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“安全公正空间”框架在区域环境管理中的应用——以太白湖流域为例
Application of "Safe and Just Operation Space" framework in regional environmental management:A case study of Taibai Catchment
: 2019 - 10 - 24
: 2019 - 12 - 24
: 2019 - 12 - 27
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摘要&关键词
摘要:近年兴起的“安全公正空间”(Safe and Just Operating Space)理论框架突出了环境安全上限,兼顾了社会发展主要指标的达成度,对区域环境安全和社会可持续发展具有重要意义。本文选择长江中下游太白湖这一典型湖泊流域,整合周边县市社会调查数据及过去近150余年来的沉积记录(包括地球化学、孢粉、硅藻等多指标),分别从环境安全及社会基础两个方面,构建了该流域社会-生态系统安全公正空间。结果显示:目前,流域内水质、空气质量、耕地面积和水土保持这4个指标超越了环境上限,处于危险状态;清洁能源、产业创新的社会基础完成度相对较低。该框架有助于流域系统的管理和决策,同时也有利于公众理解环境上限和社会基础之间交互复杂的关系。本研究亦展示了多源环境数据,特别是古湖沼学记录,能为区域生态环境管理提供重要的长期背景资料。
关键词:“安全公正空间”框架;环境上限;社会基础;太白湖流域;长期记录;古湖沼学
Abstract & Keywords
Abstract: Background, aim, and scope The recently emerging "Safe and Just Operating Space" (SJOS) framework highlighted the global ecological security boundaries and taken into account the achievement of key social development goals (SDGs). This framework is also important for environmental and ecological security at the regional scale and for sustainable social development. How to define the “threshold” of key environmental elements in the ecosystem is an important prerequisite for avoiding ecological degradation and maintaining important human well-being. This paper chose the typical Taibai Lake catchment in the middle and lower reaches of the Yangtze River, aiming to identify the regional boundaries in the process of monitoring ecosystem dynamics from monitoring and surveying real-world time series, thus developing a practical socio-ecological safety guidelines framework of the Taibai Lake Basin from the aspects of ecological security and social foundation. Materials and methods This paper collected the social survey data of the counties and cities around Taibai Lake and the monitoring and the sediment records (including sedimentation rate, geochemical elements, pollen, diatoms, etc.) in the past 150 years. From the two aspects of ecological security and social foundation, we built a safe and just operating space. Results The water quality, air quality, cultivated area and sediment regulation of the eight main ecosystem process in the basin exceed the environmental ceiling and are in dangerous states; sediment quality and soil stability are in cautious states; the biodiversity and flood level remained in safety. In terms of social foundation, the four social foundations of education, employment, income and clean water and sanitation have almost entered a safe and just operating space, but the social basis for clean energy and industrial innovation is relatively low. Discussion At present, especially in developing countries, the increasing social welfare and the basic needs of people face greater conflicts with environmental sustainability. The above results reflect the development characteristics of the Taibai Lake catchment in recent years that economic development and ecological environment development are not synchronized. Since the current academic community still lacks sufficient understanding of the state transition process of complex systems, there are still some pitfalls in the determination of the environmental ceiling in this study. The SJOS framework directly reflects the social development status and ecological environment status of each region through the quantitative system of environmental ceiling and social foundation, which provides a clear direction for decision makers in the management process. Conclusions In the process of development of the Taibai Lake Catchment, in addition to improving the social foundation, it is also necessary to pay special attention to the ecological pressure brought by economic development. The framework embraces both key elements of the ecological environment and socio-economic elements that are closely related to human well-being. In summary, the proposed framework helps to avoid problems that focus only on ecological security or social development in management and decision-making, and also helps the public understand the complex interaction between environmental caps and social foundations. Recommendations and perspectives This study also demonstrates multi-source environmental data, particularly paleolimnological records based on lake sediments, which can provide important long-term records for the development of regional eco-environmental safety frameworks. In addition, since the academic community still lacks sufficient understanding of the state transition process and the interactions among the social-ecological-environmental nexus, the selection of boundary indicators and the determination of ecological process thresholds can be further improved.
