可持续发展的定量评价方法研究是当前可持续发展研究的前沿和热点。人类社会要取得发展的可持续性，就必须维持自然资产的存量及其可持续利用。关于自然对人类承载力的研究可以追溯到200年前，马尔萨斯(1798)发表了著名的人口原理，描述了受限于食物增长的人口增长模型(Leisinger et al., 1996)，这个观点直接影响着后来的人类学和生态学，成为承载力研究的开端。上世纪60年代以来可持续测度取得明显进展(Odum，1994；Holdren et al., 1974；Whittaker，1975)，90年代出现生态系统服务价值评估研究(Costanza et al., 1997)及生态足迹概念(Wackernagel et al., 1996；1997)，这些指标表示方法不同，但它们目标相同，即量化从而减少人类对自然的利用。

量化可持续指标的第一步是在全球或国家内核算其自然资本及其利用。生态足迹用来比较可更新自然资源消费与自然生态生产能力。任何已知人口(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，包括陆地和水域(Wackernagel et al., 1996)。

Wackernagel等在提出生态足迹概念、指标及计算方法的同时，应用生态足迹指标对世界上52个国家和地区1997年的生态足迹进行了实证计算研究，结果表明只有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。世界自然基金(WWF)出版的2002地球生存报告披露了1999年全球146个国家的生态足迹。1999年全球生态足迹是137亿hm²，亦即每人2.28地球公顷，地球公顷是地球平均生态生产力，生态承载力每人1.9地球公顷。中国生态足迹1.54地球公顷，生态承载力1.04地球公顷。

共和县地处青藏高原东北边缘，三江源黄河上游，龙羊峡水库库区。既是农牧交错地区，也是青海省主要的畜牧业生产基地。天然草场不仅受气候因子等自然因素制约，而且受草地载畜量等人为因素的干扰。更重要的是，共和县是中国自然生态的极端脆弱区，面临一系列的生态破坏及退化问题，是青海省荒漠化发展严重地区。研究共和县自然资源的利用状况、人类生存对区域生态系统的压力，衡量共和县发展的可持续性状况，采取措施提高生态承载力，减少生态足迹，使当地经济活动与生态承载能力相适应，是区域社会经济持续发展的重要问题，对西部地区乃至全国的可持续发展都具有重要意义。

1 生态足迹指标理论及计算方法

生态足迹模型中使用生物生产型面积的类型及其均衡化处理。在生态足迹指标计算中，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面积类型，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，而从植物转化为动物生物量使人类损失了大约10%的生物量(Wackernagel et al., 1999)。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，现有林地的生物量生产能力大多较低。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。海洋生物生产量的95%以上主要集中在约占全球海洋面积8%的海岸带，并且目前海洋的生物生产量已接近最大。

1.1 各种消费项目的人均生态足迹分量计算

计算公式: A_i=C_i/Y_i=(P_i+I_i-E_i)/(Y_i×N)，式中：i为消费类型；Y_i为i种消费世界平均产量(kg·hm^-2)；C_i为i种消费人均量；A_i为第i种消费折算的人均占有的生物生产面积(人均生态足迹分量，hm²·cap^-1)。P_i为第i种消费年产量，I_i为第i种消费年进口量，E_i为第i种消费年出口量，N 为人口数。

在计算煤、焦炭、燃料油、原油、汽油、柴油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，也就是估计以化石能源消费同样的速率来构建自然资产所需要的土地面积。Wackernagel等(1997)所确定的煤、石油、天然气和水电的全球平均土地产出率分别为55、71、93、1 000 GJ·hm^-2a^-1，据此可以将能源消费所消耗的热量折算成一定的化石能源土地面积。电力千瓦时与热量折算系数是根据每千瓦时耗煤297 g，再根据每克煤发热量换算。

1.2 生态足迹的计算

人均生态足迹(E_f, hm²·cap^-1)为: E_f=∑r_jA_i，j=1，2，3，…6。式中r_j为均衡因子。在生态足迹需求计算中，由于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，以汇总计算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(equivalence factor)，某类生物生产面积的均衡因子等于全球该类生物生产面积的平均生态生产力除全球所有各类生物生产面积的平均生态生产力。均衡因子是把特种土地面积转换成具有全球平均生态生产力的面积。由于不同生态系统的相对生产力和土地利用类型的变化，均衡因子每年变化，但所有国家都用一套均衡因子。目前国内一般采用固定值，即: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 (Wackernagel et al., 1997)。

区域总人口的生态足迹∑E_f=N×E_f。

1.3 生态承载力(生物承载力)的计算

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)等的生态生产能力差异很大，而且单位面积同类型生物生产面积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土地的实际面积是不能进行直接对比的，某类生物生产面积所代表的局地产量与世界平均产量的差异用“产量因子”(yield factor)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，将现有的耕地、牧地、林地、建筑地、海洋等物理空间的面积乘以相应的均衡因子和当地的产量因子，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(Wackernagel et al., 1997；1999)。出于谨慎考虑，在生态承载力计算时应扣除12%的生物多样性保护面积。

