生态足迹应用研究进展

晓 兰，王丹丹

（赤峰学院 资源与环境科学学院，内蒙古 赤峰 024000）

可持续发展定量评价方法是当前可持续发展研究的前沿和热点.众多学者先后提出了一些富有价值的评价方法和指标体系.这些指标定量表示人类对自然资源的利用程度，使人类了解自身的生存和发展对自然的胁迫状况，从而减少对自然的负面影响.自1987年《我们共同的未来》发表以来，可持续发展作为一种全新的发展观和发展模式，已经逐步从理论走向实践[1,2].

20 世纪90年代，由加拿大著名生态经学家威廉·里斯(William E.Rees)教授和他的学生Weckernagel[3]提出的生态足迹模型，是一种定量可持续性测量方法，从一个崭新的视角考察人类及其发展与生态环境之间的关系.传统的经济学模型对生态系统的保护和可持续性评价仍集中于可以在市场上交换的物品和服务的货币价值上，忽视了生态系统的功能和结构，未能对生态可持续的必要性做出合理的解释.生态足迹分析方法，将一个国家或地区的资源、能源消费同自己所拥有的生态承载能力进行比较，来衡量一个国家或地区可持续发展状况.用土地面积这一度量单位很有直观性，这对于唤醒公众的可持续发展意识，促进全民可持续发展模式的形成、指导区域可持续发展战略的实施将起到非常重要的作用.

经过多年的研究和发展,生态足迹方法和模型已被广泛应用于不同时空区域尺度的可持续发展测度[4-6].本文从从国内外已有的应用研究方面,综述了近年来国内外生态足迹研究的最新概况，展望生态足迹今后的研究方向.

1 生态足迹简介

生态足迹分析法是由加拿大生态经济学家威廉·里斯(William)及其学生瓦克纳戈尔(Wackernagel)于20世纪90年代初提出的一种度量可持续发展程度的方法，它是一组基于土地面积的度量指标[7]，可以把它形象地理解为“一只负载着人类和人类所创造的城市、工厂……的巨脚在地球上留下的脚印”.

1996年以后，William和Wackernagel又从不同侧面对其进行了解释:“一个国家范围内给定人口的消费负荷”、“能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间”(Winiom，1997)、“用生产性土地面积来度量一个给定人口或经济规模的资源消费和废物吸收水平的账户工具”(李利锋，2000).总之，生态足迹这一形象化概念既反映了人类对自然环境的影响，也包含了可持续性机制.这就是说，当地球所能提供的土地面积容不下这只巨脚时，其上的城市、工厂就会失去平衡；如果巨脚始终得不到一块允许其发展的立足之地，那么它所承载的人类文明将最终坠落、崩毁[8].

生态足迹的定义为:“任何已知人口(一个国家、一个城市或某个个人)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态生产性土地的总面积”.它既代表既定技术条件和消费水平下特定人口对环境的影响规模，又代表特定人口持续生存下去而对环境提出的需求[9].

2 国内外研究现状

2.1 国外研究现状

自William E.Rees(1992年)提出生态足迹概念以来，国际上有关生态足迹概念、模型及其方法的研究陆续展开.目前，己有近20个国家利用生态足迹方法计算各类承载力问题.自2000年起，世界两大非政府机构——RP(Redefining Progress)和WWF(World Wide Fund for Nature)分别每两年和每年公布一次世界各国的生态足迹研究成果.下面对国际上己经展开的生态足迹空间尺度应用研究进行简要介绍.

对空间尺度所开展的应用研究主要从以下5个空间尺度开展：全球尺度的研究、地区尺度的研究、国家尺度的研究、区域和城市尺度研究、个人水平上.

2.1.1 全球尺度的研究

以Wackernagel(1999)为代表的“加拿大生态足迹小组”率先应用生态足迹分析方法，在《国家生态足迹》中计算了1997年的全球生态足迹.结果表明，就全球范围而言，人类的生态足迹已经超过了全球生态承载力的30%[10].随后又不断修正模型并扩大应用范围，计算了1999年和2002年全球141个国家和地区的生态足迹[11]，其研究结果显示，全球绝大部分国家处于生态赤字状态.此后，世界自然基金会与联合国环境规划署UNEP(United Nations Environment Programme)世界保护监测中心WCMC(World Conservation Monitoring Centre)、全球足迹网络GFN(Global Footprint Network)从2000年开始每两年，联合发布《生命行星报告》(Living Planet Report)(2000，2002，2004，2006[12～17])，公布世界各国的人均生态足迹及其消费项组成.此外，在2002年，Wackernagel等人与the UNEP WCMC合作，进行了全球生态足迹时间序列和预测研究[18]，1961~1999年全球平均生态足迹的变化表明，全球平均生态足迹增长了80%.

