PDF《顾晓薇高等教育的生态效率》

文章编号 :100020240 (2005)

0320418208 高等教育的生态效率 ― ― ― 大学校园生态足迹 收稿日期 :

2004211215 ;

修订日期 :

2005201223 基金项目 : 教育部优秀中青年教师基金项目(1711) 资助 作者简介 : 顾晓薇(1971 ― ) , 女,辽宁抚顺人 , 讲师 ,

1994 年毕业于东北大学工商管理系 , 现为东北大学博士研究生 , 主要从事资源与 生态经济方向的研究.

E2mail :xiaowei_gu @163. com 顾晓薇 , 李广军 , 王青, 刘建兴 , 丁一, 刘敬智 (东北大学 资源与生态经济研究中心 , 辽宁 沈阳 110004) 摘要:介绍了生态足迹成分法的基本原理和计算模型 , 以东北大学和沈阳大学为例将该方法应用于 高等教育的生态效率研究. 结果表明 : 东北大学

2003 年的生态足迹为24

787 hm2 , 即需要24

787 hm2 的生态生产性土地支持该校的各类消费并吸纳所产生的废弃物 , 其生态效率 (即单位生态生产性土地 占用可支持的学生数) 为0194 人・hm -

2 ;

沈阳大学

2003 年的生态足迹为17

218 hm2 , 生态效率为

018 人・hm -

2 . 在两所学校的生态足迹中 , 能源消费的足迹最大 , 分别占总足迹的

68 %和54 %;

食物消费 和固态垃圾次之. 对东北大学、 沈阳大学和澳大利亚 Redlands University 的比较分析发现 , 学校所在 地的经济发展水平、 学生的经济状况以及学校的专业领域构成和研究强度 , 对大学校园生态足迹、 足 迹构成和生态效率有重要影响. 这一研究定量揭示了高等教育的生态效率及其影响要素 , 为创建 生态 校园提供了科学的依据 , 也为评价 生态 校园提供了科学、 实用的指标和方法. 关键词 : 大学校园 ;

生态足迹 ;

生态效率 ;

成分法 中图分类号 : F061.

3 文献标识码 : A

1 引言 人类社会的发展是以对自然资源不断增长的索 取为基础 , 以向自然输出与日俱增的废弃物为代价 的. 现代社会的巨大的索取力和伴随的巨量排放已 超出了自然系统的再生与吸纳能力 , 引发了生态系 统的严重退化. 对这一退化及其后果的日益清醒的 认识 , 导致了可持续发展的提出. 人类生活所需的 几乎所有物质是由土地(包括水域) 提供的 , 对自然 资源的攫取与废弃物排放就如一只巨大的脚踩在支 持生命的土地上 , 留下生态足迹. 生态足迹的基本 思想就是把研究对象(一个地域或群体) 的各种消费 转换为提供该消费量并吸纳废弃物所需的生态生产 性土地面积 , 以此定量测度人类对生态系统的冲 击,并通过足迹与实有生态承载面积的对比 , 测度 研究对象的可持续状况. 生态足迹的现有计算方法有综合法和成分法. 综合法以各类物质的宏观统计量为基础 , 计算一个 地域或群体对各类物质的整体消费及其对应的生态 足迹 , 适合于全球、 国家和区域层次的生态足迹研 究. 成分法则以构成消费成分的单体测量为基础计 算研究对象的物质消费量和生态足迹 , 适合于小单 元对象的生态足迹计算 , 如城镇、 村庄、 公司、 学校、 个人或单项活动等. 成分法是在综合法之后提出[1 ] , 英国的 Best Foot Forward (BFF) 环境顾问公司和英国政府机 构合作 , 应用成分法先后完成了怀特岛 ( Isle of Wight) 、 利物浦(Liverpool) 和伦敦 (London) 的生 态足迹计算[2~4 ] ;

斯德哥尔摩环境研究所 ( Stock2 holm Environment Institute , SEI) 应用该方法研究 了1个社区的生态足迹[5 ] ;

美国、 澳大利亚等将该 方法的应用扩展到大学校园的生态足迹研究. 我国近几年在生态足迹领域的研究多集中于国 家和省、 市层面 , 用的均是综合法[6~10 ] . 本文首次 将成分法应用于我国大学校园的生态足迹研究 , 以 东北大学和沈阳大学为例进行了详细的实证计算与 第27 卷第3期2005年6月冰川冻土JOURNAL OF GLACIOLO GY AND GEOCRYOLO GY Vol.

