生態(tài)足跡論文：生態(tài)足跡資本計(jì)算評(píng)估探索范文

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作者：方愷HeijungsReinout單位：荷蘭萊頓大學(xué)環(huán)境科學(xué)系吉林大學(xué)環(huán)境與資源學(xué)院

生態(tài)足跡方法應(yīng)用于自然資本核算的研究回顧

1國(guó)外研究

為了克服傳統(tǒng)經(jīng)濟(jì)學(xué)的弊端，在借鑒世界資源動(dòng)態(tài)模型、凈初級(jí)生產(chǎn)力的人類占用、人類承載力和能值分析理論等20世紀(jì)70-80年代生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)領(lǐng)域研究成果的基礎(chǔ)上，Rees于1992年首次提出了生態(tài)足跡的概念，并與Wackernagel等一起將其發(fā)展成為生態(tài)足跡經(jīng)典模型。該模型的基本思路是：采用生態(tài)足跡表征一定經(jīng)濟(jì)或人口規(guī)模下的自然資本需求，采用生物承載力表征該區(qū)域所能提供的自然資本收益，通過(guò)兩者的對(duì)比來(lái)判斷人類對(duì)自然資本的占用是否具有可持續(xù)性。這樣既可以避免貨幣化評(píng)估對(duì)自然資本存量減少速度的低估，又能體現(xiàn)出自然資本的不可替代性。Wackernagel等最早將生態(tài)足跡方法應(yīng)用于全球和國(guó)家層面的自然資本研究，并歸納出抑制自然資本存量持續(xù)減少的主要措施：控制人口增長(zhǎng)、限制高消費(fèi)、提升技術(shù)水平和效率、促進(jìn)貿(mào)易公平、規(guī)范商業(yè)活動(dòng)和資本流動(dòng)，以及開(kāi)征自然資本消耗稅等；Monfreda等通過(guò)綜合考慮原材料、生產(chǎn)、制成品等環(huán)節(jié)，改進(jìn)了區(qū)域等國(guó)家以下層面的基于生態(tài)足跡的自然資本核算方法；Bastianoni等實(shí)證分析了意大利典型建筑的生態(tài)足跡，并評(píng)估了自然資本占用的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及優(yōu)化途徑；Hoekstra對(duì)比了生態(tài)足跡和水足跡在分析自然資本的人類占用方面的異同點(diǎn)，認(rèn)為二者對(duì)可持續(xù)性評(píng)價(jià)具有很好的互補(bǔ)性；Burkhard等將生態(tài)足跡與生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)相結(jié)合，借助GIS刻畫(huà)了土地利用變化下的自然資本供需變化；Malghan通過(guò)定義存量—流量和資金—通量?jī)蓚€(gè)無(wú)量綱量，對(duì)生態(tài)足跡的耦合機(jī)制進(jìn)行了探討，認(rèn)為生物物理評(píng)價(jià)方法的關(guān)鍵在于保持度量尺度(特別是資金—通量方面)一致性。

2國(guó)內(nèi)研究

國(guó)內(nèi)生態(tài)足跡研究起步較晚，由徐中民等于2000年率先開(kāi)展。經(jīng)過(guò)眾多學(xué)者的努力，近年來(lái)我國(guó)在該領(lǐng)域的研究進(jìn)度明顯加快，取得了一批具有國(guó)際影響力的原創(chuàng)成果。如圖1所示，在WebofScience系統(tǒng)中以“ecologicalfootprint”為主題詞進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，過(guò)去20年中全球載文量從1992年的0篇上升到2011年的71篇。其中，作者系中國(guó)科研單位(包括港澳臺(tái))的載文量在前9年一直為0，從2001年起才有，后逐漸增加到2011年的27篇，占同期全球載文量的比例也顯著提高(圖1)。但總的來(lái)看，目前國(guó)內(nèi)生態(tài)足跡研究仍集中在區(qū)域可持續(xù)性的案例分析，關(guān)于自然資本核算方面的成果報(bào)道相對(duì)較少，主要有：魯春霞等估算了青藏高原的自然資本空間占用程度；劉航等對(duì)武漢市在特定年份的自然資本供需情況進(jìn)行了量化比較；劉建興等比較了中國(guó)與其他一些主要國(guó)家自然資本的占用水平；熊娜采用生產(chǎn)性生態(tài)足跡檢驗(yàn)了水、化石能源、土地等3類關(guān)鍵自然資本對(duì)中國(guó)省域及南水北調(diào)工程相關(guān)區(qū)域的影響。

