上海市2000—2009年生態(tài)足跡測算與動態(tài)分析

何彩虹， 吳開亞， 胡淑恒

（合肥工業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境工程學(xué)院，安徽 合肥 230009）

生態(tài)足跡方法是測度區(qū)域可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r的有效方法之一，自1992年被提出以來就廣泛運(yùn)用于各級范圍、各種尺度、多種領(lǐng)域的可持續(xù)發(fā)展評價中。該方法不僅可以靜態(tài)分析區(qū)域可持續(xù)發(fā)展程度，而且可以通過時間序列的研究來對區(qū)域發(fā)展進(jìn)行動態(tài)分析和預(yù)測［1］。它主要是通過計算區(qū)域發(fā)展過程中所消耗的自然資源量與區(qū)域所能提供的資源量之間的關(guān)系來定量評價區(qū)域發(fā)展的可持續(xù)狀況。

改革開放30多年來，上海市在經(jīng)濟(jì)迅速增長的同時，也面臨耕地銳減、人地矛盾突出、能源短缺等一系列生態(tài)問題。本文運(yùn)用生態(tài)足跡方法，對上海市2000—2009年生態(tài)可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r進(jìn)行動態(tài)研究，以期為上海市實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展提供可行的參考。

1 研究區(qū)概況

上海市地理位置優(yōu)越，改革開放以來，經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，人口規(guī)模急劇增長，城市化率處于全國領(lǐng)先水平。至2009年末，全市常住人口總數(shù)為1 921.32萬人，其中外來人口695.82萬人。人均耕地面積為0.01hm2，僅占全國人均耕地面積的1／9，人均GDP達(dá)到7.90萬元，高出全國人均GDP 5.3萬元。上海市資源和能源總量匱乏，能源消費主要依靠外省市調(diào)入或國外進(jìn)口，能源短缺已成為全市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的瓶頸制約，在一定程度上影響了區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

2 生態(tài)足跡模型

2.1 生態(tài)足跡的內(nèi)涵

生態(tài)足跡理論由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家 William和Wackernagel在20世紀(jì)90年代提出［2－5］，采用生產(chǎn)性土地面積來度量一個確定人口或經(jīng)濟(jì)規(guī)模的資源消費或消納廢棄物水平的賬戶工具，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”［6］。首先計算一個區(qū)域的人口在生產(chǎn)及發(fā)展過程中所消耗各種資源和能源，以及吸收其所產(chǎn)生的各種廢棄物的過程中所必需的生產(chǎn)性土地面積即生態(tài)足跡，然后計算區(qū)域內(nèi)現(xiàn)存土地中能夠提供各種資源和能源的生產(chǎn)性土地面積即生態(tài)承載力，最后通過計算兩者的差額及生態(tài)赤字／盈余來評估區(qū)域內(nèi)的可持續(xù)發(fā)展程度［1］。

2.2 生態(tài)足跡計算模型

生態(tài)足跡的計算基于2個事實［7－9］：① 人類可以確定自身消費的絕大多數(shù)資源及其所產(chǎn)生的廢棄物量；② 這些資源和廢棄物量能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的生物生產(chǎn)面積。因此，任何已知人口（某個個人、一個城市或一個國家）的生態(tài)足跡就是生產(chǎn)這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)土地的總面積。

（1）生態(tài)足跡需求（EF）的計算。根據(jù) William Rees的劃分方法，將各種生產(chǎn)性土地主要劃分為耕地、林地、草地、水域、化石燃料用地、建筑用地等6種。但是這6種生產(chǎn)性用地的生產(chǎn)能力不同，在計算時需要將各種類型的土地乘以一個均衡因子加以調(diào)整，轉(zhuǎn)化為具有相同生產(chǎn)能力的面積。生態(tài)足跡計算模型［3］如下：

其中，EF為總生態(tài)足跡；ef為人均生態(tài)足跡；N為人口數(shù)；i為消費商品或生產(chǎn)的類型；j為生態(tài)生產(chǎn)性土地類型；rj為均衡因子。

（2）生態(tài)足跡供給（EC）的計算。在計算生態(tài)足跡供給（生態(tài)承載力）時，因不同國家或地區(qū)的資源享賦不同，不僅單位面積不同類型的土地生物生產(chǎn)能力差異較大，且單位面積同類型的土地生產(chǎn)力也有很大差異，不同國家或地區(qū)的同類生物生產(chǎn)土地的實際面積無法直接進(jìn)行對比，需對不同類型的生物生產(chǎn)土地面積進(jìn)行調(diào)整。這可以通過引進(jìn)一個產(chǎn)量因子來實現(xiàn)，也就是某個國家或地區(qū)某類型土地平均生產(chǎn)力與世界同類土地平均生產(chǎn)力的比率。將現(xiàn)有的耕地、草地、林地、建筑用地、水域等物理空間的面積乘以相應(yīng)的均衡因子和產(chǎn)量因子，就可以得到世界平均生態(tài)空間面積（生態(tài)承載力）。

