城市化对区域生态足迹的影响及其耦合关系

城市系统与区域生态系统间存在着复杂的相互影响,分析二者的交互耦合关系,可以客观地反映区域生态协调发展程度,为区域城市化发展提供科学依据。在修正城市生态足迹模型的基础上,计算了2000—2015年昆明市三维生态足迹动态,并建立了城市化综合评价指标体系,探讨生态足迹模型变化的驱动因子,构建城市化与生态耦合模型并测算其协调度。结果表明:过去15年间,昆明市土地利用类型的流转加剧、建设用地比例提升、经济增长和社会进步指标反映出城市化水平逐年提高;自然资源消耗增加和污染排放加剧使得人均生态足迹逐年上升。研究初期,人均生态承载力下降态势明显,后逐渐有所上升,生态赤字逐年减小,资源压力有所减轻。生态足迹广度基本不变、生态足迹深度先上升后下降、资源的利用效率逐年增加,其主要驱动因素在于社会层面的高质量城市化发展与经济产业结构调整。昆明市生态足迹与城市化耦合水平及协调度均呈逐年稳定上升,于2015年基本过渡到协调阶段;生态承载力与城市化耦合水平及协调度均呈波动上升态势,这与城市化负向作用逐渐积累、集中凸显相关。总体上,昆明市城市化进程中,需要提升城市化发展质量,管控城市扩张规模。     

长治市区域生态经济弹性

基于弹性理论,提出了生态经济弹性系数模型,分析了2001—2006年间山西省长治市区域系统的生态经济弹性.结果表明：长治市生态足迹由2001年的8.6569×10⁶ hm²增加至2006年的19.8190×10⁶ hm²,能源生态足迹占区域总生态足迹的1/2以上,区域系统生态足迹增长的速度逐渐下降,并低于区域经济增长的速度;该区生态经济弹性系数从2002年的0.80减至2006年的0.10,相对于经济增长,该区域系统的经济发展对资源的需求不断下降.为实现长治市区域系统的可持续发展,提出了调整产业结构、改善居民生活消费方式、提高区域生态承载力、降低生态足迹增长速度、增强区域生态经济弹性等对策.     

长治市区域生态经济弹性

基于弹性理论,提出了生态经济弹性系数模型,分析了2001—2006年间山西省长治市区域系统的生态经济弹性.结果表明：长治市生态足迹由2001年的8.6569×10⁶ hm²增加至2006年的19.8190×10⁶ hm²,能源生态足迹占区域总生态足迹的1/2以上,区域系统生态足迹增长的速度逐渐下降,并低于区域经济增长的速度;该区生态经济弹性系数从2002年的0.80减至2006年的0.10,相对于经济增长,该区域系统的经济发展对资源的需求不断下降.为实现长治市区域系统的可持续发展,提出了调整产业结构、改善居民生活消费方式、提高区域生态承载力、降低生态足迹增长速度、增强区域生态经济弹性等对策.     

我国水资源生态足迹分析与预测

生态足迹模型的提出为水资源可持续利用的定量评价提供了新思路.通过构建水资源生态足迹和水资源生态承载力的计算模型,对我国1949～2007年水资源的可持续利用状况作出了客观的评价,并运用ARIMA模型对我国水资源生态足迹变动趋势作出深入的研究.结果表明,1949～2007年,我国人均水资源生态承载力总体上呈下降态势,而人均水资源生态足迹则逐年上升,从而造成人均水资源生态赤字逐渐增大,我国水资源处于一种不安全状态.运用ARIMA(2,1,3)模型的预测结果表明,2008～2012年,我国人均水资源生态足迹将继续呈上升态势,水危机形势将日益严峻.在此基础上,针对我国水资源的可持续利用问题提出了一组政策建议.     

