生态基础与经济 9

第四章生态系统服务与生态系统健康EcosystemServicesandEcosystemHealth生态系统服务·生态系统健康·生态承载力与生态足迹——认识自然价值，守护地球生命支持系统《生态经济学》|高等教育出版社本章导读🌍核心理念良好的生态环境是最公平的公共产品，是最普惠的民生福祉🎯学习目标正确认识人与自然的关系，理解生态系统多样性、稳定性与持续性的内涵📚主要内容生态系统服务的功能与分类→生态系统服务流的供需匹配→生态系统健康评价→生态承载力与生态足迹理论及应用🔑关键能力掌握生态系统服务价值评估方法、生态足迹核算方法，理解其与可持续发展的关系💡实践意义为生态文明建设提供科学分析工具，助力"双碳"目标与全球可持续发展本章重要术语生态系统服务人类直接或间接地从生态系统中获取的利益，包括供给服务、调节服务、文化服务和支持服务生态系统健康具有稳定、可持续、自我恢复、活力和弹性等性能，满足人类生产生活需要的生态系统状态生态承载力生态系统在维持自身结构和功能的前提下，所能承载的最大人类活动强度生态足迹衡量人类对自然资源消耗和生态系统服务需求的综合指标，将人类活动转化为所需的生物生产性土地面积章节结构总览第一节生态系统服务生态系统服务的内涵生态系统服务的分类方案生态系统服务评价方法第二节生态系统

服务供需生态系统服供给与需求生态系统服务供需的评估方法生态系统服供需研究框架体系构建第三节生态系统健康生态系统健康的概念生态系统健康的评价生态系统健康评价的发展方向第四节生态承载力

与生态足迹生态承载力概念内涵生态承载力评价方法生态足迹概念与原理生态足迹计算方法第五节案例分析土地利用与生态系统服务价值生态系统服务供需匹配分析第一节Section1生态系统服务生态系统服务的内涵生态系统是由动物、植物、微生物群落及无机环境相互作用而形成的动态的、复杂的功能单元。戴利(Daly)使自然生态系统及其组成物种得以延续，同时支持人类生命存在的环境条件及过程科斯坦萨(Costanza)人类直接或间接从生态系统的各种功能中取得的各项收益联合国千年评估(MA)人类从生态系统中取得的收益，包含有形收益和无形收益（产品和服务），来源涵盖自然和人工生态系统生态系统服务三大表现：①为社会经济系统提供物质和能量②直接为人类提供服务③接收并转化来自社会经济系统的废弃物💡核心洞见：生态系统的生态过程（物流、能流、信息流）是服务的来源，人类福祉需求是驱动力。仅一小部分生态系统服务可进入市场，大多无法被市场定价。生态系统概念界定生态系统服务概念生态系统服务的分类方案气候调节（碳汇）