27 No.

3 J un.

2 0

0 5 http://www.paper.edu.cn 中国科技论文在线 分析 , 得出其生态足迹和生态效率. 这一研究定量 地揭示了高等教育的生态需求 , 为减小这种需求创 建 生态 校园提供了科学的依据. 同时 , 生态足迹 内涵深刻、 表述形象和计算简单的特点 , 也为在大 学校园这块教育园地广泛开展生态教育 , 为设计广 大师生均可参与的、 富有趣味的 生态 校园创建活 动,提供了科学的题材、 方法和定量指标.

2 生态足迹成分法模型与生态效率 2.

1 生态足迹成分法模型 成分法是从研究对象的衣食住行等活动出发 , 通过收集和实测相关消费与排放成分的量值计算生 态足迹. 成分划分直接影响计算结果的精度 , 而成 分划分的种类及其粗细程度与研究对象的消费与排 放特点及数据的可获取 (可测) 性有关. 显然 , 应尽 可能覆盖研究对象的全部消费与排放 , 并具有足够 的分辨率以便分离出相对独立的主成分作为降低生 态足迹的依据. 生态足迹成分法对生态生产性土地 的分类与综合法相同 , 分为

6 类:农耕地、 牧草地、 建用地、 林地、 化石能源间接用地以及水域. 成分法的基本原理是 : 1) 把每一成分的量根 据其土地占用特点转换为提供(或吸纳) 该成分所需 的相应种类的生态生产性土地的面积 , 如谷物食品 消费量可转换为耕地面积 , 能源消费可转换为吸收 所排放的 CO2 需要的化石能源、 用地面积 , 牛羊肉 消费量可转换为牧草地面积等. 转换中使用的土地 生产力一般采用世界平均生产力 (6 类土地各年份 的世界平均生产力可从世界粮农组织的统计数据库 中查得) ;

2) 将各成分的土地占用根据土地类别汇 总得出

6 类土地中每一类的占用总量 ;

3) 用各类土 地的等量因子乘以相应类别土地的占用面积后求 和,得出一个以全球公顷 (global hectare) 为度量单 位的土地占用总面积 , 即生态足迹. 对于小研究对 象(如校园和个人) , 一般不做换算 , 而是直接把

4 类土地的面积相加. 就大类而言 , 成分法主要考虑能源、 食物、 垃圾、 水、 交通工具和纸张等[1] . 2. 1.

1 能源的生态足迹 能源主要有煤炭、 石油、 天然气和电力 , 能源 消费对生态环境的冲击主要表现为 CO2 排放导致的 温室效应. 要抵消这一冲击就需要有足够的林地来 吸收 CO2 , 所以能源消费的土地占用是林地. 由于 这类土地专门用于吸收 CO2 , 不以生产林产品为目 的,故将其独立列出 , 称之为 化石能源地 . 上述

4 种能源消费所需的化石能源地面积为 : Ac = Qc η Cc β / Pa (1) Ao = Qo Oc β / Pa (2) Ag = Qg ρ Gc β / Pa (3) Ae = Qe Eco2 / Pa (4) 式中 : Ac 、 Ao 、 Ag 、 Ae 分别为计算年内煤炭、 石油、 天然气、 电力消费所需的化石能源地面积 ;

Qc 、 Qo 、 Qg 、 Qe 分别为计算年内煤炭、 石油、 天然气、 电力 的消费量 ;

η为燃煤锅炉的平均燃烧率;

Cc 、 Oc 、Gc 分别为煤、 石油、 天然气的 C 排放因子 ;

β为C与CO2 的转化因子 ;

ρ为天然气的密度 ;

Eco2 为普通火 电厂单位发电量的 CO2 排放量 ;

Pa 为平均每公顷林 地一年内可吸收的 CO2 的量 (即化石能源地的平均 生产力) . 2. 1.

2 食物的生态足迹 某类食物消费的土地占用的一般公式为 : Af = Qf / Pf (5) 式中 : Af 为计算年内某类食物消费的土地占用面 积;

Qf 为计算年内该类食物的消费量 ;

Pf 为生产该 类食物的土地的平均生产力. 主要食物分类中 , 牛 羊肉(奶) 类产品的土地占用类别为牧草地 ;

猪、 家禽、 蛋、 谷物、 糖类和蔬菜等的土地占用类别为耕 地;

鱼类的土地占用类别为水域. 2. 1.

