中国人口#资源与环境 2010年 第20卷 第1期 CHINA POPULATION, RESOURCES AND ENVIRONMENT Vol. 20 No. 1 2010
国内外可持续发展评价方法对比分析
郝 翠 李洪远 孟伟庆
(南开大学环境科学与工程学院, 天津30071)
1
*
摘要 国际、国内很多组织都对可持续性评价方法进行过研究分析, 但大多是特定的案例研究。目前国内外对可持续发展评价方法没有一个全面系统的分析比较, 使得不同地区比较起来很困难。本文对各种评价方法如环境可持续性指数法、生态足迹法、能值分析法和指标综合评价法的来源、理论和应用作了介绍。得出各方法适用范围:可持续性指数法适合于国家间的综合评价; 生态足迹和能值分析法适合于各种范围, 包括国家、区域、地区和小系统; 指标体系综合评价法对于小范围更合适。同时对各种方法的优势和缺陷进行了分析讨论, 得出:可持续性指数法信息量大, 但是计算复杂; 生态足迹法计算过程简单, 但是缺失一些可持续性信息; 能值分析法考虑问题全面, 但是其原理涉及热力学知识, 很难被一些学者认同; 指标体系评价法变通性较大, 可随着评价系统的变化而进行调整, 但是主观性较强。通过分析指出不同方法适用范围并指出每种分析方法的优势和不足, 为以后选择合适的分析方法评价对象的可持续性提供依据。
关键词 可持续性评价; 可持续性指数; 评价方法中图分类号 F061. 3
文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2010) 01-0161-06
doi:10. 3969/j. iss n. 1002-2104. 2010. 01. 029
用指标来评价可持续性的研究已经在国内外的杂志上发表了很多。国外的评价内容包括国家、区域和特定系统都很多[1-都很多[9-15]
8]
世界经济论坛(WEF)上明日全球指数环境课题组(GLT) 提出的, 此后由耶鲁大学环境法律与政策中心(YC ELP) 和哥伦比亚大学国际地球科学信息网络中心(CI ES I N) 合作发展起来。ES I 首先于2001年公布, 随后2002和2005年, ESI 出现引起了媒体的广泛关注, 很多国家已经将其作为制定政策的依据。1. 1 ES I 概述
ES I 是一种多维概念。它建立在/压力) 状态) 响应0(pre ssure 2state 2response) 的环境政策模型基础上, 它可以测量一个国家或地区能够为其后代人保持良好环境状态的能力, 能够为环境决策提供有力的分析工具, 促进环境政策制定和环境管理的定量化与系统化[16]。ESI 数值越高, 表明其环境可持续性越强, 越有利于在未来能够保持良好的环境状态。
在ES I 2005的指标建设中, 采用21个指标、76个变量。生态足迹被看作是其中的一个指标变量。各个国家ESI 的值在0(最不可持续) 到100(最可持续) 之间不等。ESI 2005考虑了5个方面:¹环境系统的状态, 如:空气、土
。国内大部分都是从区域和系统的角度来
进行评价的。能值法、生态足迹法、指标体系综合分析法
。总起来说, 评价方法有环境可持续性指数
(ESI)、生态足迹法(EF) 和能值分析法(Em SI) 、指标体系综合评价法(S ustainability Evaluation using Indica to rs, S EI) 等等。这些方法的应用很广, 每种方法的国内外文献资料都很多; 而且, 所有这些指标都在科学界和政届都占有一席之地。然而, 这些对可持续性的评价都存在各自的优势和缺陷。在对国家、地区和特定系统作可持续性评价时, 需要对其方法进行选择, 以确定最佳的评价方法, 在现有条件下获得最可信的数据。本文从原理和应用两个方面针对这几个评价方法展开分析讨论, 为定量测度可持续发展能力选择提供依据。
1 环境可持续性指标(ESI)
ESI 是由Kim S a muel 2Johnso n and Danie l C 于2000年在
收稿日期:2009-07-29
作者简介:郝翠, 博士生, 主要研究方向为区域生态保护与可持续发展。通讯作者:李洪远, 博士, 教授, 博导, 主要研究方向为环境管理。*天津市科技支撑计划重点项目(08ZC GYS F00200) 资助。
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壤、生态系统和水; º环境系统所承受的压力, 以污染程度和开发程度来衡量; »人类对于环境变化的脆弱性, 表现为粮食资源的匮乏或环境所致疾病的损失; ¼社会与体制应对环境挑战的能力; ½对全球环境合作需求的反应能力, 如通过合作努力保护大气等国际环境资源。上述5个部分即为ES I 的核心部分[16]。主要反映一个国家或地区的自然资源状况、过去和现在的污染水平、环境管理水平以及社会改善环境业绩的能力等各种数据。1. 2 ESI 的应用
ESI 包含的指标很多, 信息量大, 是一种宏观的综合的数。
然而, (1) EF 在进行世界平均生产力分析时, 常常会忽略被评价区域的一些特有信息。如EF 不能区分进口产品和国内产品的消费; 因此, 得出的生态赤字和生态盈余都不能够说明生态系统在管理上是否可持续。国家的赤字可能只是针对进口产品而言, 是由于国外生产造成的, 与当地的生态系统没有关系。因此, /赤字0只能适用于全球范围, 并不适合区域[23]。(2) EF 仅仅指出了土地是为人类服务的生态生产性土地, 这就人为地排除了像沙漠和冰川等土地, 但即使环境条件严酷的土地也会对人类产生多方面、多层次的可持续性计算方法; 计算所需的数据极多, 计算过程繁琐。ESI 的应用范围较狭窄, 由于其自身的性质, 仅仅在对比国家的可持续性时应用。这方面的研究包括生态旅游评价、人类和生态系统对淡水需求的可持续性评价、能源规划的可持续性评价等。Welsc h 指出, 在ES I 中没有考虑所采用的数据的质量[17], 而且每个国家每个变量中只用一个单一的值是否合理?
