القدرة الاستيعابية

القدرة الاستيعابية للنظام البيئي هي الحد الأقصى لحجم التجمعات السكانية لنوع بيولوجي حي يمكن أن يدعمه ذلك النظام البيئي المحدد، بالنظر إلى الغذاء والموئل والماء والموارد الأخرى المتاحة ، خلال فترة زمنية محددة. تُعرَّف القدرة الاستيعابية بأنها أقصى حمولة يتحملها النظام البيئي ، والتي تُقابل في علم بيئة السكان حالة التوازن السكاني، عندما يتساوى عدد الوفيات في التجمع السكاني مع عدد المواليد (بالإضافة إلى الهجرة). تعني القدرة الاستيعابية للبيئة أن استخراج الموارد لا يتجاوز معدل تجددها، وأن النفايات المتولدة تقع ضمن قدرة البيئة على استيعابها. يُنمذج تأثير القدرة الاستيعابية على ديناميات السكان باستخدام دالة لوجستية . تُطبق القدرة الاستيعابية على الحد الأقصى للسكان الذين يمكن أن يدعمهم النظام البيئي في مجالات البيئة والزراعة ومصايد الأسماك . وقد استُخدم مصطلح القدرة الاستيعابية في الماضي لوصف عدة عمليات مختلفة قبل أن يُطبق أخيرًا على حدود النمو السكاني البشري في خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 1 ]} يشمل مفهوم القدرة الاستيعابية للبشر مفهوم السكان المستدامين .

نُشرت دراسة تفصيلية مبكرة حول الحدود العالمية للنمو السكاني في كتاب " حدود النمو" عام 1972 ، مما أثار تعليقات وتحليلات لاحقة، بما في ذلك الكثير من الانتقادات. ^{[ 2 ]} وأعربت مراجعة نُشرت عام 2012 في مجلة "نيتشر" من قِبل 22 باحثًا دوليًا عن مخاوفهم من أن الأرض قد تكون "تقترب من تحول حاسم" تصبح فيه البيئة الحيوية أقل ملاءمة للحياة البشرية، وقد تتضاءل القدرة الاستيعابية البشرية. ^{[ 3 ]} وقد ازداد هذا القلق في السنوات اللاحقة من احتمال تجاوز البشرية " نقاط التحول " للاستخدام الآمن للبيئة الحيوية. ^{[ 4 ] [ 5 ]} وعلى الرغم من أن عدد سكان العالم قد تجاوز الآن 8 مليارات نسمة ، فإن التقديرات الحديثة للقدرة الاستيعابية للأرض تتراوح بين مليارين وأربعة مليارات نسمة، وذلك تبعًا لمدى تفاؤل الباحثين بشأن آفاق التعاون الدولي لحل المشكلات التي تتطلب عملًا جماعيًا. ^{[ 6 ]}

فيما يتعلق بديناميات السكان ، لم يستخدم مصطلح "القدرة الاستيعابية" بشكل صريح في عام 1838 من قبل عالم الرياضيات البلجيكي بيير فرانسوا فيرهولست عندما نشر لأول مرة معادلاته المستندة إلى بحث حول نمذجة النمو السكاني. ^{[ 7 ]}

أصول مصطلح "القدرة الاستيعابية" غير مؤكدة، إذ تشير مصادر مختلفة إلى أنه استُخدم لأول مرة "في سياق الشحن الدولي " في أربعينيات القرن التاسع عشر، ^{[ 8 ] [ 9 ]} أو أنه استُخدم لأول مرة خلال تجارب مخبرية أُجريت في القرن التاسع عشر على الكائنات الدقيقة. ^{[ 10 ]} وخلصت مراجعة نُشرت عام 2008 إلى أن أول استخدام للمصطلح في اللغة الإنجليزية كان في تقرير عام 1845 من وزير الخارجية الأمريكي إلى مجلس الشيوخ الأمريكي . ثم أصبح مصطلحًا شائع الاستخدام في علم الأحياء في سبعينيات القرن التاسع عشر، وبلغ ذروة تطوره في إدارة الحياة البرية والماشية في أوائل القرن العشرين. ^{[ 9 ]} وأصبح مصطلحًا أساسيًا في علم البيئة يُستخدم لتحديد الحدود البيولوجية للنظام الطبيعي المتعلقة بحجم السكان في خمسينيات القرن العشرين. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

