能值生態(tài)足跡法在我國(guó)的應(yīng)用現(xiàn)狀及展望

程 麗，方江平

(西藏農(nóng)牧學(xué)院 高原生態(tài)研究所 高山森林生態(tài)系統(tǒng)國(guó)家野外科學(xué)觀測(cè)研究站，西藏 林芝 860000)

生態(tài)足跡這個(gè)概念首先是由是加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家Rees[1]提出，由他的研究生Wackernagel[2]進(jìn)一步發(fā)展。概念經(jīng)提出后，得到了廣泛認(rèn)可。作為一個(gè)較好的可持續(xù)發(fā)展定量分析指標(biāo),在世界范圍內(nèi)得到應(yīng)用[3]。模型計(jì)算過程簡(jiǎn)單，結(jié)果形象直白[4]，適用性較強(qiáng)[5]，形成了諸多成果[6～8]。但自理論提出以來，有關(guān)模型缺陷引發(fā)了諸多爭(zhēng)議[9]，許多學(xué)者據(jù)此提出了相應(yīng)改進(jìn)[10]。

其中能值生態(tài)足跡是在傳統(tǒng)的生態(tài)足跡法的基礎(chǔ)上，結(jié)合Odum的能值分析理論[11]，糅合而成的一種新的分析方法。它克服了部分傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型中的缺陷，在計(jì)算中利用能值折算系數(shù)和能值轉(zhuǎn)換率，將區(qū)域內(nèi)的不同指標(biāo)統(tǒng)一轉(zhuǎn)化為太陽(yáng)能值單位，這樣能夠比較不同指標(biāo)對(duì)區(qū)域生態(tài)承載力做出的貢獻(xiàn)。同時(shí)為了方便最終比較能值生態(tài)足跡和能值生態(tài)足跡的值，能值生態(tài)足跡法引入能值密度，將計(jì)算出的能值結(jié)果通過不同的密度轉(zhuǎn)化為統(tǒng)一的生物生產(chǎn)性土地面積[12]。在應(yīng)用過程中，比傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型計(jì)算出的結(jié)果更加精確可靠。[13-15]

能值生態(tài)足跡 (EEF)國(guó)內(nèi)最早由藍(lán)盛芳[16]引入，隨后能值理論與方法被應(yīng)用到了許多方面。總結(jié)現(xiàn)有的能值生態(tài)足跡模型，發(fā)現(xiàn)在應(yīng)用中也存在很多問題，能值生態(tài)足跡法為我國(guó)社會(huì)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供了理論依據(jù)，對(duì)我國(guó)的生態(tài)安全構(gòu)建起著至關(guān)重要的作用。但是國(guó)內(nèi)鮮少見關(guān)于能值生態(tài)足跡的應(yīng)用現(xiàn)狀及分析，為了能值生態(tài)足跡理論更好更優(yōu)的發(fā)展，就它應(yīng)用現(xiàn)狀和存在的問題進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析尤為必要。

1 能值生態(tài)足跡法的相關(guān)研究

能值生態(tài)足跡 (EEF)是指某一國(guó)家或地區(qū)人口所能獲得的自然資源與消耗的各種資源以及消耗這些資源時(shí)所產(chǎn)生的廢棄物對(duì)應(yīng)的能值面積[13]。國(guó)內(nèi)最早由藍(lán)盛芳[16]引入，隨后能值理論與方法被應(yīng)用到了許多方面。近年來，國(guó)內(nèi)相繼出現(xiàn)了許多基于這種方法的實(shí)證研究文獻(xiàn)。研究方法不斷發(fā)展完善，主要體現(xiàn)在以下3個(gè)方面