福建省生态足迹和生态承载力的动态变化

利用生态足迹理论,计算分析了福建省1999～2003年5年间的生态足迹变化过程.结果表明,福建省人均生态足迹由1999年的1.428 hm²上升至2003年的1.658 hm²,人均生态承载力由1999年的0.683 hm²减少到2003年的0.607 hm²,生态赤字逐年提高,生态足迹与生态承载力之间的矛盾加剧,生态环境处于不安全状态.生态足迹供需结构分析表明,福建省人均生态足迹供需存在严重的不平衡,其需求以草地和化石燃料为主,两者占总量的55.74%～63.43%,而供给以耕地为主,草地仅占人均生态承载力的0.77%～0.82%,化石燃料的供给几乎为零.5年间万元GDP生态足迹总体上呈下降趋势,表明福建省的资源利用率不断提高.与此同时,结合福建省经济发展现状和资源分布特点,提出了减少区域生态赤字的对策.     

天山北坡区域生态承载力与可持续发展——以阜康市为例

应用生态足迹法剖析位于天山北坡的新疆阜康市近20多年来承载力变化及对可持续发展的影响,结果表明:20世纪90年代以来市场对煤炭等本地优势资源需求和重新配置加速了本区域快速工业化进程,工业化的结果引导了能源消费迅速增加和城市化发展,生物资源消费快速增加,生态消费足迹逐年显著增加.20多年来,林地人均承载力提高而草地和农耕地人均承载力下降,土地总承载力略有下降.在工业迅速发展、城市化的带动和刺激下,能源和草地消费足迹急剧增加,生态由赢余转为赤字并呈现出赤字快速增加的趋势.草地需求旺盛导致了草地掠夺经营的现状愈演愈烈,生态风险逐渐向草地倾斜,已构成该区域可持续发展的最大障碍因素.天山北坡草地承载和可持续发展与牧业落后生产方式紧密联系,也与人们的认识观念有关,实现草地生态的逆转需要全社会的关注和支持.     

基于能值分析的山东省生态足迹

为了更好地了解山东省当前的生态环境状况和可持续发展能力,在对传统生态足迹模型进行简要分析的基础上,提出了基于能值分析理论的生态足迹计算的改进模型。改进生态足迹模型通过将生态经济系统中的各种能量流换算成对应的生物生产性土地面积,并比较计算得出生态足迹和生态承载力,从而衡量山东省的环境可持续发展状况。与传统模型相比,它采用的能值转换率、能值密度等参数更加稳定,更能反映区域特征;同时,它将所有的自然资源转化为太阳能值进行比较,因而具有更强的可比性。采用改进的生态足迹模型,2004年山东省的能值密度为7.710×1014sej.hm-2,人均生态足迹为8.904hm2,人均生态承载力为0.424hm2,人均生态赤字为8.480hm2;采用传统的生态足迹模型,2004年山东省的人均生态足迹为1.830hm2,人均生态承载力为0.581hm2,人均生态赤字为1.249hm2。二者的计算结果生态足迹均超过生态承载力。     

重庆市直辖以来生态足迹的动态测度与分析

生态足迹是近来测度生态可持续发展的一种定量方法。以重庆统计年鉴为主要数据来源,对重庆市1997-2004年的生态足迹进行了时间序列的测度。结果表明,2004年重庆市的人均生态足迹为1.2108hm^2,实际生态承载力为0.4696hm^2,人均生态赤字为0.7412hm^2。从1997-2004年人均生态足迹逐年增加,人均生态承载力逐年减少,导致人均生态赤字逐年增大,对外来资源的依赖性越来越大。利用灰色预测模型进行了预测,2009年人均生态赤字将达到0.8695hm^2,并在此基础上提出了减少生态赤字的一系列措施。     