لقد شاع استخدام هذه الكلمات من قبل أنصار نظرية مالتوس الجديدة وأنصار تحسين النسل لوصف عدد الأشخاص الذين يمكن أن تدعمهم الأرض في الخمسينيات من القرن العشرين، ^{[ 9 ]} على الرغم من أن الإحصائيين الحيويين الأمريكيين ريموند بيرل ولويل ريد قد طبقوها بالفعل بهذه المصطلحات على التجمعات البشرية في عشرينيات القرن العشرين. ^{[ 11 ]}

عرّف هادون وبالمر (1923) القدرة الاستيعابية بأنها كثافة الماشية التي يمكن رعيها لفترة محددة دون إلحاق الضرر بالمرعى. ^{[ 12 ] [ 13 ]}

استُخدم المصطلح لأول مرة في سياق إدارة الحياة البرية من قِبل الأمريكي ألدو ليوبولد عام 1933، وبعد عام من قِبل الأمريكي بول ليستر إرينغتون ، المتخصص في الأراضي الرطبة . وقد استخدم كل منهما المصطلح بطرق مختلفة؛ إذ استخدمه ليوبولد بشكل أساسي بمعنى الحيوانات الرعوية (مُفرقًا بين "مستوى التشبع"، وهو مستوى الكثافة الطبيعي الذي تعيش فيه الأنواع، والقدرة الاستيعابية، وهي أقصى عدد من الحيوانات التي يمكن أن تتواجد في البيئة)، بينما عرّف إرينغتون "القدرة الاستيعابية" بأنها عدد الحيوانات الذي يصبح عنده الافتراس "شديدًا" (وقد رُفض هذا التعريف على نطاق واسع، بما في ذلك من قِبل إرينغتون نفسه). ^{[ 12 ] [ 14 ]} وقد ساهم كتاب " أساسيات علم البيئة " المهم والشائع الذي صدر عام 1953 عن يوجين أودوم ، في نشر المصطلح بمعناه الحديث كقيمة التوازن للنموذج اللوجستي لنمو السكان. ^{[ 12 ] [ 15 ]}

يُعرف السبب المحدد لتوقف نمو السكان بالعامل المحدد أو المنظم . ^{[ 16 ]}

الفرق بين معدل المواليد ومعدل الوفيات هو الزيادة الطبيعية . إذا كان عدد أفراد نوع معين أقل من القدرة الاستيعابية لبيئة معينة، فإن هذه البيئة قادرة على دعم زيادة طبيعية إيجابية؛ أما إذا تجاوزت هذه القدرة، فإن عدد الأفراد ينخفض ​​عادةً. ^{[ 17 ]} وبالتالي، فإن القدرة الاستيعابية هي الحد الأقصى لعدد أفراد نوع معين الذي يمكن أن تدعمه بيئة ما على المدى الطويل. ^{[ 18 ]}

ينخفض ​​حجم الجماعة الحيوية فوق القدرة الاستيعابية للبيئة نتيجةً لمجموعة من العوامل التي تختلف باختلاف الأنواع ، ومنها عدم كفاية المساحة ، أو نقص الغذاء ، أو قلة ضوء الشمس . وتختلف القدرة الاستيعابية للبيئة باختلاف الأنواع.

في الجبر البيئي القياسي كما هو موضح في نموذج فيرهولست المبسط ^{[ 19 ]} لديناميات السكان ، يتم تمثيل القدرة الاستيعابية بالثابت${\displaystyle K}$:

${\displaystyle {\mathrm {d} N \over \mathrm {d} t}=rN\left(1-{N \over K}\right),}$

أين

• يمثل N حجم السكان ،
• r هو المعدل الجوهري للزيادة الطبيعية
• يمثل K القدرة الاستيعابية للبيئة المحلية، و
• dN/dt ، وهومشتق N بالنسبة للوقت t ، هو معدل التغير في عدد السكان مع مرور الوقت.

