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。     

基于三维生态足迹扩展模型的浙江省自然资本动态评估

自然资本是人类生存的基本条件,也是可持续发展的基础,受到社会各界广泛关注。本文采用三维生态足迹扩展模型对浙江省2000年、2004年、2008年、2012年和2016年的生态足迹广度、深度及生态承载力进行估算,反映自然资本的动态变化。结果表明:2000—2016年,浙江省的人均生态足迹广度呈先增后减的趋势,2012年达到峰值2. 7950hm~2·cap~(-1),浙江省处于严重的生态赤字状态;在区域自然资源供需矛盾日益突出的趋势下,2012—2016年,浙江省的足迹深度由8.2144下降至8.1696,这提供了通过开发节能技术,寻求新型替代能源来减缓生态压力的发展思路;浙江省自然资本透支主要在耕地和草地两种生态生产性土地上,且二者存量的消耗总体上呈持续增大的趋势。本研究结果可以丰富自然资本评价方法,为加快生态文明体制改革、建设美丽中国提供参考。     

新疆生态经济系统可持续发展空间格局

运用生态足迹模型、生态经济系统发展能力指标、生态压力区分区标准和生态经济系统分区标准分析了1995—2010年新疆生态可持续性和生态经济系统可持续性的时空演变过程。结果表明:(1)1995—2010年间,生态压力指数、生态赤字总体逐年增大,新疆生态环境不可持续性增强;生态经济系统发展能力指数呈快速上涨趋势,生态经济系统发展能力显著提高,万元GDP生态足迹显著下降,资源利用效率有明显的提高。(2)各地州市1995—2010年间区域差异逐渐增大,生态赤字区逐渐增多,生态压力指数逐渐增大,生态环境不可持续性逐渐增强。一直处于高生态压力区的是乌鲁木齐市、克拉玛依市和石河子市,主要是因为它们经济发展水平和城市化水平高,生物资源、能源消费量大。(3)2000年后,各地州市可持续发展状况发生巨大的变化,主要是因为生态足迹的快速增长,生态承载力基本不变,导致生态压力指数增大,生态赤字增加,归根源于西部大开发战略的成效显著,新疆各地州市经济发展和人口快速增长,生物资源能源消费量增多;1995—2010年间,新疆各地州市生态经济系统发展能力和资源利用效率有了显著提高,但是区域差异变大。新疆生态环境和生态经济系统可持续发展面临挑战。     

生态足迹改进方法及其在区域可持续发展研究中的应用

生态足迹法是一种度量可持续发展程度的有效方法。本文选用传统生态足迹法及其改进方法——"实际土地需求法",结合遥感(RS)和地理信息系统(GIS)技术对岷江上游地区1982—2000年的可持续发展状况进行了时间动态分析。结果表明:研究区的人均消费生态足迹在研究时间段内呈缓慢上升趋势;实际土地需求法计算结果小于生态足迹法。1982—1998年,研究区每年向外输出大量木材,木材足迹与消费足迹计算结果相似。虽然生态承载力大于实际土地需求,但其呈明显下降趋势,表明研究区的资源利用方式并不合理,生态环境一直朝着不可持续的方向发展。1998年开始实施的"天然林保护工程"的生态作用对研究区生态承载力的作用尚未显现,应进行进一步的跟踪研究。     

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。     

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。     

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。     

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以温州市为例

生态足迹模型是土地承载力评价的重要方法。通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从大于等于1扩展到大于等于0,将生态盈余状态的分析纳入一个统一的三维模型框架,实现了自然资源消费对资源流量和资源存量占用程度在核算上的统一。以温州市为例,运用扩展后的三维模型计算了2000—2012年间温州市的生态足迹、足迹深度、生态赤字(盈余)。在此基础上,引入粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地承载力评价指数,判断当前市域土地是否处于超载状态,以及超载程度。研究结果表明:2000—2012年间,温州市人均生态足迹从整体生呈逐年上升的趋势,人均生态生产性土地面积基本保持不变,生态赤字严重且逐年上升,温州市土地承担着巨大压力;2000—2012年间温州市足迹深度在4—6之间,自然资源流量远远不能满足自然资源需求,需要消耗大量的自然资源存量来支撑当前的发展和消费;温州市粮食压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合压力指数均大于1,耕地、水域、林地均处于超载状态,且自2000年以来,温州市土地所承载的自然资源消费压力是其承载能力的4倍以上。     

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。     

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。     

宁波市本地三维生态足迹时空演变及驱动机制研究

生态足迹研究有利于揭示人类活动对区域生态环境影响,对统筹经济发展与生态环境保护有重要意义.以2006—2016年宁波社会经济面板数据为基础,测算本地生态足迹与生态承载力,并进一步计算足迹深度、足迹广度等指数,利用偏最小二乘回归法分析生态足迹动态演变的驱动机制.研究发现:1)宁波市当前发展方式对资源能源和生态环境产生巨大...     