3 垃圾的生态足迹 垃圾的土地占用一般由两部分组成 :一部分是 吸收垃圾降解所产生的 CO2 的化石能源地 , 即间接 用地 ;

另一部分是垃圾堆放直接占用的土地 (一般 为耕地) [5 ] . 垃圾场中的废物经细菌作用后产生所 谓的垃圾瓦斯. 垃圾瓦斯以体积论大约一半为 CO2 , 一半为 CH4 [11 ] . 全球暖化不仅与 CO2 有关也 与CH4 有关 , CH4 量可折算成相当温室效应的全球 暖化潜热 GWP ,即产生同等温室效应的 CO2 量. 计 算垃圾的间接用地要根据垃圾的构成物分别计算 , 一般计算公式为 : Aw =

1 Pa ∑ Nw i =

1 Qi ( q CO2 i + q CH4 i χ) (6) 式中 : Aw 为计算年垃圾排放的间接土地占用面积 ;

Qi 为计算年内第 i 种垃圾成分的排放量;

q CO2 i 为第 i 种垃圾成分的 CO2 产生率 ;

q CH4 i 为第 i 种垃圾成 分的 CH4 产生率 ;

χ为CH4 的GWP 当量系数 ;

Pa 同式(1) . 2. 1.

4 纸张的生态足迹 纸张消耗的占地类别主要为林地 , 计算公式

9 1

4 3 期 顾晓薇等 : 高等教育的生态效率 ― ― ― 大学校园生态足迹 为:Ap = Qp qw / Pw (7) 式中 : Ap 为计算年内纸张消费的土地占用面积 ;

Qp 为计算年内纸张消费量 ;

qw 为单位纸张产量的木材 消耗 ;

Pw 为林地的平均木材生产力. 2. 1.

5 水的生态足迹 水的生态足迹主要是由输送水和处理污水消耗 的能量产生 , 这两种作业消耗的能源为电力. 因此 首先需要计算出年内输送水和处理污水的电力消耗 量,然后利用式 (4) 计算其土地占用面积 , 土地类 别为化石能源地. 2. 1.

6 交通的生态足迹 交通的生态足迹由直接土地占用和间接土地占 用组成. 直接土地占用包括道路、 车站、 机场、 停 车场等 , 由于交通工具的活动性及道路等交通设施 的共用性 , 直接土地占用的计算比较复杂 , 需要依 据区域性的相关交通设施拥有量及其利用程度、 交 通工具的拥有量及其行驶里程等统计数据 , 将相关 设施的面积分摊到研究对象. 交通的间接土地占用 指吸收各种交通工具温室气体排放所需的化石能源 地,尾气排放中的主要温室气体有 CO2 、CH4 、 N2 O等,CH4 和N2 O 可依据其 GWP 转化为 CO2 当量. 交通间接用地的一般公式为 : At = D Pa ∑ n i =

1 qi χi (8) 式中 : At 为计算年内某类交通工具的间接土地占用 面积 ;

D 为计算年内该类交通工具的行驶里程;

qi 为单位里程第 i 种温室气体的排放量;

χ i 为第 i 种 温室气体的 GWP 当量系数 ;

Pa 同式(1) . 2.

2 生态效率 生态效率一般定义为使用单位生态资源能够获 得的产出 , 应用生态足迹指标构建研究对象的生态 效率时 , 生态资源的使用量即为生态足迹的大小 , 而产出一般为经济产出 , 例如 , 一个国家的生态效 率可定义为单位足迹的 GDP. 生态效率的倒数称 为 生态消耗强度 , 即单位产出需要使用的生态资 源量. 高等教育的直接目的不是经济产出 , 而是人才 培养和知识的创新和传播 , 大学的 产出 是具有知 识的人. 因此 , 基于生态足迹指标 , 一个大学的生 态效率可定义为单位生态足迹的在校生人数 , 它定 量地表述了单位生态资源可以支持的人才培养量. 大学的生态消耗强度是培养单位人才需要消耗的生 态资源量.

3 大学校园生态足迹与生态效率实证研究 3.