最新進(jìn)展——生態(tài)足跡三維模型評(píng)述

1模型介紹

生態(tài)足跡三維模型是生態(tài)足跡分析與自然資本核算交叉領(lǐng)域的國(guó)際最新進(jìn)展。以往的生態(tài)足跡經(jīng)典模型及其后來(lái)的一系列改進(jìn)模型，盡管均承認(rèn)自然資本在可持續(xù)發(fā)展中的重要性，但關(guān)注點(diǎn)主要在流量而非存量，無(wú)法體現(xiàn)自然資本存量恒定對(duì)維持全球生態(tài)系統(tǒng)平衡所起的關(guān)鍵性作用。為明確區(qū)分存量資本和流量資本，Niccolucci等[31-32]最近嘗試構(gòu)建了生態(tài)足跡三維模型，通過(guò)引入兩項(xiàng)新指標(biāo)——足跡深度和足跡廣度，來(lái)分別表征人類對(duì)自然資本存量和流量的利用水平。

從模型維度看，以往的生態(tài)足跡模型多數(shù)屬于二維模型，由生物承載力(內(nèi)圓)和生態(tài)赤字(圓環(huán))相加得到(圖2a)；而三維模型視生態(tài)足跡為一個(gè)圓柱體，由足跡廣度(底面)和足跡深度(柱高)相乘得到(圖2b)。由此，以下等式成立：式中：EF為生態(tài)足跡(hm2)；BC為生物承載力(hm2)；ED為生態(tài)赤字(hm2)；EFdepth為足跡深度(無(wú)量綱)；EFsize為足跡廣度(hm2)。足跡廣度和足跡深度的引入，實(shí)現(xiàn)了對(duì)生態(tài)足跡二維模型的增維，但由于足跡廣度在單位上仍采用hm2，所以根據(jù)公式(1)，足跡深度在量綱上是0次冪形式，即無(wú)量綱量。足跡深度是指為維持區(qū)域現(xiàn)有資源消費(fèi)水平，理論上所需占用的區(qū)域土地面積的倍數(shù)，它表征了人類消耗自然資本存量的程度，其計(jì)算公式為：足跡廣度是指在區(qū)域生物承載力限度內(nèi)，實(shí)際所占用的生物生產(chǎn)性土地的面積，它表征了人類占用自然資本流量的水平，其取值范圍為：生態(tài)足跡三維模型相比于一般的二維模型具有顯著的優(yōu)勢(shì)：

①明確將自然資本存量減少與否作為可持續(xù)性的基本判據(jù)，通過(guò)模型增維實(shí)現(xiàn)了對(duì)自然資本存量和流量的分類測(cè)度，豐富了生態(tài)足跡方法的經(jīng)濟(jì)學(xué)內(nèi)涵；

②不僅強(qiáng)調(diào)土地資源的空間稀缺性(代內(nèi)公平)，更關(guān)注資源消費(fèi)與資源再生之間的不同步性(代際公平)，使其真正成為一個(gè)時(shí)空模型；

③克服了單純以生態(tài)足跡或生態(tài)赤字比較區(qū)域之間可持續(xù)性的局限，增強(qiáng)了不同區(qū)域、不同時(shí)期之間的結(jié)果可比性。但正如創(chuàng)立者Niccolucci等所言，生態(tài)足跡三維模型作為一項(xiàng)嘗試性的研究，在理論和方法上還存在一些不足或局限，影響了所得結(jié)果的科學(xué)性與準(zhǔn)確性。筆者結(jié)合前期的實(shí)證研究及思考，試圍繞以下幾個(gè)問(wèn)題對(duì)三維模型進(jìn)行改進(jìn)和補(bǔ)充。

