基于净初级生产力的生态足迹模型及其与传统模型的对比分析

生态足迹模型因其可以定量度量生态可持续发展、计算简单、结论易懂、全球可比等特点,提出之后得到了大量的关注和应用,同时也面临着一些质疑和争论。文章介绍了一种基于净初级生产力的生态足迹理论和计算方法,并以该方法和传统生态足迹模型分别计算了中国1961-2007年的生态足迹,对计算结果进行了对比分析。结果表明,两种生态足迹模型的计算结果具有较高的相关性,表明基于净初级生产力的生态足迹模型结果可信。该种方法能够克服传统生态足迹模型的部分缺陷,在均衡因子选取、土地生态功能假设、CO2吸收等方面有了较大改进,能够较好地反映不同生态系统在生产力上的差异;在时间序列分析方面也更加合理。但该方法本身同时存在着计算方法不完善、对生态系统变化不敏感等问题,如何更紧密地结合生态足迹和净初级生产力是需要进一步研究的内容。     

基于净初级生产力的能源足迹模型及其与传统模型的比较分析

将净初级生产力和土地利用变化2个新指标纳入传统能源足迹模型,构建了基于净初级生产力的能源足迹模型。应用传统模型和改进后的模型分别计算了1999—2008年的吉林省能源足迹,并对2组结果进行了比较分析。研究结果表明：10年间,采用传统模型计算的吉林省人均能源足迹由0.7908hm2增至1.6770hm2,采用净初级生产力模型计算的人均能源足迹由0.2490hm2增至0.5237hm2。2种模型的计算结果在整体变化趋势和构成顺序上较为一致,但在历年变化速率和具体构成份额上存在一定差别。净初级生产力模型扩展了传统模型的研究范围,并在碳吸收参数选取等方面进行了较大改进,所得结果反映了区域综合碳吸收能力下的能源消费生态环境影响,更符合区域自然和社会实际状况,一定程度上是对传统模型的完善。     

区域能源碳足迹计算模型比较研究——以湖北省为例

能源消费排放是最主要的碳排放来源,研究能源碳足迹重要理论和现实意义。如何准确计算和表征能源碳足迹的大小成为该研究领域的重要问题。在文献回顾的基础上,文章总结了3种目前应用较广泛的计算区域能源消费碳足迹的方法和模型,它们分别是碳汇法、净初级生产力改进模型和净生态系统生产力改进模型。分别介绍了其计算公式、输入参数和计算过程。以湖北省1998-2009年能源消费碳足迹的计算为例,分别用这几种方法计算了能源消费碳足迹的总量和人均碳足迹。得到的主要结论有：研究区域能源消费碳排放量增长较快,3种方法和模型计算得到的碳足迹总量和人均量从时间序列上看,整体变化趋势一致,碳足迹亦呈现快速增长。但3种模型计算出的碳足迹大小差异较大,碳汇法模型足迹最大,净生态系统生产力改进模型次之,净初级生产力改进模型结果最小,并且碳汇法的计算结果明显大于其他两种模型。计算结果差异的原因在于,传统碳汇法模型只考虑林地的碳吸收能力,忽略了区域其他用地类型的碳吸收能力。净初级生产力改进模型考虑了各种用地类型的吸收能力,但从生态系统来说忽略了异氧呼吸的碳释放,高估了区域的碳吸收能力。几种模型都运用了固定值或者平均统计量,未能考虑地域差异,同时未考虑各统计量随时间和气候等变化而变化的可能,存在一定的不合理性,这也是今后研究值得深人研究的方向。     

基于能值改进的生态足迹模型在济南市的应用分析

运用传统生态足迹模型及基于能值改进的生态足迹模型分别计算了2007年济南市生态足迹与生态承载力,得出的人均生态赤字分别为2.4974hm2、5.2769hm2.两者的计算结果都得出2007年济南市的生态足迹超过其生态承载力,表明济南市的人类活动对该区域的生态系1统的影响远超过了该区域的生态承载力范围,将对生态系统造成较大的压力,生态环境处于不安全状态,研究区属于不可持续的地区.基于能值分析理论改进的生态足迹模型所采用的能值转换率、能值密度等参数更加稳定,克服了传统模型的不稳定、精确度不高的缺点,使计算结果更具有可信度,更准确地反映研究区域生态经济系统的环境状况.     

