基于生态系统服务价值的生态足迹模型均衡因子及产量因子测算

均衡因子和产量因子是生态足迹模型中的关键参数,现有的测算方法多根据物质生产和消费实现,忽略生态系统提供服务的能力。本研究提出基于生态系统服务价值的均衡因子和产量因子测算方法,并以1990、2005和2015年北京市门头沟区为例,研究生态涵养发展区生态承载力,并与通用因子计算结果对比。结果表明:(1)基于生态系统服务价值获取的均衡因子:水域>林地>耕地。水域均衡因子最高,平均值达到8.37。耕地均衡因子最低,平均值仅为0.24。林地均衡因子高于耕地,均衡因子平均值为0.71。说明该方法较好的表现了不同生态系统提供生态服务能力的差异;(2)基于该研究方法获取的不同生态系统的产量因子接近:耕地>林地>水域,均值分别为0.90,0.87和0.86,且呈逐年递减趋势;(3) 1990年到2015年,门头沟区生态承载力先降低后提高,生态足迹先提高,再降低,2005年出现生态赤字,其森林、耕地和区域生态承载力与生态足迹小于通用因子生态足迹模型结果,水域生态承载力和生态足迹高于通用因子生态足迹模型结果。与通用因子相比,基于生态系统服务价值的均衡因子和产量因子更好的体现了研究区内...     

水资源生态足迹计算方法

Wackernagel创立的生态足迹模型是一种较好的评价可持续发展与利用的方法,但是在该模型中,仅评价了的地表水域的渔业功能,忽略了地下水和地表水作为水资源的其他功能.分析生态足迹模型及水资源的特点后,在其理论框架下设立水资源帐户,并阐述了该帐户的内涵,建立了水资源生态足迹以及水资源生态承载力的计算模型,确定了计算水资源帐户生态足迹所需的3个关键参数即全球平均水资源产量、全球均衡因子和地区产量因子,按水资源利用的一般分类对水资源帐户进行了细分.通过利用该模型对江苏省1998～2003年水资源生态足迹的计算,结果表明,计算结果可以客观的评价江苏省水资源可持续发展与利用的情况,证明了模型的正确性和科学性,从而弥补了生态足迹模型的不足.     

物种急剧丧失·生态严重超载·跨越“地球边界”·区域公平失衡·“一个地球”生活——《地球生命力报告2014》解读

2014年9月30日,世界自然基金会(WWF)、Zoological Society of London(ZSL)、Global Footprint Network、Water Footprint Network联合发布《地球生命力报告2014》,除了以前主要使用的地球生命力指数(Living Planet Index,LPI)、生态足迹(Ecological Footprint,EF)、水足迹(Water Footprint)等指标外,首次使用"地球边界"揭示地球面临的严峻挑战。报告显示:(1)LPI自1970年以来已下降52%,温带和热带地区分别下降36%、56%,陆生和海洋物种均下降39%,淡水物种减少76%;(2)1961年全球生态足迹76亿全球公顷(global hectare,ghm~2)、生物承载力99亿ghm~2、生态盈余23亿ghm~2,2010年全球生态足迹为181亿ghm~2、生物承载力120亿ghm~2、生态赤字61亿ghm~2,1961年碳足迹占人类总生态足迹的36%,2010年碳足迹占比为53%;(3)全球生产水足迹排名中,印度、美国、中国、巴西和俄罗斯以大量的绿水足迹位居前五名;全球200多个河流流域、26亿7千万人每年至少1个月严重缺水;(4)生物多样性丧失、气候变化和氮循环3个"地球边界"被打破,并且已经对人类健康及人类所需要的食物、水和能源产生明显影响;(5)高收入国家将生物多样性丧失及其影响转嫁给低收入国家,这是另一种资源进口方式;大多数高收入国家人均生态足迹均已超过地球上人均可获得的生物承载力,依靠进口其他国家的生物承载力弥补超载;低收入国家生态足迹最小,生态系统却遭受最大破坏,高收入国家较高的人类发展水平是以高生态足迹为代价。报告指出人类对生态系统和生态功能的过度索取,正在危害着人类未来的安康、经济、食物安全、社会稳定乃至生存,特别提到当前人类所作选择和所采取措施的重要性。确保有恢复力、健康的生态环境维持人类繁荣发展,比现在人口增长、资源消耗增加、气候变化和生态退化的警钟更具挑战性。整篇报告可以概括为5个主题:物种急剧丧失、生态严重超载、跨越"地球边界"、区域公平失衡、"一个地球"生活。     

