1、 本科毕业论文 （ 20 届） 生态足迹的计算与分析 所在学院 专业班级 环境科学 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 目录 中文摘要 I 英文摘要 II 引言 1 1 生态足迹的计算模型 2 1.1 生态足迹分析和可持续发展的定量研究 2 1.2 生态应用 3 1.3 生态足迹的概念及生态足迹计算模型 3 2 生态足迹发展 6 2.1 生态足迹的发展现状 7 2.1.1 旅游生态足迹 7 2.2 研究区域与研究方法 8 3 生态足迹计算方法的改进 10 3.1 生态足迹应用前景 10 3.1.1 可持续发展定量测度 10 3.2 生态足迹计算方法的改进 11 4 结论 13 参
2、考文献 14 附译文 15 致谢 47 生态足迹的计算与分析 【摘要】 ： 本文主要介绍生态足迹的概念，分析了生态足迹计算与许多领域的应用，综述了国内外生态足迹的现状以及目前生态计算的一些难点与问题，同时我们也介绍了如何在生态计算上改进等。生态足迹 (Ecological Footprint，简称 EF)或称生态空间占用，是一种通过量化人类对资源的利用，测量人类对生态系统所产生的影响和压力，进而判断人类活动是否处于生态系统承载力范围内的新方法。生态足迹是 1992 年加拿大生态经济学家 E. R.william 提出和并由其学生 M. Wackernagel 1996 年完善。生态足迹自提出，
3、很快作为一种新的理论方法被广泛应用于一些国家省市或地区的可持续发展问题，而且其理论方法得到迅速地发展和完善。 【关键词】： 生态足迹 计算模型 生态足迹应用 Abstract This paper mainly introduces the concept of the ecological footprint， analyzes the ecological footprint calculation and many areas of application were reviewed and the present situation of ecological footprint ec
4、ological calculation some difficulties and problems， and we also introduces how to improve on the ecological calculation etc Key wordsThe ecological footprint； The ecological footprint of application； Calculation model 引言 生态足迹模型是一种计算人类的生态消费的工具， 生态可持续性法杖的测量工具，是对国家或地区自然资料进行核算的一种廉价而快速简洁的计算框架， 其观点是把人类对物
5、理资源和化学资源的利用换算成对土地和水域面积的占用。反映资源消耗和废物吸收所要的生产性土地面积。该方法从一个科学的角度考虑人类及其发展与生态环境的关系， 由于其科学、完善的理论基础和精简统一的指标体系， 使该方法一经提出，就得到国内外学者的广泛关注和应用。我国于 1999 年引人了生态足迹分析理论， 并很快作为一种新的理论方法被应用于分析研究一些省市和地区的可持续发展。 当一个地区的生态足迹 ( EF)大于其生态承载力 (EC)时，则出现生态赤字 1，表明该地区人类对自然生态系统的需求超过了系 统的承载力，社会发展处于相对不可持续状态。当一个地区的生态足迹 ( EF)小于其生态承载力 (EC)
6、时，则为生态盈余，表明该地区人类生存于生态系统承载力的范围内，社会发展处于可持续状态。 生态生产性土地 ( Eological Poductive Land) 是指具有生态生产能力的土地和水域 1。生态足迹分析中用生态生产性土地的概念来代表自然资本， 简化了对自然资本的统计。在生态足迹帐户核算中，各种资源和能源的消费项目被折算成耕地、林地、草地、水域、化石燃料土地和建筑用地等六类生态生产性土地类型。其中， 耕地 是生产能力最大的一类， 集聚了人类所利用的大部分生物量； 林地是指可以产出木材产品的人造林或天然林， 生产能力大多较低； 草地主要用于饲养牲畜， 生产能力低于耕地； 水域包括淡水和非淡
