第三节 生态系统服务及其价值

生态系统 ( ecosystem) 这一概念最早是由Tansley (1935) 提出的，后来这一概念得到了广泛的应用，随之，生态系统的研究对象也不断发生改变。在20世纪50年代后，生态系统研究从宏观粗放研究转变到精确定量研究上来，数学、系统科学等学科理论广泛应用于生态系统的研究，特别是耗散结构理论和协同论的应用，不仅改进了生态系统研究的方法和手段，同时提高了该领域的研究水平。20世纪60年代后，生态系统研究发生了深刻变化，传统生态系统研究主要是以生物为中心，但是在60年代后，随着社会经济的发展，人类生产生活方式的改变，人类的活动对生态环境造成了严重的破坏，有些破坏是不可逆的，这样生态系统的研究就转变到以人类活动为核心的研究。

一 生态系统服务的概念

生态系统服务 ( Ecosystem service) 一词，自20世纪70年代以来开始成为一个科学术语，并成为生态学、生态经济学等学科的研究分支，但是在早期没有对生态系统服务做明确的定义，最早是在1997年，Gretchen Daily的著作Nature's service: Societal Dependence on Natural Ecosystem中提出了生态系统服务的概念：生态系统服务是指生态系统与生态过程所形成几所维持的人类赖以生存的自然环境条件与效用，即它不仅为人类提供了食物、医药及其他工农业生产的原料，而且维持了人类赖以生存和发展的生态支持系统。在1997年，Robert Costanza等将生态系统服务定义为：生态系统和服务，代表人类直接或者间接从生态系统的功能中获得的各种收益。2003年，由联合国组织的“千年生态系统评估”项目，在该项目中将生态系统服务定义为：人类从生态系统中获得的各种收益。从以上的定义中可以看出，对生态系统服务的定义可以分为三个方面，第一，生态系统服务是生态系统本身的存在及其过程对人类社会产生的影响，这种影响是间接的，但是对人类社会的影响是非常重要的；第二，生态系统服务是生态系统维持人类生存的过程，这种影响是直接的影响，生态系统作为主体为人类提供服务，而人类作为客体从生态系统中得到服务，这种关系是一种复杂的系统关系，当前生态环境的恶化主要是这种关系的处理过程中出现了问题；第三是生态系统服务与人类社会的福祉密切相关，人类要从生态系统中得到各种收益，这些收益是影响人类社会福祉的重要因素，生态系统能否提供保持人类社会福祉的服务这将影响到整个人类社会的发展。

生态系统服务又叫生态系统服务功能，是指生态系统与生态系统存在过程中所形成的并以此维持人类社会生存、发展的自然环境条件。生态系统服务中的生态系统既包括自然生态系统也包括经过人类的活动所改造过的生态系统，自然生态系统所提供的是基础的、传统的服务，但是随着人类社会的发展，自然生态系统提供的服务难以满足人类社会的要求，必然将自然生态系统进行改造，经过改造过的自然生态系统对人类社会提供的服务更加能促进人类社会的发展。生态系统提供的服务又有直接的服务和间接的服务的区分，直接的生态系统服务是人类在生存过程中，依靠生态系统提供各种食物、住所等生存条件，同时生态系统在人类的生产生活过程中还创造和维持了地球生命支持系统，形成了人类生存所必需的环境条件，这些就是生态系统提供的直接服务；间接的生态系统服务是人类在生存过程中从生态系统中获得生态系统产品，或者通过改造生态系统而生产自己所需要的产品，这种利用生态系统维持人类自身的生产和发展过程就是生态系统所提供的间接服务。

二 生态系统服务的特征

生态系统服务对人类社会的生存与发展具有重要的意义，但是各地的生态系统服务又不完全相同，这主要是因为生态系统服务具有其自身的特征，这些特征主要体现在以下几个方面。

(一) 空间差异性

由于各地在气候、地形、地貌、资源等自然条件方面存在的差异，使生态系统也呈现明显的差异性，这种差异决定了生态系统服务的差异，在生态系统服务的种类、数量、时间等各个方面都会有明显的差异。由于各地的社会经济条件的差异，人们对生态系统服务的利用方式、强度等方面也存在明显的差异，这也决定了生态系统服务的差异。因此，对生态系统服务的研究，必须建立在生态系统服务空间差异的基础上，然后选择不同的区域对生态系统服务进行研究。