中国人均生态足迹与生物承载力变化的EMD分析及情景预测

利用经验模态分解(EMD)方法分解并提取1961～2001年中国人均生态足迹与生物承载力变化的波动周期,建立具有周期性波动的非线性动力学预测模型,提出未来50a中国人均生态足迹和生物承载力变化的3种预测情景。结果表明:(1)40a来,中国人均生态足迹在波动中不断增加,具有明显的3.5a和8a两个波动周期;中国人均生物承载力在波动中不断减少,具有明显的2.7a和28a两个周期。(2)若一切照旧,即未来50a中国人均生态足迹与生物承载力保持过去40a的年均变化率不变,则人均生态足迹会持续上升,2050年达到3.391g.hm2;人均生物承载力持续下降,2050年降为0.490g.hm2;而人均生态赤字急剧拉大,2050年为3.024g.hm2,可持续发展形势非常严峻。(3)若缓慢变化,即未来20a中国人均生态足迹保持年均增长率1.195%、人均生物承载力年均减少率0.614%不变,则2025年人均生态足迹为1.849g.hm2、人均生物承载力为0.860g.hm2、人均赤字0.989g.hm2。(4)若人均生态足迹快速减少,即2025～2050年中国人均生态足迹年均减少率为0.996%、人均生物承载力年均减少率为0.614%不变,则2050年人均生态足迹为1.381g.hm2、人均生物承载力0.739g.hm2、人均生态赤字0.641g.hm2,但这需要中国经济发展和技术水平的极大提高、能源消费结构的多元化、居民消费意识和消费模式的快速转变、人民生活质量的极大改善。这样,中国的生态发展才有助于实现全球水平的生态可持续发展,在促进世界可持续发展的道路上起到积极的推动作用。     

大连市生态足迹与水足迹

生态足迹模型已广泛应用于可持续发展和生态承载力评估中。本文以大连市统计资料为依据,计算了大连市的人均生态足迹和人均生态承载力,用来分析大连市生态可持续发展情况;同时基于生态足迹理论,运用水足迹模型,计算了大连市2001年的水足迹。结果表明：从1991-2004年,大连市人均生态足迹整体呈上升趋势,多年人均生态足迹均在2．250hm^2·人^-1以上;2004年为3．965hm^2·人^-1,是1991年（2．250hm^2·人^-1）的1．76倍,2000-2004年大连市存在不同程度的生态赤字现象;2001年人均水足迹为748．270m^2·人^-1,低于北方人均水足迹水平,属于水资源短缺型城市。     

西藏生态足迹与承载力动态分析

利用生态足迹模型,对2005—2010年西藏的生态足迹和生态承载力以及生态盈余进行了测算。研究发现,西藏2005—2010年人均生态足迹呈现出振荡式上升趋势,从2005年的0.34 hm2/人波动上升到2010年的0.83 hm2/人,其中人均林地消费所占比重最大,多年平均值占总消费的39.8%;人均耕地消费基本稳定在0.18—0.2 hm2/人之间,其他类型土地消费所占比重相对较少;人均生态承载力呈现平滑下降趋势,从2005年的14.78 hm2/人下降到了2010年的13.77 hm2/人,其中林地和牧草地及其转换的化石能源地人均生态承载力所占比重达到了95%,可耕地、牧草地、林地的人均生态承载力在2005—2010年之间呈现缓慢下降趋势,水域人均生态承载力变化不大;人均生态盈余较大,但呈现出递减趋势,2005年为14.44 hm2/人,而2010年下降到12.94 hm2/人;生态盈余中比重最大的是林地,但其足迹波动较大,介于1%—30%之间;草地人均生态足迹仅占生态承载力的5%左右,水域人均生态足迹占生态承载力的比例可忽略不计。     

