地球生态系统的负荷分析与可持续发展——基于生态足迹法的分析，本文主要内容关键词为：可持续发展论文,负荷论文,生态系统论文,足迹论文,地球论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
可持续发展是当今世界的热门话题。关于可持续发展的涵义，新兴的生态经济学强调人类社会的经济活动必须服从自然生态规律，将经济规模限制在生态系统的资源供给和废弃物调节能力之内，以维护生态系统结构和功能的稳定，从而保证人类社会的生命支持基础和社会经济的可持续发展。需求和供给分析法是经济学研究的基本方法。20世纪90年代以来，生态经济学发展的生态足迹分析法，将需求和供给分析扩展到了生态系统，为人类社会可持续发展的分析提供了新的视角。
一、地球生态系统负荷分析方法——生态足迹分析法
(一)生态、环境和资源问题与地球生态系统的超负荷
在人类有历史记载的数千年里占绝大多数时间的传统农业社会，世界人口和经济发展缓慢，那时人类社会对自然生态系统的破坏也不大。人类社会面临的主要问题是生产能力低下，人均意义上的产出与收入水平长期徘徊不前，社会总供给难以满足需求水平很低的社会总需求。18世纪工业革命尤其是第二次世界大战以后，由于科学技术的突破性进步，在人口快速增长的同时，人类社会的生产能力和人均收入水平大大提高，甚至出现了全面的生产过剩，即社会总供给能力大于已经大大提高的社会总需求水平。与此同时，人类社会对自然生态系统的影响和改变也是巨大的。今天，严重的生态退化、环境污染、资源短缺局面已经开始影响到人类的福利甚至威胁到人类的生存，地球生态系统已经处于超负荷状态，从而使人类社会经济系统处于不可持续的状态(任群罗，2009)。
为了分析生态系统变化与人类福利的关系，促进社会经济的可持续发展，2001年6月，联合国正式启动了“千年生态系统评估”(Millennium Ecosystem Assessment，MA)项目。2005年3月30日，联合国发布千年生态系统评估总综合报告——《生态系统与人类福祉：综合报告》，这堪称为继1972年罗马俱乐部研究报告——《增长的极限》，1987年世界环境与发展委员会研究报告——《我们共同的未来》之后，人类社会关于可持续发展问题的第三个划时代的研究报告。千年生态系统评估发现：在过去的50年中，主要为了满足快速增长的需求，人类对生态系统改变的规模和速度皆超过了历史上任何时期同一时间段的情况。由此造成了地球上生物多样性的巨大丧失，而且其中大部分是不可逆转的。由于人类的过度消费，24项生态系统服务中，有15项正在退化或者处于不可持续利用的状态，也可以说，世界2/3的自然资源已经被破坏(Millennium Ecosystem Assessment，2005)。
(二)生态系统负荷分析的依据与生态足迹分析法的产生
认识到人类生态、环境与资源问题的根源是地球生态系统的超载，是理解可持续发展问题的重要一步。进一步，量化分析和比较地球生态系统的承载力和人类社会产生的负荷量，是很有意义的，它可以使人们对地球生态系统的负荷量与承载力，或者人类社会对地球生态系统的需求水平与地球生态系统的供给能力，有更加精确或深入的认识。因此，对生态系统进行物质流核算与分析(material flow accounting and analysis)已经成为国际上生态经济学的前沿。
加拿大生态经济学家William Rees于1990年提出了生态足迹分析法，1992年，Rees发表了《生态足迹与适宜的承载力》一文，首次公开提出了“生态足迹”的概念。其博士生Mathis Wackernagel在1996年对其方法和模型又做了进一步的完善。生态足迹分析法通过测定现今人类为了维持生存和发展对自然资源的消耗量，并与自然资本①的生态承载力相比较，来评估人类对生态系统的影响。生态足迹分析法为核算一个地区、一个国家和全球自然资本利用状况提供了简明的框架，通过测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距，就可以知道人类对生态系统的利用状况，可以在地区、国家和全球尺度上比较人类对自然资源的消费量与自然资本的承载量，为进行生态系统负荷分析与可持续发展分析提供了科学依据和便利。
