可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)足跡分析研究綜述

可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)足跡分析研究綜述

自然生態(tài)系統(tǒng)為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供了基本的基礎(chǔ)（資源使用）和基本（生態(tài)安全）保障。其可持續(xù)性是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要前提和基本原則，是可持續(xù)發(fā)展模式成功的最終評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)和唯一實(shí)現(xiàn)途徑。因此,對(duì)人類活動(dòng)影響下自然生態(tài)系統(tǒng)的持續(xù)性與支撐能力的評(píng)估,一直受到國內(nèi)外專家、學(xué)者的普遍關(guān)注,是當(dāng)前生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)與可持續(xù)發(fā)展研究的熱點(diǎn)與前沿領(lǐng)域。而可持續(xù)發(fā)展生態(tài)評(píng)估的實(shí)質(zhì),就是篩選、界定和度量人類生態(tài)影響和地球生命系統(tǒng)吸納這些影響的能力,這可以分為最大可持續(xù)利用、最大可持續(xù)吸收和人類環(huán)境影響三方面相互獨(dú)立的內(nèi)容,生態(tài)足跡分析就是對(duì)這一概念框架的有益嘗試。由于計(jì)算結(jié)果直觀明了,又具有區(qū)域可比性,生態(tài)足跡分析近年來發(fā)展迅速,成為區(qū)域可持續(xù)發(fā)展生態(tài)評(píng)估的一個(gè)重要方法。國際上關(guān)于生態(tài)足跡的研究可以追溯到20世紀(jì)70年代Odum對(duì)城市發(fā)展能量需求“影子面積”的討論,和Jasson等對(duì)海岸漁業(yè)所要求的海洋生態(tài)系統(tǒng)面積的分析。在此基礎(chǔ)之上,加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家WilliamRees于1992年正式提出生態(tài)足跡概念,并在其博士生Wackernagel的協(xié)助下于1996年完善了生態(tài)足跡的方法模型。目前,盡管涌現(xiàn)出大量不同尺度、不同類型區(qū)域的生態(tài)足跡實(shí)證研究,但卻鮮有學(xué)者對(duì)這一方法應(yīng)用于區(qū)域生態(tài)持續(xù)性評(píng)估的科學(xué)性與有效性進(jìn)行系統(tǒng)思考。本文根據(jù)國內(nèi)外生態(tài)足跡研究的最新進(jìn)展,系統(tǒng)分析其應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展生態(tài)評(píng)估中存在的不足之處,以期推動(dòng)生態(tài)足跡研究的進(jìn)一步深入。1生態(tài)足跡法?！栋l(fā)現(xiàn)我國區(qū)域生態(tài)足跡分析,通過衡量人類為維持自身生存而對(duì)自然資源的利用程度,以及自然生態(tài)系統(tǒng)為人類提供的生命支持服務(wù)功能,來評(píng)估人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響,該研究的核心是生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的計(jì)算。任何已知人口(某人、某個(gè)城市或某個(gè)國家)的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納其產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)土地面積;生態(tài)承載力,即生態(tài)足跡供給能力,是研究區(qū)域內(nèi)部的生物生產(chǎn)性土地?cái)?shù)量。生態(tài)足跡的計(jì)算基于2個(gè)基本假設(shè):(1)人類可以確定自身消費(fèi)的絕大多數(shù)資源及其所產(chǎn)生的廢棄物的數(shù)量;(2)這些資源和廢棄物流能折算為提供相應(yīng)資源與環(huán)境功能所需要的生物生產(chǎn)土地面積。生態(tài)足跡分析強(qiáng)調(diào)地球表面對(duì)生態(tài)過程的重要性,將土地利用與社會(huì)經(jīng)濟(jì)代謝機(jī)制聯(lián)系起來,旨在進(jìn)一步分析社會(huì)的可持續(xù)性。