全 文 ：　 　 倡 国家自然基金 （４０３７１００３）和中国科学院知识创新方向性项目 （KZCX３唱SW唱３２７唱０４）资助
收稿日期 ：２００５唱１１唱０９ 　 改回日期 ：２００６唱０１唱２４
西安市城市生态足迹估算与动态变化分析 倡
黄 　青１ ，２ 　王让会１ 　任志远３
（１畅 中国科学院新疆生态与地理研究所 　 乌鲁木齐 　 ８３００１１ ；２畅中国科学院研究生院 　 北京 　 １０００４９ ；
３畅陕西师范大学旅游与环境学院 　 西安 　 ７１００６２）
摘 　要 　 运用生态足迹分析方法对西安市 １９９０ ～ ２００１年的生态足迹进行了估算和动态变化分析 。 结果表明 ，西安
市人均生态足迹从 １９９０ 年的 ０畅９０１２hm２／人增加至 ２００１ 年的 １畅５８２０hm２／人 ，生态赤字从 １９９０ 年的 ０畅５３７６hm２／人
增加至 ２００１年的 １畅２６９１hm２／人 。 在此基础上进行了生态足迹的一次线性拟合趋势预测 ，并计算了西安市 １９９０ ～
２００１年万元 GDP的生态足迹 。 研究结果表明 ，西安市对自然生态系统的压力相对于本地区的生态承载力来说 ，呈
现不断扩大的趋势 ，对西安市的可持续发展和生态安全已构成威胁 。 最后 ，提出了加强城市生态建设 ，减缓生态足
迹的增加 ，确保城市及周边地区生态安全的措施 。
关键词 　 生态足迹 　 动态变化 　 生态承载力 　 生态盈余 　 生态赤字 　 西安市
Ecological footprint and dynamics of Xi’ an City from 1990 to 2001畅HUANG Qing１ ，２ ，WANG Rang唱Hui１ ，REN Zhi唱
Yuan３ （１畅Xinjiang Institute of Ecology and Geography ，Chinese Academy of Sciences ，U rumqi ８３００１１ ，China ；２畅Graduate
University of Chinese Academy of Sciences ，Beijing １０００４９ ，China ；３畅College of Tourism and Environment ，Shaanxi Nor唱
mal Universit y ，Xi’an ７１００６２ ，China） ，CJEA ，２００７ ，１５（４） ：１５３ ～ １５６
Abstract 　 The theory of ecological footprint was int roduced and the development of Xi’an Cit y from １９９０ to ２００１ as唱
sessed using the method of ecological footprin t畅Results show that per capita average ecological footprint for Xi’an City is
０畅９０１２hm２ ／cap ．in １９９０ and １畅２６９１ hm２ ／cap ．in ２００１畅Per capita average ecological footprin t deficit is ０畅５３７６ hm２ ／cap ．
in １９９０ and １畅２６９１ hm２ ／cap ． in ２００１畅Analyses of the ecological footprint of Xi摧an Cit y indicate gradual increase in natu唱
ral ecosystem requirements which threatens sustainable development of Xi’an City under given the ecological capacit y of
the city ．Finally ，some measures of reducing the ecological footprint deficit of the city are advanced畅
Key words 　 Ecological footprint ，Dynamic change ，Ecological capacit y ，Ecological surplus ，Ecological deficit ，Xi摧an City
（Received Nov畅９ ，２００５ ；revised Jan畅２４ ，２００６）
城市是人类文明的聚集地 ，它的发展 、建设与管理 ，必须考虑对生态环境的影响 。 近年来提出的生态
