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人类不可持续的环境足迹
Arjen Y. Hoekstra1 * and Thomas O. Wiedmann2,3
在地球有限的自然资源和同化能力的背景下，人类目前的环境足迹是不可持续的。 从生产者，消费者和政府的角度来评估供应链中的土地，水，能源，材料和其他足迹对于理解资源利用的可持续性，效率和公平性至关重要。 我们审查当前的足迹并将其与最大可持续水平联系起来，强调未来需要结合足迹，评估它们之间的权衡，改进计算技术，估计最大可持续足迹水平以及资源使用的基准效率。 最终，全球经济的重大变革对于将人类的环境足迹降低到可持续水平是必要的。
自 18 世纪后期以来，人类通过从根本上改变景观，增加自然资源利用和迅速产生废物，以前所未有的不可持续的速度和规模改变地球。量化人类对自然环境的压力的一种方法是计算人类的“环境足迹” - 这是过去二十年来开发的不同足迹概念的总称。
所有环境足迹的共同之处在于，它们量化了人类对自然资本作为源或汇的占用（1-4）。足迹账户的基本构建块是单个人类活动的足迹（图 1）。每个特定的足迹指标侧重于一个特定的环境问题（例如，有限的土地，有限的淡水等），并测量资源占用或废物产生，或两者。生态足迹（EF）既衡量土地作为资源的占用，也测量废物吸收所需的土地（CO2 封存）（5）。第一个组件分别描述为陆地足迹（LF）（6,7）;第二个组成部分，作为能量足迹（EnF）（8）。水足迹（WF）既衡量淡水作为资源的消耗，也测量淡水用于吸收废物（9）。材料和磷足迹（MF 和 PF）侧重于单独测量资源占用（10,11）。碳或气候足迹（CF）测量温室气体向大气的排放（12）;氮足迹（NF）测量活性氮对环境的损失（13）。生物多样性足迹（BF）衡量人类活动对生物多样性的威胁（14）。足迹是人类对环境造成的压力的指标，是了解这种压力（如土地利用变化，土地退化，河流流量减少，水污染，气候变化）和由此产生的影响（如生物多样性）造成的环境变化的基础。损失或对人类健康或经济的影响）。
环境可持续性
环境可持续性要求足迹在全球范围内保持低于其最大可持续水平，在某些情况下也要在较小的地理范围内。可持续性取决于人类足迹相对于地球承载能力的大小和时空特征。环境足迹与行星边界的概念密切相关 - 地球系统变量的阈值，如果改变，可能会对地球自然环境的生物物理过程产生不可逆转的变化（15）。环境足迹测量已经消耗了行星边界内的可用容量的多少。
图1
EF 声称人类对生物生产区域的占用超过了可用的生物承载力的 50％（16）。人类因此使用一个半行星的信息是 EF 概念成为一种流行且有效的沟通不可持续性工具的原因之一。据进一步估计，人类的蓝色 WF，指的是地表水和地下水资源的消耗，在世界一半的流域中至少部分时间内超过了最大可持续的蓝色 WF（17）。根据对水中氮和磷排放的分析，发现灰色 WF-涉及水污染的 WF 成分超过了世界上约三分之二流域的最大可持续灰色 WF（同化能力）（18）。在 2010 年至 2050 年之间，全球 CF 应减少 60％（从 50 到 21 Gt CO2-equiv./年），以实现全球变暖最高 2℃ 的气候目标（19）。
对于每种类型的环境足迹，存在最大可持续水平，但定量地定义这些水平尚处于起步阶段（图 2）。建议的最高水平因不确定性，模糊性和主观性而混淆。有个大的不确定性的一个例子，在全球范围内，蓝色 WF 的最大可持续水平估计为 1100 至 4500 km3 /年（20）。例如，关于最大可持续 CF 的存在模糊性：通常它表示为 Gt CO2-equiv./年的最大体积，但有人提出累积排放随着时间的推移形成了最终产生的全球变暖的更好指标（ 21）。最后，设定最大可持续水平的主观性是人类决策过程的一个固有部分，例如最高全球变暖阈值为 2℃，这已达成共识（22）。
在全球范围内，由于人口增长，富裕程度增加，消费模式改变（例如，饮食中的肉类增加）和流动性增加，人类的环境足迹在过去一个世纪中显示出不间断的增长。在 1961 年至 2008 年期间，EF 增加了一倍多（16）。蓝色 WF 在 1900 年至 2000 年期间增长了 5.6 倍（23），人类活动产生的活性氮总量（NF）在 20 世纪（24）增加了 9 倍。化石燃料的全球碳排放 - 人类的 CF 的一部分 - 增加了更多：在 1900 年至 2008 年间（25）增加了 16 倍。发展中国家现在已经超过发达国家的总领土和总 CF 排放量（26）。与往常一样，所有足迹预计在未来几十年内会进一步增加，而不是降低到可持续水平（19,27,28）。
资源效率和生产者