7、水 (本文使用的是内陆水域面积 )；化石燃料土地是人们应该留出用于吸收 CO2的土地。 生态足迹的计算模型 生态足迹模型计算分析基于以下两个基本假设 : (1) 可以确定人类自身消费的绝大多数资源和能源， 及其所产生的废弃物的数量； ( 2) 这些资源和废弃物能够折算成生产和吸纳它们的 生物生产性土地的面积。地区总生态足迹用下式表示( EF) : EF =N ef =N ai =N ( ci /pi )( i = 1， 2， ， n) 式中 EF 为总的生态足迹， N为人口数， ef为人均生态足迹， ai 为 i 种物质人均占用的生物生产土地面积， ci 为 i种物质的人均消费量， pi 为
8、i 种物质的世界平均生产力即全球平均产量， n为物质的数量。生物生产土地面积分为耕地， 草地， 林地， 建筑用地， 化石燃料用地和水域 6类。由于这 6 类生物生产土地面积的生产能力差异很大，计算出的各类生物生 产土地面积不能直接相加， 因此必须对每种生物生产土地面积乘以均衡因子，以转化为统一的、可比较的生物生产土地面积。目前采用的均衡因子分别为林地和化石能源用地为 1114，耕地和建筑用地为2182， 草地为 0154， 水域为 0122。因此，在计算人均生态足迹时，需将各类生物生产土地面积乘以相应的均衡因子，用公式表示为 : ef = rj aaj ( j = 1， 2， ， 6) 式中
9、ef 为经过均衡处理后的人均生态足迹， rj为均衡因子， aaj 为各类生物生产土地面积， j = 1，生物生产土地面积。生态 承载力是指一个区域实际提供给人类的所有生物生产土地面积 (包括水域 ) 的总和。 生态容量是区域内部所能提供的各种类型的生产性土地的数量， 计算方法为 EC= N ec= N E aj rj yj (j = 1 6) (3) 式中 : N 为人口数； ec 为人均生态容量 ( hm2 / 人 ) ； aj 为人均生物生产面积； rj 为均衡因子； yj 为产量因子； yj=ylj/ ywj， ylj 指某国家或区域的 j 类土地的平均生产力； ywj 为 j 类土地的
10、世界平均生产力。 生态足迹是一种衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类提供的生命支持服务功能的方法，它是一个可比的、可测度、涉及系统性、公平性和发展度的可持续发展综合评价指标。该方法从一个全新的角度来考虑人类社会经济发展与生态环境的关系，通过计算维持人类的自然资源消费量和同化人类产生的废弃物所需要的生态生产性空间面积大小，并与给定人口区域的生态承载力进行比较，来衡量区域的可持续发展状况。 生态足迹分析和可持续发展的定量研究 生态足迹是用生产性土地面积度量一个确定人口或经济规模的资源消费和废物吸收水平的工具 2。或者说 ， 生态足迹是指在一定的技术条件下， 能够持续地提供资源或消纳废物的、具
11、有生物生产力的地域空间， 它从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间测度问题 3。总之， 生态足迹是一种计算人类生态消费、衡量生态可持续性的测量工具， 是测量可持续性的生态底线的衡量标准， 是国家、地区自然资产核算的一种廉价而快速的计算框架。 生态应用 运用生态足迹的计算模型，分别将计算出的生物资源 (农产品 )和能源消耗的人均生态足迹需求进行均衡化处理，并用生物生产面积乘以产量因子，均衡化后得到重庆市的生态承载力。结果显示重庆市生态经济系统存在严重的生态赤字，必须采取相应措施，才能减少生态承载力的压力。 生态足迹理论是通过跟踪区域的资源和能源消费 ，将它们转化为提供这种物质流所必须的生物
12、生产性土地面积 ，并与生态承载力进行比较 ，以此衡量区域可持续发展状态。利用生态足迹理论，计算了江阴市 1997-2001 年 5 年间的生态足迹变化过程。结果表明，江阴市的人均生态足迹供给约为 0.30hm2 cap-1，而人 均生态足迹消费从 1997 年的 1.65hm2 cap-1 提高到 2001 年的 2.04hm2 cap-1，生态压力不断增大，生态赤字显著提高 4。 孙从军对江阴市生态足迹构成进行分析，因素贡献大小依次排列为 :化石能源 耕地 牧草地 水域 建筑用地 林地。化石能源消费的份额最大，超过 50%，与江阴市高强度的经济活动有关；与此同时，食物生产消费也占较大份额 1
