生态足迹分析方法在国内外研究进展

生态足迹分析方法在国内外研究进展

张 令，项学敏，周集体

（大连理工大学环境与生命学院 大连 116024）

E-mail: dlutzhl@yahoo.com.cn

摘要：论文介绍了基于土地面积衡量可持续发展的生态足迹概念、计算模型和两种基本计算方法（综合法和成分法），同时总结了目前国内外生态足迹的研究进展，最后对生态足迹的研究趋势做了进一步的展望。

关键词：生态足迹；综合法; 成分法; 研究进展

1. 引言

生态足迹分析方法是加拿大生态经济学家威廉（William ）及其博士生瓦克纳戈尔

（Wackernagel ）于1992年提出的一种度量可持续发展程度的指标，它定量的衡量了人类对自然界的影响。该种分析方法是基于土地面积量化可持续发展的指标之一，通过核算人类生产生活活动所需的真实生物生产面积，与其同国家或区域所提供的生态承载力相比较，判断一个国家或区域的人类生产生活活动是否处于该国家或区域的生态承载力范围内。

近些年来，在以Wackernagel 为代表的“加拿大生态足迹小组”和“发展重定义组织”

（Redefining Progress）的努力下，生态足迹理论目前发展的较为成熟，已经用于测算世界、国家或地区的生态足迹。据统计目前已有20个国家利用“生态足迹”指标计算各类承载力问题。

2. 生态足迹的基本概念和模型

2.1 生态足迹的基本概念

生态系统提供的自然资产及生态服务是人类社会赖以生存的基础，人类的生产生活活动

对生态系统产生了影响。基于“人们能够统计出自身消费的自然资源和所产生的废弃物的数量，并且能够将其折算成能够生产这些自然资源和消纳这些废弃物的生物生产面积”[1]这一事实，Wackernagel等人提出了“生态足迹”概念并发展及完善了生态足迹分析方法。

2.2 生态足迹模型

生态足迹计算是基于一个基本假设和两个基本事实。假设各类土地在空间上是互斥的，

譬如，一块地当它被用来修建公路时，它就不可能同时是森林、可耕地、牧草地等。“空间互斥性”的假设使得我们能够对各类生物生产面积进行加总[2]。两个基本事实：①人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生的废弃物的量；②这些资源和废弃物的量能转换成

相应的生物生产面积。因此，任何已知人口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而需要的生物生产总面积（包括陆地和近海海域）[1]。生态足迹的计算中，生物生产面积主要涉及到6种类型：耕地、化石燃料用地、林地、草场、建筑用地和近海海域。其计算公式如下：

EF ＝N •ef ＝N •r j •∑(aa i )＝N •r j •∑⎛⎜

i =1i =1⎝n n c i ⎞ (j =1,2,……,6) p i ⎟⎠

式中：i 为消费项目的类型；j 为生物生产面积的类型；EF 为总的生态足迹；N 为人口数；

ef 为人均生态足迹；r j 为不同类型生物生产面积的均衡因子；aa i 为i 种消费项目折算的人均生态足迹分量；c i 为i 种消费项目的年平均消费量；p i 为第i 种消费项目的全球年平均产量。

由于以上6种类型生物生产面积的生态生产力不同，各类生物生产面积分别乘以相应的

均衡因子，把6种具有不同生态生产力的生物生产面积转化为具有相同生态生产力的面积，均衡后的6种生物生产面积即为具有全球平均生产力的可以相加的世界平均生物生产面积。

3. 生态足迹计算方法

到目前为止，生态足迹的计算方法主要分为两种：综合法和成分法。

综合法需要许多资料，尤其是有关贸易资料，因此较适用于国家层级的生态足迹计算。

综合法利用的标准格式的Excel 数据表可以在ICLEI (International Council for Local Environmental Intiatives)网页上下载(www.iclei.org/ICLEI/ecofoot.htm) [3]。国家足迹帐户的计算涉及到几十个项目，其中生物资源消费帐户包括初级资源和源于初级资源的产品（如奶和奶酪，圆木和纸张等），能源消费帐户主要核算化石能源（煤、石油、天然气等）、生物质能、核电和水利水电等。此外，由于工业产品因携带能源而间接占用用地，因此能源消费帐户还要考虑工业产品的携带能源。工业产品携带的能源等于产品能源密度乘净进口量。计算得出的各类生物生产面积分别乘以相应的均衡系数后相加便求出总的生态足迹。

