基于生态足迹指数的全球生态可持续性时空分析

生态足迹受人口、消费、科技等社会、经济及自然因素影响,且都是绝对数字,不能真正反映一个国家和地区的生态可持续性。因此,基于吴隆杰提出的具有较好分析、比较功能的生态足迹指数(EFI),并利用WWF《地球生命力报告》系列数据,对1961—2003年全球的生态可持续性进行长时间序列的动态评估,对154个国家和地区2003年生态可持续性进行空间序列静态分析。结果发现:42 a来全球EFI在波动中急剧下降,1987年转入不可持续状态,2003年达到-25.28%;2003年生态足迹总量排名前10位的国家生态可持续性强弱排序为巴西>俄罗斯>墨西哥>法国>中国、印度>美国>德国>英国>日本,人均生态足迹排名前10位的国家排序为新西兰>芬兰>澳大利亚>加拿大>瑞典>丹麦>爱沙尼亚>美国>阿联酋>科威特,全球7地区排序为拉丁美洲和加勒比海地区>非欧联盟>非洲>北美>亚太区>欧洲联盟>中东和中亚;若将EFI大于0、HDI大于0.8作为可持续发展的标准,《2005年世界人文发展报告》公布HDI较高的国家中有3个处于区域内可持续发展状态。

基于生态足迹方法的中国生态可持续性分析

基于生态足迹和EMD方法，分析了中国1961—2005年生态可持续性的周期性变化，并建立具有周期性波动的非线性动力学模型，预测未来10年中国人均生态足迹和生物承载力的发展趋势。结果发现：44年来，中国人均生态足迹具有明显的4．3年、14．3年和17年3个波动周期，人均生物承载力具有明显的3．5年、8．8年、17．7年和44年4个波动周期；若未来10年中国人均生态足迹和生物承载力均延续过去44年的变化趋势，则2015年人均生态足迹、生物承载力、生态赤字将分别为1．366ghm^2、1．108ghm^2和0．258ghm^2，人均生态足迹和生态赤字较2005年分别下降了0．27ghm^2、0．441ghm^2，而人均生物承载力增加了0．171ghm^2。在保持经济、技术和人民生活水平稳步提高的同时，这种程度的生态超载有可能通过贸易引进生物承载力，通过技术进步、提高管理水平等增加生物承载力得到缓解。

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。

生态足迹与生态承载力非线性动力学分析

考虑到进出口贸易对区域(国家)生态足迹和生态承载力产生的重要影响,基于生态足迹模型理论建立了生态足迹、生态承载力和对外贸易三者之间的非线性动力学模型。研究结果表明:(1)区域平衡态的生态足迹和生态承载力成线性关系,在某种程度上与Mathis Wackernagel的论证相吻合;(2)区域最大生态承载力增大将导致平衡态的生态足迹和生态承载力增大,通过保护环境、控制建设用地、加强土地整理等增加各类生态生产性土地面积(耕地、牧草地、林地、水域等),通过科技、资金投入、管理等提高地方单产,不仅能提高生态承载力,还直接关系到生态足迹的大小;(3)一个区域或国家要实现人口、经济、资源的可持续发展,必须确保区域单位贸易的生态足迹大于其最大生态承载力与最大生态足迹的比值。尽量多进口自然资源性的初级生物产品,少进口高附加值的技术性产品和“奢侈性”消费品(如小汽车);出口自然资源性的初级生物产品,实际上是在出口生态承载力,应多出口人力资源、科技、管理、教育等隐形的社会资源。4)进一步揭示了贸易结构合理、自主创新对区域可持续发展的重要性。

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。

生态足迹模型的争论与发展

生态足迹模型自William Rees 1992年提出、Mathis Wackernagel 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。

中国能源足迹增长波动的驱动因子分析

基于生态足迹方法计算了中国1953~2006年的人均能源足迹,利用经验模态分解（empirical mode decomposition,EMD）方法提取其增长的波动周期,利用因子分析方法探讨了不同时间尺度下驱动中国人均能源足迹增长的主要因子。结果发现：（1）53a来,中国人均能源足迹在波动中不断增长,人均能源足迹年增长率存在准4a、准13a、准17a和准27a4个主要波动周期;（2）对与中国能源足迹波动高度相关的37个影响因子在IMF1、IMF2、IMF33个主要尺度下的因子分析发现,人均GDP增长率、轻工业产值增长率、第二产业增长率、工业增长率、工业总产值增长率、社会消费品零售增长率、资本形成总额增长率、重工业产值增长率、第三产业增长率、建筑业增长率、交通运输仓储增长率等是3个尺度下共同的第1影响因子。据此,建议中国的能源政策制定者更应关注稳定经济增长、优化产业结构、调整国内石油开采、提高交通运输效益等。