該方法以土地面積為計(jì)量單位,利用平均產(chǎn)量數(shù)據(jù),將人類活動(dòng)的各種物質(zhì)、能源消費(fèi)按比例折算成相應(yīng)的生物生產(chǎn)土地面積,主要包括可耕地、林地、草地、化石燃料土地、建筑用地和水域等6種類型。由于這些土地類型的生物生產(chǎn)能力不一,因此,采用均衡因子按照每種類型土地的作物最大生產(chǎn)潛力成比例地增加或降低,將具有不同生物生產(chǎn)力的物理面積轉(zhuǎn)化為具有全球平均生態(tài)生產(chǎn)力的、可以相加的世界平均生物生產(chǎn)面積,將這些面積加總計(jì)算即可得生態(tài)足跡。而由于不同國家或地區(qū)的資源稟賦不同,單位面積同類型生物生產(chǎn)土地的生產(chǎn)力往往存在較大差異,因此,采用產(chǎn)量因子進(jìn)行調(diào)整,使不同國家或地區(qū)同類生物生產(chǎn)土地面積具有可比性,再將區(qū)域現(xiàn)有6類生物生產(chǎn)土地的面積乘以相應(yīng)的均衡因子加總計(jì)算即可得出生態(tài)承載力。生態(tài)足跡方法通過對(duì)比區(qū)域發(fā)展的生態(tài)足跡和自然生態(tài)系統(tǒng)所能提供的生態(tài)承載力,來衡量區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)程度。如果生態(tài)足跡小于生態(tài)承載力,則形成生態(tài)盈余,說明人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的壓力尚未超出區(qū)域的生態(tài)承載極限,區(qū)域發(fā)展可持續(xù);如果生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力,出現(xiàn)生態(tài)赤字,表明人們對(duì)該地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)所提供的產(chǎn)品和服務(wù)需求超過了供給,區(qū)域發(fā)展不可持續(xù)。而當(dāng)出現(xiàn)生態(tài)赤字時(shí),一般可通過3條途徑來減少人均生態(tài)足跡,即增加單位面積自然生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)率,高效利用現(xiàn)有資源存量和改變?nèi)藗兊纳钕M(fèi)方式、減少人均消費(fèi)。生態(tài)足跡突出了人類消費(fèi)的增加及其后果、可持續(xù)發(fā)展所依賴的關(guān)鍵資源、可獲得資源的分布狀況、貿(mào)易對(duì)可持續(xù)發(fā)展的影響以及環(huán)境壓力下區(qū)域資源的重新分配等與可持續(xù)發(fā)展緊密相關(guān)的主題,因此,該方法得到了國際社會(huì)的強(qiáng)烈反響與普遍認(rèn)同,被廣泛應(yīng)用于全球、國家[21,22,23,24,25,26,27,28,29,30,31,29,30,31]、區(qū)域[32,33,34,35,36,32,33,34,35,36]與城市[37,38,39,40,41,42,40,41,42]等不同尺度的區(qū)域可持續(xù)發(fā)展評(píng)估中。世界自然基金會(huì)(WorldWideFundforNature,WWF)和RP(RedefiningProgress)兩大非政府機(jī)構(gòu)從2000年開始每兩年公布一次各國生態(tài)足跡資料,主要工業(yè)國家也把生態(tài)足跡指標(biāo)納入官方指標(biāo)體系,《生命行星報(bào)告》則從2002年起采用生態(tài)足跡度量全球生態(tài)壓力。2生態(tài)足跡分析的應(yīng)用生態(tài)足跡分析通過對(duì)廢棄物吸收與可再生資源供給的綜合衡量,提供了一種核算人類社會(huì)消費(fèi)對(duì)自然環(huán)境影響的賬戶體系,在應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)評(píng)估中具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)指標(biāo)對(duì)可持續(xù)性的指示意義明確。生態(tài)足跡分析能準(zhǔn)確度量區(qū)域資源消耗強(qiáng)度及其供給能力,并通過二者間的比較定量評(píng)判區(qū)域發(fā)展可持續(xù)與否及其程度大小,同時(shí)還能夠揭示不同人群消費(fèi)模式對(duì)不可持續(xù)狀態(tài)的貢獻(xiàn)程度;(2)評(píng)估結(jié)果的全球可比性。