生态足迹的概念及计算模型张志强徐中民程国栋(中国科学院寒区旱区环境与工程研究所冻工程国家重点实验室兰州730000)摘要生态足迹是一种定量测量人类对自然利用程度的新方法。
通过跟踪区域的能源和资源消费,将它们转化为提供这种物质流所必须的各种生物生产土地类型的面积,并同区域能提供的生物生产土地面积进行比较,能定量判断一个区域的发展是否处于生态承载力的范围内。
介绍了生态足迹的概念及其计算模型,分析总结了模型的优缺点。
关键词生态足迹生物生产土地面积计标模型定量测量The Concept of Ecological.Footprints.and Computer ModelsZhang Zhiqiang Xu Zhongmin Cheng Guodong (Frozen Earth Key State Engineering Laboratory Frigid and Arid Zone Environment and Project Research Institute China Academy of Sciences Lanzhou730000)Abstr act Ecological-Footprints.are a kind of new method of quantifiably measuring the extent of hu2 manity.s use of nature.Through following the tracks of consumption of energy and natural resources of a region,these consumption patterns provide information of areas,showing each type of land necessary for providing these material resources.Through comparison of these different areas providing natural re2 sources,we can quantifiable judge the scope within which that area.s capacity to provide can be developed. Here we give an introduction to the concept of ecological-footprints.and computer modeling,as well as analyzing and summarizing the strong and weak points of such a model.Key Words nd Areas Providing Natural Resourecs Computer Modeling Quantifiable Measurement自然生态系统是人类赖以生存和发展的物质基础,人类要实现可持续发展,人类社会就必须生存于生态系统的承载力范围内。
从生态经济学的角度而言,就是人类社会要取得发展的可持续性,人类必须维持自己的自然资产存量。
但是从1987年世界环境与发展委员会(WCED)提出可持续发展的概念至今,世界的人口、贫困、消费日益增加,生物多样性锐减、草场退化、森林面积日益减少、土地荒漠化不断加剧,自然生态系统日见退化,人类生存在一个更加危险的世界中。
许多事实表明,人类社会的发展正在远离可持续性。
为了将可持续发展的概念变成现实的可操作管理模式,人类必须知道自己目前所处的状态,以及实现可持续发展还有多远的路要走。
由于传统的国民经济帐户指标GNP(及其变种GDP)在测算发展的可持续性方面存在明显缺陷,为此,一些国际组织及有关研究人员从80年代开始就努力探寻能定量衡量一个国家或地区发展的可持续性指标。
因此评价和监测可持续发展的状态和可持续发展的程度,这是当前可持续发展研究的热点与前沿。
联合国开发计划署(UNDP)于1990年5月在其第一份5人类发展报告6中首次公布了人文发展指数(HDI);1992年联合国环境与发展大会后,建立/可持续发展指标体系0已成为国际上可持续发展研究的热点内容之一。
随着研究的深入,可持续发展的各种指标体系不断提出,如绿色国民生产净值(绿色GNP)和可持续的经济福利指标(ISEW)等可持续性指标等。
许多研究结果表明,发展的可持续性主要取决于自然资产。
但是由于很难定量测量生态目标,这方面的研究进展一直较缓慢。
在对生态状况的测量方面,即用具体的生物8生态经济2000年第10期物理指标来测量人类的发展是否处于生态系统的承载力范围内的研究中,生态足迹模型是一种直观而综合的研究方法。
1生态足迹的概念由于任何人都要消费自然资产,因此对地球生态系统构成了影响。
只要人类对自然系统的压力处于地球生态系统的承载力范围内,地球生态系统就是安全的,人类经济社会的发展就处于可持续的范围内。
但如何判定人类是否生存于地球生态系统承载力的范围内呢?Wackernagel (1996)提出了生态足迹(ecological footprint)的概念,其定义是:任何已知人口(某个个人、一个城市或一个国家)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土地的总面积和水资源量。
将一个地区或国家的资源、能源消费同自己所拥有的生态能力进行比较,能判断一个国家或地区的发展是否处于生态承载力的范围内,是否具有安全性。
