普連仙,吳學(xué)燦

(1.云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,云南昆明 650091;2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院,云南昆明,650034)

生態(tài)足跡模型的缺陷及改進(jìn)研究進(jìn)展

普連仙1,吳學(xué)燦2

(1.云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,云南昆明 650091;2.云南省環(huán)境科學(xué)研究院,云南昆明,650034)

從生態(tài)足跡的基本理論出發(fā),總結(jié)概括了生態(tài)足跡假設(shè)條件及模型的缺陷:生態(tài)偏向性;估算遺漏性;分析靜態(tài)性;土地“質(zhì)”的不均衡性。綜述了生態(tài)足跡分析模型相關(guān)問題改進(jìn)的國內(nèi)外研究進(jìn)展,并對今后研究中應(yīng)加強(qiáng)的幾個方面進(jìn)行了總結(jié)。

生態(tài)足跡;缺陷;改進(jìn);研究進(jìn)展

可持續(xù)發(fā)展是一種全新的發(fā)展理念和模式,對世界各國可持續(xù)發(fā)展程度進(jìn)行度量,一方面是世界性可持續(xù)發(fā)展合作的重要基礎(chǔ),另一方面是診斷區(qū)域開發(fā)及其是否健康運(yùn)行的標(biāo)準(zhǔn)[1]。

20世紀(jì) 90年代以來,國際上相繼提出了一些直觀的、較易于定量評價的方法及模型,如 Daly和Cobb提出的“可持續(xù)經(jīng)濟(jì)福利指數(shù)” (ISE W)[2],cobb等提出的“真實(shí)發(fā)展指標(biāo)” (GPI)[3],Prescott-Allen的“可持續(xù)性的晴雨表”(Barometer of Sustainability)模型[3]等,生態(tài)足跡模型就是其中最具代表性的一種。

1 生態(tài)足跡相關(guān)理論

1.1 生態(tài)足跡的概念

國際上關(guān)于生態(tài)足跡的研究可以追溯到 20世紀(jì) 70年代,Odum E P討論了在能量意義上被一個城市所要求的額外的 “影子面積”(shadow areas)[4,5],Jasson A M等分析了波羅的海哥特蘭島海岸漁業(yè)所要求的海洋生態(tài)系統(tǒng)面積[6]。在此基礎(chǔ)之上,加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家 ReesW E于 1992年提出生態(tài)足跡概念[7],之后在Wackernagel的協(xié)助下將其完善和發(fā)展為生態(tài)足跡模型。

生態(tài)足跡是指在一定的技術(shù)條件下,能夠持續(xù)地提供資源或消納廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間[8]。生態(tài)足跡理論是建立在能值分析、生命周期評估、全球資源動態(tài)模型、世界生態(tài)系統(tǒng)的凈初級生產(chǎn)力計算等理論基礎(chǔ)上,它用一種生態(tài)學(xué)的方法將人類活動影響表達(dá)為各種生態(tài)空間的面積,進(jìn)而判斷人類的發(fā)展是否出于生態(tài)承載力的范圍內(nèi)[9],它從具體的生物物理量角度研究自然資本消費(fèi)的空間測度問題。Wackernagel于 1996年提出的生態(tài)足跡 (ecological footprint)的概念是:任何已知人口 (某個個人、一個城市或一個國家)的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地的總面積。它既是既定技術(shù)條件和消費(fèi)水平下特定人口對環(huán)境的影響規(guī)模,也代表既定技術(shù)條件和消費(fèi)水平下特定人口持續(xù)生存下去對環(huán)境提出的需求。

1.2生態(tài)足跡模型的基本假設(shè)

生態(tài)足跡模型所有指標(biāo)的定義都是基于生物生產(chǎn)性土地的概念,所謂生物生產(chǎn)性土地是指具有生物 (態(tài))生產(chǎn)能力的土地或水體。地球表面的生物生產(chǎn)性土地可具體分為 6類,即耕地、牧草地、林地、水域、建筑用地和化石能源地[10]。

為了對人類自然資源的需求和自然資源的再生能力進(jìn)行數(shù)量分析,Rees和Wackergenal等提出生態(tài)足跡理論基于如下幾個解釋[11]:

(1)人類要維持生存,必須消耗自然界提供的各種資源 (各種自然產(chǎn)品和服務(wù)),人類消費(fèi)的絕大多數(shù)資源、能源及其所產(chǎn)生的廢棄物的數(shù)量是可確定的。

