備課素材：生態(tài)足跡及其分析法-高二上學(xué)期生物人教版選擇性必修2

生態(tài)足跡及其分析法2019版高中生物學(xué)選擇性必修二提到了一個新的概念——“生態(tài)足跡”：那么，什么是生態(tài)足跡？如何應(yīng)用生態(tài)足跡進(jìn)行分析？生態(tài)足跡（英文：Ecologicalfootprint,EF）就是能夠持續(xù)地提供資源或消納廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間（biologicallyproductiveareas），其含義就是要維持一個人、地區(qū)、國家的生存所需要的或者指能夠容納人類所排放的廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域面積。生態(tài)足跡估計要承載一定生活質(zhì)量的人口，需要多大的可供人類使用的可再生資源或者能夠消納廢物的生態(tài)系統(tǒng)，又稱之為“適當(dāng)?shù)某休d力”（appropriatedcarryingcapacity）。其應(yīng)用意義是：通過生態(tài)足跡需求與自然生態(tài)系統(tǒng)的承載力(亦稱生態(tài)足跡供給)進(jìn)行比較即可以定量的判斷某一國家或地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)，以便對未來人類生存和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出科學(xué)規(guī)劃和建議。在20世紀(jì)90年代初由加拿大大不列顛哥倫比亞大學(xué)規(guī)劃與資源生態(tài)學(xué)教授里斯（WillianE.Rees）提出。它顯示在現(xiàn)有技術(shù)條件下，指定的人口單位內(nèi)（一個人、一個城市、一個國家或全人類）需要多少具備生物生產(chǎn)力的土地（biologicalproductiveland）和水域，來生產(chǎn)所需資源和吸納所衍生的廢物。生態(tài)足跡通過測定現(xiàn)今人類為了維持自身生存而利用自然的量來評估人類對生態(tài)系統(tǒng)的影響。比如說一個人的糧食消費量可以轉(zhuǎn)換為生產(chǎn)這些糧食的所需要的耕地面積，他所排放的二氧化碳總量可以轉(zhuǎn)換成吸收這些CO2所需要的森林、草地或農(nóng)田的面積。因此它可以形象地被理解成一只負(fù)載著人類和人類所創(chuàng)造的城市、工廠、鐵路、農(nóng)田……的巨腳踏在地球上時留下的腳印大小。它的值越高，人類對生態(tài)的破壞就越嚴(yán)重。該指標(biāo)的提出為核算某地區(qū)、國家和全球自然資本利用狀況提供了簡明框架，通過測量人類對自然生態(tài)服務(wù)的需求與自然所能提供的生態(tài)服務(wù)之間的差距，就可以知道人類對生態(tài)系統(tǒng)的利用狀況，可以在地區(qū)、國家和全球尺度上比較人類對自然的消費量與自然資本的承載量。生態(tài)足跡的意義在于探討人類持續(xù)依賴自然以及要怎么做才能保障地球的承受力，進(jìn)而支持人類未來的生存。生態(tài)足跡將每個人消耗的資源折合成為全球統(tǒng)一的、具有生產(chǎn)力的地域面積，通過計算區(qū)域生態(tài)足跡總供給與總需求之間的差值——生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，準(zhǔn)確地反映了不同區(qū)域?qū)τ谌蛏鷳B(tài)環(huán)境現(xiàn)狀的貢獻(xiàn)。