2.1.2 地区尺度的研究

地区尺度的生态足迹研究报告主要有《国家生态足迹和生物承载力帐户2005版》、《欧洲生态足迹报告2005》[19]等.其中，在《国家生态足迹和生物承载力帐户2005版》中把全球按照收入和地区分别分类，计算了不同分组的生态足迹和生态承载力.此外，于2006年4月公布的《亚太地区生态足迹与自然财富报告2005》[20]中显示，亚太地区人们消耗资源的速度相当于该地区自然资源恢复速度的两倍，而该地区人类所需的资源比地区生态系统所能提供的资源高出1.7倍.

2.1.3 国家尺度的研究

Wackernagel早在1997年的《国家生态足迹》[21]中，对52个国家和地区的生态足迹进行了计算，研究结果表明67.3%的国家和地区存在生态赤字.这52个国家和地区的人类消费己超过了这些国家和地区生态承载力总和的35%，说明大多数国家的资源消耗量已经超过了其所能提供的承载力，使发展进入不可持续性.以Helrnut Haberl为代表的研究小组对奥地利进行长达79年(1926~1995)的生态足迹度量[21~23].荷兰学者Van Vuuren等对不丹、贝宁、荷兰和哥斯达黎加等国家的生态足迹进行了比较研究[21,22,24].Carry McDonald和Dr Murray Patterson计算了新西兰的生态足迹[25].在《生命行星报告2004》中[26]，比较了150个国家的生态足迹.在《2004地球生态报告》中，使用“生态足迹”这一个指标，列出了一份“大脚黑名单”[27].在这一份“大脚黑名单”上，阿联酋“荣登榜首”——人均生态足迹高达9.9hm2，是全球平均水平(2.2hm2)的4.5倍.中国排名第75位，人均生态足迹为1.5hm2，低于全球平均水平.

2.1.4 区域和城市尺度研究

哥伦比亚大学William E.Rees等人[28]最早估算了典型城市工业区(人口大于300人/km2)要占用比其所包含的区域面积大10~20倍的土地面积，由此看出，人类的需求已超过了地球的承载力.Wackernagel主要研究了东京、渥太华、伦敦等大城市[29]的生态足迹，结果表明东京的生态足迹为4811.94万hm2，是日本国土面积(3777万hm2)的1.27倍；渥太华的人均生态足迹为5.0hm2，其总生态足迹是渥太华城市面积的200倍；伦敦的生态足迹为1970万hm2，是其总面积的125倍.Carl Folke[21]等估算了北欧波罗的海地区和全球城市发展的生态足迹，研究表明，波罗的海地区的29个大城市因对自然资本的消费占用了比该地区的城市面积大565~1130倍的生态面积[30].Herbert Girardet[28]计算了伦敦的生态足迹——12%的英国人口和17万hm2的土地占用了2100万hm2或125倍于此城市的生态面积，几乎等于整个英国的面积.

此外，William E.Rees[31]，日本社会工程部、东京技术研究所、决策与技术研究学院[32]，Jonas Larsson，Robert Costanza[33]等，还分别研究了加拿大渥太华、日本东京、英国伦敦等地区的生态足迹.Warren Rhodes等[34]对香港地区进行了研究，结果表明香港的生态足迹与其生态生产性土地面积的比例为22:1，绝大部分靠资源进口.

2.1.5 在个人水平上

Wackernagel的初步研究表明，加拿大20%的富人的平均生态足迹高达12hm2，而20%穷人的平均生态足迹则不到3hm2.

2.2 国内研究现状

生态足迹分析方法在国内的研究始于上世纪90年代中后期，最早被翻译为生态基区[35,36]，也被翻译为生态占用[37,38]、生态痕迹[39~41]、生态空间占用[42,43]、生态脚印[44,45]等.其中，由于“生态足迹”一方面体现了人类对于所依赖的生态环境范围，另一方面体现了人类活动对生态环境的压力，所以应用范围较广.

