生态足迹分析方法研究回顾和展望
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2007年 12月 第 6期
南京晓庄学院学报 JOURNAL OF NANJ ING X IAOZHUANG UN IVERSITY
Dec. , 2007 No. 6
生态足迹分析方法研究回顾和展望
刘钦普 ,曹建军
(南京晓庄学院 地理科学学院 ,江苏 南京 210017)
摘 要 :文章介绍了生态足迹分析方法产生的历史背景和计算方法 ,回顾了国内外研究的进展 , 并对生态足迹研究方法的优缺点进行了评述 ,并且对今后生态足迹的研究重点提出了展望.
按照生态足迹的分析过程 ,可以分为综合法和 成分法. 综合法最初由 W ackernagel提出 ,经 W ack2 ernagel等 、Monfreda等的改进 ,日趋完善. 综合法自 上而下利用整合的国家级统计数据 ,通常用于国家
级的生态足迹计算. 例如 W ackernagel等应用生态 足迹模型对世界上 52个国家和地区 1993年的生态 足迹进行了实证研究 ,结果表明 : 52 个国家和地区 中的 35个国家或地区存在生态赤字 ,只有 12个国 家和地区的人均生态足迹低于全球人均生态足迹供 给 (即全球人均生态承载力 ). 从全球来说 ,人类的 生态足迹已经超过了全球生态承载力 [ 9 ]. 成分法最 早由 Simmons等提出 , 后经 Barrett等的进 一步 改 进. 英国 BFF环境顾问公司和斯德哥尔摩环境研究 所 ( SE I)均用该方法计算生态足迹. 成分法以人类 的衣食住行活动为出发点 ,通过物质流分析 (M FA ) 得到主要消费品消费量及废物生产情况 ,通过生态 足迹核算了解物流带来的环境压力 ,适用于地方 、企 业 、大 学 、家 庭 乃 至 个 人 的 生 态 足 迹 核 算. Barrett 等 [ 10 ]在对 York城进行物流和生态足迹分析中 ,考 虑了 29种成分用来描述一个社区大部分的足迹类 型. W right[ 11 ] 计算了 Co lorado 学院的生态足迹. 在 Jason, Venetoulis的“Accessing Ecological Impact of a
University: the ecological footp rint for the University of Redlands”(Jason, Venetoulis, 2001 )的研究中 ,作者 根据 Redlands分校的教学科研和师生生活对学校 所在区域的环境影响用 4类足迹来表示 :水足迹 、固 体废物足迹、能源足迹和交通足迹. 在以往的生态足 迹中 ,对人类生产和生活用水没有作为一种消费的种 类纳入计算 ,而作者在研究中将学校的用水单独作为 一类消费列出来进行计算. 在生态足迹研究的对象上 除了进行区域综合研究外 ,还对一些专题进行研究. 例如 Stefan Gossling和 Carina Borgstrom Hansson等的 “Ecological footp rint analysis as a tool to assess tourism sustainability”的研究中 [ 12] ,作者以塞舌尔群岛旅游 业为例子 ,利用生态足迹成分法分析评价该岛旅游业 的可持续性. Jansson等 [13 ]将成分法生态足迹分析用 于人类和生态系统淡水资源需求研究.
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在生态足迹理论中 ,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. 生态承载力可以 理解为是在一定自然 、社会 、经济技术条件下某地区 所能提供的生态生产性土地的极大值.
生态承载力也用全球公顷表示 ,其计算方法是 生态生产性土地面积乘以相应的平衡因子和产量因 子. 可用下式表示 :
∑ 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 (公顷 /人 ) ; aj 为 j类人均生态生 产性土地面积 ; rj 为平衡因子 ; yj 为产量因子 ,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.