生产者竞争自然资源（例如，土地和水权）以及他们在地球有限同化能力中的份额（例如，碳排放和废水排放许可）。为了获得每单位自然资源消耗和污染单位的最高利益，需要尽量减少活动和产品的足迹。环境足迹已成为环境管理中的关键绩效指标，也是展示企业社会责任的一种方式（29,30）。资源效率意味着每单位产品的占地面积很小。
公司的足迹包括直接（运营）和间接（供应链）组件。最终产品的占地面积取决于产品供应链中的工艺足迹（图 3）。在实践中，公司倾向于制定关于其直接足迹的减少目标，从而忽略它们的间接足迹，这通常要大得多（31）。例如，饮料公司的间接 WF 可构成其总WF 的约 99％（32）。足迹标准化的最新发展解决了这个问题。例如，温室气体（GHG）议定书的企业价值链（范围 3）会计和报告标准（33）为公司和其他组织报告所有供应链，运营和处置活动的温室气体排放提供了指导（ “价值链”）与其业务相关联。公司面临的主要挑战仍然是为其供应链足迹制定减排目标。目前的研究侧重于数据汇编和报告的实用性，供应链覆盖的完整性以及结果的准确性和透明度（29,34）。需要解决这些问题，以便在公司和基于最佳可用技术和实践的基准测试之间进行有意义的比较（32,35）。另一个挑战是将与产品环境足迹相关的成本内化到其价格中 - 例如，通过向供应链征收碳税和水税，或对最终产品征收一般环境税（例如，对肉类征税）。另一个挑战是更好地理解不同足迹之间的权衡。例如，通过向生物能源转移来减少 CF 将不可避免地增加 LF 和 WF（36）。通过大规模的跨流域调水或增加粮食进口来减少过度开发河流流域的水资源，将不可避免地增加能源足迹。
图2
社会公平和消费者
个人或社区的消费行为转化为环境足迹。鉴于消费模式和相关环境负担的巨大差异以及世界上有限的自然资源和同化能力，一个越来越紧迫的问题是谁占据了最大的一部分，实际上是“公平分享”。社会公平意味着公平分享国家之间和国家内部人员之间有限的自然资源。
全球普通公民的 EF 为 2.7 全球公顷，而美国公民的平均公顷为 7.2（16）。如果所有世界公民的 EF 都等于后者，那么全球 EF 将超过地球的生物承载力，不仅是平均因子 1.5，而是 4 倍。目前美国消费者的平均 WF 是全球平均值的两倍（9）。为了确保整个人类的 WF 不会在联合国中等人口情景下增长，人均 WF 必须从 2000 年的 1385 立方米减少到 2050 年的 910 立方米和 2100 年的 835 立方米（32）。如果我们假设所有全球公民的 WF 份额相等，则面临的挑战是将中国和印度消费者的 21 世纪 WF 降低 22.5％，美国消费者降低 70％。据估计，美国普通消费者的 CF 比全球平均水平高出 5.8（37）。人均足迹不仅在国家之间，而且在国家内部存在巨大差异（38）。有限世界中的公平消费需要“收缩和融合”：人类的环境足迹必须降低到可持续水平，人均足迹必须趋同于类似的，更公平的份额（32,39）。
人均足迹由两个因素决定：消费模式和自然资源使用强度或每单位产品消耗产生的废物（32）。消费者可以通过购买具有高生态效率（低占地面积）的产品来影响后者，但通常由于缺乏产品信息而受到阻碍。通常，唯一相关类型的信息是指能源效率，有时是产品的用水效率。消费者还可以通过改变消费行为来减少他们的足迹。有可能对减少环境足迹做出最大贡献的措施 - 至少在工业化国家 - 包括用作物产品替代动物（40,41），减少食物和其他废物（40），在家庭和运输中节约能源（42），购买二手的再生产品和低占地面积的非物质化“服务”而不是基于初级材料的商品（39）。然而，由于社会限制和锁定，这种行为改变在现实中很难实现（43）。另一个问题是，资源效率的提高往往不会带来预期的节约，因为它们可以提高整体消费水平 - 所谓的反弹效应（44）。尚未实现真正可续转型所需的深刻，有效，社会接受和持久的变革。
资源安全和政治的影响
政府的资源安全意味着限制国家对难以控制或影响的足迹的依赖。对于公司而言，这意味着限制企业对风险的依赖，增加供应链中的足迹。国际贸易在这种情况下发挥着重要作用，因为它本身就将环境负担从一个国家的消费地转移到世界其他地方的生产地。国家足迹研究充分证明了国际外部化的影响（6,7,10,14,32,45）。例如，在英国，全国消费的 CF 约有 40％位于国外（37），WF 的 75％（9）也是如此。在全球范围内，24％的LF 嵌入国际贸易（7），WF（9）的 22％，CF（45）的 26％和 MF（10）的 41％。因此，旨在提高消费可持续性的政策需要考虑并针对国外采用的生产技术。由于全国自给自足通常既不可能也不可取，因此减少全球生产足迹的国际合作是解决全国范围内不可持续性的唯一途径。