2模型改進(jìn)

2.1如何計(jì)算某一區(qū)域的足跡深度

式(2)表明，準(zhǔn)確的生態(tài)赤字結(jié)果是計(jì)算足跡深度的前提和關(guān)鍵。對(duì)單一地類(如耕地)而言，生態(tài)赤字的確等于該地類的生態(tài)足跡與生物承載力的差值。但一個(gè)區(qū)域通常包含多種地類，如果仍由各地類生態(tài)足跡之和與生物承載力之和相減得到區(qū)域生態(tài)赤字，可能會(huì)在一定程度上低估生態(tài)赤字的真實(shí)狀況。其原因在于：一些地類(如耕地)的生態(tài)赤字，存在部分被其他地類(如草地)的生態(tài)盈余所抵消的情況，從而導(dǎo)致所得的區(qū)域生態(tài)赤字和區(qū)域足跡深度偏小。從自然資本的性質(zhì)看，生態(tài)赤字代表了具有虛擬屬性的存量資本負(fù)債，而生態(tài)盈余則代表了具有物質(zhì)屬性的流量資本收益(土地面積)，兩者因性質(zhì)不同而不符合線性加和的原則。因此，區(qū)域生態(tài)赤字的計(jì)算需要基于詳細(xì)的各地類生態(tài)赤字?jǐn)?shù)據(jù)，而非只是基于最終的區(qū)域累加數(shù)據(jù)。區(qū)域生態(tài)赤字的計(jì)算公式為：式中：EDregion為區(qū)域生態(tài)赤字；EDi為i地類的生態(tài)赤字；n為地類數(shù)；EFi為i地類的生態(tài)足跡(已均衡化，下同)；BCi為i地類的生物承載力(已均衡化，下同)。由此，區(qū)域足跡深度(EFdepth,region)的計(jì)算公式為：

2.2如何計(jì)算某一區(qū)域的足跡廣度

生態(tài)足跡三維模型并未給出明確的足跡廣度計(jì)算方法。但根據(jù)定義，足跡廣度實(shí)際取生態(tài)足跡和生物承載力中的較小值，其計(jì)算公式為：式中：EFsize,i為i地類的足跡廣度。

區(qū)域足跡廣度所表征的自然資本流量是空間的函數(shù)，同樣需要基于詳細(xì)的各地類足跡廣度數(shù)據(jù)。公式(7)表明，由不同地類累加得到的足跡廣度小于或等于由各地類生態(tài)足跡之和與生物承載力之和相比得到的足跡廣度。由此，區(qū)域足跡廣度。

2.3三維模型改進(jìn)前后在生態(tài)足跡結(jié)果計(jì)算方面的差異

生態(tài)足跡三維模型通過(guò)足跡深度和足跡廣度將生態(tài)足跡分解為z軸和xoy平面兩個(gè)方向的分量(圖2b)，而這兩項(xiàng)指標(biāo)的計(jì)算均需要基于生態(tài)足跡和生物承載力數(shù)據(jù)，所以生態(tài)足跡三維模型與二維模型并不對(duì)立，前者是后者的延伸，后者是前者的基礎(chǔ)。理論上，基于三維模型的生態(tài)足跡是表征體積而非面積的物理量，但其數(shù)值大小和單位實(shí)際仍與二維模型一致：式中：EF3D為基于三維模型(改進(jìn)前)的生態(tài)足跡(即各地類生態(tài)足跡之和)；EF2D為基于二維模型的生態(tài)足跡。三維模型改進(jìn)前后在生態(tài)足跡計(jì)算方面存在差異：前者與經(jīng)典的二維模型一致，認(rèn)為一個(gè)區(qū)域的生態(tài)足跡等于各地類生態(tài)足跡之和；而后者則需要基于詳細(xì)的各地類生態(tài)足跡和生物承載力數(shù)據(jù)，其計(jì)算公式為：式(9)~(13)表明：