张志强[46]、徐中民[47]、杨开忠[8]等学者以其敏锐的学术感知，对生态足迹模型的引入、介绍是国内兴起生态足迹研究的基础.自1999年生态足迹的概念被引入之后，很多学者分别对生态足迹的理论、方法和计算模型进行了系统的介绍.但是与国外的研究相比，我国生态足迹的研究水平还有待于进一步发展.国内生态足迹研究已从介绍引进的初期阶段(2000~2002)过渡到了大量应用研究的发展阶段(2003~).目前国内对生态足迹模型的应用研究主要集中不同尺度应用研究(跨省区域尺度和城市尺度的实证)与特定行业/部门足迹分析研究等方面.

2.2.1 尺度方面研究

不同尺度和不同区域的生态足迹分析是目前国内生态足迹实证研究的主要内容与领域，包括国家、省、市、县、镇等尺度.

2.2.1.1 在国家和省级尺度上

徐中民等对中国和部分省(区、市)1999年的生态足迹计算结果表明，1999年中国的人均生态足迹为1.326hm2，而人均生态承载力为0.681hm2，人均生态赤字为0.645hm2，中国的生态足迹已经超出其生态承载力的94%.所计算的31个省(区、市)中，除江西、云南、西藏外，其余28个地区都存在不同程度的生态赤字[62].学者们对中国生态足迹和生态承载力进行了计算，结果显示，随着人口与消费水平的提高，生态赤字增长，人地不协调性的加强不仅危害着生态系统的稳定性，也对经济的持续发展形成巨大威胁[63~70].

由于获取资料相对容易，省、市尺度生态足迹的研究较多，而县、镇尺度的生态足迹分析较少.张志强对中国西部地区12个省(区)1999年的生态足迹进行了计算和分析，结果表明，除云南、西藏2个省(区)的生态足迹为盈余外，其余10个省(区)的生态足迹均为赤字[71].徐中民对甘肃省1998年的生态足迹进行了实证计算和分析，结果表明甘肃省1998年人均生态赤字为0.564hm2[72].此后多名学者对中国的省市区域生态足迹进行了计算与剖析[73~80].

2.2.1.2 在城市和区域尺度上

在城市和区域尺度上，我国学者也作了一些相应的研究[81~84].张志强等人率先对重庆市的生态足迹进行了计算，结果揭示了城市对生态环境的负面影响.高成康等[85]以上海市(1980～2003年)长期的发展状况为例，根据现状拟合2005年的生态足迹，分析了生态足迹模型的修正方法在生态规划中的应用及影响生态足迹的关键因子.

2.2.2 特定行业/部门足迹分析研究

国内有关生态足迹的分析开始逐渐深入.在研究内容和问题分析范围的拓展上，开展了特定产业、部门或小尺度的生态足迹研究，如旅游业[86~95]、学校[96~101]、水足迹[102~114]、交通运输业[115~121]、采矿业[122,123]、进出口贸易[124]、能源[125,126]、项目、土地规划、荒漠化等方面研究.

章锦河等提出“旅游生态足迹”的概念，构建了旅游生态足迹计算模型，并以黄山市为例，计算分析了黄山市2002年旅客的旅游生态足迹及其效率[86].还从旅游生态系统物质与能量循环的特点出发，提出“旅游废弃物”的概念，构建基于生态足迹的旅游废弃物生态影响评价模型，并进行了实证研究[93].

A.Y.Hoekstra于2002年了提出了水足迹 (Water Footprint)的概念[102],它是基于虚拟水概念基础上的一个国家和地区居民生产和服务所需消耗的总的水资源量.水足迹从消费角度衡量人类对水资源系统的真实占用,建立了水资源利用与人类消费模式的联系,同时由于水足迹概念将水问题拓展到了社会经济领域,因而是当前测度人类活动对水资源系统环境影响的最好指标[108].

谭秀娟等[114]对我国1949—2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价，并运用ARI-MA模型对我国水资源生态足迹的变动趋势作出了深入的研究.目前，学术界对水资源生态足迹的研究日趋活跃，它已经成为生态足迹研究的一个分支.

李广军等计算、分析了沈阳大学、辽宁大学、沈阳工业大学和东北大学2003年的校园生态足迹和生态效率，揭示了高等教育的生态效率及其影响因素[96].鲁丰先,陈卫东等利用成分法分别对农村的一所初中,县城的一所个高中以及中等城市的一所大学进行比较研究,得出其生态足迹和生态效率,反映出了农村学校与城市学校之间生态足迹与生态效率的差别,且说明了学生人均生态足迹随年龄的变化规律以及影响因素[100].谢鸿宇,林媚珍等以广州大学食堂为例,分析计算了一次性餐具和公用餐具对生态环境的影响,并比较分析了各种型号的餐具生态足迹，分析了一次性餐具和公用餐具生产过程中的原料消耗及能耗[101].

