基于傳統(tǒng)和能值改進(jìn)生態(tài)足跡模型的武漢市可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)比較分析

姚凱彬

摘要：運(yùn)用傳統(tǒng)生態(tài)足跡及其改進(jìn)的能值生態(tài)足跡模型分析了2009年武漢市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，結(jié)果表明：采用能值生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為38629 hm2，采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。能值生態(tài)足跡法引入能量流動反映人類對資源的需求和自然對人類的供給的關(guān)系，并且采用了相比于傳統(tǒng)生態(tài)足跡法的均衡因子、產(chǎn)出因子更穩(wěn)定的參數(shù)—能值轉(zhuǎn)換率、能值密度進(jìn)行計(jì)算，能獲得更為準(zhǔn)確的生態(tài)承載力數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)足跡；能值分析；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業(yè)化程度不斷提高，人類對環(huán)境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾加深。許多專家學(xué)者開始通過不斷創(chuàng)新方式方法對環(huán)境可持續(xù)性進(jìn)行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態(tài)足跡的概念，由他的學(xué)生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標(biāo)來衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展而且計(jì)算結(jié)果便于進(jìn)行區(qū)域比較，被廣泛采用。人類利用風(fēng)能、核能等新能源無法體現(xiàn)在生態(tài)足跡的生產(chǎn)能力和生態(tài)承載力中，一些學(xué)者就提出以能值為量綱，將能量流轉(zhuǎn)換成相等價(jià)的生物生產(chǎn)性土地面積，計(jì)算出能值指標(biāo)測度可持續(xù)發(fā)展情況的方法。本文以能值改進(jìn)的生態(tài)足跡方法計(jì)算武漢市生態(tài)足跡，并與傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境可持續(xù)性。

2材料與方法

21研究地區(qū)概況

武漢市是湖北省省會，國家區(qū)域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內(nèi)地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總?cè)丝跒?3324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內(nèi)有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽(yù)為中國經(jīng)濟(jì)地理的“心臟。

22資料來源及參數(shù)選取

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于《武漢經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展報(bào)告》，能值轉(zhuǎn)換率主要參考《生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法

生態(tài)足跡主要將人類對自然資源的需求轉(zhuǎn)換為面積需求來計(jì)算生物生產(chǎn)面積，計(jì)算時考慮耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6類土地類型。其計(jì)算公式如下：

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

式（1）中：i 為消費(fèi)商品和投入的類型，n 為消費(fèi)商品數(shù)量；Pi為 i 種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力；Ci為 i 種商品的人均消費(fèi)量；ai為人均 i 種交易商品占用的生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ef 為人均生態(tài)足跡；EF為總的生態(tài)足跡。

這6類土地之間的生物生產(chǎn)能力差異需要對其賦予不同的均衡因子進(jìn)行等量化處理。目前以國際標(biāo)準(zhǔn)的均衡因子為：耕地28，建筑用地28，林地11，化石燃料用地11，草地0，水域02。其計(jì)算公式為：

ef=∑nj=1rj×aj（2）

式（2）中： ef 為均衡后的人均生態(tài)足跡，rj為均衡因子，aj為人均各類生物生產(chǎn)土地面積，j為不同的生物生產(chǎn)土地類型。

生態(tài)總承載力是指區(qū)域內(nèi)部所有的生物生產(chǎn)性土地。在計(jì)算時各種土地類型也必須進(jìn)行均衡化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行累加的世界性平均生產(chǎn)土地。計(jì)算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

式（3）中：yj為產(chǎn)量因子；rj為均衡因子；aj為實(shí)際人均占有的第 j 類生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力；EC 為總的生態(tài)承載力。產(chǎn)量因子分別采用：耕地、建筑用地為 166，林地為 091，草地為 019，水域?yàn)?100，化石原料用地為 0。

232能值生態(tài)足跡方法

能值生態(tài)足跡模型就是利用能值轉(zhuǎn)換率將各種能量流轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的太陽能值，采用能值密度，將各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值相加計(jì)算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，由此確定研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。

各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值（sej）=各消費(fèi)項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)（sej）·太陽能值轉(zhuǎn)換率（sej/j）。