2 生态足迹(EF)
EF 是Rees 于1992年提出的可持续性发展指标[18]。Wackerna gel and Rees 于1996和1997年对其进行了详细描述[19-20]
。
2. 1 EF 概述
EF 是以土地面积为衡量单位来说明人类影响的程度。其理论是建立/土地消费/使用0的矩阵, 目的是计算一个既定的社区所需要的生产和维持商品和服务消费所需要的土地面积。EF 描述了自然资本的生态能力和人类从自然资本获得的利益。生态能力是衡量一个地区的生物生产力的, 地球上每公顷可生产性土地面积的生物生产力称为/全球公顷0(gha), 将全球公顷作为比较单位。生物圈有不同的生物生产力, 其中包括建设用地或被破坏的用地。生态承载力不仅依赖自然条件也依赖土地利用形式(例如农业用地或森林用地) 。生物生产面积是衡量环境影响和可持续性的有力单位。生态承载力代表一年内热力学上最大的可持续性能力, 生态盈余和生态赤字代表自然资本的使用情况。产品的生态足迹越接近生态承载力, 生态盈余越小, 对环境的压力会越大。EF 与用来生产所消费资源的生态系统类型的土地和水资源面积有关, 也与吸收所有产生的废物所利用的先进技术有关[21-22]
。
2. 2 EF 的应用
EF 的应用范围很广, 包括国家、区域、地区和特定系统。它原理简单, 计算过程和方法都比较方便, 获得的结果也比较合理, 因此很多系统的评价都采用此种模型。EF 在计算中, 将所有指标转换成世界平均生产力的人均公顷
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直接或间接的影响。因此, 在方法计算中, 这些土地面积不应该排除。(3) 人类活动对自然的压力(生物多样性丧失、腐蚀、水资源减少、C O 2积累等) 并没有在EF 的计算中体现出来。(4)EF 没有考虑可持续性和特定人群之间的关系。因此, EF 在不同地域之间进行对比没有意义, 因为环境角度行政区划的划分都是主观人为的[24-25]
。例如,
新加坡的生态赤字为-7. 1ha/ca p, 澳大利亚生态盈余为5. 0ha /cap, 但这并不意味着新加坡的消费比澳大利亚的消费不可持续, 因为没有数据显示两个社会的持续性程度, 或者是影响发生的程度。(5)EF 在计算中将征地直接分配到最后的消费单元里, 忽略了中间的工业使用过程。由于工业之间相互依赖而产生的间接的对土地的需求应该考虑进去, 例如将投入产出分析纳入到EF 框架中。
3 能值分析法(EmSI)
在Lo tka 、B ertalanff y 等作一些基础研究工作[26-27]
上,
Odum 于1986和1996年提出了能值理论[28-29]
。B ro wn 和
Ulgiati 基于这个理论拓展出能值可持续性指标(EmSI) [30], 将生物圈中的经济系统看作一个开放的热力学系统, 并将所有的能量流考虑进去。3. 1 EmS I 概述
Em S I 法理论是从生物地球物理学的角度来估测与生产和自然资源、人力资源使用相关的能量。这个理论的目的是获得用于生产的能量的热力学量度。其单位是太阳能焦耳(sej) 。太阳能值用来衡量经济系统中不能衡量的自然资源(雨水、自然界获取的原材料、河水、生物多样性等等) 和由人类经济提供的资源如化石燃料和工业经济提供的商品和服务。Em SI 法的特点是能够衡量环境和人类的共同影响。Em SI 是考虑系统产出和环境承载力的综合指标, EmS I=EY R/EL R, 其计算中包含两个指标:能值产出率(EY R) 和能值承载力(ELR) 。它认为可持续性是衡量系统产出、可更新性和环境承载力的指数。一个过程或是系统的EY R 越高, ELR 越低, 则可持续性越好。Em SI 法的流程是:
(1) 鉴别出系统的能量流动情况, 并绘制能量系统图; (2) 将系统图中不同种类、不同能质、不可比较的能量根据太阳能值转化率转换成同一标准的能值;
(3) 绘制能值分析表(包括资源类别、资源流动量、太阳能值转换率、太阳能值等) 并对计算相应的能值指标(如EL R 、EY R 等);
(4) 对指标结合实际调查和历史资料研究进行分析, 提出合理的结论和建议。3. 2 Em SI 的应用
我们衡量的那部分价值。这个方法是由研究者或者相关专家根据研究内容制定出评价框架并筛选指标(图1) 。在选择可持续发展指标时, 主要有两种方法[36]:
(1)/自上而下0方法, 主要是专家和研究者制订框架和可持续性指标。
(2)/自下而上0方法, 不同利益相关者参与框架设计和可持续性指标的选择过程。
综合起来说指标的形成都是经过3个步骤)) ) 归一化、赋权重和整合。归一化过程通常是根据实际情况筛选EmS I 法的应用范围也很广泛, 国家、区域、地区和特定系统都可以采用这个方法, 同时该法将自然可更新资源和经济收益考虑进去, 并可以将经济系统和生态系统的价值进行比较分析, 数据全面综合。同时该法采用非市场衡量机制, 从热力学、系统论、系统生态的角度分析, 是一种以生态为中心的综合评价方法。因此EmS I 法提供了一个更加综合的针对决策制定的方法。
但是(1)Em SI 法缺少与其他学科相关概念的明确关联。因此, 这种方法引起了除生态学家外的其他学者如经济学家、物理学家和工程学家的批评和质疑, 使这个方法的使用陷入了一个非常窄的范围。很多学者认为这个理论是过于简化、争议性大、误导性大、精确性不高[31-34]
。
(2)Em SI 法在考虑时间问题上存在缺陷, 如:从地球形成时就存在的金属的能值怎样考虑, 化石燃料的能值是否包括生命系统能值等等。从概念上讲, 而经过地质年代计算的时间后, 这个能量的计算是很难甚至不能衡量的
[31-32]
。