1.1 能值生態(tài)足跡理論的應(yīng)用研究

吳景輝等[17]對(duì)齊齊哈爾市可持續(xù)發(fā)展進(jìn)行研究,利用能值生態(tài)足跡模型對(duì)21世紀(jì)以來的16年間的能值足跡變化進(jìn)行計(jì)算分析，在得出齊齊哈爾市赤字趨勢(shì)明顯結(jié)論的基礎(chǔ)上，通過分析能值生態(tài)足跡數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)齊齊哈爾市近幾年發(fā)展資源利用率明顯提高，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的壓力逐年減小，為今后的可持續(xù)發(fā)展道路提供了可行措施。馬赫等[18]基于生態(tài)足跡模型定量分析廈門市近30年的可持續(xù)發(fā)展程度，發(fā)現(xiàn)廈門市由生態(tài)盈余轉(zhuǎn)為生態(tài)赤字。在理論分析的基礎(chǔ)上，提出建議：廈門市要想走可持續(xù)發(fā)展路線，應(yīng)及時(shí)調(diào)整現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，減小發(fā)展對(duì)生態(tài)環(huán)境的破壞和過度消耗。 Zhao、張芳怡等[19]都將能值生態(tài)足跡模型應(yīng)用于城市生態(tài)足跡評(píng)價(jià)，在論述中將能值生態(tài)足跡模型與傳統(tǒng)模型相比較，得到能值生態(tài)足跡法的肯定評(píng)價(jià)。隨后我國(guó)各個(gè)層面、各個(gè)方向都出現(xiàn)了大量的能值生態(tài)足跡應(yīng)用研究[20～22]。

1.2 能值生態(tài)足跡模型的創(chuàng)新研究

一些學(xué)者在能值理論的基礎(chǔ)上引進(jìn)“能值密度”這個(gè)概念對(duì)傳統(tǒng)的生態(tài)足跡模型進(jìn)行改進(jìn)[22]。但是能值密度的選擇也有區(qū)分。譚德明、高陽(yáng)等[23，24]在計(jì)算中國(guó)能源消費(fèi)生態(tài)足跡和全國(guó)省區(qū)生態(tài)足跡時(shí)采用的就是全球能值密度；一些學(xué)者認(rèn)為在生態(tài)承載力計(jì)算中應(yīng)用了全球平均的能值密度進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果雖然方便各區(qū)域之間的比較，但忽略了各區(qū)域的特性。為了解決這些問題,學(xué)者們對(duì)能值生態(tài)足跡模型進(jìn)行了改進(jìn)。例如劉淼[25]改進(jìn)了能值生態(tài)足跡的計(jì)算方法，對(duì)能值密度進(jìn)行的區(qū)域計(jì)算，稱為區(qū)域能值足跡。張芳怡、張磊[17,26]等在計(jì)算江蘇省生態(tài)足跡和天津市生態(tài)足跡時(shí)選取的是區(qū)域能值密度。

為能針對(duì)性的整理環(huán)境存在的問題，找到驅(qū)動(dòng)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)質(zhì)量發(fā)生變化的內(nèi)在動(dòng)因，曹威威通過改進(jìn)模型，利用賬戶分析，更清晰地追蹤各類指標(biāo)能值生態(tài)足跡、能值生態(tài)承載力以及能值盈余/赤字產(chǎn)生的變化[27]。

1.3 分析方法與其他指標(biāo)結(jié)合的創(chuàng)新應(yīng)用研究

能值生態(tài)足跡模型主要包括3個(gè)部分，第1部分是能值生態(tài)足跡 (EEF)，即人類消耗的區(qū)域自然資源以及利用這些資源時(shí)所產(chǎn)生的廢棄物對(duì)應(yīng)的能值面積;第2部分是能值生態(tài)承載力 (EEC)，即人類所能獲得的區(qū)域自然資源對(duì)應(yīng)的能值面積。第3部分將EEF和EEC轉(zhuǎn)化為同一量綱單位時(shí)，二者可直接進(jìn)行比較。當(dāng)EEF>EEC時(shí)，稱為能值生態(tài)赤字，表明該區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)處于不可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài);當(dāng)EEF