(三)生态足迹分析法的主要衡量指标
1.生态足迹。“生态足迹”(ecological footprint，EF)概念反映生态系统的现有负荷量，或人类社会对生态系统的需求。生态足迹是指人类社会按现行生存方式需要的能够持续地提供资源或消纳废弃物的、具有生物生产力的陆地和水域空间。Rees(2003)认为，生态足迹是计算支持一定人口所需要的生产性生态系统面积的一种有用的方式，可将人类所踏足的世界资源展现在人们眼前。Wackernagel et al.(1997)定义：生态足迹是按现行技术能够无限期地支持给定人口物质生活标准所必需的土地和水域面积。世界自然基金会(WWF)和全球足迹网络(Global Footprint Network，GFN)等机构最新发布的《生命行星报告2008》解释：生态足迹测度人类社会对地球生物圈的需要，是能够供给人类使用资源和吸纳人类废弃物的具有生物生产力的土地和海洋面积。一国的生态足迹是下述面积的总和：①生产该国消费的食物、纤维和木材所需要的农田、牧场、森林和渔场；②供基础设施建设的空间；③该国所需要的能够吸纳使用能源时所排放的废弃物的土地。人们消费的资源及生态服务来自全世界，因此，生态足迹是所有这些面积的总和，无论他们生活在地球的何处(WWF et al.，2008)。
生态足迹的计算基于以下两个基本事实：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的数量；②这些资源的生产和废弃物的吸纳需要相应的生物生产面积(biologically productive area)。因此，任何已知人口(一个人、一个城市或一个国家)的生态足迹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总面积。
2.生态承载力。“生态承载力”(ecological capacity，biocapacity，EC)反映生态系统的负荷能力或对人类社会的供给能力。《生命行星报告2004》定义：生态承载力是既定年份既定区域内具有生物生产力的陆地和海洋面积的总和。生态足迹法的计量单位是“全球公顷”(global hectare，gha)，并非通常的土地面积公顷(hectare，ha)，一个单位的“全球公顷”相当于1公顷具有全球平均产量的生产力空间。这是因为，由于不同国家或地区资源禀赋不同，不仅单位面积耕地、草地、林地、建筑用地、水域等的生态生产能力差异很大，而且单位面积同类生物的生态生产能力也差异很大。因此，不同国家和地区之间同类生物生产的实际面积是不能进行直接对比的，需要对不同类型的面积用“产量因子”进行标准化。某个国家或地区某类土地的产量因子是其平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。
(四)生态平衡与可持续发展
将一定区域乃至全球生态承载力(EC)与生态足迹(EF)比较，就可以分析生态系统的供求平衡或均衡问题：若EC＞EF，则为生态盈余(ecological reserve or ecological surplus)，表明该区域或全球人类社会经济活动对自然生态系统的需求在区域或全球生态承载力的范围之内，区域或全球发展模式是可持续的；若EC＜EF，则为生态赤字(ecological deficit)，表明该区域或全球的生态足迹超过了生态系统的承受能力，说明其发展模式是不可持续的；若EC=EF，则意味着生态平衡(ecological equilibrium)。这如同“收支平衡”、“供求均衡”一样，是本文所提出的一个生态经济学概念。当然，“平衡”或“均衡”状态是一种极其罕见的状态，盈余或赤字才是现实中的常态。