成分法与综合法不同之处是成分法以人类的衣食住行活动为出发点，因此省、市、地方、

企业、家庭乃至个人的生态足迹比较适合应用成分法。成分法最早由Simmons 和Chambers (1998)提出，以后Lewis 和Barett (2000)进一步改善。最早推动成分法的研究单位是位于英国牛津的BFF 环境顾问公司(Best Foot Forward) [3]。但成分法在应用时并不统一，不同的研究单位对相同的问题采用的分析成分相差很多。目前，已经计算了轿车的生态足迹及其它运输工具的生态足迹、垃圾堆放及处理的生态足迹、家用电器的生态足迹、报纸的生态足迹等[3]。

4. 生态足迹国内外研究进展

生态足迹分析方法已应用于世界、国家、地区及城市、个人、各种活动的生态足迹的计

算。此外，还用来进行技术比较，应用到从养鱼到种植西红柿等方面[4]。

（1）世界及国家的生态足迹。对于世界及国家帐户的生态足迹目前研究结果比较充分。

1997年Wackernagel 发表了“Ecological footprint of Nations”(52个国家及地区)的研究成果

[1]，对52个国家和地区的总指标值进行加和，结果表明，涵盖世界80％人口的52个国家和地区的生态足迹需求超过其生态承载力的1/3以上；美国、中国、俄罗斯、日本、印度等国的总生态足迹排在前5位。世界野生动物基金（WWF ）自然国际组织和“发展重定义组织”（RP ）世界两大非政府机构自2000年起每两年公布一次世界各国之生态足迹资料[3, 5]。此外，目前已有近几十个国家利用“生态足迹”指标计算各类生态承载力问题。

（2）区域及城市的生态足迹。当前，地区和城市生态足迹理论正处于发展之中，目前

世界上许多区域已经开展了区域生态足迹的测算工作。例如，对美国加利福尼亚州Sonoma County 郡的测算，以及对加拿大弗雷泽盆地和荷兰海牙的测算[5]，我国一些学者对我国部分区域的生态足迹也进行了核算，如中国西部12省（区市）1999年的生态足迹核算[6]，澳门2001年生态足迹分析[7]，广州市生态足迹计算与分析[8]等。由于区域之间存在的物质与能量的流动的统计数据不如国家帐户统计数据详细充分，所以区域生态足迹的计算是粗略的计算，其结果不如国家生态足迹结果精确。地区或城市生态足迹计算应用成分法。成分法按照不同土地类型和消费类型计算生态足迹，土地类型仍然分为六类：耕地、林地、草地、建筑用地、化石能源用地以及近海海域，按照土地类型计算，则有利于衡量国家和地区的帐户；消费类型以人的衣食住行活动为出发点分为食物帐户、住宅帐户、交通帐户、商品帐户、服务帐户和废物帐户，按照消费类型计算则有利于体现个人消费对生物物质资源的消耗。

（3）个人生态足迹的计算。个人生态足迹计算的研究也处于发展之中。目前，国际互联网上已经有用于网上测算个人生态足迹的简单程序（如http://www.lead.org/leadnet/footprint/intro.htm, http://www.myfootprint.org等），以问卷调查的方式，回答一系列可供选择的问题，得出每个人大致的生态足迹。

（4）各种活动生态足迹的计算。各种活动生态足迹的计算应用的是成分法。目前研究实践的案例有运输工具、垃圾（主要包括堆放、运输和循环使用）、家用电器、报纸等生态足迹的计算。例如，在欧洲通常1吨纸的生态足迹1.9～2.2gha 左右[3]。

5. 生态足迹研究展望

5.1 生态足迹的动态趋势研究成为热点

生态足迹模型只是在静态数据的基础上度量现实情况，得出的结论是瞬时的，并不能预

测未来的变化和变化的趋势。针对生态分析方法的这一缺点，近些年人们通过计算各指标的时间序列值来追踪各个时点的可持续发展程度，尽管还是不能预测未来，但在一定程度上弥补了指标静态性的缺憾[4]。最初Helmut Haberl[9]等人用3种不同的方法对奥地利1926－1995

年间的生态足迹进行了度量及比较，《Living Planet Report 2002》中对1961－1997年间全球生态足迹进行了动态分析[10]，以及我国的苏锡常地区1991－1999年间生态足迹动态研究