①區(qū)域生態(tài)足跡大于或等于各地類生態(tài)足跡之和，且僅當(dāng)區(qū)域所有地類均為生態(tài)赤字時(shí)才取等號(hào)；

②不論三維模型改進(jìn)與否，區(qū)域生物承載力始終等于各地類生物承載力之和；

③區(qū)域足跡深度與區(qū)域足跡廣度之積小于或等于區(qū)域生態(tài)足跡，且僅當(dāng)區(qū)域所有地類均為生態(tài)赤字時(shí)才取等號(hào)；

④區(qū)域足跡深度大于或等于改進(jìn)前的足跡深度，區(qū)域足跡廣度小于或等于改進(jìn)前的足跡廣度，且僅當(dāng)區(qū)域所有地類均為生態(tài)赤字或均為生態(tài)盈余時(shí)才取等號(hào)。與改進(jìn)前相比，生態(tài)足跡三維模型在改進(jìn)后對(duì)自然資本流動(dòng)路徑的追蹤更為細(xì)致，將存量資本和流量資本的分類測(cè)度擴(kuò)展到區(qū)域以下具體的地類層面，從而避免了可能存在的生態(tài)赤字與生態(tài)盈余錯(cuò)誤抵消的情況，這是生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果較改進(jìn)前有所差異的根本原因。

3模型補(bǔ)充

3.1如何基于歷史責(zé)任測(cè)度各國(guó)的自然資本流量占用水平

根據(jù)可持續(xù)發(fā)展公平性原則，人類對(duì)全球自然資源和生態(tài)服務(wù)擁有同等享用權(quán)，人均歷史累積指標(biāo)最能體現(xiàn)這種“共同但有區(qū)別”的責(zé)任原則。足跡廣度作為表征自然資本流量占用水平的指標(biāo)，在一定程度上反映了區(qū)域?qū)嶋H可利用的自然資源稟賦。借鑒氣候變化領(lǐng)域的相關(guān)研究，提出“人均歷史累積足跡廣度”指標(biāo)，從歷史責(zé)任的角度表征各國(guó)人均自然資本流量的累積占用水平，其計(jì)算公式如下：式中：efsize,region為人均歷史累積足跡廣度；EFj為j年的生態(tài)足跡；Ni為j年的人口數(shù)；m為生態(tài)盈余的年數(shù)；y為總年數(shù)；BCj為j年的生物承載力。

指標(biāo)計(jì)算起始年份(基年)的選擇，既要綜合考慮各國(guó)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的可得性和有效性，又不能距離現(xiàn)在太近，否則有違縮小發(fā)達(dá)國(guó)家與發(fā)展中國(guó)家歷史不公平程度的初衷，建議在1950-1990年之間視具體情況而定。

在量化各國(guó)歷史責(zé)任的基礎(chǔ)上，可以采取以下兩項(xiàng)措施促進(jìn)自然資本流量在全球范圍內(nèi)的配置均等化：①高人均足跡廣度國(guó)家根據(jù)其與低人均足跡廣度國(guó)家之間的累積差異，以經(jīng)濟(jì)或技術(shù)形式給予后者一定的配額補(bǔ)償；②確定未來(lái)若干年內(nèi)的全球足跡廣度總量限額，并分配各國(guó)的足跡廣度額度，允許國(guó)家間按照一定的規(guī)范進(jìn)行配額交易。

3.2如何反映區(qū)域內(nèi)部自然資本流量占用的不公平程度

借鑒經(jīng)濟(jì)學(xué)中基尼系數(shù)的內(nèi)涵，提出“足跡廣度基尼系數(shù)”指標(biāo)，以表征區(qū)域內(nèi)部人均自然資本流量占用的不公平程度。當(dāng)某項(xiàng)指標(biāo)呈離散型分布，且參照指標(biāo)(如人口數(shù))在各組近似等分時(shí)，可以采用梯形面積法計(jì)算其基尼系數(shù)(即Lorenz曲線與橫坐標(biāo)軸所夾面積)，其計(jì)算公式為：式中：G為某項(xiàng)指標(biāo)的基尼系數(shù)；x為參照指標(biāo)(如人口數(shù)、GDP)的累積比例；y為該指標(biāo)的累積比例；n為次區(qū)域數(shù)；i為按該指標(biāo)高低排列的次區(qū)域序號(hào)，當(dāng)i=1時(shí)，xi-1=yi-1=0。

