基于傳統和能值改進生態足跡模型的武漢市可持續發展狀態比較分析

姚凱彬

摘要：運用傳統生態足跡及其改進的能值生態足跡模型分析了2009年武漢市的可持續發展狀態，結果表明：采用能值生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為38629 hm2，采用傳統生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續的發展狀態。能值生態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系，并且采用了相比于傳統生態足跡法的均衡因子、產出因子更穩定的參數—能值轉換率、能值密度進行計算，能獲得更為準確的生態承載力數據。

關鍵詞：生態足跡；能值分析；可持續發展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業化程度不斷提高，人類對環境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環境保護與經濟發展的矛盾加深。許多專家學者開始通過不斷創新方式方法對環境可持續性進行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態足跡的概念，由他的學生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標來衡量區域可持續發展而且計算結果便于進行區域比較，被廣泛采用。人類利用風能、核能等新能源無法體現在生態足跡的生產能力和生態承載力中，一些學者就提出以能值為量綱，將能量流轉換成相等價的生物生產性土地面積，計算出能值指標測度可持續發展情況的方法。本文以能值改進的生態足跡方法計算武漢市生態足跡，并與傳統生態足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態環境現狀和環境可持續性。

2材料與方法

21研究地區概況

武漢市是湖北省省會，國家區域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總人口為83324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽為中國經濟地理的“心臟。

22資料來源及參數選取

本文的基礎數據主要來源于《武漢經濟社會發展報告》，能值轉換率主要參考《生態經濟系統能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統生態足跡方法

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

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

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

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

ef=∑nj=1rj×aj（2）

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

生態總承載力是指區域內部所有的生物生產性土地。在計算時各種土地類型也必須進行均衡化處理，轉變為可以進行累加的世界性平均生產土地。計算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

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

232能值生態足跡方法

能值生態足跡模型就是利用能值轉換率將各種能量流轉換成統一的太陽能值，采用能值密度，將各消費項目的太陽能值相加計算出生態足跡和生態承載力，由此確定研究區域的可持續發展狀況和能力。

各消費項目的太陽能值（sej）=各消費項目的原始數據（sej）·太陽能值轉換率（sej/j）。

能值—生態承載力的計算。本文生態承載力的計算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內陸，受潮汐影響作用較小，因而計算可更新資源時只考慮太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能和地球旋轉能類可更新資源項目。計算公式為：

EEC=RRED1（4）

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

能值—生態足跡的計算：能值—生態足跡即為區域年消費項目能值和區域能值密度之比。區域能值密度為可更新資源的總能值除以區域的土地面積。計算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

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

233生態赤字和生態盈余的計算

生態承載力與生態足跡的差值為正值時表示生態盈余，說明自然供給大于資源需求；生態承載力與生態足跡差值為負數時表示生態虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數值可以一定程度上反映區域可持續發展狀況和能力。

摘要：運用傳統生態足跡及其改進的能值生態足跡模型分析了2009年武漢市的可持續發展狀態，結果表明：采用能值生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為38629 hm2，采用傳統生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續的發展狀態。能值生態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系，并且采用了相比于傳統生態足跡法的均衡因子、產出因子更穩定的參數—能值轉換率、能值密度進行計算，能獲得更為準確的生態承載力數據。

關鍵詞：生態足跡；能值分析；可持續發展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業化程度不斷提高，人類對環境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環境保護與經濟發展的矛盾加深。許多專家學者開始通過不斷創新方式方法對環境可持續性進行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態足跡的概念，由他的學生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標來衡量區域可持續發展而且計算結果便于進行區域比較，被廣泛采用。人類利用風能、核能等新能源無法體現在生態足跡的生產能力和生態承載力中，一些學者就提出以能值為量綱，將能量流轉換成相等價的生物生產性土地面積，計算出能值指標測度可持續發展情況的方法。本文以能值改進的生態足跡方法計算武漢市生態足跡，并與傳統生態足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態環境現狀和環境可持續性。

2材料與方法

21研究地區概況

武漢市是湖北省省會，國家區域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總人口為83324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽為中國經濟地理的“心臟。

22資料來源及參數選取

本文的基礎數據主要來源于《武漢經濟社會發展報告》，能值轉換率主要參考《生態經濟系統能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統生態足跡方法

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

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

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

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

ef=∑nj=1rj×aj（2）

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

生態總承載力是指區域內部所有的生物生產性土地。在計算時各種土地類型也必須進行均衡化處理，轉變為可以進行累加的世界性平均生產土地。計算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

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

232能值生態足跡方法

能值生態足跡模型就是利用能值轉換率將各種能量流轉換成統一的太陽能值，采用能值密度，將各消費項目的太陽能值相加計算出生態足跡和生態承載力，由此確定研究區域的可持續發展狀況和能力。