[11], 郭秀锐等人[8]对1995～2000年间广州生态足迹动态变化过程，徐长春等人[12]利用新疆1991-2000年间经济发展断面资料计算并分析了近10年的生态足迹变化，岳东霞等人[13]对甘肃省1991－2001年间的生态足迹和生态承载力发展趋势研究，并在假设甘肃省未来10a 内的人口增长率、消费模式、土地和贸易状况仍保持1991－2001年间的发展态势，预测未来10a 内的生态足迹、生态承载力的发展趋势。

5.2 生态足迹分析方法的改进

Bicknell 等在1998年提出用修改型的投入－产出分析法来计算生态足迹，弥补了传统的

生态足迹分析方法无法揭示一个地区的生态足迹是否在本地区造成生态冲击的缺点[14]。

谢高地等人[15]提出在计算净进口制成品的生态空间占用分量时，考虑了“废弃因子”

计算生产该类产品所需的原材料数量，从而使计算结果更加精确。岳冬霞等[13]在甘肃省生态足迹和生态承载力发展趋势研究中建议引入“科技因子”考虑科技发展水平对生态承载力的影响。另外，目前“加拿大生态研究小组”正在研究如何将环境污染（酸雨、工业废水等）的生态影响纳入生态足迹的计算当中[16]。

水资源是基础性自然资源，是社会经济发展的生命线。但是由于滥用水，浪费水，污染

水及人口增长过快等原因导致的淡水资源缺乏已是一个世界性的普遍现象。淡水资源的缺乏制约着社会经济的可持续发展。淡水对于缺水地区及干旱地区尤为重要。然而生态足迹的计算中并没有包含人类生产生活利用的淡水资源足迹的供给。陈东景等人[17]认为造成生态足迹计算中未包含人类利用的水资源足迹的供给，原因是目前我们还不能确定国民经济系统中各种商品中水资源的含量。目前张掖[18]和澳门[7]地区生态足迹的计算中考虑了水资源足迹的供给,龙爱华等人[19]应用“虚拟水”的概念计算了西北四省（区）2000年的水资源足迹。如徐中民等在张掖地区水资源消费足迹的计算尝试用水资源消耗量除以西北干旱区单位面积的水资源量估算水资源足迹的需求，由于不能确定水资源的均衡因子和产出因子的大小，在总的生态足迹中未包括水资源足迹的需求，因此在某种程度上说水资源足迹需求的计算只是粗略的估算。李金平等在澳门2001年生态足迹计算中，考虑澳门淡水几乎全由内地输入，根据这一特殊性，澳门淡水资源的计算假设珠江流域有一块专用的土地，用来集水以供澳门需要来核算澳门淡水足迹。得出澳门淡水足迹面积是澳门实际面积的20.6倍，是澳门实际集水面积的522.2倍。这种计算方法有一定的道理，但有重复累计的嫌疑。基于“虚拟水”概念的水资源足迹的计算同生态足迹的研究一样，从当前的研究来看，由于工业产品虚拟水含量的计算过于复杂，农作物产品和动物产品虚拟水的计算是水资源足迹衡量的关键。水足迹是以水体积为计算单位，而生态足迹以生物生产土地面积为计算单位，因此水足迹计算结

果不能与生态足迹计算结果直接相加和。尽管上述水资源足迹需求的计算方法存在较大的缺陷，但将水资源纳入生态足迹的计算当中，必将推动生态足迹分析方法得到修正及完善。

5.3生态足迹指标与其它经济和生态指标结合

生态足迹指标与其它指标经济和生态指标结合，互相补充完善。生态足迹和GDP 的结合

就是一个很好的例子，例如徐中民等人[20]在中国1999年的生态足迹分析中把生态足迹指标与GDP 指标结合，计算万元GDP 所需的生态足迹，分析产生等量的GDP 消耗的生态足迹的多少，反映生态资源的利用效率高低。国际上一批可持续发展的研究者们也正试图将生态足迹指标体系与“满意程度”（satisfaction barometer）结合起来度量可持续性发展。陶在朴[3]建议将生态足迹与物质流核算（MFA ）适当结合，在生态足迹中增加物质投入隐藏流的生态占地。还建议中国的生态足迹研究者进行以下改良：以中国本身为一个单位计算cha （China hectare ）以替代gha （global hectare），以便于各省的精确比较；以生态足迹的数量等级（一个数量级相差十倍）为根据去末求本，简化项目；与物质流核算（MFA ）适当结合，在生态足迹中增加物质投入隐藏流的生态占地，中国隐藏流占地已累积达200万公顷的土地[3]。