(2)應(yīng)用于人類消費(fèi)的生物資源數(shù)量的多少直接與能夠產(chǎn)生這些資源和吸納人類排放廢物的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積有關(guān)系。

(3)將不同類型的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積 (耕地、林地、草地、化石能源地、建筑用地、水域)按照其生產(chǎn)力折算之后,可以用同一單位,即全球公頃 (或英畝)表示。

(4)各種土地的作用 (提供資源、消納廢物)是單一的、相互排斥的,標(biāo)準(zhǔn)化后可以相加。

(5)人類需求的總土地面積 (總生態(tài)足跡)可以與環(huán)境提供的土地面積 (生態(tài)承載力或生態(tài)容量)直接相比較,兩者都使用標(biāo)準(zhǔn)化的公頃——全球公頃。

(6)如果生態(tài)足跡超過生態(tài)容量,表明需求超過了現(xiàn)存的自然資本的再生產(chǎn)能力。超過的部分就是“生態(tài)赤字”。生態(tài)赤字的出現(xiàn),意味著要么是通過進(jìn)口得以補(bǔ)償,這會導(dǎo)致生態(tài)貿(mào)易赤字;要么是過度使用當(dāng)?shù)刭Y源,這將導(dǎo)致自然資本的耗竭,即生態(tài)耗損 (ecological overshoot)。因此,生態(tài)足跡指標(biāo)可以檢驗(yàn)供給的可持續(xù)性。

2 生態(tài)足跡分析模型的缺陷

生態(tài)足跡概念于 1999年由張志強(qiáng)引入國內(nèi)后[12,13],由于其理論概念新穎、概念形象、內(nèi)涵豐富、綜合性強(qiáng)、可操作性強(qiáng)、具有政策含義、測算中采用的生物生產(chǎn)性土地面積方法容易理解和進(jìn)行重復(fù)性研究等[14,15]優(yōu)點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于城市可持續(xù)發(fā)展分析[16]、土地利用及規(guī)劃可持續(xù)發(fā)展分析[17]、旅游業(yè)可持續(xù)發(fā)展分析[18]以及規(guī)劃持續(xù)性評價[19]等多個領(lǐng)域中。但通過生態(tài)足跡分析法的理論研究和實(shí)踐證明,生態(tài)足跡模型就本身而言仍然存在一些不足,主要表現(xiàn)在以下幾個方面[20,21,15]:

(1)具有生態(tài)偏向性。生態(tài)足跡分析法,準(zhǔn)確地說,是一種生態(tài)可持續(xù)性的分析方法。它強(qiáng)調(diào)的是人類發(fā)展對環(huán)境系統(tǒng)的影響及其可持續(xù)性,沒有涉及經(jīng)濟(jì)、社會、技術(shù)方面的可持續(xù)性,并不考慮人類對現(xiàn)有消費(fèi)模式的滿意程度。

(2)估算的遺漏性。生態(tài)足跡分析沒有把自然系統(tǒng)提供資源、消納廢棄物的功能描述完全,忽視了地下資源和水資源的估算;另外,現(xiàn)有的生態(tài)足跡分析中有關(guān)污染的生態(tài)影響這一點(diǎn)墨跡寥寥。在區(qū)域生態(tài)承載力的計算中忽略了化石能源等地下資源,這是生態(tài)赤字的一個重要原因。

(3)分析的靜態(tài)性。不能預(yù)測未來的可持續(xù)趨勢,也不能提供改進(jìn)目前不可持續(xù)狀況的方法,不足以監(jiān)測變化過程。

(4)土地 “質(zhì)”的不均衡性。生態(tài)足跡方法只注意土地的量而忽視了土地的質(zhì)。各種土地的折算標(biāo)準(zhǔn) (均衡因子)不統(tǒng)一,缺乏透明度,無法回答農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率不僅與管理有關(guān),還與自然條件有關(guān)的事實(shí)。沒有區(qū)分資源利用是否可持續(xù)性。忽略不同土地生物生產(chǎn)性的復(fù)雜特征而將不同類型的土地匯總,可能會掩蓋生態(tài)足跡與生態(tài)供給力之間不協(xié)調(diào)的矛盾。

3 生態(tài)足跡分析模型假設(shè)的缺陷

一種理論模型的假設(shè)條件十分重要,是決定結(jié)果是否科學(xué)、是否合理的關(guān)鍵。生態(tài)足跡分析方法這種新的分析工具為研究、衡量可持續(xù)發(fā)展提供了新的審視角度,但這種方法也并不是完美無暇。李明月、江華研究了生態(tài)足跡分析模型的假設(shè)條件,并把假設(shè)條件的缺陷歸納為兩點(diǎn)[22]:

(1)土地“空間互斥性”假設(shè)完全忽略了各類土地功能的多樣性和一定程度的功能替代性,造成生態(tài)足跡供給計算結(jié)果偏低的系統(tǒng)誤差。

(2)基于全球平均產(chǎn)量為 1基礎(chǔ)上計算出的生物資源消費(fèi)生態(tài)足跡完全忽視了生物生產(chǎn)過程中人類對環(huán)境的巨大破壞和掠奪,抹殺了科技進(jìn)步對承載更多人口的支撐作用,掩蓋了某種消費(fèi)商品的世界平均產(chǎn)量下降導(dǎo)致的全球生態(tài)足跡供給的實(shí)際下降,并造成類似“貨幣幻覺”的 “生態(tài)足跡幻覺”。

4 生態(tài)足跡相關(guān)問題改進(jìn)的國內(nèi)外研究前沿

生態(tài)足跡方法模型直觀、綜合、可操作性好及可以進(jìn)行全球性比較等優(yōu)點(diǎn),促進(jìn)了生態(tài)足跡方法在可持續(xù)發(fā)展中的迅速傳播及廣泛關(guān)注?？梢哉f,也正是由于生態(tài)足跡方法模型的諸多優(yōu)點(diǎn)以及目前還存在的種種不足,不同的聲音共同促進(jìn)了生態(tài)足跡的進(jìn)一步深入研究。

4.1 分析靜態(tài)性的改進(jìn),大跨度時間序列的動態(tài)研究加強(qiáng)

近年來,研究者試圖通過計算連續(xù)時間序列值來追蹤各個時間點(diǎn)的可持續(xù)程度,來彌補(bǔ)指標(biāo)靜態(tài)性的缺憾。目前研究序列最長的是 2001年 Helmut Haberl等對奧地利 1926～1995年長達(dá) 70a生態(tài)足跡的度量[23]。Kraus mann等[24]2001年應(yīng)用生態(tài)足跡方法對奧地利在 1830～1995年間土地利用和工業(yè)現(xiàn)代化對生態(tài)足跡系統(tǒng)的影響進(jìn)行了研究;Erb[25]2004年對生態(tài)足跡方法進(jìn)行調(diào)整計算了奧地利 1926～2000年的生態(tài)足跡 “實(shí)際土地面積需求”;Wackernagel等[26]2004年對菲律賓、韓國、奧地利三國 1961～1999年傳統(tǒng)生態(tài)足跡和 “實(shí)際土地面積需求”進(jìn)行了計算,并對兩種方法的計算結(jié)果進(jìn)行了比較。此外,我國學(xué)者藺海明等[27]對甘肅河西綠洲農(nóng)業(yè)區(qū) 1949～2000年生態(tài)足跡的動態(tài)變化進(jìn)行了分析,結(jié)果表明:河西全區(qū)的人均生態(tài)足跡 1949～2000年呈遞增趨勢,河西區(qū)域發(fā)展正朝離可持續(xù)的方向延展。陳成忠、林振山[28]對中國 1961～2005年人均生態(tài)足跡波動的突變時間及影響因素進(jìn)行了多時間尺度分析。研究結(jié)果表明 44a來,中國人均生態(tài)足跡波動具有明顯的 3a、7a和 23a的特征時間尺度和相應(yīng)的周期性振蕩特征,其中 23a周期尤為顯著,中國人均生態(tài)足跡在未來幾年會有所下降,可持續(xù)發(fā)展形勢會有所好轉(zhuǎn)。羅漢紅、李碧方等[29]對澳門 1977～2004年的生態(tài)足跡和生態(tài)承載力進(jìn)行計算和動態(tài)分析,探尋影響澳門可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因子。張緒良等[30]分析了青島近 20a的生態(tài)足跡動態(tài)變化,結(jié)果表明近20a青島市生態(tài)足跡增加,生態(tài)承載力則明顯下降,生態(tài)足跡和承載力的變化造成生態(tài)赤字進(jìn)一步加大,同時生態(tài)效率也呈增加趨勢。此外,對于生態(tài)足跡的時間序列動態(tài)研究還有很多[31～33],研究地點(diǎn)包括河北省、重慶市、沈陽市、湖北省等多個地區(qū)。

