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1高等教育的生態(tài)需求

人類社會的發(fā)展是以對自然資源不斷增長的索取為基礎(chǔ),以向自然輸出與日俱增的廢棄物為代價的.現(xiàn)代社會的巨大的索取力和伴隨的巨量排放已超出了自然系統(tǒng)的再生與吸納能力,引發(fā)了生態(tài)系統(tǒng)的嚴(yán)重退化.對這一退化及其后果的日益清醒的認(rèn)識,導(dǎo)致了可持續(xù)發(fā)展的提出.人類生活所需的幾乎所有物質(zhì)是由土地(包括水域)提供的,對自然資源的攫取與廢棄物排放就如一只巨大的腳踩在支持生命的土地上,留下生態(tài)足跡.生態(tài)足跡的基本思想就是把研究對象(一個地域或群體)的各種消費轉(zhuǎn)換為提供該消費量并吸納廢棄物所需的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積,以此定量測度人類對生態(tài)系統(tǒng)的沖擊,并通過足跡與實有生態(tài)承載面積的對比,測度研究對象的可持續(xù)狀況.生態(tài)足跡的現(xiàn)有計算方法有綜合法和成分法.綜合法以各類物質(zhì)的宏觀統(tǒng)計量為基礎(chǔ),計算一個地域或群體對各類物質(zhì)的整體消費及其對應(yīng)的生態(tài)足跡,適合于全球、國家和區(qū)域?qū)哟蔚纳鷳B(tài)足跡研究.

成分法則以構(gòu)成消費成分的單體測量為基礎(chǔ)計算研究對象的物質(zhì)消費量和生態(tài)足跡,適合于小單元對象的生態(tài)足跡計算,如城鎮(zhèn)、村莊、公司、學(xué)校、個人或單項活動等.成分法是在綜合法之后提出[1],英國的BestFootForward(BFF)環(huán)境顧問公司和英國政府機構(gòu)合作,應(yīng)用成分法先后完成了懷特島(IsleofWight)、利物浦(Liverpool)和倫敦(London)的生態(tài)足跡計算[2~4];斯德哥爾摩環(huán)境研究所(Stock-holmEnvironmentInstitute,SEI)應(yīng)用該方法研究了1個社區(qū)的生態(tài)足跡[5];美國、澳大利亞等將該方法的應(yīng)用擴展到大學(xué)校園的生態(tài)足跡研究.我國近幾年在生態(tài)足跡領(lǐng)域的研究多集中于國家和省、市層面,用的均是綜合法[6~10].本文首次將成分法應(yīng)用于我國大學(xué)校園的生態(tài)足跡研究,以東北大學(xué)和沈陽大學(xué)為例進(jìn)行了詳細(xì)的實證計算與分析,得出其生態(tài)足跡和生態(tài)效率.這一研究定量地揭示了高等教育的生態(tài)需求,為減小這種需求創(chuàng)建“生態(tài)”校園提供了科學(xué)的依據(jù).同時,生態(tài)足跡內(nèi)涵深刻、表述形象和計算簡單的特點,也為在大學(xué)校園這塊教育園地廣泛開展生態(tài)教育,為設(shè)計廣大師生均可參與的、富有趣味的“生態(tài)”校園創(chuàng)建活動,提供了科學(xué)的題材、方法和定量指標(biāo).