生态足迹模型是一组基于土地面积的量化指标，可以度量可持续发展程度的一个综合指

标。生态足迹模型具有以下优点：概念形象、内涵丰富；理论思想角度全面、新颖；实现了对生态目标测度；简单且可操作性强[4]。正是基于以上优点，自生态足迹分析方法提出以来，受到国内外众多研究者的关注，但因生态足迹分析方法存在一些不足之处遭到一些人的批评。随着研究的深入，生态足迹分析方法必将逐渐完善。

参考文献

[1]Wackernagel M, Onisto L, Bello P, et al. National natural capital accounting with the ecological footprint concept. Ecological Economics, 1999, 29(3): 375-390.

[2]杨开忠, 杨泳, 陈洁. 生态足迹分析理论与方法. 地理科学进展, 2000, 15(6): 630-636.

[3]陶在朴. 生态包袱与生态足迹. 北京: 经济科学出版社, 2003, 161-206.

[4]王书华, 毛汉英, 王忠静. 生态足迹研究的国内外近期进展. 自然资源学报, 2002, 17(6): 776-782.

[5]张坤民, 温宗国, 杜斌等. 生态城市评估与指标体系. 北京:化学工业出版社, 2003, 222-259.

[6]张志强, 徐中民, 程国栋等. 中国西部12省（区市）的生态足迹. 地理学报, 2001, 56(5): 449-610.

[7]李金平, 王志石. 澳门2001年生态足迹分析. 自然资源学报, 2003,18(2): 197-203.

[8]郭秀锐, 杨居荣, 毛显强. 城市生态足迹计算与分析－以广州为例.地理研究,2003,22(5):654-662.

[9] Helmut Haberl, Karl Heinz Erb, et al. How to calculate and interpret ecological footprints for long periods of time: the case of Austria 1926-1995. Ecological Economics, 2001, 38(1): 25-45.

[10]WWF. Living Planet Report 2002 .

http://www.wwf.org.uk/filelibrary/pdf/livingplanet2002.pdf.

[11]白艳莹, 王效科, 欧阳志云等. 苏锡常地区生态足迹分析. 资源科学, 2003, 25(6): 31-37.

[12]徐长春, 熊黑钢, 秦珊等. 新疆近10年生态足迹及其分析. 新疆大学学报(自然科学版), 2004, 21(2):

181-185.

[13]岳东霞, 李自珍, 惠苍. 甘肃省生态足迹和生态承载力发展趋势研究. 西北植物学报, 2004, 24(3): 454-463.

[14]陈康贵,伊武军. 测度可持续发展的生态足迹分析法. 草原与草坪, 2004, 105(2): 17-26.

[15]谢高地, 鲁春霞, 成升魁等. 中国的生态空间占用研究. 资源科学, 2001, 23(6): 20-23.

[16] Lower Fraser Basin Eco-Research Project. How sustainable are our choices. See: http://www.ire.ubc.ca/ecoresearch/ecoftpr.html, 2000.

[17]陈东景, 徐中民. 生态足迹理论在我国干旱区的应用与探讨－以新疆为例. 干旱区地理, 2001, 24(4): 305-309.

[18]徐中民, 程国栋, 张志强. 生态足迹方法：可持续性定量研究的新方法－以张掖地区1995年的生态足迹计算为例. 生态学报:2001, 21(9): 1484-1493.

[19]龙爱华, 徐中民, 张志强. 西北四省（区）2000年的水资源足迹. 冰川冻土, 2003, 25(6): 692-700.

[20]徐中民, 陈东景, 张志强等. 中国1999年的生态足迹分析. 土壤学报, 2002, 39(3): 441-445.

Progress in research of the method of ecological

footprint all over the world

Zhang Ling, Xiang Xue-min, Zhou Ji-ti

(School of Environmental & Biological Science & technology, Dalian University

of Technology, Dalian 116024 )

Abstract

Ecological footprint that is based on land area is an indicator for measuring sustainability. The

conceptions, models and methods for calculation of ecological footprint are introduced in this paper. The progresses of ecological footprint research all over the world are reviewed in this paper. Finally, the development trends of ecological footprint are analyzed and further predicted on the basis of present researches.

Keywords: ecological footprint; compound approach; component approach; progress of

research