其中，EC為總生態(tài)承載力；ec為人均生態(tài)承載力；N為人口數(shù)；j為生態(tài)生產(chǎn)性土地類型；aj為第j類生態(tài)生產(chǎn)性土地的人均真實面積；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子。最終可供使用的生態(tài)承載力應(yīng)在均衡生態(tài)承載力的基礎(chǔ)上扣除12%的面積作為生物多樣性保護(hù)面積。

（3）生態(tài)赤字／盈余（ED）的計算。當(dāng)一個地區(qū)的生態(tài)足跡（EF）大于其生態(tài)承載力（EC），就會出現(xiàn)生態(tài)赤字，表明該地區(qū)自然生態(tài)系統(tǒng)承受壓力較大，生態(tài)足跡供給不足，不利于經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展；反之，則為生態(tài)盈余，經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有可持續(xù)性［6］。

（4）萬元GDP生態(tài)足跡（GE）的計算。

其中，EC0是均衡生態(tài)承載力。GDP生態(tài)足跡反映了生態(tài)足跡的經(jīng)濟(jì)效益即資源的利用效率，其值越大表明資源利用效率越低，反之則資源利用效率越高［10］。

3 上海市生態(tài)足跡的測算與分析

3.1 數(shù)據(jù)來源及說明

在生態(tài)足跡計算過程中，生物資源生產(chǎn)量、常住人口和GDP數(shù)據(jù)源于文獻(xiàn)［11］；能源消費量源于文獻(xiàn)［12］；各類型土地面積源于文獻(xiàn)［13］；均衡因子的確定根據(jù)世界各國生態(tài)足跡報告［14］中的數(shù)值；產(chǎn)量因子采用文獻(xiàn)［15］的取值。

3.2 生態(tài)足跡計算

3.2.1 生態(tài)足跡需求量計算

人類的生產(chǎn)和生活消費包括：生物資源消費（主要有農(nóng)產(chǎn)品和木材）和能源消費，生態(tài)足跡計算也由這2部分消費組成。生物資源生態(tài)足跡采用生產(chǎn)量計算，能源生態(tài)足跡用消費量計算，這樣可以反映區(qū)域環(huán)境的實際承受力。本文在計算各生態(tài)足跡分量時，由于數(shù)據(jù)統(tǒng)計有限，無法獲得人類生產(chǎn)或消耗的所有項目統(tǒng)計數(shù)據(jù)，只能選取代表性較好且能進(jìn)行縱向和橫向比較的項目。

（1）生物資源生態(tài)足跡需求量的計算。生物資源產(chǎn)品是居民日常生活最基本和主要的消費品，上海市2000—2009年生物資源生態(tài)足跡需求量見表1所列。

表1 2000—2009年上海市生物資源消費生態(tài)足跡需求 104 hm2

（2）能源資源生態(tài)足跡需求量的計算。上海市能源消費主要有煤、焦炭、石油、汽油、柴油、燃料油、其他石油制品、熱力和電力等，以世界上單位化石能源生產(chǎn)土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)，將全市能源消費所消耗的熱量折算成一定的化石能源土地面積或建筑用地面積，結(jié)果見表2所列。

表2 2000—2009上海市能源資源消費生態(tài)足跡需求 104 hm2

（3）人均生態(tài)足跡需求量計算。將各種生態(tài)足跡分量進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化后加總，除以全市各年常住人口總數(shù)可得到人均生態(tài)足跡需求，結(jié)果見表3所列。

表3 2000—2009年上海市人均生態(tài)足跡需求 hm2／人

3.2.2 生態(tài)足跡供給量計算

生態(tài)足跡供給反映全市的資源供給能力，產(chǎn)量因子是比較全市各類型土地生產(chǎn)力與全球平均生產(chǎn)力所得，耕地采用糧食產(chǎn)量；林地采用原木產(chǎn)量；水域采用水產(chǎn)品產(chǎn)量；因建筑用地均為占用生產(chǎn)力較高的耕地面積，所以采用耕地的產(chǎn)量因子；上海市無大面積草地分布，這里對草地不予考慮。

由（2）式計算得到上海市2000—2009年生態(tài)足跡供給（即均衡生態(tài)承載力），而最終可供使用的生態(tài)承載力應(yīng)在此基礎(chǔ)上扣除12%的面積作為生物多樣性保護(hù)面積。計算匯總結(jié)果見表4所列。