4.2 估算遺漏性的改進(jìn),水資源、地下資源污染及生態(tài)破壞足跡納入研究估算行列

傳統(tǒng)生態(tài)足跡能源的計算方法有替代法、自然資本存量法、碳吸收法[22]。Stoglehner認(rèn)為以上 3種方法都不能滿足化石燃料足跡供應(yīng)的復(fù)雜評估[34]。Stoglehner[34]提出新的調(diào)整計算方法,新的計算方法能讓我們評估能源節(jié)省的潛力和可再生能源替代化石能源的潛能。調(diào)整的能源足跡計算方法采用了 Krotscheck[35]的判斷可持續(xù)性的可持續(xù)過程指數(shù) (sustainable process index,SPI),這種方法建立起了可再生能源與化石能源攜帶者之間相比較的橋梁。調(diào)整的計算方法基于下面假設(shè):巖石圈的碳存儲保持不下降,也不轉(zhuǎn)到生物圈中;可再生和不可再生的能源用不同的方法處理。調(diào)整的生態(tài)足跡能源計算方法指數(shù)包括兩部分:①化石燃料指數(shù):生產(chǎn)化石能源的土地面積;②可再生資源指數(shù):生產(chǎn)可再生資源的土地面積?？稍偕Y源能量生產(chǎn)面積的計算采用 Wackernagel[36]和 Stoglehner[34]計算結(jié)果?；剂夏芰可a(chǎn)面積采用Krotscheck的計算結(jié)果[35]。Manfred L以澳大利亞為例,不僅考慮 CO2,而且計算了其他氣體如CH4、N2O、CF4、C2F6等的生態(tài)足跡[37]。Jansson等[38]將成分法生態(tài)足跡分析用于人類和生態(tài)系統(tǒng)淡水資源需求研究。我國學(xué)者對水資源、地下資源的生態(tài)足跡也展開了一些研究,洪輝等[39]根據(jù)生態(tài)足跡分析方法,建立了水資源生態(tài)足跡概念模型,并計算了西安市 2005年水資源生態(tài)足跡和生態(tài)承載力,為地區(qū)水資源的可持續(xù)利用與管理提供了科學(xué)的依據(jù),同時提出了在不降低人們生活水平的前提下減少水資源赤字應(yīng)采取的方法。薛桂芳[40]在分析前人研究成果的基礎(chǔ)上,闡述了水資源生態(tài)足跡的計算方法:①水資源賬戶:通過全球水資源平均產(chǎn)量、均衡因子等一些參數(shù)的確定來計算水資源的生態(tài)足跡;②成分法:從水資源的抽取、供應(yīng)、廢水排放、處理等過程中的能量消耗來換算其足跡指標(biāo)。劉鑫等[41]計算了基于生態(tài)環(huán)境需水量的鄭州市 1994～2005年水生態(tài)足跡,并對未來規(guī)劃水平年 (2010年、2015年、2020年)進(jìn)行了預(yù)測。結(jié)果表明:1994～2005年水生態(tài)足跡高于 1.0,鄭州市水資源利用是不可持續(xù)的。4.3 平衡土地“質(zhì)”,采用多種計算方法

生態(tài)足跡計算中,6類基本生態(tài)生產(chǎn)性土地中除海洋外,其他 5類均屬于土地類型。1998年,Bicknell等[42]嘗試采用新的方法來計算區(qū)域的生態(tài)足跡問題。他們建議使用修正的投入產(chǎn)出分析來計算生態(tài)足跡。運(yùn)用投入產(chǎn)出框架計算生態(tài)足跡可以提供一個可以不斷更新的標(biāo)準(zhǔn)方法,并采用統(tǒng)一的格式應(yīng)用到特定人群的生態(tài)足跡分析中。事實(shí)上在大多數(shù)發(fā)達(dá)國家中,采用投入產(chǎn)出方法計算生態(tài)足跡所需的數(shù)據(jù)在國家層次的賬戶機(jī)制中都已具備。同時,Bicknell等在研究中首次提出并運(yùn)用了土地乘子 (land multiplier)的概念及計算方法計算生態(tài)足跡,為衡量真實(shí)土地需求邁出了重要的一步。我國臺灣學(xué)者 Ferng[43]緊跟 Bicknell和 Ball等的步伐,提出了土地乘子成分 (composition of land multiplier)概念及計算方法,并在臺灣進(jìn)行了應(yīng)用,取得了較好的效果。Manfred L[37]以澳大利亞為例,發(fā)展并改進(jìn)了生態(tài)足跡分析法,針對生態(tài)足跡的全球公頃的弱點(diǎn),采用了地區(qū)土地利用數(shù)據(jù)。2004年,Karl-Heinz提出了一個評價“真實(shí)土地利用需求”的計算方程,并對奧地利 1926～1995年長達(dá) 70a的實(shí)際土地需求進(jìn)行了衡量分析后認(rèn)為,真實(shí)的土地需求取決于消費(fèi)水平和單位土地面積的產(chǎn)出[24]。