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。     

新疆生态足迹与环境压力的时空分异

提高生态现代化总体水平是改善区域生态环境承载力的核心和关键。利用生态环境质量指数和生态现代化指数(EM I)对我国西部生态环境脆弱区的新疆维吾尔自治区生态足迹和环境压力的变动态势进行了系统分析。结果表明:2004年新疆生态现代化指数在全国排名为27位,仍然为我国生态现代化水平落后的地区之一。1980—2005年,新疆综合现代化水平远低于高收入国家、世界平均水平和中等发达国家。1998年新疆人均生态足迹由25957hm2增加到2007年的40551hm2,人均生态承载力由3.1270hm2减少到2.8266 hm2。区域环境水平呈下降趋势。资源转化率、生态保护指数呈明显上升态势。环境治理指数呈剧烈变动,1996-2003年呈"N"型变动态势,区域生态脆弱性没有明显逆转。     

基于生态足迹修正模型的江苏省海洋经济可持续发展分析

基于生态足迹的理论和方法,提出海洋生态足迹的概念,并根据江苏省海洋环境的特殊性,构建了渔业用海、交通运输用海、工程建筑用海、能源用海、滩涂5个海洋生态足迹子模型,采用改进熵值法确定5类用海的均衡因子,分析了2000-2008年江苏省海洋生态足迹和生态承载力.结果表明:2000-2008年间,江苏省人均海洋生态足迹增幅近7倍,从36.90 hm2上升到252.94 hm2;人均生态承载力从105.01 hm2增至185.49 hm2,呈平稳增长态势;2000年,江苏省海洋环境处于生态盈余状态,海洋经济呈弱可持续发展状态,2004年,海洋生态环境急剧恶化,生态赤字高达109660.5 hm2,海洋经济可持续能力下降.渔业用海的高生态足迹是造成江苏省海洋生态赤字的主要原因,滩涂是维持江苏省海洋经济可持续发展的重要后备资源.     

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。     

丘陵山区土地利用生态功能评价及结构优化

针对生态普遍脆弱的丘陵山区实施土地利用生态评价, 科学优化土地利用结构, 对维持良好稳定的土地生态功能、提高土地利用效率具有重要的现实意义。采用传统经典的生态足迹模型, 对西南丘陵区重庆市荣昌区近10年(2007—2016年)土地生态功能实施评价, 并选用多目标规划模型方法, 以土地生态赤字最小化为目标, 对全区土地利用结构进行了优化调整。研究结果表明: (1)近10年, 受土地利用不合理配置的扰动, 荣昌区人均生态赤字持续增长、人均生态承载力逐年降低, 生态赤字由2007年的1.77 hm2·人–1增加到了2016年的3.19 hm2·人–1, 年平均增长幅度为8.02%, 到2016年生态赤字是生态承载力的8.37倍, 土地资源利用呈现出压力较大、生态问题较多的状态。(2)土地利用结构优化会更好提升土地利用生态功能, 促进土地利用生态系统的良性稳定。基于土地生态赤字最小化目标, 经优化, 荣昌区生态调节功能较强的林地和草地面积增加10051.58 hm2, 耕地面积减少9181.64hm2, 城乡建设用地面积减少1379.86 hm2, 自然保留地减少45.44hm2。实现结构调整后, 区域生态承载力预测将提高22.58%, 人均生态赤字将减少0.07 hm2·人–1, 优化后的土地利用结构实现了全区生态、经济和社会效益的统一。     

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。     

农户收入差异对生活用能及生态环境的影响--以江汉平原为例

以江汉平原为例,通过入户调查方式获取基础数据,利用层次分析法考察农村居民收入差异对生活用能选择的影响,并采用生态足迹模型测算不同收入农户生活能源消费的生态环境效应。研究发现:(1)能源属性对不同收入农户的选择行为影响较大,高收入农户对舒适性、卫生性较强的电力能源消费较多;中、低收入农户则消耗了较多的薪柴、秸秆等非商品能源,比较关注能源的经济性;(2)能源消费数量及生态环境效应因农户收入不同而存在显著差异,高收入农户每年人均消费数量较多,为533.89千克标准煤,分别比低收入和中收入农户高出25.24千克标准煤、7.32千克标准煤;高收入农户每年人均用能足迹最多,为2.1569hm²,分别是低收入和中收入农户的5.87倍、2.58倍;(3)随着收入水平的不断提高,农户生活用能数量增多和消费结构的"商品化"、"高碳化"倾向十分明显,总足迹的增长主要来源于商品能源的消费增长。研究成果有助于理解和解决当前日趋严峻的能源供需矛盾和温室气体减排问题,为制订合理的节能减排策略、优化农村用能结构提供参考依据。