表4 2000—2009年上海市人均生態(tài)足跡供給 hm2／人

3.2.3 生態(tài)赤字／盈余計算

根據(jù)各生態(tài)足跡供需量，依據(jù)（3）式可得2000—2009年上海市人均生態(tài)赤字／盈余，結(jié)果見表5所列。

表5中的生態(tài)足跡供給量是扣除12%的生態(tài)多樣性面積后的最終生態(tài)承載力。

表5 2000—2009年上海市人均生態(tài)赤字／盈余 hm2／人

3.2.4 上海市萬元GDP生態(tài)足跡計算

萬元GDP生態(tài)足跡反映資源利用效率，它結(jié)合資源投入和產(chǎn)出來考慮生態(tài)效率。由（4）式可計算上海市萬元GDP生態(tài)足跡，結(jié)果見表6所列。

3.3 上海市生態(tài)足跡分析

3.3.1 生態(tài)足跡需求動態(tài)分析

2000—2009年上海市人均生態(tài)足跡需求如圖1所示。

圖1 2000－2009年上海市人均生態(tài)足跡需求

由表3以及圖1可以看出，研究期內(nèi)上海市人均生態(tài)足跡需求量逐年增加，并呈繼續(xù)增加的趨勢。對于各類型土地的人均生態(tài)足跡需求量，水域、化石能源用地、建設(shè)用地整體呈增加趨勢，耕地逐年減少，牧地和林地略有波動但整體呈減少趨勢。其中化石能源用地的人均生態(tài)足跡需求量在總?cè)司枨罅恐兴急壤畲?，?009年所占比例達(dá)到92.22%，變化趨勢對總?cè)司鷳B(tài)足跡需求量的變化趨勢影響最大。全市總?cè)司鷳B(tài)足跡需求量平均每年增長6.5%，這與化石能源用地生態(tài)足跡需求量的迅速增加密不可分。

3.3.2 生態(tài)足跡供給動態(tài)分析

結(jié)合表4和圖2可以看出，2000—2009年本市總?cè)司鷳B(tài)足跡供給整體呈遞減趨勢，2009年減少為0.179 2hm2／人。據(jù)統(tǒng)計2007年全國人均生態(tài)足跡供給為1.389 3hm2／人［10］，上海市人均生態(tài)足跡供給不到全國平均水平的1／7。各類型生態(tài)生產(chǎn)性土地中，除林地面積大幅度增加以外，其余類型土地面積均波動性減少。全市各類土地生態(tài)足跡供給量所占比例有所變動，2000年所占比例從大到小為水域、耕地、建設(shè)用地和林地，隨著耕地面積急劇減少，到2009年所占比例從大到小依次為水域、建設(shè)用地、耕地和林地。

扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積后，最終可供使用生態(tài)承載力也呈現(xiàn)逐年遞減趨勢，由2000年的0.198 4hm2／人減少到2009年的0.157 7hm2／人，下降了20.5%。其中耕地2000年可供使用生態(tài)承載力為0.073 6hm2／人，2009年降為0.043 6hm2／人，下降了40.8%。所占比例最小的林地，2000年可供使用 承 載 力 為 0.001 3hm2／人，2009 年 增 加 為0.006 7hm2／人，增加了近4倍，但由于其在總生態(tài)承載力中所占比例最小，不能改變總生態(tài)承載力逐漸減少的趨勢。可見不同類型土地的生態(tài)承載力差異較大，供給量每年的遞變速度也不同。

圖2 2000－2009年上海市人均生態(tài)足跡供給

3.3.3 生態(tài)赤字動態(tài)分析

由表5可知，目前全市生態(tài)赤字已相當(dāng)嚴(yán)重，遠(yuǎn)超出全國平均水平，如2007年中國人均生態(tài)赤字為2.446 1hm2／人［10］。2000—2009年全市耕地、牧地、林地、水域、化石能源用地一直處于生態(tài)赤字狀態(tài)，其中耕地、牧地和林地的生態(tài)赤字整體呈逐漸減少趨勢，水域和化石能源用地生態(tài)赤字呈逐年遞增趨勢。由此導(dǎo)致研究期內(nèi)全市人均生態(tài)足跡處于赤字狀態(tài)并逐年遞增，在2008—2009年增長幅度有所減緩。建設(shè)用地一直處于生態(tài)盈余，但呈逐漸減少的趨勢，平均每年減少0.000 9hm2／人?；茉从玫貙ι鷳B(tài)赤字的貢獻(xiàn)最大，居民日常生活的大部分消耗都體現(xiàn)在對能源的消耗上，因此減少生態(tài)赤字首先要減少化石能源用地生態(tài)赤字。

