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。     

区域生态足迹盈亏测算及其空间特征——以江苏省为例

生态足迹分析法能够通过计算生物生产性土地和水域的产量,估算人类对自然资本的消耗和自然资本的供给情况,进而对区域发展的可持续发展状态进行定量评估。论文在改进国家公顷生态足迹模型的基础上,对江苏省及其13个地级市生态足迹盈亏进行测算,进而揭示其空间演化特征。研究结果表明:(1)2015年江苏省的人均生态足迹为1.7890 hm2/人,人均生态承载力为0.2991 hm2/人,生态赤字为-1.4899 hm2/人,万元GDP生态足迹为0.2033 hm2/万元;(2)地级市中,人均生态足迹上,常州市最高为2.9317 hm2/人,宿迁市最低为1.7348 hm2/人;人均生态承载力上,盐城市最高为0.6111 hm2/人,苏州市最低为0.0812 hm2/人;人均生态赤字上,常州市最高为-2.8115 hm2/人,盐城市最低为-1.1503 hm2/人;万元GDP生态足迹上,宿迁市最高为0.3956 hm2/万元,无锡市最低为0.1651 hm2/万元;(3)江苏省及其苏南、苏中地区的人均建筑用地生态足迹和化石能源用地生态足迹所占比例较大,苏北地区人均耕地生态足迹和草地生态足迹所占比例较大;(4)人均生态足迹和生态赤字在空间分布上较为一致,呈现出南高北低的特征,而人均生态承载力呈现北高南低的分布特征;万元GDP生态足迹空间分布北高南低,整体上与人均地区生产总值成反比。研究结果能够为江苏省区域协调发展、生态文明建设提供理论指导和定量参考。     

宁夏生态足迹影响因子的偏最小二乘回归分析

生态足迹分析方法是一种度量区域生态可持续程度的有效方法,偏最小二乘回归法(PLS)能有效解决多元回归分析中变量的多重相关性问题,具有容易操作,相关分析精度高等特点。以宁夏为研究区域,在计算了宁夏2001—2010年人均生态足迹的基础上,应用偏最小二乘回归分析法,对影响宁夏生态足迹的各因子的重要程度进行了分析。通过变量投影重要性分析、特异点分析和预测分析,证明所得偏最小二乘回归模型具有较好的精度。研究结果为:2001—2010年,宁夏人均生态足迹由1.818103793 hm2上升至2.894958909 hm2,生态赤字由1.28352051 hm2上升至2.42316627 hm2,生态承载力由0.53458328 hm2下降至0.47179264 hm2;全区GDP、城镇居民人均生活消费支出、第二产业产值和第一产业产值是影响宁夏生态足迹的显著因子。     

基于国家生态足迹账户的海陆养殖产品研究

海陆养殖产品是人类蛋白质营养摄取的重要来源, 而生态足迹是评价评估人类在获取蛋白质对地球生态系统和环境的影响的重要方法。本文运用国家生态足迹账户分析法核算了我国海水养殖产品和畜牧业产品2009—2014年的生态足迹及2014年的单位蛋白质生态系数。结果表明: 2009—2014年我国海水养殖产品中扇贝的人均生态足迹最高, 从0.0005 hm2增长到0.0007 hm2; 2009—2014年畜牧产品中猪肉的人均生态足迹最高, 从1.2 hm2增长到1.4 hm2; 畜牧产品的人均生态足迹普遍高于海水养殖产品, 畜牧产品人均所需的生物生产性面积是海水养殖产品的2000倍; 由2014年的单位蛋白质生态系数核算得知, 畜牧产品的平均单位蛋白质生态系数为0.1381 hm2•kg–1, 其中羊肉的蛋白质生态系数最高, 达到0.1595 hm2•kg–1, 海水养殖产品的平均单位蛋白质生态系数为0.0020 hm2•kg–1, 其中海水鱼的单位蛋白质系数仅为0.0004 hm2•kg–1。因而在获取同等条件的蛋白质营养供给时, 我们可以优先考虑海水养殖产品, 这样既能改善国民蛋白质营养供给结构, 又能降低生态环境的生态负荷, 同时也是我们发展海洋经济、经略海洋的节点。     