中国生态足迹和生物承载力构成比例变化分析

基于生态足迹模型,计算了中国1995-2006年人均生态足迹和生物承载力的各构成组分。运用统计—动力学建模方法,构建生态足迹和生物承载力各组分构成比例变化的普适预测模型。结果表明:①1995-2006年,中国人均生态足迹构成以能源足迹和耕地足迹为主,耕地、林地、建设等足迹比例在波动中不断下降,草地、水域足迹比例先上升后下降,能源足迹比例不断增加;人均生物承载力构成以耕地为主,林地、建设、水域承载力比例相差不多,草地承载力比例最小,其中耕地、草地承载力比例不断增加,林地、水域、建设等承载力比例不断下降,且变化幅度均很小。②2007-2015年,耕地、林地足迹比例继续下降,草地、水域、能源足迹比例将逐渐上升,建设足迹比例将在下降一段时间后出现增加趋势。耕地、林地、草地等承载力比例将不断增加,其中耕地、林地承载力比例增加幅度很小,草地承载力比例相对增幅较大;水域、建设承载力比例均呈下降趋势。文章还探讨了可能导致中国人均生态足迹和生物承载力构成比例出现上述变化的原因,给出相应的政策建议,并分析了二者之间的内在变化规律。研究结果对指导我国调整产业结构、土地利用规划和改善生态环境有较重要的启示和借鉴意义。

中国1961-2005年人均生态足迹变化

以小波变换技术为基础，对中国1961～2005年人均生态足迹波动的突变时间及影响因素进行了多时间尺度分析。研究结果表明：（1）44a来，中国人均生态足迹波动具有明显的3、7a和23a的特征时间尺度和相应的周期性振荡特征，其中23a周期尤为显著；（2）比较3种尺度下的突变点发现，1966年、1979年、1988年、1996年、2000年和2004年为共同的突变点，说明这5a突变强烈，反映了波动的主要特征；（3）对主要突变点的成因分析发现，中国人均生态足迹的波动主要由于政策因素和经济因素驱动所致，科技因素和自然因素也有影响；（4）综合3、7a和23a3个时间尺度上小波系数的演变趋势发现，中国人均生态足迹在未来几年会有所下降，可持续发展形势会有所好转。

人类最大可持续海洋足迹的模拟

在William Rees & Mathis Wackernagel最初提出的生态足迹模型理论所划分的六类基本生态生产性土地面积中,海洋以其能为人类提供鱼类等海产品而被单独列为水域一项。海洋生物资源是一种典型的可再生资源,人类只有采取合理的开发策略方可保证海洋生物资源最大的可持续生产量。借用生态足迹、生物承载力概念的内涵,提出海洋足迹、海洋承载力两个新概念;运用非线性科学理论在海洋足迹与海洋承载力呈二次非线性关系的假设下,建立海洋承载力二次非线性开发的动力模式,并运用稳定性分析理论对其求解、分析。结果表明:(1)海洋承载力与其增长率呈正相关关系,与海洋足迹增长率呈负相关关系;(2)为保证海洋生物资源的可持续利用,人类必须控制最大海洋足迹增长率为r/xm(r为海洋承载力增长率,xm为最大海洋承载力),方可获得可持续的最大海洋足迹为rxm/4,此时海洋承载力可以维持在稳定的平衡态(为其最大承载力的一半)。

从国内学术论文看1992年以来长江中下游河湖湿地研究进展

湿地研究文献是反映湿地科学研究水平、研究现状及趋势的晴雨表,对于把握湿地研究成果、追踪湿地研究热点、完善湿地研究理论、加强湿地保护与管理、科学协调人地关系具有重要的科学价值和借鉴意义。以1992～2008年中国国内相关核心期刊及中国科学引文索引(China Science Citation Index,CSCI)期刊发表的496篇长江中下游河湖湿地研究论文为数据源,利用文献计量法、内容分析法及其他数学统计方法,从论文数量特征、研究力量分布、研究区域分布、基金项目资助、研究主题分类、研究方法比较、研究热点追踪等方面进行了全面的归类统计分析,探讨了长江中下游河湖湿地的研究特点、研究现状及发展趋势,并结合国内外湿地研究的最新动向,展望其未来的重要研究方向。结果发现,自1992年来,论文数量在波动中不断增加,沿江高校和中国科学院是中国长江中下游河湖湿地研究的主要力量,注明项目资助论文占总文献量80.4%,较为广泛的研究主题和变化的发展脉络反映长江中下游河湖湿地研究多元化、系统化与综合集成的新特点及多主题交叉渗透的发展趋势,实验、调查、遥感技术等是较多研究主题的研究方法,研究热点主要有湿地生物地球化学循环、湿地生物及多样性、湿地评价恢复重建及补偿、湿地水资源及水文过程等。