Keywords: Safe and Just Operating Space;environmental ceiling;social foundation;Taibai Lake catchment;paleolimnology
过去的一个世纪里,人类活动极大地改变了大气组成和地表覆被,例如从海岸带到极地,当前已有超过40%的陆地生态系统总量已出现了生态退化,并有研究预测地球系统将在2045年前后发生崩溃(Barnosky et al,2012)。事实上,生态系统对外界环境过程的响应可呈非线性模式,并存在突变点,即在生态系统状态达到临界点时,关键驱动力的微小变化,将使生态系统状态在很短的时间内发生突变,且突变后难以复原(Scheffer et al,2001)。地球系统这种潜在的“突变过程”,往往具有不可逆性、不易察觉性(无早期信号或很难探测到)及巨大的破坏性,给资源利用、生态环境管理部门带来了巨大的挑战。为此国际上许多组织和研究纷纷提出了相应的对策。2009年,Rockström等为了防止人类活动对环境造成不可逆转的破坏,提出了地球界限(Planetary Boundary)的概念,即从地球维系自身安全的角度,分别从9种最关键的地球系统过程包括气候条件、淡水供应、大气污染及关键生源要素(氮、磷)来界定了系列环境上限(Environmental Ceiling)并进行了当今状况评估,同时指出突破该环境上限可能对地球及人类造成灾难性后果(Rockström et al,2009a)。在此基础上,Raworth等将地球界限与社会基础功能边界结合在一起,既强调全球的生态安全,同时亦兼顾了社会发展主要指标的达成度,创造了一个形状像“甜甜圈”的概念模式——安全公正空间(Raworth,2012),引起了各界的广泛关注。更进一步的,Dearing et al(2014)利用安全公正空间框架,首次尝试了从全球尺度降维到区域尺度,对区域的环境安全和社会公正度进行评价,为区域管理提供科学依据。
近年来,虽然全球在发展经济、改善人居环境等方面所取得的进展,但是生态环境质量却急剧下降,并正在对地球基本生命支持系统构成严重威胁。基于此,2015年,世界各国元首签署全球可持续发展目标(SDGs)以促进人类社会的发展。SDGs包括17个可持续发展目标(goals)和169个具体目标(targets),是联合国历史上通过的规模最为宏大的发展议程(魏彦强等,2018)。正是在这样的背景下,Raworth等在此前的基础上,更新了其2012年“安全公正空间”的框架。不同的是,升级版“安全公正空间”社会基础维度是根据全球可持续发展目标(SDGs)中确定的社会需求;环境上限继续沿用地球界限框架所定义的九个关键的地球系统过程,但修改了环境系统过程的部分指标,使其更加容易被广大公众所接受(Raworth, 2017)。由于各地区经济发展阶段、水平存在较大的差异,“安全公正空间”框架理论的应用可能会面临着本土化的问题。特别是,地球生态系统和社会基础的发展过程在地方、区域和全球这三个尺度上并不同步。首先,全球各地区的社会经济发展的差异致使边界值的设定不同。从全球尺度设定的各种过程的“地球界限”可能会对地区性的政策制定造成误导(张军泽等,2019)。例如,大部分的发达国家为了减轻生态环境压力已经摒弃了资源密集型的工业发展道路了,但是经济发展落后的发展中国家则会担心全球尺度上的环境上限的设定会限制其发展经济。其次,不同的地区面临着不同的社会-环境问题。而且,发生在区域小尺度上的生态系统变化可能会对整个地球系统的运作方式产生影响,并且会在全球环境恶化之前先在区域内产生明显的变化。由此可见,在区域尺度上构建类似的“安全公正空间”发展框架具有着重要的实践意义。
长江中下游地区经济发展潜力巨大,该流域内拥有丰富的自然资源,经济基础雄厚,尤其是是重工业和制造业,但是近年来高速的经济增长很难兼顾到生态环境的可持续保护。目前,长江流域面临资源环境压力突出,长江经济带水环境、大气环境污染日益严重。例如湖泊水体总氮(TN)、总磷(TP)等污染物浓度增加, 导致湖泊水体富营养化不断加重, 据2007-2010年对东部平原湖区的水质调查表明长江中下游地区湖泊富营养化比例高达85.9%(杨桂山等,2010),许多湖泊已经出现生态突变,过渡到水生植物消失、藻华频发的藻型湖(Zhang et al,2018);大气环境恶化的现象也越来越明显,2000-2013年,PM2.5浓度呈显著的增加趋势,以上海—杭州—南京构成的高值区(徐建辉和江洪,2015)。在此背景下,长江中下游地区环境治理更需要“全局观”、“突变观”及“长期视角”,即需要在有效甄别影响该区社会-生态环境发展的各种关键胁迫因子的前提下,在较长的时间尺度内(如50-100年)对区域社会-经济-生态避免发生系统突变的趋势进行科学预测。同时,大家也愈来愈认识到,对生态环境的保护与治理,必须将区域内部的社会资源供给、生产方式、人类中长期福祉、环境管理政策协同进行,缺一不可(Steffen et al,2015)。
