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.     

中国省际碳足迹广度、深度评价及时空格局

借鉴三维生态足迹方法构建了碳足迹广度、深度测算模型,对吸纳碳排放所占用的自然资本流量、存量进行区分,核算了2000—2016年中国30个省(市、自治区)碳足迹广度和碳足迹深度,并对其进行空间关联性分析。结果显示:①中国碳足迹广度受碳足迹和碳生态承载力的综合影响,由0.173 hm~2/人升至0.329 hm~2/人又降至0.301 hm~2/人;碳足迹广度高值区集中于东北、西北和西南地区,其自然资本流量尚未完全占用,低值区集中于东部沿海和中部,其自然资本流量已不足以补偿碳排放。②2008年起中国碳足迹深度突破自然原长1,数值由1.04升至1.42又降至1.31;研究期内碳足迹深度始终处于自然原长1的有10个地区,高值区集中于东部沿海和中部,尤其是上海可达298.83,以存量资本耗竭为主且生态持续性弱。吸纳碳排放所占用的流量资本和存量资本存在地域互补性。③中国碳足迹广度、深度呈显著的空间正相关。碳足迹广度H-H集聚区分布于东北和西北,该类集聚有减弱趋势;碳足迹深度H-H集聚区主要分布于东部沿海且向中部扩散,该类集聚有增强趋势。通过引入碳足迹广度、深度两项指标对碳足迹的研究方法进行了深化和完善,在碳排放对生态环境影响规模的刻画和表达上取得了较优于传统碳足迹的评价结果。     

淮南市三维生态足迹及其驱动因子研究

三维生态足迹综合考虑生态足迹的深度和广度, 对于理解城市可持续发展具有重要意义。基于三维生态足迹模型测度了淮南市 2007—2014 年的生态足迹动态变化, 并建立生态足迹影响因素指标体系, 利用多元线性回归模型对其驱动因子进行了分析。结果表明, 淮南市人均三维生态足迹由 2007 年的 3.8138 增加至 2014 年的 8.7164, 人均生态承载力下降至 0.2458; 生态足迹深度年均上升 12.55%,足迹广度处于相对稳定状态, 人均三维生态足迹受足迹深度与足迹广度共同影响, 但主要受足迹深度影响, 消耗存量资本逐渐成为区域发展的主流。模型分析表明, 经济发展、生态环境污染等因素对淮南市生态足迹有正向驱动作用; 生态环境建设、社会发展等因素对生态足迹有负向作用, 可减缓生态压力的扩大趋势。建议未来应转变经济发展模式, 优化产业结构,提高能源利用效率, 以减少足迹深度; 加大生态环境保护力度、保护耕地, 合理控制人口增长以减少足迹广度, 提高淮南市可持续发展能力。     

基于GTWR模型的浙江省海岸带三维生态足迹动态变化及其影响因素

厘清海岸带自然资本存量消耗和自然资本流量占用情况及其影响因素,能有效缓解海岸带社会经济发展与自然资源、生态环境之间的矛盾,促进区域协调可持续发展。本研究基于二维和三维生态足迹评价模型,分析浙江省海岸带2006—2016年生态足迹时空变化特征,基于足迹深度和足迹广度探究了区域自然资本存量和资本流量占用情况,并利用时空地理加权模型分析其影响因素的时空异质性。结果表明: 研究期间,浙江省海岸带生态危机加深,人均生态赤字平均值为3.5 hm²·cap^-1,人均生态赤字上升了15.5%,其中,能源消耗账户对人均生态足迹的贡献率大于生物资源账户;各县区人均生态足迹呈增长趋势,且空间分异显著。浙江省海岸带以消耗自然资本存量为主,且对自然资本流量更新起到较大的抑制作用;2016年,自然资本存量的消耗量是资本流量占有量的14.87倍。城市规模和经济发展水平、人民收入水平对浙江省海岸带各县区生态足迹以正向促进作用为主,渔业生产对生态足迹为负向影响,并有向正向影响作用转换的趋势,3个影响因子的影响机制时空分异性显著。     

