國內(nèi)外生態(tài)足跡模型的應用研究文獻回顧與展望

侯培 朱有祿

摘要?通過文獻閱讀法，對國內(nèi)外生態(tài)足跡模型的起源、應用范圍、應用空間、修正方法進行詳細解讀，并對現(xiàn)有生態(tài)足跡相關(guān)研究提出不足與展望，以期為生態(tài)足跡模型的未來應用及具體修訂提供理論支撐。

關(guān)鍵詞?生態(tài)足跡模型;國內(nèi)外;回顧與展望

中圖分類號?X?144??文獻標識碼?A

文章編號?0517-6611（2019）23-0001-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2019.23.001

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Review and Prospect of the Application of Ecological Footprint Model at Home and Abroad

HOU Pei，ZHU You?lu

（Xian Engineering Investigation & Design Research Institute of China National Nonferrous Metals Industry Co.，Ltd.，Xian，Shaanxi 710054）

Abstract??This paper made a detailed interpretation of the origin，application scope，application space and correction methods of ecological footprint models at deomestic and foreign by means of literature reading method，and put forward the shortcomings and prospects of the current research on ecological footprint.The aim is to provide theoretical support for the future application and modification of ecological footprint model.

Key words?Ecological footprint model;Domestic and foreign;Review and expectation

生態(tài)足跡（ecological footprint，EF）指能夠持續(xù)地提供資源或處理廢物的、具有生物生產(chǎn)力的地域空間[1]。因此，生態(tài)足跡越大，自然資源的利用越多，生態(tài)壓力越大。

生態(tài)足跡模型最初由加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家William Rees[2]于1992年提出，該模型是一種以土地作為衡量單位的生態(tài)可持續(xù)性評估方法，假設6種生態(tài)生產(chǎn)用地，即化石能源土地、耕地、草地、林地、建筑用地和水域的空間差異。該方法計算過程簡便，計算結(jié)果直觀綜合，數(shù)據(jù)獲取途徑相對容易，因而獲得全球多個國家和多領域?qū)＜壹皺C構(gòu)的認可，隨后由其博士生Wackernagel等[3-4]于1996年進一步完善和論證該模型。

筆者回顧了國內(nèi)外學者的研究，總結(jié)了研究經(jīng)驗和研究修訂，以期為促進我國生態(tài)環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展之間的可持續(xù)發(fā)展、生態(tài)足跡模型的進一步精準應用及修正提供理論支撐。

1?模型綜述

1.1?生態(tài)足跡模型

該模型主要沿用Rees等[5]已有成果。其計算公式為[6]：

EF=N×ef=Nni=1riai=Nni=1（rici/Pi）

式中，EF為總的生態(tài)足跡;N為人口數(shù);ef為人均生態(tài)足跡;n為消費商品數(shù)量;i為消費商品和投入的類型;ri為當量因子;ai為人均i種交易商品占用的生物生產(chǎn)土地面積; ci為i種商品的人均消費量;Pi為i種消費商品的世界平均生產(chǎn)能力。

1.2?生態(tài)承載力模型?生態(tài)承載力即在某一特定環(huán)境條件下，某種個體存在數(shù)量的最高極限。其計算公式為[7]：

EC=Nec=N6j=1（ajri/yj）

式中，EC為區(qū)域總生態(tài)承載力;N為人口數(shù);ec為人均生態(tài)承載力; ai為人均生物生產(chǎn)性土地面積; ri為當量因子;yi為產(chǎn)量因子。

1.3?生態(tài)赤字/生態(tài)盈余模型?比較生態(tài)足跡與生態(tài)承載力計算結(jié)果，如果生態(tài)足跡大于生態(tài)承載力，則是生態(tài)赤字，阻礙了生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展;如果生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡，則是生態(tài)盈余，將有利于生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。這一方法簡單明了，從定量上可以直接判斷某一地區(qū)生態(tài)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展。

