城市生态系统能-水-食物-土地-气候的“物理量与政策效果”双维耦合研究综述

城市生态系统内部各组分之间存在着错综复杂的关系,任一组分的变化会对其他组分产生不同程度的影响.快速的城市化进程带来了一系列影响城市可持续发展的问题.若想从根本上消除这些可持续发展隐患,需要采用“耦合”方法.本文明晰了“耦合”的3种应用情景及相应定义表述,同时对城市耦合理论发展脉络进行梳理,分别从物理耦合视角及政策效果耦合视角进行能-水-食物-土地-气候变化(EWFLC)五系统两两分析总结.从物理耦合视角解读发现,目前的耦合研究大多集中在城市尺度,并且主要针对两个系统之间的直接耦合关系,间接耦合关系研究相对缺乏,两系统的关联多会对社会和经济产生积极影响.从政策效果耦合视角来看,目前针对五系统的政策多面向直接解决目标系统问题,政策实施的中间目标大多可量化,且政策效果评估大多含有多个指标.在此基础上,本文提出了可同时结合物理耦合及政策效益耦合的城市EWFLC五系统分析框架,旨在帮助城市开展政策遴选,实现城市可持续发展.     

辽宁省生态经济系统能值分析

运用能值分析方法,对辽宁省生态经济系统1990—2005年的能值流量和由于资源输入、产出、消耗所带来的环境压力及其与可持续发展的关系进行了研究.结果表明,辽宁省总能值用量中有74%以上是不可更新资源,2005年实际人口超过可承载人口的3.26倍;研究期间,能值产出率从65.40减少到10.13,环境负荷率由2.72上升到7.18,可持续发展指数从24.03下降到1.41.支撑辽宁省经济较快增长的主要是不可更新资源的大量消耗,研究区经济发展对生态系统的压力越来越大,对外部资源的依赖逐渐增强,系统可持续发展能力不断下降.要实现区域可持续发展必须以减量化、再利用、资源化为准则,促进废物再利用和资源的闭合式良性循环,以实现废弃物的最小排放.     

辽宁省生态经济系统能值分析

运用能值分析方法,对辽宁省生态经济系统1990—2005年的能值流量和由于资源输入、产出、消耗所带来的环境压力及其与可持续发展的关系进行了研究.结果表明,辽宁省总能值用量中有74%以上是不可更新资源,2005年实际人口超过可承载人口的326倍;研究期间,能值产出率从65.40减少到10.13,环境负荷率由2.72上升到7.18,可持续发展指数从24.03下降到1.41.支撑辽宁省经济较快增长的主要是不可更新资源的大量消耗,研究区经济发展对生态系统的压力越来越大,对外部资源的依赖逐渐增强,系统可持续发展能力不断下降.要实现区域可持续发展必须以减量化、再利用、资源化为准则,促进废物再利用和资源的闭合式良性循环,以实现废弃物的最小排放.     

城市生态系统能-水-食物-土地-气候的“物理量与政策效果”双维耦合研究综述

城市生态系统内部各组分之间存在着错综复杂的关系,任一组分的变化会对其他组分产生不同程度的影响.快速的城市化进程带来了一系列影响城市可持续发展的问题.若想从根本上消除这些可持续发展隐患,需要采用"耦合"方法.本文明晰了"耦合"的3种应用情景及相应定义表述,同时对城市耦合理论发展脉络进行梳理,分别从物理耦合视角及政策效果耦合视角进行能-水-食物-土地-气候变化(EWFLC)五系统两两分析总结.从物理耦合视角解读发现,目前的耦合研究大多集中在城市尺度,并且主要针对两个系统之间的直接耦合关系,间接耦合关系研究相对缺乏,两系统的关联多会对社会和经济产生积极影响.从政策效果耦合视角来看,目前针对五系统的政策多面向直接解决目标系统问题,政策实施的中间目标大多可量化,且政策效果评估大多含有多个指标.在此基础上,本文提出了可同时结合物理耦合及政策效益耦合的城市EWFLC五系统分析框架,旨在帮助城市开展政策遴选,实现城市可持续发展.     