1 生态足迹的计算模型
1. 1 生态足迹的概念和基本假设 生态足迹的定义为 :任何生产某特定区域人口 所消费的所有的自然资源和吸纳这些人口所产生的 废弃物所需要的生态生产性的土地面积 (包括陆地 和 水 域 ) ( M athis W ackernagel, W illiam Rees, 1996). 它既代表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. 为了对人类对自然资源的需求和自然资源的再
2 生态足迹分析方法的研究进展
自 W illiam Rees 1992 年提出生态足迹概念以 来 ,国际上有关生态足迹概念 、方法及其模型应用的 研究成果如雨后春笋. 据我们统计 ,仅国际生态经济 学会会刊 ( Ecological Econom ics)自 1996 年发表生 态足迹研究的文章以来 ,至 2006年 , 10年间共发表 有关生态足迹理论评述 、区域实证 、方法改善 、行业 应用的论文达 80多篇. Ecological Econom ics在 2000 年第 3期还以专刊形式集中讨论了生态足迹研究的 理论价值和应用问题. 自 2000年起 ,世界自然基金 会 (WW F: World W ide Fund for Nature)每两年在其 《生命行星报告 》中公布一次包括我国在内的部分 国家 的 生 态 足 迹 研 究 结 果 [ 3 ] , 如《生 命 行 星 报 告 2006》比较了 147个国家的生态足迹 ,探讨人类对这 个有限星球的影响. 报告指出 : 2003年 ,全球人类的 生态足迹为 141 亿全球公顷 ( global hectare) ,人均 足迹为 2. 23全球公顷. 2003年 ,全球生态生产性面 积总量为 112 亿全球公顷 ,人均拥有的生态承载力 约为 1. 78 全球公顷. 也就是说 ,人类的需求已经超 过了地球供给能力的 25% ,人类在过度地消耗着自 然资源 ,即当代人正在消耗未来世代人类的资源 ,人 类发展的代际不公平加剧. 一些学者对于生态足迹 指标的作用给予了高度评价 ,认为它可以作为可持 续发展的评价指标 ,表明区域可持续发展状况 ,用于 国家和地区政策的指定 . [ 426 ] 但有些学者则倾向于 它的教育功能 [ 728 ] .
生态足迹分析方法就是根据人类社会对自然资 源的依赖性 ,来定量测度区域可持续发展状态的一 种新的理论与方法 [ 1 ]. 正如 W illiam Rees所比喻的 那样 ,生态足迹是一只负载着人类与人类所创造的 城市 、工厂等的巨脚踏在地球上留下的脚印. 当地球 所能够提供的土地面积容不下这只“巨脚 ”时 ,其上 的城市 、工厂等就会失去平衡 ,它所承载的人类文明 将最终坠落 、崩毁.
关键词 :生态足迹分析方法 ;回顾 ;展望
中图分类号 : P96 文献标识码 : A 文章编号 : 100927902 (2007) 0620075207
0 引言
20世纪中叶以来 ,随着科学技术的飞速进步和 社会生产力的迅猛发展 ,人类创造了前所未有的物 质财富 ,加速了人类社会经济的发展进程. 然而 ,正 当人类为所取得的物质文明感到欣喜的时候 ,却出 现了世界性的资源枯竭 、能源危机和生态环境恶化 等一系列问题. 这些全球性的重大问题 ,严重地阻碍 着人类社会经济的可持续发展. 1987 年 ,世界环境 与发展委员会在《我们共同的未来 》报告中首次提 出可持续发展的概念. 此后 ,可持续发展逐渐成为全 球发展追求的目标和诊断区域开发是否合理的标 准. 可持续发展的定量评价也成为当前可持续发展 研究的前沿和热点问题之一.
20世纪 90 年代以来 ,国内外学者在区域可持 续发展的评价和模型方法研究上取得了较为丰硕的 成果. 国际上提出诸多可持续发展指标体系及定量 评价的计算方法. 例如人文发展指数 ( HD I) 、可持续 经济福利指数 ( ISEW ) 、真实发展指数 ( GP I) 、联合 国可持续发展委员会提出的可持续发展指标体系以 及中国学者提出的可持续发展评价指标体系等.