وبالتالي، تربط المعادلة معدل نمو السكان N بحجم السكان الحالي، مع مراعاة تأثير المعاملين الثابتين r و K. (لاحظ أن الانخفاض يمثل نموًا سلبيًا). وقد استُمد اختيار الحرف K من الكلمة الألمانية Kapazitätsgrenze (حدود السعة). ^{[ 19 ]}

معادلة فيرهولست هي معادلة تفاضلية عادية من الدرجة الأولى . بالإضافة إلى قيمة ابتدائية${\displaystyle N=N_{0}}$بالنسبة للسكان في ذلك الوقت${\displaystyle t=0}$، ويتخذ الحل شكل منحنى النمو اللوجستي :

${\displaystyle N(t)={K \over 1+Ae^{-rt}},}$

أين

• e هو عدد أويلر ،
• A ثابت يتم تحديده بواسطة عدد السكان الأولي${\displaystyle N_{0}}$عبر${\displaystyle A={K \over N_{0}}-1}$[ ^{20 ] عندما يكون عدد السكان الأولي أقل من} القدرة الاستيعابية،${\displaystyle A}$تكون موجبة؛ عندما تكون أعلى من،${\displaystyle A}$سلبي.
• يمثل r معدل النمو الأسي الأولي، و
• K هي القدرة الاستيعابية.

يوضح منحنى النمو اللوجستي العلاقة بين معدل نمو السكان والقدرة الاستيعابية. وكما هو موضح في نموذج منحنى النمو اللوجستي، عندما يكون حجم السكان صغيرًا، يزداد عدد السكان بشكل أُسّي. ومع ذلك، عندما يقترب حجم السكان من القدرة الاستيعابية، يتناقص النمو ويصل إلى الصفر عند ^النقطة K. ^{[ 21} ]

إن ما يحدد القدرة الاستيعابية لنظام معين ينطوي على عامل محدد ؛ قد يكون هذا العامل هو الإمدادات المتاحة من الغذاء أو الماء ، أو مناطق التعشيش، أو المساحة، أو كمية النفايات التي يمكن امتصاصها دون الإضرار بالبيئة وتقليل القدرة الاستيعابية.

تُعدّ القدرة الاستيعابية مفهومًا شائع الاستخدام بين علماء الأحياء عند محاولتهم فهم التجمعات البيولوجية والعوامل المؤثرة فيها بشكل أفضل. ^{[ 1 ]} عند دراسة التجمعات البيولوجية، يمكن اعتبار القدرة الاستيعابية حالة توازن ديناميكي مستقر، مع الأخذ في الاعتبار معدلات الانقراض والاستيطان. ^{[ 17 ]} في علم الأحياء السكاني ، يفترض النمو اللوجستي أن حجم التجمع يتذبذب فوق وتحت قيمة التوازن. ^{[ 22 ]}

شكك العديد من المؤلفين في جدوى هذا المصطلح عند تطبيقه على التجمعات البرية الفعلية. ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 23 ]} ورغم فائدته نظريًا وفي التجارب المخبرية، فإن القدرة الاستيعابية كطريقة لقياس حدود التجمعات السكانية في البيئة أقل فائدة لأنها قد تُبسط التفاعلات بين الأنواع تبسيطًا مفرطًا. ^{[ 17 ]}

من المهم للمزارعين حساب القدرة الاستيعابية لأراضيهم لتحديد معدل رعي مستدام . ^{[ 24 ]} على سبيل المثال، تُحسب القدرة الاستيعابية لحقل في أستراليا بوحدات مكافئة للأغنام الجافة (DSEs). وحدة DSE واحدة تعادل 50  كجم من خروف ميرينو مخصي، أو نعجة جافة ، أو نعجة غير حامل، تُربى في ظروف مستقرة. لا تقتصر حسابات القدرة الاستيعابية للأغنام على الأغنام فقط، بل تُستخدم هذه الوحدة أيضًا لحساب القدرة الاستيعابية لأنواع الماشية الأخرى. عجل مفطوم يزن 200 كجم من سلالة بريطانية، ويكتسب 0.25 كجم/يوم، يُعادل 5.5 وحدة DSE، بينما إذا كان نفس الوزن من نفس النوع يكتسب 0.75 كجم/يوم، فسيُعادل 8 وحدات DSE. ليست كل الماشية متشابهة، ويمكن أن تختلف معدلات نموها حسب السلالة ومعدلات النمو والأوزان، وما إذا كانت بقرة ('dam')، أو ثورًا مخصيًا أو ثورًا ('bullock' في أستراليا)، وما إذا كانت في مرحلة الفطام أو حاملًا أو "رطبة" (أي مرضعة ).   

