1、1生态足迹研究文献综述一、生态足迹理论的提出 （一）生态足迹理论形成的背景。20 世纪五十年代以来，工业化和技术进步提高了人类改造自然的能力，大大提高了生产力，但同时人类的生存环境遭到了巨大的破坏，森林大量砍伐、河流与大气污染、农田沙漠化日益严重、化学物品的过度使用导致土壤污染、能源匮乏以及气候异常等等，环境的变化严重威胁了人们生活。1962 年，卡尔逊发表了寂静的春天 ，通过大量的事实向人们展示工业生产在创造工业文明的同时也在残忍的破坏人类的生存环境。1972 年，罗马俱乐部发表了震惊世界的增长的极限 ，认为如果世界人口、工业化、污染及资源消耗等以继续增长趋势发展下去，地球可能会面临灾难性的
2、崩溃，因此需要尽快采取行动终止这种不正常的发展状态。 为了应对严峻的环境形势，1987 年世界环境与发展委员会发表了我们共同的未来正式提出了可持续发展的模式。1992 年，联合国环境与发展大会通过了里约热内卢宣言和21 世纪议程 ，号召各国政府和公众采取措施，协调合作，防治环境污染和生态恶化。可持续发展作为协调经济发展和环境保护的一种新的发展模式逐步被人们接受和实施。 可持续发展的核心观点在于：一是强调经济发展与环境保护之间的关系，即经济发展不应以牺牲生态环境为代价以致威胁人类生存的基础，2环境的承载力应足以支持经济发展；二是强调代际之间的公平，即当代人满足自己发展的同时必须考虑后代人的发展，
3、给予后代人同等的发展机会和资源基础，保证发展的公平性。可持续发展作为一种新的发展理念，超越了传统的片面强调经济增长、忽视保护环境的观念，它强调人类的需求要建立在大自然可以再生的范围之内，强调生态承载力阈值对人类生存和发展的重要性。 评估可持续发展需要通过筛选、界定和建立环境资源承载力的指标体系以反映可持续发展的标准和程度。随着研究的深入，不同的学者从不同角度提出衡量可持续发展的指标，比较有影响力的包括人文发展指数、绿色 GDP、生态系统服务价值指标、社会-生态指标以及生态足迹等。生态足迹作为定量衡量可持续发展的指标，以其简明、直观和易操作性成为评价可持续发展程度的重要工具。 （二）生态足迹的概
4、念及基本理论。生态足迹由加拿大人 William及其博士生 Wackernagel 在 20 世纪初提出，是指生产一定人口所消费的资源和吸纳这些人口消费生产的废弃物所需要的生态生产性土地的面积（Wackernagel，1996） 。William 曾将其形象地比喻为：“一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂的巨脚踏在地球上留下的脚印” 。1996年以后，William 和 Wackernagel 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” 。1999 年，Wackernagel 将生态足迹定义为能够持续地提供
5、资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间。 生态足迹理论将人类活动的影响表达为各种生态空间的面积，进而3判断人类的发展是否处于生态承载力的范围之内（李利锋、成升魁，2000） ，其理论基础在于：1、人类可以测度自身所消费的绝大多数资源以及产生的废弃物的数量；2、所消费的资源和产生的废弃物可以转换成相应的生物生产面积。生物生产性面积是表达的基础，为各类不同的自然资本提供统一度量的转换标准。生物生产是指生态系统中的生物从外界环境中吸收生命过程所必须的物质和能量转化为新的物质，从而实现物质和能量的积累，生物生产性土地包括耕地、草地、森林、化石能源用地、建筑用地和海洋 6 大类。而生态承载力是指将一
6、个地区所能提供给人类的生态生产性土地的面积，以表征该地区的生态容量。生态足迹与生态承载力进行比较，如果生态足迹大于生态承载力为生态赤字，相反则为生态盈余，比较结果测度了人均占有资源量与生态承载力之间的关系，衡量了可持续发展的程度。 二、国内外研究现状 （一）研究尺度 1、全球尺度。Wackernagel 等（1997）首先应用生态足迹分析方法对世界上 52 个国家和地区 1997 年的生态足迹进行了测算。研究表明，全球平均人均生态足迹为 2.8hm2，而可利用生物生产面积仅为 2hm2，全球人均生态赤字 0.8hm2。WWF 从 1998 年开始发布显示自然世界的状况以及人类活动对自然环境影响