过去，中国常用“生态平衡”的概念来分析生态问题，指的是生态系统在一定时间内结构与功能相对稳定的状态。生态系统是复杂的非平衡系统，因此，用“生态平衡”的概念表述生态系统的生物物理状态不够准确，而用之表述生态系统的供给能力，包括资源供给和废弃物吸收能力，能够满足人类社会对生态系统的需求，因而社会经济处于一种可持续发展的状态，则是比较合理的。“生态不平衡”或“生态失衡”，主要是指“生态赤字”状态，意味着人类社会对生态系统的需求已经超过生态系统的供给能力。
二、全球生态足迹分析
(一)全球生态足迹分析权威报告
自1997年开始，Wackernagel等人有不断改进的世界和各国及地区的生态足迹估算结果发表。其中最先被世界广泛引用的是Wackernagel等人2002年7月发表在《美国国家科学院学报》(PNAS)上的研究报告。该报告认为，人类对大自然的总体需求，在1980年以后第一次超过了地球生物圈的可再生能力。在1961年时，人类社会给地球造成的负荷相当于地球生物圈承载力的70％。在1999年时，全球人均需求即生态足迹面积为2.33全球公顷，而人均生态承载力为1.91全球公顷，人均生态赤字为0.42全球公顷，人类对生态的需求已超出了地球供给能力20％。近年来，Wackernagel领导的全球足迹网络的重要工作就是与世界自然基金会等机构合作研究和发表两年一度的《生命行星报告》(Living Planet Report)。
2004年10月底，世界自然基金会等机构联合发布了《生命行星报告2004》，检验了148个国家的自然资源承载状况。报告显示：2001年，世界人均生态足迹为2.2全球公顷，地球人均生态承载力仅为1.8全球公顷，地球超载21％。1987年，全球生态足迹开始超过地球生态承载力。2006年10月，世界自然基金会等机构联合发布的《生命行星报告2006》指出，2003年，世界人均生态足迹为2.23全球公顷，地球人均生态承载力是1.78全球公顷，人类的需求已经超过地球供给能力25％。
2008年10月，世界自然基金会等机构发布了最新的《生命行星报告2008》，检验了161个国家的自然资源承载状况。报告显示，2005年，世界人均生态足迹为2.7全球公顷，全球人均生态承载力仅为2.1全球公顷，人类的需求已经超过地球供给能力28％。该报告的主要评估结论见表1。除了生态足迹和生态承载力，生命行星指数也是主要的评估指标。
生命行星指数(living planet index，LPI)，是衡量全球生物多样性状况的指标，它测算生活在陆地、淡水和海洋生态系统中的脊椎动物种群数量的变化趋势，显示世界自然环境状况，这也是生态承载力的基础。不幸的是，1970-2005年，生命行星指数下降了28％。由于人类对食物、纤维、能源及水的需求不断增加，造成陆地生物物种数量下降了33％，海洋生物物种数量下降了14％，淡水生物物种数量则下降了35％。
1961-2005年，地球生态承载力只增长了5％，与此同时，人类社会生态足迹的增长幅度高达1.5倍。地球的生态负荷从1961年冗余46％变成2005年超载28％。人均生态足迹从2.27全球公顷上升至2.7全球公顷，人均生态承载力从4.21全球公顷下降到2.1全球公顷，人均生态足迹与人均生态承载力平衡的结果由人均生态盈余1.94全球公顷变为人均生态赤字0.6全球公顷。
(二)人类生态足迹增长的构成分析
生态足迹的组成成分可分为两类：一类是资源足迹，另一类是碳足迹。资源足迹首先是人类社会消费的食物、纤维和木材等资源所需要的生物生产面积，包括农田、牧场、森林和渔场；其次是人类社会的基础设施需要占用的土地资源，即建设用地。碳足迹是人类社会为消纳消费化石能源时排放的