(二) 动态性

生态系统服务具有动态性，即生态系统服务是随时间的变化而发展变化的。生态系统具有明显的自然演替过程，在自然环境和人类活动的双重影响下演替，特别是在人类活动干扰下，生态系统会出现相应的变化，如乱砍乱伐、过度放牧等人类活动行为，导致生态环境的退化。由于生态系统的这种变化，那么生态系统服务也会相应地变化。

(三) 整体性

生态系统服务具有整体性，这是建立在生态系统的整体性基础上的。生态系统具有整体性，当一个生态系统的某一部分发生退化时，那么整体的生态系统也会相应地改变。建立在生态系统的整体性基础上的生态系统服务的整体性必然受其影响，因此，在利用生态系统服务的时候应该注意其整体性，不能单纯利用某一方面的服务而影响其他服务作用的发挥，由此导致整个生态系统服务的退化。

(四) 持续性

虽然生态系统服务是随着生态系统的自然演替而变化的，但是，这种变化是缓慢的变化过程，在不受外界干扰或者外界干扰较弱的情况下，生态系统服务是可以长期持续利用的。当然，要保持生态系统服务的长期持续利用必须保持生态系统的可持续发展，否则，生态系统服务就会加速退化。

(五) 多样性

生态系统服务具有多样性，即一个生态系统所提供的服务不是一种，而是多种，多种生态系统服务又是一个有机整体，这些服务功能是密切相关的。这决定了在利用生态系统服务的时候要服从它的多样性，不能过度利用某一方面的服务而影响其他服务作用的发挥。

三 生态系统服务的种类

生态系统服务是生态系统给整个人类社会提供的各种服务的总称，这些服务种类繁多，功能各异。Costanza等 (1997) 将生态系统服务分为17个类型 (见表2-1)，这是目前对生态系统服务类型种类划分影响较为广泛的划分方法。

根据表2—1，可将生态系统服务分为以下四个类型。

(一) 调节服务

生态系统的调节服务是保持地球生态过程和生命支持的过程，地球上各种生命的持续发展主要依靠生态系统的调节。生态系统通过将能量转化为生物物质、食物链中能量与物质的转移、土壤中有机质的矿化与沉积、气候调节等，维持整个生态系统的发展。在调节服务中，主要包含以下几个方面：气体调节，地球上生命的生存与发展对气体的要求非常严格，这些气体是来自大气与海洋中，气体发生轻微变化就会影响整个生态系统，进而影响整个人类。生态系统通过气体调节功能保持地球生物化学过程保持气体适应人类社会的需求；气候调节，气候对人类社会的生存发展有着重要的影响作用，生态系统对区域性气候具有重要的调节作用，例如植物通过根系从地下吸收水分，再通过叶片蒸发，将水分返回大气，形成降水，通过降水降低气温、减少水土流失、补充水分等。水调节，生态系统通过对江、河、湖、海等陆地水环境的调节，维持生态系统中的径流状态和河流之间的水交换，保持人类社会健康可持续发展所需的水服务；水供应，生态系统通过对水的过滤、保持、储存等活动，保持人类社会活动和生态系统维持所需的水供应，在水供应中，主要的还是储存，只有合适的水储存才能保障整个人类社会的发展需求；土壤保持，生态系统通过树木等植物的根系稳定土壤，落叶可以截留降水，防止水土流失，通过土壤保持，可以为植物生产提供合适的土壤环境；废弃物处理，生态系统能够储存、分解、循环一定数量的废弃物，人类在生产生活过程中产生的各种有机或无机废弃物，生态系统通过吸收有害微粒物、处理有机废水、分解有机废弃物等，处理人类产生的废弃物，为人类提供良好的生态环境；营养物质循环，生命的维持不仅依靠能量的供应，更重要的是营养物质的供应，生态系统通过光合作用等，可以将各种营养物质在区域范围内循环，为生命的维持与延续提供营养物质；授粉与种子传播，生态系统中很多通过野生动物授粉和种子传播物种，如通过昆虫、鸟类等授粉和种子传播，这种授粉维持了生态系统的健康发展，如果没有这种授粉与种子传播，那么生态系统就会出现不平衡；生物控制，生态系统中各种物种间是互相制约、互相协调的，通过物种间的这种相互制衡、相互促进的关系，保持了生态系统的平衡。