基于能值改进的开放系统生态足迹模型及其应用——以深圳市为例

对生态经济复合系统综合评价是实现区域可持续发展首先要面对的科学问题.针对传统生态足迹模型的系统封闭性和空间互斥性等不合理假设,利用从系统论出发并具有基于流量算法优点的能值分析理论,对传统生态足迹模型加以改进,同时将人类劳务纳入系统评价.改进后的模型仍然从供给与需求角度分析区域消费足迹与承载力,强调区域资源进出口,分析开放系统条件下区域发展状况,并将人类的作用纳入可持续发展评价范畴.以深圳市2006年发展状况为例对改进模型进行实证分析.计算结果显示:研究区域具有48.08ghm2的人均潜在生态承载力;在生物生产账户上存在3.60ghm2的人均生态赤字,需进口来弥补,而在工业产品账户上3.14ghm2的人均盈余,可供出口;具有约4.87ghm2的人均净承载力出口,为其他区域的发展做出了贡献;人力资源是深圳市可持续发展的重要保障,至少提供相当5.20ghm2的人均生态承载力;发展高新技术产业、低能耗的清洁工业,产出高能值转换率的产品,实现区域本地产品在能量系统等级的提升,是提升本地承载力的现实途径.结果表明,改进后模型突破了传统生态足迹模型偏生态的弱可持续性评价局限,成为综合反映区域生态经济发展状况的可持续性评价模型.     

基于ARIMA模型的生态足迹动态模拟和预测——以甘肃省为例

生态足迹(EF)是一种定量测量人类对自然利用程度的方法。然而目前对其发展趋势准确的定量分析尚不多见。可采用自回归综合移动平均模型(ARIMA)来模拟并预测区域生态足迹。综合运用生态足迹方法和ARIMA模型对甘肃省1949-2009年的生态足迹和生态承载力进行了动态模拟和分析,在此基础上预测了2010-2015年的生态足迹变化趋势。结果表明:1949-2009年,人均生态足迹呈现上升趋势,预计2010-2015年上升趋势明显加快,2015年会增加到2.6051 hm²/人,是2009年的1.67倍;1997-2004年人均生态承载力逐年减少,2005年之后逐年增加,预计2010-2015年仍会增加;预计2010-2015年所有人均生态足迹组成类型均呈现上升趋势,尤以人均化石能源生态足迹增长显著;1997-2009年人均生态承载力均小于人均生态足迹,导致生态赤字,甘肃省生态环境处于不可持续状态,预计2010-2015年人均生态承载力略有增长,但仍小于人均生态足迹,生态赤字不断增大,预计2015年增长到-2.0468 hm²/人,约为2009年(-1.0262 hm²/人)的两倍,甘肃省生态环境不断恶化;经济的发展依赖于化石能源的消耗而造成对自然资源的过度利用,大量耕地转换为建设用地,草地荒漠化是引起甘肃省生态赤字的主要原因;改变经济发展和资源消费模式,控制人口规模,减少人均生态足迹消耗,优化配置和集约节约利用自然资源,提高生态承载力是促进社会经济和资源环境可持续发展的有效途经。     

基于改进三维生态足迹的沈阳市自然资本动态

利用改进后的三维生态足迹模型,对沈阳市1995—2014年自然资本动态变化趋势进行分析.结果表明: 1995—2014年,沈阳市人均生态承载力整体呈小幅波动,人均生态足迹、人均生态赤字、人均足迹广度和足迹深度整体上呈波动式增加;足迹广度和足迹深度的变化率逐渐趋向稳定;耕地自然资本利用从2004年开始由资本流量过渡为资本存量,资本存量取代资本流量成为区域耕地自然资源需要的来源,且存量流量利用比逐渐增大;林地一直在利用资本流量,资本流量占用率基本保持不变;草地和水域一直在利用资本存量,且存量流量利用比逐渐增大;沈阳市的发展处于不可持续状态.协调好自然资本存量消耗与存量流量利用之间的关系是实现沈阳市可持续发展的关键途径之一.可通过开发新能源、合理规划土地和提高土地利用率来减少对自然资本的消耗,同时加强对生态环境的保护,以实现沈阳市的可持续发展.     