所需要占用的生物生产面积。
《生命行星报告2008》显示(见表2)，1961-2005年，在世界人口增长1.1倍的同时，人类社会生态足迹增长了1.5倍。其中，资源足迹增长了36％，而碳足迹则增长了10倍。可见，人类生态足迹的增长主要来自于碳足迹的增长，碳足迹的增长占总生态足迹增长的80％。1961-2005年的45年间，在生态足迹的构成上，资源足迹与碳足迹之比由88︰12变为48︰52。
(三)各类型和不同地区国家的生态足迹
表3列出了全球各类型和不同地区国家的人均生态足迹与生态承载力。
生态足迹的值越高，说明人类对生态的破坏就越严重。生态足迹不断扩大的状况在工业化国家尤其严重，高收入国家正以难以维持地球可持续发展的极端水平消耗资源。《生命行星报告2008》测算的161个国家中，2005年，高收入国家人均生态足迹是中等收入国家的近3倍，是低收入国家的6.4倍。全球人均拥有0.6全球公顷的生态赤字。其中，高收入国家2.7全球公顷；中等收入国家人均生态足迹与人均生态承载力勉强持平；低收入国家则因人均资源贫乏，也略有生态赤字。美国人均生态足迹水平不仅是欧洲的2倍，是拉丁美洲的4倍，甚至是亚洲或非洲人均水平的6倍。阿联酋、美国和科威特3国是人均生态足迹最高的国家。位于榜首的阿联酋人均生态足迹达9.5全球公顷，贫困的阿富汗则以人均0.5全球公顷位居最后。加蓬和加拿大拥有世界最高水平的人均生态承载力水平。中国人均生态足迹排名第74位，人均仅为2.1全球公顷，虽然低于全球及中等收入国家平均值，但是，由于中国人口太多，国土所能提供的人均生态承载力仅为0.9全球公顷，人均生态赤字高达1.2全球公顷，高于全球平均水平。
三、全球生态系统负荷分析与实现可持续发展
(一)生态系统负荷衡量指标
为反映生态系统负荷状况，本文定义：
生态负荷指数=生态足迹/生态承载力
生态负荷指数＜1，说明生态承载力＞生态足迹，生态系统负荷存在冗余；生态负荷指数＞1，说明生态承载力＜生态足迹，生态系统已经超负荷；生态负荷指数=1，说明生态承载力=生态足迹，生态系统实现平衡。生态负荷指数≤1，意味着人类社会经济处于可持续发展状态。
由于生态负荷包含资源负荷与碳负荷，进一步，本文定义：
生态负荷指数=资源负荷指数+碳负荷指数
其中，资源负荷指数=资源足迹/生态承载力；碳负荷指数=碳足迹/生态承载力。
如果进一步分析资源组成成分的负荷状况，还可以定义：
资源成分负荷指数=资源成分生态足迹/资源成分生态承载力
其中，农田负荷指数=农田生态足迹/农田生态承载力；牧场负荷指数=牧场生态足迹/牧场生态承载力；森林负荷指数=森林生态足迹/森林生态承载力；渔场负荷指数=渔场生态足迹/渔场生态承载力。
就地球上的某个区域而言，社会生存和发展的条件可以是：资源负荷指数＞1，资源成分负荷指数＞1，因为一地的资源不足可以通过贸易从其他区域进口。对于一个较大的区域，社会可持续发展的必要条件应该是碳负荷指数＜1，否则：第一，或者此社会将生活在一个受污染的生态环境中；第二，或者因为大气环流的原因，污染将传向其他地区。一个较小的人口高密度的区域，例如城市，可能难以满足这个条件。
(二)减少碳足迹，实现全球可持续发展——全球生态负荷指数分析
根据《生命行星报告2008》数据，本文计算出相应的生态负荷指数、资源负荷指数和碳负荷指数(见表4)。
地球的生态负荷在上世纪80年代后期开始出现超载，当今人类社会使用了1.28个地球。主要由于碳足迹增长过快，排放超过了地球生态系统的吸收能力而导致环境污染。《生态系统与人类福祉：综合报告》说，大气中的浓度从1750年的280 ppm增加到2003年的376 ppm，增长了96 ppm，升高了32％，其中增幅的60％以上(60 ppm)来自1959年之后(Millennium Ecosystem Assessment，2005)。现代经济燃烧化石燃料使的排放大大增加，而生态系统吸收它的能力反而因森林减少而有所下降，导致在大气中集聚和全球气候变暖。近年来，世界的冰川由于气候变暖而大大退缩。
