生态补偿对维护生态系统服务功能、促进区域绿色发展具有重大意义.本研究提出基于水资源格局和保险增益的区域横向生态补偿标准模型,用于解决研究区补偿方式单一、补偿效率低下的问题.以京津冀地区为例,分析研究区2000-2019年水足迹和水资源生态承载力情况,同时依据生态保护投入成本和分摊系数明确补偿主客体和水足迹补偿额;引入保险定价模型厘定生态保险费率,确定保险补偿额及生态补偿标准,测算了不同类型的生态系统服务价值.结果表明:2000-2019年,京津冀地区整体处于水生态赤字状态,农业水足迹占比高达94.5％;从补偿主客体来看,京津两地作为补偿主体,平均每年应分别向河北省支付水足迹补偿额4.02亿元和3.96亿元;河北省应获得保险费率为1.4％的生态保险金额2.28亿元,平均每年应获得京津两地支付生态补偿标准8.10亿元;水文调节为区域核心生态系统服务功能,多年平均价值为1879.74亿元.引入生态保险机制,对研究区构建横向生态补偿机制、完善生态系统服务功能以及提升生态系统服务价值具有重要的战略意义.

基于区域能值密度改进的能值-生态足迹模型,结合GIS以甘肃省为例分析了西北生态脆弱地区生态安全时空演化格局.结果表明:甘肃省的人均生态赤字呈现波动上升趋势,人均生态赤字从1980年的0.42 hm2·cap-1增加到2015年的4.00 hm2·cap-1,且以年均6.70％的速度增长,生态赤字状态在空间上呈现出由中心向两极扩散的演变格局.生态压力指数不断增大,生态安全等级逐渐升高,近年来生态安全状况出现恶化趋势,生态安全问题亟待解决.基于上述结论从降低人类环境负荷和减少化石能源使用量等方面提出了提升生态安全状况的对策措施.

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 hm2/人增加到19.85 hm2/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.

生态效率是循环经济与可持续发展的有效测度,其测度方法一直是相关研究领域的热点和难点.鉴于绿色GDP能反映出剔除资源损耗和生态环境影响的国民经济净收益,生态足迹则更能全面地衡量经济发展中消耗的各种物质、能源以及带来的环境影响,基于WBCSD提出的生态效率定义及核算方法,创新性地从绿色GDP和生态足迹的视角改进生态效率度量模型,并以江西省为研究对象,对其2000-2015年间的生态效率变化轨迹及成因进行衡量与分析.结果表明:(1)2000-2015年江西省单位面积生态足迹的绿色GDP即生态效率总体呈上升趋势,15年来提升了4.57倍,与此同时,绿色GDP、生态足迹也呈上升趋势,但绿色GDP的增速明显高于生态足迹的增速;(2)江西省绿色GDP占总的GDP的比例处于不规则波动状态,平均为84.61％,其中自然资源损耗价值、环境退化损失价值和资源环境改善效益也呈不规则波动,三者皆呈现出先上升后下降的趋势,其中自然资源损耗对绿色GDP的影响较为显著;(3)江西省生态足迹不断增加,总生态足迹15年来增加了83.6％,年平均增长率为4.26％,从生态足迹构成来看,各土地利用类型生态足迹均呈波动上升趋势,其中牧草地足迹增长最为显著;(4)江西省生态足迹的主要类型是牧草地足迹、耕地足迹和化石能源用地足迹,其中牧草地足迹比重最大,并且保持波动上升趋势,其次足耕地和化石能源用地足迹,但两者比重均呈小幅下降趋势.从生态效率度量模型的创新性、适应性和生态效率的提高途径等方面进行了详细的探讨.

基于生态足迹理论,通过对洪雅县人均生态足迹、人均生态承载力和人均生态赤字或盈余的估算,按照全球标杆生态安全评价等级标准,以可更新资源生态压力指数、生态可持续指数、生态占用指数、生态经济协调指数和可持续发展指数所构成的生态安全评价指标体系,对洪雅县近10年(2005-2014)来的生态安全状况进行评价研究,结果表明:洪雅县人均生态足迹具有振荡性下降趋势,人均生态承载力有略微增长,平均值在0.8 hm2·cap-1以下,全县整体处于生态赤字状态.近10年来该县,可更新资源生态压力指数从0.46下降到0.38,属于很安全状态;生态可持续指数逐年上升,但值均<0.2,从强不可持续状态转变为中不可持续状态;生态占用指数介于1.01-2.00之间,属于稍富裕状态;生态经济协调指数后期略有上升(从0.36上升到0.43),均<1.00,处于协调性很差;可持续发展指数略有下降(从0.49下降到0.43),跨持续性稍好和较好两个等级.根据评价结果来看,洪雅县应着力于生态建设、环境保护,发展绿色农业、循环农业,抚育林木,实现洪雅县经济发展模式由粗放、消耗型向集约、节约型转变,提高区域可持续发展能力.

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.

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.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0.0812hm2/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.

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.

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 ghm2(全球公顷),可利用生物承载力为2338535 ghm2,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.

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2.7950hm2·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.