7、的地球生命力报告 。 地球生命力报告（2006） 显示：从 1970 年到 2003 年，全球“生命地球指数”下降了 30%，人类正在以一种历史上前所未有的速度破坏着自然生态系统；2003 年，全球的生态足迹为 141 亿公顷，人均足迹为 2.2 全球公顷，生产性面积4提供的总量为 11.2 个全球公顷，人均生物承载力为 1.8 全球公顷。报告指出，从八十年代后期以来，一直处于“生态足迹”过度超过地球的生物承载力的状况，2003 年超过的幅度达到了 25%，人们的生存环境正在遭受严重的威胁。 2、国家和区域尺度。在国外研究方面， Ecological Footprint Atlas 2010提
8、供了 2007 年各大洲的生态足迹状况，非洲人均消费生态足迹 1.4gha，亚洲为 1.8gha，欧洲为 4.7gha，拉美和加勒比海地区为5.5gha 以及北美为 7.9gha。Lenzen 和 Murray（2001）利用实用土地面积和排放物对澳大利亚的生态足迹进行了测算，结果表明其生态足迹为13.6ha/cap，Rawshan Ara Begum 等（2009）基于改进的投入产出方法和生态账户计算了马拉西亚的生态足迹，认为马来西亚人均 0.304 公顷就可以满足现有消费和生活方式。 国内研究方面，谢高地等（2001）计算了 1995 年中国自然资产利用的生态空间占用情况，结果表明中国人均
9、占用生态空间为 1.848hm2，中国实际人均生态承载力为 0.65hm2。陈敏等（2005 年）采用可变世界单产法计算了 19782003 年中国生态足迹，表明中国的人均生态足迹由0.873hm2 上升到 1.547hm2，生态赤字逐年增加。陈成忠、王晖（2009）利用新的产量因子计算方法，对中国 19492006 年的生态可持续性进行了长时间序列的动态评估。此外、徐中民、刘宇辉和彭希哲以及陈丽萍和杨忠直也对中国的生态足迹状况进行了测算和分析。从区域层面上，陈东景等（2001）应用中国西北五省区的截面统计资料对该区域 1999 年的发展状况进行评价，彭希哲，刘宇辉（2004）对中国西部 12
10、 省、直辖5市、自治区生态适度人口进行了估算。在不同的省份研究上，不同学者对不同省市的生态足迹进行测算和研究，包括李金平、王志石、陈立群、郭秀锐以及谈静华等，结果表明我国各省市的生态环境状况不容乐观，大部分省市处于生态赤字状态。 （二）研究方法的改进。从国外研究情况来看，Bicknell（1998）首先将投入产出法应用到新西兰的生态足迹核算中。Ferng（2001）提出利用复合土地乘数（the composition of land multipliers）替代土地乘数计算生态足迹，并以1991 年台湾为例计算了生产用地和能源用地的生态足迹。Erb（2004）利用地区恒定产量（country-
11、specific yields）对奥地利 19262000 年的生态足迹进行了计算，并且在计算木材时采用可持续产量（sustainable production）估计森林面积。Hubacek 等首先用 PIOTs 估算了国际贸易中的土地占用。Wackernagel 等（2001）采用 “实际土地使用”方法，通过动态的均衡因子和产量因子计算了 19611999 年奥地利、菲律宾和韩国的生态足迹，结果显示，韩国的快速工业化导致了生态足迹的提高，奥地利变化不大。Habel 等（2001）利用持续世界产量（constant global yields） 、可变世界产量（variable global
12、yields）以及可变地方产量（variable local yields）计算了19261995 年奥地利的生态足迹，结果表明不同的方法其结果不同，因此设定生物生产量是必要的。Lenzen（2001）等对澳大利亚的生态足迹研究中，温室气体排放一项考虑了除草、堆肥、工业、煤层、天然气开采渗露等在该国不可忽略的过程，并将进口、国产、出口消费进行了区分，有助于分析环境压力在各地区间的流向。Ferng（2002）在计算能源6足迹的框架中，考虑了最终产品和服务消费、最终能源消费和最初能源需求之间的关系，并以台湾为例说明如何计算及在将来的研究中需要哪些改进。Cuadra 等（2007）采用生态足迹、经济