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。     

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。     

舟山群岛新区生态足迹与可持续发展评价研究

基于生态足迹理论和计算方法, 对舟山群岛新区1993—2012 年的人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字进行计算分析, 并通过生态多样性指数和发展能力的计算, 对舟山群岛新区进行可持续发展评价研究。结果表明: (1)20 年间, 舟山群岛新区的人均生态足迹不断增加, 处于生态赤字状态且不断波动, 作为海岛型城市, 其生态承载力和生态赤字的大小受当年水质优劣和消费结构的影响。(2)舟山群岛新区目前处于不可持续发展状态, 但生态足迹万元GDP 不断减小, 说明其资源利用效率在不断提高。舟山群岛新区海岛城市背景特殊, 要通过水域环境的保护、改变能源消费方式等提高其生态承载力, 增强可持续发展能力。     

基于生态足迹方法的西南地区典型资源型城市攀枝花市的可持续发展研究

生态足迹是衡量区域可持续发展程度的重要评价指标。运用生态足迹方法, 估算西南地区典型资源型城市攀枝花市1995-2013 年人均生态足迹及人均生态承载力, 并在此基础上通过生态压力指数、单位万元GDP 生态足迹以及生态可持续指数对攀枝花市生态可持续利用状况进行评价与分析。结果表明：攀枝花市人均生态足迹上升较快尤其是能源生态足迹, 同期人均生态承载力变化趋势较小, 人均生态赤字的变化与人均生态足迹的增长具有同步性, 从1995 年的4.783 hm²·人^-1 增长到2013 的11.74 hm² 人^-1, 人均生态赤字较大; 生态压力指数逐年增加, 2013 达22.15, 较1995 年增长8.69, 生态环境压力较大; 单位万元GDP 生态足迹随着攀枝花市经济转型, 从1995 年的6.14 hm²·万元^-1下降到2013 年的1.72 hm²·万元^-1, 自然资源的利用率有逐年提高的趋势; 但近年来生态可持续指数<0.2, 且有下降趋势, 其可持续发展程度仍属于强不可持续。     

旅游城镇化不可转移生态足迹演变及驱动因素

研究沿用不可转移生态足迹反映旅游城镇化地区所承受的生态压力,利用偏最小二乘法构建足迹与驱动因子之间的回归模型,并通过构建驱动指数模型,比较各驱动因素对不可转移生态足迹变化的贡献。以张家界为案例地,研究旅游城镇化各阶段足迹演变及驱动规律。研究结果显示：（1）旅游城镇化地区不可转移生态足迹、人均不可转移生态足迹总体上呈现出平缓增长的动态变化,发展能力具有不稳定性。对外开放程度的提高,并不能抑制足迹的增长。在不控制生产总量的情况下,资源生产效率的提高会带来更多的不可转移足迹。（2）各因素对人均不可转移生态足迹影响的弹性系数由大到小分别为城镇居民人均可支配收入、第二产业增加值、城镇化率、第三产业增加值、资源生产效率、城市建设用地、第一产业增加值、旅游人口密度。产业内部结构会影响产业增加值对人均不可转移足迹的弹性系数。（3）旅游城镇化初级阶段,不可转移生态足迹增加,最主要的驱动因素是第二产业增加值、旅游人口密度、第三产业增加值;旅游城镇化高级阶段,不可转移生态足迹增加,最主要的驱动因素是第三产业增加值、第二产业增加值、第一产业增加值。建议如下：在旅游城镇发展的初级阶段,合理推进城镇化进程,控制旅游规模,提高第二产业、第三产业生产效率,改变高能耗结构,培养居民、旅游者生态意识;在旅游城镇发展的高级阶段,调整第一产业和第三产业内部结构,提高第二产业效率,培育以旅游引导的技术密集型业态,提高第三产业比重和质量,通过贸易实现生物生产性足迹输出,有效控制不可转移生态足迹的增长,显著提高旅游城镇化地区发展能力。     

广东省2000—2012 年生态足迹分析

运用生态足迹的计算方法对广东省2000—2012 年的生态足迹和生态承载力进行了分析, 并且用ARIMA 模型对2013—2020 年的生态足迹变化趋势进行了预测。结果表明: 2000—2012 年, 广东省人均生态足迹呈现上升趋势, 人均生态足迹由2000 年的0.8158 ghm2·cap–1 增加到2012 年的1.1784 ghm2·cap–1; 人均生态承载力呈现逐渐下降的趋势, 由2000年的0.3748 ghm²·cap^–1 下降到2012 年的0.3122 ghm²·cap^–1; 人均生态赤字由2000 年的0.4410ghm²·cap^–1 增加到2012 年的0.8662ghm²·cap^–1; 万元GDP 生态足迹由2000 年的0.6631 ghm²·mil^–1 下降到2012 年的0.1783 ghm²·mil^–1。2000—2012年人均生态足迹均大于人均生态承载力, 广东省生态经济系统处于不可持续发展状态。预测显示2013—2020 年的人均生态足迹由1.1850ghm²·cap^–1 增加到1.2222ghm²·cap^–1, 人均生态赤字由0.8763ghm²·cap^–1 增加到0.9368ghm²·cap^–1。针对广东省的生态现状, 从优化产业内部结构, 合理利用土地资源, 转变经济发展方式等方面提出了减少人均生态足迹消耗的政策和建议。     

