生態足跡模型的缺陷及改進研究進展

普連仙,吳學燦

(1.云南大學生命科學學院,云南昆明 650091;2.云南省環境科學研究院,云南昆明,650034)

生態足跡模型的缺陷及改進研究進展

普連仙1,吳學燦2

(1.云南大學生命科學學院,云南昆明 650091;2.云南省環境科學研究院,云南昆明,650034)

從生態足跡的基本理論出發,總結概括了生態足跡假設條件及模型的缺陷:生態偏向性;估算遺漏性;分析靜態性;土地“質”的不均衡性。綜述了生態足跡分析模型相關問題改進的國內外研究進展,并對今后研究中應加強的幾個方面進行了總結。

生態足跡;缺陷;改進;研究進展

可持續發展是一種全新的發展理念和模式,對世界各國可持續發展程度進行度量,一方面是世界性可持續發展合作的重要基礎,另一方面是診斷區域開發及其是否健康運行的標準[1]。

20世紀 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“可持續經濟福利指數” (ISE W)[2],cobb等提出的“真實發展指標” (GPI)[3],Prescott-Allen的“可持續性的晴雨表”(Barometer of Sustainability)模型[3]等,生態足跡模型就是其中最具代表性的一種。

1 生態足跡相關理論

1.1 生態足跡的概念

國際上關于生態足跡的研究可以追溯到 20世紀 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所要求的海洋生態系統面積[6]。在此基礎之上,加拿大生態經濟學家 ReesW E于 1992年提出生態足跡概念[7],之后在Wackernagel的協助下將其完善和發展為生態足跡模型。

生態足跡是指在一定的技術條件下,能夠持續地提供資源或消納廢物的、具有生物生產力的地域空間[8]。生態足跡理論是建立在能值分析、生命周期評估、全球資源動態模型、世界生態系統的凈初級生產力計算等理論基礎上,它用一種生態學的方法將人類活動影響表達為各種生態空間的面積,進而判斷人類的發展是否出于生態承載力的范圍內[9],它從具體的生物物理量角度研究自然資本消費的空間測度問題。Wackernagel于 1996年提出的生態足跡 (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)的生態足跡是生產這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需要的生物生產性土地的總面積。它既是既定技術條件和消費水平下特定人口對環境的影響規模,也代表既定技術條件和消費水平下特定人口持續生存下去對環境提出的需求。

1.2生態足跡模型的基本假設

生態足跡模型所有指標的定義都是基于生物生產性土地的概念,所謂生物生產性土地是指具有生物 (態)生產能力的土地或水體。地球表面的生物生產性土地可具體分為 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行數量分析,Rees和Wackergenal等提出生態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 (各種自然產品和服務),人類消費的絕大多數資源、能源及其所產生的廢棄物的數量是可確定的。

(2)應用于人類消費的生物資源數量的多少直接與能夠產生這些資源和吸納人類排放廢物的生態生產性土地面積有關系。

(3)將不同類型的生態生產性土地面積 (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,標準化后可以相加。

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

(6)如果生態足跡超過生態容量,表明需求超過了現存的自然資本的再生產能力。超過的部分就是“生態赤字”。生態赤字的出現,意味著要么是通過進口得以補償,這會導致生態貿易赤字;要么是過度使用當地資源,這將導致自然資本的耗竭,即生態耗損 (ecological overshoot)。因此,生態足跡指標可以檢驗供給的可持續性。

2 生態足跡分析模型的缺陷

生態足跡概念于 1999年由張志強引入國內后[12,13],由于其理論概念新穎、概念形象、內涵豐富、綜合性強、可操作性強、具有政策含義、測算中采用的生物生產性土地面積方法容易理解和進行重復性研究等[14,15]優點被廣泛應用于城市可持續發展分析[16]、土地利用及規劃可持續發展分析[17]、旅游業可持續發展分析[18]以及規劃持續性評價[19]等多個領域中。但通過生態足跡分析法的理論研究和實踐證明,生態足跡模型就本身而言仍然存在一些不足,主要表現在以下幾個方面[20,21,15]:

(1)具有生態偏向性。生態足跡分析法,準確地說,是一種生態可持續性的分析方法。它強調的是人類發展對環境系統的影響及其可持續性,沒有涉及經濟、社會、技術方面的可持續性,并不考慮人類對現有消費模式的滿意程度。

