工业水足迹评价与应用

大规模的工业生产不但消耗了大量的水资源,同时产生了大量的工业废水,这是造成和加剧全球或区域水资源危机和水环境问题最重要的原因之一。对工业生产过程的水资源综合影响进行科学有效评估是目前资源环境管理领域研究的重要问题之一,是采取有效措施、提升工业生产的水资源利用效率和管理水平的重要前提和基础。以发展和完善工业生产过程的水资源综合影响的评价系统和方法体系为目标,基于水足迹理论,提出了工业水足迹的概念,即用以测量由某一产品、工业企业、行业或区域的工业生产过程引发的水资源利用增量的一个多维指标。以此概念为理论基础,进而首先分析了工业水足迹的内涵,包括直接工业水足迹与间接工业水足迹两部分。另外,区别于全生命周期的水足迹,工业水足迹评价是针对工业生产过程中由于工业原料、辅料、能源和水的输入,以及废水、废物与产品的输出产生的水足迹,其系统边界不包括分销零售、消费使用与废物处理等环节。其次,在确定的系统边界内构建了工业水足迹的核算框架和基础方法体系,即从生产、公共及运输3个方面收集数据、处理并核算。最后,从产品、企业、行业和区域4个层面对工业水足迹的应用及其意义进行了展望。     

旅游水足迹评价初探

对旅游活动过程的水资源综合影响进行科学评估是制定旅游业水资源管理和保护措施、提升旅游水资源利用效率的重要前提和基础。为丰富和发展旅游业水资源影响的评价方法, 提出了旅游水足迹的概念, 即在一定区域范围内, 旅游活动中食、住、行、游、娱、购各环节消费的产品和服务的生产过程所消耗的水资源量。旅游水足迹评价则是对旅游水足迹各环节进行量化和分析的过程。进而分析了旅游水足迹的内涵, 确立了旅游水足迹评价的系统边界是以旅游六大要素直接相关的旅游活动过程产生的水足迹。在边界范围内从交通、住宿、餐饮、游览、购物五个方面构建了核算框架和核算方法。最后, 从旅游产品、企业、行业和区域四个层面分析了旅游水足迹评价的应用, 并对今后的研究重点进行了分析。     

城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例

水资源生态足迹可以直接反映区域人类社会经济活动对水资源的压力.本研究在现有的生态足迹模型基础上,充分考虑城市自然生态系统对水资源的需求,建立了包括居民日常生活用水、生产运营用水、公共服务用水和生态需水4类帐户的城市水资源生态足迹核算模型,并结合沈阳市实际情况,确定了模型中的相关参数,对沈阳市水资源生态足迹和生态承载力进行分析.结果表明:2000-2009年,沈阳市人均水资源生态足迹总体呈下降态势,但各年度均为水生态赤字;2005年较2000年水资源生态足迹人均下降0.31 hm2,2006、2007年有小幅回升,2008、2009年趋于平稳,说明沈阳市水资源可持续利用状况有一定改善,但仍处于不可持续状态.     

生态足迹模型在区域旅游可持续发展评价中的改进

改进了基于生态足迹的区域旅游可持续发展评价模型,提出了可转移生态足迹、不可转移生态足迹和根生态赤字/盈余的概念。改进模型减小了由于贸易因素而导致区域旅游可持续发展评价结果的偏差。不可转移生态足迹反映了旅游区域承受人类活动产生的环境影响压力的真实情况,而可转移生态足迹对本地旅游可持续发展影响不大。旅游目的地不可转移生态足迹由居民不可转移生态足迹与旅游者不可转移生态足迹组成。通过研究根生态赤字/盈余来判断旅游发展的规模是否处于合理状态。以张家界市为实证研究对象,研究结果表明：张家界市2006年居民不可转移生态足迹为190.05万hm^2,旅游者不可转移生态足迹为22.10万hm^2,生态赤字为94.45万hm^2,根生态盈余为7.62万hm^2,反映出2006年张家界旅游发展规模合理。     