湖泊(包括水库)生态系统作为地球生态系统的重要组成部分,历史以来人类便环湖而居,湖泊对于保障流域内人们的生产生活及区域经济的可持续发展具有举足轻重的作用(王苏民和窦鸿身,1998)。同时,湖泊是流域的汇合体,忠实地记录着流域内长期生态环境的变化过程。本文拟选择长江中下游地区典型区-湖北省太白湖流域来建立流域可持续发展的“安全公正空间”框架。通过综合集成分析湖泊环境监测数据、湖泊沉积多指标揭示的长期演化序列来确定流域关键系统过程的环境上限,评估当今发展现状;借助周边县市的社会经济调查数据,依照联合国列举的全球可持续发展目标(SDGs)细则,来对照太白湖流域社会、经济、生态的发展过程与现状,重点关注威胁着生态安全和人类福祉的地球系统过程。本项工作的开展,将有助于从区域尺度上划定生态环境安全的短板及社会发展基础的不足,进而解决流域发开与保护的矛盾,促进该流域地区的可持续发展。
1   研究区域
长江中下游平原地区地处亚热带季风气候区,降水充足,是洪水易发地。该地区湖泊众多,是我国乃至世界上罕见的典型浅水湖泊群(王苏民和窦鸿身,1998)。太白湖是长江中下游洪泛平原湖泊群中的一个小型浅水湖泊,横跨湖北省黄冈市武穴县和黄梅县(图1)。20世纪30年代前后湖泊面积约为69.2km2,由于众多水利设施围护修建,湖泊面积急剧缩小,现有水面面积为25.1km2(黄冈地区水利志编纂委员会和湖北省黄冈市水利局,1997; 王苏民和窦鸿身,1998)。太白湖流域的人口数量自20世纪以来一直逐渐增加,1984年流域(黄梅县)人口总数为77.26万人,20世纪90年代末增长幅度明显,2017年末流域人口达到86.94万人,人口密集。该流域内农业经济发达,在在20世纪50年代建造的当地国营农场并发展水产养殖业(Xu et al,2017)。1970年以来,城市化进程不断推进,农业活动强度增大等导致流域内水体、大气等环境污染日益突出。


图1   太白湖流域的地理位置
Fig.1 Location of Taibai Lake Catchment
2   研究方法
2.1   “安全公正空间”框架的构建方法
在区域管理中运用“安全公正空间”要结合区域内面临的关键系统过程。因此,在本文中,我们将基于最新的“安全公正空间”理论框架(Raworth, 2017),提出一个适用于太白湖流域的“安全公正空间”框架,由外圈(环境系统过程)和内圈(社会基础)组成。
2.1.1   环境系统过程指标
根据长江中下游流域人口密度大,土地利用以城市化、高度发展的工农业为主等特征,本文选取了如下10个指标来界定根据各个指标所揭示的环境演化过程与机理,分别来指示“安全公正空间”中不同的系统过程(表1)。湖泊作为流域物质的汇集地,通过湖泊沉积环境指标分析可反演湖泊生态类型演化,反映流域内火灾、森林砍伐、农业规模变化、洪水等事件或过程(沈吉,2010)。因此,其中大部分指标系通过湖泊沉积记录来予以体现。具体说来:
长江流域地处亚热带洪泛平原,洪涝灾害是长江中下游地区常见的气象灾害之一,并且直接影响着流域物质交换、生物扩散及人们的正常生活,因此我们采用洪涝灾害等级程度来代表一项重要的气候变化胁迫。水体总磷(TP)浓度是衡量水质富营养化程度的重要变量,可以利用沉积硅藻进行定量重建(Yang et al,2008);沉积物中各元素来自于流域内人类活动排放物及大气沉降物等(沈吉,2010),因此沉积物中重金属元素含量的变化(如Pb)能衡量流域内空气污染程度或流域来源土壤质量(如Cu)(Renberg,1986);磁化率参数则对历史时期人类活动,特别是生产方式和强度的变化有明显的指示意义,所以采用频率磁化率指标来指示土壤稳定性(Oldfield and Frank,1991)。沉积速率反映单位时间内沉积物堆积的厚度(沈吉,2010),因此可以利用沉积速率来表示流域的水土保持状况。湖泊沉积物中的植物残体(包括孢粉)多样性是陆生及水生植被多样性的表征(Birks,1973),因此我们通过流域内孢粉属种种数来指示该流域的生物多样性特征。
