生态足迹概念、计算模型、存在问题及修正

　　可持续发展作为一种全新的发展模式和发展战略,自 1987 年被提出后,目前已经进入实践阶段,有关可持续发展的定量评价研究成为当前环境影响评价中的研究热点[1-3].目前,区域可持续发展系统的评价模式主要分 3 种:一是基于环境货币化估值的指标体系,二是以理论系统为基础的指标体系,三是生物物理量指标衡量体系.足迹模型被公认为当前较为客观全面的生态评价方法.这种方法以生物生产性土体量化指标为基础,通过精简统一的量化指标,用相对科学和简明的理论体系将可持续发展评价转换为可量化的概念[4-5].

　　1 生态足迹概念及计算模型

　　1.1 生态足迹的概念

　　Ree·Wachernagel 提出的生态足迹概念可概括为:任何已知人口 (某个人、一个地区或一个国家)的生态足迹是生产这些人口消费的所有资源和吸纳这些人口产生的所有废弃物所必需的生物生产性土地面积和水域面积的总和.这个概念可形象地表述为:一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂……的巨脚在地球上留下的足迹.生态足迹分析方法作为一种基于土地面积的量化指标,主要有两部分组成,即生态足迹和生态承载力.生态足迹模型主要用来计算 "在一定的人口规模和经济条件下,维持资源消费和废物消纳所必需的生物生产性面积",即在特定区域内,为维持某一人口对某一特定消费品的消费需求,实现该区域可持续发展所必需的生产性土地面积的总和.生态承载力是一个区域内所能提供的生产性土地面积的总和.生态足迹与生态承载力相比较,通过量化指标的数值大小,来衡量区域内可持续发展的程度和状况.

　　1.2 生态足迹的计算模型

　　生态足迹计算模型为

　　式中:EF 为生态足迹总量;N 为人口数;ef 为人均生态足迹面积;ri为第 i 种生物土地资源类型生产力或消费品权重,在实际生产中,由于单位土地面积的生物生产量存在差异,因此需要一个均衡因子(权重)将结果转化为一个标准量;ci为第 i 种商品的人居消费量;Pi为生态生产性土地生产第 i 项消非品的年均生产力.在生态足迹中,各种能源与物质消耗均可通过相对应的换算公式折算成化石燃料土地、建筑用地、可耕地、林地、草地和水域面积.

　　1.3 生态承载力的计算模型

　　生态承载力的计算公式为

　　式中:EC 为生态承载力总量;ec 为人均生态承载力;ai为人均生物生产面积;ri为均衡因子;yi为产量因子.在计算生态承载力的过程中,由于地区间存在差异,不同区域单位面积的土地生物生产能力不同,即便是在同一地区,单位土地的生物生产能力也会有所不同.因此,在比较不同地区的土地生产能力时,应将不同类型的土地面积进行相应的转换,通常是通过引进产量因子来加以实现,它是基于世界土地平均生产力的比率.

　　2 生态足迹模型存在的问题

　　生态足迹模型是基于全球生态系统的一种生物物理量的评价模型,在运用于全球生态环境评价时,操作简单可行,但应用于区域环境时,仍存在一定的局限性,具体来说,主要有以下不足:一是理论上存在缺陷.生态足迹模型把全球生态系统看作是一个封闭的系统,然而,对于区域生态系统,这种假设并不成立,因为在区域生态系统中存在着生物量的进出口,仅仅从消费量来定义生态足迹并不能真实反映区域生态环境内的生态承载能力.二是生态足迹模型过于静态.生态足迹的计算往往以某种单一的年份作为标杆,但事实上,时间序列比单一序列更具客观性和真实性,也更能够评价生态系统随社会经济发展的可持续状态.因此,以时间节点为基础的生态足迹模型缺乏预测性和前瞻性.

　　三是生态足迹的研究理论性强,结论比较单一,缺乏客观性.在运用生态足迹评价可持续发展程度时,得出的结论基本分为两种,即生态足迹大于生态承载力或生态足迹小于生态承载力,而建议往往也比较雷同,如建立高效节约的生态系统、控制人口数量、鼓励可持续消费等,这些建议在理论上并不存在错误,但缺乏可操作性.

　　3 相关修正

　　3.1 概念修正

　　生态足迹模型在理论上存在一定的缺陷,为使其理论更加客观合理,使其对区域可持续发展提供更有力的政策支持,应对生态足迹的相关概念做必要的修正和扩展.

　　1)消费性生态足迹.生态足迹理论中所涉及的生态足迹概念实际上是指消费性生态足迹,即区域内人口消费的生物生产量所需要的生态生产性面积.相应地可以定义消费性生态赤字或生态盈余.

　　当生态足迹大于生态承载力时即为生态赤字,相反为生态盈余.对比区域内的生态足迹与全球生态足迹能够对范围内资源消耗的公平性比较,分析区域生态足迹对全球生态系统承载压力的贡献.

　　2)生产性生态足迹.某区域每年从生态系统中获取生物量所需的土地面积的总和可定义为生产性生态足迹,相应地可定义生产性生态足迹赤字或盈余.

　　3.2 结合其他指标

　　可持续发展是综合指标的判定,在计算生态足迹时可结合 GDP、综合压力指数等相关概念,从经济、社会、人口等方面出发,全面评价可持续发展程度,以此克服生态足迹所产生的生态偏向性.

　　3.3 时间序列修正

    可将经验模态分析法 (EMD)引入生态足迹模型,用时间序列代替单一时间节点,通过不同组分的长时间序列的动力学分析机制以及内在演化规律,建立带有周期波动性的非线性动力学模型.另外,也可将 EMD 分析与因子分析相结合,应用于生态足迹变化驱动因素的研究.

　　4 结论

　　生态足迹模型通过人口对生产性资源需求以及生态承载力的研究,客观反映了人类生产生活对于自然生态环境的影响.生态足迹模型通过区域层面与全球层面的研究,为全球经济发展和城市建设提供了依据,另外,生态足迹模型作为定量分析环境负荷和研究可持续的一种工具,有助于找出可持续发展的主要矛盾.然而,在实际运用中,生态足迹分析法仍存在不足之处,如指标单一、分析不全面等.另外,基于人口消费量建立的生态足迹,用于区域生态系统时,有时不能真正反映人口对生态系统的压力,在评估区域生态系统的可持续性时也存在误差.因此,在实际运用中,有必要对生态足迹的概念进行必要的扩展,如加入生产性生态足迹和消费性生态足迹的概念,另外,可以考虑将生态足迹与 GDP、综合压力指数等相关指标结合起来,从社会、经济等多个角度进行研究分析,解决生态足迹的偏向性,必要时还可以引入 EMD 等动力学模型,通过时间序列的动力学分析机制将生态足迹由单一化模型转换为带有周期波动的模型,从而使生态足迹模型更客观.最后,鉴于生态足迹理论并没有彻底解决可持续性尺度的相关问题,因此应考虑建立生态足迹的市场化运作机制.

　　参考文献:

　　[1] 杨开忠,杨咏,陈洁.生态足迹理论与分析方法[J].地球科学进展.2002,15(6):630-641.

　　[2] 李利峰,成升魁.生态占用-衡量可持续发展的新指标[J].自然资源学报.2000,15(4):375-382.

　　[3] 王书华.生态足迹研究的国内外近期进展[J].自然资源学报,2002,17(6):776-780.

　　[4] 张志中,徐中民.中国西部 12 省(区市)的生态足迹[J].地理学报,2001,56(5):599-699.

　　[5] 张志强,孙成权,程国栋,等.可持续发展研究:进展与趋势[J].地球科学进展,1999,14(6):589-295.