2?國外模型應用領域

2.1?理論及應用發(fā)展

生態(tài)足跡模型理論始于Wackernagel等[8]基于聯(lián)合國官方統(tǒng)計數(shù)據(jù)，1997年對居住著世界上80%人口的52個國家的《國家生態(tài)足跡》（Ecological Footprint of Nations）生態(tài)環(huán)境影響數(shù)據(jù)進行了比較分析，這些數(shù)據(jù)表明，當時已有43個國家出現(xiàn)生態(tài)赤字，人類所使用的資源和生態(tài)服務比大自然所能再生的資源和生態(tài)服務多出約1/3。

隨后，Senbel等[9]將生態(tài)足跡模型應用于北美地區(qū)，研究了人類消費、生態(tài)生產(chǎn)力和物質(zhì)效率的幾種情況，以探討在未來一個世紀中，哪些變量會對北美的生態(tài)預算產(chǎn)生影響。他們認為只有人類消費大幅度減少，才有可能產(chǎn)生生態(tài)盈余。經(jīng)濟活動和消費的增加能造成一個區(qū)域生態(tài)生產(chǎn)力和消費平衡方面的赤字，并可能限制生態(tài)可持續(xù)性發(fā)展。

理論研究多起源于國外，將其應用于全球各地的計算成果表明，整體上全球各地環(huán)境正在面臨嚴峻的考驗，人類涉足的領域生態(tài)赤字在逐步擴大，為保障全球人類可持續(xù)發(fā)展及生命的延續(xù)，采取相應積極措施與生態(tài)環(huán)境和諧共處迫在眉睫。

2.2?模型演變

自20世紀80年代后期以來，可持續(xù)發(fā)展已成為世界上許多國家的首要目標。1998年，Bicknell等[10]以新西蘭為實證應用，利用作為大多數(shù)發(fā)達國家國民一部分賬戶體系收集的數(shù)據(jù)，提出了一種改進的投入-產(chǎn)出分析方法來計算生態(tài)足跡，并計算出新西蘭經(jīng)濟活動水平與其對環(huán)境的相應影響之間的聯(lián)系：每年只有3.49片具有生態(tài)生產(chǎn)力的土地維持新西蘭人當前的平均消費水平。

Wackernagel等[11]于2004年又研究了在時間序列中計算生態(tài)足跡的方法進展，采取了2種不同的方法：①以“全球公頃”或具有全球平均生物生產(chǎn)力的正?；暠硎镜膫鹘y(tǒng)生態(tài)足跡方法的最新演變;②“實際土地使用”方法，計算每個國家的社會經(jīng)濟新陳代謝所占的實際面積。并將其應用于1961—1999年的奧地利、菲律賓和韓國。計算表明，韓國的快速工業(yè)化導致其生態(tài)足跡急劇增加，而奧地利的足跡在1961年已經(jīng)很大，但在整個分析過程中只是緩慢增長。

值得探討的是，生態(tài)足跡的模型在Rees和Wackernagel M提出后便逐步得到大尺度范圍應用，其計算結(jié)果取決于數(shù)據(jù)的可獲取性與完整性，指標選取的細微差別將會使其計算結(jié)果產(chǎn)生很大差異。

2.3?拓展研究

2018年Ossberger等[12]以奧地利維也納為例，對不同城市公共交通模式擴大的生態(tài)足跡為研究對象，將生態(tài)足跡擴展到公共交通用地方面，研究了這些由地鐵、有軌電車和公共汽車運輸組成的多式聯(lián)運公共客運網(wǎng)絡的土地用途。土地用途的區(qū)別是城市的直接土地用途，全球腹地提供能源和資源的直接土地用途，以及減少二氧化碳排放所需的土地。就后者而言，對能源消費（可操作能源二氧化碳內(nèi)地使用）和貨物和材料中所含二氧化碳（含二氧化碳內(nèi)地使用）的二氧化碳排放量進行了區(qū)分。最后確定了公共交通系統(tǒng)的總體土地使用情況，并利用對廢舊貨物和材料的生命周期進行的擴展生態(tài)足跡分析加以說明。