13、成本与收益评价和能值分析 3 种方法，评估了尼加拉瓜甘蓝、番茄、玉米、波罗、菜豆和咖啡等 6 种热带作物生产的经济效益及可持续性。Moran 等（2007）将人类发展指数和生态足迹结合起来衡量国家的可持续发展。Siche 等（2008）通过环境可持续指数、生态足迹和能值的对比分析，认为生态足迹和能值具有较好的联系性，考虑能值的优点对改进生态足迹方法是一个不错的选择。 国内研究主要集中在：1、建立预测模型。Rees 认为，生态足迹分析法并没有提供一个研究生态足迹的动态窗口，它只是一个时间点快照，因此它不具有预测功能。为了改变生态足迹缺乏预测的缺点，罗璐琴等（2008）以武汉市为例，在对武汉市 1
14、9782004 年生态足迹时间序列计算的基础上，应用偏最小二乘算法构建了生态足迹动态预测模型。陈成忠、林振山（2009）生态足迹构成指数和生态承载力构成指数的概念，计算并构建了中国人均生态足迹构成指数和生物承载力构成指数较为理想的 ARIMA 预测模型分别为 ARIMA（2，1，1） 、ARIMA（1，1，1） 。常斌等（2007）提出了生态足迹和生态承载力的预测模型：在生态足迹的预测方面采用消费预测模型和人口模型相结合的方法，在生态承载力的预测方面采用地理元胞自动机和地理信息系统技术相结合的方法，并以甘肃省河西走廊地区为例，预测了 2005 年的生态足迹和生态承载力。此外，张衍广（2009）
15、 、尤飞等（2002）等也对生态足迹模型进行了计算和预测。72、提出新的概念。赵先贵等（2006）提出了生态压力指数、生态占用指数、生态经济协调指数和可持续发展指数 4 个概念，且制定了相应的指标等级划分标准。徐凌等（2009）提出区域生态安全指数的概念。吴隆杰（2005）提出了生态足迹指数的概念，并认为通过计算时间序列上的不同年份的生态足迹指数，可用来反映其可持续发展程度的变动及进行趋势预测。秦耀辰、牛树海（2003）引入了综合发展度来全面反映可持续发展程度。3、生态账户的改进。顾晓薇、王青等（2005）提出以“国家公顷”为计量单位计算城市生态足迹模型，并分别利用 gha 和 nha 两种方
16、法分别对沈阳市 2001 年生态足迹进行计算。张恒义等（2009）在全球公顷和国家公顷的模型基础上，建立省公顷生态足迹模型。熊德国等（2003）将生态足迹分为消费性生态足迹和生产性生态足迹，并以生产性生态足迹作为评价区域可持续发展的指标。杜斌、张坤民等（2004）按照耕地、牧地、林地、化石能源用地、建筑用地和水域等土地类型以及食物、住宅、交通、商品、服务和废物等消费类型进行核算，建立了生态足迹计算矩阵。贺成龙等（2008）在基于投入产出分析的生态足迹模型（IOA-EF）的基础上，对“调整因子”和“进口产品作为中间投入所贡献的生产性土地矩阵的计算”进行改进。洪棉棉和王菲凤（2009） 、张雪花等
17、（2010）以及刘淼等（2008）在应用中也对生态账户进行了调整。4、对传统生态足迹方法的改进。对传统生态足迹的改进，主要体现在：一是能值分析的应用。赵志强（2008）等从系统论出发并具有基于流量算法优点的能值分析理论，对传统生态足迹模型加以改进。刘淼等（2008）在传统生态足迹模型和 Zhao Sheng 的能值足迹法的基础上，提8出了区域能值足迹法，张雪花等（2010）提出了能值-生态足迹整合模型；二是与回归分析方法的结合。例如马晓钰等（2006） 、赖力（2006） 、李中才等（2007）等；三是与其他方法结合应用，包括刘淼等（2007） 、王健民等（2004） 、陈成忠等（2008）以
18、及张衍广等（2009）等。 （三）时间序列的研究。Wackernagel 等（2002）指出：“对于一个长时间序列生态足迹的计算和研究是对生态足迹法的一个挑战” 。生态足迹具有静态特征，它反映的是某地区某一时期的生态环境状况，因而忽略了时间序列上的生态足迹变化的内在原因以及影响因素的变化状况。因此，加强生态足迹时间序列的研究是研究中的热点。 在国外研究方面，Haberl 等（2001）对奥地利 19261995 年长达70 年、Erb（2004）对奥地利 19262000 年长达 75 年的生态足迹度量，Jougenson 等（2007）利用面板回归探讨了国家经济发展水平、出口强度、国内经济结