1. 2 生态足迹的分析方法 生态足迹的一般计算模式如下 :
∑ ∑ EF = N · ef = N rjA j = N rj ( Pi + Ii -
Ei ) / ( Yi ·N ) ( j = 1, 2, 3, . . . 6; i = 1, 2, . . . n) 式中 , EF为总生态足迹 ; N 为人口数 , ef为人均生态 足迹 (公顷 /人 ) ; j为 6类生态性土地类型 (耕地 、林 地 、草地 、建筑用地 、水域和化石能源地 ) , i为消费 资源或商品的类别 ; rj 为平衡因子 , Aj 为人均消费第 j类生态性土地面积 ; Pi 为资源生产量 ; Ei 为资源出 口量 ; Ii 为资源进口量 ; Yi 为第 i种消费资源或商品 的全球平均产量.
然而 ,发展的可持续性主要取决于自然资源的 多寡和优劣及其利用的合理性 ,其核心是确定人类 是否生存于人类强烈干预下的自然生态系统的承载 力范围之内 ,是否实现人与自然 、人与人之间的和谐
共存. 在众多的可持续发展评价的指标体系中 , 20 世纪 90 年代由加拿大生态经济学家 W illiam Rees 和 M athis W ackernagel提 出 的 生 态 足 迹 分 析 方 法 (简称 EFAA 或 EF)以其独特的魅力和优势很快成 为当前广为流行的方法.
收稿日期 : 2007207226 基金项目 :江苏高校自然科学研究项目 (No. 07KJD170123)和南京晓庄学院自然科学研究项目 (No. 2007NXY06)资助. 作者简介 :刘钦普 ,男 ,南京晓庄学院地理科学学院博士 ,教授 ,主要从事经济生态学 、自然资源开发利用与保护方面的教 学和研究工作.
(3) 将不同类型的生态生产性土地面积 (耕 地 、林地 、草地 、化石能源地 、建筑用地 、水域 )按照 其生产力折算之后 ,可以用同一单位 ,即全球公顷 (或Βιβλιοθήκη Baidu亩 )表示.
(4) 各种土地的作用 (提供资源 、消纳废物 )是 单一的 、相互排斥的 ,标准化后可以相加.
(5) 人类需求的总土地面积 (总生态足迹 )可 以与环境提供的土地面积 (生态承载力或生态容 量 )直接相比较. 两者都使用标准化的公顷 ———全 球公顷.
因为各类生态生产性土地的生态生产力是不同 的 ,为了将不同生态生产性土地类型汇总为区域的 生态生产力和生态足迹 ,所以各种类型的生态生产 性土地面积要乘以一个平衡因子 rj. 平衡因子是地 球上某一生态生产性土地 (例如耕地 )的平均生产 力与全部的生态生产性土地的平均生产力的比值. 例如 ,耕地比牧草地的生产力高 ,耕地平衡因子就比 牧草地平衡因子大.
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生能力进行数量分析 , Rees和 W ackergenal等提出 的生态足迹理论基于如下几个假设 [ 2 ] :
(1) 人类要维持生存 ,必须消耗自然界提供的 各种资源 (各种自然产品和服务 ) ,人类消费的绝大 多数资源 、能源及其所产生的废弃物的数量是可确 定的.
(2) 应用于人类消费的生物资源数量的多少直 接与能够产生这些资源和吸纳人类排放废物的生态 生产性土地面积有关系.
(6) 如果生态足迹超过生态容量 ,表明需求超 过了现存的自然资本的再生产能力. 超过的部分就 是“生态赤字 ”. 生态赤字的出现 ,意味着要么是通 过进口得以补偿 ,这会导致生态贸易赤字 ;要么是过 度使用当地资源 ,这将导致自然资本的耗竭 ,即生态 耗损 ( ecological overshoot). 因此 ,生态足迹指标可以 检验供给的可持续性.