内蒙古生态安全时空演变特征及驱动力

生态安全是平衡社会经济与自然环境协调发展的重要保障，评价生态安全时空演变及驱动因素，对区域生态安全格局构建及可持续发展意义重大。基于本土化参数的生态足迹模型对1990-2018年内蒙古地区各盟市生态足迹、生态盈亏及生态压力指数进行测算，采用熵权法构建综合指标体系，计算生态安全指数，评价区域生态安全及可持续发展状况，结合空间分析揭示其时空演化规律，并解析驱动因素。结果表明：1）研究期间内蒙古总体上呈"供不应求"的生态赤字状态，但生态承载增速大于生态足迹增速，2018年较1990年人均生态足迹和人均生态承载力分别提高了0.9-5.8倍和1.5-10.8倍，生态安全指数由大于5.0的不安全状态转变为小于4.0的安全状态，生态系统总体呈向好趋势发展。2）研究期间内蒙古地区生态足迹呈"东高西低"分布，生态承载力呈"中间高，两翼低"分布，生态安全重心向东北方向转移。3）经济水平、消费支出、产业结构是内蒙古地区生态安全及可持续发展的驱动因素，地理位置和气候因素是导致其空间差异的主导因子。     

我国几种典型棉纺织产品的工业水足迹评价

产品水足迹评价能够揭示人类活动在产品全生命周期中的水资源综合影响,可以为提高水资源利用与管理水平和引导绿色消费提供重要的科学依据和技术手段,是当前水资源评价与管理领域的热点研究方向。纺织品是日常生活最主要的消费品之一,其工业生产过程需要利用大量的水资源,同时排放出的工业废水还会对周围水环境造成严重影响。为了揭示纺织品生产过程的水资源综合影响,运用工业水足迹的概念与原理,探讨和明确了纺织品工业水足迹评价的系统边界与内容,建立了相应的核算方法,并选择了花灰布、漂白布、染色布、色织布等四种典型棉纺织产品进行了工业水足迹评价。结果显示,漂白布的工业水足迹较小为36.51L/lb,花灰布次之为37.84L/lb,染色布的平均工业水足迹为61.52L/lb,色织布水足迹最大,平均值为81.51L/lb。比较同种类型、不同颜色纺织品的工业水足迹,由大到小依次为深色中色浅色,即颜色越深对水资源的影响程度最大。从水足迹构成来看,棉纺织产品的工业水足迹主要来自于直接工业水足迹,间接工业水足迹占比较小;在直接工业水足迹的构成中,蓝水足迹的贡献较大。     

基于ESEF的水生态承载力:理论、模型与应用

以流域综合管理为核心的水环境管理理念要求人们从更高的角度认识水生态系统相对于人类的承载能力.水生态承载力将水资源和水环境问题统一考虑,将社会经济发展与水生态系统联系起来,为实现流域综合管理提供了有力支撑.本文以基于生态系统服务的生态足迹(ESEF)方法为基础,提出了基于ESEF的水生态承载力评估方法,构建了基于ESEF的水生态足迹与承载力模型,实现了足迹方法对水生态系统承载能力的有效表征;并建立了太湖流域水生态足迹与承载力模型,以流域上游城市常州市为例,评估了现状发展水平下水生态系统所能承载的人口与经济规模.结果表明:常州市对水生态系统服务的消费需求超出了水生态系统的供给能力,需求与供给的显著差距对水生态系统的可持续性造成影响;综合考虑水产品供给、水量支撑和水质保障3方面因素,常州市水生态系统可承载的人口与经济规模仅为现状水平的54%.     