浙江省1995—2013年生态足迹动态变化探析

运用生态足迹模型计算分析了浙江省1995—2013年的生态足迹和生态承载力,并对浙江生态承压变化及其成因进行了探讨解析。结果表明:浙江省生态环境长期处于超载状态,2006年后一直出现严重超载现象,全省消费约2倍自身生态系统供给能力。1995—2013年浙江省生态承载力在1.11—1.32 ghm~2·cap~(–1)之间小幅波动,而生态足迹则呈快速增加,增加速率约每年0.083 ghm~2·cap~(–1)。生态足迹随人们富裕程度升高呈显著性对数增长,随社会技术水平提高呈显著性负指数下降。因人们膳食结构变化,粮食消费在减少、肉蛋类及水产类消费在增多,使得耕地足迹以每年0.009 ghm~2·cap~(–1)的速率在降低,而草地和水域足迹则分别以每年0.003 ghm~2·cap~(–1)和0.002 ghm~2·cap~(–1)的速率在升高。2004年前浙江消费足迹以生物类资源为主,能源消费次之;其后能源消费占主导地位,能源消耗是近些年浙江生态环境出现严重超载的主因。     

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...     

基于生态足迹视角的长江流域生态补偿额度测算

随着我国城市化进程的加快,导致的生态问题日益严重,发展与保护的矛盾日渐突出,如何客观定量地对生态环境受到破坏的区域进行补偿,发展与环境健康并行是生态建设中面临的重要任务之一。以长江流域的十九个省级行政区作为研究对象,基于"省公顷"模型,对均衡因子及产量因子进行修正,计算生态足迹及生态承载力,利用GIS平台进行并对其进行空间分析;结合生态系统服务价值,建立了动态化长江流域的生态补偿标准模型;对长江流域各行政区生态补偿额度进行测算,并基于流域尺度、城市群尺度、省级尺度进行差异化分析。研究结果表明：（1）在2015-2017年,长江流域的生态足迹与生态承载力无明显变化,三年内基本持平。长江流域省级行政区的生态安全指数均大于1,表明整个流域处于不安全状态,需要对其进行补偿。（2）对于长江流域整体而言,生态补偿额度三年平均为1169.11亿元。（3）流域尺度上,上游、中游、下游的生态补偿额度呈现逐渐升高的趋势;城市群尺度上,成渝城市群最低,长江三角洲城市群最高;省级尺度上,上海最高,西藏最低。本文通过生态足迹及生态承载力计算得到的生态安全指数,可对生态环境所处的状态进行定量补偿及分析,并对生态补偿区域的确定提供指导性建议。     

基于能值的生态足迹模型及其在资源型城市的应用

为衡量和评价区域发展的可持续状况,针对传统生态足迹模型以土地生产力为基础的不足,结合能值理论和方法,运用能值转换率和能值密度对模型进行改进,建立基于能值的生态足迹模型。改进的模型重点在采用区域能值密度,更加全面真实地反映区域生态承载力的大小以及区域发展模式下生态足迹的需求。能值-生态承载力的计算主要考虑区域可更新自然资源和生物生产性土地的可更新部分;能值-生态足迹计算人民生活需求资源消费量和区域经济发展的资源出口量。模型应用的结果为:资源型城市徐州市2006年人均能值-生态承载力1.03hm2,人均能值-生态足迹37.76hm2,分别是其他改进模型计算结果的4.4倍和4.3倍。如果不进行能值转换率的全球能值基准转换,能值-生态承载力将是2.6倍。生物生产性土地的可更新部分在徐州生态承载力中占有很大比重;当地承载了其他地区发展所需要的大量能值-生态足迹(出口资源)。可持续性评价指数为0.97,表明在为其他地区发展做出巨大生态贡献的同时,徐州的可持续发展状况十分堪忧。适度控制资源开采规模,延长产业链,增加出口产品附加值;开发利用可再生能源是资源型城市兼顾社会经济发展和生态环境持续的发展策略。     