2生態(tài)足跡成分法模型與生態(tài)效率

2.1生態(tài)足跡成分法模型

成分法是從研究對象的衣食住行等活動出發(fā),通過收集和實測相關(guān)消費與排放成分的量值計算生態(tài)足跡.成分劃分直接影響計算結(jié)果的精度,而成分劃分的種類及其粗細(xì)程度與研究對象的消費與排放特點及數(shù)據(jù)的可獲取(可測)性有關(guān).顯然,應(yīng)盡可能覆蓋研究對象的全部消費與排放,并具有足夠的分辨率以便分離出相對獨立的主成分作為降低生態(tài)足跡的依據(jù).生態(tài)足跡成分法對生態(tài)生產(chǎn)性土地的分類與綜合法相同,分為6類:農(nóng)耕地、牧草地、建用地、林地、化石能源間接用地以及水域.成分法的基本原理是:1)把每一成分的量根據(jù)其土地占用特點轉(zhuǎn)換為提供(或吸納)該成分所需的相應(yīng)種類的生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積,如谷物食品消費量可轉(zhuǎn)換為耕地面積,能源消費可轉(zhuǎn)換為吸收所排放的CO2需要的化石能源、用地面積,牛羊肉消費量可轉(zhuǎn)換為牧草地面積等.轉(zhuǎn)換中使用的土地生產(chǎn)力一般采用世界平均生產(chǎn)力(6類土地各年份的世界平均生產(chǎn)力可從世界糧農(nóng)組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫中查得);2)將各成分的土地占用根據(jù)土地類別匯總得出6類土地中每一類的占用總量;3)用各類土地的等量因子乘以相應(yīng)類別土地的占用面積后求和,得出一個以全球公頃(globalhectare)為度量單位的土地占用總面積,即生態(tài)足跡.對于小研究對象(如校園和個人),一般不做換算,而是直接把4類土地的面積相加.就大類而言,成分法主要考慮能源、食物、垃圾、水、交通工具和紙張等[1].

2.1.1能源的生態(tài)足跡

能源主要有煤炭、石油、天然氣和電力,能源消費對生態(tài)環(huán)境的沖擊主要表現(xiàn)為CO2排放導(dǎo)致的溫室效應(yīng).要抵消這一沖擊就需要有足夠的林地來吸收CO2,所以能源消費的土地占用是林地.由于這類土地專門用于吸收CO2,不以生產(chǎn)林產(chǎn)品為目的,故將其獨立列出,稱之為“化石能源地”.上述4種能源消費所需的化石能源地面積為:Ac=QcηCcβ/Pa(1)Ao=QoOcβ/Pa(2)Ag=QgρGcβ/Pa(3)Ae=QeEco2/Pa(4)式中:Ac、Ao、Ag、Ae分別為計算年內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電力消費所需的化石能源地面積;Qc、Qo、Qg、Qe分別為計算年內(nèi)煤炭、石油、天然氣、電力的消費量;η為燃煤鍋爐的平均燃燒率;Cc、Oc、Gc分別為煤、石油、天然氣的C排放因子;β為C與CO2的轉(zhuǎn)化因子;ρ為天然氣的密度;Eco2為普通火電廠單位發(fā)電量的CO2排放量;Pa為平均每公頃林地一年內(nèi)可吸收的CO2的量(即化石能源地的平均生產(chǎn)力).

2.1.2食物的生態(tài)足跡

某類食物消費的土地占用的一般公式為:Af=Qf/Pf(5)式中:Af為計算年內(nèi)某類食物消費的土地占用面積;Qf為計算年內(nèi)該類食物的消費量;Pf為生產(chǎn)該類食物的土地的平均生產(chǎn)力.主要食物分類中,牛羊肉(奶)類產(chǎn)品的土地占用類別為牧草地;豬、家禽、蛋、谷物、糖類和蔬菜等的土地占用類別為耕地;魚類的土地占用類別為水域.

2.1.3垃圾的生態(tài)足跡

垃圾的土地占用一般由兩部分組成:一部分是吸收垃圾降解所產(chǎn)生的CO2的化石能源地,即間接用地;另一部分是垃圾堆放直接占用的土地(一般為耕地)[5].垃圾場中的廢物經(jīng)細(xì)菌作用后產(chǎn)生所謂的垃圾瓦斯.垃圾瓦斯以體積論大約一半為CO2,一半為CH4[11].全球暖化不僅與CO2有關(guān)也與CH4有關(guān),CH4量可折算成相當(dāng)溫室效應(yīng)的全球暖化潛熱GWP,即產(chǎn)生同等溫室效應(yīng)的CO2量.計算垃圾的間接用地要根據(jù)垃圾的構(gòu)成物分別計算,一般計算公式為:Aw=1Pa∑Nwi=1Qi(qCO2i+qCH4iχ)(6)式中:Aw為計算年垃圾排放的間接土地占用面積;Qi為計算年內(nèi)第i種垃圾成分的排放量;qCO2i為第i種垃圾成分的CO2產(chǎn)生率;qCH4i為第i種垃圾成分的CH4產(chǎn)生率;χ為CH4的GWP當(dāng)量系數(shù);Pa同式(1).

