环境污染生态学-共6页.pdf

本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用基于生态足迹理论在城市环境污染生态应用问题的认识 随着全球经济的飞速发展，人们对于因此而带来的环境问题也越来越重视，生态足迹（Ecological footprint,EF）就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（biologically productive areas），其含义就是要维持一个人、地区、国家或者全球的生存所需要的或者能够只纳人类所排放的废物的、具有生物生产力的地域面积。生态足迹的理念在于连接了环境经济学与污染生态学的纽带，对于最近几年提出的绿色 GOD 的概念扩展了新的视角。生态足迹估计了需要承载一定生活质量的人口，需要多大的可供人类使用的可再生资源或者能够消纳废物的生态系统，又称之为“适当的承载力”（appropriated carrying capacity）。生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度，又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量，也揭示了人类生存持续生存的生态阈值。它通过相同的单位比较人类的需求和自然界的供给，使可持续发展的衡量真正具有区域可比性，评估的结果清楚地表明在所分析的每一个时空尺度上,人类对生物圈所施加的加压及其量级，因为生态足迹取决于人口规模、物质生活水平、技术条件和生态生产力。2010 年地球生命力报告和中国生态足迹报告 2010近期先后公布，有专家据此提醒，如果继续以超出地球资源极限的方式生活，到 2030 年，人类“将需要两个地球来满足需求”人类生态耗竭已超五成 中国生态足迹量全球第二。以最新的 2007 年“生态足迹”计算表明，人类的生态耗竭已经超过 50%，这表示地球需要 1.5 年的时间来产生人类所用的可再生资源和吸收排放的二氧化碳，过去 30 年里，随着经济的发展，中国的人均收入增长了 50 多倍。然而，迅速的工业化、城镇化和农业集约化也增加了对自然资源的压力。本文就生态足迹理论的在关于城市环境污染生态应用的问题进行了论述。一.生态足迹的基本概念 生态足迹（ecological footprint）也称“生态占用”。是指特定数量人群按照某一种生活方式所消费的，自然生态系统提供的，各种商品和服务功能，以及在这一过程中所产生的废弃物需要环境(生态系统)吸纳，并以生物生产性土地(或水域)面积来表示的一种可操作的定量方法。它的应用意义是：通过生态足迹需求与自然生态系统的承载力(亦称生态足迹供给)进行比较即可以定量的判断某一国家或地区目前可持续发展的状态，以便对未来人类生存和社会经济发展做出科学规划和建议。生态足迹通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。比如说一个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食的所需要的耕地面积，他所排放的二氧化碳总量可以转换成吸收这些 CO2 所需要的森林、草地或农田的面积。因此它可以形象地被理解成一只负载着人类和人类所创造的城市、工厂、铁路、农田的巨脚踏在地球上时留下的脚印大小。它的值越高，人类对生态的破坏就越严重。生态足迹该指标的提出为核算某地区、国家和全球自然资本利用状况提供了简明框架，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的消费量与自然资本的承载量。生态足迹的意义在于探讨人类持续依赖自然以及要怎么做才能保障地球的承受力，进而支持人类未来的生存。生态足迹将每个人消耗的资源折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积，通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值生态赤字或生态盈余，准确地反映了不同区域对于全球生态环境现状的贡献。生态足迹的计算是基于两个基本假设：（1）我们可以保留大部分消费的资源以及大部分产生的废弃物；（2）这些资源以及废弃物大部分都可以转换成可提供这些功能的生物生产性土地。