中国居民消费价格指数波动的周期性及其驱动因素研究

准确把握物价波动的周期性及其驱动因素,是宏观经济决策的重要依据之一。本文采用经验模态分解(EMD)方法,对2001年1月-2008年6月我国居民消费价格指数(CPI)多尺度分析发现,中国CPI存在准3.9月、准8.4月、准16.4月、准45月四个波动周期和一个递增趋势。综合考虑影响价格变化的各种因素,对CPI不同周期性波动的内外驱动因素进行了偏最小二乘回归建模分析。本文力图通过对中国CPI波动的周期性及其驱动因素研究,为政府的宏观调控提供定量化参考依据。

基于生态足迹模型的中国生态可持续性动态分析

基于生态足迹理论提出一种新的产量因子计算方法,计算了中国1949～2006年人均生态足迹和生物承载力。利用生态足迹指数和生态足迹效率2个指标,对中国1949～2006年的生态可持续性进行了长时间序列的动态评估。结果表明,57年来,中国人均生态足迹在波动中不断增加,1949年为0.167 hm^2,2006年达到1.853 hm^2;中国人均生物承载力在波动中不断下降,1949年为1.000 hm^2,2006年为0.870 hm^2,20世纪80年代以来波动比较平稳;中国生态足迹指数在波动中急剧下降,生态足迹效率20世纪80年代以前变化非常缓慢,自80年代末大幅提高。

预测生态足迹 评估可持续发展

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,预测未来20年中国人均生态足迹和承载力变化,评估中国未来可持续发展进程中面临的挑战。结果表明:(1)40年来,中国人均生态足迹在波动中不断增加,具有明显的3.5年和8年2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2.7年、28年和40年3个波动周期。(2)若一切照旧,即未来20年中国人均足迹与承载力保持过去40年的年均变化率不变,则生态足迹会持续上升,2015年将达到1.710gha/cap,2025年达到2.034gha/cap;人均生物承载力持续下降,2015年将达到0.851gha/cap、2025年降到0.806gha/cap;而人均生态赤字进一步拉大,2015年0.859gha/cap、2025年1.228gha/cap,可持续发展形势比较严峻。

追踪物种丧失·聚焦生态超载·共享一个地球——《2006地球生命力报告》解读

世界自然基金会和环球足迹网络等2006年10月在中国北京联合发布《2006地球生命力报告》,用生命地球指数和生态足迹两个主要指标描绘了全球生物多样性的变化状态和人类所面临的环境压力。报告显示:生命地球指数1970～2003年总体下降约三分之一,其中陆栖指数减少约31%、海洋指数减少约27%、淡水指数减少约30%,生物多样性正快速持续地遭到损失;自1961年人类的生态足迹不断增加,1987年转入生态赤字下运行,此后生态超载不断加剧,2003年生态赤字达25.28%;化石燃料足迹增长最快,2003年几乎占到一半,达到48%;阿联酋、美国、加拿大等国家人均足迹最大,阿富汗最小,中国排名69位;北美、欧盟、中东和中亚、亚太区处于生态超载状态,非欧联盟、拉丁美洲和加勒比海地区、非洲处于生态盈余;过去40多年,人均足迹高收入国家增长2倍多,2003年达6.5gha,低收入国家一直在0.8gha以下徘徊,中收入国家也从未超过2.0gha。地球的经济怎样才可能在过度消耗中持续发展?3种预测情景也许会让我们走出生态超载的困境、走向可持续发展,共享"一个地球生活"的美好未来。整篇报告可以概括为4个主题:追踪物种丧失、聚焦生态超载、3种情景预测、一个地球生活。

山东省粮食产量波动的多时间尺度分析

以小波分析为基础,对1949～2005年山东省粮食产量波动进行了多时间尺度分析。研究结果表明:56年来,山东省粮食产量波动具有明显的3年、11年、27年的特征时间尺度和相应的周期性振荡特征,且有逐步增加之势,即粮食产量波动渐趋稳定;小波方差分析发现,山东省粮食产量波动具有明显11年和27年的主要周期,27年周期尤为显著;综合3年、11年和27年等3个时间尺度上小波系数的演变趋势发现,无论在大尺度还是小尺度上,未来几年内山东省粮食产量将进入新一轮减产期。针对粮食产量波动的未来演变趋势,分析了其中一些原因并提出相应建议,以期能引起决策部门和有关专家对粮食安全的注意。

荧光原位杂交技术及其应用

荧光原位杂交技术是20世纪80年代末发展起来的一种非放射性原位杂交技术。本文简要综述了该技术的发展概况、基本原理及该技术在生物学和医学中的应用。

高原哺乳动物对低氧环境的适应

本文从血液循环、呼吸功能、心肺结构等方面,简要综述了高原哺乳动物对低氧环境适应的生理、生化及形态学特征。

新课程实施中的课堂提问案例分析

高效的教学的本质是良好的师生交往互动，交往、互动皆因“问题”而起，倘若教学没有了“问题”，互动也就不存在了。“问题”是形成教学过程中师生双方相互交流、相互沟通、相互理解、相互启发、相互补充的桥梁，是提高教学质量的关键。