(二) 栖息服务

生态系统为地球上各类生物提供了生存空间，同时也为各类生物提供了栖息服务，生态系统为各类生物提供的栖息服务主要有两大类，一类是避难所；一类是物种保育。避难所，生态系统为各类生物提供了繁衍生息的空间，同时也为各种生物的进化、发展创造了条件，生态系统通过这种服务，使各类生物有了相对安全的生存环境，保持了生物的多样性；物种保育，生态系统为许多生物提供了育种和保育功能，这对生物多样性的保持、发展具有重要的意义。

(三) 生产服务

人类社会的生存与发展要从生态系统中得到各种的生产、生活资料，这些都依靠生态系统所提供的生产服务，生态系统所提供的这些生产服务根据其特性又可分为可再生资源和不可再生资源两大类，可再生资源是指能够不断繁衍生长的各种资源，如太阳能、风能、空气等资源；不可再生资源是指形成时间较长、储量有限的资源，主要有煤炭、天然气、石油等资源。具体来说，生态系统所提供的生产服务主要有以下几类：食物，人类生存的食物主要来源于生态系统，虽然很多食物来自于农作物、家养动物等，但是这些动植物也是生态系统中重要的组成部分；原材料，人类社会在社会生产过程中要依靠生态系统提供各种原材料，如木材、橡胶、树脂、煤炭、石油等，离开这些原材料人类社会就无法生存、发展；遗传资源，现在各种人工种植的植物和人工养育的动物是人类社会发展的重要资源，但是这些动植物很多是原来的野生动植物，通过驯化、培育等才发展到现在的，如果没有原有遗传基因的存在，也不会有现在的家养动物和种植的各种植物；药用资源，生态系统能保证人类健康，其中重要的途径就是为人类提供了药用资源，特别是中医，各种药物都来自于自然环境，通过不同的组合可以为人类社会的健康提供保障；观赏资源，各种动植物为人类提供了广泛的观赏服务，各种自然旅游景点、动物园等，这些给人类提供了了解自然、了解生命的重要条件。

(四) 休闲服务

生态系统除了为人类社会提供生产、生活服务之外，对人的精神、心灵发展等也提供了重要的服务。生态系统中的自然景观等为人类提供了科学文艺、艺术、科学研究等条件。休闲娱乐，人类在繁忙的工作之余，可以进行生态旅游等休闲活动，不仅能放松心情，更重要的是可以领略大自然的风光，增强对自然的认识；文化艺术，生态系统为人类提供了文化艺术服务，生态资源的区域差异性，使不同的人在不同的环境中形成了不同的人类文化，这种文化反映了当地人口与生态系统的关系，同时也形成了具有地域特色的民族文化，人类的文化艺术都是从生态系统中孕育出来的；科学服务，生态系统为科学研究提供了基础条件，各种科学研究总的来说离不开生态系统，生态系统的发展变化为科学研究提供了条件，同时也提出了挑战，正是生态系统的复杂性才促进了科学研究的不断发展。

四 生态系统服务价值评价

(一) 生态系统服务价值评价的发展

对生态服务价值的评价可以追溯到19世纪下半叶，但是当时的评价不管是从思想上还是从方式上都不完善，只是给了一种思维方式。直到1997年Daily对生态系统服务功能的概念、研究历史、不同生态系统的服务功能等进行了系统的研究，进而对各类生态系统服务功能价值进行了专项研究；Costanza等人将生态系统服务功能价值估算的原理和方法更加完善；2002年联合国发起的千年生态系统评估项目，对生态系统服务功能的变化对人类福祉的影响作为评估的重要部分，并以人类的自由选择作为社会福利的终极目标，评估了全球生态系统服务功能变化对人类福利的历史影响和可能变化，推动了生态服务价值评估从学术性研究向应用性研究的转变。此外，不同的学者也对生态系统进行了价值评估的尝试，形成了相对完善的理论体系。

(二) 生态系统服务价值评价的意义

生态系统服务价值评价对正确处理人与自然的关系具有多方面的意义。首先，生态系统服务价值评价可以为人类提供有关生态系统结构和功能的信息。人类依靠生态系统维持生存，那么生态系统的结构和功能变化会影响人类社会的福祉，通过对生态系统服务价值的评价，可以提供多样复杂的信息，帮助人们进行决策。其次，生态系统服务价值评估有利于建立科学的环境保护措施。当前生态环境的恶化严重影响了人们的生产生活，各地都在进行环境保护建设，但是对建设成果的评价缺乏科学合理的方法，生态系统服务价值评价为这一问题提供了条件，通过生态系统服务价值评价，可以正确地对环境保护建设进行评价。再次，生态系统服务价值评价有利于可持续发展的实现。可持续发展实际上就是要处理好生态系统的利用和保育的关系，维持生态系统的服务功能的可持续是可持续发展的基础，这就要求合理地评价生态系统服务价值，只有合理地评价了生态系统的服务功能价值，才能制定科学的生态系统利用方式，促进人类对生态系统的可持续利用，进而实现可持续发展。