梁勇等[115]运用生态足迹方法原理,估算了2002年北京市城市交通的生态足迹,表明私车的总生态足迹是公车的总生态足迹的5.67倍,私车对环境的压力明显高于公车.李艳梅提出了“交通生态足迹”的概念，并计算和分析了中国1985年~2001年的交通生态足迹[118].

陈丽萍、杨忠直[124]利用生态足迹法对1991~2003年中国海关进出口主要商品中携带的生态足迹进行了计算.李智等[125]将中国近10年化石能源消费的生态足迹进行了时间序列测度，并将其动态特征融入模型中，进行能源足迹产值、强度以及其带来的生态压力分析.龚葳等对西安市1999～2007年西安市主要能源消费足迹进行计算分析,并进行相关的指标分析.结果表明,近10年来,能源足迹的生态赤字呈增加趋势,能源足迹对生态环境带来的压力增加偏快[126].

3 生态足迹研究进展

生态足迹模型的提出已经近20年了，很多学者对该模型进行了多方面多角度的研究、改进和应用，虽说模型的基本思想和思路一直没变，但是基于模型理论假设、均衡因子和产量因子等问题的争论始终不断[127].生态足迹的计算和应用虽然存在一些问题,但在区域可持续发展研究中仍具有旺盛的生命力.今后的生态足迹研究将会在以下几个方面进一步发展:

3.1 研究尺度

从研究尺度上看生态足迹最初是用于全球和国家尺度对于全球尺度的研究来说,可将全球就看成是一个系统,不存在贸易的影响,参考标准也容易确定.对于国家尺度的研究来说,由于贸易方面的数据的相对完备和易得性,生态足迹的计算不是特别困难.但是对于地区尺度的研究而言,由于地区之间也存在着大量的物质和能量流动,而目前对于地区物流的统计信息不如国家账户充分,所以在地区尺度进行生态足迹计算是有一定困难的.而且,最为关键的是,对于地区尺度的研究,将自己区域的生态承载力作为判断区域是否可持续的基准,这是否合理,是否意味着某个区域自身的生态承载力决定了区域可持续发展的状态和程度.可持续发展是全人类共同的发展，是要实现全球的各种“资源”的最终有效“配置”,而不是将不同的地域封闭起来发展.因此,在地区尺度的研究时,对生态足迹方法的进一步补充、发展是极为必要的[128].

3.2 动态研究

由于生态足迹方法存在静态分析的不足,如果不采用时间序列进行动态分析,其结果受数据的完备性、真实性、可靠性的制约,无法反映人口增长、技术进步、社会经济发展对生态足迹变化的影响,也无法反映土地利用、土地干扰等因素对生态承载力的影响.

为解决生态足迹模型的静态性问题,时间序列方法得到了大量的应用,但对于模型的参数在较大时间跨度内的变化及逻辑关系的探讨并不充分[129].今后仍应该加强大跨度时间序列的动态研究和对比分析.

3.3 应用范围

生态足迹应用范围向国际商贸领域与流域可持续发展、水资源管理等方面扩展，研究对象由空间对象向组分对象拓展.产业生态足迹的研究将有助于国内本产业制定可持续发展的决策及措施；家庭、个人水平上的生态足迹研究可以使家庭和个人了解自己的消费模式对生态环境的影响,在环境教育中有着重要的作用.个人生态足迹的研究使得民众认识到个人社会行为对生态环境的影响，从而采取能够减少生态足迹的生产生活行为[130].今后应将生态足迹模型应用到各个可能的领域，使其发挥充分的作用.

3.4 其他

国际环保组织及研究者为了形象而准确地衡量温室气体排放对气候以及人类生活的影响提出“碳足迹”的概念,为公众设计并提供了科学、直观的“碳足迹计算器”,用以方便人们时刻计算自己在这个世界上留下了多少“碳足迹”[4].“碳足迹”概念的提出受到广泛关注,表明生态足迹研究领域日趋多样化,研究尺度更为微观且与社会现实紧密相关,“碳足迹”的应用将成为未来生态足迹研究的焦点之一.

总体来说,生态足迹法评估可持续发展提供了一个很好的工具,值得研究.然而,作为相对“年轻”的方法,它不完善的方面也是不容忽视的.使用生态足迹法进行可持续发展状况评估时,要注意数字背后的含义,对研究对象的背景和研究结果要附有充分的文字说明,这样才能使此方法的结果更有现实意义[131].

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