城市生態規劃關鍵技術方法之二：生態系統承載力理論與方法（生態足跡）
生態承載力的概念從自然生態系統的種群承載力到資源承載力、環境承載力，又發展到生態系統承載力。他的概念在不斷發生演變。城市生態系統承載力可以這樣定義：
在正常情況下，城市生態系統維繫其自身健康、穩定發展的潛在能力，主要表現為城市生態系統對可能影響甚至破壞其健康狀態的壓力產生的防禦能力、在壓力消失後的恢復能力以及為達到某一適宜目標的發展能力。
這個定義非常抽象，在實際工作中，往往使用人口等城市生態系統承載力的外在表徵來進行量化。目前，國內外學者普遍使用的生態承載力的量化方法為生態足方法，即以可利用的土地面積為單位對城市生態系統承載力進行表徵。關於生態承載力的其它度量和表達方法我會在之後的文章中涉及到，這裡主要討論常用的生態承載力分析評價方法，即生態足跡。
簡單的理解，生態足跡是生態系統的需求，生態承載力是生態系統的供給，二者比較可以計算出生態赤字或是生態盈餘。這就是生態足跡法在生態承載力研究方面的應用。生態足跡法多用於城市生態系統的現狀評價中，分析出該區域人口對自然資源的利用狀況和計算時刻該區域的可持續性。
這篇文章中的內容主要參考杜斌、張坤民的《城市生態足跡計算方法的設計與案例》和郭秀銳、楊居榮的《城市生態足跡計算與分析——以廣州為例》。
生態足跡ef (eco logical foo tp rin t) 是20 世紀90 年代初提出的一種從生態學角度來衡量可持續發展程度的方法[ 1 ]。生態足跡衡量在一定的人口與經濟規模條件下, 人類消耗了多少用於延續其發展的自然資源, 並將人類活動對生物圈的影響歸納成乙個數字, 即人類活動排他性占有的生物生產土地。乙個已知人口(個人、城市或國家) 的生態足跡, 即是生產相應人口所消費的所有資源和消納這些人口產生的所有廢物所需要的生物生產面積(包括陸地和水域)。
將生態足跡同國家或區域範圍內所能提供的生物生產面積相比較, 能夠判斷乙個國家或區域的生產消費活動是否處於當地的生態系統承載力範圍之內。
生態足跡對於可持續性的衡量是一種「強」可持續性的測量手段。當乙個地區的生態承載力小於生態足跡時, 即出現「生態赤字」; 當其大於生態足跡時, 則產生「生態盈餘」。生態赤字表明該地區的人類負荷超過了其生態容量, 要滿足現有水平的消費需求, 該地區要麼從地區之外進口所欠缺的資源以平衡生態足跡, 要麼通過消耗自身的自然資本來彌補收入供給流量的不足[ 3 ]。
根據生產力大小的差異, 生態足跡分析法將地球表面的生物生產性土地分為6 大類進行核算: 1)化石能源用地, 用來補償因化石能源消耗而損失的自然資本存量而應儲備的土地; 2) 耕地, 生物生產性土地中的生產力最大的一類土地; 3) 牧草地, 即適於發展畜牧業的土地; 4) 林地, 指可產出木材產品的人造林或天然林; 5) 建築用地, 包括各類人居設施及道路所占用的土地; 6) 水域, 包括可以提供生物產出的淡水水域和海洋。
生態足跡的計算步驟如下:
1) 計算各種消費專案的人均生態足跡
人均生態足跡分量a i 的計算公式為
a i = c i/y
i = (p i + i i - e i) / (y i ×n ) ,
式中: i 為消費專案的型別, a i 為第i 種消費專案折算的人均生態足跡分量(hm2 /人) ，c i 為第i 種消費專案的人均消費量, y i 為生物生產土地生產第i種消費專案的世界年均產量(kg /hm 2 ) , p i、i i、e i分別為第i 種消費專案的年生產量、年進口量和年出口量, n 為人口數。
2) 計算人均生態足跡
人均生態足跡e f 的計算公式為
e f = ∑ei = ∑rja i =∑rj (p i + i i - e i) / (y i ×n ) ,
式中: e f 為人均生態足跡(hm 2/人) , ei 為人均生態足跡分量, rj 為均衡因子。
3) 計算生態承載力
不同國家或地區的某類生物生產面積所代表的平均產量同世界平均產量的差異可用「產量因子」(yield facto r) 表示。某類土地的產量因子是其平均生產力與世界同類土地的平均生產力的比率。將現有不同的土地型別乘以相應的均衡因子和當地的產量因子, 就可得到某個國家或地區的生態承載力。
人均生態承載力的計算公式為
e c = ∑cj = ∑aj × rj × y j,
式中: e c 為人均生態承載力(hm2/人) , cj 為人均生態承載力分量, aj 為人均生物生產面積, rj 為均衡因子, y j 為產量因子。
生態足跡隨總人口規模、人均消費水平、技術使用的資源密度等的變化而變化。技術能夠改變土地的生產力水平, 或者資源用於產生商品和服務的效率。而生態承載力受到生產性土地面積以及單位土地生產能力的影響。
技術、人口和消費的變化會減小或增大生態承載力和生態足跡之間的差距。
附：關於生態足跡中的產量因子和均衡因子
任何已知人口的區域生態足跡是這些人口所消費的資源和吸納這些人口所產廢棄物需要的生物生產面積，在生態足跡帳戶核算中，生物生產面積主要考慮耕地、草地、林地、建築用地、化石能源土地和水域6 種生物生產面積型別。由於這6 類生物生產面積的生態生產力不同，要將這些具有不同生態生產力的生物生產面積轉化為具有相同生態生產力的面積，以計算生態足跡和生態承載力，需要對計算得到的各類生物生產面積乘以乙個均衡因子。均衡因子是乙個不同型別的生態生產性土地轉化為在生態生產力上等價的係數，反映的是不同土地型別的平均生態生產力的差異，在此我們採用的均衡因子分別為：
耕地、建築用地為2.8，森林、化石能源土地為1.1，草地為0.
5，水域為0.2，均衡處理後的6 類生物生產面積即為具有全球平均生態生產力、可以相加的世界平均生物生產面積。由於同類生態生產性土地的生產力在不同國家和地區之間是存在差異的，因而各國各地區同類生態生產性土地的實際面積是不能直接進行對比的，產量因子就是乙個將各國各地區同類生態生產性土地轉化為可比面積的引數，是乙個國家或地區某類土地的平均生產力與世界同類平均生產力的比率，這樣不同區域的計算結果才具有可比性。
我國目前採用的產量因子分別為：耕地、建築用地為1.66，林地為0.
91，草地為0.19，水域為1.00，化石原料用地為0。
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