生態(tài)足跡既能夠反映出個人或地區(qū)的資源消耗強(qiáng)度，又能夠反映出區(qū)域的資源供給能力和資源消耗總量，也揭示了人類生存持續(xù)生存的生態(tài)閾值。它通過相同的單位比較人類的需求和自然界的供給，使可持續(xù)發(fā)展的衡量真正具有區(qū)域可比性，評估的結(jié)果清楚地表明在所分析的每一個時空尺度上，人類對生物圈所施加的加壓及其量級，因為生態(tài)足跡取決于人口規(guī)模、物質(zhì)生活水平、技術(shù)條件和生態(tài)生產(chǎn)力。生態(tài)足跡的計算是基于兩個簡單的事實：1、我們可以保留大部分消費的資源以及大部分產(chǎn)生的廢棄物；2、這些資源以及廢棄物大部分都可以轉(zhuǎn)換成可提供這些功能的生物生產(chǎn)性土地。生態(tài)足跡的計算方式明確地指出某個國家或地區(qū)使用了多少自然資源，然而，這些足跡并不是一片連續(xù)的土地；由于國際貿(mào)易的關(guān)系，人們使用的土地與水域面積分散在全球各個角落，這些需要很多研究來決定其確定的位置。生物生產(chǎn)面積類型及其均衡化處理在生態(tài)足跡計算中，各種資源和能源消費項目被折算為耕地、草場、林地、建筑用地、化石能源土地和海洋（水域）等6種生物生產(chǎn)面積類型。耕地是最有生產(chǎn)能力的土地類型，提供了人類所利用的大部分生物量。草場的生產(chǎn)能力比耕地要低得多。由于人類對森林資源的過度開發(fā)，全世界除了一些不能接近的熱帶叢林外，現(xiàn)有林地的生產(chǎn)能力大多較低。化石能源土地是人類應(yīng)該留出用于吸收CO2的土地，但事實上人類并未留出這類土地，出于生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究的謹(jǐn)慎性考慮，在生態(tài)足跡的計算中，考慮了CO2吸收所需要的化石能源土地面積。由于人類定居在最肥沃的土壤上，因此建筑用地面積的增加意味著生物生產(chǎn)量的損失。由于這6類生物生產(chǎn)面積的生態(tài)生產(chǎn)力不同，要將這些具有不同生態(tài)生產(chǎn)力的生物生產(chǎn)面積轉(zhuǎn)化為具有相同生態(tài)生產(chǎn)力的面積，以匯總生態(tài)足跡和生態(tài)承載力，需要對計算得到的各類生物生產(chǎn)面積乘以一個均衡因子，即rk=dk/D(k=1，2，3，…6)式中rk為均衡因子，dk為全球第k類生物生產(chǎn)面積類型的平均生態(tài)生產(chǎn)力，D為全球所有各類生物生產(chǎn)面積類型的平均生態(tài)生產(chǎn)力。本文采用的均衡因子分別為：耕地、建筑用地為2.8，森林、化石能源土地為1.1，草地為0.5，海洋為0.2。人均生態(tài)足跡分量Ai=(Pi+Ii-Ei)/(Yi·N)(i=1，2，3，…m)式中Ai為第i種消費項目折算的人均生態(tài)足跡分量（hm2/人），Yi為生物生產(chǎn)土地生產(chǎn)第i種消費項目的年（世界）平均產(chǎn)量（kg/hm2），Pi為第i種消費項目的年生產(chǎn)量，Ii為第i種消費項目年進(jìn)口量，Ei為第i種消費項目的年出口量，N為人口數(shù)，本文m=33。在計算煤、焦炭、燃料油、原油、汽油、柴油、熱力和電力等能源消費項目的生態(tài)足跡時，將這些能源消費轉(zhuǎn)化為化石能源土地面積，也就是以化石能源的消費速率來估計自然資產(chǎn)所需要的土地面積。生態(tài)足跡EF=N·ef=N·Σ（aai）=ΣrjAi=Σ（ci/pi）（1）式（1）中：EF為總的生態(tài)足跡；N為人口數(shù)；ef為人均生態(tài)足跡；ci為i種商品的人均消費量；pi為i種消費商品的平均生產(chǎn)能力；aai為人均i種交易商品折算的生物生產(chǎn)面積，i為所消費商品和投入的類型；Ai為第i種消費項目折算的人均占有的生物生產(chǎn)面積；rj為均衡因子。