中国34个省级行政区三维生态足迹动态研究

当前中国正处于生态文明建设的关键时期,东西部环境资源不均衡的格局日益加剧,限制了区域社会经济的可持续发展。基于资源、社会经济统计数据,利用三维生态足迹模型对中国34个省级行政区进行动态研究,细化不同类型土地的均衡因子与产量因子,刻画2009—2016年人均生态足迹广度、生态足迹深度的时空特征,并探讨分析省域间的资本利用格局及其社会经济影响因素。主要结论如下：人均生态足迹广度在省域间差异较大,且生态足迹深度均已超过自然原长1.00;足迹广度在研究期间呈先降后升趋势,最高值为西藏的10.87—12.35 hm2/cap,最小值为澳门的0.02 hm2/cap;且资本流量占用率并不充足,广西与上海分别仅为47.68%—67.34%、66.31%—68.88%。香港、澳门、宁夏的足迹深度远高于中国均值,分别为19.24—26.02、8.60—10.88、4.60—7.46,最小值为西藏（1.64—1.79）,其中耕地、化石能源用地的生态赤字贡献率最高,而林地则为生态盈余状态。将各省自然资本利用格局聚类分为4类并通过ArcGIS进行空间分析。基于改进的三维生态足迹模型并系统性地应用于中国34个省域,本研究定量化各省的自然资本利用格局,可为中国区域间资源配置、政策制定提供基础数据支撑及环境决策参考。     

生态足迹模型的争论与发展

生态足迹模型自William Rees1992年提出、Mathis Wackemagel 1996年推广应用以来,在众多研究者的质疑和争论中不断发展、完善。目前,国内已有许多综述文章详细介绍了其理论假设、基本概念、计算方法、实证应用、一些缺陷改进等。在这些综述成果基础上,结合近2～3年的研究新进展,概括了10a来对其理论假设、均衡因子、产量因子、计算方法、过于静态性、缺乏预测性、结论单一性等方面存在的主要争论,聚焦了在概念发展、计算方法、均衡因子、产量因子、应用领域、时间序列、非线性科学研究方法、与其他社会经济指标相结合等方面进行的改进及发展,并指出今后生态足迹模型研究将要在计算方法改进、加强实践操作及市场化运作、与可持续发展政策的有机联系、与非线性科学研究方法相结合、长时间序列动态评估、单项指标等方面取得重要进展。这些争论、改进的综述及发展方向的提出,目的在于引发国内对生态足迹模型研究的新思考,推动生态足迹模型理论的进一步完善和发展。     

干旱区内陆河流域三维生态足迹时空变化分析——以玛纳斯河流域为例

干旱区生态资本独特但生态承载有限,其生态足迹供求关系及均衡机理倍受关注。以干旱区典型内陆河流域-玛纳斯河流域为靶区,根据干旱区土地利用/覆盖类型特征及变化趋势,基于绿洲生产消耗所产生的生态系统服务流动规律建立三维生态足迹评价模型,并利用干旱区本土参数对流域2000-2018年的生态足迹时空分异进行分析。结果表明：（1）受自然承载有限和社会经济发展交互影响,玛纳斯河流域生态赤字不断扩大。时间上,18年间流域生态赤字增长了4.36倍,人均生态赤字增长了3.12倍,其中能源用地和耕地占比高、增速快,对生态赤字的贡献远远超过其他类型;空间上,石河子市对流域生态足迹的贡献率明显大于沙湾县和玛纳斯县;（2）同期,玛纳斯河流域生态足迹广度增加了0.59倍,足迹深度增加了0.44,广深比达到3343876：1.63,流量资本占用不断增加,存量资本日趋消损,生态压力不断增大;（3）流域资源利用效率显著提高,18年内增加了4.73倍,增长速度为5778.3万元hm^-2 a^-1;（4）流域虽面临较大的生态挑战和人口压力,但在全疆范围来看并不突出。本土参数与省域参数和国家参数相比可较好反映流域自然资本利用现状,最后提出干旱区生态承载力的优化展望和流域可持续发展建议。     