南京晓庄学院学报 JOURNAL OF NANJ ING X IAOZHUANG UN IVERSITY
Dec. , 2007 No. 6
生态足迹分析方法研究回顾和展望
刘钦普 ,曹建军
(南京晓庄学院 地理科学学院 ,江苏 南京 210017)
摘 要 :文章介绍了生态足迹分析方法产生的历史背景和计算方法 ,回顾了国内外研究的进展 , 并对生态足迹研究方法的优缺点进行了评述 ,并且对今后生态足迹的研究重点提出了展望.
按照生态足迹的分析过程 ,可以分为综合法和 成分法. 综合法最初由 W ackernagel提出 ,经 W ack2 ernagel等 、Monfreda等的改进 ,日趋完善. 综合法自 上而下利用整合的国家级统计数据 ,通常用于国家
级的生态足迹计算. 例如 W ackernagel等应用生态 足迹模型对世界上 52个国家和地区 1993年的生态 足迹进行了实证研究 ,结果表明 : 52 个国家和地区 中的 35个国家或地区存在生态赤字 ,只有 12个国 家和地区的人均生态足迹低于全球人均生态足迹供 给 (即全球人均生态承载力 ). 从全球来说 ,人类的 生态足迹已经超过了全球生态承载力 [ 9 ]. 成分法最 早由 Simmons等提出 , 后经 Barrett等的进 一步 改 进. 英国 BFF环境顾问公司和斯德哥尔摩环境研究 所 ( SE I)均用该方法计算生态足迹. 成分法以人类 的衣食住行活动为出发点 ,通过物质流分析 (M FA ) 得到主要消费品消费量及废物生产情况 ,通过生态 足迹核算了解物流带来的环境压力 ,适用于地方 、企 业 、大 学 、家 庭 乃 至 个 人 的 生 态 足 迹 核 算. Barrett 等 [ 10 ]在对 York城进行物流和生态足迹分析中 ,考 虑了 29种成分用来描述一个社区大部分的足迹类 型. W right[ 11 ] 计算了 Co lorado 学院的生态足迹. 在 Jason, Venetoulis的“Accessing Ecological Impact of a
University: the ecological footp rint for the University of Redlands”(Jason, Venetoulis, 2001 )的研究中 ,作者 根据 Redlands分校的教学科研和师生生活对学校 所在区域的环境影响用 4类足迹来表示 :水足迹 、固 体废物足迹、能源足迹和交通足迹. 在以往的生态足 迹中 ,对人类生产和生活用水没有作为一种消费的种 类纳入计算 ,而作者在研究中将学校的用水单独作为 一类消费列出来进行计算. 在生态足迹研究的对象上 除了进行区域综合研究外 ,还对一些专题进行研究. 例如 Stefan Gossling和 Carina Borgstrom Hansson等的 “Ecological footp rint analysis as a tool to assess tourism sustainability”的研究中 [ 12] ,作者以塞舌尔群岛旅游 业为例子 ,利用生态足迹成分法分析评价该岛旅游业 的可持续性. Jansson等 [13 ]将成分法生态足迹分析用 于人类和生态系统淡水资源需求研究.
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在生态足迹理论中 ,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. 生态承载力可以 理解为是在一定自然 、社会 、经济技术条件下某地区 所能提供的生态生产性土地的极大值.
生态承载力也用全球公顷表示 ,其计算方法是 生态生产性土地面积乘以相应的平衡因子和产量因 子. 可用下式表示 :
∑ 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 (公顷 /人 ) ; aj 为 j类人均生态生 产性土地面积 ; rj 为平衡因子 ; yj 为产量因子 ,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.
