Journal of Natural Resources, Volume. 35, Issue 3, 513(2020)
New insights into assessing the carrying capacity of resources and the environment: The origin, development and prospects of the planetary boundaries framework
Figures & Tables(10)
Fig. 2. Comparison of the carrying states between the initial and updated versions of the planetary boundaries framework
Fig. 3. Number of papers on planetary boundaries in different publications from 2009 to 2018 (no less than 5 papers)
Fig. 4. Cooperation network between countries doing research related to planetary boundaries from 2009 to 2018
Fig. 5. Cooperation network between institutes doing research related to planetary boundaries from 2009 to 2018
Fig. 6. Cooperation network between researchers doing research related to planetary boundaries from 2009 to 2018
Fig. 7. An integrated framework for intergating planetary boundaries and environmental footprints from a life cycle assessment perspective
Table 1. Comparison of the biophysical indicators between the initial and updated versions of the planetary boundaries framework
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地球生物物理过程 控制变量与对应行星边界 (不确定性区间) 本文称谓 评估值 气候变化 [不变] 大气CO2浓度/ppm:350 (350~550) [不变:350 (350~450)] 碳边界 387 [396.5] 辐射强迫变化/(W/m2):1 (1.0~1.5) [不变] 1.5 [2.3 (1.1~3.3)] 生物多样性损失 [生物圈完整性变化] 物种灭绝速率/(E/MSY):<10 (10~100) [物种灭绝速率/(E/MSY):<10 (10~100),生物多样性完整指数(BII):90% (90%~30%)] 生物多样
性边界>100 [100~1000,
84% (对于南非)]生物地球化学流动[不变] 氮循环:人类利用引起大气N2损失/(Mt N/a):35 (35~49) [工业和生物固氮/(Tg N/a):62 (62~82)] 氮边界 121 [约150] 磷循环:流入海洋的P/(Mt P/a):11 (11~110)
[全球:不变:11 (11~100);区域:从化肥流入土壤的P/(Tg P/a):6.2 (6.2~11.2)]磷边界 8.5~9.5 [全球:约22;区域:约14] 平流层臭氧消耗 [不变] 平流层臭氧浓度/DU:276 (276~261) [不变] 臭氧边界 283 [约200
(南极洲上空)]海洋酸化 [不变] 表层海水霰石全球平均饱和度/Ω:2.75 (2.75~2.41) [不变] 海洋边界 2.90 [不变] 淡水利用 [不变] 淡水消耗量/(km3/a):4000 (4000~6000)
[全球:不变;流域:河流蓝水月均提取占比/%:枯水月:25 (25~55),中水月:30 (30~60),丰水月:55 (55~85)]水边界 2600 [不变] 土地利用变化[土地系统变化] 土地转化为耕地的比例/%:15 (15~20) [全球为林地面积占原始森林覆盖的比例/%:75 (75~54)]; 群落为林地面积占潜在森林覆盖的比例/%:
(1) 热带:85 (85~60)
(2) 温带:50 (50~30)
(3) 寒带:85 (85~60)]土地边界 11.7 [62] 大气气溶胶负载
[不变]区域基础上的大气总颗粒物浓度:待定 [全球:气溶胶光学厚度 (AOD);区域:季均AOD,印度大陆上空0.25 (0.25~0.50),吸收AOD<总AOD的10%] 气溶胶边界 待定[0.30 (南亚上空区域)] 化学污染 [新实体的引入] 例如有机污染物、塑料、排泄物、重金属、核废料等排放数量或者浓度:待定 [不变] 化学污染边界 待定[不变]