13、。 目前，我国流域生态足迹研究工作还刚刚起步，目前，我国流域生态足迹研究工作还刚刚起步，只有少数学者对流域的生态足迹进行了研究，如林巍等 3应用生态足迹理论及模型，进行了鄱阳湖流域生态足迹分析和可持续发展的定量研究；宋庆新等 4用生态足迹分析方法对新疆艾比湖地区 19852003 年的生态足迹和生态承载力进行计算和动态分析研究。生态足迹的计算目前一般主要考虑耕地、牧草地、森林、建筑用地、化石能源地、水域六种因子，其计算模型如下： EF =ef N =（ Ci /EPi） EQi =（ Pi +Ii -Ei） EQi /EPi （ i=l， 2，3， 6） 式中： EF 为总生态足迹， ef 为
14、人均生态足迹， N 为流域内人口总数， EPi 为生态生产力（全球平均值 ）； Ci 为资源消费量， Pi为资源生产量， Ii 为资源进口量， Ei为资源出口量， i为生态生产性土地类型， EQi 为等量化因子。 吉林省 2003 年的生态足迹进行了实证计算和分析，结果表明，吉林省 2003 年的生态足迹需求为 2.66hm2/cap，生态足迹供给为 1.89hm2/cap，生态赤字为0.77hm2/cap.其中，化石燃料用地生态足迹需求在总生态足迹需求中所占比例最大；人均生态协调系数 DS=1.265，且 efgf，表明吉林省处于生态不协调状况；万元GDP 的生态足迹为 2.804hm2，明
15、显高于全国平均水平， 表明该地区的资源利用效率较低。在分析吉林省生态赤字产生的五个原因的基础上，文章提出了五个改进措施 :重视农产品的深加工，提高土壤肥力和土壤保水能力，加强牧草地管理力度，调整产业结构、改善能源结构，树立科学发展观等 5。 生态足迹的概念及生态足迹计算的应用 利用生态足迹模型定量研究广东省东莞市 19982003 年的可持续发展状况。结果表明， 6年来东莞市的总生态足迹显现较快的上升趋势，每年平均增长 12.9%，总生态承载力也是逐年上升 (9%)，但总生态赤字越来越大；从生态足迹的供需结构看，耕地和化石燃料用地的供 需矛盾非常突出，林地、草地和水域供需相对较小。总的来说，东
16、莞市的生态足迹已远超过其生态承载力，已对生态系统构成极大压力。从长远发展看，东莞市应该发展知识经济和循环经济，控制人口数量，并倡导新的生活方式和消费方式，同时要加强替代资源开发研究，以实现该地区发展的可持续性。 论文应用了生态足迹的概念及生态足迹计算模型，以中国和内蒙古包头市 2003年统计年鉴的数据为依据，对包头市 2002 年的生态足迹进行了计算和分析，结果表明包头市 2002 年人均生态足迹需求为 2.882083(hm2/人 )，而人均生态承载力为0.98259(hm2/人 )，人均生态赤字为 1.89949(hm2/人 )，这反映出人类的生产、生活强度超过了其当时生态系统的承载能力。
17、 2002 年包头平均万元 GDP 所占有的足迹为1.800255hm2，这反映包头的资源利用效益较高 6。 生态足迹 (Ecological Footprint，简称 EF)或称生态空间占用 3，是一种通过量化人类对资源的利用，测量人类对生态系统所产生的影响和压力，进而判断人类活动是否处于生态系统承载力范围内的新方法。生态足迹是 1992 年加拿大生态经济学家 E. R.william 提 出和并由其学生 M. Wackernagel 1996 年完善。生态足迹自提出，很快作为一种新的理论方法被广泛应用于一些国家省市或地区的可持续发展问题，而且其理论方法得到迅速地发展和完善。 生态生产性土地
18、 ( Eological Poductive Land) 是指具有生态生产能力的土地和水域。生态足迹分析中用生态生产性土地的概念来代表自然资本， 简化了对自然资本的统计。在生态足迹帐户核算中，各种资源和能源的消费项目被折算成耕地、林地、草地、水域、化石燃料土地和建筑用地等六类生态生产性土地类型。其中， 耕地是生 产能力最大的一类， 集聚了人类所利用的大部分生物量； 林地是指可以产出木材产品的人造林或天然林， 生产能力大多较低； 草地主要用于饲养牲畜， 生产能力低于耕地； 水域包括淡水和非淡水 (本文使用的是内陆水域面积 ) ； 化石燃料土地是人们应该留出用于吸收 CO2 的土地， 但实际中人类