水源涵养与水质净化

洪水调蓄

疾病与病虫害控制

传粉分类方案生态系统服务类型生态系统服务Costanza（1997）—气体调节、气候调节、干扰调节、水调节、水供给、控制侵蚀和保持沉积物、土壤形成、养分循环、废物处理、传粉、生物控制、提供避难所、食物生产、原材料、基因资源、休闲、文化DeGroot（2002）调节功能生物控制、传粉、废物处理、养分调节、土壤形成、土壤保留、水源供给、水源调节、阻止扰动、气候调节、气体调节提供生境功能残遗种保护、苗圃功能供给服务食物、原材料、医疗资源、基因资源、装饰资源信息供能科学和教育、精神和历史信息、文化和艺术信息、休闲、美学信息MA（2005）供给服务淡水、装饰资源、生物化学物质和天然药材药物等、遗传资源、纤维、食物调节服务传粉、害虫调节、疾病调节、侵蚀调节、水调节、气候调节、空气质量调节文化服务教育价值、知识系统、审美价值、娱乐和生态旅游、精神和宗教价值、文化多样性支持服务水循环、营养循环、初级生产力、光合作用、土壤形成（1）基于价值评估视角，学界先后形成Costanza（1997）、DeGroot（2002）、千年生态系统评估MA（2005）三套主流生态系统服务分类体系，各框架划分逻辑、涵盖类别各有优劣，下表对三类经典方案的服务类型与细分条目进行汇总对比。生态系统服务的分类方案1.按中间/最终服务划分2.按空间划分3.按市场属性划分4.按进入市场或实施补偿的难易度分类中间服务：生态系统的结构或作用过程，如土壤形成、养分循环等最终产品：生态系统对人类的直接贡献，如水调节收益：人类从生态系统获得的维持三生空间的基本要素全球非临近（如气体调节、碳吸收）、局部临界（如废物处理、风暴防护、传粉）、有向性流动（如水供给、养分调节）、原位（如土壤形成、原材料）和用户流动（如基因资源、文化）。公共物品和服务：非竞争性+非排他性，大多数调节和文化服务开放资源：竞争性+非排他性，部分供给服务俱乐部物品：排他性+非竞争性，部分供给服务市场性产品与服务：排他性+竞争性，多数供给服务生命系统支持功能：生态系统对人类三生空间的维持和保护作用，如固定碳、废弃物处理、水土保持等生态系统产品：由生态系统形成的、能够为人类直接带来利益的因子，如原材料、医用药品、观赏景观等（2）基于特定服务属性生态系统服务的分类方案（3）基于生态系统服务价值：是对生态系统服务和自然资源等产品的货币化度量。按经济学价值理论，包含使用价值和非使用价值两大类。使用价值

(UseValue)▸直接价值显著实物型：从森林伐木获得的木材收益

非显著实物型：观光旅行获得的娱乐收益（非消耗性活动）▸间接价值定义：生态系统维持的环境或功能所具有的价值

例：保护水源→保护鱼类栖息地；保护湿地和森林→保护水质和蓄水功能（以某一用途为出发点，间接实现另一种用途）▸选择价值定义：人类对生物多样性和生物资源的潜在价值认知

涵盖未来可能的：直接利用+间接利用+潜在利用等价值非使用价值

(Non-UseValue)▸遗产价值（遗赠价值）定义：人类为给子孙后代留下某些自然资源而自愿支付的费用

最有效的传承方式：给生态系统中形成的生命赋予高的文化价值▸存在价值定义：人类为使某些资源持续存在而自愿支付的费用

例如：生物多样性保护、防止物种灭绝而采取的措施和支付的成本生态系统服务的分类方案（4）基于人类福祉视角：强调以人为本，从人类需求、价值和收益的角度对生态系统服务进行分类，包含三种子分类方式。①按收益相关分类(Boyd等)核心：最终生态系统服务是为产生人类福祉而被利用的、未附加人类劳动的自然组分。•收获：授粉者数量、目标捕鱼量、生物多样性•令人愉快和满足：自然风景、自然土地植被•防止伤害：空气质量、植被•垃圾同化：地表水和地下水、空地•饮用水供应：地表水质量、可利用含水层•娱乐：地表水、自然土地植被②按人类价值连接分类(Wallace)核心：应考虑生态系统对人类福祉的贡献（自然过程和自然资产），而非产生服务的手段。划分4大类：社会文化成就友好的自然和化学环境保护不受疾病、寄生虫、捕食者损害充足的资源③按人类需求划分(张彪等)——基于马斯洛需求理论从物质需求、安全需求、精神需求三个维度，将生态系统服务价值划分为三大类：物质需求→物质产品生产服务安全需求→生态安全保障服务精神需求→景观文化承载服务生态系统服务的分类方案（5）通用型生态系统服务分类：Haines-Young系统考虑了MA、TEEB、SEEA等体系之间的转换关系，建立了一套相对全面、兼容并包的分类体系——生态系统产品、功能与服务的通用国际分类方案（CICES）。此方案将"支持服务"融入其他三类，避免重复计算。3大主题供给调节和维持文化9大服务类别营养材料能源废物处理流量调节物理环境调节生物环境调节象征性的智慧和体验23个服务组陆生植物和动物淡水植物和动物海洋植物与动物饮用水生物质材料非生物质材料等59种服务类型商业化种植生计种植水产养殖水储存……等59种最精细层级💡CICES核心优势：兼容MA、TEEB、SEEA等体系→国际通用标准化方案→解决了"支持服务"重复计算问题生态系统服务评价方法生态系统服务评价方法众多，且未形成统一、完善的评价标准。当前主要的定量评价方法有三大类：价值量评价法、物质量评价法和能值分析法。💰价值量评价法从货币价值角度评估