19、构等因素与人均生态足迹增长的关系。Wackernagel 等（2001）对 19611999 年奥地利、菲律宾和韩国的生态足迹进行了测算。国内研究方面，闵庆文等（2004）探讨了 19862001 年商丘市的居民生活消费生态足迹的变化和城乡生态足迹情况的差异。于兴丽等（2007）对甘肃省 19902002 年的生态足迹进行了计算和分析。符国基（2006）以 20002004 年统计年鉴的数据为标准，通过调整生产账户，对海南省 19992003 年代的生态足迹进行了计算和动态分析，表明海南省人均赤字呈逐年增加的趋势。陈成忠、王晖（2009）提出新的产量因子计算方法，计算了中国 19492006
20、年人均生态足迹和生物承载力，利用生态足迹指数和生态足迹效率两个指标，对中国 19492006 年的生态9可持续性进行了长时间序列的动态评估。 （四）研究领域的扩展。国外研究中，生态足迹广泛应用于其他领域，包括：水产养殖业，如 Gyllenhammar、Roth、Berg 等；旅游业，如Gosslin（2002） ；学校研究，美国科罗拉多大学、澳大利亚纽卡斯尔大学对校园的生态足迹进行了计算和分析；家庭，例如德国斯德哥尔摩研究所（SEI）以约克为案例分析了不同家庭类型的生态足迹。 国内研究领域的扩展体现在：交通，如孙鹏等（2007） ；轿车产业，如姚猛和韦保仁（2009） ；学校，如顾晓薇（200
21、5） ；种植业，刘鸣达等（2010） ；旅游，如章锦河和张捷（2004） 。此外，生态足迹在贸易、耕地、城市规划等领域也开始运用。 三、生态足迹方法的评价 Haberl（2001）等曾指出生态足迹法的成功之处就在于：将生态足迹与生态承载力进行直接数字比较，用简单明了、易于理解的定量指标来度量和判断可持续发展状态。但是，生态足迹也有其自身的缺陷，主要表现在以下几点： （一）土地功能的空间排斥性。 “空间排斥性”使得我们能够对各类生产性土地进行加总，从宏观上认识自然系统的总供给能力和人类系统对自然系统的总需求，但是，这种假设暗含了土地之间简单的加和线性关系。系统的相关性原理认为系统的要素存在非线性
22、、非确定性的关系，要素之间并不是简单的相加或相减的线性关系，如果土地功能是简单的线性关系，就不会形成耗散结构，耗散结构的基本特征之一是“系统的各个元素之间的相互作用存在着一种非线性的机制” ，如果不存在耗散结10构，系统的发展就会具有不可逆性，最终导致系统走向混乱无序和灭亡。例如，如果森林遭到大面积砍伐，可能增加了森林的产出量，但更多地导致水土流失、气候恶化现象的发生，从而导致整个生态环境的恶化。如果仅仅以森林的产出量作为土地空间的标准，无疑会降低森林的多功能特征。 （二）系统的相对封闭性。生态足迹强调的是生态的可持续性发展问题，它并没有考虑经济、技术、人文以及社会的可持续性发展，也没有考虑这
23、些因素的进步对生态承载力带来的积极影响。因此，生态足迹相对处于封闭状态之中。系统的开放性原理认为，系统具有不断与外界环境进行物质、能量与信息交换的性质和功能，系统的开放性是系统得以发展的前提和条件。如果一个系统处于封闭状态，正熵流就会持续增加，最终走向无序。因此，在生态足迹的计算中，如果不考虑技术、经济以及人文社会进步对生态环境带来的影响，可能导致生态足迹的计算结果与实际状态相差甚远，失去制定政策的指导性意义。但是，也并不是要求生态足迹必须考虑所有因素，否则系统失去相应的边界而不是独立的系统了。 （三）生态足迹模型的静态性。Wackernagel 明确指出，对于一个长时间序列生态足迹的计算和研究是对生态足迹法的一个挑战。任何系统都具有动态性特征，动态包含两种意思：一是系统结构的相对变化；二是系统与外部环境物质、能量及信息的交换。从生态足迹的计算过程来看，数据来源于统计数据，因此生态足迹属于反馈系统，即事情发生后某个时间的状况反映，具有明显的静态特征，它能做到的是“反馈”而