1 生态足迹的计算模型
1. 1 生态足迹的概念和基本假设 生态足迹的定义为 :任何生产某特定区域人口 所消费的所有的自然资源和吸纳这些人口所产生的 废弃物所需要的生态生产性的土地面积 (包括陆地 和 水 域 ) ( M athis W ackernagel, W illiam Rees, 1996). 它既代表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. 为了对人类对自然资源的需求和自然资源的再
2 生态足迹分析方法的研究进展
自 W illiam Rees 1992 年提出生态足迹概念以 来 ,国际上有关生态足迹概念 、方法及其模型应用的 研究成果如雨后春笋. 据我们统计 ,仅国际生态经济 学会会刊 ( Ecological Econom ics)自 1996 年发表生 态足迹研究的文章以来 ,至 2006年 , 10年间共发表 有关生态足迹理论评述 、区域实证 、方法改善 、行业 应用的论文达 80多篇. Ecological Econom ics在 2000 年第 3期还以专刊形式集中讨论了生态足迹研究的 理论价值和应用问题. 自 2000年起 ,世界自然基金 会 (WW F: World W ide Fund for Nature)每两年在其 《生命行星报告 》中公布一次包括我国在内的部分 国家 的 生 态 足 迹 研 究 结 果 [ 3 ] , 如《生 命 行 星 报 告 2006》比较了 147个国家的生态足迹 ,探讨人类对这 个有限星球的影响. 报告指出 : 2003年 ,全球人类的 生态足迹为 141 亿全球公顷 ( global hectare) ,人均 足迹为 2. 23全球公顷. 2003年 ,全球生态生产性面 积总量为 112 亿全球公顷 ,人均拥有的生态承载力 约为 1. 78 全球公顷. 也就是说 ,人类的需求已经超 过了地球供给能力的 25% ,人类在过度地消耗着自 然资源 ,即当代人正在消耗未来世代人类的资源 ,人 类发展的代际不公平加剧. 一些学者对于生态足迹 指标的作用给予了高度评价 ,认为它可以作为可持 续发展的评价指标 ,表明区域可持续发展状况 ,用于 国家和地区政策的指定 . [ 426 ] 但有些学者则倾向于 它的教育功能 [ 728 ] .
生态足迹分析方法就是根据人类社会对自然资 源的依赖性 ,来定量测度区域可持续发展状态的一 种新的理论与方法 [ 1 ]. 正如 W illiam Rees所比喻的 那样 ,生态足迹是一只负载着人类与人类所创造的 城市 、工厂等的巨脚踏在地球上留下的脚印. 当地球 所能够提供的土地面积容不下这只“巨脚 ”时 ,其上 的城市 、工厂等就会失去平衡 ,它所承载的人类文明 将最终坠落 、崩毁.
关键词 :生态足迹分析方法 ;回顾 ;展望
中图分类号 : P96 文献标识码 : A 文章编号 : 100927902 (2007) 0620075207
0 引言
20世纪中叶以来 ,随着科学技术的飞速进步和 社会生产力的迅猛发展 ,人类创造了前所未有的物 质财富 ,加速了人类社会经济的发展进程. 然而 ,正 当人类为所取得的物质文明感到欣喜的时候 ,却出 现了世界性的资源枯竭 、能源危机和生态环境恶化 等一系列问题. 这些全球性的重大问题 ,严重地阻碍 着人类社会经济的可持续发展. 1987 年 ,世界环境 与发展委员会在《我们共同的未来 》报告中首次提 出可持续发展的概念. 此后 ,可持续发展逐渐成为全 球发展追求的目标和诊断区域开发是否合理的标 准. 可持续发展的定量评价也成为当前可持续发展 研究的前沿和热点问题之一.
20世纪 90 年代以来 ,国内外学者在区域可持 续发展的评价和模型方法研究上取得了较为丰硕的 成果. 国际上提出诸多可持续发展指标体系及定量 评价的计算方法. 例如人文发展指数 ( HD I) 、可持续 经济福利指数 ( ISEW ) 、真实发展指数 ( GP I) 、联合 国可持续发展委员会提出的可持续发展指标体系以 及中国学者提出的可持续发展评价指标体系等.