尚海龍、楊青等[28-30]人運(yùn)用能值生態(tài)足跡法，同時(shí)結(jié)合灰色預(yù)測(cè)模型，對(duì)西藏牧區(qū)和東北老工業(yè)基地的能值生態(tài)足跡儲(chǔ)值進(jìn)行測(cè)算、分析及預(yù)測(cè)。定量評(píng)價(jià)能值生態(tài)足跡,明確其優(yōu)勢(shì)與不足。用灰色動(dòng)力學(xué)模型預(yù)測(cè)其動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)，評(píng)價(jià)生態(tài)安全指數(shù)。趙志強(qiáng)從供需角度利用能值生態(tài)足跡法來分析區(qū)域發(fā)展情況，以深圳市為例。創(chuàng)造性的將人類社會(huì)生產(chǎn)活動(dòng)也包括在評(píng)價(jià)系統(tǒng)內(nèi)，發(fā)展完善了能值生態(tài)足跡模型[31]。

2 不同尺度的能值生態(tài)足跡方法動(dòng)態(tài)

2.1 國(guó)家尺度

趙晟在2009年，首次站在國(guó)家生態(tài)安全層面上，評(píng)估生態(tài)現(xiàn)狀。將能值理論與生態(tài)足跡法相結(jié)合，分析長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)的生態(tài)足跡變化。結(jié)果表明中國(guó)已不能滿足基本可持續(xù)性的要求,而韓國(guó)能夠滿足這一要求[32]。同時(shí)國(guó)內(nèi)評(píng)價(jià)主要有周斌[33]以2008年開始近5年的階段評(píng)估，分析我國(guó)的可持續(xù)發(fā)展程度。

2.2 區(qū)域尺度

馬楠以2016年陜西省的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為依據(jù),對(duì)陜西省的生態(tài)安全情況進(jìn)行了計(jì)算與分析，得出陜西省對(duì)化石能源的依賴程度較高。需要改善區(qū)域生產(chǎn)、生活方式和消費(fèi)模式，提高生物生態(tài)足跡多樣性的結(jié)論[34]；王明全以國(guó)內(nèi)兩個(gè)省市作為案例，運(yùn)用現(xiàn)有的生態(tài)足跡分析法分別進(jìn)行評(píng)價(jià)，評(píng)價(jià)結(jié)果及其體現(xiàn)的生態(tài)意義差距明顯[35]；徐猛等基于1990—2010的時(shí)間序列，運(yùn)用能值生態(tài)足跡模型分析研究了20年間石河子綠洲的動(dòng)態(tài)變化[36]，并得出了石河子已存在生態(tài)赤字的結(jié)論。此外，對(duì)于區(qū)域尤其是省市生態(tài)安全、可持續(xù)發(fā)展的研究還有很多[37-41]，為我國(guó)各省市的生態(tài)安全發(fā)展提供了有益借鑒。

2.3 微觀層面

賀成龍應(yīng)用水電工程的能值足跡模型,分析結(jié)果表明：在維持合理的投入產(chǎn)出情況下，三峽工程將在2026年實(shí)現(xiàn)生態(tài)平衡。定量評(píng)價(jià)三峽工程的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、環(huán)境影響，為今后的可持續(xù)發(fā)展提供了有益借鑒[42]。李俊杰運(yùn)用能值生態(tài)足跡方法，對(duì)住宅小區(qū)各個(gè)建設(shè)階段的環(huán)境負(fù)荷進(jìn)行了定量分析，將小區(qū)的建設(shè)運(yùn)營(yíng)分為5個(gè)部分，在這個(gè)基礎(chǔ)上，提出減少住宅小區(qū)環(huán)境符合的有效措施。[43]。張磊監(jiān)測(cè)計(jì)算了天津市2001年以來近8年居民家庭消費(fèi)的能值生態(tài)足跡[44]。得到天津市居民對(duì)城市的不可更新資源依賴程度高的結(jié)論。并針對(duì)分析結(jié)果，提出對(duì)策措施，倡導(dǎo)綠色、健康的生活方式。

3 不同行業(yè)的能值生態(tài)足跡方法動(dòng)態(tài)