在拓展研究方面查到的文獻中，國外學者研究居多。這也從側(cè)面反映了國內(nèi)生態(tài)足跡現(xiàn)狀，亟需關(guān)注以實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

2.4?概念創(chuàng)新類

“旅游生態(tài)足跡（touristic ecological footprint）”這一概念最早是由英國學者Colin Hunter等[13]于2002年提出[13-14]，隨后Cole等[15]運用該概念對喜馬拉雅快速發(fā)展的旅游中心馬納利鎮(zhèn)進行旅游生態(tài)足跡評價。Gssling等[16]以塞舌爾為例，構(gòu)建了旅游目的地生態(tài)足跡計算模式，揭示了在計算過程中必須克服并注意的統(tǒng)計難題，并討論了這種方法的優(yōu)缺點。

總體上看，概念性理論多起源于國外學者，而國內(nèi)學者多為實證性研究。

3?國內(nèi)模型應用領域

3.1?理論、方法與計量

楊開忠等[17]系統(tǒng)地介紹了生態(tài)足跡分析法的理論框架、指標體系和計算方法，并通過引入世界52個國家和地區(qū)的生態(tài)足跡，具體解釋了生態(tài)足跡分析方法的應用。李利峰等[18]討論了生態(tài)占用作為可持續(xù)發(fā)展指標的政策含義以及將其應用于青藏高原的可能性。王書華等[19]詳細分析了生態(tài)足跡方法的當前研究趨勢和發(fā)展趨勢，指出其動態(tài)性、多指標的整合性、污染影響分析等日益完善的發(fā)展趨勢。

蔣依依等[20]采用文獻綜述方法，回顧了國內(nèi)外生態(tài)足跡模型的發(fā)展歷程及其在區(qū)域可持續(xù)發(fā)展計量和生態(tài)經(jīng)濟領域的廣泛應用，展望了生態(tài)足跡模型的未來發(fā)展方向。

國內(nèi)理論研究總體上滯后于國外，在模型應用方面創(chuàng)新總體偏低。隨著模型應用的不斷深化，在理論研究逐步拓展到應用領域，從國際視角逐步轉(zhuǎn)向國內(nèi)省市級地方性研究，用于判定當?shù)厣鷳B(tài)足跡。

3.2?時間跨度研究

國內(nèi)生態(tài)足跡模型應用時間跨度3～70年不等，于興麗等[21]對甘肅省1990—2002年生態(tài)足跡的計算與分析;陳敏等[22]分析了1978—2003年中國生態(tài)足跡動態(tài)水平。另外，張紹修等[23]、曲哲等[24]分別對成都市、遼寧省朝陽市5年生態(tài)足跡進行動態(tài)分析。杜軼[25]基于不同年份的生態(tài)足跡，評估了1978—2001年山西省可持續(xù)發(fā)展能力，并對山西省社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展能力進行了比較分析，明確了山西省社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀，為山西省社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展、以及政策制定提供科學依據(jù)。

基于數(shù)據(jù)的可獲取性，國內(nèi)大部分人學者的時間跨度研究較為寬泛。生態(tài)足跡的跨時間研究更能從時間序列上表明生態(tài)赤字的不斷擴大，使人們對生態(tài)環(huán)境的保護與可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生更為深刻的認識。

3.3?空間跨度生態(tài)足跡分析

方愷等[26]以全球為研究尺度，對美國、英國等7個發(fā)達國家及中國、印度、俄羅斯和巴西4個發(fā)展中國家為案例，人均足跡廣度以加拿大最高（698 hm2）、印度最低（0.49 hm2）;足跡深度以日本最高、加拿大最低。這足以表明，足跡深度與足跡廣度在各國間基本呈逆向排列，發(fā)達國家社會財富的增加是以透支后代的自然資本為代價的。