能值—生態(tài)承載力的計(jì)算。本文生態(tài)承載力的計(jì)算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內(nèi)陸，受潮汐影響作用較小，因而計(jì)算可更新資源時只考慮太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和地球旋轉(zhuǎn)能類可更新資源項(xiàng)目。計(jì)算公式為：

EEC=RRED1（4）

式（4）中：EEC表示能值—生態(tài)承載力，RRE表示可更新資源總能值，D1 表示全球平均能值密度。為避免重復(fù)計(jì)算，以其中最大能值作為區(qū)域總能值。

能值—生態(tài)足跡的計(jì)算：能值—生態(tài)足跡即為區(qū)域年消費(fèi)項(xiàng)目能值和區(qū)域能值密度之比。區(qū)域能值密度為可更新資源的總能值除以區(qū)域的土地面積。計(jì)算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

式（）中：EEF是生態(tài)足跡；N是區(qū)域人口數(shù)；ai為第i種資源的人均生態(tài)足跡；c1是第i種資源的人均能值；p2是區(qū)域能值密度

233生態(tài)赤字和生態(tài)盈余的計(jì)算

生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值為正值時表示生態(tài)盈余，說明自然供給大于資源需求；生態(tài)承載力與生態(tài)足跡差值為負(fù)數(shù)時表示生態(tài)虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數(shù)值可以一定程度上反映區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。

摘要：運(yùn)用傳統(tǒng)生態(tài)足跡及其改進(jìn)的能值生態(tài)足跡模型分析了2009年武漢市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，結(jié)果表明：采用能值生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為38629 hm2，采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。能值生態(tài)足跡法引入能量流動反映人類對資源的需求和自然對人類的供給的關(guān)系，并且采用了相比于傳統(tǒng)生態(tài)足跡法的均衡因子、產(chǎn)出因子更穩(wěn)定的參數(shù)—能值轉(zhuǎn)換率、能值密度進(jìn)行計(jì)算，能獲得更為準(zhǔn)確的生態(tài)承載力數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)足跡；能值分析；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業(yè)化程度不斷提高，人類對環(huán)境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾加深。許多專家學(xué)者開始通過不斷創(chuàng)新方式方法對環(huán)境可持續(xù)性進(jìn)行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態(tài)足跡的概念，由他的學(xué)生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標(biāo)來衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展而且計(jì)算結(jié)果便于進(jìn)行區(qū)域比較，被廣泛采用。人類利用風(fēng)能、核能等新能源無法體現(xiàn)在生態(tài)足跡的生產(chǎn)能力和生態(tài)承載力中，一些學(xué)者就提出以能值為量綱，將能量流轉(zhuǎn)換成相等價(jià)的生物生產(chǎn)性土地面積，計(jì)算出能值指標(biāo)測度可持續(xù)發(fā)展情況的方法。本文以能值改進(jìn)的生態(tài)足跡方法計(jì)算武漢市生態(tài)足跡，并與傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境可持續(xù)性。

2材料與方法

21研究地區(qū)概況

武漢市是湖北省省會，國家區(qū)域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內(nèi)地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總?cè)丝跒?3324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內(nèi)有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽(yù)為中國經(jīng)濟(jì)地理的“心臟。

22資料來源及參數(shù)選取

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于《武漢經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展報(bào)告》，能值轉(zhuǎn)換率主要參考《生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法

生態(tài)足跡主要將人類對自然資源的需求轉(zhuǎn)換為面積需求來計(jì)算生物生產(chǎn)面積，計(jì)算時考慮耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6類土地類型。其計(jì)算公式如下：

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

式（1）中：i 為消費(fèi)商品和投入的類型，n 為消費(fèi)商品數(shù)量；Pi為 i 種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力；Ci為 i 種商品的人均消費(fèi)量；ai為人均 i 種交易商品占用的生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ef 為人均生態(tài)足跡；EF為總的生態(tài)足跡。

這6類土地之間的生物生產(chǎn)能力差異需要對其賦予不同的均衡因子進(jìn)行等量化處理。目前以國際標(biāo)準(zhǔn)的均衡因子為：耕地28，建筑用地28，林地11，化石燃料用地11，草地0，水域02。其計(jì)算公式為：

ef=∑nj=1rj×aj（2）

式（2）中： ef 為均衡后的人均生態(tài)足跡，rj為均衡因子，aj為人均各類生物生產(chǎn)土地面積，j為不同的生物生產(chǎn)土地類型。

生態(tài)總承載力是指區(qū)域內(nèi)部所有的生物生產(chǎn)性土地。在計(jì)算時各種土地類型也必須進(jìn)行均衡化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行累加的世界性平均生產(chǎn)土地。計(jì)算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