為進(jìn)行國際比較,在最初的生態(tài)足跡計算中,引入了“全球公頃 (global hectare)”和 “全球產(chǎn)量 (global yields)”的概念,使用了 “均衡因子”、“產(chǎn)量因子”等公度系數(shù),為度量全球不同國家的可持續(xù)程度提供了一桿 “公平秤”,因此生態(tài)足跡在進(jìn)行國家間的比較時十分有用[15]。

4.4 生態(tài)偏向性改進(jìn),生態(tài)足跡指標(biāo)與其它指標(biāo)結(jié)合的研究加強(qiáng)

盡管生態(tài)足跡分析法在度量和評價生態(tài)可持續(xù)性方面是比較有效的,但是單用生態(tài)足跡分析法來評價可持續(xù)發(fā)展程度是不全面的。為了彌補(bǔ)這個不足,人們試圖將該方法及其指標(biāo)體系與其它能反映社會經(jīng)濟(jì)方面的可持續(xù)度量指標(biāo)結(jié)合起來,使兩者互相補(bǔ)充,以全面反映可持續(xù)發(fā)展程度。如與傳統(tǒng)的 GDP結(jié)合來表示資源的利用效率。此外,國際上一批可持續(xù)發(fā)展研究者們也正試圖將生態(tài)足跡指標(biāo)體系與衡量人們對生活質(zhì)量滿意程度的指標(biāo)“滿意度晴雨表 (satisfaction barometer)”結(jié)合起來度量可持續(xù)性發(fā)展。Monfreda等[44]2004年提出能源足跡計算過程中海洋吸收人類排放 CO2的 1/3。當(dāng)前生態(tài)足跡常與其它社會經(jīng)濟(jì)或自然指數(shù)結(jié)合應(yīng)用,如與研究區(qū)初級生產(chǎn)力或凈初級生產(chǎn)力進(jìn)行比較分析;與 GDP或萬元 GDP所需生態(tài)足跡結(jié)合進(jìn)行分析[45],建立能源物質(zhì)流賬戶等。

5 總結(jié)

(1)為克服生態(tài)足跡模型的靜態(tài)性,應(yīng)加強(qiáng)大跨度時間序列的動態(tài)過程研究,使其能夠預(yù)測未來的發(fā)展趨勢;

(2)為克服生態(tài)偏向性,應(yīng)在研究應(yīng)用中加強(qiáng)生態(tài)足跡指標(biāo)與其它度量指標(biāo)的結(jié)合,以全面反映各方面的可持續(xù)發(fā)展程度;

(3)為克服生態(tài)足跡模型本身的不足,應(yīng)在以后的研究中不斷修正、完善生態(tài)足跡的計算方法;

(4)應(yīng)加強(qiáng)城市、產(chǎn)業(yè)和家庭或個人水平的生態(tài)足跡分析。將以往大尺度的分析應(yīng)用到流域和更小的家庭、個人水平上,將有利于制定局部可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃;

(5)加強(qiáng) 3S技術(shù)在生態(tài)足跡研究中的應(yīng)用研究,突破陳舊的數(shù)據(jù)獲取與分析手段,提高研究結(jié)果的準(zhǔn)確性。

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Study on Defects and Improvement of Ecological Footprint Model

PU Lian-xian1,WU Xue-can2
(1.School of Life Sciences of Yunnan Universtiy,Kunming Yunnan 650091 China)

The defects of ecological footprint model are summarized based on the basic theory of ecological footprint.The defects include the ecological discrimination and leak of evaluation and static analyze and inequality of quality of land.The improvements on ecological footprintmodel are put forward.

ecological footprint;defects;improvement;research;advance

X24

A

1673-9655(2010)01-0015-05

2009-10-15

普連仙 (1986-),女,彝族,碩士,專業(yè)方向:生態(tài)學(xué)。