另外，國家尺度方面，劉宇輝等[27]研究表明，1962—2001年，中國人均生態(tài)承載力逐漸下降，人均生態(tài)足跡則逐步加大，目前中國人均生態(tài)足跡已經(jīng)超過人均生態(tài)承載力，并繼續(xù)擴大，中國目前的發(fā)展處于一種強不可持續(xù)狀態(tài)。

空間跨度上，國內(nèi)研究基本覆蓋地市、省級、西部?？傮w上講，我國的經(jīng)濟發(fā)展方式逐步從粗放型向集約型轉(zhuǎn)變，但未來仍需注重提高資源利用效率，逐步走向生態(tài)大國，實現(xiàn)城市的可持續(xù)發(fā)展。

3.4?特定資源研究

陳文輝等[28]以北京市日常消費食品生態(tài)足跡的距離為研究核心，得出北京市2008—2012年消耗食物的生態(tài)足跡里程不斷增長，達到676.75 km。各類食物的生態(tài)足跡距離最高為水果，較低為水產(chǎn)。蔬菜和水果的生態(tài)足跡距離存在明顯的季節(jié)波動，且冬季和春季遠高于夏季和秋季。

黃雨生等[29]對能源消費碳足跡進行應用研究。黃雨生等[30]計算了中國大陸30個省份的能源碳足跡和碳承載力，發(fā)現(xiàn)2012年碳足跡最大的省份是山東省，占9.43%，云南省碳承載力最大，占10.53%。他的研究表明，中國北方的碳足跡和凈碳足跡高于南部地區(qū)，而南部地區(qū)的碳攜帶能力高于北部地區(qū)。李俊等[31]測算出2012年新疆那拉提鎮(zhèn)旅游生態(tài)足跡是旅游生態(tài)承載力的13.56倍，說明旅游活動正在快速消耗那拉提鎮(zhèn)資源環(huán)境。另外，劉莉等[32]運用水足跡理論和計算方法，采用灰色關(guān)聯(lián)度法分析其驅(qū)動力因子，系統(tǒng)分析了2003—2011年四川省各市農(nóng)業(yè)水足跡的時空動態(tài)變化趨勢與農(nóng)業(yè)水資源利用效益。

生態(tài)足跡從一開始研究生態(tài)環(huán)境方面，逐漸涉及對生態(tài)環(huán)境有影響的因素諸如水果、碳能源、旅游等方方面面，不僅對生態(tài)環(huán)境保護進行定量評價，對于影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量及變化的各種因子及調(diào)試也有較多的應用。

3.5?指標修正與創(chuàng)新

吳歌等[33]根據(jù)延安市地域特征及數(shù)據(jù)的可獲取性，在原有土地類型中增加了消納生活垃圾的污染排放用地，即7類用地，并采用陜西省人均消費生物資源量代替延安市人均生物資源消費量，對延安市的可持續(xù)發(fā)展進行分析。

張恒義等[34-35]、馮娟等[36]、程淑杰等[37]等用“省公頃”，張帥[38-39]用“市公頃”建立生態(tài)足跡模型，求得數(shù)據(jù)較傳統(tǒng)的全球公頃和國家公頃更加準確。

該模型從提出至今約20年，從學者的理論探索、模型應用，根據(jù)實地研究不斷模擬修正，逐漸趨于成熟，越來越多的學者在判定某地區(qū)的生態(tài)足跡后，逐漸趨向修正指標以便更加貼合當?shù)貙嶋H情況，更有助于數(shù)據(jù)的探討結(jié)果。

4?研究展望

該研究運用文獻閱讀方法研究了國內(nèi)外學者關(guān)于生態(tài)足跡的文獻，不難看出生態(tài)足跡已經(jīng)引起相關(guān)領域?qū)W者越來越多的重視和實踐探索，將對未來研究生態(tài)足跡方面發(fā)揮重要作用。不足之處在于，生態(tài)足跡是運用已有的數(shù)據(jù)所做的測試計算，對現(xiàn)狀或已發(fā)生的狀態(tài)能進行量化展示，而難以對未來進行準確預測。另外，這類計算多起源于國外研究中，國內(nèi)學者在創(chuàng)新性研發(fā)領域還缺乏足夠活力。

參考文獻

[1] WACKERNAGEL M，SCHULZ N B，DEUMLING D，et al.Tracking the ecological overshoot of the human economy[J].Proceedings of the national academy of sciences（USA），2002，99（14）：9266-9271.