في أجزاء أخرى من العالم، تُستخدم وحدات مختلفة لحساب القدرات الاستيعابية. ففي المملكة المتحدة، يُقاس المَرعى بوحدات الثروة الحيوانية (LU)، مع وجود أنظمة مختلفة لهذا الغرض. ^{[ 25 ] [ 26 ]} وتستخدم نيوزيلندا إما وحدات الثروة الحيوانية (LU)، ^{[ 27 ]} أو وحدات ما يعادل النعاج (EE)، أو وحدات الماشية (SU). ^{[ 28 ]} أما في الولايات المتحدة وكندا، فيُستخدم النظام التقليدي وحدات الحيوانات (AU). ^{[ 29 ]} والوحدة الفرنسية/السويسرية هي وحدة الثروة الحيوانية الكبيرة (UGB). ^{[ 30 ] [ 31 ]}

في بعض الدول الأوروبية، مثل سويسرا، يُقاس المراعي ( alm أو alp ) تقليديًا بوحدة Stoß ، حيث تعادل Stoß الواحدة أربعة أقدام (Füße). أما النظام الأوروبي الحديث فهو Großvieheinheit (GV أو GVE)، والذي يُعادل 500  كيلوغرام من وزن الماشية الحي. في الزراعة الرعوية الواسعة، يُعدّ معدل 2 GV/هكتار معدلًا شائعًا للرعي، بينما في الزراعة المكثفة ، عند إضافة أعلاف إضافية ، قد يصل المعدل إلى 5-10 GV/هكتار. ^{[ 32 ]} في أوروبا ، تختلف معدلات الرعي المتوسطة باختلاف الدولة؛ ففي عام 2000، سجلت هولندا وبلجيكا معدلًا مرتفعًا جدًا بلغ 3.82 GV/هكتار و3.19 GV/هكتار على التوالي، بينما تتراوح المعدلات في الدول المجاورة بين 1 و1.5 GV/هكتار، أما في دول جنوب أوروبا، فالمعدلات أقل، حيث سجلت إسبانيا أدنى معدل بلغ 0.44 GV/هكتار. ^{[ 33 ]}

يمكن تطبيق هذا النظام أيضًا على المناطق الطبيعية. يُعتبر رعي الحيوانات العاشبة الضخمة بمعدل 1 وحدة رعي/هكتار مستدامًا في المراعي الأوروبية الوسطى، على الرغم من أن هذا المعدل يختلف اختلافًا كبيرًا تبعًا لعوامل عديدة. في علم البيئة، يُفترض نظريًا (أي التعاقب الدوري ، وديناميكيات البقع ، وفرضية الحيوانات العاشبة الضخمة ) أن ضغط الرعي البالغ 0.3 وحدة رعي/هكتار من قِبل الحيوانات البرية كافٍ لعرقلة التشجير في منطقة طبيعية. ولأن الأنواع المختلفة لها بيئات إيكولوجية مختلفة ، فالخيول مثلاً ترعى العشب القصير، والماشية العشب الطويل، والماعز أو الغزلان تُفضل رعي الشجيرات، فإن تمايز البيئات الإيكولوجية يسمح لمنطقة ما بأن تتمتع بقدرة استيعابية أعلى قليلاً لمجموعة مختلطة من الأنواع، مقارنةً بما لو كان هناك نوع واحد فقط. ^{[ 34 ]}

تفرض بعض خطط التسويق المتخصصة معدلات رعي أقل من الحد الأقصى المسموح به في المراعي. ولتسويق منتجات اللحوم على أنها "حيوية" ، يُشترط معدل رعي منخفض يتراوح بين 1 و1.5 (2.0) وحدة رعي/هكتار، بينما تعتمد بعض المزارع هيكلاً تشغيلياً يستخدم 0.5 إلى 0.8 وحدة رعي/هكتار فقط.

قدمت منظمة الأغذية والزراعة ثلاث وحدات دولية لقياس القدرة الاستيعابية: وحدات الثروة الحيوانية لمنظمة الأغذية والزراعة لأمريكا الشمالية، ^{[ 35 ] [ 36 ]} ووحدات الثروة الحيوانية لمنظمة الأغذية والزراعة لأفريقيا جنوب الصحراء الكبرى، ^{[ 35 ] [ 36 ]} ووحدات الثروة الحيوانية الاستوائية. ^{[ 37 ]}