中国30省份经济、能源与大气污染物的关联性解耦

区域经济增长、能源消耗与大气污染物排放的耦合机制研究对可持续发展至关重要。基于能值与解耦指数的分析方法, 核算2015年至2017年中国30省份经济发展、能源消耗与气体排放情况, 并构建化石能源与非化石能源比例、单位能源GDP产出、单位GDP环境成本、环境负荷强度和经济—能源—气体排放耦合指数5个指标。30个省份的评价指标结果表明: ①可再生能源消耗呈现上升趋势, 东部沿海及东北区域发展情况优于其他地区, 能源使用效率方面南部与京津地区明显优于其他区域; ②在大气环境方面, 西部及中部欠发达省份环境成本及环境负荷强度偏高, 但30省份在研究期间气体排放物造成的能值损失逐年下降(尤其是粉尘); ③中国28省份的气体排放与经济发展处于强解耦状态(DI排放-GDP < 0), 而辽宁省(DI排放-GDP=2.36)与内蒙古(DI排放-GDP=4.58)由于经济倒退处于衰退解耦的状态。区域的能源消耗与经济发展的耦合状态(DI能源-GDP)较为复杂, 但大多数省份处于强解耦状态。总体而言, 绝大多数省份的能源消耗, 气体排放与经济发展呈现可持续发展趋势, 在未来应进一步改善能源结构, 提出符合本地区的能源发展与大气环境治理模式十分重要。     

陕北安塞县生态与经济系统耦合协调发展

协调生态环境与社会经济的均衡发展,是实现县域可持续发展的重要因素。以延安市安塞县为对象,基于社会经济与生态环境的数据,构建安塞县社会经济系统与生态环境系统的指标体系,利用熵权法计算社会-经济-环境综合评价指数,在此基础上利用耦合协调度模型、剪刀差方法和耦合度模型分析了社会经济系统与生态环境系统的耦合协调状态、发展速度差异以及耦合度演变趋势。结果表明:1996—2013年间,安塞县社会经济系统综合评价指数稳定上升,自然生态系统综合水平呈现波动下降趋势,前者发展速度总体上快于后者;耦合协调度指数由0.33增长至0.59,反映了该区域社会经济与生态环境的关系不断改善,较好地实现了二者的协调;剪刀差在0. 032水平范围内波动上升,说明二者发展趋势之间的差异逐渐增大;安塞县社会经济与生态环境的耦合度分布于45°β90°范围内,二者处于协调发展阶段,耦合度β表现为先下降后上升,说明经济与环境之间的矛盾开始显露。研究表明,安塞县应着力加强生态建设的固基和推进作用,缓解社会经济和生态环境的矛盾,实现二者的协调发展。     

足迹家族研究综述

综合测度人类社会的可持续发展状态是生态经济学者追求的重要目标。足迹家族由生态足迹、碳足迹和水足迹等一系列足迹类指标整合而成,旨在为决策者系统评估与权衡人类活动的环境影响提供理论和技术支持。从理论探索、整合实践和分类比较等三方面对足迹家族的研究现状进行了综述;在此基础上围绕极具争议的足迹定义、计算方法和加权方式等问题,深入分析了阻碍当前研究进一步推进的关键性因素;指出未来应从建立足迹类型学、完善跨区域投入产出模型、细化产品和机构环境足迹标准等方面入手,推动实现足迹家族的量化整合;并首次提出了足迹家族与行星边界耦合的构想,以期为监测和预警人类活动的生态阈值、促进环境影响评价向可持续性评价转变提供科学依据。     

青藏高原国家公园群区域人类活动环境胁迫强度与空间效应——以三江源地区为例

随着人类活动对青藏高原环境系统的影响持续增强,研究各类生产生活活动的环境胁迫强度及其空间效应,是青藏高原国家公园群建设背景下精准实施环境管控、规范保护利用行为的科学基础,对提升青藏高原可持续发展能力具有重要意义。以三江源地区为例,在COD、氨氮、二氧化硫和氮氧化物4类人为源污染物排放量测算基础上,定量评估县域环境胁迫指数,解析青藏高原国家公园群区域人类活动的点—线—面环境胁迫空间效应。研究结果表明:人为源污染物排放对三江源地区的环境胁迫强度较低,且地域分异格局显著,中心城市(镇)胁迫强度较高,而国家公园所在的玛多、杂多、治多和曲麻莱4县仅为平均胁迫强度的1/2;2012—2016年间,城镇化和工业化过程的环境胁迫呈显著"点状"空间效应,农牧业生产方式的"面状"效应突出,旅游和交通运输为由点及线的"线状"胁迫。建议从提升全要素环境设施承载能力、建立全覆盖环境分区管控体系、实施生产生活旅游活动全过程环境规制等方面,制定缓解青藏高原国家公园群区域环境胁迫强度的管控与应对措施。     

