上海市2000—2009年生态足迹测算与动态分析

2012-06-05何彩虹吴开亚胡淑恒

合肥工业大学学报（自然科学版） 2012年2期

何彩虹，吴开亚，胡淑恒

（合肥工业大学资源与环境工程学院，安徽合肥 230009）

生态足迹方法是测度区域可持续发展状况的有效方法之一，自1992年被提出以来就广泛运用于各级范围、各种尺度、多种领域的可持续发展评价中。该方法不仅可以静态分析区域可持续发展程度，而且可以通过时间序列的研究来对区域发展进行动态分析和预测［1］。它主要是通过计算区域发展过程中所消耗的自然资源量与区域所能提供的资源量之间的关系来定量评价区域发展的可持续状况。

改革开放30多年来，上海市在经济迅速增长的同时，也面临耕地锐减、人地矛盾突出、能源短缺等一系列生态问题。本文运用生态足迹方法，对上海市2000—2009年生态可持续发展状况进行动态研究，以期为上海市实现可持续发展提供可行的参考。

1 研究区概况

上海市地理位置优越，改革开放以来，经济快速发展，人口规模急剧增长，城市化率处于全国领先水平。至2009年末，全市常住人口总数为1 921.32万人，其中外来人口695.82万人。人均耕地面积为0.01hm2，仅占全国人均耕地面积的1／9，人均GDP达到7.90万元，高出全国人均GDP 5.3万元。上海市资源和能源总量匮乏，能源消费主要依靠外省市调入或国外进口，能源短缺已成为全市社会经济发展的瓶颈制约，在一定程度上影响了区域可持续发展。

2 生态足迹模型

2.1 生态足迹的内涵

生态足迹理论由加拿大生态经济学家 William和Wackernagel在20世纪90年代提出［2－5］，采用生产性土地面积来度量一个确定人口或经济规模的资源消费或消纳废弃物水平的账户工具，是“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”［6］。首先计算一个区域的人口在生产及发展过程中所消耗各种资源和能源，以及吸收其所产生的各种废弃物的过程中所必需的生产性土地面积即生态足迹，然后计算区域内现存土地中能够提供各种资源和能源的生产性土地面积即生态承载力，最后通过计算两者的差额及生态赤字／盈余来评估区域内的可持续发展程度［1］。

2.2 生态足迹计算模型

生态足迹的计算基于2个事实［7－9］：① 人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生的废弃物量；② 这些资源和废弃物量能转换成相应的生物生产面积。因此，任何已知人口（某个个人、一个城市或一个国家）的生态足迹就是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地的总面积。

（1）生态足迹需求（EF）的计算。根据 William Rees的划分方法，将各种生产性土地主要划分为耕地、林地、草地、水域、化石燃料用地、建筑用地等6种。但是这6种生产性用地的生产能力不同，在计算时需要将各种类型的土地乘以一个均衡因子加以调整，转化为具有相同生产能力的面积。生态足迹计算模型［3］如下：

其中，EF为总生态足迹；ef为人均生态足迹；N为人口数；i为消费商品或生产的类型；j为生态生产性土地类型；rj为均衡因子。

（2）生态足迹供给（EC）的计算。在计算生态足迹供给（生态承载力）时，因不同国家或地区的资源享赋不同，不仅单位面积不同类型的土地生物生产能力差异较大，且单位面积同类型的土地生产力也有很大差异，不同国家或地区的同类生物生产土地的实际面积无法直接进行对比，需对不同类型的生物生产土地面积进行调整。这可以通过引进一个产量因子来实现，也就是某个国家或地区某类型土地平均生产力与世界同类土地平均生产力的比率。将现有的耕地、草地、林地、建筑用地、水域等物理空间的面积乘以相应的均衡因子和产量因子，就可以得到世界平均生态空间面积（生态承载力）。

其中，EC为总生态承载力；ec为人均生态承载力；N为人口数；j为生态生产性土地类型；aj为第j类生态生产性土地的人均真实面积；rj为均衡因子；yj为产量因子。最终可供使用的生态承载力应在均衡生态承载力的基础上扣除12%的面积作为生物多样性保护面积。

（3）生态赤字／盈余（ED）的计算。当一个地区的生态足迹（EF）大于其生态承载力（EC），就会出现生态赤字，表明该地区自然生态系统承受压力较大，生态足迹供给不足，不利于经济可持续发展；反之，则为生态盈余，经济发展具有可持续性［6］。

（4）万元GDP生态足迹（GE）的计算。

其中，EC0是均衡生态承载力。GDP生态足迹反映了生态足迹的经济效益即资源的利用效率，其值越大表明资源利用效率越低，反之则资源利用效率越高［10］。

3 上海市生态足迹的测算与分析

3.1 数据来源及说明

在生态足迹计算过程中，生物资源生产量、常住人口和GDP数据源于文献［11］；能源消费量源于文献［12］；各类型土地面积源于文献［13］；均衡因子的确定根据世界各国生态足迹报告［14］中的数值；产量因子采用文献［15］的取值。