هناك طريقة أخرى أقل دقة لتحديد القدرة الاستيعابية للمرعى، وهي ببساطة النظر بموضوعية إلى حالة القطيع. في أستراليا، يُستخدم نظام التقييم الوطني الموحد لتقييم حالة الماشية، وهو نظام تقييم حالة الجسم (BCS). يُمنح الحيوان ذو الحالة السيئة جدًا درجة صفر في نظام BCS، بينما يُمنح الحيوان السليم جدًا درجة 5. يمكن تقييم الحيوانات بين هاتين الدرجتين بزيادات قدرها 0.25. يجب تقييم 25 حيوانًا على الأقل من النوع نفسه للحصول على عدد يُمثل إحصائيًا، ويجب أن يتم التقييم شهريًا. إذا انخفض المتوسط، فقد يعود ذلك إلى كثافة الماشية التي تتجاوز القدرة الاستيعابية للمرعى أو إلى نقص العلف. هذه الطريقة أقل مباشرة في تحديد كثافة الماشية من النظر إلى المرعى نفسه، لأن التغيرات في حالة الماشية قد تتأخر عن التغيرات في حالة المرعى. ^{[ 24 ]}

في مجال مصايد الأسماك ، تُستخدم القدرة الاستيعابية في المعادلات لحساب الغلة المستدامة لإدارة المصايد . ^{[ 38 ]} تُعرَّف الغلة المستدامة القصوى ( MSY) بأنها "أعلى متوسط ​​صيد يمكن الحصول عليه باستمرار من مخزون مستغل (=جموع) في ظل الظروف البيئية المتوسطة". حُسبت الغلة المستدامة القصوى في الأصل على أنها نصف القدرة الاستيعابية، ولكن جرى تحسينها على مر السنين، ^{[ 39 ]} ويُنظر إليها الآن على أنها تُقارب 30% من حجم الجمهرة، وذلك حسب النوع أو الجمهرة. ^{[ 40 ] [ 41 ]} ولأن جمهرة نوع ما، إذا انخفضت عن قدرتها الاستيعابية بسبب الصيد، ستجد نفسها في مرحلة النمو الأسي، كما هو موضح في نموذج فيرهولست، فإن صيد كمية من الأسماك عند أو أقل من الغلة المستدامة القصوى يُعد فائضًا في الغلة يمكن صيده بشكل مستدام دون تقليل حجم الجمهرة عند التوازن، مما يحافظ على الجمهرة عند أقصى معدل تكاثر لها . ومع ذلك، يمكن اعتبار الصيد السنوي بمثابة تعديل لـ r في المعادلة - أي أن البيئة قد تم تعديلها، مما يعني أن حجم السكان عند التوازن مع الصيد السنوي أقل بقليل مما سيكون عليه K بدونه.

تجدر الإشارة إلى أن مفهوم الإنتاجية القصوى المستدامة (MSY) يمثل إشكالية من الناحيتين الرياضية والعملية. فإذا ما حدثت أخطاء، ولو تم صيد كمية ضئيلة من الأسماك سنوياً فوق مستوى الإنتاجية القصوى المستدامة، فإن ديناميكيات التجمعات السمكية تشير إلى أن إجمالي عدد الأسماك سينخفض ​​في نهاية المطاف إلى الصفر. وقد تتقلب القدرة الاستيعابية الفعلية للبيئة في الواقع، مما يعني عملياً أن الإنتاجية القصوى المستدامة قد تختلف من عام لآخر ^{[ 42 ] [ 43 ] [ 44 ]} (وتحاول الغلة المستدامة السنوية ومتوسط ​​الغلة الأقصى مراعاة هذا الاختلاف). ومن المفاهيم المشابهة الأخرى: الغلة المستدامة المثلى والغلة الاقتصادية القصوى ؛ وكلاهما يمثل معدلات صيد أقل من الإنتاجية القصوى المستدامة ^{[ 45 ] [ 46 ] .}

تُستخدم هذه الحسابات لتحديد حصص الصيد .

