- CN 62-1070/P
- ISSN 1000-694X
- Bimonthly 1981
Journal of Desert Research ›› 2025, Vol. 45 ›› Issue (5): 194-208.DOI: 10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00105
Feng Chen(
), Xiangyu Qu
Received:2025-02-19
Revised:2025-07-03
Online:2025-09-20
Published:2025-09-27
CLC Number:
Feng Chen, Xiangyu Qu. Measurement of safe and just operating space for sustainable development of natural-social systems in provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin[J]. Journal of Desert Research, 2025, 45(5): 194-208.
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URL: http://www.desert.ac.cn/EN/10.7522/j.issn.1000-694X.2025.00105
Fig.1 Overview map of the research area
| 自然系统 | 指标 | 环境界限 | 依据 |
|---|---|---|---|
| 气候变化 | 大气中CO2的浓度（mg·kg-1） | 350~450 | 地球界限框架 |
| 水环境质量 | 地表水省考断面不低于Ⅲ类的比例（%） | 79.20~100 | 地表水环境质量标准（GB3838—2002） |
| 化学污染 | 地区地表水监测断面高锰酸盐浓度（mg·L-1） | ≤6 | 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准 |
| 省地表水监测断面化学需氧量浓度（mg·L-1） | <20 | 山西省《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019） | |
| 地区地表水监测断面氨氮浓度（mg·L-1） | ≤1 | 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准 | |
| 省地表水监测断面氨氮浓度（mg·L-1） | <1.50 | 山西省《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019） | |
| 化肥使用量 | 每公顷农作物化肥使用量（kg） | 120 | 农作物每公顷化肥使用量的世界平均水平 |
| 淡水利用 | 人均水资源占有量（m3） | 2 032 | 《内蒙古自治区“十四五”水资源配置利用规划》 |
| 381 | 2020年山西省人均水资源占有量 | ||
| 2 098.50 | 中国人均水资源占有量 | ||
| 土地转换 | 有林地占林地面积比例（%） | 30~50 | 温带林地占潜在林地面积比例 |
| 空气质量 | 年平均大气PM10浓度（μg·m-3） | ≤70 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） |
| 年平均大气SO2浓度（μg·m-3） | ≤60 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） | |
| 年平均大气NO2浓度（μg·m-3） | ≤40 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） | |
| 生物圈完整性变化 | 生态环境状况指数 | 40~100 | 生态环境状况评价技术规范 |
Table 1 Corresponding indicators， environmental boundaries， and basis for natural systems
| 自然系统 | 指标 | 环境界限 | 依据 |
|---|---|---|---|
| 气候变化 | 大气中CO2的浓度（mg·kg-1） | 350~450 | 地球界限框架 |
| 水环境质量 | 地表水省考断面不低于Ⅲ类的比例（%） | 79.20~100 | 地表水环境质量标准（GB3838—2002） |
| 化学污染 | 地区地表水监测断面高锰酸盐浓度（mg·L-1） | ≤6 | 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准 |
| 省地表水监测断面化学需氧量浓度（mg·L-1） | <20 | 山西省《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019） | |
| 地区地表水监测断面氨氮浓度（mg·L-1） | ≤1 | 《地表水环境质量标准》（GB3838—2002）Ⅲ类水质标准 | |
| 省地表水监测断面氨氮浓度（mg·L-1） | <1.50 | 山西省《污水综合排放标准》（DB14/1928—2019） | |
| 化肥使用量 | 每公顷农作物化肥使用量（kg） | 120 | 农作物每公顷化肥使用量的世界平均水平 |
| 淡水利用 | 人均水资源占有量（m3） | 2 032 | 《内蒙古自治区“十四五”水资源配置利用规划》 |
| 381 | 2020年山西省人均水资源占有量 | ||