将生态系统服务转化为经济价值功能价值评估法

当量因子评估法📏物质量评价法从物质量角度评估

基于生态学数据

客观反映生态功能InVEST模型

ARIES模型

SolVES模型等⚡能值分析法以太阳能值为统一度量

将不同能量转化

为太阳能焦耳(sej)能值转换率核算

能值指标体系📌方法选择原则：无绝对优劣之分，取决于评价目的。若分析可持续性→物质量法更合适；若项目立项决策（成本-收益）→价值量法更具优势。大尺度区域→物质量法比价值量法更有意义。生态系统服务评价方法（一）价值量评价法——1.功能价值评估法：在资源与环境经济学、生态经济学理论支撑下，包含三大类具体方法。(1)直接市场法市场价值法定量评估服务功效→按市场价格经济估计又可分为：理论效果评价法+环境损失评价法费用支出法用人类为某种生态系统服务自愿支付的费用表征价值，又可分三种：总支出法/区内支出法/部分支出法影子工程法环境被破坏后，人为建造与原生态系统发挥同等环境功能工程所需费用，以此费用表征生态破坏的经济损失机会成本法某种资源用于某种用途而非其他用途所造成的最高代价

生态资源稀缺性→价格取决于边际机会成本(2)替代市场法防护成本法用人为恢复灾害损失时所需经济代价，来表征生态系统服务功能的生态价值人力资本法将人看作劳动力生产要素→估算生境变化对人体健康造成的损失（含误工、医疗、精神等）享乐价格法基于效用理论→环境改变→房价改变→用多重回归分析度量周边生态环境价格旅行费用法Hotelling(1940s)提出→将旅行费用作为参观景点价格的近似替代→求“游憩商品”消费者剩余→视为生态游憩的价值📌(3)假想市场法（条件价值法CVM）：通过调查当事人的支付意愿(WTP)或接受赔偿意愿(WTA)来表征环境商品的经济价值——当替代市场都无法找到时使用生态系统服务评价方法假想市场法（CVM）经济学原理

2.当量因子评估法(谢高地等)核心：在区分各类型生态系统服务功能的基础上，结合单位面积当量、价值单价及面积来评估总价值。优势：数据需求少、直观易用，适用于区域或全球尺度。

基本步骤：

①构建地均生态系统服务价值当量表(e_ij)

②确定1个标准生态系统的当量因子(E_0)

③收集土地利用、粮食播种、产出和售价等数据

④进行系统测算和评价

E_0:1个标准生态系统的当量因子E_ij:地均i、服务j的生态系统服务价值e_ij:地均i、服务j的生态系统服务价值当量m_k,p_k,q_k:t年份k作物的播种面积、平均售价和平均单产M:作物的总播种面积ESV:区域生态系统服务总价值

S_i为区域i地类的面积谢高地等在Costanza分类基础上，构建了一套符合中国国情的基于专家知识的生态系统服务价值化评估体系。将中国陆地生态系统划分为：农田（旱地/水田）、森林（针叶/针阔混交/阔叶/灌木）、草地（草原/灌草丛/草甸）、湿地、荒漠（荒漠/裸地）、水域（水系/冰川积雪）等类型。每种类型对应供给服务（食物/原料/水资源）、调节服务（气体/气候/净化/水文）、支持服务（土壤保持/养分循环/生物多样性）和文化服务（美学景观）的当量值。生态系统服务评价方法（二）物质量评价法：从物质量角度对生态系统服务功能进行定量化评价。InVEST模型斯坦福大学生物系