甘肃省生态足迹和生态承载力发展趋势研究

生态足迹方法是一种可持续发展程度的生物物理评价方法。该方法从一个全新的角度考虑人类及其发展与生态环境的关系,通过跟踪区域能源与资源消费,将它们转化为这种物质流所必需的各种生物生产土地的面积(生物物理指标),给出一个核算全球、国家、地区以及家庭和个人对自然资本利用的简明框架。该方法通过测算人类的生态足迹与生态承载力之间的差距,定量地判断区域的发展是否处于生态承载力的范围之内,给评价对象的可持续发展提供科学依据。利用生态足迹分析法对甘肃省11年来的生态足迹和生态承载力进行实证研究,并预测了未来10a甘肃省的可持续发展趋势。结果表明1991～2001年甘肃省人均生态足迹由1．009hm^2增加到1．369hm^2,而人均生态承载力则由1．348hm^2逐年减少到0．994hm^2,表明生态足迹(即生态承载力需求)与生态承载力供给呈反向发展趋势。1998年甘肃省出现生态赤字,2001年人均生态赤字已达0．375hm^2。预测甘肃省2010年的人均生态足迹为2．65hm^2左右,人均生态承载力为1．06hm^2左右,生态赤字加剧．说明甘肃省的可持续发展面临严峻的考验。最后,分析了生态足迹法的不足之处,并提出完善和修正生态足迹模型的建议。     

农产品水足迹研究进展

水是人类生产生活的重要资源,科学合理地评价人类活动对水资源的影响是实现水资源可持续利用的重要保障.水足迹概念的提出创新性地将人类活动消耗的水资源区分为绿水、蓝水和灰水,拓展了水资源可持续利用的评价思路.基于虚拟水(VW)的水足迹理论和基于生命周期(LCA)的水足迹理论将水质与水量的概念相结合,成为了农业水资源管理研究的热点内容.基于VW的水足迹理论主要包括绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹的计算,以及水环境可持续性评价,而基于LCA的水足迹理论体现了水资源的消耗和污染及其对环境造成的综合影响.本文详细介绍了这两种水足迹理论的计算方法与环境可持续评价的研究进展,对比分析两种水足迹理论在描述农产品生产用水及其环境影响方面的差异性,并对其研究前景进行了展望.     

基于本土参数的流域生态足迹评估与不确定分析

产量因子和均衡因子是生态足迹模型的关键参数,评估其取值的不确定性对完善生态足迹核算模型具有重要意义。以牛栏江流域为例,应用生态足迹模型评估了2014年整个流域及流域内11个区县的生态足迹与生态承载力,通过计算本土产量因子并与国内外常用值对比,进行流域生态足迹不确定性分析。研究结果表明:2014年牛栏江流域生态足迹为3521404 ghm~2(全球公顷),可利用生物承载力为2338535 ghm~2,处于不可持续发展状态,其中官渡区生态超载率最高。不同研究中均衡因子、产量因子取值差异较大,其中耕地的均衡因子最大值是最小值的4.16倍,草地的产量因子最大值是最小值的4.16倍;采用均衡因子和产量因子最大值计算所得流域生态足迹、生态承载力,生态赤字分别是最小值的2.5倍、3.9倍、1.4倍。由于牛栏江流域特殊的气候和地形以及畜牧业、渔业发展程度低,因此计算生态足迹时需要进行详细的分类,不能简单的采用全球及全国的因子。     

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力，对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度，对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明：(1)2000—2020年，我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足，可持续能力强；万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势，用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年，我国水质可持续能力均较强，处于安全和较安全状态，水质生态盈余量约2亿hm²;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍，且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区，均主要位于“胡焕庸线”西北部，而承载力高值区，主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数，分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数，分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比，约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级...     