环境上限值的确定是一个难点。本文拟将采用以下三种方法来确定环境上限值:第一种是环境基准型,即从湖泊历史演变的过程中识别合适的环境状态作为治理的临界点,可将显著的人类活动干扰前的生态状况、或明确的系统突变前的状况作为环境基准值。Zhang et al(2018)指出长江中下游湖泊生态过程存在两个突变点,50年代和80-90年代均发生了状态转变,因此把各系统过程在1950s和1980s的之前的环境状态作为环境上限值。第二种是行业标准型/专家判断标准型,把行业内公认的标准作为环境上限的阈值,如按照中国水质指标的营养分类标准(金相灿等, 1990),可将富营养化水体的总磷值超过100μg/L作为水质这一维度的阈值。同理,Xu et al(2017a)建议把0.16±0.08 g/cm2.a作为衡量沉积速率的环境上限。当上述两种方法都无法判断阈值时,则将会参照Dearing et al(2014)提出了环境演化的特征曲线(非线性变化型/变率及变幅)来进行生态阈值的确定。在非线性关系中,系统状态的变化存在临界点,当系统处于临界点附近,外界驱动的微小变化就可能导致其状态的巨大改变,会出现一些预料之外的结果(Meadows D,2008)。Dearing et al(2014)指出在关注生态阈值时,要优先考虑识别系统过程动态变化的长期特征。
2.1.2   社会基础指标
“安全公正空间”的社会基础维度设计参照了联合国可持续发展目标(SDGs)提出的多个社会优先事项(Raworth,2017),主要由无贫困、良好健康、优质教育、性别平等、体面工作、清洁用水与卫生设施、清洁能源、产业创新这九个维度构成。根据指标的代表性、时效性、可监测性、受关注度这四个标准从SDGs中选择最佳的评价指标。例如,无贫困这一目标要求在全球所有人口中消除极端贫困,采用每人每日生活费不低于1.25美元作为衡量指标。其它各项指标具体的选择详见表2。上述指标可以很好地体现了联合国可持续发展目标(SDGs)的核心内容,促进可持续发展目标的本土化,推进可持续发展目标的实施。
社会基础指标的当前完成值的确定方法主要是基于以下两种情况。第一,目标完成度评价值。参考政府网站上公布《2017年黄梅县全面建成小康社会监测报告》的相关数据,如:高新技术产业增加值占GDP比重评价值(完成比例)、城市失业率评价值(完成比例)、农村自来水普及率和农村卫生厕所普及率的评价值(完成比例)等。第二,由于社会基础中良好健康、优质教育等维度与个人追求和享受幸福的权利密切相关,考虑到社会公正等相关因素,因此把临界值设为100%。
2.3   数据来源与处理
本文所需的长期洪水灾害等级数据来源于参考文献(周月华等,2007),人均耕地面积的数据来源可参见文献(Xu et al,2017b)。指示长期湖泊环境变化过程的数据来自于湖泊沉积记录。2012年采用活塞采样器于太白湖中心区提取了一根沉积物钻孔,通过放射性210Pb测年、硅藻、孢粉、磁化率、沉积速率以及金属元素含量等指标的分析来揭示太白湖流域过去150年来的环境演化历史,各指标的具体分析方法及结果可见参考文献(Xu et al,2017b),社会-经济数据主要来源于流域周边县市的统计年鉴,从统计年鉴(湖北省统计局, 国家统计局湖北调查总队,2019;余红志等,2018)以及文件记录收集当前太白湖流域社会基础指标数据,包括太白湖流域居民收入水平、5岁以下儿童可预防的死亡率等,详细介绍可以参照表 2。
3   研究结果
太白湖沉积物记录了其流域过去150余年的环境演化历史。随着社会经济的快速发展,部分环境变量已经显示出快速的状态转变(图 2)。人均耕地面积由50年代初期的0.12公顷到近年来的0.05公顷,反映了人口的快速增长过程及快速的城镇建设过程。关键的环境支持媒介所对应的指标如沉积物质量、水质、土壤稳定性,空气质量及水土保持均体现了自1940s以来质量状况缓慢下降(对应的浓度曲线上升,图 2),至1970s-80s出现快速退化的趋势。对洪涝等级及生物多样性,过去百年来的曲线类型对应于Dearing et al(2014)中曲线类型中的非线性型,但仍然处在安全的变率范围之内,因此尚未达到环境上限。对流域内各环境上限值的设定结果以及生态系统过程状态判定结果详见表 1。