基于生态足迹的成都市可持续发展研究

近年来随着环境问题的不断恶化环境可持续发展面临严峻挑战, 而生态足迹方法作为一种区域可持续发展的定量度量方法, 在评价生态可持续发展和生态保护方面得到了广泛的应用。利用基于修正后的生态足迹模型并结合万元GDP生态赤字、生态协调系数, 分析成都市近8年来可持续发展状况。结果表明: 2008—2015年人均生态足迹呈现整体下降趋势, 年均减少3.64%; 人均生态承载力逐年下降, 年均减少2.29%; 人均生态盈亏一直处于亏损状态, 总体趋势向良好转变, 但本质上生态赤字却越发严重; 人均万元GDP生态足迹不断下降, 研究区资源利用率不断提高; 年均生态均衡系数为1.2415, 生态系统处于不稳定状态。成都市可持续发展形势十分严峻, 未来可通过提高生态承载力控制生态足迹, 从而提高可持续发展能力。     

甘肃省生态安全时空演变特征及影响因素解析

生态安全是维持经济社会与生态可持续发展的重要保障。西部大开发与"一带一路"倡议实施以来,西部城镇发展迅速,经济效益大幅提高,生态环境却面临极大挑战。因此,以西北地区重要生态屏障区甘肃省为研究对象,基于"省公顷"概念改进传统生态足迹模型,评价2005—2015年甘肃省生态环境演变特征和生态安全状况,定量解析其驱动因素。结果表明:(1)2005—2015年甘肃省人均生态足迹与人均生态承载力分别由0.51 hm~2/人和0.22 hm~2/人增加至0.69 hm~2/人和0.47 hm~2/人,生态承载力增加速度较快,但自然资源依旧呈"供小于求"的状态。(2)甘肃省人均生态赤字由-0.20 hm~2/人变化至-0.33 hm~2/人,生态恶化程度不断加深。生态压力也由2.07升至2.74,生态安全处于很不安全状态,总体"西北高、东南低"的格局与城镇化布局相一致。(3)各影响因素对生态安全变化的决定力存在明显差异,其中人均GDP对生态安全扰动最强,其余因素影响程度依次为"人均能源消费第二产业占GDP比重城镇化率人口密度科教支出占总支出比"。     

基于生态足迹理论的欠发达民族山区生态安全动态研究——以四川凉山彝族自治州为例

应用生态足迹的方法, 引入生态压力指数, 从时间序列的角度对凉山州的生态安全进行分析。结果表明:2004-2011 年, 凉山州人均生态足迹由2004 年的0.50666 hm2⋅cap–1, 增加到2011 年的0.59346 hm2⋅cap–1; 人均生态承载力从2004 年的 0.87343 hm2⋅cap–1, 降低到2011 年的0.71770 hm2⋅cap–1; 生态盈余值不断降低; 生态安全状态由安全状态恶化为过渡状态。论文最后探讨了凉山州要确保生态安全, 实现可持续发展需努力的方向。     

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。     

陕西省区域生态足迹动态变化及驱动因素差异研究

在分析2005-2015 年陕西省陕北、关中、陕南三大区域人均生态足迹、人均生态承载力、人均生态赤字和生态压力指数等动态变化的基础上, 采用STIRPAT 模型及PLS 方法比较了驱动三大区域间生态足迹变化的因素。结果表明, 陕北、关中、陕南人均生态足迹分别增长了107.3%、68.1%、66.6%, 人均生态赤字分别增长了296.7%、88.6%、346.0%, 三大区域生态压力指数呈上升趋势, 而万元GDP 生态足迹呈下降趋势, 区域生态差异性正逐步扩大。驱动三大区域生态足迹动态变化的主要因素是人均GDP、城镇化率和产业结构, 其中, 驱动陕北生态足迹发生变化的另一重要因素是人口总量。为此, 提出加速陕北工业转型升级、推进关中产业与生态的协同发展、推动陕南绿色循环发展等对策建议。     