Daily研究小组模拟陆地生态系统生境质量、农作物产量、碳储量等服务功能的动态变化4层级设计：

①层：仅模拟相对价值

②层：可获绝对价值(可货币化)

③④层：更精确估算(开发中)ARIES模型佛蒙特大学基于人工智能和语义建模，结合相关算法和空间数据对生态系统服务功能的"源""汇""使用者"制图源：服务潜在提供者

汇：中断服务流的生物物理特性

使用者：受益人的数量和空间位置

适用于小尺度研究SolVES模型USGS+科罗拉多

州立大学联合研发通过非货币化价值指数评估生态系统服务功能的社会价值三个子模型：

社会价值模型+价值制图模型+价值转换制图模型

（前两者需在数据支撑下联合使用，后者可单独使用）其他评估模型：①MIMES模型和MIMES-PUMA模型(佛蒙特大学冈德生态经济研究所，用于圈层评估)②LUCI模型(评估土地利用变化对生态价值的影响)③GIS-EPM模型(弗吉尼亚州林业部)④ESTIMAP模型(美国林业署，城市绿色空间)⑤InVEST-Scapes(毅博公司)⑥ARIES-Patuxent(超参数公司)生态系统服务评价方法（三）能值分析法：将性质各异的能量转化为太阳能值（solar

energy），以太阳能为基准度量生态系统的服务功能或生态产品，即度量形成生态产品或服务所消耗的太阳能焦耳总量。基本步骤①收集与分析相关自然与社会经济资料数据②绘制能量系统图③编制各种能值分析表并进行测算④构建能值评价指标体系并进行系统评价核心概念：能值指流动或贮存的能量中所包含的另一类别能量的数量。各种资源、产品或劳务的能量均直接或间接起源于太阳能，故多以太阳能值来衡量。单位：太阳能焦耳。太阳能值转换率：单位物质或能量含有的太阳能量。计算公式能值=能值转换率×能量

即：某一物质/服务的能值=其能值转换率×其所含能量生态系统服务评价方法评价方法优点缺点功能价值评估法（1）可以进行货币化度量。（2）既能将某一生态系统的各单项服务加总起来，也能就不同生态系统的同一种服务进行比较分析。（3）不仅能引起人们对区域生态系统服务功能的重视，也能促进将环境核算纳入国民经济核算体系，推动实现绿色GDP。（1）价值量的度量部分取决于人类的支付意愿，因而具有主观性。（2）可能存在未完整体现生态系统服务功能价值的问题，且评估指标体系和方法仍未完善。物质量评价法评价方法较为客观，且多集中于生态学数据，排除了主观因素干扰，可推广性强。由于所得的各单项生态系统服务功能的量纲不同，因此无法通过加总来评价某一生态系统的综合服务水平。能值分析法（1）商品或自然资源等均可通过能值衡量其真实价值，从而将不同类别的能量转换至同一客观标准进行定量比较。（2）有效地将人类社会经济系统与生态系统统一起来，为人类认识世界、与自然和谐相处提供重要的度量依据。（1）产品能值转换率的计算难度很大。（2）部分物质如地热、信息、地球上的矿物质元素等，与太阳能关系很弱甚至无关，因此难以将其用太阳能焦耳度量。（3）能值仅反映物质产生耗费的太阳能，未能反映人类对生态系统服务功能的支付意愿（WTP）或服务的稀缺性特征。（四）评价方法的比较第二节Section2生态系统服务供需生态系统服务供给与需求（一）生态系统服务供给1970年Ehrlich等首次提出。Burkhard等认为：生态系统在一定时空范围内为人类提供生态产品与服务，具有时效性和可及性。Geisendorf和Schroter强调：在潜在供给转移能力下的最终供给数量，须在特定空间下提供，即具有较强空间依赖性。综合定义：由无机环境及个体、种群、群落和生态系统组成的空间单元所提供的产品和服务。潜在供给