由表1可见,太白湖流域内已经有耕地资源、水质、空气质量和水土保持这4个生态系统过程已经超越了环境上限,处于危险的状态;洪涝等级、生物多样性这2个生态系统过程仍保留在当前边界值范围内,其中沉积物质量、土壤稳定性这2个生态系统是处于谨慎的环境状态,结合表 1内的各项参数结果,根据其所在不同状态进行颜色标记,绿色代表“安全”的状态,表示当前生态系统处于阈值范围内,没有超越环境上限;黄色代表“谨慎”的状态,表示当前生态系统当前值接近阈值,但是并没有超越环境上限;红色代表“危险”的状态,表示当前生态系统已经超越阈值,突破了环境上限,最后绘制得到图 2。流域内社会-经济发展状况如表 2所示,其中有7个的社会指标的完成值已经超过90%,1个社会指标的完成值未达到30%。结合目前生态系统过程和社会基础系统过程对流域内的社会-生态过程进行评价,具体情况如下(表1,表2,图3):
当前,流域内孢粉属种种数为55种,生物多样性在历史时期虽有波动变化但没有超越环境上限,总体上来说处于安全的状态。洪涝灾害等级的目前处于3-4级,虽没有超越环境上限4级,但是近年来洪涝灾害发生频率呈现不断增大的趋势。目前,太白湖流域内的人均耕地面积为0.053公顷,低于湖北省的人均耕地面积0.068公顷(马才学,2018),而处于危险的状态阶段。利用沉积硅藻-总磷转换函数表明自20世纪中期以来流域内水体的总磷含量总体趋势是不断上升的,目前太白湖水体总磷的含量已经达到122μg/L,远超出中国水环境评价标准中的富营养水体100μg/L的标准(金相灿,1990),处于危险的状态。流域内沉积物频率磁化率的变化趋势明显,随着时间的推移,频率磁化率大体上呈现上升趋势,且当前值为7,未超出设定的环境上限值,表明流域内土壤稳定性处于谨慎的状态。当前,湖泊的沉积物重金属铅的含量为32.6 mg/kg,远超于流域内的环境上限值29.5 mg/kg(1980s的沉积物铅浓度,见表2),在历史时期,铅的含量是不断增加的,尤其在改革开放后空气中铅的含量大幅度增加并且达到高值,所以流域内的空气质量是处于危险的状态。沉积物中的重金属铜的当前的含量为37mg/kg,在历史时期虽有波动变化,但是在20世纪80年代以来沉积物中铅的含量也出现了明显增加趋势,当前处于谨慎的环境状态。沉积速率的当前值为0.33g/cm2.a,已超出预设的环境上限值0.24 g/cm2.a,因此当前流域内水土保持处于危险的状态。
在社会基础方面(见表3),流域内消除贫困这一指标的完成情况已经高达97.86%。在妇女、儿童健康情况等方面的完成值较高,5岁以下儿童的死亡率已经控制在1%的范围内,当前完成值为99.61%;青壮年文盲(15-50岁以上)比例较低,优质教育这一目标的完成值达到96.65%;出生人口性别比接近于国际的标准,性别平等工作的完成值达到93.94%。流域内城市人口的失业率得到控制,并且达到政府有关部门预设的目标,所以体面工作的完成值到达100%。清洁用水与卫生设施这一社会基础维度完成度较高,农村自来水普及率完成值为100%,农村厕所普及率的完成值高达98.24%。当前,清洁能源的完成值为76.51%,处于“安全公正空间”的社会基础边界之下。但是,高新技术产业增加GDP比重这一指标的完成值只有26.75%,产业创新远这一方面仍未达到社会基础的最低水平。


图 2   太白湖流域生态、环境变化变量的长期特征(AD1877-2012)。时间序列上,红色的点虚线是表示生态过程动态变化的范围,而红色的虚线代表广泛采用的环境上限值。生态过程的变化阶段用不同的颜色编码:安全(绿色)、谨慎(黄色)和危险(绿色)状态。当前状态是由2010s年的生态过程状态而定。具体的详细介绍参见表1。
Fig.2 Patterns of the main ecological and environmental process in Taibai Lake Catchment during the period AD 1877-2012. The red dotted dash lines indicate the envelope of dynamic change, while the dash lines for environmental ceiling widely accepted. Also, each eco-process differs in color coding to indicate the state of security (green), discreet (yellow), and dangerous (green) states. The current state is determined by the state of each ecological process in 2010s. See Table 1 for more details.