تعتمد القدرة الاستيعابية البشرية على نمط حياة الناس والتكنولوجيا المتاحة لهم. وقد ساهمت الثورتان الاقتصاديتان العظيمتان اللتان طبعتا تاريخ البشرية حتى عام 1900 - وهما الثورتان الزراعية والصناعية - في زيادة القدرة الاستيعابية البشرية للأرض بشكل كبير، مما سمح لعدد سكان العالم بالنمو من 5 إلى 10 ملايين نسمة في عام 10000 قبل الميلاد إلى 1.5 مليار نسمة في عام 1900. ^{[ 47 ]} كما ساهمت التحسينات التكنولوجية الهائلة التي شهدها القرن الماضي - في الكيمياء التطبيقية والفيزياء والحوسبة والهندسة الوراثية وغيرها - في زيادة القدرة الاستيعابية البشرية للأرض، على الأقل على المدى القصير. فبدون عملية هابر-بوش لتثبيت النيتروجين، لم يكن بإمكان الزراعة الحديثة إعالة 8 مليارات نسمة. ^{[ 48 ]} ولولا الثورة الخضراء في خمسينيات وستينيات القرن العشرين، لكانت المجاعة قد أودت بحياة أعداد كبيرة من الناس في الدول الفقيرة خلال العقود الثلاثة الأخيرة من القرن العشرين. ^{[ 49 ]}

مع ذلك، فقد جاءت النجاحات التكنولوجية الأخيرة بتكاليف بيئية باهظة. فالتغير المناخي ، وتحمض المحيطات، والمناطق الميتة الشاسعة عند مصبات العديد من الأنهار الكبرى في العالم، كلها نتاج لحجم الزراعة المعاصرة ^{[ 50 ]} والعديد من المتطلبات الأخرى التي يفرضها 8 مليارات نسمة على كوكب الأرض. ^{[ 51 ]} ويتحدث العلماء الآن عن تجاوز البشرية، أو تهديدها بتجاوز، 9 حدود كوكبية للاستخدام الآمن للمحيط الحيوي. ^{[ 52 ]} وتهدد التأثيرات البيئية غير المسبوقة للبشرية بتدهور خدمات النظام البيئي التي يعتمد عليها البشر وبقية الكائنات الحية، مما قد يقلل من قدرة الأرض على استيعاب البشر. ^{[ 53 ]} وتتزايد الدلائل على أننا تجاوزنا هذا الحد. ^{[ 54 ] [ 55 ]}

إن حقيقة أن تدهور الخدمات الأساسية للأرض أمرٌ ممكنٌ وواقعٌ في بعض الحالات، تشير إلى أن ثمانية مليارات نسمة قد يتجاوزون القدرة الاستيعابية البشرية للأرض. لكن القدرة الاستيعابية البشرية تعتمد دائمًا على عددٍ معينٍ من الناس يعيشون نمط حياةٍ معين. ^{[ 56 ] [ 57 ]} وقد لخص بول إيرليخ وجيمس هولدرين (1972) هذا المفهوم في معادلة IPAT: الأثر البيئي (I) = عدد السكان (P) × مستوى الرفاهية (A) × التقنيات المستخدمة لتلبية الاحتياجات البشرية (T). ^{[ 58 ]} وقد حظيت معادلة IPAT بتأكيدٍ كبيرٍ في العقود الأخيرة في مجال علوم المناخ، حيث إن معادلة كايا لتفسير التغيرات في انبعاثات _ثاني أكسيد الكربون هي في جوهرها معادلة IPAT مع فصل عاملين تقنيين لتسهيل استخدامها. ^{[ 59 ]}

يشير هذا إلى المتفائلين بالتكنولوجيا إلى أن الاكتشافات التكنولوجية الجديدة (أو استخدام الاكتشافات الحالية) قد تستمر في زيادة القدرة الاستيعابية البشرية للأرض، كما كان الحال في الماضي. ^{[ 60 ]} ومع ذلك، فإن للتكنولوجيا آثارًا جانبية غير متوقعة، كما رأينا مع استنزاف طبقة الأوزون في الستراتوسفير، والترسب المفرط للنيتروجين في أنهار العالم وخلجانه، وتغير المناخ العالمي. ^{[ 53 ] [ 5 ]} يشير هذا إلى أن 8 مليارات نسمة قد يكونون كافيين لعدة أجيال، ولكن ليس على المدى الطويل، ومصطلح "القدرة الاستيعابية" يعني ضمناً وجود عدد سكان مستدام إلى أجل غير مسمى. من الممكن أيضًا أن تكون الجهود المبذولة لتوقع وإدارة آثار التقنيات الجديدة القوية، أو لتقسيم الجهود اللازمة للحفاظ على الآثار البيئية العالمية ضمن حدود مستدامة بين أكثر من 200 دولة تسعى كل منها لتحقيق مصالحها الخاصة، معقدة للغاية بحيث لا يمكن تحقيقها على المدى الطويل. ^{[ 61 ]}

إحدى المشكلات التي تواجه تطبيق مفهوم القدرة الاستيعابية على أي نوع من الكائنات الحية هي أن النظم البيئية ليست ثابتة وتتغير بمرور الوقت، مما يؤدي إلى تغيير الموارد المتاحة. وقد أظهرت الأبحاث أن وجود التجمعات البشرية قد يزيد أحيانًا من التنوع البيولوجي المحلي ، مما يدل على أن الاستيطان البشري لا يؤدي دائمًا إلى إزالة الغابات وانخفاض التنوع البيولوجي.