2.1.4紙張的生態(tài)足跡

紙張消耗的占地類別主要為林地,計算公式為:Ap=Qpqw/Pw(7)式中:Ap為計算年內(nèi)紙張消費的土地占用面積;Qp為計算年內(nèi)紙張消費量;qw為單位紙張產(chǎn)量的木材消耗;Pw為林地的平均木材生產(chǎn)力.

2.1.5水的生態(tài)足跡

水的生態(tài)足跡主要是由輸送水和處理污水消耗的能量產(chǎn)生,這兩種作業(yè)消耗的能源為電力.因此首先需要計算出年內(nèi)輸送水和處理污水的電力消耗量,然后利用式(4)計算其土地占用面積,土地類別為化石能源地.

2.1.6交通的生態(tài)足跡

交通的生態(tài)足跡由直接土地占用和間接土地占用組成.直接土地占用包括道路、車站、機場、停車場等,由于交通工具的活動性及道路等交通設(shè)施的共用性,直接土地占用的計算比較復(fù)雜,需要依據(jù)區(qū)域性的相關(guān)交通設(shè)施擁有量及其利用程度、交通工具的擁有量及其行駛里程等統(tǒng)計數(shù)據(jù),將相關(guān)設(shè)施的面積分?jǐn)偟窖芯繉ο?交通的間接土地占用指吸收各種交通工具溫室氣體排放所需的化石能源地,尾氣排放中的主要溫室氣體有CO2、CH4、N2O等,CH4和N2O可依據(jù)其GWP轉(zhuǎn)化為CO2當(dāng)量.交通間接用地的一般公式為:At=DPa∑ni=1qiχi(8)式中:At為計算年內(nèi)某類交通工具的間接土地占用面積;D為計算年內(nèi)該類交通工具的行駛里程;qi為單位里程第i種溫室氣體的排放量;χi為第i種溫室氣體的GWP當(dāng)量系數(shù);Pa同式(1).

2.2生態(tài)效率

生態(tài)效率一般定義為使用單位生態(tài)資源能夠獲得的產(chǎn)出,應(yīng)用生態(tài)足跡指標(biāo)構(gòu)建研究對象的生態(tài)效率時,生態(tài)資源的使用量即為生態(tài)足跡的大小,而產(chǎn)出一般為經(jīng)濟產(chǎn)出,例如,一個國家的生態(tài)效率可定義為單位足跡的GDP.生態(tài)效率的倒數(shù)稱為“生態(tài)消耗強度”,即單位產(chǎn)出需要使用的生態(tài)資源量.高等教育的直接目的不是經(jīng)濟產(chǎn)出,而是人才培養(yǎng)和知識的創(chuàng)新和傳播,大學(xué)的“產(chǎn)出”是具有知識的人.因此,基于生態(tài)足跡指標(biāo),一個大學(xué)的生態(tài)效率可定義為單位生態(tài)足跡的在校生人數(shù),它定量地表述了單位生態(tài)資源可以支持的人才培養(yǎng)量.大學(xué)的生態(tài)消耗強度是培養(yǎng)單位人才需要消耗的生態(tài)資源量.