城市建设已日益成为未来城市发展的模式［１］ 。 然而一个城市是否处于生态安全的状态 ，国内外还没有一
个明确的指标 ，多数衡量指标只是基于经济核算方面的考虑 ，并没有涉及到生态效益的影响 。 生态足迹
的概念自 １９９９ 年引入国内后 ，应用生态足迹的方法对国内各地区的研究逐渐展开 。 张文首次对生态足
迹的概念 、模型 、计算方法进行了研究［２］ ；徐中民等对中国 １９９９ 年生态足迹进行了计算［３］ ；张志强等介绍
了生态足迹的概念及计算模型 ，并对中国西部 １２ 省（市 、区）的生态足迹进行了计算［４］ ；杨开忠等介绍了
生态足迹分析理论与方法［５］ ；王书华等［６］ 、董泽琴等［７］ 、熊鹰等［８］对不同地区的生态足迹进行了计算与分
析 。 但是 ，国内研究总体上处于探索和应用实践阶段 ，对区域生态足迹时空动态变化的研究还较少 。 本
文用 William Rees 教授（１９９２）提出的生态足迹法 ——— 人类对自然资源的掠夺和释放废物的速度是否超过
了自然的再生能力和自净能力的角度来研究城市的发展是否处于可持续的状态 ，生态是否安全 ，并选取
西安为研究对象 ，把生态足迹动态变化运用于城市的生态安全研究 。
1 　 生态足迹理论与模型
人类要维持生存必须消费自然提供的各种产品 、资源和服务 ，撇开一切具体物质形态的产品及各种具
体的服务 ，人类每一项最终消费的量都追溯到提供生产该消费所需的原始物质与能量的生态生产性土地面
第 １５卷第 ４ 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol ．１５ 　 No ．４
２ ０ ０ ７ 年 ７ 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture July ，　 ２００７
积或水域面积上 。 故人类系统的所有消费理论上都可折算成相应的生态生产性土地面积 ，这就是生态足迹
理论的基本出发点［１４］ ，它既是既定技术条件和消费水平下 ，特定人口对环境的影响规模 ，又代表既定技术条
件和消费水平下 ，特定人口持续生存下去而对环境提出的需求 。 生态足迹用一定生态生产力的土地面积或
水域面积来评价资源消耗和废物降解的程度 ，对判断人类社会是否生存于生态系统的承载力范围之内给出
了一种简单实用的计算方法 ，通过计算经济实体之间的能量和物质流动 ，把它们换算为能够支持能流物流
所需的土地面积或水域面积［２］ ，这有助于了解一个地区人类对自然的利用程度以及自然资源的短缺程度 ，
从而对该地区生态的持续发展程度及生态安全性做出评价并提出对策 。
生态足迹的计算是基于这样的假设［１５］ ：每一种能量 、物质的消费和废物降解都需要一定的土地或水域
面积来生产或吸收 。 如果把一定人口的所有消费和废物降解所需要的土地面积相加 ，所得的面积就代表这
些人口的生态足迹 。 生态足迹计算的关键在于确定维持特定年份生活水平的生态生产性土地面积 、等价因
子和生产力系数 。 由于各类生态生产性土地面积的生态生产力不同 ，为了使这几类不同的土地面积和计算
结果可以比较和汇总 ，要将计算得到的各类生态生产性土地面积乘以一个等价因子 。 等价因子是用各土地
利用类型的初级生产力来重新度量它们各自的面积 。 同时 ，在生态承载力的计算中 ，不同国家或地区同类
生态生产性土地的实际面积是不能进行直接对比的 ，需要对不同类型的土地面积进行调整 。 不同国家或地
区的某类生态生产性土地面积所代表的局部产量与世界平均产量的差异可用生产力系数表示［１６］ 。 某个国
家或地区某类土地的生产力系数是其平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率 。 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等价因子和当地的生产力系数 ，就可以得到带有世
界平均产量的世界平均生态空间面积 ——— 生态承载力［９］ 。 同时 ，出于谨慎考虑 ，在生态承载力计算时扣除
１２ ％ 的生物多样性保护面积［１７］ 。
根据上述原理 ，生态足迹计算具有两个基本事实［１０］ ：一是人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其
所生产的废弃物数量 ，二是这些资源和废弃物的量能转换成相应的生态生产性土地面积 。 生态足迹的具体
计算公式为 ：
EF ＝ Nef ＝ N ∑ （ aai） ＝ N ∑ （ Ci／ Pi） （１）