(2)估算的遺漏性。生態足跡分析沒有把自然系統提供資源、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,現有的生態足跡分析中有關污染的生態影響這一點墨跡寥寥。在區域生態承載力的計算中忽略了化石能源等地下資源,這是生態赤字的一個重要原因。

(3)分析的靜態性。不能預測未來的可持續趨勢,也不能提供改進目前不可持續狀況的方法,不足以監測變化過程。

(4)土地 “質”的不均衡性。生態足跡方法只注意土地的量而忽視了土地的質。各種土地的折算標準 (均衡因子)不統一,缺乏透明度,無法回答農業生產率不僅與管理有關,還與自然條件有關的事實。沒有區分資源利用是否可持續性。忽略不同土地生物生產性的復雜特征而將不同類型的土地匯總,可能會掩蓋生態足跡與生態供給力之間不協調的矛盾。

3 生態足跡分析模型假設的缺陷

一種理論模型的假設條件十分重要,是決定結果是否科學、是否合理的關鍵。生態足跡分析方法這種新的分析工具為研究、衡量可持續發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、江華研究了生態足跡分析模型的假設條件,并把假設條件的缺陷歸納為兩點[22]:

(1)土地“空間互斥性”假設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,造成生態足跡供給計算結果偏低的系統誤差。

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

4 生態足跡相關問題改進的國內外研究前沿

生態足跡方法模型直觀、綜合、可操作性好及可以進行全球性比較等優點,促進了生態足跡方法在可持續發展中的迅速傳播及廣泛關注。可以說,也正是由于生態足跡方法模型的諸多優點以及目前還存在的種種不足,不同的聲音共同促進了生態足跡的進一步深入研究。

4.1 分析靜態性的改進,大跨度時間序列的動態研究加強

近年來,研究者試圖通過計算連續時間序列值來追蹤各個時間點的可持續程度,來彌補指標靜態性的缺憾。目前研究序列最長的是 2001年 Helmut Haberl等對奧地利 1926～1995年長達 70a生態足跡的度量[23]。Kraus mann等[24]2001年應用生態足跡方法對奧地利在 1830～1995年間土地利用和工業現代化對生態足跡系統的影響進行了研究;Erb[25]2004年對生態足跡方法進行調整計算了奧地利 1926～2000年的生態足跡 “實際土地面積需求”;Wackernagel等[26]2004年對菲律賓、韓國、奧地利三國 1961～1999年傳統生態足跡和 “實際土地面積需求”進行了計算,并對兩種方法的計算結果進行了比較。此外,我國學者藺海明等[27]對甘肅河西綠洲農業區 1949～2000年生態足跡的動態變化進行了分析,結果表明:河西全區的人均生態足跡 1949～2000年呈遞增趨勢,河西區域發展正朝離可持續的方向延展。陳成忠、林振山[28]對中國 1961～2005年人均生態足跡波動的突變時間及影響因素進行了多時間尺度分析。研究結果表明 44a來,中國人均生態足跡波動具有明顯的 3a、7a和 23a的特征時間尺度和相應的周期性振蕩特征,其中 23a周期尤為顯著,中國人均生態足跡在未來幾年會有所下降,可持續發展形勢會有所好轉。羅漢紅、李碧方等[29]對澳門 1977～2004年的生態足跡和生態承載力進行計算和動態分析,探尋影響澳門可持續發展的關鍵因子。張緒良等[30]分析了青島近 20a的生態足跡動態變化,結果表明近20a青島市生態足跡增加,生態承載力則明顯下降,生態足跡和承載力的變化造成生態赤字進一步加大,同時生態效率也呈增加趨勢。此外,對于生態足跡的時間序列動態研究還有很多[31～33],研究地點包括河北省、重慶市、沈陽市、湖北省等多個地區。