من المسائل الأخرى التي يجب مراعاتها عند تطبيق مفهوم القدرة الاستيعابية، وخاصةً على البشر، أن قياس الموارد الغذائية أمرٌ اعتباطي. ويعود ذلك إلى اختيار ما يُؤخذ في الاعتبار (مثل إدراج النباتات غير المتوفرة سنويًا)، وكيفية تصنيف ما يُؤخذ في الاعتبار (مثل تصنيف النباتات الصالحة للأكل التي لا تُستهلك عادةً كموارد غذائية)، وتحديد ما إذا كانت القيمة الحرارية أو القيمة الغذائية هي الأهم. وتزداد هذه المسألة تعقيدًا بالنسبة للبشر، نظرًا لاختلافاتهم الثقافية في تفضيلاتهم الغذائية (مثل تناول البعض للنمل الأبيض الطائر )، وخياراتهم الفردية في كيفية استثمار جهودهم (مثل الصيد مقابل الزراعة)، وكلاهما يتغير بمرور الوقت. وهذا بدوره يُحتّم تحديد ما إذا كان ينبغي إدراج جميع الموارد الغذائية أم فقط تلك التي سيستهلكها السكان المعنيون فعليًا.

يُعد قياس القدرة الاستيعابية للموارد المائية أمراً تعسفياً إلى حد كبير: فالاختيارات المتعلقة بالدقة الزمنية (مثل الشهري مقابل السنوي)، والدقة المكانية (مثل كيفية تحديد الأحواض الفرعية)، وما إذا كان ينبغي تضمين الأنشطة البشرية مثل عمليات نقل المياه بين الأحواض وتخزين الخزانات في التقييم، يمكن أن تؤدي جميعها إلى نتائج مختلفة تماماً في القدرة الاستيعابية للموارد المائية. ^{[ 62 ]}

تفترض قياسات القدرة الاستيعابية على مساحات واسعة تجانس الموارد المتاحة، لكن هذا لا يأخذ في الحسبان التباين الكبير في الموارد وإمكانية الوصول إليها داخل المناطق وبين السكان. كما تفترض هذه القياسات أن سكان المنطقة يعتمدون فقط على مواردها، رغم تبادل البشر للموارد مع سكان مناطق أخرى، وقلة وجود تجمعات سكانية معزولة، إن وُجدت أصلاً. ولا تُؤخذ في الاعتبار أيضاً الاختلافات في مستويات المعيشة التي تؤثر بشكل مباشر على استهلاك الموارد. تُظهر هذه المشكلات أنه على الرغم من وجود حدود للموارد، إلا أنه لا بد من استخدام نموذج أكثر تعقيداً لكيفية تفاعل البشر مع نظامهم البيئي لفهمها. ^{[ 63 ]}

بين عامي 1900 و2020، ازداد عدد سكان الأرض من 1.6 مليار إلى 7.8 مليار نسمة (بزيادة قدرها 390%). ^{[ 64 ]} وقد أدى هذا النجاح إلى زيادة كبيرة في الطلب على الموارد البشرية، مما تسبب في تدهور بيئي كبير . ^{[ 65 ]}