就全球而言，人类社会实现可持续发展的关键在于减少碳足迹，即减少化石能源的使用以减少排放。如果人类社会的排放能减少43％，则地球生态可恢复平衡。减少碳足迹的方向，一方面是节约能源，另一方面是调整能源结构，发展水能、风能、核能，特别是太阳能，减少化石能源的消费和排放，以实现经济社会的可持续发展。
(三)减少生态足迹的主要责任在发达国家——区域生态负荷指数分析
全球各类型和不同地区国家的生态负荷指数见表5。从中可以发现，大多数国家的生态负荷指数＞l，但资源负荷指数＜1。
全球农田负荷指数=1，说明就全球而言，生产总量=消费总量。牧场、森林、渔场负荷指数＜1，说明牧场、森林、渔场的生物生产能力＞消费总量。
在局部地区，例如生态承载力低下的中东地区和人口密集的亚太地区，资源足迹已经超过了生态承载力。这需要进口相应的资源以弥补资源的不足。同时，控制人口，提高生态承载力，成为这些地区经济社会可持续发展的重要任务。
生态负荷指数排在全球前三位的国家依次是科威特、阿联酋和日本，它们的碳负荷指数也居全球前三位。具体而言，科威特的生态负荷指数高达17.8，其中，碳负荷指数高达15.5，阿联酋相应的指数为8.6和7.11，日本为8.16和6.13。这些国家的生态负荷主要由其他国家和地区承担。
减少生态足迹的主要责任在发达国家。如果高收入国家能将人均生态足迹降低到现在世界的平均水平，则全球生态即可实现平衡。相反，如果世界人均生态足迹上升到美国的水平，则全球生态足迹将突破600亿全球公顷，这意味着人类需要4.5个地球。
减少碳排放是实现可持续发展的主要着力点，而发达国家有着很高的人均排放量。另据世界银行《2009世界发展报告》，2004年人均CO[，2]排放量，高收入国家为13.1吨，上中等收入国家为5.5吨，下中等收入国家为2.6吨，低收入国家仅为0.6吨；阿联酋高达37.8吨，美国高达20.6吨，加拿大高达20吨，中国只有3.9吨，印度只有1.2吨。高收入国家人口仅占全世界人口的16％，总排放量却占近50％，其中，美国人口占全球的4.6％，总排放量占全球的21.9％。总排放量最多的国家依次是美国、中国、俄罗斯、印度和日本(The World Bank，2009)。发达国家是排放大户，因此应该承担减排的主要责任。中国人口占全球的20％，总排放量占全球的18.1％，作为世界排放第二大国，中国也在主动承担减排的责任。2006年3月，中国《国民经济和社会发展第十一个五年规划纲要》正式提出，5年间，中国主要污染物排放总量减少10％。
四、结论
“生态足迹”概念反映人类社会对生态系统的需求，“生态承载力”反映生态系统对人类社会的供给能力。当今人类社会处于生态足迹超过生态承载力的“生态赤字”状态，意味着人类社会对生态系统的需求已经超过生态系统的供给能力，社会经济发展面临着不可持续的状态。其主要原因是人类社会的排放增长过快，特别是高收入国家排放过高。如果人类社会的排放能减少43％，或者高收入国家能将人均生态足迹降低到现在世界的平均水平，则全球生态即可实现平衡。实现全球可持续发展，主要在于减少碳足迹，主要责任在发达国家。
注释：
①自然界和人类劳动共同创造了物质财富。生态经济学家主张自然资本论。Herman Daly认为，在考虑到自然的作用后，资本的定义是“能为未来产生有用商品和服务流的存量”。Paul Hawken等人所作《自然资本论》的核心思想，是将自然看作一种资本(任群罗，2009)。
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