天山北坡生态经济的脆弱性

根据脆弱性的理论内涵,以土地利用变化引起的生态系统服务功能变化为影响力;从资源、经济与社会发展水平三方面选取了14个指标,利用层次分析法、模糊综合评价法确定了社会经济系统的适应能力.在此基础上,应用GIS等手段评价了天山北坡15个市、县生态经济的脆弱性.按级数越大,区域越具有脆弱性的原则,将研究区的生态经济脆弱性划分为5级：一级区为乌苏市和昌吉市;二级区包括呼图壁县、米泉县、阜康市、吉木萨尔县、奇台县和木垒县;三级区为克拉玛依市和乌鲁木齐市:四级区为奎屯市和沙湾县;五级区包括精河县、石河子市和玛纳斯县.生态经济系统脆弱性是区域生态环境变化与社会经济发展的综合反映,脆弱性评估是深化可持续发展理论研究的重要途径.各区域应以降低区域脆弱性为目标,从自身脆弱性影响因素入手制定生态经济协调发展策略,以促进区域的可持续发展.     

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.     

基于灰水足迹的中国城市水资源可持续利用综合评价

随着城市化的快速发展，中国城市水资源面临着水资源短缺与水环境恶化等挑战，因此加强城市水资源可持续利用对于中国可持续发展具有重要意义。基于灰水足迹核算对2016年中国地级市水资源可持续利用情况进行综合评价。研究结果表明：（1）中国城市灰水足迹水平差异大，平均值为23.40×10⁸ m³，主要集中在20.00×10⁸ m³以下。中国城市农业源灰水足迹比例占比主要在70%以上，工业源比例占比主要在20%以下，而生活源比例占比在40%以下；（2）全国灰水经济生产率在12.45-857.31元/m³范围内，地区差异明显。33%城市灰水足迹荷载系数均大于1，全国地级市灰水足迹荷载系数平均值为1.16，城市水资源利用已对水环境产生污染压力，用水不可持续；（3）城市水资源开发率与灰水足迹荷载系数呈一定程度的正相关关系，说明了城市发展对水资源利用的"量"和"质"的压力作用具有一定的协同关系；（4）水资源可持续利用程度呈现大型城市 > 特大型城市 > 超大型城市 > 中小型城市，城市发展一定程度上有助于水资源的可持续利用，但发展规模过大可能会造成用水高产而护水低效的现象。因地制宜的实行水资源循环经济发展模式以及适时纳入灰水足迹核算与管理体系，是当前城市化大背景下实现水资源可持续利用的重要途径。     

煤电一体化开发对锡林郭勒盟环境经济的影响

国家“十二五”规划确定将在内蒙古锡林郭勒盟建设国家重点大型煤电基地.煤电一体化开发将大大地推动锡盟的区域经济发展,但也可能会对这一典型草原地区和重要生态屏障地区的生态环境造成不利影响.采用物料平衡法和指数增长模型对2001-2009年锡林郭勒盟SO2排放量与人均GDP做了相关性分析,发现二者关系基本符合环境库兹涅茨曲线,呈较缓和倒U型曲线,拐点在人均GDP35000-40000元,目前已过曲线拐点,SO2排放量缓步下降.对锡盟煤电一体化开发情景下(2012-2020)的SO2排放及人均GDP进行预测,结果显示SO2排放量将随经济发展呈上升趋势,表明煤电一体化开发会使环境库兹涅茨曲线的拐点后延,虽然到2020年SO2排放量仍然没有超出区域大气环境容量,但将接近环境容量极限,会给当地环境带来明显压力;基于以上判断,进而从制度、技术、市场三方面出发,探讨了促进锡盟煤电一体化产业建设与环境保护协调发展的对策.     

Optimal path for sustainable development under the dual constraints based on endogenous growth algorithm

Constructing an economic growth model comprising dual resource and environmental constraints by introducing both environmental quality and non-renewable resources as endogenous factors also introducing the production and utility functions. This was used to systematically analyze the endogenous mechanism through factors such as non-renewable resource consumption, environmental pollution externalities, the accumulation of physical capital, human capital development, and endogenous technological advancement could influence long-term economic growth. The basic conclusion of the model suggests that under both resource and environmental constraints, it is investment in both human capital and research & innovation that is the main driving and determining factor for long-term sustainable economic growth. The optimal development strategy of economic sustainability can be achieved through supporting human capital accumulation and technological innovation activities, promoting the advancement of clean production technologies, and formulating stringent environmental standards, as well as strengthening the society’s awareness of the environment and sustainable development.     