生態(tài)承載力在生態(tài)承載力的計算中，由于不同國家或地區(qū)的資源稟賦不同，不僅單位面積耕地、草地、林地、建筑用地、海洋(水域)等間的生態(tài)生產(chǎn)能力差異很大，而且單位面積同類生物生產(chǎn)面積類型的生態(tài)生產(chǎn)力也差異很大。因此，不同國家和地區(qū)同類生物生產(chǎn)面積類型的實際面積是不能進(jìn)行直接對比的，需要對不同類型的面積進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。不同國家或地區(qū)的某類生物生產(chǎn)面積類型所代表的局地產(chǎn)量與世界平均產(chǎn)量的差異可用“產(chǎn)量因子”表示。某個國家或地區(qū)某類土地的產(chǎn)量因子是其平均生產(chǎn)力與世界同類土地的平均生產(chǎn)力的比率。同時出于謹(jǐn)慎性考慮，在生態(tài)承載力計算時應(yīng)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。ec=aj×rj×yj(j=1，2，3，…6)式中ec為人均生態(tài)承載力(hm2/人)，aj為人均生物生產(chǎn)面積，rj為均衡因子，yi為產(chǎn)量因子。生態(tài)赤字與生態(tài)盈余區(qū)域生態(tài)足跡如果超過了區(qū)域所能提供的生態(tài)承載力，就出現(xiàn)生態(tài)赤字；如果小于區(qū)域的生態(tài)承載力，則表現(xiàn)為生態(tài)盈余。區(qū)域的生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，反映了區(qū)域人口對自然資源的利用狀況。據(jù)統(tǒng)計，日本每人的生態(tài)足跡為4.3全球公頃(以gha為單位)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過日本土地、水源所具備的生產(chǎn)能力(0.8gha)，所以日本只能利用別國資源。另外，這一面積是世界人均值(1.8gha)的2.4倍。如果都像日本人這樣生活，就要準(zhǔn)備24個地球，像美國那樣要5個地球。就世界整體而言，生態(tài)足跡已超過1980年的地球生產(chǎn)能力，而2001年已超過20%。主要原因是工業(yè)國的消費，1992～2002年，世界上高收入的27個國家人均生態(tài)足跡增加了8%，但中低收入國家卻減少了8%。瑞士測定了本國的生態(tài)足跡，與國內(nèi)生產(chǎn)總值GDP一樣，作為反映國家政策運營情況的指標(biāo)。加拿大、澳大利亞、芬蘭都采取了同樣的措施。WillianRees的博士生Wackernagel等曾對世界上52個國家和地區(qū)1997年的生態(tài)足跡進(jìn)行了實證計算研究表明，全球平均人均生態(tài)足跡為2.8hm2，而可利用生物生產(chǎn)面積僅為2hm2，全球人均生態(tài)赤字0.8hm2。在計算的52個國家和地區(qū)中35個國家和地區(qū)存在生態(tài)赤字，只有12個國家和地區(qū)的人均生態(tài)足跡低于全球人均生態(tài)承載力。中國1997年的人均生態(tài)足跡為1.2hm2，而其人均生態(tài)承載力僅為0.8hm2，人均生態(tài)赤字為0.4hm2。因此，從全球范圍而言，人類的生態(tài)足跡已超過了全球生態(tài)承載力的35%，人類現(xiàn)今的消費量已超出自然系統(tǒng)的再生產(chǎn)能力，即人類正在耗盡全球的自然資產(chǎn)存量。