成都市人均生态足迹和人均生态承载力空间分布差异

生态足迹方法是通过比较人类活动消耗的自然资源与自然生态系统所提供的生态承载力,定量的判断区域的可持续发展状态。采用生态足迹模型对2009—2014年成都市生态足迹、生态承载力状况进行了测算,并结合空间分析揭示了其空间演化规律。结果表明:(1)2009—2014年,各区市县人均生态足迹平均值有着逐年下降的趋势,由2009年的2.759hm~2/人下降至2014年的1.937hm~2/人,基本格局呈现出中间低,西南高,两翼居中的分布特征,高水平人均生态足迹集中分布在西南方向的蒲江县、大邑县,邛崃市;(2)2009—2014年成都市人均承载力呈现出较为稳定且有下降的趋势,由2009年的0.2314hm~2/人下降至2014年的0.2215hm~2/人,其空间分布特征与生态足迹呈现出较好的空间一致性;(3)人均生态亏盈,在时间上表现为逐渐向好,但其本质是趋势为生态赤字愈发严重,空间上呈现出与人均生态承载力情况"高-低,低-高"相反分布的特征,分布呈扩散型,即由中部的五城区向四周扩散,除五城区外,其余地区在研究期间内都为赤字,最严重区域集中在西南方向的蒲江县,最高达到-9.3189hm~2/人,亟需建立有效的生态足迹调控和补充机制。     

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。     

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。     

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。     

基于改进三维生态足迹的沈阳市自然资本动态

利用改进后的三维生态足迹模型,对沈阳市1995—2014年自然资本动态变化趋势进行分析.结果表明: 1995—2014年,沈阳市人均生态承载力整体呈小幅波动,人均生态足迹、人均生态赤字、人均足迹广度和足迹深度整体上呈波动式增加;足迹广度和足迹深度的变化率逐渐趋向稳定;耕地自然资本利用从2004年开始由资本流量过渡为资本存量,资本存量取代资本流量成为区域耕地自然资源需要的来源,且存量流量利用比逐渐增大;林地一直在利用资本流量,资本流量占用率基本保持不变;草地和水域一直在利用资本存量,且存量流量利用比逐渐增大;沈阳市的发展处于不可持续状态.协调好自然资本存量消耗与存量流量利用之间的关系是实现沈阳市可持续发展的关键途径之一.可通过开发新能源、合理规划土地和提高土地利用率来减少对自然资本的消耗,同时加强对生态环境的保护,以实现沈阳市的可持续发展.     

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。     

东北老工业区生态安全动态演变过程及驱动力

生态安全与国防安全、经济安全、金融安全等已具有同等重要的战略地位,并成为未来经济社会安全的主要约束。东北老工业区作为我国重要的老工业基地及粮食生产基地,其生态安全状况关系着中国可持续发展战略的实施。采用能值-生态足迹模型,对东北老工业区2000—2014年生态安全动态演变过程进行时间序列的定量分析,并采用主成分分析方法分析其驱动力。结果表明:研究期内,人均能值生态承载力从0.66 hm2/人下降到0.64 hm2/人,人均能值生态足迹由10.58 hm~2/人增加到19.85 hm~2/人,处于生态赤字状态,且赤字增大趋势明显;生态压力指数与生态安全等级均不断增大,生态安全状况呈恶化趋势,生态安全问题亟待解决,而这是由社会经济、人口状况、资源环境、技术水平及土地利用程度等因素共同驱动的结果。最后,提出了改善东北老工业区生态安全状况的对策建议。     

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。     

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。     

21世纪以来陕西生态足迹和承载力变化

采用修正后的生态足迹模型测算了2000—2012年陕西省生态足迹和生态承载力。修正的工作主要体现在增加了包括废气、废水和固体废弃物科目的污染排放账户,确定了同全球平均产量表科目有差异、但能体现陕西地域特点的板栗、核桃、禽蛋、蚕茧、花椒、棕片及生漆7个科目的全球平均产量,并且测算了对应的生态足迹。结果显示,21世纪以来陕西省人均生态足迹从1.300 hm~2/人增加到3.077 hm~2/人,人均生态赤字由0.374 hm~2/人增加到2.176 hm~2/人,人均生态承载力从0.926 hm~2/人减少到0.901 hm~2/人。这些数据表明陕西已处于生态超载的状态,且有逐步加剧的趋势。万元GDP生态足迹由2.626 hm~2/万元减少到0.799 hm~2/万元,表明全省资源利用率正逐步提高,经济发展能力持续向好。这一观点从发展能力指数由3.191增加到6.842也可得到验证。陕西省生态足迹值的上升和生态承载力的下降导致了生态赤字的增加。究其原因,第一,陕北能源重化工产业的发展对煤、石油等矿物能源消耗加速;第二,关中城市群中城镇人口聚集、工业企业发展等带来的污染排放增速过快;第三,陕南矿物资源开采伴生的生态环境破坏加剧。为此,陕西省应把生态承载力作为推进新型城镇化、承接产业转移和规范产业发展的重要依据,严格控制省内地级市以上主城区人口数量,提高县城和重点镇的人口城市化率,把重点镇建设和避灾扶贫移民有机结合起来,建立能源重化工、矿物开采等行业门槛,执行节能减排目标机制。     

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"。     

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。     

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。