基于生态足迹-净初级生产力的珠三角城市群经济与生态的关系

随着区域经济一体化进程加快,人类活动对区域可持续发展的影响越来越重要。本研究利用MODIS遥感数据,基于净初级生产力的生态足迹法(EF-NPP),对珠三角城市群6大生物生产性土地面积的均衡因子和产量因子进行计算,分析研究区2000—2020年的人均生态足迹、生态承载力、自然资源利用效率和生态适度人口的变化。结果表明: 2000—2020年,珠三角城市群人均生态足迹不断上升,化石能源用地的生态占用最高,人均生态足迹呈现出西部高、中部低、东北部较高的空间变化特征;人均生态承载力高值集中分布在肇庆市、江门市,低值集中分布在深圳市、东莞市、佛山市、中山市;生态适度人口与区域实际人口的差距随时间呈增大趋势,其中,2020年生态适度人口与区域实际人口的差距达3062万人,区域实际人口数远大于生态适度人口数,人口压力大;三大产业自然资源利用效率高,人均生态足迹所能创造的经济效益在研究期间增加3.68 万元·hm^-2,年均增速为0.18万元·hm^-2,且第三产业的增加速度最快。研究结果能为中小尺度区域自然资源利用效率的研究提供一定的借鉴与参考。     

Promoting regional sustainability by eco-province construction in China: A critical assessment

The regional level has been recognized as a good scale for implementing actions towards sustainable development (SD). An important pathway to improve regional sustainability is to locally carry out long-term ecological planning. In order to reduce environmental impacts from fast economic growth, several eastern provinces of China began Ecological Province Construction (EPC) at the end of 1990s. This paper presented a case for analyzing the progress of EPC in China via both qualitative and quantitative methods. We studied Shandong Eco-province Construction (SEPC) and evaluated its outcomes with its pre-set indicators in 2003–2010. A further evaluation with eco-efficiency and de-linking indices was conducted. The results indicated the pre-set indicators could not effectively reflect of the ecological province construction. It was recommended to introduce an evaluated framework combined with eco-efficiency and de-linking indices to indicate ecological planning at the regional scale.     

Regional environmental efficiency in China: Analysis based on a regional slack-based measure with environmental undesirable outputs

As the largest developing country, China has been suffering from resource shortage and serious environmental pollution. Evaluation and improvement of the regional environmental efficiency is crucial to pursuing the balance between economic development and environmental protection. This paper used a regional environmental efficiency SBM (slack-based measure) (REES) model which treats environmental pollution as undesirable outputs to evaluate the environmental efficiency of 30 provincial administrative regions (PARs) in China from 2005 to 2011 and investigated the factors affecting environmental efficiency using the Tobit regression model. The results indicate that there is distinct difference in environmental efficiency amongst each PAR. The GDP per capita, industrial structure, innovation capability, environmental awareness of local government and population density have significant positive impacts, while energy intensity exerts a significantly negative effect on environmental efficiency. In order to make more effective policies for improving China’s regional environmental efficiency, the hierarchical cluster analysis was applied to divide the 30 PARs into 3 sub-regions. A number of policy recommendations were provided for improving environmental efficiency according to the characteristics of each sub-region, which are helpful for the Chinese government to achieve the targets of environmental protection along with the economic development in the coming years.     