3大學(xué)校園生態(tài)足跡與生態(tài)效率實證研究

3.1數(shù)據(jù)來源及收集方法

在大學(xué)校園生態(tài)足跡計算中,考慮了能源(煤炭,電力,天然氣)、食物、垃圾、紙張、水和交通.電力、天然氣、煤炭、水、食物等的數(shù)據(jù)來自各學(xué)校后勤管理處的統(tǒng)計資料;交通車輛數(shù)據(jù)由各學(xué)校公安處配合對每天早7點到晚10點間進(jìn)入學(xué)校的所有車輛進(jìn)行登記,取樣本平均值所得.由于現(xiàn)在各學(xué)校都對垃圾進(jìn)行集中處理,專門建有垃圾站,因此垃圾量由垃圾站提供的數(shù)據(jù)估算,而垃圾的各類成分由抽樣調(diào)查取得;紙張量一部分由學(xué)校辦公室提供,一部分從對個人的抽樣調(diào)查得到.考慮到不同年級和不同性別的人用紙量的不同,調(diào)查采用按年級和男女比例相結(jié)合的方法進(jìn)行,發(fā)放問卷(包括網(wǎng)上問卷)1000份,收回問卷967份,有效問卷943份.數(shù)據(jù)收集和調(diào)查范圍均為校園教學(xué)區(qū)和學(xué)生生活區(qū),未包括家屬居住區(qū).計算中各相關(guān)因子、排放參數(shù)和當(dāng)量系數(shù)等取自世界自然保護(hù)基金會相關(guān)報告、北京可持續(xù)發(fā)展中心網(wǎng)()和中國新能源網(wǎng)();各類土地的世界平均生產(chǎn)力取自世界糧農(nóng)組織的統(tǒng)計數(shù)據(jù)().

3.2生態(tài)足跡計算

本研究選擇位于沈陽市內(nèi)的東北大學(xué)和沈陽大學(xué),應(yīng)用上述成分法模型對其2003年校園生態(tài)足跡進(jìn)行了詳細(xì)計算.能源足跡計算的相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果見表1,食物生態(tài)足跡計算的相關(guān)數(shù)據(jù)和結(jié)果見表2.由于垃圾的直接用地數(shù)值小且缺乏詳細(xì)數(shù)據(jù),故忽略不計.垃圾間接用地的相關(guān)數(shù)據(jù)和計算結(jié)果見表3.東北大學(xué)和沈陽大學(xué)2003年用紙量分別為244t和179t,平均生產(chǎn)每噸紙需要木材4m3(ht-tp:///),兩校分別需要木材976m3和715•6m3.林地世界平均木材生產(chǎn)力為1•99m3,得出2003年東北大學(xué)和沈陽大學(xué)紙張的生態(tài)足跡分別為490•5hm2和359•5hm2.東北大學(xué)和沈陽大學(xué)2003年自來水用量分別為3300000m3和1100000m3,同期沈陽市自來水價為1•6元•m-3,工業(yè)電價0•496元•kWh-1,自來水中電力成本占1/4,折算成電耗約為0•8度•m-3.因此兩校的供水用電量分別為2•64GWh和0•88GWh,相應(yīng)CO2排放量為2545t和848t,除以化石能源地平均CO2吸納能力5•2t•hm-2,得兩校供水的生態(tài)足跡分別為489•4hm2和163•1hm2.由于缺乏數(shù)據(jù),污水處理的生態(tài)足跡沒有計算.大學(xué)校園的交通污染主要來自汽車.在汽車的生態(tài)足跡計算中,由于CH4和N2O排量小且詳細(xì)數(shù)據(jù)難以獲得,只考慮了CO2.交通生態(tài)足跡計算的相關(guān)數(shù)據(jù)。以上各成分的足跡計算結(jié)果匯總于表5.東北大學(xué)和沈陽大學(xué)2003年總足跡分別為24787hm2和17218hm2,也就是說,需要24787和17218hm2的各類土地來支持發(fā)生在東北大學(xué)、沈陽大學(xué)的教學(xué)和學(xué)生生活區(qū)的各項消費并吸納所產(chǎn)生的廢物.需要說明的是,在煤炭足跡計算中,一方面由于沒有考慮鍋爐的CO2凈化,使二者的CO2吸收用地(化石能源地)偏高;另一方面,由于煤炭生產(chǎn)的上游足跡未計入,又使它們的總足跡偏低;食物足跡的計算結(jié)果比實際值低,這是因為學(xué)生的部分食物消費發(fā)生在校園以外,沒有統(tǒng)計;垃圾和交通足跡因為沒有計算直接占地面積也比實際值低.總體上講,本文的計算結(jié)果應(yīng)是實際生態(tài)足跡的保守估計.