1. 2 生态足迹的分析方法 生态足迹的一般计算模式如下 :
∑ ∑ EF = N · ef = N rjA j = N rj ( Pi + Ii -
Ei ) / ( Yi ·N ) ( j = 1, 2, 3, . . . 6; i = 1, 2, . . . n) 式中 , EF为总生态足迹 ; N 为人口数 , ef为人均生态 足迹 (公顷 /人 ) ; j为 6类生态性土地类型 (耕地 、林 地 、草地 、建筑用地 、水域和化石能源地 ) , i为消费 资源或商品的类别 ; rj 为平衡因子 , Aj 为人均消费第 j类生态性土地面积 ; Pi 为资源生产量 ; Ei 为资源出 口量 ; Ii 为资源进口量 ; Yi 为第 i种消费资源或商品 的全球平均产量.
然而 ,发展的可持续性主要取决于自然资源的 多寡和优劣及其利用的合理性 ,其核心是确定人类 是否生存于人类强烈干预下的自然生态系统的承载 力范围之内 ,是否实现人与自然 、人与人之间的和谐
共存. 在众多的可持续发展评价的指标体系中 , 20 世纪 90 年代由加拿大生态经济学家 W illiam Rees 和 M athis W ackernagel提 出 的 生 态 足 迹 分 析 方 法 (简称 EFAA 或 EF)以其独特的魅力和优势很快成 为当前广为流行的方法.
收稿日期 : 2007207226 基金项目 :江苏高校自然科学研究项目 (No. 07KJD170123)和南京晓庄学院自然科学研究项目 (No. 2007NXY06)资助. 作者简介 :刘钦普 ,男 ,南京晓庄学院地理科学学院博士 ,教授 ,主要从事经济生态学 、自然资源开发利用与保护方面的教 学和研究工作.
(3) 将不同类型的生态生产性土地面积 (耕 地 、林地 、草地 、化石能源地 、建筑用地 、水域 )按照 其生产力折算之后 ,可以用同一单位 ,即全球公顷 (或Βιβλιοθήκη Baidu亩 )表示.
(4) 各种土地的作用 (提供资源 、消纳废物 )是 单一的 、相互排斥的 ,标准化后可以相加.
(5) 人类需求的总土地面积 (总生态足迹 )可 以与环境提供的土地面积 (生态承载力或生态容 量 )直接相比较. 两者都使用标准化的公顷 ———全 球公顷.
因为各类生态生产性土地的生态生产力是不同 的 ,为了将不同生态生产性土地类型汇总为区域的 生态生产力和生态足迹 ,所以各种类型的生态生产 性土地面积要乘以一个平衡因子 rj. 平衡因子是地 球上某一生态生产性土地 (例如耕地 )的平均生产 力与全部的生态生产性土地的平均生产力的比值. 例如 ,耕地比牧草地的生产力高 ,耕地平衡因子就比 牧草地平衡因子大.
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生能力进行数量分析 , Rees和 W ackergenal等提出 的生态足迹理论基于如下几个假设 [ 2 ] :
(1) 人类要维持生存 ,必须消耗自然界提供的 各种资源 (各种自然产品和服务 ) ,人类消费的绝大 多数资源 、能源及其所产生的废弃物的数量是可确 定的.
(2) 应用于人类消费的生物资源数量的多少直 接与能够产生这些资源和吸纳人类排放废物的生态 生产性土地面积有关系.
(6) 如果生态足迹超过生态容量 ,表明需求超 过了现存的自然资本的再生产能力. 超过的部分就 是“生态赤字 ”. 生态赤字的出现 ,意味着要么是通 过进口得以补偿 ,这会导致生态贸易赤字 ;要么是过 度使用当地资源 ,这将导致自然资本的耗竭 ,即生态 耗损 ( ecological overshoot). 因此 ,生态足迹指标可以 检验供给的可持续性.