的自然资源和能 源数据及各类土地供给数据, 消费数据通常包括: 粮 食、水果、蔬菜、肉类、林产品、水产品、能源、建筑用 地等; 土地利用类型包括: 农业用地、牧业用地、建筑 用地、林业用地、水域和能源用地。在本次研究中, 将中国人口消费分为粮食( 13 项) 、水果( 22 项) 、干 果( 8 项) 、蔬菜( 26 项) 、纤维作 物( 7 项) 、油 料作物 ( 5 项) 、肉类( 5 项) 、奶( 1 项) 、木材( 10 项) 、纸类( 3 项) 、能源( 8 项) 、水产品 ( 2 项) 和杂类( 7 项) 等 13 类 117 项指标, 土地利用类型分为耕地、草地、林地、 海域、内陆水域、化石能源用地 和水电用地等 七大 类, 由于数据的限制, 没有包括建设用地。其中农林
关键词: 生态足迹; 中国; 动态; 土地利用; 对策
1 引言
自 1992 年 Rees[ 1] 等提出生态足迹的概念、1996 年 Wackernagel[2] 对生态足迹的计算原理及方法加以 完善以来, 生态足迹作为一种衡量自然资源利用持 续的方法, 在国内 外已得到了广泛 的认可和应用。 在生态足迹的广泛推广和应用过程中, 生态足迹的 计算方法也得到了进一步完善, 从原始的世界平均 单产法计算某地区点时间的生态足迹发展到采用恒 定世界单产、可变世界单产、可变地方实际单产及可 变地 方 持续 单 产法 计 算某 地区 时 间 序列 的 生 态 足迹[ 3~ 5] 。时间 序列对于考察一个指标的问题、局 限和优势, 对于以直观的方式分析隐含、复杂的假设 都是很有用处的[ 4] 。对于生态足迹而言, 时间序列 更有助于分析随时间的变化, 某地区人口的社会经 济变化、对资源消费的变化及各类变化对该地区人 口占用的生态足迹的影响。
迹做了动态分析, 采用的是恒定世界单产法。中国 是世界上自然资源生产和消费大国, 对其生态足迹 历年变化的研究有助于分析中国资源利用效率、土 地利用合理性, 可为国家 制定相关政策提 供依据。 目前, 世界野生动物基金会( WWF) 仅对中国 1961 年 ~ 2002 年人均生态足迹构成做了粗略的计算, 尚缺 乏对中国生态足迹变化的深入研究和分析。为此, 本文利用 FAO 数据库、中国统计年 鉴、中国能源统
将生态足迹与生物供给力进行比较时, 考虑到 土地利用的多功能性, 已有的农用地、草地、林地、能 源用林地, 都可作为生物多样性保护用地[ 3] , 所以没
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资源科学
27 卷第 6 期
表 1 1999 年均衡因子和产量因子[7] Table 1 Equivalence factor and yield factor
煤炭 焦炭 原油 汽油 煤油 柴油 燃料油 天然气 电力
全球平均足迹 55 55 93 93 93 93 71
( GJPhm21 年)
93 1 000
图 1 中国生态足迹构成 Fig11 Ecological footprint composition of China
图 2 各类生态足迹的增长量 Fig1 2 Increase of ecological Leabharlann Baiduootprint of each land use
草产品消费数据、人口数据来自 FAO 数据库[ 13] , 能 源消费数据来自中国能源统计年鉴[ 14] 、中国统计年 鉴 1978 年~ 2004 年[ 15] , 土地利用数据来自 FAO 数 据库、国土资源部和中国统计年鉴。
212 计算方法 在中国历年生态足迹计算中, 采用了可变世界
单产法。分析在历年世界平均单产水平下中国的生
在能源足迹计算中, 采用下列公式: 用于 CO2 吸收的林地面积 = [ CO2 排放对应的 所消费能源释放热量 @ 2P3] P吸收率 乘以 2P3 意味着, 在所有排放的 CO2 中, 有 1P3
被海洋所吸收, 其余部分视为应由林地吸收和消纳。 具体地, 将各类能源的消费实物量转化为标煤量, 再 将各类能源的标煤量转化为相应的热量, 再通过热 量与 CO2 吸收率的比值计算出各类能 源消费所占 用的足迹[16] 。1t 原煤 = 01714 3t 标 准煤; 1t 原油= 11428 6t 标准煤; 1m3 天然气= 1133kg 标准煤; 1kW#h 电 力 = 01122 9kg 标 准 煤; 1kg 标 准 煤 热 能 = 7 000kcal; 1kcal= 41186 8kJ; 1MJ= 100 @ 104J, 1GJ= 10 @ 108 J[16] 。CO2 吸收率见表 2。
27 卷第 6 期 2005 年 11 月
文章编号: 1007- 7588( 2005) 06- 0132- 08
资源科学 RESOURCES SCIENCE
Vol. 27, No. 6 Nov. , 2005
1978 年~ 2003 年中国生态足迹动态分析
陈 敏1 , 张丽君2 , 王如松1 , 怀保光2
27 卷第 6 期
陈 敏等: 1978 年~ 2003 年 中国生态足迹动态分析
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计年鉴等自然资源生产与消费数据、单产数据及土 地利用数据采用 可变世界单产法对 1978 年 ~ 2003 年中国生态足迹变化做了进一步分析研究。
2 数据与方法
关于生态足迹的基本概念与计算原理, 请参见 文献[ 12] 。计算生态足迹的主旨就是要构造一个土 地消费矩阵来解释人类消费活动与赖以生存的土地 资源之间的关系。其计算公式为:
地方实际单产法对奥地利 1926 年~ 1995 年的生态 足迹进行了计算; Van Vuuren[5] 利用可变地方实际单 产法 对贝宁湾、不丹、哥 斯达黎加和 荷兰 1980 年、 1987 年和 1994 年的生态足迹进行了计算, 国内基于 时间序列的生态足迹研究刚 刚起步, 白艳莹[10] 、闵 庆文等[ 11] 分别对苏锡 常和河南省商丘地区生态足
收稿日期: 2005- 03- 10; 修订日期: 2005- 04- 28 基金项目: 国家自然科学基金重点项目/ 区域城镇发展的复合生态管理0 ( 编号: 70433001) 。 作者简介: 陈敏( 1978~ ) , 女, 辽宁辽中人, 博士生, 主要从事生态环境、资源与发展决策分析方面的研究。 E-mail : chenmin_78@ yahoo. com. cn
至今为止, 在全球尺度上, 世界野生动物基金会 ( WWF) 和美国的可持续发展指标研究计划 小组成 立的发展重定义组织( Redefining Progress) 这两大世 界非政府机构每两年发布一次世界各国生态足迹的
核算结 果[ 6~ 8] ; 在 国家尺度上, Erb[ 3] 对奥地利 1926 年~ 2000 年的生态足迹进行了计算, 采用的是可变 地方实际单产法, 并采用了可持续单产方法计算了 木材的生态足迹; Wackernagel 等[ 9] 对奥地利、菲律宾 和韩国 1961 年~ 1999 年的生态足迹作了分析, 分别 采用了可变世界单产和可变地方实际单产法; Haberl 等[ 4] 分别采用恒定世界单产、可变世界单产和可变