為了讓各個國家在占用了多少自然資源上“有賬可查”，2004年，世界自然基金會(WWF)的《2004地球生態(tài)報告》使用了“生態(tài)足跡”這一指標(biāo)，并列出了一份“大腳黑名單”。這份由WWF和聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署共同完成的報告于2004年10月21日在瑞士格蘭德正式發(fā)布。十幾位來自WWF總部、挪威管理學(xué)院、美國威斯康辛大學(xué)和全球足跡網(wǎng)絡(luò)的專家參與了研究，報告的數(shù)據(jù)來自聯(lián)合國糧農(nóng)組織、國際能源機(jī)構(gòu)、政府間氣候變化專門委員會以及聯(lián)合國環(huán)境項目世界保護(hù)監(jiān)測中心。在這份“大腳黑名單”上，阿聯(lián)酋以其高水平的物質(zhì)生活和近乎瘋狂的石油開采“榮登榜首”———人均生態(tài)足跡達(dá)9.9公頃，是全球平均水平(2.2公頃)的4.5倍；美國、科威特緊隨其后，以人均生態(tài)足跡9.5公頃位居第二。貧困的阿富汗則以人均0.3公頃生態(tài)足跡位居最后。中國排名第75位，人均生態(tài)足跡為1.5公頃，低于2.2公頃的全球平均水平?！暗袊丝跀?shù)目龐大，其人均生態(tài)承載能力(即大自然能夠給予的消耗量)僅為0.8公頃，生態(tài)赤字高達(dá)0.7公頃，而全球的平均生態(tài)赤字為0.4公頃。”專家們認(rèn)為，由于發(fā)展中國家的人均自然消耗量還將迅速增加，中國的整體生態(tài)形勢更加不容樂觀。報告顯示，美國、日本、德國、英國、意大利、法國、韓國、西班牙、印度均是生態(tài)赤字很大的國家?！昂芎唵?，如果生態(tài)足跡超過了生態(tài)承載能力，就是不可持續(xù)的。為實現(xiàn)全球的可持續(xù)發(fā)展，每個人都有義務(wù)和責(zé)任來減少自然資源的消費，減小自身的生態(tài)足跡?！薄秷蟾妗返闹饕髡?、生態(tài)學(xué)家駱喬森(JonathanLoh)說。報告說，巴西、加拿大、印度尼西亞、阿根廷、剛果、秘魯、安哥拉、巴布亞新幾內(nèi)亞、俄羅斯、新西蘭等國家由于國土面積遼闊、人口相對稀少或者位于熱帶亞熱帶地區(qū)，在“生態(tài)盈余(總生態(tài)足跡小于總生態(tài)承載容量)榜”上位居前列?！熬驮谶@些生態(tài)盈余國家的居民為全球生態(tài)環(huán)境作出貢獻(xiàn)時，西方人正在以難以持續(xù)的極端水平消耗自然資源———北美人均資源消耗水平不僅是歐洲人的兩倍，甚至是亞洲或非洲人的七倍?！睂＜覀兣u說，“如果全球的居民都達(dá)到美國居民的生活水平，人類將需要5個地球。”報告的作者們稱，他們試圖從另一角度尋找“誰應(yīng)該對全球生態(tài)危機(jī)負(fù)有更大責(zé)任”這一爭論不休話題的答案?！澳切┥鷳B(tài)赤字較大國家的資源消耗量已經(jīng)超過了本國的資源再生能力，其結(jié)果就是加劇了環(huán)境惡化，或者將這種生態(tài)危機(jī)通過原材料進(jìn)口等國際貿(mào)易方式轉(zhuǎn)移到了其他國家或地區(qū)?！焙驴嗣鬟€擔(dān)心，大大小小的環(huán)保組織如何說服人們?yōu)榱俗非蟾咚缴疃蝗ジ咂茐牡叵牡厍蛸Y源?！笆拐?、工業(yè)界和公眾轉(zhuǎn)向可再生能源，推廣節(jié)能的技術(shù)、建筑和交通系統(tǒng)具有至關(guān)重要的意義?！瘪R丁說。國際環(huán)境組織世界自然基金會（WWF）與中國環(huán)境與發(fā)展國際合作委員會（ChinaCouncilforInternationalCooperationonEnvironmentandDevelopment）共同發(fā)布了《中國生態(tài)足跡報告》生態(tài)足跡通過農(nóng)田、木材、水、煤炭以及垃圾處理用地等一系列自然資源的使用量，來衡量人類對大自然的需求狀況。