表 1   太白湖生态系统过程及其评价指标、生态系统动态变化类型的分类及其当前值(现状评价)
系统过程
Ecological process
指标
Indication
环境上限判断方法
Method of environmental ceiling judgment

环境上限定义
Definition of environmental ceiling
环境上限Environmental ceiling当前值
Current state
洪涝等级
Flood level
洪涝等级
Flood level
Ⅲ-非线性变化型
Ⅲ-Nonlinear trends
1950s前的洪涝等级
Flood level before 1950s
3级
Level 3
3级(安全)
Level 3(Safe)
生物多样性
Biodiversity
孢粉属种数
No. of pollen species
Ⅲ-非线性变化型
Ⅲ-Nonlinear trends
1940s的孢粉属种数
No. of pollen species in 1940s
54
54
55(安全)
55(Safe)
耕地资源
Cultivated land
人均耕地面积
Per Cultivated Area
II-行业标准型
II-Industry standard
2015年湖北省的人均耕地面积
Cultivated area per capita in Hubei Province in 2015
0.068 公顷
0.068 ha
0.053公顷(谨慎)
0.053h (Cautious)
水质
Water quality
基于沉积硅藻的历史总磷重建值
Diatom-inferred historical [TP]
II-行业标准型
II-Industry standard
湖泊富营养界限
Lake eutrophication criterion
100μg/L122μg/L(危险)
122μg/L(Dangerous)
土壤稳定性
Soil stability
磁化率
Magnetic susceptibility
I –环境基准型
I –Environmental background
1980s的磁化率值
Magnetic susceptibility value of 1980s
77(谨慎)
7(Cautious)
空气质量
Air quality
沉积物铅的浓度
Sedimentary [Pb]
I –环境基准型
I –Environmental background
1980s的沉积物铅含量
Pb content in 1980s
29.5mg/kg32.6mg/kg(危险)
32.6mg/kg(Dangerous)
水土保持
Sediment regulation
沉积速率
Sediment rate
I –行业标准型
I –Industry standard
1930s的沉积速率
SR of 1930s
0.24 g/cm2.a0.33 g/cm2.a(危险)
0.33g/cm2.a(Dangerous)
沉积物质量
Sediment quality
沉积物铜的浓度
Sedimentary [Cu]
I –环境基准型
I –Environmental background
1980s的沉积物铜的含量
Copper content of sediments in 1980s
37mg/kg37mg/kg(谨慎)
37mg/kg (Cautious)
表 2   基于联合国可持续发展目标(SDGs)的8项社会基础指标及其完成度
社会基础
Social foundation
指标
Indication
当前完成值 %
Current completion value (%)
无贫困
No Poverty
每人每日生活费1.25美元以上
Daily living expenses per person above $1.25
97.86%
良好健康
Good Health
5岁以下儿童可预防的死亡率
Preventable mortality in children under 5 years of age
99.61%
优质教育
Quality Education
青壮年文盲率(15-50岁以上)
Young and middle-aged illiteracy rate (15-50 years old and above)
96.65%
性别平等
Gender Equality
出生人口性别比
Sex ratio of births
93.94%
体面工作
Decent Work
城市失业率目标达成度
The achievement of urban unemployment rate
100%
清洁用水与卫生设施
Clean Water and Sanitation
农村自来水普及率达成度
The achievement of rural tap water penetration rate
100%
农村卫生厕所普及率达成度
The achievement of rural health toilet penetration rate
98.24%
清洁能源