1 数据来源及收集方法 在大学校园生态足迹计算中 , 考虑了能源 (煤炭,电力 , 天然气) 、 食物、 垃圾、 纸张、 水和交通. 电力、 天然气、 煤炭、 水、 食物等的数据来自各学 校后勤管理处的统计资料 ;

交通车辆数据由各学校 公安处配合对每天早

7 点到晚

10 点间进入学校的 所有车辆进行登记 , 取样本平均值所得. 由于现在 各学校都对垃圾进行集中处理 , 专门建有垃圾站 , 因此垃圾量由垃圾站提供的数据估算 , 而垃圾的各 类成分由抽样调查取得 ;

纸张量一部分由学校办公 室提供 , 一部分从对个人的抽样调查得到. 考虑到 不同年级和不同性别的人用纸量的不同 , 调查采用 按年级和男女比例相结合的方法进行 , 发放问卷 (包括网上问卷)

1 000份,收回问卷

967 份,有效问 卷943 份. 数据收集和调查范围均为校园教学区和 学生生活区 , 未包括家属居住区. 计算中各相关因 子、 排放参数和当量系数等取自世界自然保护基金 会相关报告、北京 可持续 发展中 心网 ( http :/ / www. bsdc. net. cn) 和中国新能源网(http : / / www. newenergy. org. cn) ;

各类土地的世界平均生 产力取自世界粮农组织的统计数据 (http :/ / www. fao. org) . 3.

2 生态足迹计算 本研究选择位于沈阳市内的东北大学和沈阳大 学,应用上述成分法模型对其

2003 年校园生态足 迹进行了详细计算. 能源足迹计算的相关数据和结 果见表

1 , 食物生态足迹计算的相关数据和结果见 表2. 由于垃圾的直接用地数值小且缺乏详细数据 , 故忽略不计. 垃圾间接用地的相关数据和计算结果 见表 3. 东北大学和沈阳大学

2003 年用纸量分别为

244 t 和179 t , 平均生产每吨纸需要木材

4 m3 (ht2 tp :/ / www. papercn. net/ ) , 两校分别需要木材

976 m3 和71516 m3 . 林地世界平均木材生产力为

1199 m3 , 得出

2003 年东北大学和沈阳大学纸张的生态 足迹分别为

49015 hm2 和35915 hm2 . 东北大学和沈阳大学

2003 年自来水用量分别 为3

300 000 m3 和1

100 000 m3 , 同期沈阳市自来 水价为

116 元・m-

3 , 工业电价

01496 元・kWh -

1 , 自来水中电力成本占 1/

4 , 折算成电耗约为

018 度・m-

3 . 因此两校的供水用电量分别为

2164 GWh 和0188 GWh , 相应 CO2 排放量为2

545 t 和848 t ,

0 2

4 冰川冻土27 卷表1能源的生态足迹 Table

1 Ecological footprint of different energy resources 成分 消费量 东北大学 沈阳大学 C 排放 因子 C2CO2转 化因子β 单位 CO2 释放量/ t Pa/ t ・ hm -

2 足迹/ hm2 东北大学 沈阳大学 土地类型 煤炭/ t

32925 20000 0.

725 3.

67 2.

13 5.

2 13477.

7 8186.

9 化石能源地 天然气1) /

103 m3

129 81 0.

409 3.

67 1.

12 5.

2 27.

9 17.

6 化石能源地 电力/ GWh 18.

04 6

964 5.

2 3343.

6 1112.

3 化石能源地 合计 16849.

2 9316.

8 注:1) 天然气密度取

0175 t ・

10 -

3 m -

3 . 表2食物的生态足迹 Table

2 Ecological footprint of different foods 成分 世界平均生产力 / (kg ・ hm - 2) 消费量/ kg 生态足迹/ hm2 东北大学 沈阳大学 东北大学 沈阳大学 土地类型 猪肉

74 111606

120000 1508.

2 1621.

6 耕地 粮食

3077 1288487

340000 418.

7 110.

5 耕地 水果

9562 276901

162000 29.

0 16.

9 耕地 糖类

18000 37541

18000 2.

1 1.

0 耕地 蔬菜

16846 1690542

200000 100.

4 11.

9 耕地 蛋类

400 207016

67000 517.

5 167.

5 耕地 豆类

1856 162713

95000 87.

7 51.

2 耕地 牛羊肉

33 55913

80000 1694.

3 2424.

2 牧草地 牛奶

502 7075

4200 14.

1 8.

4 牧草地 鱼44

45483 90000 1033.

7 2045.

5 水域 总计 5405.

7 6458. ................