(三) 生态系统服务价值评价的方法

目前，对生态系统服务价值的评价方法有很多，每一种方法都有自己的优点，同时也存在一定的缺陷，本书将众多的评估分为三类：一是经济价值评价法，这种方法是采用经济学的方法将生态系统服务价值进行货币化，以此来评价生态系统服务价值；二是能值评价法，这种方法是利用能值理论，以生态系统中的能量流动为基础，把生态系统服务价值量化，以此来评价生态系统服务价值；三是生态足迹法，这种方法是以生态系统中的物质流为基础，研究生态系统的实物价值，对生态系统服务的实物价值进行量化，以此来评价生态系统服务价值。

1．经济价值评价法

第一，市场价值法。市场价值法是最常用的评价方法，这种评价方法所需数据较少，数据容易获得，但是它适合于没有费用支出但有市场价格的生态系统服务的价值评价。市场价值法又有两种评价过程：一是理论效果评价法，这种方法有三个步骤：首先计算某种生态系统服务的定量值，然后研究生态系统服务的价格或“影子价格”，最后计算其总经济价值；二是环境损失评价法 (生产率法)，这种方法是把生态系统服务看作生产过程中的一个要素，其质量的变化将导致生产率和生产成本的变化，进而影响产量的变化或者预期收益的变化。市场价值法虽然评价方法简单，数据容易获得，但是生态系统服务种类繁多，很多服务是无法定量的，因此用这种方法对生态系统服务评价实际上仍有很多困难。

第二，费用支出法。费用支出法是从消费者的角度出发来评价生态系统服务价值的一种方法，它的核心是以人们消费某种生态系统服务的支出费用来表示其经济价值，通过费用支出来评价生态系统服务的价值。这种评价方法通常用于对旅游地的评价，它又有三种形式：总支出法，即以游客到某一地区旅游休闲的费用总支出作为该地的生态服务价值；区内价值法，即以游客在旅游地区内支出的费用作为该地的生态服务价值；部分费用法，即以游客到旅游地旅游整个费用支出的部分费用作为该地的生态服务价值，通常包括交通费、餐饮费、住宿费和门票四项。

第三，机会成本法。机会成本是指在其他条件相同时，把一定的资源用于某种产品的生产时所放弃的生产其他产品的最大价值；或者利用一定的资源获得某种收入时所放弃的另一种最大收入。其数学表达式如下：

式中，Ck为k方案的机会成本；A1,A2,A3,…,Ai为k方案以外的其他方案的效益。

机会成本法主要用于社会净效益不能直接估算的情形，特别使用于自然保护区或者是具有唯一特性的自然资源开发项目的评估。

第四，影子工程法。影子工程法又称替代工程法，是指当生态系统提供的服务难以用货币量化的时候，用其他可以替代该生态系统提供的服务的替代工程或影子工程的价格来替代，这样将无法量化的服务转变为可以量化。如评价草原涵养水源的服务价值，这个价值无法直接评价，这可以通过评价修建一个贮存与该草原涵养水源量同样的水库的价值，这个价值就可以替代草原的涵养水源服务价值。

第五，人力资本法。也称工资损失法，是指通过市场价格和工资多少来确定个人对社会的潜在贡献，并以此来估算生态环境变化对人体健康影响的损益。美国经济学家R. G. Ridker建立了最早的人力资本评价模型，该模型为生命价值评估提供了思路，但是它自身的不足也制约了其发展，该模型主要反映人们对避免疾病引起的痛苦等所具有的支付意愿。1982年，美国疾病控制中心提出了潜在寿命损失年法 ( YPLL: Year of Potential Life Lost)，是用期望寿命年龄与死亡实际年龄之差来表示。用公式表示为：

其中，YPLL为潜在寿命损失年，EY为期望寿命年龄，DY为死亡时的实际年龄。通过疾病监测统计资料，可以计算分死因的潜在寿命损失年的总值和每例死亡的平均潜在寿命损失年值。计算公式为：