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。     

基于ESTDA模型的中国水生态足迹及水生态压力评价

基于水足迹视角,测度了中国31个省份2000-2018年的水生态足迹广度、深度及水生态压力,采用ESTDA框架对其时空动态特征进行分析。结果表明：①研究期内,中国水生态足迹总量呈波动上升态势;水生态承载力波动幅度较大,空间分布格局整体呈现自东南向西北逐渐较少的趋势。②水生态足迹广度与水生态承载力呈同步变化趋势,整体上已接近水资源可提供的流量资本上限,各省市水生态足迹深度差异较大。③研究期内,水生态压力指数小于1的区域与水生态足迹深度为1的区域相吻合,水生态压力指数大于1的区域主要分布在华北及西北地区。④LISA时间路径表明,水生态足迹广度、深度及水生态压力的整体空间格局均具有较强的稳定性;三者的局部空间结构在空间依赖方向上的稳定性依次加强;空间格局演化的空间整合性呈现水生态足迹深度 > 水生态压力 > 水生态足迹广度,空间上,水生态足迹广度正向协同增长省份主要集中于南方省份,而水生态足迹深度和水生态压力正向协同增长区则分布于华北、西北地区;各要素的空间分布格局表现出较强的路径依赖及锁定特征。     

足迹家族:概念、类型、理论框架与整合模式

足迹研究是当前生态经济学和可持续发展领域的热点与前沿课题。探讨了足迹类指标的内涵,将其定义为一类评估人类资源消费和废弃物排放等活动环境影响的指标;介绍了生态足迹、碳足迹、水足迹、能源足迹、化学足迹、氮足迹和生物多样性足迹7类典型足迹指标的概念与研究进展;在此基础上提出了普适性的足迹家族概念,总结了足迹家族的选择性、开放性、系统性和不确定性特征,并根据足迹类指标的一般运算流程构建了足迹家族的理论框架;基于大量文献成果系统比较了生态足迹、碳足迹和水足迹3类关键足迹的特征差异,提出了在足迹家族层面增强指标兼容性的措施;通过逐一测试各关键足迹与27项环境问题的相关程度,从决策相关性的角度初步探索了该足迹家族的整合模式;展望了未来足迹(家族)研究的重点方向。     

基于改进生态足迹模型的可持续发展评价——以北疆为例

生态足迹评价体系,可以在一定程度上刻画区域社会经济发展对当地生态环境产生的影响,当前可持续发展研究的难点之一,便是如何更加真实的体现这种影响。立足于传统生态足迹模型,采用“一年一区一值”的参数方案计算区域当年均衡因子与产量因子,结合土地利用转移矩阵和建设用地流入量改进建设用地足迹算法,对北疆地区2005年、2010年、2015年、2018年生态足迹及生态承载力进行测度,并结合相关指数对研究区发展的可持续性进行评价。结果表明：(1)北疆生态足迹增涨3.5倍,且以能源增长为主导,生物生产性足迹贡献率大幅下降;人均生态足迹增长3.4倍,工业型城市生态足迹增长率及人均生态足迹增长率均高于其他类型城市。(2)研究区生态承载力呈现上升态势,除水域和草地外,其他地类承载力均呈上升态势,昌吉州与阿勒泰地区的总体承载力及人均承载力均呈下降态势。(3)北疆生态利用效率上涨1.32倍,各行政单元呈现农业及服务业型城市生态利用效率上升、工业型城市生态利用效率降低的态势,表明工业型城市生态足迹增速远高于经济增速。(4)各行政单元呈现生态赤字状态且不断加剧,总体及人均增速都呈现工业型>农业型>服务业型...     

生态足迹深度和广度:构建三维模型的新指标

追踪自然资本存量消耗与流量占用是当前可持续发展研究的核心议题.系统阐述了国际上新近提出的生态足迹三维模型的概念与计算方法,重点对足迹深度和足迹广度两个指标进行了探讨,总结了模型的主要优势,并通过引入资本流量占用率和存量流量利用比两个新指标对模型作进一步完善,在此基础上实证分析了1961-2006年的中国生态足迹.结果表明,中国自 1978年步人生态赤字时代以来,足迹深度增长了近2倍,足迹广度减少了11.84％,因自然资本流量不足导致资本存量大幅肖耗已成为社会发展常态.到2006年时,中国需要2.9倍的国土才能持续支撑其资源消费量.研究表明,三维模型分别从时空两方面表征了人类对资本存量的消耗(足迹深度)和对流量的占用(足迹广度),增强了生态足迹在不同区域、不同时期之间的可比性,并在一定程度上克服了经典模型的评估缺陷.最后指出了三维模型今后发展的主要方向.     