[2] REES W E.Ecological footprints and appropriated carrying capacity：What urban economics leaves out [J].Environment and urbanization，1992，4（2）：121-130.

[3] WACKERNAGEL M，REES W E.Our ecological footprint：Reducing human impact on the earth [M].Gabriola Island：New Society Publishers，1996：9-13，40-55.

[4] WACKERNAGEL M，KITZES J.Ecological footprint[M]//JORGENSEN S E，F(xiàn)ATH B D.Encyclopedia of ecology.Amsterdam，The Netherlands：Elsevier B.V.，2008：1031-1037.

[5] WACKERNAGEL M，ONISTO L，BELLO P，et al.National natural capital accounting with the ecological footprint concept[J].Ecological economics，1999，29（3）：375-390.

[6] REES W E，WACKERNAGEL M.Monetary analysis：Turning a blind eye on sustainability[J].Ecological economic，1998，29（1）：47-52.

[7] HARDI P，BARG S，HODGE T，et al.Measuring sustainable development：Review of current practice[R].1997.

[8] WACKERNAGEL M，ONISTO L，CALLEJAS LINARES A，et al.Ecological footprints of nations.How much nature do they use？ How much nature do they have？[R].Xalapa，Mexico，Universidad Anahuac de Xalapa，Centro de Estudios para la Sustentabilidad，1997.

[9] SENBEL M，MCDANIELS T，DOWLATABADI H.The ecological footprint：A non-monetary metric of human consumption applied to North America[J].Global environmental change，2003，13（2）：83-100.

[10] BICKNELL ?K B，BALL R J，CULLEN R，et al.New methodology for the ecological footprint with an application to the New Zealand economy[J].Ecological economics，1998，27（2）：149-160.

[11] WACKERNAGEL M，MONFREDA C，ERB K H，et al.Ecological footprint time series of Austria，the Philippines，and South Korea for 1961-1999：Comparing the conventional approach to an ‘a(chǎn)ctual land area approach[J].Land use policy，2004，21（3）：261-269.

[12] GASSNER A，LEDERER J，KANITSCHAR G，et al.Extended ecological footprint for different modes of urban public transport：The case of Vienna，Austria[J].Land use policy，2018，72：85-99.

[13] HUNTER C，SHOW J.The ecological footprint as a key indicator of sustainable tourism[J].Tourism management，2007，28（1）：46-57.

[14] HUNTER C.Sustainable tourism and the touristic ecological footprint[J].Environment development and sustainability，2002，4（1）：7-20.

[15] COLE V，SINCLAIR A J.Measuring the ecological footprint of a himalayan tourist center[J].Mountain research and development，2002，22（2）：132-141.

[16] G-SSLING S，HANSSON C B，H-RSTMEIER O，et al.Ecological footprint analysis as a tool to assess tourism sustainability[J].Ecological economics，2002，43（2/3）：199-211.

[17] 楊開忠，楊詠，陳潔.生態(tài)足跡分析理論與方法[J].地球科學進展，2000，15（6）：630-636.

[18] 李利鋒，成升魁.生態(tài)占用——衡量可持續(xù)發(fā)展的新指標[J].自然資源學報，2000，15（4）：375-382.

[19] 王書華，毛漢英，王忠靜.生態(tài)足跡研究的國內(nèi)外近期進展[J].自然資源學報，2002，17（6）：776-781.