储存的能值如淡水、冰川、大气是根据全球能值预算乘以其周转时间得出, 可为人类利用的地壳中的自然资源能值由地球沉积周期计算。事实上, 很多资源的转换率, 如煤炭和石油, 都只考虑了当前矿床提炼这些物质的能值, 没有考虑史前的情况[33]。最终, 这就形成了一个时间尺度如何选择的问题。(3) Em SI 法没有考虑用来计算转换率的数据的不确定性问题。例如计算天然气的能值转换率时, 依据的是锅炉相关的煤炭产能效率, 但是这个效率与煤炭和天然气种类以及锅炉的特征有关。(4) 同样地, 通过能值-货币比来计算的经济投入可能也不准确, 涉及到重复计算[31-32]
。
4 指标体系综合评价法(SEI)
世界可持续发展工商委员会(WB C S D) , 全球报告倡议组织(GRI)和经济合作与发展组织(OECD) 都是可持续发展评价指标法的提倡者。4. 1 S EI 概述
M eado ws 于1998年曾指出:指标源于价值, 指标创造价值[35]; 即我们衡量我们所关注的那部分价值, 我们关注
对对象影响较大的因素, 即指标的筛选过程。组成的指标数量和性质需要基于理论、经验分析、实用性分析和直觉, 其他选择标准包括指标有效性, 可靠性, 可对比性, 可简化
性和数据可获性。
图1 指标体系分析法一般框架
Fig. 1 General fra m ew ork of indic ator analysis me thod 目前对可持续发展综合评价方面的研究主要有:90年代发展的指标有UNDP 提出的人类发展指数(HDI), 可持续进步指数(S PI) , 生态足迹, 可持续性经济福利指数(I SEW), 真实发展指标(GPI),真实储蓄指标(GS I) , 可持续性观测指数和环境压力指数(EPI) 。最近发展的指数包括EEA 发展的总物质需求指标, At Kisson 的可持续性指引, 世界经济论坛(W EF) 的环境可持续性指数(ESI) 和环境性能指标(EPI) 。关于此法的指标分类:改革、知识和技术指数, 发展指数, 基于市场和经济的指数, 基于生态系统的指数, 工业的复合可持续性指数, 投资、等级和评价管理指数, 基于产品的可持续性指数, 城市可持续性指数, 政策、国家和区域环境指数, 工业环境指数, 基于能源的指数, 基于社会和生活质量指数等方面。4. 2 SEI 的应用
指标的主要特征是它们能够将动态的环境概括、综合、浓缩成为可管理的有意义的信息。可持续性指数通过对现象的描述和对趋势的概括, 将错综复杂的信息简化、量化并分析。因为这个方法是根据某一特定区域、特定系统比如农业经济系统、湿地生态系统、土地利用系统来制
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定指标的, 针对性强, 能突出评价重点。
但是(1) 归一化过程是一个主观判断过程, 因此有较高的主观臆断性。对赋权重和整合过程来说, 它有科学严谨的方法保证指标间连贯性和意义。(2) 尽管对可持续性评价指标做了很多努力, 但是很少有将经济、环境和社会方面综合考虑进去的。在大部分情况下只集中在三个方面中的一个方面。但是也有观点认为可持续性不仅仅是重要问题的综合, 它还与系统的动态发展和其联系密切相关[34], 单纯的综合也是没有意义的。
上使用过。例如, EF 和EmS I 曾用来评价全球的现状。这2个工具也用来评价国家、地区和小系统。而ESI 只能用来评价国家的可持续性。指标评价法通常用在区域和小系统上。
(5)在废弃物排放和回收方面, EF 考虑的是由化石燃料燃烧排放的二氧化碳的吸收面积, 忽略造成的污染状况。因此, EF 低估了废弃物的排放和回收。在Em SI 中, 任何流动都被考虑进去, 但是在对国家系统进行Em S I 法时也不考虑大气排放物和固体废物污染。
(6)资源可持续性问题。只有Em SI 将其做了区分, 建5 不同方法的对比分析和讨论
几种方法都显示了各自的优势和不足, 它们是不同的原理、不同的方法、不同的复杂程度和不同的计算过程(表1) 。
(1) 计算原理。ES I 没有具体的理论, 其评价标准是一系列复杂的概念描述, 每个概念的单位不同, 而且信息量大, 因此无法充分考虑所采用的数据质量。Em SI 要求有一定的基于开放系统热力学的能值概念知识。EF 是将所有的生产和消费都换算成土地面积, 原理简单。指标体系法没有具体的理论支持, 评价标准也是根据具体的评价对象确定。
(2) 计算过程。ESI 包括很多概念和多重运算法则以代替数据缺失、统计工具和假设, 数据再现十分困难; 因此, ES I 的计算过程是最复杂、最费力的。EF 是用土地面积来衡量, 不需使用二级指标, 但是其计算人类和自然活动的土地指数的过程很复杂。Em S I 是考虑将所有形式都转换成太阳能值(sej) 计算, 计算要用到很多热力学系数如涡流扩散系数、垂直扩散系数等, 需要热力学知识基础, 过程也比较复杂。指标分析法也没有具体的尺度, 是一系列框架下分成不同的指标单元, 计算过程需要涉及一些算法, 但是于前面几种相比还是比较简单的。
(3) 应用的时间尺度。几个方法都可以体现被评价系统的现状。它们通常被当作静态方法, 只解释当前状态的系统状况。然而自然和经济系统是动态的系统, 随着技术或社会系统的变化, 这些指标不能随着变化而进行动态解释。ESI 和S EI 都是根据当前状况进行分析, 指标的数据也是当前范围的, 因此只能针对当前系统做出判断。EF 的创建者认为预测不是可持续性评价的目的, EF 可以看作是一个生态照相机, 每个分析都是当前对自然、技术和社会需求的一个相片
[37]
。只有Em SI 法方法能够发展一
套动态模型来解释动态系统[38-39]
, 因为这个理论能够考
虑由外部力量推动的内部储量的变化, 或者是内部自身调整而发生的变化。这就使得生态系统或经济系统可以建立外推模型, 预测未来趋势。