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

傳統生態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認為以上 3種方法都不能滿足化石燃料足跡供應的復雜評估[34]。Stoglehner[34]提出新的調整計算方法,新的計算方法能讓我們評估能源節省的潛力和可再生能源替代化石能源的潛能。調整的能源足跡計算方法采用了 Krotscheck[35]的判斷可持續性的可持續過程指數 (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。調整的計算方法基于下面假設:巖石圈的碳存儲保持不下降,也不轉到生物圈中;可再生和不可再生的能源用不同的方法處理。調整的生態足跡能源計算方法指數包括兩部分:①化石燃料指數:生產化石能源的土地面積;②可再生資源指數:生產可再生資源的土地面積。可再生資源能量生產面積的計算采用 Wackernagel[36]和 Stoglehner[34]計算結果。化石燃料能量生產面積采用Krotscheck的計算結果[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等的生態足跡[37]。Jansson等[38]將成分法生態足跡分析用于人類和生態系統淡水資源需求研究。我國學者對水資源、地下資源的生態足跡也展開了一些研究,洪輝等[39]根據生態足跡分析方法,建立了水資源生態足跡概念模型,并計算了西安市 2005年水資源生態足跡和生態承載力,為地區水資源的可持續利用與管理提供了科學的依據,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采取的方法。薛桂芳[40]在分析前人研究成果的基礎上,闡述了水資源生態足跡的計算方法:①水資源賬戶:通過全球水資源平均產量、均衡因子等一些參數的確定來計算水資源的生態足跡;②成分法:從水資源的抽取、供應、廢水排放、處理等過程中的能量消耗來換算其足跡指標。劉鑫等[41]計算了基于生態環境需水量的鄭州市 1994～2005年水生態足跡,并對未來規劃水平年 (2010年、2015年、2020年)進行了預測。結果表明:1994～2005年水生態足跡高于 1.0,鄭州市水資源利用是不可持續的。4.3 平衡土地“質”,采用多種計算方法

生態足跡計算中,6類基本生態生產性土地中除海洋外,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域的生態足跡問題。他們建議使用修正的投入產出分析來計算生態足跡。運用投入產出框架計算生態足跡可以提供一個可以不斷更新的標準方法,并采用統一的格式應用到特定人群的生態足跡分析中。事實上在大多數發達國家中,采用投入產出方法計算生態足跡所需的數據在國家層次的賬戶機制中都已具備。同時,Bicknell等在研究中首次提出并運用了土地乘子 (land multiplier)的概念及計算方法計算生態足跡,為衡量真實土地需求邁出了重要的一步。我國臺灣學者 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,并在臺灣進行了應用,取得了較好的效果。Manfred L[37]以澳大利亞為例,發展并改進了生態足跡分析法,針對生態足跡的全球公頃的弱點,采用了地區土地利用數據。2004年,Karl-Heinz提出了一個評價“真實土地利用需求”的計算方程,并對奧地利 1926～1995年長達 70a的實際土地需求進行了衡量分析后認為,真實的土地需求取決于消費水平和單位土地面積的產出[24]。

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

4.4 生態偏向性改進,生態足跡指標與其它指標結合的研究加強

盡管生態足跡分析法在度量和評價生態可持續性方面是比較有效的,但是單用生態足跡分析法來評價可持續發展程度是不全面的。為了彌補這個不足,人們試圖將該方法及其指標體系與其它能反映社會經濟方面的可持續度量指標結合起來,使兩者互相補充,以全面反映可持續發展程度。如與傳統的 GDP結合來表示資源的利用效率。此外,國際上一批可持續發展研究者們也正試圖將生態足跡指標體系與衡量人們對生活質量滿意程度的指標“滿意度晴雨表 (satisfaction barometer)”結合起來度量可持續性發展。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。當前生態足跡常與其它社會經濟或自然指數結合應用,如與研究區初級生產力或凈初級生產力進行比較分析;與 GDP或萬元 GDP所需生態足跡結合進行分析[45],建立能源物質流賬戶等。

5 總結

(1)為克服生態足跡模型的靜態性,應加強大跨度時間序列的動態過程研究,使其能夠預測未來的發展趨勢;

(2)為克服生態偏向性,應在研究應用中加強生態足跡指標與其它度量指標的結合,以全面反映各方面的可持續發展程度;

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

(4)應加強城市、產業和家庭或個人水平的生態足跡分析。將以往大尺度的分析應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發展規劃;

(5)加強 3S技術在生態足跡研究中的應用研究,突破陳舊的數據獲取與分析手段,提高研究結果的準確性。

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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,專業方向:生態學。