基于生态足迹的土地资源可持续发展容量与潜在转换关系

耕地保护和建设用地扩张之间的矛盾愈来愈严重,严重威胁着社会经济的可持续发展。基于生态足迹理论,测算了卢龙县耕地和建设用地可持续发展容量和负荷系数,用以表征区域经济可持续发展所能容纳的耕地和建设用地规模,并以可供转用量为基准探讨了卢龙县耕地与建设用地潜在转换关系,结果表明:(1)1997—2008年卢龙县人均生态足迹、承载力和生态赤字分别为1.7667、0.5381hm2和1.2285hm2,平均每年增长3.40%、1.73%和4.29%;(2)耕地与建设用地足迹1997—2008年都处于增加趋势,耕地足迹多年平均为0.4621hm2/人,占总足迹的26.16%,建设用地足迹为0.0134hm2/人,其需求量较耕地明显下降。耕地承载力为0.3831hm2/人,占总承载力的71.20%;建设用地承载力0.1447hm2/人,占总承载力的26.89%,平均每年增长0.63%;(3)耕地可持续发展容量逐渐小于现有实际耕地面积,出现耕地利用负荷现象,不再满足可持续发展要求;建设用地可持续容量具有一定的波动性,负荷系数多年平均大于2.20。(4)1997—2003年,耕地需求未曾超出可持续发展的要求,可供转用量锐减到1889.46hm2;2004—2005年,耕地维持可供转用量已出现负值,建设用地整理供应满足耕地可持续发展要求;2006—2008年,即使将所有建设用地超额全部整理为耕地也不能满足其需求。     

南北疆区域经济差异化三维生态足迹自然资本利用的时空演变

如何刻画自然资源消费在区域间的流转机制及其对生态的影响,是测度区域可持续发展的难点。采用改进后的三维生态足迹模型并引入存量流量利用比和资本流量占用率,对2003—2018年新疆区域三维生态足迹进行核算,并分别测度新疆各地州市自然资本利用的程度,聚焦南北疆地区自然资本利用的差异性,利用偏最小二乘法(PLS)找出影响生态足迹变化的动因,最后结合基尼系数及差异系数量化南北疆经济差异程度,从自然和经济视角探究南北疆可持续发展态势与差异。结果表明:①2003—2018年新疆人均生态足迹持续增长,增长幅度为119.94%,人均生态承载力基本保持在1.7 hm~2左右,流量资本占用强度不断增加,生态赤字问题愈发严重。②研究期内,南北疆地区生态足迹的增长幅度和速度存在明显空间差异,呈现"北高快,南低慢"的态势。各地州市生态赤字情况呈现不同程度的增长趋势,高值区为北疆的克拉玛依市及天山北坡经济带。③第一产业增加值对生态足迹正向驱动作用最为显著,第三产业增加值对生态足迹起到逆向驱动作用。④2003—2018年间,南北疆地区基尼系数维持在0.4—0.5之间,处于中警警度水平,南北疆区域经济差异系数变化波动不大,北疆区域经济差异系数明显高于南疆区域。     

甘南藏族自治州生态足迹与生态承载力分析

运用生态足迹的各种计算模型和评价指数, 对甘南藏族自治州2000-2015 年的生态足迹、生态承载力情况进行动态测算, 并且利用回归分析对2016-2025 年的生态足迹与生态承载力变化趋势进行预测。研究表明:2000-2015 年甘南州人均生态足迹由1.2 hm²·cap^–1 上升到2.2hm²·cap^–1, 万元GDP 生态足迹逐年下降, 人均生态承载力变化较小, 呈微减趋势; 整体上处于生态盈余状态, 但盈余在逐年递减; 生态足迹多样性指数在0.63-0.71 之间平稳波动, 生态经济系统发展能力指数呈快速上升趋势; 生态环境由2000 年的生态很安全强可持续性状态逐渐变为2015 年的较安全弱可持续性状态; 预测显示甘南州自2018 年开始出现生态赤字, 未来发展趋势不容乐观。若不采取有效措施, 其生态可持续发展状况将面临严峻的挑战。     

广西生态环境可持续发展评估

生态足迹是一种度量可持续发展程度的方法,能定量判断一个区域生态环境是否处于可持续发展状况。基于生态足迹方法对2003年广西生态环境的可持续发展状况进行了评估。结果表明,广西2003年生态足迹为1.1378 hm2,可利用的人均生态承载力为0.5753 hm2,对资源的需求已超过其供给能力,人均生态赤字达到0.5625 hm2,生态环境已经处于不可持续发展状态,必须采取相应措施促使生态环境发展向良性和可持续方向转化。     

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&#183;人^-1以上;2004年为3．965hm^2&#183;人^-1,是1991年（2．250hm^2&#183;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&#183;人^-1,低于北方人均水足迹水平,属于水资源短缺型城市。