3.3校園生態(tài)效率的對比分析

東北大學(xué)2003年校本部在校生為23345人,由此計算得其生態(tài)效率為0•94人•hm-2、生態(tài)消耗強度為1•06hm2•人-1;沈陽大學(xué)2003年校本部在校生為13589人,計算其生態(tài)效率為人0•8人•hm-2,生態(tài)消耗強度為1•27hm2•人-1.可見,1hm2生態(tài)生產(chǎn)性土地不足以支持培養(yǎng)1個學(xué)生的消費和吸納所產(chǎn)生的廢棄物.構(gòu)成東北大學(xué)和沈陽大學(xué)生態(tài)足跡的主要成分是煤炭、食物、電力和垃圾,四者總和占兩校總足跡的比例分別為95%和96•4%.因此,降低生態(tài)足跡的措施應(yīng)針對這4種成分來制定,改善能源結(jié)構(gòu)、采取有效的節(jié)能措施和減少垃圾排放是兩所大學(xué)提高生態(tài)效率,建設(shè)“生態(tài)”校園的主要途徑.生均消費量是影響校園生態(tài)效率的主導(dǎo)因素之一,生均消費量越高生態(tài)效率就越低,而學(xué)生的經(jīng)濟收入狀況決定了生均消費量.東北大學(xué)和沈陽大學(xué)學(xué)生的經(jīng)濟狀況有較明顯的差別:東北大學(xué)來自農(nóng)村和邊遠(yuǎn)地區(qū)的學(xué)生多于來自城市的學(xué)生,困難生約占30%,十分困難生約占10%~15%,特困生占5%以上;沈陽大學(xué)的學(xué)生基本都來自城市,平均經(jīng)濟狀況比東北大學(xué)好的多.這一情形在食物生態(tài)足跡構(gòu)成(表2)和食物足跡占總足跡的比例上有清晰體現(xiàn):沈陽大學(xué)的生均肉類消費是東北大學(xué)的2倍,其中前者的生均牛羊肉消費是后者的2•5倍,致使沈陽大學(xué)的食物足跡占總足跡的比例比東北大學(xué)高許多.這種學(xué)生經(jīng)濟狀況的差距也是沈陽大學(xué)的生態(tài)效率(0•80人•hm-2)低于東北大學(xué)(0•94人•hm-2)的一個重要原因.學(xué)校的專業(yè)領(lǐng)域和研究強度對生態(tài)足跡也有重要影響,這一影響主要體現(xiàn)在電力足跡.東北大學(xué)是一所以工科為主的研究型大學(xué),擁有大量的實驗室和重型實驗設(shè)備;沈陽大學(xué)是一所以文理為主的教學(xué)型大學(xué),實驗室和重型實驗設(shè)備相對較少.