合肥市生态足迹时空特征与脱钩效应变化及灰色预测分析

生态足迹与脱钩效应分析是衡量地区可持续发展状态的一种有效工具。以快速城镇化的科教名城合肥市为例,利用生态足迹法和脱钩效应分析对2000—2014年合肥市生态足迹与脱钩状态进行定量研究与动态分析,建立GM(1,1)模型对2015—2020年合肥市生态状况进行预测。结果显示:2000—2014年间,合肥市人均生态足迹与人均生态承载力波动上升且幅度较大,生态赤字波动较小,整体略有上升。从结构上看,化石燃料的生态足迹近年来比重较大。从空间上看,生态足迹与承载力均表现出中心区低,郊区高的特征。在环境压力与经济增长的脱钩关系中,强脱钩与弱脱钩出现的频率分别为:42.9%,28.6%。灰色预测结果表明,2015—2020年合肥市人均生态足迹呈上升趋势,生态足迹与GDP增长呈持续弱脱钩的状态,脱钩指数较小且趋于稳定。研究对优化合肥市产业结构、实行有差别的土地利用方式与国土优化格局,适度控制人口增长具有重要的参考意义。     

基于旅游生态足迹模型的西安市旅游可持续发展评估

基于生态足迹模型、结合旅游者的生态消费及结构特征,将旅游生态足迹引入区域旅游可持续发展评估,阐述了旅游生态足迹的概念,并构建了旅游交通、住宿、餐饮、购物、游览等旅游生态足迹计算子模型。以西安市作为实证研究对象,计算分析了2004年西安市游客的旅游生态足迹。研究结果表明:2004年西安市游客的人均旅游生态足迹为0.1194hm2,人均旅游生态承载力为0.0198hm2,人均旅游生态赤字达0.0996hm2,反映出西安市的旅游业处于"不可持续发展状态",因此必须采取有效措施,合理利用生态资源,才能保证旅游业持续发展。     

基于生态足迹方法的南京可持续发展研究

20世纪90年代末以来,随着南京城市化进程的加快和城市建成区面积的扩展,城市生态安全问题日益突出。在运用生态足迹方法分析南京市1999—2009年人均生态足迹及生态承载力变化的基础上,采用Mann-kendall法对南京市人均生态足迹突变点进行分析,应用灰色关联模型从经济、社会和生态子系统方面分析不同阶段人均生态足迹变化的原因。研究表明:1999—2009年间南京市人均生态足迹呈增长趋势,人均生态承载力呈减小趋势,单位万元GDP生态足迹和生态多样性指数呈逐年下降趋势,生态经济系统发展能力较好,但生态压力较大。南京市人均生态足迹变化分为1999—2002年的低位增长阶段和2003—2009年高位波动阶段。通过影响南京市生态足迹变化因素分析发现,2003—2009年与1999—2002年相比,经济子系统依然处于主要地位,但影响因素由农业向以三产为主转变,同时生态子系统和社会子系统各因素的影响力提升。据此,提出优化产业结构,控制人口数量,加强基础设施建设,改善居民居住环境,加大城市绿化建设,提高城市污物处理能力,减少污染物排放的南京可持续发展对策。     

城市边缘区生态承载力时空分异研究——以甘井子区为例

以大连市甘井子区为例,利用1998年的土地利用数据和2003年、2007年、2013年的SPOT5遥感数据等多元数据,运用状态空间表征生态承载力量值的计量方法,计算了城市边缘区的社区生态承载力,并研究了甘井子区1998—2013年生态承载力的时空分异特征。结果表明:(1)时间上,1998—2013年,甘井子区整体的生态承载力呈现先快后慢的下降趋势,生态状态呈现出从优秀向良好,再向一般过渡的阶段特征。(2)空间上,甘井子区整体的生态承载力等级东西部差异明显,呈现出相同承载力等级小范围聚集和相近承载力等级间穿插分布的特征。(3)甘井子区内部各社区生态承载力程度差异明显。靠近市区的社区生态承载力15年间变化显著,生态承载程度迅速下降,远离市区的部分社区生态承载力变化不大,生态环境保持良好以上的状态。