Clean Energy
水力发电、核发电、其它发电的生产量比重
Proportion of hydropower, nuclear power generation, and other power generation
76.51%
产业创新
Industrial innovation
高新技术产业增加GDP比重
High-tech industries increase the proportion of GDP
26.75%


图 3   太白湖流域“安全公正空间”框架。内圈“社会基础”的红色部分代表短缺,绿色代表达成度;外圈红色代表超过环境上限,空白部分表示生态过程保持在安全公正空间内。详见方法部分。
Fig.3 The “Safe and Just Operating Space” framework of the Taibai Lake Basin. The red part of the inner circle represents a shortage, while the green for the degree of achievement; In the outer circle, red represents the overshoot of environmental process, and the blank part indicates that the ecological process remains in a safe and fair operating space. See the method section for details
4   讨论与结论
目前,尤其在发展中国家中,社会福祉及人们基础需求的日益提高与环境可持续发展面临较大的冲突。O’Neil et al(2017)对世界上150余个国家(地区)的资源利用现状及环境发展的可持续进行了评估,发现在不突破地球界限(全球尺度上的安全公正空间范围内)所设立的环境上限的条件下,没有一个国家能达到人们日常生活所有基础物质条件的基本满足。无疑,在区域/流域尺度上,也面临着相同的发展困境。本研究为区域内的社会与生态的管理提供了一个清晰的指导,揭示出了目前已经越过“安全公正空间”的环境要素,并对流域内人们的生活状况进行了客观的评估,这对当地政府缓解生态环境的压力、提高居民生活满意度、促进社会基础不断完善和发展具有重要的指导意义,也为落实联合国可持续发展目标(SDGs)提供了一个契机。
应用于太白湖流域的“安全公正空间”模型中共有8个系统过程,目前有4个已经突破了环境上限。生物多样性在波动变化的发展过程中仍保持在“安全公正空间”框架内,但是按照目前的趋势,生物多样性正朝着不良的方向发展,如果不多加关注和管理将会突破环境边界。改革开放以来耕地数量阶段性增减交替,减少速度逐渐放缓,尤其是2006年以来国家开始试点土地增减挂钩政策,耕地减少数量得到控制(刘丹等,2018)。湖泊沉积物中记录的重金属Cu元素的含量总体上呈现不断增加的趋势,湖泊沉积物中的重金属元素主要来源于流域岩石风化物、土壤及人为污染源等(Mogollón J L et al, 1996),但是近代以来重金属元素含量增多往往与流域工业化进程紧密相关(Wu Y et al, 2010)。20世纪80年代以来沉积物重金属Cu的含量急剧上升,应系流域城市化进程快速发展导致大量的工业废水排放入湖所致。20世纪中后期,在农业活动中大量使用化肥以提高农作物的单位产量,该地区开始大量使用N、P、K化肥,并且养鱼规模的急剧扩大使得湖泊中磷的含量不断增大,水质富营养化严重,水质恶化以至达到危险的状态。20世纪后期以来,流域内汽车保有量不断上升,加上化学工业产生的大量废弃物使得空气中重金属铅的含量不断增加,大气中重金属铅沉降明显增加,相应的,湖泊沉积物中记录重金属铅含量不断升高。太白湖流域水土保持的变化趋势情况与人类活动强度具有较高的一致性,20世纪中期以来,太白湖面积急剧缩小及因围垦导致入湖泥沙量的增多,这可能是这一时期沉积速率明显升高的原因(Liu E F et al, 2007)。60-70年代初期,太白湖上游地区荆竹水库等多个水库相继建成使用,对入湖径流起到调蓄作用,有效地降低了湖泊的沉积速率(姚书春等,2006)。80年代末期以来,较高的沉积速率则与农业发展导致的水土流失有关(Liu E F et al, 2007)。
综观流域内社会基础的达成度,以建国初期为参照,社会基础各项系统过程有了较大的发展。建国70年来,经济发展速度加快,黄冈GDP年均增长速度达到10.2%(杨芳等,2019),人均生产总值大幅提升,县域经济快速发展为流域内保障和改善民生方面提供了强有力的保障。如,流域内居民健康水平显著提升,这主要依赖于医疗卫生服务能力全面提升,全省的医疗卫生机构增加到2018年的36397家(湖北省统计局和国家统计局湖北调查总队,2019)。近年来,流域内就业规模持续扩大,年末城镇登记失业率均低于控制目标,反映出经济发展与扩大就业的良性互动。但是流域内社会基础取得长足发展的同时不容忽视其背后隐藏的不公正。即使流域内经济总量和综合实力显著增强,年末城镇登记失业率情况乐观,但是收入水平之间的差异等也是不容忽视的问题。