生態(tài)足跡分析通過引入生物生產(chǎn)性土地概念,實(shí)現(xiàn)了對(duì)各種自然資源的統(tǒng)一描述,并通過均衡因子和產(chǎn)量因子將各地消耗或供給的各類生物生產(chǎn)性土地面積轉(zhuǎn)化為“全球平均生物生產(chǎn)性土地面積”這一可加和、可比較的公用單位,不僅使區(qū)域自然資源的消費(fèi)量與其實(shí)際承載能力的對(duì)比成為可能,而且使不同區(qū)域尺度的評(píng)估結(jié)果具有全球可比性;(3)模型方法簡便、資料易獲取、可操作性強(qiáng)。生態(tài)足跡與生態(tài)承載力的測(cè)算沒有繁冗的公式,所采用的模型簡便易懂,并采用人們熟知的生物生產(chǎn)性土地面積為計(jì)算單位,易于理解,而研究所需資料的相對(duì)易獲取更使得生態(tài)足跡分析具有廣泛的應(yīng)用范圍。因此,生態(tài)足跡分析被認(rèn)為緊扣可持續(xù)發(fā)展理論,把人類與其賴以支持的生態(tài)系統(tǒng)緊密結(jié)合了在一起,相比于能值分析、物質(zhì)流核算與凈初級(jí)生產(chǎn)力的人類占用等方法,在目前可持續(xù)發(fā)展生態(tài)評(píng)估的生物物理量衡量方法中應(yīng)用最為成功和廣泛。盡管如此,生態(tài)足跡分析應(yīng)用于區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的生態(tài)評(píng)估中,在理論方法上仍存在不足之處,在學(xué)界引起了較大的爭(zhēng)論,有待進(jìn)一步完善:2.1生物生產(chǎn)和消費(fèi)系統(tǒng)的可持續(xù)性生態(tài)足跡分析采用均衡因子將不同類型生物生產(chǎn)性土地面積折算進(jìn)行線性疊加,其隱含假設(shè)是各類生物生產(chǎn)性土地及其產(chǎn)品之間的可轉(zhuǎn)換性或相互替代性,因此,這是一種遵從Hartwick規(guī)則的弱可持續(xù)性評(píng)價(jià),生態(tài)盈余只是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的一個(gè)必要而非充分條件。而事實(shí)上,在研究設(shè)定的6種生物生產(chǎn)性土地類型之間,盡管林地、草地與可耕地之間的相互轉(zhuǎn)換是可行的,但要將建筑用地轉(zhuǎn)換為其它用地卻相當(dāng)困難。所以,采用均衡因子直接折算疊加,難以完整反映整個(gè)區(qū)域生物生產(chǎn)與消費(fèi)系統(tǒng)的可持續(xù)性。針對(duì)此理論缺陷,一個(gè)可能的修正方法是將6種生物生產(chǎn)性土地按照是否可以相互轉(zhuǎn)換的原則,拆分為盡可能小的若干子系統(tǒng),在整體系統(tǒng)生態(tài)足跡分析的同時(shí),對(duì)比各子系統(tǒng)的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力,判斷其可持續(xù)性,從而使評(píng)價(jià)具有更多的強(qiáng)可持續(xù)性特征。因此,在區(qū)域生態(tài)足跡分析中,各類生物生產(chǎn)性土地的需求與供給分析,能提供更多有關(guān)可持續(xù)性的信息。2.2時(shí)間序列分析人類活動(dòng)的生態(tài)環(huán)境影響是人口、消費(fèi)與科技的函數(shù)。生態(tài)足跡分析以1a為時(shí)間單位評(píng)價(jià)人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響及其支撐能力,所得的結(jié)論只能反映一年內(nèi)的平均狀況,不具有動(dòng)態(tài)性,只是對(duì)現(xiàn)實(shí)狀況的衡量,不能預(yù)測(cè)未來的變化趨勢(shì),難以反映人類活動(dòng)方式、管理水平和技術(shù)進(jìn)步等因素的影響。而由于可持續(xù)性反映了社會(huì)、經(jīng)濟(jì)以及生態(tài)系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)相互作用,監(jiān)測(cè)時(shí)間序列上資源的需求與供給能力是可持續(xù)發(fā)展的核心。對(duì)此,不少學(xué)者試圖通過長時(shí)間序列的生態(tài)足跡研究來彌補(bǔ)這一靜態(tài)性缺陷[24,27,28,34,48,34,48]。2.3研究區(qū)生產(chǎn)力與研究結(jié)果的實(shí)際變化長時(shí)間序列的生態(tài)足跡研究,平均生產(chǎn)力、均衡因子與產(chǎn)量因子等參數(shù)的確定是一個(gè)關(guān)鍵問題。目前,對(duì)于這些參數(shù)的確定一般有兩種處理辦法,其一是在計(jì)算每年的生態(tài)足跡時(shí)均采用當(dāng)年的數(shù)據(jù)確定,即不同年份的平均生產(chǎn)力、均衡因子與產(chǎn)量因子等參數(shù)值不同,存在變化,如Wackernagel等的研究;其二則是在整個(gè)時(shí)間序列的研究中都采用某一年份(從理論上說,可以是起始年份、結(jié)束年份或其他任意年份)的參數(shù)值,即這些參數(shù)的取值在研究時(shí)段內(nèi)不變,目前國內(nèi)的相關(guān)研究均采用該方法。