目前多數(shù)資源環(huán)境類研究采用式(16)計(jì)算基尼系數(shù)，但由于次區(qū)域之間的人口數(shù)和GDP等參照指標(biāo)存在顯著差異，難以保證Lorenz曲線的相鄰各點(diǎn)等距，本文根據(jù)矩形面積法得到了更為一般化的足跡廣度基尼系數(shù)計(jì)算公式：數(shù)的累積比例。當(dāng)考察全球?qū)用鏁r(shí)，次區(qū)域以國(guó)為單位進(jìn)行劃分；當(dāng)考察國(guó)家層面時(shí)，次區(qū)域以省為單位進(jìn)行劃分……以此類推。足跡廣度基尼系數(shù)的劃分標(biāo)準(zhǔn)可以近似參照經(jīng)濟(jì)學(xué)中的基尼系數(shù)等級(jí)，即G0.2表示高度均衡；0.2<G0.3表示較為均衡；0.3<G0.4表示相對(duì)合理；0.4<G0.5表示較為不均衡；G>0.5表示高度不均衡。3.3.3如何量化自然資本存量減少對(duì)自然資本流量的潛在影響如果生態(tài)系統(tǒng)在供給社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的過(guò)程中消耗了自然資本存量，應(yīng)考慮在計(jì)算下一年的自然資本流量供給時(shí)，扣除該年存量資本減少所對(duì)應(yīng)的生物生產(chǎn)性土地。由此提出“理論足跡廣度”指標(biāo)，以表征自然資本存量持續(xù)減少對(duì)自然資本流量的潛在制約作用，其計(jì)算公式為：式(18)進(jìn)一步反映了生態(tài)赤字與生態(tài)盈余之間的性質(zhì)差異：生態(tài)赤字可以逐年累加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的負(fù)向影響具有累積性；而生態(tài)盈余則無(wú)法逐年累加，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的正向影響也不具有累積性。這可以從生態(tài)學(xué)的角度加以解釋：一個(gè)長(zhǎng)期生態(tài)盈余的生態(tài)系統(tǒng)，一旦無(wú)法滿足人類資源消費(fèi)和廢棄物排放所需的自然資本流量，就會(huì)立即消耗自然資本存量以維持自身穩(wěn)定，存量資本的減少反過(guò)來(lái)又會(huì)抑制生態(tài)系統(tǒng)的生產(chǎn)力，削弱下一年的自然資本流動(dòng)性，從而對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的功能性狀產(chǎn)生持續(xù)負(fù)向影響；反之，一個(gè)長(zhǎng)期生態(tài)赤字的生態(tài)系統(tǒng)，并不會(huì)因?yàn)闀簳r(shí)的生態(tài)盈余而改變不可更新資源嚴(yán)重消耗的現(xiàn)狀，即新增自然資本流量無(wú)法彌補(bǔ)上一年損失的自然資本存量。

結(jié)論

本文簡(jiǎn)要回顧了國(guó)內(nèi)外將生態(tài)足跡方法應(yīng)用于自然資本核算的研究成果，系統(tǒng)評(píng)述了生態(tài)足跡三維模型的概念、計(jì)算方法及主要優(yōu)勢(shì)，并圍繞其存在的問(wèn)題對(duì)模型進(jìn)行了改進(jìn)和補(bǔ)充：

①改進(jìn)了現(xiàn)有指標(biāo)的計(jì)算方法，從自然資本的角度明確了生態(tài)赤字與生態(tài)盈余的性質(zhì)差異，在此基礎(chǔ)上重新推導(dǎo)了足跡深度、足跡廣度和生態(tài)足跡3項(xiàng)指標(biāo)在區(qū)域尺度上的計(jì)算公式，避免了可能存在的低估區(qū)域足跡深度和區(qū)域生態(tài)足跡、高估區(qū)域足跡廣度的缺陷，更為準(zhǔn)確地揭示了自然資本所面臨的嚴(yán)峻形勢(shì)；