由于目前学术界对复杂系统的状态转变过程仍缺乏足够的认识,本研究中环境上限值的确定仍存在一定的误差。对于环境承载力及其隐含的阈值而言,可以通过结合长期的监测数据和统计手段得到一个较为准确的数值或范围。然而,对于不具阈值效应特征的地球系统过程来说,地球界限的设定更多地由人类发展需求和对环境风险的感知来界定,会受到主观因素的影响,因此容易引起一些争议(张军泽等,2019)。由于当前已有的知识无法详细描述自然过程的复杂性,或者是控制变量和响应变量之间相互作用的反馈机制,使得评估到的环境上限值具有一定的不确定性(Rockström et al,2009b;Steffen et al,2015a)。尽管如此,配合区域特征的识别及专家判断等手段,本研究结果对流域生态仍有重要的管理实践意义。类似的,为保护诸多重要的生态系统,如草甸、自然保护区等,中国管理部门近年来提出生态红线的概念,即资源利用强度的底线,表明了生态环境保护的严肃性与不可破坏性,是近年我国生态保护领域的最重要制度之一(郑华和欧阳志云,2014)。可以看到,由于生态系统的多样化、空间格局上的差异、各级政府生态管理的侧重不同等因素,尽管“生态红线”制度仍存在划分难、实施效果评估难等问题,但仍给区域环境管理带来了显著的效果。
“安全公正空间”系统内部各要素具有复杂性和交互性。例如,流域内清洁用水与卫生设施的发展现状不容乐观,如果不采取相应的举措,很有可能会抑制该流域内良好健康这一指标的发展。太白湖为该流域内的社会经济发展提供了重要的淡水资源与生态系统服务功能。流域内农业发展历史悠久,从20世纪40年代的起步到70年代的规模迅速扩大,到2010s的总产量600多万吨。水产养殖业的发展巨大的经济收益。但是,养殖所造成的二次污染,给水环境带了不利影响(Beeton,2002)。因此,如何权衡经济发展与生态保护之间的关系是目前面临的一个很重要的命题。此外,由于区域之间不断地进行着物质、能量和信息的流动,所以流域内水质恶化、水土保持能力下降都将可能会导致其他流域范围内的相应的生态质量下降。同理,周边地区的生态环境过程和经济发展状况的变化也有可能会对该流域产生影响,“安全公正空间”作出相应的调整。综合上述因素可得,复杂的交互效应使得在构建“安全公正空间”框架过程中,尤其在选择指标与确定阈值等方面带来不确定性的因素。比如:社会基础中性别平等这一维度的衡量指标从多方面多维度来进行评价,但是考虑到数据的可获得性以及流域内的实际情况,仅选择了出生人口性别比这一指标来衡量。在未来的研究中,可以进一步丰富各维度的衡量指标,多方位地对其进行评价。同样地,“安全公正空间”框架的设计也需要结合不同地区的实际情况选择不同的指标。
“安全公正空间”通过量化环境上限和社会基础各个系统过程直接反映了各地区的社会发展现状以及生态环境状态,为决策者在管理过程中提供了明确的方向。由于某些生态系统的变化过程具有明显滞后性,如水质的恶化以及空气质量的下降,在短期或某一阶段内不容易被察觉,以至于生态系统恶化会出现不可挽回的局面。利用“安全公正空间”框架来对流域进行管理,可以有效地避免类似的情况发生。应用于太白湖流域内的“安全公正空间”同样也适用于其他流域,虽然不同的流域会有不同的发展特点和难点,但是本研究所考虑的生态要素和经济发展过程对其他流域的管理同样具有借鉴意义。在不同尺度上、不同主题下仍然可以采用“安全公正空间”理论,未来的研究可以进一步丰富“安全公正空间”理论在不同尺度和主题的应用。最后,本研究“安全公正空间”与联合国提出全球可持续发展目标(SDGs)紧密联系在一起,因此它对于落实联合国提出的全球可持续发展目标具有重要意义。值得注意的是,我们需要摒弃传统的经济发展观念,不能一味地追求GDP的增长而忽视人类其他方面的发展,例如:身体健康、教育等,同时也要关注生态环境的发展,避免突破生态环境的上限,要实现包容性的经济增长,既要实现经济的可持续发展。同时,由于“安全公正空间”系统内部各要素的交互联系这一复杂的特点,在追求社会基础最大化和生态环境安全的过程中要注意某一系统过程是否会对其他过程的发展产生抑制的作用。例如,在消除贫困中所采取的行动方式要避免对生态环境的发展造成压力。
致谢
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稿件与作者信息
苏彦瑜
SU Yanyu
董旭辉
DONG Xuhui
董旭辉,E⁃mai:xhdong@gzhu.edu.cn
基金项目 :国家自然科学基金(41772372,41901222);湖泊与环境国家重点实验室开放基金项目(No. 2018SKL001)
National Natural Science Foundation of China(41772372,41901222);Supported by State Key Laboratory of Lake Science and Environment(No. 2018SKL001)
出版历史
出版时间: 2019年12月27日 (版本1
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地球环境学报
Journal of Earth Environment