式（3）中：yj為產(chǎn)量因子；rj為均衡因子；aj為實(shí)際人均占有的第 j 類生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力；EC 為總的生態(tài)承載力。產(chǎn)量因子分別采用：耕地、建筑用地為 166，林地為 091，草地為 019，水域?yàn)?100，化石原料用地為 0。

232能值生態(tài)足跡方法

能值生態(tài)足跡模型就是利用能值轉(zhuǎn)換率將各種能量流轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的太陽能值，采用能值密度，將各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值相加計(jì)算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，由此確定研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。

各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值（sej）=各消費(fèi)項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)（sej）·太陽能值轉(zhuǎn)換率（sej/j）。

能值—生態(tài)承載力的計(jì)算。本文生態(tài)承載力的計(jì)算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內(nèi)陸，受潮汐影響作用較小，因而計(jì)算可更新資源時只考慮太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和地球旋轉(zhuǎn)能類可更新資源項(xiàng)目。計(jì)算公式為：

EEC=RRED1（4）

式（4）中：EEC表示能值—生態(tài)承載力，RRE表示可更新資源總能值，D1 表示全球平均能值密度。為避免重復(fù)計(jì)算，以其中最大能值作為區(qū)域總能值。

能值—生態(tài)足跡的計(jì)算：能值—生態(tài)足跡即為區(qū)域年消費(fèi)項(xiàng)目能值和區(qū)域能值密度之比。區(qū)域能值密度為可更新資源的總能值除以區(qū)域的土地面積。計(jì)算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

式（）中：EEF是生態(tài)足跡；N是區(qū)域人口數(shù)；ai為第i種資源的人均生態(tài)足跡；c1是第i種資源的人均能值；p2是區(qū)域能值密度

233生態(tài)赤字和生態(tài)盈余的計(jì)算

生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值為正值時表示生態(tài)盈余，說明自然供給大于資源需求；生態(tài)承載力與生態(tài)足跡差值為負(fù)數(shù)時表示生態(tài)虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數(shù)值可以一定程度上反映區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。

摘要：運(yùn)用傳統(tǒng)生態(tài)足跡及其改進(jìn)的能值生態(tài)足跡模型分析了2009年武漢市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，結(jié)果表明：采用能值生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為38629 hm2，采用傳統(tǒng)生態(tài)足跡法計(jì)算得到的武漢市人均生態(tài)赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續(xù)的發(fā)展?fàn)顟B(tài)。能值生態(tài)足跡法引入能量流動反映人類對資源的需求和自然對人類的供給的關(guān)系，并且采用了相比于傳統(tǒng)生態(tài)足跡法的均衡因子、產(chǎn)出因子更穩(wěn)定的參數(shù)—能值轉(zhuǎn)換率、能值密度進(jìn)行計(jì)算，能獲得更為準(zhǔn)確的生態(tài)承載力數(shù)據(jù)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)足跡；能值分析；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業(yè)化程度不斷提高，人類對環(huán)境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環(huán)境保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾加深。許多專家學(xué)者開始通過不斷創(chuàng)新方式方法對環(huán)境可持續(xù)性進(jìn)行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態(tài)足跡的概念，由他的學(xué)生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標(biāo)來衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展而且計(jì)算結(jié)果便于進(jìn)行區(qū)域比較，被廣泛采用。人類利用風(fēng)能、核能等新能源無法體現(xiàn)在生態(tài)足跡的生產(chǎn)能力和生態(tài)承載力中，一些學(xué)者就提出以能值為量綱，將能量流轉(zhuǎn)換成相等價(jià)的生物生產(chǎn)性土地面積，計(jì)算出能值指標(biāo)測度可持續(xù)發(fā)展情況的方法。本文以能值改進(jìn)的生態(tài)足跡方法計(jì)算武漢市生態(tài)足跡，并與傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態(tài)環(huán)境現(xiàn)狀和環(huán)境可持續(xù)性。