但是,這兩種參數(shù)確定方法的合理性都有待商榷。對(duì)于第2種方法而言,顯然忽略了管理水平、技術(shù)進(jìn)步及自然條件波動(dòng)影響下的生產(chǎn)力變化,將人類-自然生態(tài)系統(tǒng)視為一個(gè)靜止系統(tǒng),并不符合實(shí)際情況。事實(shí)上,從強(qiáng)調(diào)科技創(chuàng)新的20世紀(jì)起,5~10a即可顯現(xiàn)出平均生產(chǎn)力的顯著變化。因此,依據(jù)本方法得出的并非實(shí)際的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力,僅是數(shù)值上的一種近似;而對(duì)于第一種方法而言,不同年份采用不同的參數(shù)值,實(shí)現(xiàn)了對(duì)現(xiàn)實(shí)狀況的真實(shí)度量,但卻使不同年份的評(píng)價(jià)結(jié)果間缺乏可比性,只能保證同一年份的生態(tài)足跡與生態(tài)承載力可比。例如,假定其他參數(shù)不變,研究基年研究區(qū)域某一消費(fèi)產(chǎn)品(如糧食)人均消費(fèi)量100kg,平均生產(chǎn)力(全球平均生產(chǎn)力或研究區(qū)域?qū)嶋H生產(chǎn)力)1000kg/hm2,而研究末年研究區(qū)域糧食的人均消費(fèi)量上升為200kg,平均生產(chǎn)力也增加到2000kg/hm2,則基年與末年研究區(qū)人均糧食消費(fèi)的生態(tài)足跡都是0.1hm2,從數(shù)值上看研究區(qū)在研究時(shí)段內(nèi)的生態(tài)足跡毫無變化,但從占用土地的質(zhì)量(或土地生產(chǎn)力)來看,二者卻有本質(zhì)差異,研究末期1hm2土地的平均生產(chǎn)力是基期的2倍。因此,從反映人類活動(dòng)對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度這一生態(tài)足跡研究的最終目標(biāo)來看,研究末期與基期的生態(tài)足跡顯然是不同的,生態(tài)足跡不能反映土地的質(zhì)量差異,現(xiàn)有長時(shí)間序列生態(tài)足跡研究的兩種參數(shù)設(shè)定方法的合理性都有待商榷。對(duì)此,一個(gè)可能的改進(jìn)途徑,是不同年份仍然采用不同的參數(shù)值,但對(duì)“全球平均生物生產(chǎn)性土地面積”這一度量單位依據(jù)平均生產(chǎn)力進(jìn)行質(zhì)量修正,即將不同年份的1hm2“全球平均生物生產(chǎn)性土地面積”的生物生產(chǎn)能力給予明確、統(tǒng)一的界定,例如可設(shè)定為生產(chǎn)1000kg糧食的土地面積,使“全球平均生物生產(chǎn)性土地面積”這一度量單位由一個(gè)相對(duì)值轉(zhuǎn)變?yōu)榻^對(duì)值,從而可以將不同年份的生物生產(chǎn)性土地面積轉(zhuǎn)換為不同時(shí)間、空間以及消費(fèi)與供給均可通用的面積單位,進(jìn)行統(tǒng)一核算。2.4部分區(qū)域生物生產(chǎn)力變動(dòng)的影響生態(tài)足跡模型以全球平均生產(chǎn)力為基準(zhǔn)度量不同區(qū)域的生物生產(chǎn)能力,進(jìn)而評(píng)估區(qū)域生態(tài)足跡與生態(tài)承載力。但全球平均生產(chǎn)力又受區(qū)域生產(chǎn)力的顯著影響,因此,生態(tài)足跡與生態(tài)承載力更多的是一個(gè)相對(duì)指標(biāo),不能真實(shí)反映區(qū)域人類活動(dòng)的生物生產(chǎn)土地需求及其自然供給變化,而受全球其他區(qū)域生物生產(chǎn)力變動(dòng)的影響。例如,假定其他參數(shù)不變,某國某一消費(fèi)產(chǎn)品產(chǎn)量的上升會(huì)使世界平均產(chǎn)量上升,從而使所有國家的生態(tài)足跡下降,但事實(shí)上其他所有國家的生物生產(chǎn)性土地占有并未發(fā)生改變;而某國某一消費(fèi)產(chǎn)品產(chǎn)量的下降會(huì)使世界平均產(chǎn)量下降,并導(dǎo)致全球生態(tài)足跡供給的下降,和其他國家生態(tài)承載能力的上升,盡管事實(shí)上其他所有國家的生物生產(chǎn)性土地供給也未發(fā)生改變。基于此,有學(xué)者提出采用地方生產(chǎn)力替代全球平均生產(chǎn)力,以反映研究區(qū)域人類活動(dòng)的真實(shí)土地需求,從而更好的為區(qū)域決策服務(wù)。