基于净初级生产力的中国各地生态足迹均衡因子测算

生态足迹作为一种非货币化的生态系统评估工具,是近年来国际上一种重要的判别可持续发展程度的生物物理量方法。均衡因子是生态足迹计算中的一个重要参数,其是否准确直接影响到计算结果的可靠性与可比性。随着生态足迹方法的广泛应用,其标准化和本地化研究成为迫切的需要。为便于区域水平上的生态足迹空间分析,采用中国2001年1km MODIS数据,根据植被的净初级生产力(net primary production,NPP),计算出全国和不同省份各种土地类型的均衡因子。结果表明,就中国平均均衡因子而言,农地和建筑用地为1.71,林地和能源用地为1.41,畜牧地为0.44,渔业水域为0.35;就不同省份而言,由于区域内不同土地利用类型的相对生产能力不同,因而均衡因子各不相同,但大体上呈现农地>林地>畜牧地>渔业水域的规律。     

基于重金属污染的耕地生态承载力改进模型研究

将耕地重金属污染引入耕地生态足迹研究中,对传统耕地生态承载力模型进行了改进,并以江苏省为例进行实证研究.结果表明,运用改进的生态承载力模型计算所得2005年江苏省人均耕地生态承载力为0.127 hm2,比传统模型计算结果0.134 hm2小;人均耕地生态赤字为0.067 hm2,比传统模型计算结果0.060 hm2大;耕地生态可持续指数为0.39,比传统模型计算结果0.41小,但2种模型计算方式下耕地利用均属于弱不可持续状态.与传统模型计算结果相比,改进模型所得结果能够反映江苏省耕地利用的实际情况,以及重金属污染对江苏耕地可持续利用所产生的负面影响.     

生态足迹改进模型在可持续发展评价中的应用研究

生态足迹分析通过计算生物物理量来衡量人类经济活动对自然生态系统服务的需求与自然生态系统承载力之间的协调程度,因为该方法思路新颖、计算简便而被广泛应用于国家和地区的可持续发展评价中。文章针对Rees W E等提出的生态足迹模型中存在的问题与不足(如:产量因子和当量因子参数选取偏差,生态功能差异表现不充分,模型不具动态性等)提出了改进生态足迹模型。利用改进后的生态足迹模型计算天津市1995—2005年的生态足迹及其动态变化值,天津市耕地、牧草地、林地、水域和化石能源用地人均生态足迹盈亏分别为0.0009,-0.3224,-0.1991,0.0255,-1.9600hm2·人-1,除耕地和水域略有盈余外,牧草地、林地和化石能源用地人均生态赤字均呈递增趋势。1995—2005年间天津市单位产值能耗居高不下、人口规模增长与建筑用地扩张是导致人均生态赤字扩大的根本原因。文章提出的生态足迹改进模型可以动态指示区域或城市经济发展水平与自然生态系统承载力之间的协调程度,为区域可持续发展战略制定和实施提供决策依据。     

基于ARIMA模型的辽河流域生态足迹动态模拟与预测

将能值与生态足迹理论相结合,引入能量折算系数,通过能值密度构建能值-生态足迹模型,并应用此模型对辽河流域2001—2010年生态承载力和生态足迹进行计算。生态承载力计算主要是自然生态承载力和本地产品产出承载力,其中自然生态承载力主要考虑可更新资源的承载力,本地产品产出承载力主要包括生物资源产出承载力和工业产品产出承载力。生态足迹的计算主要包括消费足迹和污染足迹,消费足迹主要测算生物资源消费、能源消费和水资源消费足迹。污染足迹主要测算废气和生活废水、工业废水对自然生态系统带来的负荷。测算结果表明:2001—2010年辽河流域人均生态承载力和人均生态足迹均有所增加,但是生态足迹的增长速度远远大于生态承载力,致使流域内自2001与2009年生态略有盈余外,其余年份均出现生态赤字,处于不可持续发展状态。以能值-生态足迹模型测算结果为基础,基于EViews采用自回归综合移动平均模型(ARIMA),对流域内10年的生态足迹和生态承载力进行动态模拟。首先通过ADF与PP单位根检验时间序列的平稳性;其次分析序列的自相关函数图和偏自相关函数,初步确定AR和MA的阶次;再根据R2、AIC及SC准则,进行模型参数估计并诊断分析;最后确定最佳模拟模型。以ARIMA模型预测2011—2015年辽河流域生态足迹和生态承载力的演变趋势。预测结果表明,人均生态足迹在未来5年内会继续呈直线式增长,到2015年达到7.387 8 hm2,是2001年的2.16倍;而人均生态承载力在2011年之后开始下降,生态赤字继续扩大,到2015年增长到-4.167 67,约为2005年的10倍,流域内不可持续发展形势会更加恶化。最后提出辽河流域生态安全建设的对策。能值-生态足迹模型测算结果与实地调研基本相符,较真实反映了辽河流域可持续发展状况。基于ARIMA模型模拟预测结果可为未来流域开发和建设提供参考依据。     