人均生态承载力(E_c，hm²·cap^-1): E_c=a_jr_jy_j，j=1，2，3，…6。式中a_j为人均生物生产面积，y_j为产量因子。

区域生态承载力∑E_c=N×E_c。

1.4 生态赤字与生态盈余

生态足迹指标将人类消费的资源和能源折算成全球统一、具有同等生态生产力的地域面积，以进行不同区域的比较。区域的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；否则将表现为生态盈余。区域的生态赤字或盈余，反映了区域人口对自然资源的利用状况。生态足迹的计算一般由生态足迹的需求和能供给的生物生产土地面积(生态承载力)2部分组成。

2 共和县生态足迹计算

共和县土地面积17 209 km²，海拔2 866 m。北部是日月山隆起带及青海湖盆地，中部是青海南山及山南侧的共和盆地，南部是鄂拉山区和黄河河谷。由山区、青海湖盆地、共和盆地和黄河外流区4部分组成。

共和县2002年末人口11.998万人，牲畜104.51万头(只)，可利用草场面积121万hm²，粮食作物播种面积3 300.5 hm²，总产量9 159 t，国内生产总值8.380 5亿元，工业总产值4.931 1亿元，农业总产值1.731 8亿元，其中畜牧业产值1.251 3亿元，占农业总产值的7 2%，农业产值2 892万元，占农业总产值的16%。畜牧业是共和县主业，基本上是以天然草场的不定点放牧牲畜为主要经营方式。草场利用上有全年、冬春和夏秋草场3个类型，全年草场面积占草场总面积的53.6%，主要是定点游牧。

在计算中使用1993年世界生物生产面积的平均水平作为标准(Wackernagel et al., 1997；1999)，以便于进行比较。具体计算使用联合国粮农组织计算的关于生物生产面积的平均的生物产量资料，将共和县2002年的消费转化为提供这消费需要的生物生产面积(表 1、2)。

能源平衡账户部分根据资料处理了如下几种资源:煤、焦炭、液化石油气、原油、汽油、柴油、供热和电力。计算足迹时将能源的消费转化为化石能源生产土地面积。采用世界上单位化石燃料生产土地面积的平均发热量为标准(Wackernagel et al., 1997；1999)，将当地能源消费所消耗的热量折算成一定的化石燃料型生产面积(表 2)。各种生物资源和能源的净消费的足迹就构成了整个地区的足迹需求。由于资料的限制，本文没有计算贸易调整部分。

生态足迹总结部分由生态足迹的需求和能供给的生物生产土地面积2部分组成(表 3)。

在计算生态承载力时，各种生物生产土地面积统计数据的准确性十分重要。如草地面积的统计数据将产出率极低的荒漠草原与产出率较高的湿地草场相提并论并简单相加，因为一般的地区资料或年鉴中没有反映出两者的差别，使草原的面积数据偏大，导致计算结果相应偏大(徐中民等，2000)。Wackernagel产量因子虽然给出了国家间生物生产面积生产力的差别，但并不能表示国家内部地区间的差别。为此本文引入地区修正因子，指某类生物生产区生产力与全国平均生产力的比值。地区修正因子p_i=t_i/n_i，式中：t_i为全国平均单位面积产量，n_i为共和盆地单位面积产量。修正公式为：y_i'=y_i× p_i式中：y_i'为修正后的产量因子，y_i为中国生态足迹的产量因子(Wackernagel et al., 1997)。

根据草地生产力现状，全国可利用草地的平均年产草量仅为911 kg·hm^-2 (干重)，青藏高原区平均单产577 kg·hm^-2(刘黎明等，2001)。草地修正因子取0.63。根据海南统计年鉴，共和县2002年谷物单产为0.269 kg·m^-2；我国耕地利用效率为0.466 kg·m^-2(谢高地等，1999)，耕地修正因子取为0.578。建筑用地同耕地。其他3类面积的地区修正因子取为1。

共和县2002年人均生态足迹供给1.056 hm²，即生态承载力阈值为1.056 hm²。该地区的人均生态足迹为1.662 hm²，与生态承载力平衡比较，生态赤字0.606 hm²(表 3)，超出生态承载力57%。世界自然基金(WWF)出版的2002地球生存报告中，1999年中国生态足迹1.54地球公顷，生态承载力1.04地球公顷，地球公顷是地球平均生态生产力。共和县与全国比较，生态赤字高出20%。