3.2 生态足迹计算

3.2.1 生态足迹需求量计算

人类的生产和生活消费包括：生物资源消费（主要有农产品和木材）和能源消费，生态足迹计算也由这2部分消费组成。生物资源生态足迹采用生产量计算，能源生态足迹用消费量计算，这样可以反映区域环境的实际承受力。本文在计算各生态足迹分量时，由于数据统计有限，无法获得人类生产或消耗的所有项目统计数据，只能选取代表性较好且能进行纵向和横向比较的项目。

（1）生物资源生态足迹需求量的计算。生物资源产品是居民日常生活最基本和主要的消费品，上海市2000—2009年生物资源生态足迹需求量见表1所列。

表1 2000—2009年上海市生物资源消费生态足迹需求 104 hm2

（2）能源资源生态足迹需求量的计算。上海市能源消费主要有煤、焦炭、石油、汽油、柴油、燃料油、其他石油制品、热力和电力等，以世界上单位化石能源生产土地面积的平均发热量为标准，将全市能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地面积或建筑用地面积，结果见表2所列。

表2 2000—2009上海市能源资源消费生态足迹需求 104 hm2

（3）人均生态足迹需求量计算。将各种生态足迹分量进行标准化后加总，除以全市各年常住人口总数可得到人均生态足迹需求，结果见表3所列。

表3 2000—2009年上海市人均生态足迹需求 hm2／人

3.2.2 生态足迹供给量计算

生态足迹供给反映全市的资源供给能力，产量因子是比较全市各类型土地生产力与全球平均生产力所得，耕地采用粮食产量；林地采用原木产量；水域采用水产品产量；因建筑用地均为占用生产力较高的耕地面积，所以采用耕地的产量因子；上海市无大面积草地分布，这里对草地不予考虑。

由（2）式计算得到上海市2000—2009年生态足迹供给（即均衡生态承载力），而最终可供使用的生态承载力应在此基础上扣除12%的面积作为生物多样性保护面积。计算汇总结果见表4所列。

表4 2000—2009年上海市人均生态足迹供给 hm2／人

3.2.3 生态赤字／盈余计算

根据各生态足迹供需量，依据（3）式可得2000—2009年上海市人均生态赤字／盈余，结果见表5所列。

表5中的生态足迹供给量是扣除12%的生态多样性面积后的最终生态承载力。

表5 2000—2009年上海市人均生态赤字／盈余 hm2／人

3.2.4 上海市万元GDP生态足迹计算

万元GDP生态足迹反映资源利用效率，它结合资源投入和产出来考虑生态效率。由（4）式可计算上海市万元GDP生态足迹，结果见表6所列。

3.3 上海市生态足迹分析

3.3.1 生态足迹需求动态分析

2000—2009年上海市人均生态足迹需求如图1所示。

图1 2000－2009年上海市人均生态足迹需求

由表3以及图1可以看出，研究期内上海市人均生态足迹需求量逐年增加，并呈继续增加的趋势。对于各类型土地的人均生态足迹需求量，水域、化石能源用地、建设用地整体呈增加趋势，耕地逐年减少，牧地和林地略有波动但整体呈减少趋势。其中化石能源用地的人均生态足迹需求量在总人均需求量中所占比例最大，在2009年所占比例达到92.22%，变化趋势对总人均生态足迹需求量的变化趋势影响最大。全市总人均生态足迹需求量平均每年增长6.5%，这与化石能源用地生态足迹需求量的迅速增加密不可分。

3.3.2 生态足迹供给动态分析

结合表4和图2可以看出，2000—2009年本市总人均生态足迹供给整体呈递减趋势，2009年减少为0.179 2hm2／人。据统计2007年全国人均生态足迹供给为1.389 3hm2／人［10］，上海市人均生态足迹供给不到全国平均水平的1／7。各类型生态生产性土地中，除林地面积大幅度增加以外，其余类型土地面积均波动性减少。全市各类土地生态足迹供给量所占比例有所变动，2000年所占比例从大到小为水域、耕地、建设用地和林地，随着耕地面积急剧减少，到2009年所占比例从大到小依次为水域、建设用地、耕地和林地。

扣除12%的生物多样性保护面积后，最终可供使用生态承载力也呈现逐年递减趋势，由2000年的0.198 4hm2／人减少到2009年的0.157 7hm2／人，下降了20.5%。其中耕地2000年可供使用生态承载力为0.073 6hm2／人，2009年降为0.043 6hm2／人，下降了40.8%。所占比例最小的林地，2000年可供使用承载力为 0.001 3hm2／人，2009 年增加为0.006 7hm2／人，增加了近4倍，但由于其在总生态承载力中所占比例最小，不能改变总生态承载力逐渐减少的趋势。可见不同类型土地的生态承载力差异较大，供给量每年的递变速度也不同。