在研究自然资源存量（肥沃的土地，化石燃料，化石地下水，材料）和流量（河流径流，可再生地下水，风能和太阳能）时，这一点就变得明显了。这些资源在当地发生，但从经济角度来看，它们已成为全球商品（46）。将国民消费的环境足迹与其自然禀赋基数进行比较，可以识别出固有的和可能的关键资源依赖性（10,46）。令人惊讶的是，印度和中国等拥有 EF 和 WF 超过可持续土地和水资源的国家仍然是土地和水资源的净出口国（7,9）。可持续生产与出口收入的利益不一致。
尽管人类的环境足迹最终是由消费驱动的，但政府总是关注“生态效率”（每单位产量的足迹低），使消费量和模式得不到解决。“京都议定书”是一个有目的但无效的政策的一个例子，它规定了每个国家在国内产生的温室气体排放量方面的减排目标。随着时间的推移，从发达国家向发展中国家的生产转移导致“碳泄漏”，即将排放量转移到协议无法控制的国家之外。尽管工业化国家可以在其他国家实施减排项目，但这并未导致国家碳足迹的实际减少（45）。在按流域划分 WFs 上限的情况下，可能会出现同样的情况：水资源管理通常以地域为基础，侧重于提高用水效率，与消费总量无关（32）。因此效率可能会提高，但对肉类和生物燃料等水密集型商品的需求也在迅速增加。在解决这种二分法之前，可持续消费仍然是政策制定的盲点。
与供应及其消费的长期可持续性相比，大多数政府和公司仍然对短期资源安全感兴趣。这可以用经济回报和政治周期的时间框架来解释。越来越多的国家试图通过土地和水来“保护”其他地方的粮食供应（47）。同样，一些国家只能通过增加进口来实现其生物燃料目标（48），其他地方有相关的土地和水足迹（49,50）。长期资源安全要求进口和供应链真正可持续。这是国家环境足迹核算有助于为全球可持续生产政策提供信息的地方。
未来展望
供应链评估最近才成为企业 CF 会计的一个问题，而它一直是 WF 的重要组成部分。我们设想一个未来，其中不同的足迹变得同等重要，详细阐述，并由公司和政府应用于衡量运营和供应链中的环境绩效。我们预计将针对单元工艺和最终产品开发足迹基准，如 EnF（51）和 WF（32）所示。
在方法论上，我们期望不同的足迹概念之间的交叉受精以及一致的分析框架的逐步演变，其中环境压力的广泛但不重叠（4）。所有足迹中要解决的常见问题包括难以跟踪供应链，如何避免截断，如何从一个流程分配到多个产品，以及评估不确定性。在协调足迹评估方法方面需要进一步研究，这些方法侧重于环境压力的量化和可持续，有效和公平的资源分配评估（5,32），以及侧重于环境影响量化的生命周期评估方法（52，53）。在更基础的层面上，环境足迹评估（EFA）的学者和批评新领域的不准确和简化的学者之间需要继续进行辩论（54）。将全民教育纳入动态综合评估模型，以更好地了解全球变化的复杂过程如何最终影响自然环境和人类发展，仍有待完成。
图3
为了将人类的环境足迹降低到可持续的水平，有必要就从全球到国家或河流流域规模的不同尺度的足迹上限达成共识。足迹上限需要与生产和消费相关（32,55）。必须减少人类环境足迹的各个组成部分，使其保持在行星边界内。仅靠改进的技术（生态效率）不足以实现这一目标;消费模式也需要改变（39）。如何在全球经济中发生这种文化转变和变革仍然是一个悬而未决的问题。但是，很明显，这种变化将对经济的所有部门产生深远的影响。总有几个实体在创造足迹方面发挥作用：投资者，供应商，接受者和监管者。因此，走向可持续足迹的责任将由他们共同承担（32,56）。社会和经济体制度化责任的方式显然不足以保证环境可持续性，生态效率，公平分享和长期资源安全。探索如何更好地将供应链责任制度化，这是人类实现可持续未来的主要研究挑战之一。
图 1.不同实体的足迹之间的关系。在任何足迹账户的基础上都是相互排斥的单位足迹。“单位足迹”是单个过程或活动的足迹，并且形成产品，消费者或生产者的足迹或特定地理区域内的足迹的基本构建块。全球生产的足迹等于全球消费的足迹。两者都等于全球所有人类活动的足迹总和。
图 2.估计的全球足迹与其建议的最大可持续水平。内部绿色阴影圆圈代表最大可持续足迹[比较（15）]。红条表示每个全球足迹的当前水平的估计。全球 182 亿公顷的 EF（2008 年）超过全球120 亿公顷的最大可持续 EF 约 50％（16）。绿色 WF 估计为 6700 亿立方米/年（1996 年至 2005 年的平均值）（9）;参考水平尚不可用。蓝色 WF 估
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资料编号：[2582]
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