（第一层次）一定时空范围内产生并维持的生态过程和功能如蜜蜂传粉、分解者分解，受偏好、获取技术等因素限制实际供给

（第二层次）生态系统实际为人类社会供给的产品与服务关键：无其他自然系统供给流入时，潜在供给>实际供给（二）生态系统服务需求经济学视角：需求是特定时期内消费者在可接受价格下的消费总量，取决于购买欲望和能力。生态服务消费者为群体或个体，需求效用以消费生态服务为前提。概括为两个层次：实际需求

（消费视角）一定时空范围内被消费或使用的特定生态产品与服务（Burkhard等）潜在需求

（偏好视角）人类社会期望从自然生态系统中获取的生态产品与服务的数量（Schroter）

潜在需求=已满足需求+期望未满足需求

生态系统服务供需的评估方法根据实验条件和适用范围的差异，主要有三种评估方法：物质量评价法

（生态模型法）分析土地利用、植被覆盖、气候条件等数据→基于生态服务形成原理→利用模型参数评估。能较好反馈生态过程及机制，体现空间异质性，是当前较为主流的方法。▸InVEST模型▸ARIES模型▸SolVES模型价值量评价法功能价值评估法（直接市场法/替代市场法/假想市场法）+当量因子评估法。可货币化度量，适用面广，便于纳入国民经济核算和供需预算比较。▸功能价值评估法▸当量因子评估法▸条件价值法(CVM)公众参与法通过向系统内利益相关者询问调查，了解其在供需方面的认知、偏好及支付意愿。具体分为专家评估矩阵法和问卷调查法。▸专家评估矩阵法：操作简单，数据需求小，但易受专家偏好影响▸问卷调查法：真实反映利益相关者需求，但成本高，不适用大尺度生态系统服务供需研究框架体系构建构建"定性→定位→定量→定策"的生态系统服务供需研究框架(一)供给和需求内涵深化潜在供给-实际供给=生态可持续状态

→利用过度/利用充分/利用不足

潜在需求-实际需求=人类需求满足程度

→需求过高/需求正常/需求过低

3×3=9种供需匹配组合（见下表）匹配情况需求过高需求正常需求过低利用不足空间上存在供需错配，应根据服务空间流动路径判别影响流动的因素→引导服务流动、提升利用效率区域内生态可持续发展状态和利用水平达到最优区域内生态可持续发展状态和利用水平达到最优利用充分尽管已将生态系统服务充分利用，仍无法满足人类需求，此时应调整需求结构，并且谨防因过度利用而造成供给不足生态系统服务已被充分利用且满足人类需求，但应警惕需求结构变化、剩余潜在供给不足的情况生态系统服务得到充分利用，不仅满足了消费者对服务的需求，而且使消费者实际需求超出预期，此时应精准识别人类经济系统的需求结构，谨防过度利用生态系统服务利用过度对服务的过度利用损害了生态系统结构和功能→生态系统陷入不可持续状态→应合理调整需求结构+通过人为调控避免人类活动干扰+助力生态恢复或重建(二)研究尺度的推绎全球/国家尺度生态系统极为复杂，受外界干扰响应周期长；需考虑代际需求

→以可持续性为原则，进行长时间序列考量区域层面受区域内资源空间布局影响→权衡/协同作用变化

→鉴于变化周期较长，应在较长周期内考察供需变化景观/小尺度数据可获取性强，可选取高分辨率数据；抵抗力弱，土地利用微小变化可导致供需较大变化→适合探究影响机制；变化频率高、周期短→适合较短时间维度生态系统服务供需研究框架体系构建(三)研究方法集成(四)在管理决策中的应用其一：采用价值评估法、生态模型法和公众参与法等评估供需在数量和空间上的匹配特征。

其二：在匹配特征识别基础上，采用统计学、空间分析等方法探析各项生态服务之间的协同/权衡关系。

其三：借助多种回归分析方法，揭示人为、自然等因素对服务供需的影响机制。

综合集成：发挥空间分析方法（供需时空格局可视化制图）、统计分析方法和计算机技术的优势（构建和模拟供需评估模型）。①识别重要生态服务及核心生态空间→考察供需错配对经济发展的影响→引导国土空间格局优化和空间要素合理布局

