高等教育的生态效率探讨范文

1高等教育的生态需求

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BestFootForward(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(IsleofWight)、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(Stock-holmEnvironmentInstitute,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(globalhectare)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=QcηCcβ/Pa(1)Ao=QoOcβ/Pa(2)Ag=QgρGcβ/Pa(3)Ae=QeEco2/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=1Pa∑Nwi=1Qi(qCO2i+qCH4iχ)(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;qCO2i为第i种垃圾成分的CO2产生率;qCH4i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,计算公式为:Ap=Qpqw/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、N2O等,CH4和N2O可依据其GWP转化为CO2当量.交通间接用地的一般公式为:At=DPa∑ni=1qiχi(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;χi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)1000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()和中国新能源网();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().

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244t和179t,平均生产每吨纸需要木材4m3(ht-tp:///),两校分别需要木材976m3和715•6m3.林地世界平均木材生产力为1•99m3,得出2003年东北大学和沈阳大学纸张的生态足迹分别为490•5hm2和359•5hm2.东北大学和沈阳大学2003年自来水用量分别为3300000m3和1100000m3,同期沈阳市自来水价为1•6元•m-3,工业电价0•496元•kWh-1,自来水中电力成本占1/4,折算成电耗约为0•8度•m-3.因此两校的供水用电量分别为2•64GWh和0•88GWh,相应CO2排放量为2545t和848t,除以化石能源地平均CO2吸纳能力5•2t•hm-2,得两校供水的生态足迹分别为489•4hm2和163•1hm2.由于缺乏数据,污水处理的生态足迹没有计算.大学校园的交通污染主要来自汽车.在汽车的生态足迹计算中,由于CH4和N2O排量小且详细数据难以获得,只考虑了CO2.交通生态足迹计算的相关数据。以上各成分的足迹计算结果汇总于表5.东北大学和沈阳大学2003年总足迹分别为24787hm2和17218hm2,也就是说,需要24787和17218hm2的各类土地来支持发生在东北大学、沈阳大学的教学和学生生活区的各项消费并吸纳所产生的废物.需要说明的是,在煤炭足迹计算中,一方面由于没有考虑锅炉的CO2净化,使二者的CO2吸收用地(化石能源地)偏高;另一方面,由于煤炭生产的上游足迹未计入,又使它们的总足迹偏低;食物足迹的计算结果比实际值低,这是因为学生的部分食物消费发生在校园以外,没有统计;垃圾和交通足迹因为没有计算直接占地面积也比实际值低.总体上讲,本文的计算结果应是实际生态足迹的保守估计.

3.3校园生态效率的对比分析

东北大学2003年校本部在校生为23345人,由此计算得其生态效率为0•94人•hm-2、生态消耗强度为1•06hm2•人-1;沈阳大学2003年校本部在校生为13589人,计算其生态效率为人0•8人•hm-2,生态消耗强度为1•27hm2•人-1.可见,1hm2生态生产性土地不足以支持培养1个学生的消费和吸纳所产生的废弃物.构成东北大学和沈阳大学生态足迹的主要成分是煤炭、食物、电力和垃圾,四者总和占两校总足迹的比例分别为95%和96•4%.因此,降低生态足迹的措施应针对这4种成分来制定,改善能源结构、采取有效的节能措施和减少垃圾排放是两所大学提高生态效率,建设“生态”校园的主要途径.生均消费量是影响校园生态效率的主导因素之一,生均消费量越高生态效率就越低,而学生的经济收入状况决定了生均消费量.东北大学和沈阳大学学生的经济状况有较明显的差别:东北大学来自农村和边远地区的学生多于来自城市的学生,困难生约占30%,十分困难生约占10%~15%,特困生占5%以上;沈阳大学的学生基本都来自城市,平均经济状况比东北大学好的多.这一情形在食物生态足迹构成(表2)和食物足迹占总足迹的比例上有清晰体现:沈阳大学的生均肉类消费是东北大学的2倍,其中前者的生均牛羊肉消费是后者的2•5倍,致使沈阳大学的食物足迹占总足迹的比例比东北大学高许多.这种学生经济状况的差距也是沈阳大学的生态效率(0•80人•hm-2)低于东北大学(0•94人•hm-2)的一个重要原因.学校的专业领域和研究强度对生态足迹也有重要影响,这一影响主要体现在电力足迹.东北大学是一所以工科为主的研究型大学,拥有大量的实验室和重型实验设备;沈阳大学是一所以文理为主的教学型大学,实验室和重型实验设备相对较少.

因此,东北大学的生均电力消费是沈阳大学的1•75倍,电力足迹占总足迹的比例是沈阳大学的2倍多.东北大学、沈阳大学和澳大利亚Red-landsUniversity生态足迹的对比.三校的最大足迹成分均为能源,但澳大利亚RedlandsUniversity在校园里不直接使用煤炭(一次能源),而是以电力(二次能源)为主,其电力足迹占总足迹的比例为31•4%,比国内两所大学高得多.RedlandsUni-versity的交通足迹所占比例也比国内两所大学高得多,其交通足迹占了总足迹的约1/3.另外,RedlandsUniversity的食物足迹比例比国内两所大学低得多.可见经济的发达程度对校园生态足迹的构成有重要影响.从生态效率看,RedlandsUni-versity的生态效率较高,东北大学次之,沈阳大学较低.从以上实证分析可知,研究大学校园的生态足迹能够定量地揭示高等学校的生态需求及其主要矛盾,为创建“生态”校园提供科学的指标和方法.此类研究的更深远的意义在于,其在唤醒高等学校师生的生态意识中可能发挥的巨大作用.生态足迹具有内涵深刻、表述形象和计算简单的特点,它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.例如,由从事生态足迹研究的教师开设一门生态足迹普及课,向全校师生提供生态足迹方法指导和相关计算参数;由辅导员、班主任和学生会组织,每个学生记录日常生活中自己的各项消费和产生的各类垃圾;由学校有关管理部门提供能源、水、办公用品、非个人垃圾等公共消费和废物排放数据;每年春季学期的头两周,每个学生计算出自己上一年的个人生态足迹,然后计算每个班级、学院的生态足迹,最后得出整个学校的生态足迹与生态效率.这样的活动能够使所有学生参与,使每个人明白浪费1个馒头、1度电能够产生的生态冲击,对提高每个人的生态意识的作用将远远超过空洞的说教.大学校园生态教育的意义远超出创建生态校园本身,通过大批学生向全社会的扩散,这种教育能够在提高全社会的生态意识方面发挥巨大作用.

4结论

介绍了生态足迹成分法的基本原理和计算模型,较详细地计算、分析了东北大学和沈阳大学2003年的生态足迹和生态效率.结果发现:东北大学和沈阳大学2003年的总生态足迹分别为24787hm2和17218hm2,生态效率分别为0•94人•hm-2和0•8人•hm-2,即1hm2生态生产性土地不足以支持培养一个学生的消费和吸纳所产生的废弃物.研究发现,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结构和研究强度,对大学校园生态足迹的大小和构成以及生态效率有重要影响.两所学校的生态足迹主要来自煤炭、食物、电力消耗和垃圾排放,四者总和占了总足迹的95%以上.因此,改善能源结构、采取有效的节能措施和减少垃圾排放是提高两所学校生态效率、建设“生态”校园的主要途径.本文的计算中存在一些缺项,使计算结果偏低.笔者正致力于校园生态足迹计算的标准化,使计算结果达到更高的精度,促进生态足迹在全国大学校园的推广应用.