| 2 098.50 | 中国人均水资源占有量 | ||
| 土地转换 | 有林地占林地面积比例（%） | 30~50 | 温带林地占潜在林地面积比例 |
| 空气质量 | 年平均大气PM10浓度（μg·m-3） | ≤70 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） |
| 年平均大气SO2浓度（μg·m-3） | ≤60 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） | |
| 年平均大气NO2浓度（μg·m-3） | ≤40 | 环境空气质量标准（GB3095—2012） | |
| 生物圈完整性变化 | 生态环境状况指数 | 40~100 | 生态环境状况评价技术规范 |
| 社会系统 | 指标 | 目标值 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||
| 无贫困 | 每人每日生活费1.25美元以上人口比例（%） | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 良好健康与福祉 | 孕产妇每10万例活产死亡率 | ≤18 | ≤10.15 | ≤12.50 | ≤9.50 |
| 5岁以下儿童死亡率（‰） | ≤9.50 | ≤4.62 | ≤6.50 | ≤5.30 | |
| 教育 | 学前三年毛入园率（%） | ≥95 | ≥97.84 | >99.95 | ≥93 |
| 水资源及卫生 | 农村自来水普及率（%） | ≥82 | ≥95.50 | ≥92 | ≥93 |
| 农村卫生厕所普及率（%） | ≥32 | ≥85 | ≥65 | ≥90 | |
| 性别平等 | 出生人口性别比 | 103~107 | 103~107 | 103~107 | 103~107 |
| 体面工作与经济增长 | 城镇登记失业率（%） | ≤5.50 | ≤5.50 | ≤4.50 | ≤4.50 |
| 地区生产总值年增长率（%） | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 能源安全 | 单位GDP能源消耗（吨标准煤/万元） | 1.33 | 0.4498 | 1.03 | 0.36 |
| 产业创新 | 高新技术企业数量（家） 高新技术生产总值占地区生产总值比重（%） | 2000 | 12 000 | 12 | 16 000 |
| 可持续的城市 | 空气质量优良天数（d） | 311.01 | 302.60 | 272 | 259.15 |
Table 2 Corresponding indicators and target values of social system
| 社会系统 | 指标 | 目标值 | |||
|---|---|---|---|---|---|
| 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||
| 无贫困 | 每人每日生活费1.25美元以上人口比例（%） | 100 | 100 | 100 | 100 |
| 良好健康与福祉 | 孕产妇每10万例活产死亡率 | ≤18 | ≤10.15 | ≤12.50 | ≤9.50 |
| 5岁以下儿童死亡率（‰） | ≤9.50 | ≤4.62 | ≤6.50 | ≤5.30 | |
| 教育 | 学前三年毛入园率（%） | ≥95 | ≥97.84 | >99.95 | ≥93 |
| 水资源及卫生 | 农村自来水普及率（%） | ≥82 | ≥95.50 | ≥92 | ≥93 |
| 农村卫生厕所普及率（%） | ≥32 | ≥85 | ≥65 | ≥90 | |
| 性别平等 | 出生人口性别比 | 103~107 | 103~107 | 103~107 | 103~107 |
| 体面工作与经济增长 | 城镇登记失业率（%） | ≤5.50 | ≤5.50 | ≤4.50 | ≤4.50 |
| 地区生产总值年增长率（%） | 5 | 5 | 5 | 5 | |
| 能源安全 | 单位GDP能源消耗（吨标准煤/万元） | 1.33 | 0.4498 | 1.03 | 0.36 |
| 产业创新 | 高新技术企业数量（家） 高新技术生产总值占地区生产总值比重（%） | 2000 | 12 000 | 12 | 16 000 |
| 可持续的城市 | 空气质量优良天数（d） | 311.01 | 302.60 | 272 | 259.15 |
| 自然系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | |
| 气候变化 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 |
| 水环境质量 | 79.10（2023） | 99.9 | 97.80（2023） | 100 | 71.70（2022） | 90.5 | 83（2023） | 100 |
| 化学污染 | 4.11（2023） | 100 | 3.46（2024） | 100 | 16.03（2022） | 100 | 2.66（2023） | 100 |
| 0.12（2023） | 100 | 0.09（2024） | 100 | 0.51（2022） | 100 | 0.26（2023） | 100 | |
| 化肥使用量 | 196.56（2022） | 163.8 | 488.32（2022） | 406.9 | 267.48（2022） | 222.9 | 792.24（2022） | 660.2 |