②服务连接多层次人类福祉→供需情况直接关系福祉满足程度→分析匹配特征为保障和提升人类福祉提供依据

③供需反映社会经济系统与自然生态系统的动态关联→探讨其关系有助于推动两系统的可持续发展第三节Section3生态系统健康生态系统健康的概念“健康”一词最早来源于医学→1941年Leopold提出"土地健康"概念→1984年Schaeffer首次探讨测度→1989年Rapport首次系统论述→1992年国际生态系统健康学会(ISEH)成立→从理论向定量化转变Karr生态系统具备的自我修复和维稳能力Schaeffer生态系统功能受各种不利条件制约→健康即处于不利条件的阈值之内Costanza①没有疾病②复杂性和多样性③内稳定性(系统各要素间平衡)④可持续性或自我维持⑤生态系统具有弹性且生境群落具有活力Haworth除上述特性外，功能还应具有完整性和有效性Mageau健康的生态系统还必须具有良好的有机组织，能够为人类社会提供服务支持Rapport不仅涵盖生态维度健康，也要求能满足人类的合理需求综合定义：具有稳定性、可持续性、自我恢复性、活力和弹性等性能，能够满足人类生产生活需要的、处于生态系统功能阈值内的生态系统状态。生态系统健康的评价1.指示物种法：Leopold于1955年提出。通过监测指示类群的数量、结构功能和生理生态等指标，间接反映生态系统健康状况。指示物种选取三大原则①代表性：能较为全面、典型地反映区域生态系统健康水平

②有效性：可选取多物种监测提升有效程度

③可操作性和可视性：兼顾评价效果与成本因素、实用因素常见指示物种法：多物种评价法+单一物种评价法水生态案例——四种常用指示物种底栖大型

无脊椎动物不易移动，稳定反映区域生境；

占据几乎所有消费者营养级；

生命周期较长浮游生物监测水体表层细菌、病毒、纤毛原生生物等；

评价方法：毒理实验+群落评价营养顶级

鱼类较其他种群对化学污染更具敏感性，处于食物链顶端

反映食物链中其他物种的改变不同生物组织

水平综合基于生态毒理学理论，对各生物结构层次进行监测

明确毒理效应阈值指示物种法的缺点及改进方向缺点：①物种筛选标准不明确或不一致②部分物种移动力强，与生境相关性不强③较高营养级指示物种种多，存在取舍问题④部分物种与人类经济社会发展关联弱⑤明确了物种但选的具体监测指标不恰当

改进：建立更统一的筛选标准，采用定量与定性结合方法，在3R技术+生态学理论实现生态系统健康更准确全面度量，厘清影响因素，进而提升健康水平生态系统健康的评价2.指标体系法（基于健康维度）步骤：①选定表征生态系统特征的指标。②分类明确各指标的评估作用。③确定各层指标权重。④采用网络分析、模拟模型等方法度量。⑤确定评估方法形成评价体系生态指标

（生物属性）生态系统水平：活力(初级净生产力/新陈代谢/GDP产出等)，组织(生长范围/平均共有信息/多样性指数等)，

恢复力(恢复速度/恢复程度等)群落水平：生物量、类群组成结构、物种多样性等种群与个体水平：种群内个体数量、个体内在结构变化等物理化学指标

（非生物属性）水相关：降水量、水质(pH值/矿化度)、水污染(富营养化)、水体利用和美学价值等大气相关：大气组分、紫外线强度、大气污染指数、气象灾害等土壤相关：土壤结构和组分、土壤污染指数(重金属)、土壤酶活性等人类健康与