生态足迹的计算方式明确地指出某个国家或地区使用了多少自然资源，然而，这些足迹并不是一片连续的土地；由于国际贸易的关系，人们使用的土地与水域面积分散在全球各个角落，这些需要很多研究来决定其确定的位置。本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用生态足迹评价的模型：1.生物生产面积类型及其均衡化处理在生态足迹计算中，各种资源和能源消费项目被折算为耕地、草场、林地、建筑用地、化石能源土地和海洋（水域）等 6 种生物生产面积类型。耕地是最有生产能力的土地类型，提供了人类所利用的大部分生物量。草场的生产能力比耕地要低得多。由于人类对森林资源的过度开发，全世界除了一些不能接近的热带丛林外，现有林地的生产能力大多较低。化石能源土地是人类应该留出用于吸收 CO2 的土地，但目前事实上人类并未留出这类土地，出于生态经济研究的谨慎性考虑，在生态足迹的计算中，考虑了 CO2 吸收所需要的化石能源土地面积。由于人类定居在最肥沃的土壤上，因此建筑用地面积的增加意味着生物生产量的损失。由于这 6 类生物生产面积的生态生产力不同，要将这些具有不同生态生产力的生物生产面积转化为具有相同生态生产力的面积，以汇总生态足迹和生态承载力，需要对计算得到的各类生物生产面积乘以一个均衡因子，即 rk=dk/D(k=1，2，3，6)式中 rk 为均衡因子，dk 为全球第 k 类生物生产面积类型的平均生态生产力，D 为全球所有各类生物生产面积类型的平均生态生产力。本文采用的均衡因子分别为：耕地、建筑用地为 2.8，森林、化石能源土地为 1.1，草地为 0.5，海洋为 0.2。2.人均生态足迹分量Ai(Pi+Ii-Ei)/(Yi N)(i=1，2，3，m)式中 Ai 为第 i 种消费项目折算的人均生态足迹分量（hm2人），Yi 为生物生产土地生产第 i 种消费项目的年（世界）平均产量（kg/hm2），Pi 为第 i 种消费项目的年生产量，Ii 为第 i 种消费项目年进口量，Ei 为第 i 种消费项目的年出口量，N 为人口数，本文 m=33。在计算煤、焦炭、燃料油、原油、汽油、柴油、热力和电力等能源消费项目的生态足迹时，将这些能源消费转化为化石能源土地面积，也就是以化石能源的消费速率来估计自然资产所需要的土地面积。3.生态足迹 EF=Nef=N（aai）=rjAi=（ci/pi）（1）式（1）中：EF 为总的生态足迹；N 为人口数；ef 为人均生态足迹；ci 为 i 种商品的人均消费量；pi 为 i 种消费商品的平均生产能力；aai 为人均 i 种交易商品折算的生物生产面积，i 为所消费商品和投入的类型；Ai为第 i 种消费项目折算的人均占有的生物生产面积；rj 为均衡因子。4.生态承载力在生态承载力的计算中，由于不同国家或地区的资源禀赋不同，不仅单位面积耕地、草地、林地、建筑用地、海洋(水域)等间的生态生产能力差异很大，而且单位面积同类生物生产面积类型的生态生产力也差异很大。因此，不同国家和地区同类生物生产面积类型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进行标准化。不同国家或地区的某类生物生产面积类型所代表的局地产量与世界平均产量的差异可用“产量因子”表示。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。同时出于谨慎性考虑，在生态承载力计算时应扣除 12的生物多样性保护面积。ecajrjyj(j1，2，3，6)式中 ec 为人均生态承载力(hm2/人)，aj 为人均生物生产面积，rj 为均衡因子，yi 为产量因子。5.生态赤字与生态盈余 区域生态足迹如果超过了区域所能提供的生态承载力，就出现生态赤字；如果小于区域的生态承载力，则表现为生态盈余。区域的生态赤字或生态盈余，反映了区域人口对自然资源的利用状况。二生态足迹分析方法的特点优点：优点：生态足迹分析方法首先通过引入生态生产性土地概念实现了对各种自然资源的统一描述，其次通过引入等价因子和生产力系数进一步实现了各国各地区各类生态生产本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用性土地的可加性和可比性。这使得生态足迹分析具有广泛的应用范围，既可以计算个人、家庭、城市、地区、国家乃至整个世界这些不同对象的生态足迹，对它们的足迹进行纵向的、横向的比较分析。总之，生态足迹分析指标为度量可持续性程度提供了一杆“公平秆”，它能够对时间、空间二维的可持续性程度做出客观量度和比较，使人们能明确知晓现实距离可持续性目标尚有多远，从而有助于监测可持续方案实施的效果。