因此,测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距具有重要的意义,其研究呈现了管理国家和区域自然资产帐户的一个简单框架。
通过跟踪国家或区域的能源和资源消费,将他们转化为提供这种物质流所必需的生物生产土地面积,并同国家和区域范围所能提供的这种生物生产土地面积进行比较,能判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地生态系统承载力范围内提供定量的依据。
通过生态足迹的计算和分析,也能在全球和区域范围内比较自然资产的产出和人类的消费情况。
2生态足迹计算模型及其优缺点211生态足迹计算模型生态足迹的帐户模型框架是Wackernagel于1996年建立的,主要用来计算在一定的人口和经济规模条件下,维持资源消费和废弃物吸收所必需的生物生产土地面积。
生态足迹测量了人类的生存所必需的真实土地面积(一种整合参数)。
同许多类似的资源流量平衡一样,生态足迹仅考虑了资源利用过程中经济决策对环境的影响。
生态足迹的计算是基于以下两个基本事实:一是人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生废弃物的数量;二是这些资源和废弃物流能转换成相应的生物生产土地面积,它假设所有类型的物质消费、能源消费和废水处理需要一定数量的土地面积和水域面积。
生态足迹的计算公式如下:EF=N[ef=E(aa i)=E(C i/p i)]其中,i为交换商品和投入的类型;P i为i种交易商品的平均生产能力;C i为i种商品的人均消费量;aa i为人均i种交易商品折算的生产土地面积;N为人口数;ef为人均生态足迹;EF为总的生态足迹。
由上式可知生态足迹是人口数和人均物质消费的一个函数。
个人的生态足迹是生产个人所消费的各种商品所需的生物生产土地面积的总和;总的生态足迹是由人均生态足迹乘以人口总数得到。
同时应注意的是由于人类利用资源的能力是动态变化的,因而生态足迹也是一个动态变化的指标。
在生态足迹帐户核算中,各种物质消费、能源消费等均应按相应的换算比例折算成相应的土地面积。
生物生产土地面积主要考虑如下6种类型:可耕地、林地、草地、化石燃料土地、建筑用地和水域。
由于可耕地、林地、草地、化石燃料土地、建筑用地和水域等的单位面积的生物生产能力差异很大,因此在计算生态足迹的需求时,为了使这几类不同的土地面积和计算结果可以比较和加总,要在这几类不同的土地面积计算结果前分别乘上一个相应的均衡因子,以转化为可比较的生物的生产土地均衡面积。
而在计算生态足迹的供给时,由于不同国家或地区的各种生物生产面积的产出差异很大,为了使这几类不同的土地面积的计算结果可以比较和加总,要在这几类不同的土地面积前分别乘上一个相应的产出因子,以转化成生物生产均衡面积。
在具体计算一个国家或地区的生态足迹时,各种商品的贸易量也要换算成相应的生物生产土地面积。
212生态足迹模型的优缺点21211生态足迹模型的优点¹生态足迹模型紧扣可持续发展理论,是涉及系统性、公平性和发展的一个综合指标。
º将生态足迹的计算结果与自然资产提供生态服务的能力进行比较,能反映在一定的社会发展阶段和一定的技术条件下,人们的社会经济活动与当9理论研究生态经济时生态承载力之间的差距。
»测算指标采用生产土地的面积,使人容易理解,而且容易进行尝试性测算。
21212生态足迹模型的缺点¹该模型的计算结果只反映经济决策对环境的影响,而忽略了土地利用中其它的重要影响因素,因此该模型目前计算结果有高估区域生态状况的可能。
º生态足迹模型只是对人类的生态足迹需求与自然生态系统能提供的生态服务的一种生物物理量的测量,不能对人类可持续发展所涉及的其它众多方面作出全面衡量。
3生态足迹模型应用Wackernagel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计算,结果表明,要维持目前的消费水平,每个普通加拿大人需要近7hm2生物生产土地面积和1hm2生物生产海域面积(合计为717hm2),而其人均生态承载力供给为916hm2,尚盈119hm2;相应地,普通美国人的生态足迹为1013hm2,但其人均生态承载力供给为617hm2,其人均生态赤字为316hm2;普通意大利人的人均生态足迹为412hm2,其人均生态承载力供给仅为113hm2,人均生态赤字为219hm2;普通瑞典人的生态足迹为519hm2,其人均生态承载力供给为710hm2,尚盈111hm2。
需要指出的是,据Wackernagel等的计算,中国1993年的人均生态足迹需求为1112hm2,而其人均生态承载力供给为018hm2,人均生态赤字为014hm2。
生态足迹需求的超额部分主要靠进口和枯竭自然资源获得。
就全球平均而言,1993年人均生态足迹需求为218hm2,而人均生态承载力供给为211hm2,人均生态赤字为017hm2,所计算的52个国家和地区中的35个国家和地区存在生态赤字,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。
按1997年世界上5819248亿人口和全球现有生物生产土地和海洋面积计算,人均生态足迹仅为213hm2,如果按世界环境与发展委员会(WCED)的报告5我们共同的未来6所建议的,留出12%的生物生产土地面积以保护生物多样性,即保护地球上的其他3000万个物种的话,则实际人均生态足迹减少为2hm2,则人均生态赤字增加为018hm2。