(4) 应用的空间尺度。EF 和EmS I 都曾经在所有尺度
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#
立了一套清晰的区分有限资源(不可更新) 和可更新资源的体系。EF 在考虑生态承载力时也有这个区分, 但是计算过程却没有体现这点, 因此, EF 最后不能够清晰的表示可持续性的程度。在ESI 和SEI 中, 其指标中的很多变量代表了可更新资源的使用, 但是对这个概念也没有直接说明。
(7)EF和Em S I 都假设一个地区的居民是非封闭的, 他们消费进口和出口产品。不同之处在于EmS I 将进出口能值作为系统评价的变量, 并作为评价的一个指标; EF 将其作为消费计算中的间接形式, 并不反映在最后的指标中。
(8)ESI更倾向于解释当一个国家处理其可持续性危机时的能力, 它代表一个国家在处理环境问题和在解决全球环境问题时与其它国家合作的能力。而EF 和Em S I 能应用到个人、当地、区域或全球水平; 它集中解释对全球可持续性的影响。
表1 各种方法的主要区别
Tab. 1 Dif fe rences am ong these m ethods
区别
Distanction of ESI EF Em SI SEI vari ous method 衡量单位很多土地面积太阳能值
很多复杂程度
高
较低中低国家、区国家、区衡量范围国家
域、地区、域、地区、地区、小小系统
小系统系统
固体废弃固体废弃理论包括物、回收只包括物、回收内容
和大气排CO 和大气排) ) ) )
2排放
放等等放等等可更新资源和经济效益区分
未区分
未区分区分未区分系统物质系统物质对系统比原始数据
所有可获流、能量较重要的得的数据
流、能量流流、货币可获得的流数据指标
使用
未使用
未使用
使用
在进行系统可持续性评价时, 选择一个合适的分析方法是非常重要的。通过对各种方法的优势和缺陷进行的分析讨论和对方法进行的对比分析, 可以为以后评价方法的选择提供依据。
(编辑:王爱萍)
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Evaluation at Home and Abroad
HA O Cui L I Hong 2yuan M ENG W ei 2qing
(College of Environmen tal Science and Engi neering, Nankai University, Tianjin 300071, China)
Abstr act This article introduces his tory, methodolo gy and applicatio n of sustainability evaluation metho ds such as environ mental sus tainability index (ESI) , ecolo gical fo otprint (E F ) , emerg y rati os (renewability and emergy sustainability index) (E mPIs) and sustainabili ty evaluatio n indicato rs . ESI is suitable for multi 2national scale, EF and EmPIs for multi 2national, sub 2national, regional and local scales, w hile sus tainability evaluation indicators are only for small eco sy stems. We also discuss the advan tages and disadvantages among these methods:ESI provides us large info rmation, but w ith co mplicated calculation process; EF has a simple calculati on pro gress, but lack of so me sustainable information such as soil loss and fo rest destruction; E mPIs considers all the si tuations w hich can be very flexible acco rdi ng to specific sy stems and has a relatively simple calculatio n process, but its theory is a little di fficult for no n 2ecological researchers to understand; Sus tainability evaluation indicators are flexible, but fro m a subjective view. Analyses above which point ou t applicatio n scale o f each method and its abvan to ges and disadvantages are useful references to the cho osi ng of suitable sustainability ev alutio n methods choosing evaluatio n methodologies.