Table 2. Application of the planetary boundaries framework at multiple regional scales
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文献来源 研究尺度 环境边界类型及设定方式 优势 不足 Antonini等[ 49 ]公司(组织) 缺乏 缺乏 大多数公司未公布间接环境影响报告 Bjørn等[ 50 ]公司(组织) 以碳边界为主:自上而下 气候变化关注较多 对其他环境边界关注不够 Clift等[ 51 ]公司(组织) 碳:自上而下;水、生物多样性、化学污染:自下而上 联系全球与组织 研究方法有待优化完善 Cole等[ 52 ]省域 碳、臭氧、水、土地、氮、生物多样性、海洋、空气污染、化学污染:政策与本地视角 体现省域资源环境特点 未建立与行星边界的联系 Cole等[ 53 ]国家 碳、臭氧、水、土地、氮、生物多样性、海洋、空气污染、化学污染:政策与本地视角 体现国家资源环境特点 未建立与行星边界的联系 Dao等[ 54 ]国家 碳、氮、磷、土地、生物多样性:自上而下 体现代内代际公平 未考虑区域资源环境状况 Dearing等[ 55 ]流域和县域 空气、表土、水体、泥沙:自下而上 体现区域环境问题 与行星边界联系不强 Fang等[ 56 ]国家 碳:自上而下,水、土地:自下而上 体现生物物理过程空间属性 缺乏对其他环境边界的讨论 Fanning等[ 57 ]国家、省域 碳、氮、磷:自上而下;水、土地:自下而上 充分运用行星边界更新框架 氮、磷边界未体现空间异质性 Hoff等[ 58 ]国家 碳、氮、磷、水、土地:自上而下 国家环境边界可比 未考虑资源环境状况和历史责任 Hoornweg等[ 59 ]市域 碳、生物多样性、水、土地、氮、污染、地理物理风险:自上而下 城市环境边界可比 未考虑资源环境状况 Nykvist等[ 60 ]国家 碳、氮、水、土地:自上而下 国家环境边界可比 未考虑资源环境状况和历史责任 O'Neill等[ 61 ]国家 碳、磷、氮、水、土地:自上而下;生态足迹、物质足迹:已有研究 国家环境边界可比 未考虑资源环境状况和历史责任,变量重叠 Whiteman等[ 62 ]公司(组织) 碳、生物多样性、水、土地、臭氧、化学污染:定性分析 增进对组织环境过程的认识 缺乏系统性,对组织环境边界界定不明确
Table 3. Comparison between the planetary boundaries framework and traditional carrying capacity of resources and the environment
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比较项目 传统资源环境承载力 行星边界框架 评估理念 强调资源供给、环境容量的上限阈值以及承载状态,基于本地（或区域）视角进行承载力评估,较少考虑不同区域间可能存在的联系 秉持“地球系统观”,强调人类活动应与地球生态系统临界阈值保持足够的安全距离,以维持系统稳态,在拓展至全球以下尺度的过程中,考虑不同区域间的彼此联系 评估方法 基于本地（或区域）视角自下而上测算承载力,包括多因素综合法、生态足迹法等方法 基于人类对生态风险有效防控的保守预计,将临界阈值不确定性区间的初始值设定为行星边界,并通过全球自上而下的视角为不同尺度地区设置承载力 临界阈值的选取 主要可分为三类:（1）基于局地资源禀赋,如土地资源禀赋;（2）基于局地环境容量,如水环境容量;（3）根据局地资源环境政策文件规定,如大气污染物排放浓度控制限额 通过统计分析等技术方法确定临界阈值的可能范围,在拓展至区域尺度时关注不同生物物理过程在不同尺度之间的交互作用 评估结果的
实际意义测度人地关系协调发展和区域可持续发展的重要依据 强调全球生态系统综合调控,追求在地球生物物理边界内提升人类福祉
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Xian-peng CHEN, Kai FANG, Jian PENG, Ai-yuan LIU. New insights into assessing the carrying capacity of resources and the environment: The origin, development and prospects of the planetary boundaries framework[J]. Journal of Natural Resources, 2020, 35(3): 513
Paper Information
Received: Feb. 15, 2019
Accepted: --
Published Online: Sep. 25, 2020
The Author Email: FANG Kai (fangk@zju.edu.cn)
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