19、并未留出这类土地。 文章计算和分析了太原市 2003 年生态足迹 :2003 年该市生态足迹为 5.621 hm2/人，可利用生态承载力为 0.264 hm2/人，出现了 5.357 hm2/人的生态赤字，生态足迹是生态承载力的 21.3 倍，总的生态 赤字相当于自身面积的 26倍；并把太原市城市生态系统的受压力程度和资源利用效率与已有的研究结果做了比较，表明该市资源利用效率较低，城市生态系统所受压力偏大；最后提出缓解城市生态压力的若干建议 7。 生态足迹理论从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间，从而成为判断区域可持续发展状况的理论之一 .江苏省正在大力实施可持续发展战略，积极推进生态
20、省建设，但在建设过程中也面临一些难题 .本文通过对江苏 2003 年生态足迹的计算与分析，加深了对全省可持续发展状况的认识，从而对生态省建设有若干启示，包括提高生态承载力； 控制人口增长、提倡绿色生产与消费，尽可能减少生态足迹；追求集约型城市化，建设生态城市；重视农村生态环境的改善等 . 在介绍生态足迹理论和方法的基础上，以四川省 2003 年的统计数据为基础，对该省的生态足迹进行了计算。结果表明，四川省人均生态足迹为 1.360 hm2/人，人均生态承载力为 0.392 hm2/人，人均生态赤字高达 0.968 hm2/人，生态足迹超过了生态承载力，经济社会处于一种不可持续的发展状态 7。
21、2 生态足迹发展 采用生态足迹模型计算了徐州市 2002 年的生态足迹和生态承载力，分析了1993-2002 年徐州市生态足迹的动态变化； 2002 年徐州市生态足迹为 1.53hm2/人，生态承载力为 0.48hm2/人，生态赤字为 1.05hm2/人，生态处于不可持续发展状态；近 10 年万元 GDP 生态足迹逐年下降，而总生态足迹和人均生态足迹则呈上升趋势，这说明徐州市总体上经济发展的资源利用方式正在由粗放型转变为集约型，但资源利用效率有待于进一步提高；通过计算与分析指出了徐州城市可持续发展中存在的问题并提出了相应对策。 8 利用生态足迹法计算了温州市 2002 年的生态足迹、生态承载力
22、、生态足迹多样性、 GDP 足迹和发展能力等。结果表明 :温州市 2002 年生态赤字为 1.7807 公顷 /人，人均生态足迹超出生态承载力的 6.4 倍，生态足迹多样性指数、 GDP 足迹和 发展能力分别为 0.2291、 1.4428 公顷 /104 元和 0.4719，各项指标均差于杭州。 8 在简要介绍生态足迹及相关概念和计算方法的基础上，以大庆市 2004 年统计年鉴为依据，计算出大庆市 2003 年的生态足迹为 2.6657hm2、生态承载力为0.90313hm2、生态赤字为 1.7626hm2。经分析认为生态赤字主要是由于石油生产和加工所致，人类的生产强度超过了生态系统的承载力
23、，大庆生态系统处于人类过度开发利用的压力之下。 9 文章计算和分析了太原市 2003 年生态足迹 :2003 年该市生态足迹为 5.621 hm2/人，可利用生态承载力为 0.264 hm2/人，出现了 5.357 hm2/人的生态赤字，生态足迹是生态承载力的 21.3 倍，总的生态赤字相当于自身面积的 26倍；并把太原市城市生态系统的受压力程度和资源利用效率与已有的研究结果做了比较，表明该市资源利用效率较低，城市生态系统所受压力偏大；最后提出缓解城市生态压力的若干建议。 10 生态足迹理论从具体的生物物理量角度研究自然资本消费的空间，从而成为判断区域可持续发展状况的理论之一 .江苏省正在大力
24、实施可持续发展战略，积极推进生态省建设，但在建设过程中 也面临一些难题 .本文通过对江苏 2003 年生态足迹的计算与分析，加深了对全省可持续发展状况的认识，从而对生态省建设有若干启示，包括提高生态承载力；控制人口增长、提倡绿色生产与消费，尽可能减少生态足迹；追求集约型城市化，建设生态城市；重视农村生态环境的改善等。 在介绍生态足迹理论和方法的基础上，以四川省 2003 年的统计数据为基础，对该省的生态足迹进行了计算。结果表明，四川省人均生态足迹为 1.360 hm2/人，人均生态承载力为 0.392 hm2/人，人均生态赤字高达 0.968 hm2/人，生态足迹超过了生态承载 力，经济社会处