Key wor ds sustainability evaluation; sustainability indicato rs; evaluation methods
#166
#
中国人口#资源与环境 2010年 第20卷 第1期 CHINA POPULATION, RESOURCES AND ENVIRONMENT Vol. 20 No. 1 2010
国内外可持续发展评价方法对比分析
郝 翠 李洪远 孟伟庆
(南开大学环境科学与工程学院, 天津30071)
1
*
摘要 国际、国内很多组织都对可持续性评价方法进行过研究分析, 但大多是特定的案例研究。目前国内外对可持续发展评价方法没有一个全面系统的分析比较, 使得不同地区比较起来很困难。本文对各种评价方法如环境可持续性指数法、生态足迹法、能值分析法和指标综合评价法的来源、理论和应用作了介绍。得出各方法适用范围:可持续性指数法适合于国家间的综合评价; 生态足迹和能值分析法适合于各种范围, 包括国家、区域、地区和小系统; 指标体系综合评价法对于小范围更合适。同时对各种方法的优势和缺陷进行了分析讨论, 得出:可持续性指数法信息量大, 但是计算复杂; 生态足迹法计算过程简单, 但是缺失一些可持续性信息; 能值分析法考虑问题全面, 但是其原理涉及热力学知识, 很难被一些学者认同; 指标体系评价法变通性较大, 可随着评价系统的变化而进行调整, 但是主观性较强。通过分析指出不同方法适用范围并指出每种分析方法的优势和不足, 为以后选择合适的分析方法评价对象的可持续性提供依据。
关键词 可持续性评价; 可持续性指数; 评价方法中图分类号 F061. 3
文献标识码 A
文章编号 1002-2104(2010) 01-0161-06
doi:10. 3969/j. iss n. 1002-2104. 2010. 01. 029
用指标来评价可持续性的研究已经在国内外的杂志上发表了很多。国外的评价内容包括国家、区域和特定系统都很多[1-都很多[9-15]
8]
世界经济论坛(WEF)上明日全球指数环境课题组(GLT) 提出的, 此后由耶鲁大学环境法律与政策中心(YC ELP) 和哥伦比亚大学国际地球科学信息网络中心(CI ES I N) 合作发展起来。ES I 首先于2001年公布, 随后2002和2005年, ESI 出现引起了媒体的广泛关注, 很多国家已经将其作为制定政策的依据。1. 1 ES I 概述
ES I 是一种多维概念。它建立在/压力) 状态) 响应0(pre ssure 2state 2response) 的环境政策模型基础上, 它可以测量一个国家或地区能够为其后代人保持良好环境状态的能力, 能够为环境决策提供有力的分析工具, 促进环境政策制定和环境管理的定量化与系统化[16]。ESI 数值越高, 表明其环境可持续性越强, 越有利于在未来能够保持良好的环境状态。
在ES I 2005的指标建设中, 采用21个指标、76个变量。生态足迹被看作是其中的一个指标变量。各个国家ESI 的值在0(最不可持续) 到100(最可持续) 之间不等。ESI 2005考虑了5个方面:¹环境系统的状态, 如:空气、土
。国内大部分都是从区域和系统的角度来
进行评价的。能值法、生态足迹法、指标体系综合分析法
。总起来说, 评价方法有环境可持续性指数
(ESI)、生态足迹法(EF) 和能值分析法(Em SI) 、指标体系综合评价法(S ustainability Evaluation using Indica to rs, S EI) 等等。这些方法的应用很广, 每种方法的国内外文献资料都很多; 而且, 所有这些指标都在科学界和政届都占有一席之地。然而, 这些对可持续性的评价都存在各自的优势和缺陷。在对国家、地区和特定系统作可持续性评价时, 需要对其方法进行选择, 以确定最佳的评价方法, 在现有条件下获得最可信的数据。本文从原理和应用两个方面针对这几个评价方法展开分析讨论, 为定量测度可持续发展能力选择提供依据。
1 环境可持续性指标(ESI)
ESI 是由Kim S a muel 2Johnso n and Danie l C 于2000年在
收稿日期:2009-07-29
作者简介:郝翠, 博士生, 主要研究方向为区域生态保护与可持续发展。通讯作者:李洪远, 博士, 教授, 博导, 主要研究方向为环境管理。*天津市科技支撑计划重点项目(08ZC GYS F00200) 资助。
#161#
壤、生态系统和水; º环境系统所承受的压力, 以污染程度和开发程度来衡量; »人类对于环境变化的脆弱性, 表现为粮食资源的匮乏或环境所致疾病的损失; ¼社会与体制应对环境挑战的能力; ½对全球环境合作需求的反应能力, 如通过合作努力保护大气等国际环境资源。上述5个部分即为ES I 的核心部分[16]。主要反映一个国家或地区的自然资源状况、过去和现在的污染水平、环境管理水平以及社会改善环境业绩的能力等各种数据。1. 2 ESI 的应用
ESI 包含的指标很多, 信息量大, 是一种宏观的综合的数。
然而, (1) EF 在进行世界平均生产力分析时, 常常会忽略被评价区域的一些特有信息。如EF 不能区分进口产品和国内产品的消费; 因此, 得出的生态赤字和生态盈余都不能够说明生态系统在管理上是否可持续。国家的赤字可能只是针对进口产品而言, 是由于国外生产造成的, 与当地的生态系统没有关系。因此, /赤字0只能适用于全球范围, 并不适合区域[23]。(2) EF 仅仅指出了土地是为人类服务的生态生产性土地, 这就人为地排除了像沙漠和冰川等土地, 但即使环境条件严酷的土地也会对人类产生多方面、多层次的可持续性计算方法; 计算所需的数据极多, 计算过程繁琐。ESI 的应用范围较狭窄, 由于其自身的性质, 仅仅在对比国家的可持续性时应用。这方面的研究包括生态旅游评价、人类和生态系统对淡水需求的可持续性评价、能源规划的可持续性评价等。Welsc h 指出, 在ES I 中没有考虑所采用的数据的质量[17], 而且每个国家每个变量中只用一个单一的值是否合理?