該方法雖有助于彌補(bǔ)這種評(píng)估結(jié)果非絕對(duì)性的缺陷,但如此一來,卻也同時(shí)失去了生態(tài)足跡分析結(jié)果的全球可比性這一生態(tài)足跡分析方法的最大魅力所在。而采用地方生產(chǎn)力代替全球平均生產(chǎn)力計(jì)算后,再將生態(tài)足跡需求與供給轉(zhuǎn)換為上述質(zhì)量修正后的“全球平均生物生產(chǎn)性土地面積”,從而保證評(píng)估結(jié)果的絕對(duì)性和全球可比性,是一個(gè)可能的改進(jìn)途徑。2.5生態(tài)足跡分析現(xiàn)有的生態(tài)足跡分析,究其本質(zhì),是從生物生產(chǎn)維持人類消費(fèi)需求的角度評(píng)判區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)性,過于強(qiáng)調(diào)土地的生產(chǎn)性及其數(shù)量,缺乏對(duì)土地生態(tài)功能與質(zhì)量的關(guān)注,也未考慮土地利用的合理性或持續(xù)性,這可能導(dǎo)致出現(xiàn)自相矛盾的情況。例如,在已有的研究中,林地的均衡因子一般都顯著低于耕地,依據(jù)生態(tài)足跡理論,單位面積耕地對(duì)于區(qū)域生態(tài)持續(xù)性的貢獻(xiàn)將高于林地,但事實(shí)卻恰恰相反;可持續(xù)農(nóng)業(yè)可能比傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率低,盡管能有效保持土地質(zhì)量,卻增加了生態(tài)足跡,從而被認(rèn)為降低了區(qū)域的生態(tài)持續(xù)性,但事實(shí)上前者顯然比后者更利于維持、促進(jìn)區(qū)域的生態(tài)持續(xù)性;對(duì)于上述種種問題,生態(tài)足跡分析都難以給出合理解釋。對(duì)此,研究者應(yīng)有充分的認(rèn)識(shí),沒有任何一種單一的生物物理量評(píng)估方法能夠系統(tǒng)評(píng)判區(qū)域發(fā)展的生態(tài)持續(xù)性,生態(tài)足跡分析也只是反映了生態(tài)持續(xù)性的一個(gè)側(cè)面,依據(jù)木桶原理,還有待結(jié)合物質(zhì)流分析、能值分析和凈初級(jí)生產(chǎn)力的人類占有等方法,從不同方面對(duì)可持續(xù)性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。2.6“空間互斥性”為能對(duì)各類生物生產(chǎn)性土地直接進(jìn)行加和,生態(tài)足跡模型隱含假設(shè)了各類生物生產(chǎn)性土地在空間上的相互排斥性,即某一時(shí)刻、某一地塊只能具有唯一的生物生產(chǎn)功能,而不能具有兩種及其以上的生物生產(chǎn)功能。但這一土地功能單一化的假設(shè)將使土地功能的多樣性和一定程度上的功能替代性被完全忽略,從而產(chǎn)生生態(tài)足跡供給計(jì)算結(jié)果偏低的系統(tǒng)誤差。理論上,只要數(shù)據(jù)精度能保證,“空間互斥性”這種模型假設(shè)上的缺陷完全可以避免,即按土地的實(shí)際功能統(tǒng)計(jì)土地面積,同一地塊具有多項(xiàng)生物生產(chǎn)功能的重復(fù)統(tǒng)計(jì)。此外,也有學(xué)者批評(píng)指出,生態(tài)足跡分析僅僅強(qiáng)調(diào)人類發(fā)展對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)的影響及其可持續(xù)性,而沒有涉及到社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面的可持續(xù)性,缺乏對(duì)發(fā)展的程度與公平性的度量,也沒有考慮人類對(duì)現(xiàn)有消費(fèi)模式的滿意程度,因而往往得出“經(jīng)濟(jì)越發(fā)達(dá)發(fā)展越不可持續(xù)”的結(jié)論,具有相對(duì)的生態(tài)偏向性[30,32,33,36,44,48,30,32,33,36,44,48],并且,對(duì)自然生態(tài)系統(tǒng)提供資源、消納廢物功能的描述也不完全,忽視了地下資源和水資源的估算,對(duì)污染的生態(tài)影響考慮較少,只考慮了經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品和社會(huì)服務(wù)的耗費(fèi),而未注意到生態(tài)產(chǎn)品和生態(tài)服務(wù)的消耗,對(duì)此,必須清醒地認(rèn)識(shí)到,生態(tài)足跡分析的范圍是有限的,只是一種測(cè)度人類消費(fèi)與自然供給持續(xù)性的生物物理量衡量方法,僅從生物生產(chǎn)這一角度度量了