区域种植业气候适宜度及其对种植活动的响应——以四川省盐亭县为例

在分析盐亭县近63年来(1950—2012)种植业生产发展的基础上,选取该县农村社会经济条件相对稳定的近32年(1981—2012)为研究时段。运用农业生态气候适宜度方法,依据水稻、红薯、玉米、小麦和油菜等5种主要作物生育期的光、热、水等气候条件,分别估算各种作物的资源适宜指数、效能适宜指数和利用指数,构建小尺度区域种植业气候适宜度模型和种植活动对区域种植业气候适宜度的影响度模型,进行小尺度区域种植业气候适宜度以及种植活动对种植业气候适宜度的影响度估算,并对种植业生产对气候变化的适应进行探讨。研究结果表明,(1)近32年来盐亭县大春作物的平均资源适宜指数、效能适宜指数和利用指数(分别为0.578、0.281和48.37%)均大于小春作物(分别为0.304、0.128和42.24%),大春作物的气候适宜度高于小春作物,且作物间的气候适宜度差异较大。(2)受季风气候波动的影响,该县作物气候适宜度有明显的年际波动;该县近32年来气候变化对大春作物气候适宜度有轻微不利影响,而对小春作物气候适宜度趋于有利。(3)盐亭县近32年来种植业平均的资源适宜指数为0.466、效能适宜指数为0.212、利用指数为45.49%;受5种作物资源适宜指数、效能适宜指数,以及作物播种面积与产量年际波动的综合影响,该县种植业气候适宜度亦有明显的年际波动;气候变化对该县种植业气候适宜度总体上有不利影响。(4)近32年来该县种植活动对种植业气候适宜度的影响度平均值为0.00092,其年际波动较大。通过作物种植组合结构的调整,在20世纪90年代中期前对种植业气候适宜度的提高有微弱的正向影响,对气候变化有一定程度的适应;而后期则有负向作用。     

基于生态-经济比较优势视角的建设用地空间优化配置研究——以扬州市为例

随着生态空间日益萎缩,生态环境不断恶化,经济发展与生态保护矛盾日趋加剧。为了协调经济发展空间与生态保护空间的矛盾问题,促进生态、经济协调持续发展,综合运用景观生态学方法与经济学原理,从"生态-经济"比较优势视角对建设用地指标进行空间优化配置。运用景观安全格局方法构建区域综合生态安全格局,据此计算空间单元的生态重要性指数,采用最小累积阻力模型对区域建设用地开发经济适宜性进行评价,计算空间单元的建设用地开发经济适宜性指数;其次运用生态重要性指数与经济适宜性指数计算建设用地开发比较优势度,以比较优势约束性满足程度为目标函数构建建设用地空间优化配置模型,并用蒙特卡洛(Monte Carol)法对之求解。以江苏省扬州市为例作了实证研究。结果显示,未来扬州市建设用地向南部经济发达地区集中,北部地区主要承担生态保护功能;建设用地配置结果呈现出经济发展与生态保护的错位格局,有助于扬州市生态保护与经济发展。从"生态-经济"比较优势视角提出了建设用地空间优化配置方法,为土地利用规划及生态保护规划编制提供了科学依据。     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

Interaction characteristics and development pattern of sustainability system in BHR (Bohai Rim) and YRD (Yangtze River) regions,China

The well-run structure, function and dynamics of complex regional sustainability system are critical for maintaining regional sustainability stability, so exploring the interaction characteristics and development pattern of the system should be considerably significant. Based on the new comprehensive index system of sustainability system, the indices of social, economic and eco-environmental dimensions and nine thematic indices are firstly presented for BHR (Bohai Rim) and YRD (Yangtze River) regions during the period 2001–2010, and then the regional sustainability changes are further tracked by regional sustainability index (RSI) and regional coordination index (RCI). Furthermore, we mainly focus on the dynamic interaction characteristics and propose green development index (GDI) to reflect the development pattern of BHR and YRD from the perspective of taking all indicators into account. The study results show that: the average annual growth rates of the indices of social, economic and eco-environmental dimensions of the BHR region are 10.00%, 19.11% and 0.37% during the study period, while the ones of YRD region are 7.32%, 20.25% and 0.46%, respectively, demonstrating that economic progress is the fastest-improving pillar for RSI of the two regions; the standard deviations of the indices of three dimensions that can construct a triangle diagram and the amount of that failed to construct are both decreasing from 2001 to 2012, showing that the RCI of two regions have made some progresses; BHR have stayed in some positions where eco-environmental level gradually decreases (from 0.50 to 0.45) with the progression of socioeconomic situations (from 0.20 to 0.50), while BHR in a position where eco-environmental level gradually increases (from 0.53 to 0.57) with the progression of socioeconomic situations (from 0.25 to 0.55), revealing dynamic interaction characteristics, and then in their evolution trajectories, YRD has been principally at the intermediate sustainable development stage while BHR always at the potentially unsustainable one; the green social or economic development degree, associated with the uneven resource utilization and eco-environment occupancy among provinces, should contribute most to regional development pattern. The study guides a direction where the policy makers need to improve in regional sustainability management.