式中 ，i为消费产品和投入的类型 ，Pi为 i种消费产品的全球平均生产能力 ，Ci 为 i 种产品的人均消费量 ，
aai为人均 i 种交易商品折算的生态生产性土地面积 ，N 为人口数 ，ef 为人均生态足迹 ，EF 为总的生态足
迹 。 人均生态承载力的计算公式为 ：
ec ＝ aj rj yj 　 （ j ＝ １ ，２ ，３ ，… ，６） （２）
式中 ，ec 为人均生态足迹承载力（hm２／人） ，aj 为人均生物生产面积 ，rj 为等价因子 ，yj 为生产力系数 。
2 　 案例分析
西安市地处 １０７°４０′ ～ １０９°４９′E ，E３３°３９′ ～ ３４°４４′N ，地势东南高西北低 ，南依秦岭 ，北临渭河平原 ，平均
海拔 ４２４m ，是我国北方特大城市之一 ，地处联系我国西部与中 、东部的结合地带 ，在国家区域发展宏观布局
中具有“承东启西” 、“联南带北”的战略地位和区位优势 ，更是西部大开发战略的首选地区和桥头堡 。 据
２００２ 年统计 ，西安市 ２００１ 年末总人口 ６９４畅８４ 万人 ，其中非农业人口 ２９２畅６２ 万人 ，人口密度 ６９６ 人／km２ 。
国内生产总值 ７３３畅８５ 亿元 ，其中第一产业 ４５畅８７ 亿元 ，第二产业 ３２６畅４２ 亿元 ，第三产业 ３６１畅５６ 亿元［１１］ 。
根据生态足迹的概念及计算模型 ，对西安市 １９９０ ～ ２００１ 年的生态足迹进行了实际计算 。 计算区域包括
西安的新城区 、碑林区 、莲湖区 、灞桥区 、未央区 、雁塔区 、阎良区 、临潼区 、长安区 、蓝田县 、周至县 、户县 、高
陵县 ９ 区 ４ 县 ，总面积 ９９８３km２ 。 西安市生态足迹计算中等价因子的选取来自中国生态足迹的报告［９］ 。 采
用的等价因子分别为 ：耕地 ２畅８２ 、林地 １畅１４ 、草地 ０畅５４ 、建筑用地 ２畅８２ 、化石能源土地 １畅１４ 。均衡处理后的
生态系统土地面积即为具有全球平均生态生产力 、可以相加的世界平均生态生产性土地面积 。 生产力系数
的取值参照国内有关专家在陕西省生态足迹计算中的取值［９］ 。 由于耕地是最主要的生态生产性土地 ，耕地
的生产力系数取西安市粮食的平均生产力与世界粮食的平均生产力的比率得到 。 数值如下 ：耕地 １畅６３ 、草
地 ０畅１９ 、林地 ０畅９１ 、建筑用地 １畅６６ 。
根据承载力的计算公式 ，各生态生产性土地面积的人均生态承载力即为各生态生产性土地的人均面积
乘以各自的等价因子再乘以各自的生产力系数 。 均衡后西安市能供给的生态生产性土地面积的类型及数
据见表 １ 。 在生态承载力的计算中 ，扣除了 １２ ％ 的生物多样性保护面积［１７］ 。
１５４　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷
　 　 西安市 １９９０ ～ ２００１ 年生态足迹的计
算主要包括生物资源的消费和能源的消
费 。 在具体计算中 ，由于海关统计的数据
远不能包括实际区域之间的各种物流及
能流 ，所以消费量主要来自人均消费量 ，
由城镇居民实物消费量和农村居民实物
消费量加权得到西安各种消费项目的人
均及总消费量［１１］ 。
生物资源账户类型包括农产品 、林产
品和动物产品 ，由于指标分类越详细 ，结
果就越精确 ，所以每类指标都进行了详细
的分类 。 其中农产品包括小麦 、稻谷 、玉
　 　 　 　
表 1 　 均衡后西安市 1990 ～ 2001 年人均生态生产性土地面积
Tab畅１ 　 The biologically productive land area of Xi’an City （１９９０ ～ ２００１）
年份 人均耕 人均林 人均草 人均水 人均建筑用
Year 地 ／hm ２·人 － １ 地 ／hm ２·人 － １ 地／h m２ ·人 － １ 域 ／hm２·人 － １ 地／hm ２·人 － １
Arable land Forest pe r Pasture Wate r per Built唱up area
per cap ． cap ． per cap ． cap ． per cap ．
１９９０ ０畅２７８１ ０畅０６７４ ０畅０００２０４ ０畅００１０ ０畅０６６５６
１９９６ ０畅２４０１ ０畅０６３７ ０畅０００１９２ ０畅００１０ ０畅０７２６４
１９９７ ０畅２３５９ ０畅０６３０ ０畅０００１９０ ０畅００１０ ０畅０７２６３
１９９８ ０畅２３３３ ０畅０６２５ ０畅０００１８８ ０畅００１０ ０畅０７２７５