海洋初级生产力的卫星遥感估算模型

海洋初级生产力估算在渔业资源管理、碳循环和全球变化研究中具有重要意义,准确的海洋初级生产力估算模型可直接为渔业生产和海洋管理提供决策支持,卫星遥感技术能够及时提供地表大尺度、动态的生态环境参数,因而在海洋初级生产力估算方面得到了广泛的应用.首先介绍了遥感估算海洋初级生产力的原理,对不同遥感模犁包括经验模型和基于生物机理的BPM模型、LPCM模型和VGPM模型等生理过程模型进行了比较分析.以渤黄海海域为研究区,利用MODIS/AQIJA卫星数据产品中的海表温度SST、离水辐射率Lw、海水漫射衰减系数.Kd490和海洋光合有效辐射PAR,计算出水柱的最大碳固定速率、真光层深度、遥感叶绿素浓度.选择全遥感数据驱动的生理过程模型VGPM,对渤黄海的初级生产力进行了估算和分析.结果表明:通过MODIS卫星数据基于VGPM模型估算的渤黄海海域的海洋初级生产力很好地揭示了海洋初级生产力在不同海区的分布和变化.整个渤黄海海区初级生产力的总体分布为从近海向外逐渐降低,其中渤海要较高一些,和前人调查比较一致.     

基于生态足迹模型的贵州省仁怀市可持续发展及其影响因素研究

为探究仁怀市生态承载力变化特征,筛选影响可持续发展的关键因素,基于生态足迹模型分析了2010—2018年贵州仁怀市人均生态足迹、人均生态承载力及生态盈亏,同时选择生态足迹指数、生态压力指数、生态协调系数和万元GDP生态足迹4项指数和6项因子对仁怀市可持续发展状况与影响因素进行研究。结果表明,2010—2018年仁怀市处于生态赤字状态,人均生态足迹和人均生态承载力均呈先降后升趋势,人均生态足迹由1.5 hm~2·人~(-1)升至1.8 hm~2·人~(-1),增幅为20%,人均生态承载力由0.94 hm~2·人~(-1)升至1.08 hm~2·人~(-1),增幅为14.89%;仁怀市人均生态足迹和人均生态承载力分别以耕地和林地贡献为主,分别占人均生态足迹的81%和人均生态承载力的79%;仁怀市生态足迹指数为-76.96%～-59.22%,生态压力指数为1.59～1.77,生态足迹指数和生态压力指数分别处于第3和第5等级,区域可持续发展存在挑战;仁怀市生态足迹增长的驱动因素主要有人口数量、特色产业、污染排放等。该研究结果有助于了解仁怀市特色产业发展与生态足迹之间的内在联系,为同类型地区可持续发展提供借鉴。     

Assessment of regional ecological security based on ecological footprint and influential factors analysis: a case study of Chongqing Municipality,China

In recent years, it has been important to objectively evaluate the degree of regional ecological security with regard to resource depletion and to analyse influential factors to assess sustainable development. This paper tries to assess ecological security in Chongqing while investigating the main influencing factors. Calculations of the consumption footprint, production footprint and ecological capacity for Chongqing from 1996 to 2007 based on an ecological footprint approach were carried out. An ecological security index was also calculated from these results and factors influencing security were analysed using factor analysis. Both the consumption and production footprints present an upward trend, contrary to the gradually decreasing trend of ecological capacity. In addition, the ecological security index shows that Chongqing has deteriorated from a level of less risk to that of risk. Factor analysis suggests that the deterioration of ecological security could primarily be ascribed to socio-economic factors and industrialisation. With socio-economic development and industrialisation, appropriate measures must be taken to improve the ecosystem in Chongqing so as to achieve sustainable development. The limitations of the methodology are also discussed and areas that require further research are presented.     