社会经济指标人类健康：环境中潜在有害因子、主要疾病发生率、病死率人口动态：死亡率、年龄性别组成、密度、分布、变化趋势经济动态：人类经济活动、生产的可持续性、资源限制、技术发展人类活动：土地退化/利用/保护成效、社会稳定性、法治化程度、环保意识生态系统健康评价的发展方向当前生态系统健康概念还存在争议：Caro认为不能将生物体健康概念类推至生态系统；Suter认为仅是一种价值判断不能量化；Wicklum认为不应将完整性和健康视为固有特征。但也有学者认为正是不可操作性才促使这一新学科发展。评价目的不在于得出一个数值，而在于：▸一方面：界定人类所期望的生态系统状态，确定破坏阈值→据此制定环境保护法律和实施生态环境保护工作▸另一方面：根据疾病诊断结果进行修正→实现生态系统可持续发展因此，评价应遵循生态学、经济学原理，以人类健康研究为基础，厘清人类活动、环境变化、生态系统功能和服务等与生态系统健康之间的关联，并将人类文化价值取向融入生物生态学。还需区分自然干扰和人类影响，明确功能紊乱分类，确立参数是否超出正常范围的标准。第四节Section4生态承载力与生态足迹生态承载力概念内涵①指生态系统的自我维持与自我调节能力，以及资源与环境子系统的供容能力，为生态承载力的支持部分②指生态系统内社会经济子系统的发展能力，为生态承载力的压力部分。生态承载力内涵生态承载力的六大特性生态承载力是客观存在的特定时段内生态系统结构功能稳定，资源供给、环境容纳能力恒定，生态承载力客观固定。生态承载力是动态变化的生态平衡为相对平衡，系统超阈值将重塑稳态，生态承载力并非永久固定。生态承载力的变化是可调控的人类可适度调控承载力大小与走向，但人类活动不得破坏生态原有结构功能。生态承载力具有开放性生态系统均与外界互通物质、能量、信息，外部交流直接影响区域生态承载力。生态承载力具有多样性和空间异质性依托生态系统多样性而生，受地域结构、人类活动影响，承载力存在空间差异。生态承载力体现在各层次生态系统上生态承载力适配全球、区域、景观等大小不同尺度生态系统，不同层级承载力各不相同。生态承载力与可持续发展的关系：可持续发展要求人类活动强度不超过生态承载力阈值。当生态足迹>生态承载力时，出现"生态赤字"，意味着生态系统被过度开发利用。提高生态承载力（通过生态修复、绿色技术等）或降低生态足迹（通过节约资源、循环利用等）是实现可持续发展的两条根本路径。生态承载力评价方法(一)自然植被净第一性生产力(NPP)测算法原理：NPP指单位时间单位面积绿色植物通过光合作用积累的有机物量，受气候、土壤、人为因素共同影响。是生物圈功能的基础，可以衡量生态系统恢复能力和人口承载能力。模型分三类：气候统计模型、过程模型和光能利用率模型。国内较多使用周广胜-张新时(1995)模型：根据生物温度和降水量近似求得NPP。优点：简明、便于理解和计算、可操作性强。缺点：忽视人类经济社会活动和技术进步影响，不适合评价城市生态系统。(二)状态空间法一种欧氏几何空间里定量描述系统状态的有效方法。三维状态空间轴分别对应人类活动轴、资源轴和环境轴。承载状态点形成承载曲面，比曲面高=超载，低=可载，在曲面上=满载。优点：可表示动态变化、定量计算不同情况承载力差异。缺点：偏重过程分析，未考虑人类活动消耗和治理力度的影响→可信度有待提高。(三)供需平衡法原理：基于区域现有各种资源量和当前发展模式下社会经济对各种资源的需求量之间的差量关系，以及生态环境质量和人们所需质量之间的差量关系来衡量。差值>0=可载，=0=临界，<0=超载。优点：简单可行，能有效分析和预测。缺点：无法计算未来确切值，不能体现社会经济发展状况及生活水平。(四)模型预估法早期：线性规划模型→现代：系统动力学模型、模糊目标规划模型、物质平衡模型等。优点：提高定量化水平和精确程度→推动向综合化与深入化发展。缺点：建模需较多参数，需更准确的概念和指标支撑→不具有普适性。(五)综合评价法用承载指数（生态弹性+资源承载+环境承载）、压力指数（人口数量×生活质量权重）和承压度（压力指数/承载指数）来表述承载状况。承压度>1=超负荷，<1=低负荷。优点：直观、科学性强、因子全面。缺点：仅含资源环境指标，缺失经济与社会指标。生态足迹概念与原理1992年Rees提出概念→1996年Wackernagel提出计算模型。生态足迹指能够持续地提供资源或消纳废物的、具有生物生产力的地域空间，含义就是要维持一个人、地区、国家的生存所需要的或者指能够容纳人类所排放的废物的、具有生态生产力的地域面积。三维生态足迹(Niccolucci)：引入生态足迹深度和生态足迹广度分别核算存量资本消耗和流量资本占用。六大类生态生产性土地化石燃料用地吸收化石燃料燃烧所排放的CO₂所需的土地面积建设用地住房、交通设施、工业建筑物等占用的土地耕地种植食物和纤维