其中，Y为环境污染造成的健康损失，Y1为因污染导致死亡的健康损失，Y2为因污染导致发病增加的健康损失，M1为因污染导致过早死亡的人数；M2为因污染所增加的发病人数；R1为涉及地区的总死亡人数，R2为涉及地区的总发病率，A1为污染导致死亡的系数，A2为污染导致发病的系数，YPLLa为死亡者的平均潜在寿命损失年，P1为社会平均工资水平，P2为患者平均每天的工资、医疗费和陪护费之和，T为每例患者平均误工天数。

这种方法数据容易获得，在一定程度上可以评价环境污染对人的生命价值的影响，但是，这种评价方法的缺陷是把未来生命价值等同于现在生命价值，这是不合理的。

2．能值评价法

能值是美国生态学家H. T. Odum在综合系统生态学、能量生态学和生态经济学的理论基础上创立的一个度量标准，它表示在时间和空间上进入产品的所有能量，它不仅包括能量的质和量，还包含能量的历史积累，即产品或劳务形成过程中直接或间接投入应用的一种有效能的总量。这个概念提供了衡量和比较各种能量的共同尺度，对不同的能量可以进行比较或相加，以此可以对生态系统进行分析和评价，定量分析资源环境和经济活动的价值。

能值分析是以能值为基准，把不同种类、不可比较的能量转换成标准的能值，通过定量分析评价其在系统中的作用。由于地球上所能利用的各种能量均始于太阳，因此通常用太阳能值为标准来衡量某一能量的能值。能值分析不但可以分析系统内各组分之间的能量流，而且可以分析系统内与系统外的能值交流，还可以分析系统的结构功能变化。

能值分析过程中要用能值转换率，因为不同类型的能量具有不同的能级和能质，能量从低等级转化为高等级，各类能量之间有特定的转换关系，即能值转换率。能值转换率是生产单位某种能量所需要的直接或间接耗费的其他能量的总量。能值转换率越高，说明该种能量的能质越高，在能量系统中的等级也越高；反之，能值转换率越低，说明该种能量的能质越低，在能量系统中的等级也越低。在实际应用中，通常用太阳能值转换率，即将每单位某种能量或物质的能值转换为太阳能焦耳。

能值评价的基本步骤有以下几个步骤。第一，确定研究系统的边界。要明确分析研究系统的空间尺度、生态类型等，据此客观全面地收集研究所需的资料；第二，绘制能量系统图，根据Odum所提出的能量符号及生态系统图解方法绘制系统能量图解；第三，编制能值分析表，通过对系统内的主要能量流、物质流和经济流的计算，并将其转换成能值单位，编制能值分析评价表；第四，构建系统的能值综合结构图，对研究系统的总系统和子系统生态流进行集结和综合，构建综合系统图，以此来体现资源能值结构及其产出；第五，建立能值指标体系，通过能值分析表及系统能值综合结构图计算出反映生态与经济效率的能值指标体系；第六，系统模拟，通过计算机技术运用动态系统建模原理，对所研究对象进行动态系统模拟，为制定方案和决策提供依据；第七，系统的评价和策略分析，通过对模拟结果的分析，对研究系统进行科学的评价，并制定合理的系统管理措施和经济发展策略。

3．生态足迹法

生态足迹法是由加拿大生态经济学家William在20世纪90年代初提出的一种度量可持续发展能力的方法，后经其博士生Wackernagel进一步完善，目前在可持续发展评价方面得到了广泛的应用。

第一，生态足迹的概念。

William指出生态足迹是：“一只负载着人类与人类所创造的城市、工厂……的巨脚踏在地球上留下的脚印”其给出的定义是：任何已知人口(某个个人、一个城市或一个国家) 的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地面积和水资源量。生态足迹的计算基于以下两个基本事实：(1) 人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其所产生废弃物的数量；(2) 这些资源和废弃物流能转换成相应的生物生产面积。

生态足迹法认为自然资本可以用土地面积来代表，因为人类要维持生存、发展就必须消费各种资源、产品和服务，而这些资源、产品和服务的最终消费的量都可以追溯到提供生产该消费所需的原始物质和能量的生态生产性土地的面积。所以，人类社会的所有消费都可以折算成相应的生态生产性土地的面积。生态足迹是既定技术水平和消费水平下特定人口对环境的影响规模和特定人口持续生存对生态环境资源提出的需求。第二，生态足迹的理论假设。