3.3.4 萬元GDP生態(tài)足跡動態(tài)分析

表6反映研究期內(nèi)上海市萬元GDP生態(tài)足跡均逐年減少（除林地外）。其中耕地、水域和建設(shè)用地GDP生態(tài)足跡減少幅度較大，耕地GDP生態(tài)足跡由2000年的0.027 8hm2／萬元減少到2009年的0.006 3hm2／萬元，減少了77.4%，水域減少了69.9%，建設(shè)用地減少了63.2%。林地GDP生態(tài)足跡有所增加，但由于所占比例較小，并不能改變?nèi)锌侴DP生態(tài)足跡逐漸減少的趨勢。2000—2009年全市GDP生態(tài)足跡明顯逐年遞減，2000年為0.085 2hm2／人，2009年降為0.025 8hm2／人，減少了69.8%。GDP生態(tài)足跡越大，表明資源利用效率越低，反之則資源的利用效率越高。因此，近10a來上海市GDP生態(tài)足跡逐漸減少反映資源利用效率的提高和經(jīng)濟(jì)增長方式的良性轉(zhuǎn)變，且處于全國領(lǐng)先水平，如2007年全國平均GDP生態(tài)足跡為0.735 7hm2／萬元［10］。但與發(fā)達(dá)國家相比，資源利用效率仍然偏低，必須通過各種措施促進(jìn)科技對經(jīng)濟(jì)發(fā)展的貢獻(xiàn)率，進(jìn)一步提高資源利用效率。

3.3.5 上海市與部分地區(qū)生態(tài)足跡比較

上海市與部分地區(qū)生態(tài)足跡比較見表7所列。

表7中有關(guān)數(shù)據(jù)的參考文獻(xiàn)如下：美國，文獻(xiàn)［15］；阿聯(lián)酋、科威特、英國，文獻(xiàn)［16］；合肥，文獻(xiàn)［17］，北京、天津、廣東、福建，文獻(xiàn)［18］；全國水平，文獻(xiàn)［10］。

表7 上海市與部分地區(qū)生態(tài)足跡比較 hm2／人

從表7可以看到，上海市人均生態(tài)足跡遠(yuǎn)高于全國平均水平，生態(tài)赤字嚴(yán)重，但與經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)或國家相比，仍具有一定優(yōu)勢。國際大都市的生態(tài)足跡普遍偏高似乎是一種趨勢，發(fā)達(dá)國家或地區(qū)居民的生態(tài)足跡普遍比不發(fā)達(dá)國家或地區(qū)居民的生態(tài)足跡要高，反映了上海市經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速。但必須清醒地認(rèn)識到，這種經(jīng)濟(jì)發(fā)展對外部具有很大的依賴性，對經(jīng)濟(jì)的長期穩(wěn)定發(fā)展較為不利。

4 結(jié)論

（1）2000年以來全市人均生態(tài)足跡逐漸增加，生態(tài)承載力逐漸減少，生態(tài)赤字迅速增加。為了保持現(xiàn)有的生活水準(zhǔn)，必須通過國內(nèi)外貿(mào)易從其他經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)引入生態(tài)足跡供給，來彌補(bǔ)自身所存在的生態(tài)赤字。在各種類型土地構(gòu)成中，化石能源用地所占比例最大，牧地和水域的生態(tài)足跡較小，這將有利于森林和水域的保護(hù)。

（2）全市耕地和水域的生態(tài)空間供給較大，但近年來耕地面積和水域面積明顯減少，降低了人均生態(tài)承載力。與國內(nèi)外水平相比，上海市人均生態(tài)承載力遠(yuǎn)低于全國水平和世界平均水平。

（3）全市GDP生態(tài)足跡逐年降低，2009年為0.025 8hm2／萬元。與全國平均水平相比，上海市萬元GDP生態(tài)足跡相對較低，反映出全市資源利用效率的提高和經(jīng)濟(jì)增長方式的良性轉(zhuǎn)變，有從粗放型、消耗型的資源利用模式向集約型、節(jié)約型逐步轉(zhuǎn)變的趨勢。

（4）2009年全市人均生態(tài)赤字遠(yuǎn)高于全國平均水平，為6.325 5hm2／人，并有繼續(xù)增加的趨勢，屬于人均水平虧缺較高的區(qū)域，這也從側(cè)面反映了上海市經(jīng)濟(jì)發(fā)展較為迅速，但這種經(jīng)濟(jì)發(fā)展對外部具有較大的依賴性，可持續(xù)性發(fā)展面臨嚴(yán)重威脅。

（5）針對上海市生態(tài)環(huán)境現(xiàn)實發(fā)展?fàn)顟B(tài)和相關(guān)影響因素，應(yīng)制定切實可行的對策減少生態(tài)赤字、緩解生態(tài)環(huán)境壓力，如適度控制人口規(guī)模、合理開發(fā)和規(guī)劃土地資源以提高城市土地生態(tài)承載力、發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、提高資源利用效率，確保經(jīng)濟(jì)持續(xù)穩(wěn)定健康發(fā)展，努力構(gòu)建人口均衡型、資源節(jié)約型、環(huán)境友好型城市。

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