[20] 蔣依依，王仰麟，卜心國，等.國內(nèi)外生態(tài)足跡模型應用的回顧與展望[J].地理科學進展，2005，24（2）：13-23.

[21] 于興麗，陳興鵬，蔣莉.甘肅省1990-2002年生態(tài)足跡的計算與分析[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境，2007，21（2）：100-103.

[22] 陳敏，張麗君，王如松，等.1978年～2003年中國生態(tài)足跡動態(tài)分析[J].資源科學，2005，27（6）：132-139.

[23] 張紹修，張建強，李兵.成都市生態(tài)足跡動態(tài)分析[J].農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2007，28（2）：218-220，228.

[24] 曲哲，任家強，李紅丹.基于生態(tài)足跡的朝陽市土地生態(tài)安全研究[J].中國人口·資源與環(huán)境，2011，21（S1）：459-461.

[25] 杜軼.基于生態(tài)足跡的山西省可持續(xù)發(fā)展能力分析[D].太谷：山西農(nóng)業(yè)大學，2005.

[26] 方愷，高凱，李煥承.基于三維生態(tài)足跡模型優(yōu)化的自然資本利用國際比較[J].地理研究，2013，32（9）：1657-1667.

[27] 劉宇輝，彭希哲.中國歷年生態(tài)足跡計算與發(fā)展可持續(xù)性評估[J].生態(tài)學報，2004，24（10）：2257-2262.

[28] 陳文輝，謝高地，張昌順，等.北京市消耗食物生態(tài)足跡距離[J].生態(tài)學報，2016，36（4）：904-914.

[29] 焦文獻，翟嫚嫚，陳興鵬，等.甘肅省能源消費碳足跡變化及影響因素分析[J].資源與生態(tài)學報：英文版，2014，5（2）：157-162.

[30] 黃雨生，曲建升，劉莉娜.中國各省份碳足跡與碳承載力差異研究[J].生態(tài)經(jīng)濟，2016，32（6）：38-43.

[31] 李俊，杜靖川，夏爽.新疆那拉提鎮(zhèn)旅游生態(tài)足跡分析[J].生態(tài)經(jīng)濟，2015，31（1）：150-153.

[32] 劉莉，鄧歐平，鄧良基，等.2003—2011年四川省各市（州）農(nóng)業(yè)水足跡時空變化與驅(qū)動力研究[J].長江流域資源與環(huán)境，2015，24（7）：1133-1141.

[33] 吳歌，符素華，楊艷芬，等.2006—2014年延安市生態(tài)足跡和承載力變化分析[J].水土保持研究，2018，25（6）：259-264，276.

[34] 張恒義，劉衛(wèi)東，王世忠，等.“省公頃”生態(tài)足跡模型中均衡因子及產(chǎn)量因子的計算：以浙江省為例[J].自然資源學報，2009，24（1）：82-92.

[35] 張恒義，劉衛(wèi)東，林育欣，等.基于改進生態(tài)足跡模型的浙江省域生態(tài)足跡分析[J].生態(tài)學報，2009，29（5）：2738-2748.

[36] 馮娟，趙全升，謝文霞，等.“省公頃”在小城鎮(zhèn)生態(tài)足跡分析中的應用研究：以山東省晏城鎮(zhèn)生態(tài)建設為例[J].地理科學，2008，28（2）：209-213.

[37] 程淑杰，朱志玲，王林伶，等.基于“省公頃”足跡變化的涇源縣生態(tài)補償定量評價[J].水土保持研究，2013，20（5）：216-220.

[38] 張帥，董澤琴，王海鶴，等.基于生態(tài)足跡改進模型的均衡因子與產(chǎn)量因子計算：以某市為例[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（14）：7496-7498.

[39] 張帥，董澤琴，王海鶴，等.基于“市公頃”模型的某縣級市生態(tài)足跡分析[J].安徽農(nóng)業(yè)科學，2010，38（22）：11867-11870.