理论假设是生态足迹法科学分析的前提，Wackernagel等在2002年提出了计算全球生态足迹的6个假设：①人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其产生的废弃物的数量；②这些资源和废弃物流量的大部分可以转换成相应的生物生产性土地面积；③各类生物生产能力不同的土地可以折算成标准公顷—全球公顷；④各类土地在空间上是互斥的，如一块土地当被用来修建公路时，它就不能同时被用作可耕地、牧草地等；⑤自然的生态服务的供应可以用全球公顷表示的生物生产空间表达；⑥ 生态足迹可以超越生物承载力。

第三，生态足迹计算方法。

生态足迹计算是根据生态生产力的不同将生态生产土地划分为6种类型：化石能源地、耕地、林地、牧草地、建筑用地和水域，这6种类型的生态生产面积具有不同的生态生产力，但是他们可以通过“均衡因子”这个共同度量单位，将所有国家、地区和个人的生态足迹计算、比较。生态足迹的计算方法主要有以下三种。

综合法。综合法是由Wackernagel博士提出的，它广泛适用于全球、国家、区域等层次的生态足迹研究。这种方法是根据统计资料获取地区生产总量、出口总量、进口总量和年终库存总量，自上而下利用国家级的数据归纳得到地区消费总量的数据，计算出总的生态足迹，然后用总的生态足迹除以地区总人口，得到人均生态足迹。

成分法。成分法是Simposon等人于2000年提出的。这种方法是以人类的衣食住行为出发点，通过物质流分析得到主要消费品消费量及废弃物生产情况，通过生态足迹核算物流带来的环境压力。这种方法主要用于省市、企业、学校、家庭、个人等小尺度生态足迹的核算。成分法仍然以生态足迹计算的原有体系为基础，将土地占用分为可耕地、牧草地、建设用地、林地、化石能源间接用地及近海域六类，采用产品生命周期法，核算不同的生产、消费以及从原材料获取产品最终处置的全过程对生态环境的影响。具体算法是首先通过社会调查等方式得到当地居民主要消费品类型的人均消费数量，再乘以总人口，从而得到研究区域的各类消费品数量，即自下而上利用当地数据。

投入产出法。投入产出法是由美国经济学家Leontief于1931年提出的，20世纪60年代后期开始广泛应用于生态经济学。20世纪60年代Leontief等将这一方法进一步改进，特别是将自然资源利用和环境污染输出等生物物质信息也纳入到投入产出表框架中。投入产出表记录了生产产品所耗资源的价值流，以此追踪国内的最终消费。这种方法可以方便地利用投入产出表提供的信息，计算经济变化对环境产生的直接和间接影响，具体计算方法是首先利用Leontief逆矩阵得到产品和服务与其物质投入之间的物理转换关系；然后利用直接土地消耗系数和完全土地消耗系统，分析不同部门、企业和地区等的经济联系，以及不同产品和服务的供给和需求之间的相互联系。

第四，生态足迹计算模型。

生态足迹计算模型分为三部分，即生态足迹模型、生态承载力模型和生态盈余 (赤字) 计算。

生态足迹模型。

其数学表达式为：

式中，EF为总的生态足迹；N为人口数；ef为人均生态足迹。

式中，aai代表人均i种交易产品折算的生态生产面积；pi代表i种消费产品的平均生产能力；ci代表i种产品的人均消费量。

各类消费项目库的人均生态足迹的计算公式如下：

其中，i为消费项目的类型，Ai代表第i种消费项目折算的人均占有的生态生产面积；Ci代表第i种消费项目的人均消费量；Yi代表生态生产土地生产第i种消费项目的世界平均产量；Ii代表第i种消费项目年进口量；Ei代表第i种消费项目的年出口量；N代表总人口。

作均衡处理的人均生态足迹为：

式中，rj为均衡因子。

第五，生态承载力模型。

根据Wackernagel等人的计算方法，不同国家或地区的某类生态生产面积所代表的局地产量与世界平均产量之间的差可以用产量因子来表示。将生态生产土地类型面积乘以相应的均衡因子和当地的产量因子得到以世界平均产量表达的生态承载力。

生态承载力的公式为：

式中，EC代表区域总人口的生态承载力；ec代表人均生态承载力；aj代表人均生态生产面积；rj代表均衡因子；yj代表产量因子。

生态赤字或生态盈余。

生态赤字或生态盈余是生态足迹与生态承载力之差，其数学表达式为：

如果A大于零，表示生态赤字，说明生态资源的更新难以满足人类的利用，可持续发展难以继续；如果A小于零，表示生态盈余，说明生态资源的更新可以满足人类的利用，可持续发展可以实现。