各消費項目的太陽能值（sej）=各消費項目的原始數據（sej）·太陽能值轉換率（sej/j）。

能值—生態承載力的計算。本文生態承載力的計算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內陸，受潮汐影響作用較小，因而計算可更新資源時只考慮太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能和地球旋轉能類可更新資源項目。計算公式為：

EEC=RRED1（4）

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

能值—生態足跡的計算：能值—生態足跡即為區域年消費項目能值和區域能值密度之比。區域能值密度為可更新資源的總能值除以區域的土地面積。計算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

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

233生態赤字和生態盈余的計算

生態承載力與生態足跡的差值為正值時表示生態盈余，說明自然供給大于資源需求；生態承載力與生態足跡差值為負數時表示生態虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數值可以一定程度上反映區域可持續發展狀況和能力。

摘要：運用傳統生態足跡及其改進的能值生態足跡模型分析了2009年武漢市的可持續發展狀態，結果表明：采用能值生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為38629 hm2，采用傳統生態足跡法計算得到的武漢市人均生態赤字為20169 hm2。這兩種方法均顯示武漢市處于不可持續的發展狀態。能值生態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系，并且采用了相比于傳統生態足跡法的均衡因子、產出因子更穩定的參數—能值轉換率、能值密度進行計算，能獲得更為準確的生態承載力數據。

關鍵詞：生態足跡；能值分析；可持續發展；武漢市

中圖分類號：F12

文獻標識碼：A文章編號：16749944（2014）08000604

1引言

隨著人類社會工業化程度不斷提高，人類對環境的破壞和資源的消耗也不斷加劇，使得自然環境保護與經濟發展的矛盾加深。許多專家學者開始通過不斷創新方式方法對環境可持續性進行定性定量研究。William Rees于1992年提出生態足跡的概念，由他的學生Mathis Wackernagel隨后加以完善。這種方法使用指標來衡量區域可持續發展而且計算結果便于進行區域比較，被廣泛采用。人類利用風能、核能等新能源無法體現在生態足跡的生產能力和生態承載力中，一些學者就提出以能值為量綱，將能量流轉換成相等價的生物生產性土地面積，計算出能值指標測度可持續發展情況的方法。本文以能值改進的生態足跡方法計算武漢市生態足跡，并與傳統生態足跡方法做比較，分析探討武漢市的生態環境現狀和環境可持續性。

2材料與方法

21研究地區概況

武漢市是湖北省省會，國家區域中心城市。地處長江中下游，位于114°19′E，30°33′N，境內地形以殘丘性沖擊平原為主，總面積為8494km2，總人口為83324萬人。氣候特征四季分明、雨量充沛，屬于亞熱帶濕潤季風氣候，無霜期在20～300d之間，年均氣溫16～17℃。境內有眾多河流，被稱為“百湖之城，也被譽為中國經濟地理的“心臟。

22資料來源及參數選取

本文的基礎數據主要來源于《武漢經濟社會發展報告》，能值轉換率主要參考《生態經濟系統能值分析》[7]。

23研究方法

231傳統生態足跡方法

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

EF=N×ef=N∑ni=1ai=N∑ni=1（cipi）（1）

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

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

ef=∑nj=1rj×aj（2）

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

生態總承載力是指區域內部所有的生物生產性土地。在計算時各種土地類型也必須進行均衡化處理，轉變為可以進行累加的世界性平均生產土地。計算公式如下：

EC = N·ec = N·∑aj·rj·yj（3）

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

232能值生態足跡方法

能值生態足跡模型就是利用能值轉換率將各種能量流轉換成統一的太陽能值，采用能值密度，將各消費項目的太陽能值相加計算出生態足跡和生態承載力，由此確定研究區域的可持續發展狀況和能力。

各消費項目的太陽能值（sej）=各消費項目的原始數據（sej）·太陽能值轉換率（sej/j）。

能值—生態承載力的計算。本文生態承載力的計算只包括可更新資源部分。武漢處于中國內陸，受潮汐影響作用較小，因而計算可更新資源時只考慮太陽能、風能、雨水化學能、雨水勢能和地球旋轉能類可更新資源項目。計算公式為：

EEC=RRED1（4）

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

能值—生態足跡的計算：能值—生態足跡即為區域年消費項目能值和區域能值密度之比。區域能值密度為可更新資源的總能值除以區域的土地面積。計算公式如下：

EEF=N∑ni=1ai=∑ni=1c1p2（）f

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

233生態赤字和生態盈余的計算

生態承載力與生態足跡的差值為正值時表示生態盈余，說明自然供給大于資源需求；生態承載力與生態足跡差值為負數時表示生態虧損，說明自然供給無法滿足資源消耗。該數值可以一定程度上反映區域可持續發展狀況和能力。