生产油料/橡胶/饲料

其生产力最高林地生产木材/纸浆等产品

涵养水源/调节气候

防止水土流失草地饲养牲畜，生产肉/毛等畜牧品

植物能转化动物能损失大水域淡水+非淡水水域

根据渔获量推算初级生产量六个基本假定①人类可获得自身消费的大多数资源和所产生废弃物的数据②这些资源和废弃物能折算成生产或消纳它们的生物生产性土地面积③各类生态生产性土地按生产力折算后可用同一单位——全球公顷(gha)表示④各类土地用途互相排斥，每全球公顷代表等量生产力，可相加表示人类消费需求⑤生态服务可用生物生产性土地面积表示⑥生态足迹可以超越生态承载力生态足迹计算方法(一)过程分析法之综合法：Wackernagel于20世纪90年代提出。以各类物质宏观统计量为基础，计算一个区域或群体对各类物质的整体消费及其对应生态足迹，适用于全球、国家和区域层次。自上而下利用整体数据计算。均衡因子（等价因子）：将六种不同生态生产力的土地转化为具有相同生态生产力的面积土地类型WackernagelChambersWWF化石能源用地1.11.171.35建设用地2.82.832.11耕地2.82.832.11林地1.11.171.35草地0.50.440.47海洋0.20.060.35综合法计算步骤

均衡因子公式：某类生态功能用地的均衡因子=全球该类土地的平均生产力/全球所有生态功能用地的平均生产力生态足迹计算方法(一)过程分析法之成分法：Simmons等率先提出，Lewis和Barrett进一步完善。采用产品生命周期法核算不同生产、消费行为从原材料获取到产品最终处置的所有环节对生态的影响。与综合法不同：以人类衣食住行为出发点，关注区域内能源、交通、水、废弃物等影响。适用于小尺度对象（城镇、村庄、公司、学校、个人或单项活动）。①能源

②食物

③垃圾

④纸张

⑤水主要由输送水和处理污水的电力消耗产生→对应化石燃料用地

需计算年输送水和处理污水的电力消耗量→用电力公式计算土地占用⑥交通

生态足迹计算方法(二)投入产出分析法(EIO-EF)Bicknell于1998年提出。将投入产出表应用于生态足迹分析，通过土地投入系数得到不同产业生态占用面积。

五大基本假设：①同质性②规模收益不变③无酬劳动④土地、能量转换数⑤土地利用活动可持续

六步计算：①列出IO表(含用地面积及能源使用量)②计算投入产出系数矩阵A

③计算列昂惕夫逆矩阵(I-A)⁻¹④计算土地投入系数矩阵D

⑤计算土地乘数矩阵B⑥计算各产业土地占用面积矩阵B×T（T各产业国内居民最终消费、进口、出口组成的对角矩阵，即为维持一定消费水平所需要的各产业土地量）

优势：识别环境影响发生位置、组分构成和产业部门联系(三)生态足迹深度与广度计算

第五节