图2 2000－2009年上海市人均生态足迹供给

3.3.3 生态赤字动态分析

由表5可知，目前全市生态赤字已相当严重，远超出全国平均水平，如2007年中国人均生态赤字为2.446 1hm2／人［10］。2000—2009年全市耕地、牧地、林地、水域、化石能源用地一直处于生态赤字状态，其中耕地、牧地和林地的生态赤字整体呈逐渐减少趋势，水域和化石能源用地生态赤字呈逐年递增趋势。由此导致研究期内全市人均生态足迹处于赤字状态并逐年递增，在2008—2009年增长幅度有所减缓。建设用地一直处于生态盈余，但呈逐渐减少的趋势，平均每年减少0.000 9hm2／人。化石能源用地对生态赤字的贡献最大，居民日常生活的大部分消耗都体现在对能源的消耗上，因此减少生态赤字首先要减少化石能源用地生态赤字。

3.3.4 万元GDP生态足迹动态分析

表6反映研究期内上海市万元GDP生态足迹均逐年减少（除林地外）。其中耕地、水域和建设用地GDP生态足迹减少幅度较大，耕地GDP生态足迹由2000年的0.027 8hm2／万元减少到2009年的0.006 3hm2／万元，减少了77.4%，水域减少了69.9%，建设用地减少了63.2%。林地GDP生态足迹有所增加，但由于所占比例较小，并不能改变全市总GDP生态足迹逐渐减少的趋势。2000—2009年全市GDP生态足迹明显逐年递减，2000年为0.085 2hm2／人，2009年降为0.025 8hm2／人，减少了69.8%。GDP生态足迹越大，表明资源利用效率越低，反之则资源的利用效率越高。因此，近10a来上海市GDP生态足迹逐渐减少反映资源利用效率的提高和经济增长方式的良性转变，且处于全国领先水平，如2007年全国平均GDP生态足迹为0.735 7hm2／万元［10］。但与发达国家相比，资源利用效率仍然偏低，必须通过各种措施促进科技对经济发展的贡献率，进一步提高资源利用效率。

3.3.5 上海市与部分地区生态足迹比较

上海市与部分地区生态足迹比较见表7所列。

表7中有关数据的参考文献如下：美国，文献［15］；阿联酋、科威特、英国，文献［16］；合肥，文献［17］，北京、天津、广东、福建，文献［18］；全国水平，文献［10］。

表7 上海市与部分地区生态足迹比较 hm2／人

从表7可以看到，上海市人均生态足迹远高于全国平均水平，生态赤字严重，但与经济发达地区或国家相比，仍具有一定优势。国际大都市的生态足迹普遍偏高似乎是一种趋势，发达国家或地区居民的生态足迹普遍比不发达国家或地区居民的生态足迹要高，反映了上海市经济发展较为迅速。但必须清醒地认识到，这种经济发展对外部具有很大的依赖性，对经济的长期稳定发展较为不利。

4 结论

（1）2000年以来全市人均生态足迹逐渐增加，生态承载力逐渐减少，生态赤字迅速增加。为了保持现有的生活水准，必须通过国内外贸易从其他经济不发达地区引入生态足迹供给，来弥补自身所存在的生态赤字。在各种类型土地构成中，化石能源用地所占比例最大，牧地和水域的生态足迹较小，这将有利于森林和水域的保护。

（2）全市耕地和水域的生态空间供给较大，但近年来耕地面积和水域面积明显减少，降低了人均生态承载力。与国内外水平相比，上海市人均生态承载力远低于全国水平和世界平均水平。

（3）全市GDP生态足迹逐年降低，2009年为0.025 8hm2／万元。与全国平均水平相比，上海市万元GDP生态足迹相对较低，反映出全市资源利用效率的提高和经济增长方式的良性转变，有从粗放型、消耗型的资源利用模式向集约型、节约型逐步转变的趋势。

（4）2009年全市人均生态赤字远高于全国平均水平，为6.325 5hm2／人，并有继续增加的趋势，属于人均水平亏缺较高的区域，这也从侧面反映了上海市经济发展较为迅速，但这种经济发展对外部具有较大的依赖性，可持续性发展面临严重威胁。

（5）针对上海市生态环境现实发展状态和相关影响因素，应制定切实可行的对策减少生态赤字、缓解生态环境压力，如适度控制人口规模、合理开发和规划土地资源以提高城市土地生态承载力、发展循环经济、提高资源利用效率，确保经济持续稳定健康发展，努力构建人口均衡型、资源节约型、环境友好型城市。

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