基于改进生态足迹三维模型的自然资本利用特征分析-选取11个国家为数据源

自然资本利用评估是可持续发展量化领域的重要课题。生态足迹三维模型首次实现了流量资本与存量资本的分类测度,为更全面、准确地反映人类利用自然资本的状况提供了可行的途径。从探讨模型缺陷入手,通过细致追踪各地类载体上的流量资本与存量资本变化,克服了地类间赤字转移问题,明确了适用于区域尺度和地类尺度的足迹广度、足迹深度和三维足迹等指标的计算方法。运用改进后的模型,分析了1999—2008年全球11个国家自然资本利用的时空变化特征。结果表明:在过去10年自然资本利用的国际格局中,美国、法国和德国(后6年)为流量资本与存量资本双高型;印度(前2年)为双低型;英国、德国(前4年)、意大利、日本、印度(后8年)和中国为流量资本低、存量资本高型;加拿大、巴西和俄罗斯为流量资本高、存量资本低型。研究表明:各国的自然资本利用状况是自然资源禀赋与社会经济发展水平共同作用的结果,发达国家的自然资本利用强度总体仍显著高于发展中国家;流量资本占用与存量资本消耗之间存在负相关性,资源富足型国家的人均区域足迹广度一般较高,区域足迹深度相对较低,资源贫乏型国家则相反。针对研究存在的局限性提出了进一步改进的优先方向。     

能值生态足迹模型的改进——以海南为例

通过对比总结现有能值生态足迹模型研究成果,从能值密度、能值生态承载力、能值生态指标分类和整合等方面分析了模型存在的问题,在此基础上,构建了消费端和供给端构建足迹账户体系,并提出能值生态足迹和能值生态承载力模型的改进和优化。利用改进模型,实证分析了2000—2016年海南生态经济系统的变化特征。结果表明:(1)能源账户和生物产品账户足迹大幅增加。污染账户和建设用地账户足迹状态稳定。(2)生产承载力随着技术进步不断提高,而环境承载力随着人类对环境资源的占用强度增加不断下降。(3)海南生态环境整体表现为生态盈余,但污染账户、能源账户盈余缩减,2011年能源账户开始出现生态赤字。通过足迹账户的构建,能够更清晰地追踪各账户和各类土地能值生态足迹、能值生态承载力以及能值生态盈余/赤字产生的变化,能值生态足迹模型改进之后能够更客观反映区域生态经济系统状况,为地区有针对性开展环境管理和保护提供依据。     

基于足迹家族的青海省资源环境压力定量评估

为了系统评估人类活动对环境的影响,基于足迹家族构建了资源环境压力评价体系,对青海省的生态足迹、碳足迹、水足迹及资源环境压力作了测评.结果表明: 1990—2013年,青海省人均生态足迹由1.32 hm²增为3.32 hm²,人均生物承载力由2.33 hm²降至2.07 hm²,2006年后出现生态赤字且不断增高,但1990年以来始终存在生物质盈余;人均碳足迹由5.82 t增至15.85 t,目前已超过应对气候变化目标的7.93倍;人均水足迹从967.67 m³降低到732.05 m³.1990年以来生态压力一直较低(Ⅰ_b),温室气体(GHG)排放压力由较低(Ⅰ_b)升高到中上(Ⅱ_b),水资源压力很低(Ⅰ_a),资源环境压力由很低(Ⅰ_a)升高为较低(Ⅰ_b).生态压力和水资源压力对资源环境压力的贡献率逐渐降低,GHG排放压力的影响明显增大.资源环境压力的空间差异较大,2013年西宁市很高(Ⅲ_b)、海东市中上(Ⅱ_b)、海西州中下(Ⅱ_a),其他各市州很低(Ⅰ_a),主要压力源也具有明显的空间异质性.今后发展中,各市州应采取差异化减压策略.