能值生態(tài)足跡在經(jīng)濟(jì)活動(dòng)及行業(yè)發(fā)展中的應(yīng)用也極為豐富。謝雨桐等[45]以將能值生態(tài)足跡運(yùn)用于物流業(yè)的科學(xué)發(fā)展中，以寧波港為例，在得到寧波港的生態(tài)赤字嚴(yán)重的基礎(chǔ)上，提出對(duì)策建議。

3.1 農(nóng)業(yè)方面

邊淑娟等[46]對(duì)福建省1997年以來的10年間的農(nóng)業(yè)廢棄物的利用方式進(jìn)行評(píng)估。分析得到農(nóng)業(yè)廢棄物現(xiàn)階段的利用程度低，認(rèn)為農(nóng)業(yè)廢棄物的二次利用對(duì)福建省的農(nóng)業(yè)生態(tài)健康穩(wěn)定發(fā)展起著巨大的促進(jìn)作用。針對(duì)計(jì)算結(jié)果，得到政府應(yīng)加強(qiáng)引導(dǎo)和合理規(guī)劃，統(tǒng)籌布局，形成長(zhǎng)效機(jī)制，促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。同樣的將能值理論應(yīng)用與農(nóng)業(yè)生態(tài)健康發(fā)展的文獻(xiàn)還包括農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展[47，48]和耕地評(píng)價(jià)[49～52]。

3.2 旅游業(yè)方面

張飛等[52]基于能值生態(tài)足跡模型,對(duì)藏東南旅游區(qū)2014—2016年間的生態(tài)足跡進(jìn)行計(jì)算，得到藏東南旅游區(qū)的生態(tài)承載力基數(shù)大，生態(tài)現(xiàn)狀良好，處于可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，但仍然需要緩解旅游區(qū)內(nèi)的生態(tài)壓力的結(jié)論。并提出創(chuàng)新經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變等建議。趙建強(qiáng)等[53]也對(duì)旅游區(qū)生態(tài)旅游的發(fā)展?fàn)顟B(tài)進(jìn)行定量測(cè)評(píng)，基于能值生態(tài)足跡，對(duì)旅游區(qū)進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展評(píng)估，并提出具有可操作性的可持續(xù)發(fā)展對(duì)策。

3.3 城市交通方面

在城市交通方面，譚志海等[54]都基于傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型定量分析了各城市客運(yùn)交通的生態(tài)足跡、生態(tài)效率與環(huán)境壓力指數(shù)，分析了變化趨勢(shì)。宗剛[55]首次運(yùn)用能值生態(tài)足跡法分析了北京市的公共交通發(fā)展?fàn)顩r，運(yùn)用熱力學(xué)修正原理，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)模型的缺陷。得到了更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果。分析結(jié)果顯示北京市公共交通有較大的發(fā)展空間，且可持續(xù)發(fā)展程度較高，建議推動(dòng)軌道交通的發(fā)展。

4 能值生態(tài)足跡分析方法的優(yōu)點(diǎn)及不足

能值生態(tài)足跡是對(duì)傳統(tǒng)生態(tài)足跡模型的改進(jìn)，克服了部分傳統(tǒng)模型存在的缺陷[56]?？梢酝ㄟ^大跨度的時(shí)間序列的動(dòng)態(tài)過程研究，來計(jì)算各指標(biāo)的時(shí)間序列值進(jìn)而追蹤各個(gè)時(shí)點(diǎn)的可持續(xù)程度，揭示區(qū)域生態(tài)足跡變化特征與區(qū)域發(fā)展演化的內(nèi)在互動(dòng)機(jī)制[57]，從而來補(bǔ)救指標(biāo)靜態(tài)性的缺憾[59、60]。計(jì)算結(jié)果能更加接近真實(shí)的反應(yīng)研究區(qū)域概況。但通過對(duì)比已有能值生態(tài)足跡模型[16-29]發(fā)現(xiàn)，能值生態(tài)足跡模型存在以下問題:

4.1 能值生態(tài)足跡指標(biāo)分類和整合問題

隨著環(huán)境足跡陣容的不斷擴(kuò)大，指標(biāo)分類日益為各國(guó)學(xué)者所關(guān)注[60]。但具備較高共識(shí)度的環(huán)境足跡核算與整合框架尚未建立，僅從數(shù)學(xué)可行的角度來考慮指標(biāo)的核算與整合，缺乏對(duì)不同足跡指標(biāo)所代表的實(shí)際環(huán)境問題的認(rèn)識(shí)[61]。在能值生態(tài)足跡模型中，能值生態(tài)足跡可以根據(jù)人類活動(dòng)占用的各類資源進(jìn)行指標(biāo)分類，而能值生態(tài)承載力因只考慮可更新資源能值無(wú)法進(jìn)行細(xì)致劃分，僅能核算總的能值生態(tài)承載力，造成無(wú)法區(qū)分具體各類指標(biāo)的能值生態(tài)盈余 /赤字，并可能產(chǎn)生“生態(tài)赤字/盈余幻覺”。

4.2 能值密度的選取差異較大

能值密度選擇方面存在區(qū)域密度和全球密度的差異，因?yàn)槿蛎芏仁沁x取一個(gè)時(shí)間段內(nèi)模糊的平均值，代表性沒有區(qū)域密度強(qiáng)，當(dāng)能值密度選擇不一時(shí)，計(jì)算結(jié)果差異較大。而在衡量區(qū)域能值生態(tài)承載力時(shí)使用區(qū)域能值密度，最終得到的結(jié)果為自身區(qū)域面積，無(wú)實(shí)際意義。

5 能值生態(tài)足跡分析方法的展望

能值生態(tài)足跡理論是度量可持續(xù)發(fā)展的重要方法，隨著其理論不斷修正完善，研究方向日益拓展，其優(yōu)勢(shì)和不足也凸顯出來，因此，結(jié)合已有的國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展，可從以下幾方面進(jìn)行研究:

(1)我國(guó)的能值生態(tài)足跡相關(guān)的研究起步晚，范圍側(cè)重于區(qū)域尺度，研究的熱點(diǎn)為生態(tài)安全和可持續(xù)發(fā)展。研究?jī)?nèi)容較為局限。隨著經(jīng)濟(jì)全球化的趨勢(shì)發(fā)展，今后的研究應(yīng)關(guān)注實(shí)際，例如以全球尺度、國(guó)家領(lǐng)域?yàn)閱挝坏拇蟪叨鹊姆治鲇?jì)算和廣泛范圍內(nèi)的行業(yè)生態(tài)足跡研究方面的評(píng)估。尤其是污染賬戶，對(duì)環(huán)境有直接的負(fù)面影響。因此,應(yīng)更加重視污染足跡、灰水足跡等研究。

(2)現(xiàn)有的能值生態(tài)足跡模型中，仍存在較大爭(zhēng)議，重點(diǎn)在于能值密度的選擇，部分學(xué)者在計(jì)算生態(tài)足跡和承載力時(shí)，密度指標(biāo)選用不一致，導(dǎo)致計(jì)算結(jié)果不存在可比性。未來的研究重點(diǎn)應(yīng)建立一個(gè)全面、具有高度共識(shí)的能值生態(tài)足跡模型?；诮y(tǒng)一的模型，這樣可以更大范圍，更廣時(shí)間跨度的橫向?qū)Ρ确治?。得到更有價(jià)值的數(shù)據(jù)。

(3)隨著區(qū)域間經(jīng)濟(jì)、文化、人口、物質(zhì)的頻繁交流，交通工具的便利大大增加了人類的活動(dòng)空間。但是，交通工具對(duì)資源的消耗和對(duì)生態(tài)環(huán)境造成的壓力在生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)研究中很少涉及，因此以生態(tài)足跡為基礎(chǔ)的城市交通可持續(xù)發(fā)展問題是下一步研究的重點(diǎn)。