１９９９ ０畅２３０８ ０畅０６１９ ０畅０００１８６ ０畅０００９ ０畅０７２６３
２０００ ０畅２２４６ ０畅０６０７ ０畅０００１８２ ０畅０００９ ０畅０７２４４
２００１ ０畅２２１４ ０畅０６０１ ０畅０００１８０ ０畅０００９ ０畅０７２８８
米 、高粱 、大豆 、棉花 、油菜籽 、花生 、芝麻 、糖料 、麻类 、蔬菜 、烤烟 ；林产品包括生漆 、油桐籽 、核桃 、板栗 、花
椒 、乌柏籽 、五倍籽 、木耳 、香菇 ；水果包括苹果 、梨 、葡萄 、桃 、红枣 、杏 、柿子 、猕猴桃等 ；动物产品包括猪肉 、
牛肉 、羊肉 、奶类 、山羊毛 、绵羊毛 、羊绒等［１１］ 。 生物资源生产面积折算的具体计算采用联合国粮农组织
１９９３ 年计算的有关生物资源的世界平均产量资料［１７］ （采用这一公共标准是为了便于将计算结果进行国与
国 、地区与地区之间的比较） 。 生物资源消费采用的计算公式如下［３］ ：
EF ＝ Pi／ Y ave （３）
表 2 　 均衡后西安市 1990 ～ 2001 年生态足迹需求
Tab畅２ 　 The ecological footprin t of Xi’an City （１９９０ ～ ２００１）
年份 人均耕 人均林 人均草 人均建筑用 人均能源消耗
Year 地 ／hm ２·人 － １ 地／ hm ２·人 － １ 地 ／hm ２·人 － １ 地 ／hm ２·人 － １ 账户 ／hm ２·人 － １
Arable land Forest per Pasture Built唱up area Energy per cap ．
per cap ． cap ． per cap ． per cap ．
１９９０ ０畅３３３７ ０畅００３８ ０畅２２２６ ０畅００１０ ０畅３４００
１９９６ ０畅３５９３ ０畅０５０２ ０畅２９４２ ０畅００１２ ０畅４０８９
１９９７ ０畅３６５４ ０畅０５０３ ０畅３３４８ ０畅００１１ ０畅４１６５
１９９８ ０畅３６６０ ０畅０５０４ ０畅３９０３ ０畅００３１ ０畅５０７６
１９９９ ０畅３８４９ ０畅０５０５ ０畅３９８０ ０畅００３３ ０畅５２５３
２０００ ０畅４０１１ ０畅０５１６ ０畅４４８０ ０畅００３６ ０畅５８２０
２００１ ０畅４４２８ ０畅０５３９ ０畅４８７９ ０畅００３８ ０畅５９３５
式中 ，EF 为 i 种资源的消费足迹 ，Pi 为 i
种生物资源的总生产量 ，Y ave为世界上 i
种生物资源的平均产量 。
能源消费部分包括焦炭 、煤气 、汽油 、
原油 、煤油 、柴油 、液化石油气 、热力和电
力等能源 ，计算时将能源消费转化为化石
能源土地面积 。 以世界上单位化石能源
土地面积的平均发热量为标准［１２］ ，将当地
能源消费的热量折算成一定的化石能源
土地面积 。 计算结果见表 ２ 。
　 　 各种生物资源和能源消费
足迹构成了西安市 １９９０ ～ ２００１
年的生态足迹 。 表 ３ 是生态足
迹的总结部分 ，由生态足迹的需
求和可供给的生态生产性土地
面积（生态承载力）两部分组成 。
由以上计算可得 ，西安市的
人均生 态足迹从 １９９０ 年 的
０畅９０１２hm２／人增加至 ２００１ 年
的 １畅５８２０hm２／人 ，而且从 １９９９
年以后增加迅速 。 生态赤字从
１９９０ 年的 ０畅５３７６hm２／人增加
至 ２００１ 年 的 １畅２６９１hm２ ／人 。
　 　 　 　
表 3 　西安市 1990 ～ 2001 年生态足迹与生态承载力
Tab畅３ 　 Ecological footprint and ecological capacit y of Xi’an City（１９９０ ～ ２００１）
年份
Year
人均生态足
迹 ／hm ２·人 － １
Ecological
fo otprin t
per cap ．
人均生态承载
力／h m２ ·人 － １
Ecolog ical
capacit y
per cap ．
生物多样性保护
面积／hm ２·人 － １
（１２ ％ ）
Biodive rsit y
conserva tion
area per cap ．
可利用人均生态
承载力／ hm ２·人 － １
Available
ecological
capacit y
per cap ．
人均生态盈余 （赤
字 ）／h m２ ·人 － １
Ecolo gical
surplus
（defici t） per
cap ．
１９９０ ０畅９０１２ ０畅４１３２ ０畅０４９６ ０畅３６３６ － ０畅５３７６
１９９６ １畅１１３７ ０畅３７７７ ０畅０４５３ ０畅３３２４ － ０畅７８１４