報告發(fā)現(xiàn)，中國的人均生態(tài)足跡仍在世界上居于較低水平；但自上世紀(jì)六十年代以來，中國消耗的生態(tài)資源增加了近一倍。報告警告稱，如果中國的人均資源消耗達(dá)到美國的水平，“那么中國將需要全球的可用生物承載力?！笔澜缱匀换饡l(fā)表聲明稱，報告主要使用了2003年的數(shù)據(jù)，這是可用的最新的全面數(shù)據(jù)。但報告作者表示，研究結(jié)果反映了仍在持續(xù)的趨勢。報告稱，中國2003年的人均資源消耗量居世界第69位，略低于敘利亞。美國在這項指標(biāo)中排名世界第二，阿聯(lián)酋高居第一，日本則位列第27位。根據(jù)報告的定義，一個國家的生態(tài)足跡指的是滿足該國人口需求的、具有生物生產(chǎn)力的土地與水域的面積。研究發(fā)現(xiàn)，中國人均生態(tài)足跡僅為1.6公頃，遠(yuǎn)低于2.2公頃的世界平均水平。但中國所能提供的自然資源經(jīng)計算僅為人均0.8公頃，這意味著中國消耗了相當(dāng)于其自身生態(tài)系統(tǒng)供給能力兩倍的資源。為了彌補(bǔ)其中部分缺口，中國從加拿大、印度及美國等國家進(jìn)口原材料。但研究發(fā)現(xiàn)，其中部分原材料隨后又通過制成品的形式再出口到西方國家，這使得中國成為自然資源的凈出口國。報告建議，中國可以采取簡單易行的短期措施，例如推廣使用節(jié)能燈泡，同時著眼于長期規(guī)劃。中國擁有“全球生物承載力”（提供有用生物材料與吸納廢物的能力）的15%，美國則消耗了大約20%。報告表示，未來一、二十年內(nèi)，中國的消耗水平可能仍將對其自身的生態(tài)系統(tǒng)構(gòu)成威脅，并對全球生物承載力施加更大的壓力。生態(tài)足跡分析方法首先通過引入生態(tài)生產(chǎn)性土地概念實現(xiàn)了對各種自然資源的統(tǒng)一描述，其次通過引入等價因子和生產(chǎn)力系數(shù)進(jìn)一步實現(xiàn)了各國各地區(qū)各類生態(tài)生產(chǎn)性土地的可加性和可比性。這使得生態(tài)足跡分析具有廣泛的應(yīng)用范圍，既可以計算個人、家庭、城市、地區(qū)、國家乃至整個世界這些不同對象的生態(tài)足跡，對它們的足跡進(jìn)行縱向的、橫向的比較分析?？傊?，生態(tài)足跡分析指標(biāo)為度量可持續(xù)性程度提供了一桿“公平稈”，它能夠?qū)r間、空間二維的可持續(xù)性程度做出客觀量度和比較，使人們能明確知曉現(xiàn)實距離可持續(xù)性目標(biāo)尚有多遠(yuǎn)，從而有助于監(jiān)測可持續(xù)方案實施的效果。另外，生態(tài)足跡計算具有很強(qiáng)的可復(fù)制性。這使得將生態(tài)足跡計算過程制作成一個軟件包成為可能，從而可以推動該指標(biāo)及方法的普及化。例、生態(tài)足跡是指要維持一個人、地區(qū)、國家的生存所需要的或者指能夠容納人類所排放廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域面積。生態(tài)效率是產(chǎn)出與投入的比值，其中“產(chǎn)出”是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體提供的產(chǎn)品和服務(wù)的價值；“投入”是指企業(yè)生產(chǎn)或經(jīng)濟(jì)體消耗的資源和能源及它們所造成的環(huán)境負(fù)荷。讀2011年生態(tài)足跡和生態(tài)效率的國際比較表，回答下列問題。人均GDP人均生態(tài)