2 生态足迹(EF)
EF 是Rees 于1992年提出的可持续性发展指标[18]。Wackerna gel and Rees 于1996和1997年对其进行了详细描述[19-20]
。
2. 1 EF 概述
EF 是以土地面积为衡量单位来说明人类影响的程度。其理论是建立/土地消费/使用0的矩阵, 目的是计算一个既定的社区所需要的生产和维持商品和服务消费所需要的土地面积。EF 描述了自然资本的生态能力和人类从自然资本获得的利益。生态能力是衡量一个地区的生物生产力的, 地球上每公顷可生产性土地面积的生物生产力称为/全球公顷0(gha), 将全球公顷作为比较单位。生物圈有不同的生物生产力, 其中包括建设用地或被破坏的用地。生态承载力不仅依赖自然条件也依赖土地利用形式(例如农业用地或森林用地) 。生物生产面积是衡量环境影响和可持续性的有力单位。生态承载力代表一年内热力学上最大的可持续性能力, 生态盈余和生态赤字代表自然资本的使用情况。产品的生态足迹越接近生态承载力, 生态盈余越小, 对环境的压力会越大。EF 与用来生产所消费资源的生态系统类型的土地和水资源面积有关, 也与吸收所有产生的废物所利用的先进技术有关[21-22]
。
2. 2 EF 的应用
EF 的应用范围很广, 包括国家、区域、地区和特定系统。它原理简单, 计算过程和方法都比较方便, 获得的结果也比较合理, 因此很多系统的评价都采用此种模型。EF 在计算中, 将所有指标转换成世界平均生产力的人均公顷
#162
#
直接或间接的影响。因此, 在方法计算中, 这些土地面积不应该排除。(3) 人类活动对自然的压力(生物多样性丧失、腐蚀、水资源减少、C O 2积累等) 并没有在EF 的计算中体现出来。(4)EF 没有考虑可持续性和特定人群之间的关系。因此, EF 在不同地域之间进行对比没有意义, 因为环境角度行政区划的划分都是主观人为的[24-25]
。例如,
新加坡的生态赤字为-7. 1ha/ca p, 澳大利亚生态盈余为5. 0ha /cap, 但这并不意味着新加坡的消费比澳大利亚的消费不可持续, 因为没有数据显示两个社会的持续性程度, 或者是影响发生的程度。(5)EF 在计算中将征地直接分配到最后的消费单元里, 忽略了中间的工业使用过程。由于工业之间相互依赖而产生的间接的对土地的需求应该考虑进去, 例如将投入产出分析纳入到EF 框架中。
3 能值分析法(EmSI)
在Lo tka 、B ertalanff y 等作一些基础研究工作[26-27]
上,
Odum 于1986和1996年提出了能值理论[28-29]
。B ro wn 和
Ulgiati 基于这个理论拓展出能值可持续性指标(EmSI) [30], 将生物圈中的经济系统看作一个开放的热力学系统, 并将所有的能量流考虑进去。3. 1 EmS I 概述
Em S I 法理论是从生物地球物理学的角度来估测与生产和自然资源、人力资源使用相关的能量。这个理论的目的是获得用于生产的能量的热力学量度。其单位是太阳能焦耳(sej) 。太阳能值用来衡量经济系统中不能衡量的自然资源(雨水、自然界获取的原材料、河水、生物多样性等等) 和由人类经济提供的资源如化石燃料和工业经济提供的商品和服务。Em SI 法的特点是能够衡量环境和人类的共同影响。Em SI 是考虑系统产出和环境承载力的综合指标, EmS I=EY R/EL R, 其计算中包含两个指标:能值产出率(EY R) 和能值承载力(ELR) 。它认为可持续性是衡量系统产出、可更新性和环境承载力的指数。一个过程或是系统的EY R 越高, ELR 越低, 则可持续性越好。Em SI 法的流程是:
(1) 鉴别出系统的能量流动情况, 并绘制能量系统图; (2) 将系统图中不同种类、不同能质、不可比较的能量根据太阳能值转化率转换成同一标准的能值;
(3) 绘制能值分析表(包括资源类别、资源流动量、太阳能值转换率、太阳能值等) 并对计算相应的能值指标(如EL R 、EY R 等);
(4) 对指标结合实际调查和历史资料研究进行分析, 提出合理的结论和建议。3. 2 Em SI 的应用
我们衡量的那部分价值。这个方法是由研究者或者相关专家根据研究内容制定出评价框架并筛选指标(图1) 。在选择可持续发展指标时, 主要有两种方法[36]:
(1)/自上而下0方法, 主要是专家和研究者制订框架和可持续性指标。
(2)/自下而上0方法, 不同利益相关者参与框架设计和可持续性指标的选择过程。
综合起来说指标的形成都是经过3个步骤)) ) 归一化、赋权重和整合。归一化过程通常是根据实际情况筛选EmS I 法的应用范围也很广泛, 国家、区域、地区和特定系统都可以采用这个方法, 同时该法将自然可更新资源和经济收益考虑进去, 并可以将经济系统和生态系统的价值进行比较分析, 数据全面综合。同时该法采用非市场衡量机制, 从热力学、系统论、系统生态的角度分析, 是一种以生态为中心的综合评价方法。因此EmS I 法提供了一个更加综合的针对决策制定的方法。
但是(1)Em SI 法缺少与其他学科相关概念的明确关联。因此, 这种方法引起了除生态学家外的其他学者如经济学家、物理学家和工程学家的批评和质疑, 使这个方法的使用陷入了一个非常窄的范围。很多学者认为这个理论是过于简化、争议性大、误导性大、精确性不高[31-34]
。
(2)Em SI 法在考虑时间问题上存在缺陷, 如:从地球形成时就存在的金属的能值怎样考虑, 化石燃料的能值是否包括生命系统能值等等。从概念上讲, 而经过地质年代计算的时间后, 这个能量的计算是很难甚至不能衡量的
[31-32]
。