②借鑒氣候變化、經(jīng)濟(jì)學(xué)和生態(tài)學(xué)等領(lǐng)域的研究成果，構(gòu)建了人均歷史累積足跡廣度、足跡廣度基尼系數(shù)和理論足跡廣度3項(xiàng)新指標(biāo)，以分別表征人均自然資本占用的歷史累積水平、區(qū)域自然資本占用的不公平程度和自然資本存量持續(xù)減少對(duì)自然資本流量的潛在影響，豐富了模型的理論內(nèi)涵和指標(biāo)體系。總之，經(jīng)本文改進(jìn)和補(bǔ)充的生態(tài)足跡三維模型，能較為全面地揭示自然資本存量與流量之間的內(nèi)在關(guān)系，以及存量資本恒定對(duì)維持生態(tài)系統(tǒng)平衡的重要性，為深化自然資本核算研究提供了一定的理論依據(jù)。

同時(shí)也必須指出，由于篇幅所限，本文對(duì)模型的改進(jìn)和補(bǔ)充還缺乏具體案例驗(yàn)證，特別是上述3項(xiàng)新增指標(biāo)仍存在一些需要完善之處：

①人均歷史累積足跡廣度只是基于公平性原則來(lái)考慮自然資本流量占用的歷史責(zé)任，而未考慮各國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平的差異和對(duì)未來(lái)自然資本需求的變化趨勢(shì)，歷史累積計(jì)算的時(shí)段選擇及所需統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)的來(lái)源等也存在較大的不確定性；

②足跡廣度基尼系數(shù)只能從總體上比較區(qū)域之間自然資本占用的相對(duì)差異及不公平程度，卻無(wú)法反映區(qū)域之間的絕對(duì)差異及區(qū)域的實(shí)際狀況，且?guī)缀畏?包括梯形法和矩形法)求解基尼系數(shù)始終存在結(jié)果偏低的情況(因?yàn)榻品e分面積必然小于實(shí)際面積)，從而影響到?jīng)Q策制定的科學(xué)性；

③理論足跡廣度嘗試性地對(duì)自然資本存量持續(xù)減少的潛在生態(tài)影響進(jìn)行量化，其結(jié)果本身反映生態(tài)系統(tǒng)負(fù)債所造成的資本收益折損，是一個(gè)理論值而非真實(shí)值，特別是在長(zhǎng)期生態(tài)赤字背景下，理論足跡廣度與實(shí)際足跡廣度將明顯背離。前期實(shí)證研究表明，在進(jìn)行自然資本利用的空間尺度比較時(shí)，不能僅僅根據(jù)生態(tài)足跡或生態(tài)赤字的數(shù)值大小進(jìn)行簡(jiǎn)單排序，而應(yīng)結(jié)合各區(qū)域的實(shí)際特點(diǎn)，重點(diǎn)分析資源消費(fèi)的代際公平性(區(qū)域足跡深度)和代內(nèi)公平性(區(qū)域足跡廣度)特征，比較生態(tài)赤字(或生態(tài)盈余)在地類分布和產(chǎn)生原因等方面的差異。此外，還有一些自然資本存量方面的關(guān)鍵性問(wèn)題有待進(jìn)一步探討：自然資本存量減少對(duì)生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能的具體影響是什么，自然資本存量耗竭的生態(tài)閾值又是多少。正如宏觀經(jīng)濟(jì)學(xué)中采用永續(xù)盤(pán)存法估算物質(zhì)資本存量一樣，生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)者也應(yīng)積極探索構(gòu)建普適性的自然資本存量測(cè)度方法，這對(duì)于深化自然資本核算研究，促進(jìn)生態(tài)學(xué)與經(jīng)濟(jì)學(xué)的進(jìn)一步交叉與融合，都將具有十分重要的意義。