另外，生态足迹计算具有很强的可复制性。这使得将生态足迹计算过程制作成一个软件包成为可能，从而可以推动该指标及方法的普及化。缺点：缺点：早期的关于人口过剩（overpopulation）的很多理论和计算预测都已经被证明是错误的，重要原因之一就是科学技术的进步使得一些以前不能利用或利用率低的资源变得可以和更经济有效的利用。关于生态足迹的理论和计算也存在类似问题，因为它的统计和计算涉及到大量的资源利用和消费问题。一些专家认为，生态足迹的计算结果只能反映经济决策对环境的影响，也就是只注意了经济产品和社会服务能的耗费，而未注意生态产品和生态服务能的耗费，而且在考虑资源的消费时，只注意了资源的直接消费而未考虑间接消费，同时也忽略了资源开发利用中其它的重要影响因素，如工业城市化的推进挤占耕地，由于污染、侵蚀等造成的土地退化情况。生态足迹方法并没有设计成一个预测模型，是一种基于现状静态数据的分析方法，其计算结果不能反映未来的发展趋势，其所得结论具有瞬时性。因此方法的计算结果不能反映人类活动的方式、管理水平的提高和技术的进步等因素的未来影响。同时在将生产能力差异很大的耕地、化石能源土地、牧草地、林地等转化为可比较的生物生产型面积时，采用乘转化因子（均衡因子和产量因子），转化因子的确定显然假定了不同的生物生产面积类型之间固定的替代弹性，事实上，它们之间的环境影响是不可相互替代的。而且该转化因子的确定主要是考虑生物物理方面的因素，并未考虑长期的技术潜力和社会方面的权重（如市场价格的影响）。计算能源净消费所需的生物生产面积是通过计算吸收燃烧化石燃料所产生的 CO2 所需的生物生产面积，显然忽略了另外一种重要的温室气体甲烷。当前生态足迹分析方法及其指标还是一个在不断改进的新生事物。“加拿大生态研究小组”等很多科研机构和学者正在研究如何将环境污染的生态影响纳入生态足迹的计算表格中。生态足迹分析法将逐渐完善，并有效地促进人类对可持续发展的探索。三生态足迹理论的发展“生态足迹法（ecological footprint）”这一概念是生态经济学家 Ress 教授及其学生Wackernagel 教授和 Wada 博士提出并加以发展的。生态足迹就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（biologically productive areas），其含义就是要维持一个人、地区、国家或者全球的生存所需要的或者能够只纳人类所排放的废物的、具有生物生产力的地域面积。生态足迹估计要承载一定生活质量的人口，需要多大的可供人类使用的可再生资源或者能够消纳废物的生态系统，又称之为“适当的承载力”（appropriated carrying capacity）。生态足迹将每个人消耗的资源折合成为全球统一的、具有生产力的地域面积，通过计算区域生态足迹总供给与总需求之间的差值生态赤字或生态盈余，准确地反映了不同区域对于全球生态环境现状的贡献。生态足迹既能够反映出个人或地区的资源消耗强度，又能够反映出区域的资源供给能力和资源消耗总量，也揭示了人类生存持续生存的生态阈值。它通过相同的单位比较人类的需求和自然界的供给，使可持续发展的衡量真正具有区域可比性，评估的结果清楚地表明在所分析的每一个时空尺度上，人类对生物圈所施加的加压及其量级，因为生态足迹取决于人口规模、物质生活水平、技术条件和生态生产力。日本每人的生态足迹为 4.3 全球公顷(目前以 gha 为单位)，远远超过日本土地、水源所具备的生产能力(0.8gha)，所以日本只能利用别国资源。另外，这一面积是世界人均值本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用(1.8gha)的 2.4 倍。如果都像日本人这样生活，就要准备 24 个地球，像美国那样要 5 个地球。就世界整体而言，生态足迹已超过 1980 年的地球生产能力，而 2001 年已超过 20。主要原因是工业国的消费，19922002 年，世界上高收入的 27 个国家人均生态足迹增加了 8，但中低收入国家却减少了 8。瑞士测定了本国的生态足迹，与国内生产总值GDP 一样，作为反映国家政策运营情况的指标。加拿大、澳大利亚、芬兰都采取了同样的措施。Wackernagel 等曾对世界上 52 个国家和地区 1997 年的生态足迹进研究 计算研究表明，全球平均人均生态足迹为 2.8hm2，而可利用生物生产面积仅为 2hm2，全球人均生态赤字0.8hm2。