2材料與方法

21研究地區(qū)概況

武漢市是湖北省省會，國家區(qū)域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內(nèi)地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總?cè)丝跒?3324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風(fēng)氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內(nèi)有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽(yù)為中國經(jīng)濟(jì)地理的“心臟。

22資料來源及參數(shù)選取

本文的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要來源于《武漢經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展報(bào)告》，能值轉(zhuǎn)換率主要參考《生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統(tǒng)生態(tài)足跡方法

生態(tài)足跡主要將人類對自然資源的需求轉(zhuǎn)換為面積需求來計(jì)算生物生產(chǎn)面積，計(jì)算時考慮耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地6類土地類型。其計(jì)算公式如下：

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

式（1）中：i 為消費(fèi)商品和投入的類型，n 為消費(fèi)商品數(shù)量；Pi為 i 種消費(fèi)商品的平均生產(chǎn)能力；Ci為 i 種商品的人均消費(fèi)量；ai為人均 i 種交易商品占用的生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ef 為人均生態(tài)足跡；EF為總的生態(tài)足跡。

這6類土地之間的生物生產(chǎn)能力差異需要對其賦予不同的均衡因子進(jìn)行等量化處理。目前以國際標(biāo)準(zhǔn)的均衡因子為：耕地28，建筑用地28，林地11，化石燃料用地11，草地0，水域02。其計(jì)算公式為：

ef=∑nj=1rj×aj（2）

式（2）中： ef 為均衡后的人均生態(tài)足跡，rj為均衡因子，aj為人均各類生物生產(chǎn)土地面積，j為不同的生物生產(chǎn)土地類型。

生態(tài)總承載力是指區(qū)域內(nèi)部所有的生物生產(chǎn)性土地。在計(jì)算時各種土地類型也必須進(jìn)行均衡化處理，轉(zhuǎn)變?yōu)榭梢赃M(jìn)行累加的世界性平均生產(chǎn)土地。計(jì)算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

式（3）中：yj為產(chǎn)量因子；rj為均衡因子；aj為實(shí)際人均占有的第 j 類生物生產(chǎn)土地面積；N 為人口數(shù)；ec為人均生態(tài)承載力；EC 為總的生態(tài)承載力。產(chǎn)量因子分別采用：耕地、建筑用地為 166，林地為 091，草地為 019，水域?yàn)?100，化石原料用地為 0。

232能值生態(tài)足跡方法

能值生態(tài)足跡模型就是利用能值轉(zhuǎn)換率將各種能量流轉(zhuǎn)換成統(tǒng)一的太陽能值，采用能值密度，將各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值相加計(jì)算出生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，由此確定研究區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。

各消費(fèi)項(xiàng)目的太陽能值（sej）=各消費(fèi)項(xiàng)目的原始數(shù)據(jù)（sej）·太陽能值轉(zhuǎn)換率（sej/j）。

能值—生態(tài)承載力的計(jì)算。本文生態(tài)承載力的計(jì)算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內(nèi)陸，受潮汐影響作用較小，因而計(jì)算可更新資源時只考慮太陽能、風(fēng)能、雨水化學(xué)能、雨水勢能和地球旋轉(zhuǎn)能類可更新資源項(xiàng)目。計(jì)算公式為：

EEC=RRED1（4）

式（4）中：EEC表示能值—生態(tài)承載力，RRE表示可更新資源總能值，D1 表示全球平均能值密度。為避免重復(fù)計(jì)算，以其中最大能值作為區(qū)域總能值。

能值—生態(tài)足跡的計(jì)算：能值—生態(tài)足跡即為區(qū)域年消費(fèi)項(xiàng)目能值和區(qū)域能值密度之比。區(qū)域能值密度為可更新資源的總能值除以區(qū)域的土地面積。計(jì)算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

式（）中：EEF是生態(tài)足跡；N是區(qū)域人口數(shù)；ai為第i種資源的人均生態(tài)足跡；c1是第i種資源的人均能值；p2是區(qū)域能值密度

233生態(tài)赤字和生態(tài)盈余的計(jì)算

生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差值為正值時表示生態(tài)盈余，說明自然供給大于資源需求；生態(tài)承載力與生態(tài)足跡差值為負(fù)數(shù)時表示生態(tài)虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數(shù)值可以一定程度上反映區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r和能力。