| 淡水利用 | 2 121（2022） | 100 | 924.90（2022） | 44.1 | 441（2022） | 100 | 252.50（2022） | 12.0 |
| 土地转换 | 39.40（2014） | 100 | 89.30（2020） | 100 | 89.30（2021） | 100 | 97.50（2020） | 100 |
| 空气质量 | 47（2021） | 100 | 65（2023） | 100 | 74（2023） | 105.7 | 74（2023） | 105.7 |
| 11（2021） | 100 | 8（2023） | 100 | 12（2023） | 100 | 8（2023） | 100 | |
| 20（2021） | 100 | 30（2023） | 100 | 31（2023） | 100 | 25（2023） | 100 | |
| 生物圈完整性变化 | 62.68（2022） | 100 | 70.05（2023） | 100 | 52.11（2022） | 100 | 55.22（2023） | 100 |
Table 3 Current situation of natural system process indicators in four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
| 自然系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | |
| 气候变化 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 | 419.30（2022） | 100 |
| 水环境质量 | 79.10（2023） | 99.9 | 97.80（2023） | 100 | 71.70（2022） | 90.5 | 83（2023） | 100 |
| 化学污染 | 4.11（2023） | 100 | 3.46（2024） | 100 | 16.03（2022） | 100 | 2.66（2023） | 100 |
| 0.12（2023） | 100 | 0.09（2024） | 100 | 0.51（2022） | 100 | 0.26（2023） | 100 | |
| 化肥使用量 | 196.56（2022） | 163.8 | 488.32（2022） | 406.9 | 267.48（2022） | 222.9 | 792.24（2022） | 660.2 |
| 淡水利用 | 2 121（2022） | 100 | 924.90（2022） | 44.1 | 441（2022） | 100 | 252.50（2022） | 12.0 |
| 土地转换 | 39.40（2014） | 100 | 89.30（2020） | 100 | 89.30（2021） | 100 | 97.50（2020） | 100 |
| 空气质量 | 47（2021） | 100 | 65（2023） | 100 | 74（2023） | 105.7 | 74（2023） | 105.7 |
| 11（2021） | 100 | 8（2023） | 100 | 12（2023） | 100 | 8（2023） | 100 | |
| 20（2021） | 100 | 30（2023） | 100 | 31（2023） | 100 | 25（2023） | 100 | |
| 生物圈完整性变化 | 62.68（2022） | 100 | 70.05（2023） | 100 | 52.11（2022） | 100 | 55.22（2023） | 100 |
| 社会系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | |
| 无贫困 | 100（2023） | 100 | 100（2023） | 100 | 100（2022） | 100 | 100（2023） | 100 |
| 良好健康与福祉 | 9.90（2021） | 100 | 9.90（2021） | 100 | 12.80（2021） | 97.7 | 9.90（2021） | 95.8 |
| 7.80（2016） | 100 | 3.80（2020） | 100 | 5.27（2019） | 100 | 3.77（2022） | 100 | |
| 教育 | 94.40（2020） | 96.3 | 93.98（2021） | 96.1 | 99.97（2020） | 100 | 92.46（2023） | 99.4 |
| 水资源及卫生 | 83.65（2023） | 100 | 95.50（2020） | 100 | 94（2020） | 100 | 92.50（2023） | 99.5 |
| 35（2020） | 100 | 80.70（2023） | 94.9 | 68.40（2021） | 100 | 85（2020） | 94.4 | |
| 性别平等 | 106.88（2015） | 100 | 110.49（2022） | 96.8 | 105.11（2020） | 100 | 108.30（2020） | 98.4 |
| 体面工作与经济增长 | 3.66（2023） | 100 | 3.50（2021） | 100 | 2.30（2021） | 100 | 3.31（2022） | 100 |
| 9（2022） | 100 | 4.30（2022） | 86 | 5（2023） | 100 | 4.10（2023） | 82 | |
| 能源安全 | 1.27（2021） | 100 | 0.49（2022） | 42.7 | 0.85（2022） | 100 | 0.40（2022） | 32.8 |