在计算的 52 个国家和地区中 35 个国家和地区存在生态赤字，只有 12 个国家和地区的人均生态足迹低于全球人均生态承载力。中国 1997 年的人均生态足迹为 1.2 hm2，而其人均生态承载力仅为 0.8 hm2，人均生态赤字为 0.4 hm2。因此，从全球范围而言，人类的生态足迹已超过了全球生态承载力的 35%，人类现今的消费量已超出自然系统的再生产能力，即人类正在耗尽全球的自然资产存量。世界自然基金会的2004 地球生态报告为了让各个国家在占用了多少自然资源上“有账可查”，2004 年，世界自然基金会(WWF)的2004 地球生态报告使用了“生态足迹”这一指标，并列出了一份“大脚黑名单”。这份由 WWF 和联合国环境规划署共同完成的报告于 2004 年 10 月 21 日在瑞士格兰德正式发布。十几位来自 WWF 总部、挪威管理学院、美国威斯康辛大学和全球足迹网络的专家参与了研究，报告的数据来自联合国粮农组织、国际能源机构、政府间气候变化专门委员会以及联合国环境项目世界保护监测中心。在这份“大脚黑名单”上，阿联酋以其高水平的物质生活和近乎疯狂的石油开采“荣登榜首”人均生态足迹达 9.9 公顷，是全球平均水平(2.2 公顷)的 4.5 倍；美国、科威特紧随其后，以人均生态足迹 9.5 公顷位居第二。贫困的阿富汗则以人均 0.3 公顷生态足迹位居最后。中国排名第 75 位，人均生态足迹为 1.5 公顷，低于 2.2 公顷的全球平均水平。“但中国人口数目庞大，其人均生态承载能力(即大自然能够给予的消耗量)仅为 0.8 公顷，生态赤字高达 0.7 公顷，而全球的平均生态赤字为 0.4 公顷。”专家们认为，由于发展中国家的人均自然消耗量还将迅速增加，中国的整体生态形势更加不容乐观。报告显示，美国、日本、德国、英国、意大利、法国、韩国、西班牙、印度均是生态赤字很大的国家。“很简单，如果生态足迹超过了生态承载能力，就是不可持续的。为实现全球的可持续发展，每个人都有义务和责任来减少自然资源的消费，减小自身的生态足迹。”报告的主要作者、生态学家骆乔森(JonathanLoh)说。报告说，巴西、加拿大、印度尼西亚、阿根廷、刚果、秘鲁、安哥拉、巴布亚新几内亚、俄罗斯、新西兰等国家由于国土面积辽阔、人口相对稀少或者位于热带亚热带地区，在“生态盈余(总生态足迹小于总生态承载容量)榜”上位居前列。“就在这些生态盈余国家的居民为全球生态环境作出贡献时，西方人正在以难以持续的极端水平消耗自然资源北美人均资源消耗水平不仅是欧洲人的两倍，甚至是亚洲或非洲人的七倍。”专家们批评说，“如果全球的居民都达到美国居民的生活水平，人类将需要 5 个地球。”报告的作者们称，他们试图从另一角度寻找“谁应该对目前的全球生态危机负有更大责任”这一争论不休话题的答案。“那些生态赤字较大国家的资源消耗量已经超过了本国的资源再生能力，其结果就是加剧了环境恶化，或者将这种生态危机通过原材料进口等国际贸易方式转移到了其他国家或地区。”郝克明还担心，大大小小的环保组织如何说服人们为了追求高水平生活而不去高破坏地消耗地球资源。“在目前，使政府、工业界和公众转向可再生能源，推广节能的技术、建筑和交通系统具有至关重要的意义。”马丁说。亚太区 2005 生态足迹与自然财富报告2006 年 4 月 19 日公布的亚太区 2005 生态足迹与自然财富报告显示，亚太区人民耗损资源的速度接近该地区自然资源复原速度的两倍，而居住在该地区的人类所需的地球资源比该地区生态系统可提供的资源量高出 1.7本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用倍。自 1961 年到 2001 年，中国人均生态足迹的增长几乎超出了原来的一倍。亚洲是目前世界上经济发展最快、人口最多的区域，其整体生态足迹对全球影响深远，但欧洲人和北美洲人的平均足迹仍比亚洲人高 3 倍到 7 倍。在过去的 8 年里，中国的人均生态足迹比较稳定。中国生态足迹报告国际环境组织世界自然基金会（WWF）与中国环境与发展国际合作委员会（China Council for International Cooperation on Environment and Development）共同发布了中国生态足迹报告生态足迹通过农田、木材、水、煤炭以及垃圾处理用地等一系列自然资源的使用量，来衡量人类对大自然的需求状况。