因此,東北大學(xué)的生均電力消費是沈陽大學(xué)的1•75倍,電力足跡占總足跡的比例是沈陽大學(xué)的2倍多.東北大學(xué)、沈陽大學(xué)和澳大利亞Red-landsUniversity生態(tài)足跡的對比.三校的最大足跡成分均為能源,但澳大利亞RedlandsUniversity在校園里不直接使用煤炭(一次能源),而是以電力(二次能源)為主,其電力足跡占總足跡的比例為31•4%,比國內(nèi)兩所大學(xué)高得多.RedlandsUni-versity的交通足跡所占比例也比國內(nèi)兩所大學(xué)高得多,其交通足跡占了總足跡的約1/3.另外,RedlandsUniversity的食物足跡比例比國內(nèi)兩所大學(xué)低得多.可見經(jīng)濟的發(fā)達(dá)程度對校園生態(tài)足跡的構(gòu)成有重要影響.從生態(tài)效率看,RedlandsUni-versity的生態(tài)效率較高,東北大學(xué)次之,沈陽大學(xué)較低.從以上實證分析可知,研究大學(xué)校園的生態(tài)足跡能夠定量地揭示高等學(xué)校的生態(tài)需求及其主要矛盾,為創(chuàng)建“生態(tài)”校園提供科學(xué)的指標(biāo)和方法.此類研究的更深遠(yuǎn)的意義在于,其在喚醒高等學(xué)校師生的生態(tài)意識中可能發(fā)揮的巨大作用.生態(tài)足跡具有內(nèi)涵深刻、表述形象和計算簡單的特點,它為設(shè)計廣大師生均可參與的、富有趣味的“生態(tài)”校園創(chuàng)建活動,提供了科學(xué)的題材、方法和定量指標(biāo).例如,由從事生態(tài)足跡研究的教師開設(shè)一門生態(tài)足跡普及課,向全校師生提供生態(tài)足跡方法指導(dǎo)和相關(guān)計算參數(shù);由輔導(dǎo)員、班主任和學(xué)生會組織,每個學(xué)生記錄日常生活中自己的各項消費和產(chǎn)生的各類垃圾;由學(xué)校有關(guān)管理部門提供能源、水、辦公用品、非個人垃圾等公共消費和廢物排放數(shù)據(jù);每年春季學(xué)期的頭兩周,每個學(xué)生計算出自己上一年的個人生態(tài)足跡,然后計算每個班級、學(xué)院的生態(tài)足跡,最后得出整個學(xué)校的生態(tài)足跡與生態(tài)效率.這樣的活動能夠使所有學(xué)生參與,使每個人明白浪費1個饅頭、1度電能夠產(chǎn)生的生態(tài)沖擊,對提高每個人的生態(tài)意識的作用將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過空洞的說教.大學(xué)校園生態(tài)教育的意義遠(yuǎn)超出創(chuàng)建生態(tài)校園本身,通過大批學(xué)生向全社會的擴散,這種教育能夠在提高全社會的生態(tài)意識方面發(fā)揮巨大作用.

4結(jié)論

介紹了生態(tài)足跡成分法的基本原理和計算模型,較詳細(xì)地計算、分析了東北大學(xué)和沈陽大學(xué)2003年的生態(tài)足跡和生態(tài)效率.結(jié)果發(fā)現(xiàn):東北大學(xué)和沈陽大學(xué)2003年的總生態(tài)足跡分別為24787hm2和17218hm2,生態(tài)效率分別為0•94人•hm-2和0•8人•hm-2,即1hm2生態(tài)生產(chǎn)性土地不足以支持培養(yǎng)一個學(xué)生的消費和吸納所產(chǎn)生的廢棄物.研究發(fā)現(xiàn),學(xué)校所在地的經(jīng)濟發(fā)展水平、學(xué)生的經(jīng)濟狀況以及學(xué)校的專業(yè)領(lǐng)域結(jié)構(gòu)和研究強度,對大學(xué)校園生態(tài)足跡的大小和構(gòu)成以及生態(tài)效率有重要影響.兩所學(xué)校的生態(tài)足跡主要來自煤炭、食物、電力消耗和垃圾排放,四者總和占了總足跡的95%以上.因此,改善能源結(jié)構(gòu)、采取有效的節(jié)能措施和減少垃圾排放是提高兩所學(xué)校生態(tài)效率、建設(shè)“生態(tài)”校園的主要途徑.本文的計算中存在一些缺項,使計算結(jié)果偏低.筆者正致力于校園生態(tài)足跡計算的標(biāo)準(zhǔn)化,使計算結(jié)果達(dá)到更高的精度,促進(jìn)生態(tài)足跡在全國大學(xué)校園的推廣應(yīng)用.