从全球范围看，由于技术进步，单位面积产出增加，生态承载力随时间变化呈上升趋势，但生态足迹随时间增加速率超过生态承载力随时间增加速率；1979年以前，生态足迹小于生态承载力，从1979年以后，出现生态赤字，而且生态赤字逐年增加，自然资源消费超出区域生产力。根据2002地球生存报告，1961—1999全球生态足迹增加了76%，生态承载力变化并不显著(图 1)。

3 结果与讨论 3.1 研究结果

2002年共和县人均生态赤字为0.606 hm²，表明人类对自然的影响超出了其生态承载能力的范围，只能是通过消耗自然资本存量来弥补生态承载力的不足，因此共和县发展模式处于一种不可持续的状态。为了可持续发展，共和县对可更新自然资源的消耗要维持在生态承载能力范围内。生态足迹分析表明需要采取措施减少生态足迹水平。

决定生态赤字大小的3个因素包括：收获可更新资源以及为消费者提供商品和服务的生产系统的效率、人均消费水平、消费者的数量。另外生态承载能力决定于良性生态系统，可以通过良好的管理和保护得以改善和维持(图 2)。政府可在以下4方面采取政策措施可以减少生态赤字。

生产：提高产品和服务生产中的资源利用效率。共和县以畜牧业为主，冷暖季草地饲草供应不平衡，使草地家畜经受“夏饱-秋肥-冬瘦-春乏”循环，出栏率低，死亡率高。必须加强畜牧业基地建设。

消费：高效利用资源。共和县耕地和草地生产力分别是全国的58%和63%，现代畜牧业将提高土地利用率。改变牧区生活方式，防止砍挖烧柴、药材等人为破坏植被活动。

人口：控制人口规模。共和县现状人口是解放初的7.2倍。人口增加，牲畜头数增加，加大了对环境系统的压力，草场超载过牧得不到休闲，经常处于牲畜啃食、践踏中，人类不合理的经济活动，使本来就脆弱的沙质土壤草场沙漠化程度加强，面积扩大，降低人口和牲畜负荷能够显著减少生态足迹。

生态系统：以防沙治沙为中心，保护和恢复自然生态系统和生物多样性，维护生态生产力和生态服务，通过增加科技和财政投入，提高单位面积生物生产量，提高生态承载力。共和县由于干旱、大风、高寒等自然灾害，生态系统脆弱，土地生物生产量普遍较低。牧草地生态足迹为1.44 hm²，大于生态承载力0.60 hm²。必须改变畜牧业增长方式。

3.2 讨论

不同类型土地的均衡因子和产出因子数值对生态足迹的最终计算结果影响很大，因此其数值的选取显得十分重要。目前国际上主要是依据有限的统计结果和经验来选取，其数据难免不够准确。另外，产出因子受多种因素影响，特别是受气候影响，比如共和盆地产草量与降水量的关系就非常密切。随着科学技术的发展，人类生产活动的效率必然不断得到提高，这可能导致在不同年份对同一地区生态足迹的估算结果的可比性较差(陈东景等，2001)。目前国内在计算生态足迹时，均衡因子是一致的，产量因子差别较大。从名称、出处、取值、应用等等方面都有较大的出入(徐中民等，2000；2001；张志强等，2001；陈东景等，2001；胡孟春等，2003；黄青等，2003)(表 4)。原因在于Wackernagel产量因子不能表示国家内部地区间的差别。

尽管如此，在选择均衡因子和产出因子时考虑到与其他国家或地区的可比性，亦即要换算成地球公顷。研究全球不同土地生产力状况受到资料和研究方法的限制，Wackernagel产量因子至少给出了比较的基础，可在此基础上做合理修正。

水资源足迹是生态足迹的重要组成部分，水资源在干旱区是紧缺资源，生活、生产、生态相互挤占有限的水资源，对生态环境产生显著影响。在湿润地区，淡水资源不会显著占有生物生产区，但在干旱区使用1 m³的水，意味着损失1 kg生物产量(Postel，1996；谢高地等，1999)。同时水资源污染使生态系统遭到破坏或功能下降，丧失生产力。地区的总用水并不能如实反映地区的实际全球水资源占有份额。虚拟水和水足迹的概念使得分析消费模式对于水资源利用的影响成为可能(程国栋，2003；徐中民等，2003)。对于每个国家，都可以计算该国所有个人消费的物品及服务包含的累积虚拟水量，这样就可以计算出一个国家或地区的水足迹(Hoekstra et al., 2002)，这一概念与生态足迹的概念相类似。一个国家的水足迹就等于其国内消耗的所有水资源量，减去虚拟水出口量，加上虚拟水进口量。水足迹一方面依赖于其本国的水资源量，另一方面也依赖于其他国家的水资源量(比如向其出口高水分产品国家的水资源)。因此，虚拟水进口也被看做是水资源的一个来源，可以缓解进口国的水资源压力。