沿海快速城市化地区能值生态足迹变化分析

当前我国经济的快速发展和生态环境之间的矛盾日益显著,不利于城市可持续发展。生态足迹目前已成为普遍接受的可持续发展指标,选定生态足迹改进方法——能值生态足迹模型,以城市化地区厦门市为研究区进行计算分析,以期发现快速城市化过程中可能面对的问题。首次计算分析了厦门市1980年至2010年的能值生态足迹动态变化,并对其可持续发展进行了评价。结果表明,30年间厦门市人均生态足迹需求从1980年的8.6 ghm2持续增长至2010年的52.8 ghm2,而供给方面的人均生态承载力却从1980年的181.2 ghm2持续下降为47.5 ghm2,2009、2010年该市由生态盈余转为生态赤字。同时,从生态足迹组分及其比例来看,30年间化石燃料用地和建设用地的生态足迹增长迅速,二者对厦门市人均能值生态足迹变化贡献最大,并且成为2000年后总体足迹中所占比例最大的组分,各自占比超过20%。结果分析显示,厦门市开始面临逐渐加重的生态环境压力,需要开始重视其可持续发展。因此调整厦门市的产业结构和控制城市化发展非常必要。一方面,应该降低第二产业的比例,降低对化石能源的使用,同时促进第三产业的发展和第一产业的现代化,以此为城市提供更多的资源供给并降低资源需求,特别是化石能源的需求。     

污染足迹及其在区域水污染压力评估中的应用——以太湖流域上游湖州市为例

传统生态足迹理论虽然在可持续发展评价等方面得到了广泛的应用,但却仍然无法全面衡量人类活动对生态系统造成的各种影响。其无法全面评估人类活动的根源在于,土地功能排他性假设限制了其对利用生态系统非生物生产性产品和服务的人类活动的衡量。为了摆脱传统生态足迹理论的局限性,建议承认土地功能多样性的客观事实,将生态足迹构建于多种生态系统服务功能之上。针对传统生态足迹对定义中废弃物吸纳的考虑不足,提出了基于污染物吸纳功能的生态足迹,即污染足迹。污染足迹不是对传统生态足迹中能源足迹的简单置换,而是能够囊括人类活动产生的大部分污染物,并可以根据不同的污染物类别或类型进一步细化的足迹类型。构建了太湖流域有机物、氮和磷污染足迹模型,并利用该模型对流域上游湖州市的水污染压力进行了综合评估。结果表明:(1)2007年湖州市污染足迹为39948.73 hm²,东部平原地区污染足迹较大,西部丘陵地区污染足迹相对较小;(2)湖州市人类活动排放的氮磷污染物对水域空间的生态占用已经远远超过了有机污染物;(3)2007年湖州市污染承载力为20896.00 hm²,污染赤字为19052.73 hm²,人类排污活动俨然超出了当地水域的承载能力;(4)2007年湖州市污染压力指数为1.91,当地水环境总体上处于轻度接近中度污染压力;(5)湖州市水污染压力较大的地区,区域内人类活动的维持建立在区域水环境质量恶化或污染物向下游输移的基础之上。     

基于NFA计算方法的厦门市生态足迹分析

运用国家生态足迹账户(NFA)计算方法(2010版),计算并分析2000～2009年厦门市的生态足迹和生态承载力,旨在展示国外生态足迹计算方法研究最新进展,更准确地揭示近年厦门市生态足迹和生态承载力状况。结果表明:2000～2009年厦门市人均生态足迹由1.686 9 gha快速增长至3.245 2 gha;人均生态承载力由0.317 2 gha持续下降为0.268 5 gha;生态赤字持续快速扩大,支撑经济发展由需要5.32个厦门变为需要12.09个厦门的生态承载力;碳吸收地在生态足迹结构中始终占据第一位且呈快速扩大趋势,是厦门市生态赤字的主导因素;生态效率呈持续增长趋势,但目前厦门市生态效率还远低于主要发达国家。     