报告发现，中国的人均生态足迹仍在世界上居于较低水平；但自上世纪六十年代以来，中国消耗的生态资源增加了近一倍。报告警告称，如果中国的人均资源消耗达到美国的水平，“那么中国将需要全球的可用生物承载力。”世界自然基金会发表声明称，报告主要使用了 2003 年的数据，这是目前可用的最新的全面数据。但报告作者表示，研究结果反映了目前仍在持续的趋势。报告称，中国 2003 年的人均资源消耗量居世界第 69 位，略低于叙利亚。美国在这项指标中排名世界第二，阿联酋高居第一，日本则位列第 27 位。根据报告的定义，一个国家的生态足迹指的是满足该国人口需求的、具有生物生产力的土地与水域的面积。研究发现，中国人均生态足迹仅为 1.6 公顷，远低于 2.2 公顷的世界平均水平。但中国所能提供的自然资源经计算仅为人均 0.8 公顷，这意味着中国消耗了相当于其自身生态系统供给能力两倍的资源。为了弥补其中部分缺口，中国从加拿大、印度及美国等国家进口原材料。但研究发现，其中部分原材料随后又通过制成品的形式再出口到西方国家，这使得中国成为自然资源的净出口国。报告建议，中国可以采取简单易行的短期措施，例如推广使用节能灯泡，同时着眼于长期规划。中国拥有“全球生物承载力”（提供有用生物材料与吸纳废物的能力）的15%，美国则消耗了大约 20%。报告表示，未来一、二十年内，中国的消耗水平可能仍将对其自身的生态系统构成威胁，并对全球生物承载力施加更大的压力。四生 态足迹在城市污染生态学的作用 城市是人类社会、经济和文化发展的产物，城市生态系统具有开放性、依赖性、脆弱性、复合性等特点，极易受到人为的和自然环境条件变动的干扰。目前我国的大多数城市污染十分严重，尤其是在一些重点城市，城市生态系统遭到极大破坏，已经无法维持自身的正常运转。许多城市由于人口与产业的膨胀式发展，城市生态系统面临极大压力。人不可能单独生存，人是组成社会的高级生物，人类社会的政治、经济、法律、文化和科学技术对城市生态系统的发展有重大的影响。目前，城市发展几乎完全取决于人类的意志，有计划、有步骤地按制订的规划实施城市建设已是普遍的原则。人类社会因素既是城市生态系统的一个组成部分，又是城市生态系统的一个重要的变化函数，直接影响城市生态系统的发展和变化。城市生态系统是城市这一特定地域内的人口、资源、环境(包括生物和物理的、社会和经济的、政治和文化的)通过各种关系建立起来的自然复合体。城市是人口集中聚居的地方，具有自然生态系统的某些基本特征。城市生态系统内仍有植物和动物，生态系统的功能基本上得以正常地进行，并与周围的自然生态系统发生着各种联系；但另一方面也应看到，城市生态系统发生了本质变化，具有许多不同于自然生态系统的突出特点。在城市中，自然生态系统为人工生态系统所代替，动物、植物、微生物失去了原有自然生态系统中的生境，使生物群落不仅数量少，而且其结构简单。城市生态系统缺乏分解者或分解者功能微乎其微；城市生态系统中的废弃物(工业与生活废弃物)不可能由分解者就地分解，几乎全部需输送到化粪池污水厂、垃圾处理厂由人工设施进行处理。城市污染问题的日趋严重，让人类不得不反思，经济发展与生态平衡的和谐问题，并且提出了可持续发展的战略，以我们现有所学到污染生态的知识最多是以研究技术方法的为主要目的，本文档下载后根据实际情况可编辑修改使用而从管理的视角我们不但需要技术可行，更需要宏观的政策指导，来对城市污染生态问题进行解决。西方经济学者认为以假设“理性人”为基础建立的经济理论，在市场机制的重要作用下，生产者会最求自我利益最大化，往往不会考虑以生产资料所带来的环境污染问题，这就需要政府以宏观政策来规范，管理污染的生态问题。传统核算国内生产总值 GDP 没有计算资源的消耗，不能从本质上说明一个地区.国家整体上的发展水平，最近几年提出的绿色GDP 的概念以新的角度来衡量经济的发展，虽然这还是个领域还会是需要深入研究，不是很成熟，但是本文所论述的生态足迹的方法为此至少也提供了一个很好的契机，为城市污染问题上，从生态学的角度，在经济政策的指引下进行了一次重大的飞跃。参考资料：1.生态足迹的理论分析及模型优化研究2.基于宏观贸易调整法的城市尺度生态足迹模型以珠江三角洲城市群为例-自然资源学报 2009,24(2)3.城市生态足迹计算中温室气体环境责任的区域分配法-中国环境科学 2009,29(5)4.基于传统生态足迹方法和能值生态足迹方法的黑龙江省可持续发展状态比较-应用生态学报 2008,19(11)5 生态足迹理论对生态城市建设的启示6.经济学基础