The calculation of equivalence factor for ecological footprints in China: a methodological note

The Ecological Footprint (EF), a physical indicator to measure the extent of humanity’s use of natural resources, has gained much attention since it was first used by Wackernagel and Rees in 1996. In order to appraise land area types with different levels of productivity, they introduced the concept of an equivalence factor. This relates to the average primary biomass productivities of different types of land (i.e. arable land, pasture, forest, water/fishery, built-up land and fossil energy land) to the regional average primary biomass productivity of all land types in a given year. Hence, the equivalence factor is an important parameter in the EF model and it directly affects the reliability of all results. Thus, this article calculates equivalence factors on the national and provincial levels in China based on Net Primary Production (NPP) from MODIS 1 km data in 2008. Firstly, based on the Light Utility Efficiency and CASA model, the NPP of different biologically productive lands of China and of different provinces was calculated. Secondly, China’s equivalence factor for 6 land area types was calculated based on NPP: arable land and built-up land has an equivalence factor of 1.71, forest and fossil energy land has a factor of 1.41, pasture has a factor of 0.44 and water/fishery 0.35; Finally, the equivalence factor of 6 land area types in different provinces was also calculated. The NPP of each ecosystem type varies along with the equivalence factor in different provinces. However, the ranking of the equivalence factors in different provinces remain the same, with that of arable land being the largest, and the water/fishery being the smallest.     

生态足迹核算方法及其应用研究进展

近年来,生态足迹作为可持续发展的有效度量工具之一,获得了广泛关注。在参阅相关文献的基础上,系统总结了生态足迹核算方法及其应用特点和趋势,结果表明,（1）在核算方法上尚存争议,目前主要的核算方法有3种：传统土地足迹法;能值足迹法;投入产出足迹法。（2）从静态足迹核算朝时间序列足迹分析和动态情景足迹预测演化。（3）尽管在各个尺度上都有应用,但生态足迹目前仅被看作是交流工具,用于决策分析的意义不大。拓展其在企业及其产品系统的应用,将是其应用价值体现的一个突破口。（4）生态足迹作为一系列指标的一部分时,发挥作用更大。（5）生态足迹应加强与现有核算体系（如GDP）的衔接,增加其被决策者接纳的可能性。     

生态足迹分析法在生态持续发展定量研究中的应用--以南京市1998年的生态足迹计算为例

利用生态足迹分析方法计算了南京市1998年的生态足迹和生态承载力.认为南京市生态足迹需求对本地生态系统持续发展不构成威胁,但对全国或全球可持续发展造成负面影响.     

基于生态足迹模型的贵州省生态可持续性动态分析

生态足迹是定量研究区域可持续发展的一种重要方法。运用生态足迹方法分析了贵州省1999—2008年生态足迹的动态变化,并利用生态足迹指数和生态足迹强度等指标对贵州省1999—2008年的生态可持续性进行了评估。结果表明：10年来,贵州省人均生态足迹由1999年的2.094 28 hm^2上升到2008年的3.613 48 hm^2;人均生物承载力由1999年的0.785 42 hm^2下降到2008年的0.734 81 hm^2;人均生态赤字由1999年的1.308 87 hm^2上升到2008年的2.878 68 hm^2;万元GDP生态足迹由1999年的8.287 91 hm^2下降到2008年的4.111 70 hm^2;生态足迹强度指数由1999年的2.666 46上升到2008年的4.917 61;生态足迹多样性呈现缓慢上升的趋势,社会发展指数总体呈逐年上升趋势;说明发展能力逐年提高,但这是以生态足迹增加为代价的。据此,提出减少了生态足迹和缓解生态环境压力的对策和建议。