西北地区三维生态足迹生态安全评价及驱动力分析

西北地区生态脆弱,进行生态安全评估和驱动力分析具有重要意义。选取土地利用影像和植被净初级生产力产品叠加细化均衡因子和产量因子,利用三维生态足迹改进模型测算和空间刻画西北地区2009—2017年的足迹深度,足迹广度和区域三维生态足迹;然后基于上述结果计算生态压力指数、生态协调系数、生态足迹多样性指数、流量资本占用率和存量资本流量利用比描述生态安全变化;最后用STIRPAT扩展模型结合主成分回归模型分析三维生态足迹演变的主要驱动因素。结果表明：(1)2009—2017年研究区的区域足迹广度总体上呈现为先升后降的趋势,2009年最低为3.116 hm~2/人,2016年达到最高为3.796 hm~2/人;区域足迹深度研究期内一直上升,从2009年的11.550 hm~2/人上涨为19.031 hm~2/人;三维生态足迹研究期内也一直增加,由6.006 hm~2/人增加为9.760 hm~2/人。(2)研究区2009—2017年整体生态安全持续恶化,生态压力不断增大,其中宁夏生态安全形势严峻,新疆和陕西生态环境脆弱,甘肃生态安全程度相对较差,青海生态安全良好;不同地区地类的安全状况基本不同,但...     

山东半岛城市扩展模式与生态足迹的关系

理解城市扩展模式与生态足迹动态之间的关系是区域可持续性研究的重要内容,对实现城市可持续发展具有重要指导意义。然而,目前对这二者关系探索的实证研究较少。以山东半岛城市群为例,掌握其2000—2010年的城市扩展模式与生态足迹动态特征,并探索二者之间的关系。采用景观扩展指数和生态足迹模型对研究区的城市扩展模式和生态足迹动态进行计算。在此基础上,将该区44个县划分为4种类型,用相关分析法对城市扩展模式和生态足迹动态的关系进行探索。结果表明,2000—2010年山东半岛城市群的城市用地面积增量加了1.2×10~5hm~2,增幅为19.4%。44个县均体现出边缘型扩展面积最大,生态赤字增加的特点,平均赤字增量为1.26 hm~2/人。垦利等27个县的外延式扩展面积与生态赤字增加量存在较显著的正相关关系,在济阳等17个县中,二者未呈现出相关关系。建议垦利、淄博和青岛等地区在未来城市发展中,控制飞地型和边缘型扩展面积总量,发展清洁能源,遏制化石能源足迹的增长趋势。     

基于改进三维生态足迹模型的洞庭湖区生态可持续时空演化研究

洞庭湖是长江流域重要的调蓄湖泊,也是中国重要的农产品主产区。科学评估洞庭湖区生态可持续状态,揭示其时空演化特征,对探究其生态可持续影响因素与作用机理,降低生态赤字具有重要意义。基于碳足迹与生态足迹理论构建了改进的三维生态足迹模型,填补了化石能源无法核算生态承载力的问题,同时调整了不同土地利用类型的参数因子。在对洞庭湖区25个区县进行可持续发展的动态评价分析中,计算了2000—2019年生态赤字、足迹广度与深度的时空分布特征。研究结果表明：(1)近20年来洞庭湖区的人均生态足迹增长速度远高于人均生态承载力,致使人均生态赤字在时间维度上不断增大,空间维度上呈湖滨向周边地区扩散的趋势;(2)洞庭湖区除林地之外的土地利用类型均存在自然资本存量的消耗,且表现为高生态赤字;(3)三次产业结构的分配、土地利用的变化、居民对生活质量的提高以及生态保护政策的有效实施等均会对洞庭湖区的可持续发展产生较大影响;(4)改进后的化石能源账户相较于传统账户的计算方法更能反映真实的碳排量与碳吸收量。研究以期为洞庭湖区土地利用、生态保护以及促进社会经济可持续发展提供科学参考。     

生态足迹的模型修正与方法改进

生态足迹是测定人类活动的资源消费需求,判明自然资产是否被过度利用的有效工具。介绍了生态足迹的基本概念和模型,简单分析基本模型存在的主要缺陷和争论,重点解析了近年来生态足迹模型在参数调整、项目计算、账户扩展等方面的演变和修正。介绍生态足迹研究的传统方法:综合法和组分法,评述了生命周期评价,基于投入产出分析,三维模型,净初级生产力,能值理论,时序分析等的方法改进。对未来的研究方向提出自己的看法,期望对我国的生态足迹研究有一定的启示作用。