储存的能值如淡水、冰川、大气是根据全球能值预算乘以其周转时间得出, 可为人类利用的地壳中的自然资源能值由地球沉积周期计算。事实上, 很多资源的转换率, 如煤炭和石油, 都只考虑了当前矿床提炼这些物质的能值, 没有考虑史前的情况[33]。最终, 这就形成了一个时间尺度如何选择的问题。(3) Em SI 法没有考虑用来计算转换率的数据的不确定性问题。例如计算天然气的能值转换率时, 依据的是锅炉相关的煤炭产能效率, 但是这个效率与煤炭和天然气种类以及锅炉的特征有关。(4) 同样地, 通过能值-货币比来计算的经济投入可能也不准确, 涉及到重复计算[31-32]
。
4 指标体系综合评价法(SEI)
世界可持续发展工商委员会(WB C S D) , 全球报告倡议组织(GRI)和经济合作与发展组织(OECD) 都是可持续发展评价指标法的提倡者。4. 1 S EI 概述
M eado ws 于1998年曾指出:指标源于价值, 指标创造价值[35]; 即我们衡量我们所关注的那部分价值, 我们关注
对对象影响较大的因素, 即指标的筛选过程。组成的指标数量和性质需要基于理论、经验分析、实用性分析和直觉, 其他选择标准包括指标有效性, 可靠性, 可对比性, 可简化
性和数据可获性。
图1 指标体系分析法一般框架
Fig. 1 General fra m ew ork of indic ator analysis me thod 目前对可持续发展综合评价方面的研究主要有:90年代发展的指标有UNDP 提出的人类发展指数(HDI), 可持续进步指数(S PI) , 生态足迹, 可持续性经济福利指数(I SEW), 真实发展指标(GPI),真实储蓄指标(GS I) , 可持续性观测指数和环境压力指数(EPI) 。最近发展的指数包括EEA 发展的总物质需求指标, At Kisson 的可持续性指引, 世界经济论坛(W EF) 的环境可持续性指数(ESI) 和环境性能指标(EPI) 。关于此法的指标分类:改革、知识和技术指数, 发展指数, 基于市场和经济的指数, 基于生态系统的指数, 工业的复合可持续性指数, 投资、等级和评价管理指数, 基于产品的可持续性指数, 城市可持续性指数, 政策、国家和区域环境指数, 工业环境指数, 基于能源的指数, 基于社会和生活质量指数等方面。4. 2 SEI 的应用
指标的主要特征是它们能够将动态的环境概括、综合、浓缩成为可管理的有意义的信息。可持续性指数通过对现象的描述和对趋势的概括, 将错综复杂的信息简化、量化并分析。因为这个方法是根据某一特定区域、特定系统比如农业经济系统、湿地生态系统、土地利用系统来制
#163#
定指标的, 针对性强, 能突出评价重点。
但是(1) 归一化过程是一个主观判断过程, 因此有较高的主观臆断性。对赋权重和整合过程来说, 它有科学严谨的方法保证指标间连贯性和意义。(2) 尽管对可持续性评价指标做了很多努力, 但是很少有将经济、环境和社会方面综合考虑进去的。在大部分情况下只集中在三个方面中的一个方面。但是也有观点认为可持续性不仅仅是重要问题的综合, 它还与系统的动态发展和其联系密切相关[34], 单纯的综合也是没有意义的。
上使用过。例如, EF 和EmS I 曾用来评价全球的现状。这2个工具也用来评价国家、地区和小系统。而ESI 只能用来评价国家的可持续性。指标评价法通常用在区域和小系统上。
(5)在废弃物排放和回收方面, EF 考虑的是由化石燃料燃烧排放的二氧化碳的吸收面积, 忽略造成的污染状况。因此, EF 低估了废弃物的排放和回收。在Em SI 中, 任何流动都被考虑进去, 但是在对国家系统进行Em S I 法时也不考虑大气排放物和固体废物污染。
(6)资源可持续性问题。只有Em SI 将其做了区分, 建5 不同方法的对比分析和讨论
几种方法都显示了各自的优势和不足, 它们是不同的原理、不同的方法、不同的复杂程度和不同的计算过程(表1) 。
(1) 计算原理。ES I 没有具体的理论, 其评价标准是一系列复杂的概念描述, 每个概念的单位不同, 而且信息量大, 因此无法充分考虑所采用的数据质量。Em SI 要求有一定的基于开放系统热力学的能值概念知识。EF 是将所有的生产和消费都换算成土地面积, 原理简单。指标体系法没有具体的理论支持, 评价标准也是根据具体的评价对象确定。
(2) 计算过程。ESI 包括很多概念和多重运算法则以代替数据缺失、统计工具和假设, 数据再现十分困难; 因此, ES I 的计算过程是最复杂、最费力的。EF 是用土地面积来衡量, 不需使用二级指标, 但是其计算人类和自然活动的土地指数的过程很复杂。Em S I 是考虑将所有形式都转换成太阳能值(sej) 计算, 计算要用到很多热力学系数如涡流扩散系数、垂直扩散系数等, 需要热力学知识基础, 过程也比较复杂。指标分析法也没有具体的尺度, 是一系列框架下分成不同的指标单元, 计算过程需要涉及一些算法, 但是于前面几种相比还是比较简单的。
(3) 应用的时间尺度。几个方法都可以体现被评价系统的现状。它们通常被当作静态方法, 只解释当前状态的系统状况。然而自然和经济系统是动态的系统, 随着技术或社会系统的变化, 这些指标不能随着变化而进行动态解释。ESI 和S EI 都是根据当前状况进行分析, 指标的数据也是当前范围的, 因此只能针对当前系统做出判断。EF 的创建者认为预测不是可持续性评价的目的, EF 可以看作是一个生态照相机, 每个分析都是当前对自然、技术和社会需求的一个相片
[37]
。只有Em SI 法方法能够发展一
套动态模型来解释动态系统[38-39]
, 因为这个理论能够考
虑由外部力量推动的内部储量的变化, 或者是内部自身调整而发生的变化。这就使得生态系统或经济系统可以建立外推模型, 预测未来趋势。
(4) 应用的空间尺度。EF 和EmS I 都曾经在所有尺度
#164