１９９７ １畅１６８１ ０畅３７２８ ０畅０４４７ ０畅３２８０ － ０畅８４０１
１９９８ １畅３１７３ ０畅３６９６ ０畅０４４４ ０畅３２５３ － ０畅９９２０
１９９９ １畅３６２０ ０畅３６６４ ０畅０４４０ ０畅３２２４ － １畅０３９６
２０００ １畅４８６３ ０畅３５８９ ０畅０４３１ ０畅３１５８ － １畅１７０５
２００１ １畅５８２０ ０畅３５５５ ０畅０４２７ ０畅３１２９ － １畅２６９１
生态赤字的存在表明人类对自然资源的掠夺和释放废物的速度已经超过了自然的再生能力和自净能力 ，可
以认为西安市的发展已经对生态系统的可持续构成威胁 ，生态安全性在减小 。
根据计算结果 ，对西安市人均生态足迹及生态承载力分别作出一次线性拟合趋势预测 ，得到人均生态
承载力的预测方程为 y ＝ － ０畅００６８ x ＋ ０畅３５５９（ x 为年份） ，人均生态足迹的预测方程为 y ＝ ０畅１０６５ x ＋
０畅８４９９ 。 西安市的发展依赖外界的程度在不断增加 。
第 ４期 黄 　 青等 ：西安市城市生态足迹估算与动态变化分析 １５５　
表 4 　 西安市 1990 ～ 2001年万元 GDP生态足迹
T ab畅４ 　 Ecological footprin t of ten唱thousand GDP of
Xi’an Cit y（１９９０ ～ ２００１）
年份 总人口的生态 国内生产总 万元 GD P 生态
Year 足迹 ／hm ２ 值 ／万元 足迹／ hm ２
Tot al ecolo gical G ross domestic Ecolo gical
fo otprin t product footprint of t en
thousands Yuan GDP
１９９０ ５５６８９４４ １０４４３７７ ５畅３３２３
１９９６ ７２９３５８７ ４１０４２５９ １畅７７７１
１９９７ ７７３３８０６ ５００５５４３ １畅５４５０
１９９８ ８８０２４４８ ５５７１５０１ １畅５７９９
１９９９ ９１８６８４９ ６１３７００７ １畅４９７０
２０００ １０２２６１１９ ６８８５０８１ １畅４８５３
２００１ １０９９２２５４ ７０１３９００ １畅５６７２
　 　 为了反映西安市生态生产性土地面积的利用效
率 ，计算了万元 GDP的生态足迹需求 。 万元 GDP的生
态足迹越大 ，生态生产性土地面积的产出率越低 ，西安
市万元 GDP的生态足迹呈现减少的趋势 ，反映了自然
资源的利用效率不断提高（表 ４） 。
3 　 结论与讨论
本文对生态足迹的时空动态变化研究的结果表
明 ：西安市的人均生态足迹从 １９９０ 年的 ０畅９０１２hm２ ／人
增加至 ２００１ 年的 １畅５８２０hm２ ／人 ，生态赤字从 １９９０ 年
的 ０畅５３７６hm２／人增加至 ２００１ 年的 １畅２６９１hm２／人 。 生
态足迹的预测方程为 y ＝ ０畅１０６５ x ＋ ０畅８４９９ ，承载力的
预测方程为 y ＝ － ０畅００６８ x ＋ ０畅３５５９ 。 说明西安市对
自然生态系统的压力相对于本地区的生态承载力来
　 　 　 　说 ，呈现不断扩大趋势 ，西安市的发展依赖外界的程度在不断增加 ，对西安市的可持续发展已构成威胁 。 西
安市万元 GDP的生态足迹呈现减少的趋势 ，反映了自然资源的利用效率不断提高 。
生态足迹的大小与人口的多少 、消费水平 、消费观念 、工资水平 、经济发展模式等密切相关 。 随着社会
经济的进一步发展 ，人们的生活水平 、生活质量将不断提高 ，这势必会消耗更多的能源和原材料 ，进一步扩
大对外界的依赖性 。 如果不采取适当的措施 ，生态足迹的增加将会更快 。 从经济发展的效率出发 ，提高能
源和原材料的利用效率 ，改变传统的发展模式 ，控制人口数量 ，提高人口质量 ，使人们认识到生活质量的提
高不单单是一种物质消费的增加 ，还包括人们的精神生活 、生活环境 、受教育的程度和机会等 。 而这些对于
减缓生态足迹的增长具有十分重要的意义［３ ，１３］ 。 当前生态足迹的计算主要基于人均国民消费和世界平均
土地产出量 。 虽然本文在耕地生产力系数的选取上 ，考虑了西安市粮食平均生产力与世界粮食平均生产力
的比率 。 但是其他生态生产性土地面积是以全球平均产出率数据为基础计算的 ，因此生态足迹的计算模
型 、指标核算体系等都需要不断完善 。
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１５６　 中 国 生 态 农 业 学 报 第 １５ 卷