25、于一种不可持续的发展状态。针对高生态赤字产生的原因，提出的可持续发展对策是 :建立节约型社会生产和消费体系，开发水电能源，发展高效生态农业等。 11 2.1 生态足迹的发展现状 在阐述生态足迹模型、计算方法的基础上，对河南省的资源消费现状进行了计算，得出河南省的人均生态足迹为 1.7125hm2，生态承载力为 0.4355 hm2，人均赤字为 1.277 hm2，表明河南省的发展已远远超出了生态承载力的阀值。河南省生态足迹的多样性指数为 1.221，万元 GDP 足迹为 2.35 hm2，生态协调系数为 1.216，适度人口 2460.77 万人等，也反映了河南省不可持续发展的模式。 在介绍生
26、态足迹的概念和计算方法的基础上，以山东省统计年鉴 (2004)的数据为依据，对山东省 2003 年的生态足迹进行了计算和分析 .结果表明，山东省2003 年的人均生态足迹为 1.863544hm2，人均可利用生态承载力为 0.618651hm2，人均生态赤字为 1.244893hm2，人均生态足迹已经远远超过人均生态承载力，表明山东省经济发展对生态系统的压力和强度甚高。 12 他的学生 Wackernagel 提出并完善的用来定量研究 区域可持续发展状况的分析方法，该理论把人类的各种消费及吸收其产生的各种废弃物所必须的生物生产面积，通过建立简明的指标体系和计算方法转换为全球通用的可用来比较的生
27、态足迹，把它与生态承载力相比，就能为区域的可持续发展状况提供定量诊断。该理论提出后，许多学者将它应用到众多领域，其中，在旅游方面的应用首推英国学者亨特 (Colin Hunter)，他最早提出旅游生态足迹的定义并探讨了旅游生态足迹的应用，随后维多利亚 (Cole Victoria)、格斯林 (Gossling)等运用旅游生态足迹分析方法进行了实证研究 13。 2.1.1 旅游生态足迹 与旅游活动有关的各种资源消耗，以及吸收其产生的废弃物所必需的生物生产性土地，即把旅游过程中旅游者消耗的各种资源和产生的各种废弃物吸收用被人容易感知的面积进行表述。这种面积是全球统一的，没有区域特性，而具有直接的可
28、比性。 生态足迹理论由于其简明性及其可定量性，使之在旅游研究方面的应用有其独特的优势。用旅游生态足迹收入来衡量星级饭店生态经济效益的高低，可以促使饭店在提高其经济收入的同时，关注生态效用，提高资源的利用效益，这符合当前提倡的资源节约型和环境友好型的经济方式，贯彻了科 学发展观的要求，做到经济效益和生态效益的兼顾。 生态足迹 (Ecological Footprint，简称 EF)或称生态空间占用，是一种通过量化人类对资源的利用，测量人类对生态系统所产生的影响和压力，进而判断人类活动是否处于生态系统承载力范围内的新方法。生态足迹是 1992 年加拿大生态经济学家 E. R.william 提出和
29、并由其学生 M. Wackernagel 1996 年完善。生态足迹自提出，很快作为一种新的理论方法被广泛应用于一些国家省市或地区的可持续发展问题，而且其理论方法得到迅速地发展和完善。 具有 生态生产能力的土地和水域。生态足迹分析中用生态生产性土地的概念来代表自然资本， 简化了对自然资本的统计。在生态足迹帐户核算中，各种资源和能源的消费项目被折算成耕地、林地、草地、水域、化石燃料土地和建筑用地等六类生态生产性土地类型。其中， 耕地是生产能力最大的一类， 集聚了人类所利用的大部分生物量； 林地是指可以产出木材产品的人造林或天然林， 生产能力大多较低； 草地主要用于饲养牲畜， 生产能力低于耕地；
30、水域包括淡水和非淡水 (本文使用的是内陆水域面积 ) ；化石燃料土地是人们应该留出用于吸收 CO2的土地， 但实际中人类并未留出这类土地。 生态足迹作为一种可持续发展状况的定量测度，反映了人类对各种自然资源的利用程度 .文章以山西省 2003 统计年鉴的数据为依据，计算分析了山西省 2002 年生态足迹 .结果表明， 2002 年山西省人均生态足迹为 3.14 hm2，而人均生态承载力仅为 0.87 hm2，则人均生态赤字 2.27hm2，表明人类对区域自然资源的利用已经远远超过了区域生态系统的承载能力 .区域生态经济系统处于过度开发利用的重压之下，处于不可持续发展状态，必须引起足够的重视 .。 14 基于生态足迹理论及模型，对芜湖市 2003 年生态足迹进行计算和分析，结果表明芜湖市 2003 年生态足迹赤字为 0 907hm2，属于地方不可持续状态，并在不同尺度下，通过对区域之间发展的横向比较，为芜湖市未来城市的建设和可持续发展提供了理论决策依据。 2.2 研究区域与研究方法