| 产业创新 | 131（2022） | 6.6 | 16 100（2023） | 100 | 7.95（2021） | 66.3 | 12 977（2023） | 81.1 |
| 可持续的城市 | 90.8（2020） | 100 | 292.30（2023） | 96.6 | 272（2022） | 100 | 248.10（2023） | 95.7 |
Table 4 Current situation of social system indicators in the four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
| 社会系统 | 内蒙古自治区 | 陕西省 | 山西省 | 河南省 | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | 当前值（年份） | 达成率/% | |
| 无贫困 | 100（2023） | 100 | 100（2023） | 100 | 100（2022） | 100 | 100（2023） | 100 |
| 良好健康与福祉 | 9.90（2021） | 100 | 9.90（2021） | 100 | 12.80（2021） | 97.7 | 9.90（2021） | 95.8 |
| 7.80（2016） | 100 | 3.80（2020） | 100 | 5.27（2019） | 100 | 3.77（2022） | 100 | |
| 教育 | 94.40（2020） | 96.3 | 93.98（2021） | 96.1 | 99.97（2020） | 100 | 92.46（2023） | 99.4 |
| 水资源及卫生 | 83.65（2023） | 100 | 95.50（2020） | 100 | 94（2020） | 100 | 92.50（2023） | 99.5 |
| 35（2020） | 100 | 80.70（2023） | 94.9 | 68.40（2021） | 100 | 85（2020） | 94.4 | |
| 性别平等 | 106.88（2015） | 100 | 110.49（2022） | 96.8 | 105.11（2020） | 100 | 108.30（2020） | 98.4 |
| 体面工作与经济增长 | 3.66（2023） | 100 | 3.50（2021） | 100 | 2.30（2021） | 100 | 3.31（2022） | 100 |
| 9（2022） | 100 | 4.30（2022） | 86 | 5（2023） | 100 | 4.10（2023） | 82 | |
| 能源安全 | 1.27（2021） | 100 | 0.49（2022） | 42.7 | 0.85（2022） | 100 | 0.40（2022） | 32.8 |
| 产业创新 | 131（2022） | 6.6 | 16 100（2023） | 100 | 7.95（2021） | 66.3 | 12 977（2023） | 81.1 |
| 可持续的城市 | 90.8（2020） | 100 | 292.30（2023） | 96.6 | 272（2022） | 100 | 248.10（2023） | 95.7 |
| 模型精度等级 | 后验差比C |
|---|---|
| 高 | <0.35 |
| 合格 | <0.50 |
| 基本合格 | <0.65 |
| 不合格 | >0.65 |
Table 5 Reference table for accuracy level of GM （1，1） model
| 模型精度等级 | 后验差比C |
|---|---|
| 高 | <0.35 |
| 合格 | <0.50 |
| 基本合格 | <0.65 |
| 不合格 | >0.65 |
Fig.2 Safe and just operating space of four provinces and autonomous region in the Middle Reaches of the Yellow River Basin［gray indicates the indicators and degrees of exceeding the standard （|1-Achievement rate|）］
Fig.3 Original， fitted， and predicted values of the breakthrough threshold indicators in Inner Mongolia Autonomous Region （A-D） and Shaanxi Province （E-L）
Fig.4 Original， fitted， and predicted values of breakthrough threshold indicators in Shanxi Province
Fig.5 Original， fitted， and predicted values of the threshold breakthrough indicators in Henan Province
Fig.6 Correlation of threshold breakthrough indicators in the four provinces and autonomous region in the middle reaches of the Yellow River Basin
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