#
立了一套清晰的区分有限资源(不可更新) 和可更新资源的体系。EF 在考虑生态承载力时也有这个区分, 但是计算过程却没有体现这点, 因此, EF 最后不能够清晰的表示可持续性的程度。在ESI 和SEI 中, 其指标中的很多变量代表了可更新资源的使用, 但是对这个概念也没有直接说明。
(7)EF和Em S I 都假设一个地区的居民是非封闭的, 他们消费进口和出口产品。不同之处在于EmS I 将进出口能值作为系统评价的变量, 并作为评价的一个指标; EF 将其作为消费计算中的间接形式, 并不反映在最后的指标中。
(8)ESI更倾向于解释当一个国家处理其可持续性危机时的能力, 它代表一个国家在处理环境问题和在解决全球环境问题时与其它国家合作的能力。而EF 和Em S I 能应用到个人、当地、区域或全球水平; 它集中解释对全球可持续性的影响。
表1 各种方法的主要区别
Tab. 1 Dif fe rences am ong these m ethods
区别
Distanction of ESI EF Em SI SEI vari ous method 衡量单位很多土地面积太阳能值
很多复杂程度
高
较低中低国家、区国家、区衡量范围国家
域、地区、域、地区、地区、小小系统
小系统系统
固体废弃固体废弃理论包括物、回收只包括物、回收内容
和大气排CO 和大气排) ) ) )
2排放
放等等放等等可更新资源和经济效益区分
未区分
未区分区分未区分系统物质系统物质对系统比原始数据
所有可获流、能量较重要的得的数据
流、能量流流、货币可获得的流数据指标
使用
未使用
未使用
使用
在进行系统可持续性评价时, 选择一个合适的分析方法是非常重要的。通过对各种方法的优势和缺陷进行的分析讨论和对方法进行的对比分析, 可以为以后评价方法的选择提供依据。
(编辑:王爱萍)
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Comparison and Analysis on Different Methods of Sustainability
Evaluation at Home and Abroad
HA O Cui L I Hong 2yuan M ENG W ei 2qing
(College of Environmen tal Science and Engi neering, Nankai University, Tianjin 300071, China)
Abstr act This article introduces his tory, methodolo gy and applicatio n of sustainability evaluation metho ds such as environ mental sus tainability index (ESI) , ecolo gical fo otprint (E F ) , emerg y rati os (renewability and emergy sustainability index) (E mPIs) and sustainabili ty evaluatio n indicato rs . ESI is suitable for multi 2national scale, EF and EmPIs for multi 2national, sub 2national, regional and local scales, w hile sus tainability evaluation indicators are only for small eco sy stems. We also discuss the advan tages and disadvantages among these methods:ESI provides us large info rmation, but w ith co mplicated calculation process; EF has a simple calculati on pro gress, but lack of so me sustainable information such as soil loss and fo rest destruction; E mPIs considers all the si tuations w hich can be very flexible acco rdi ng to specific sy stems and has a relatively simple calculatio n process, but its theory is a little di fficult for no n 2ecological researchers to understand; Sus tainability evaluation indicators are flexible, but fro m a subjective view. Analyses above which point ou t applicatio n scale o f each method and its abvan to ges and disadvantages are useful references to the cho osi ng of suitable sustainability ev alutio n methods choosing evaluatio n methodologies.
Key wor ds sustainability evaluation; sustainability indicato rs; evaluation methods
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