محاسبة البصمة البيئية

يقيس حساب البصمة البيئية احتياجات الأفراد من الطبيعة ويقارنها بالموارد المتاحة، سواء على مستوى الدول أو العالم ككل. ^{[ 67 ]} وقد طُوّر هذا المفهوم في الأصل على يد ماتيس واكرناجل وويليام ريس ، ثم جرى تحسينه وتطبيقه في سياقات متنوعة على مر السنين من قِبل شبكة البصمة العالمية (GFN). من جانب الطلب، تقيس البصمة البيئية سرعة استهلاك السكان للموارد وإنتاجهم للنفايات، مع التركيز على خمسة مجالات رئيسية: انبعاثات الكربون (أو البصمة الكربونية )؛ والأراضي المخصصة للاستيطان المباشر؛ واستخدام الأخشاب والورق؛ واستخدام الغذاء والألياف؛ واستهلاك المأكولات البحرية. ^{[ 68 ]} ويتم تحويل هذه المؤشرات إلى نصيب الفرد أو إجمالي الهكتارات المستخدمة. أما من جانب العرض، فتمثل القدرة البيولوجية الوطنية أو العالمية إنتاجية الأصول البيئية في دولة معينة أو في العالم ككل؛ ويشمل ذلك "الأراضي الزراعية، والمراعي، والأراضي الحرجية، ومناطق الصيد، والأراضي المبنية". ^{[ 68 ]} مرة أخرى، تُترجم المقاييس المختلفة لقياس القدرة البيولوجية إلى مصطلح واحد هو هكتارات الأراضي المتاحة. كما ذكرت شبكة البصمة العالمية (GFN):

يمكن مقارنة البصمة البيئية لكل مدينة أو ولاية أو دولة بقدرتها البيولوجية، أو بقدرة العالم. إذا تجاوزت البصمة البيئية لسكان منطقة ما قدرتها البيولوجية، فإن تلك المنطقة تعاني من عجز في القدرة البيولوجية. ويتجاوز طلبها على السلع والخدمات التي توفرها أراضيها وبحارها - كالفواكه والخضراوات واللحوم والأسماك والخشب والقطن لصناعة الملابس وامتصاص ثاني أكسيد الكربون - قدرة أنظمتها البيئية على التجدد. ويُطلق على هذا في التواصل الشائع مصطلح "العجز البيئي". وتلبي المنطقة التي تعاني من عجز بيئي هذا الطلب عن طريق الاستيراد، أو استنزاف مواردها البيئية (مثل الصيد الجائر)، أو انبعاث ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. أما إذا تجاوزت القدرة البيولوجية لمنطقة ما بصمتها البيئية، فإنها تمتلك احتياطياً من القدرة البيولوجية. ^{[ 68 ]}

بحسب حسابات شبكة البصمة العالمية (GFN)، يستهلك البشر الموارد وينتجون النفايات بما يتجاوز الاستدامة منذ حوالي عام 1970: إذ يستهلكون حاليًا ما يقارب 170% من موارد الأرض. ^{[ 69 ] [ 70 ]} وهذا يعني أن البشرية تتجاوز بكثير قدرة الأرض الاستيعابية البشرية في ظل مستويات الرفاهية الحالية واستخدام التكنولوجيا. وفقًا لشبكة البصمة العالمية:

في عام ٢٠٢٤، صادف يوم تجاوز موارد الأرض الأول من أغسطس. ويُشير هذا اليوم إلى التاريخ الذي استنفدت فيه البشرية موارد الطبيعة لهذا العام. وخلال ما تبقى من العام، نستمر في الحفاظ على عجزنا البيئي من خلال استنزاف المخزونات المحلية وتراكم ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي. إننا نعيش في حالة تجاوز لموارد الأرض. ^{[ ٧١ ]}

يمكن اعتبار مفهوم " التجاوز البيئي " مكافئًا لتجاوز القدرة الاستيعابية البشرية. ^{[ 72 ] [ 67 ]} ووفقًا لأحدث حسابات شبكة البصمة العالمية، فإن معظم سكان العالم يعيشون في بلدان تعاني من التجاوز البيئي (انظر الخريطة على اليمين).

يشمل ذلك الدول ذات الكثافة السكانية العالية (مثل الصين والهند والفلبين)، والدول ذات الاستهلاك المرتفع للفرد واستخدام الموارد المرتفع (فرنسا وألمانيا والمملكة العربية السعودية)، والدول ذات الاستهلاك المرتفع للفرد وعدد السكان الكبير (اليابان والمملكة المتحدة والولايات المتحدة). ^{[ 68 ]}

إطار حدود الكواكب

وفقًا لمطوريها، يحدد إطار الحدود الكوكبية "مساحة تشغيل آمنة للبشرية تستند إلى العمليات الفيزيائية الحيوية الجوهرية التي تنظم استقرار نظام الأرض". ^{[ 52 ]} لقد تطورت الحضارة الإنسانية في ظل الاستقرار النسبي لعصر الهولوسين ؛ وبالتالي فإن تجاوز الحدود الكوكبية لمستويات آمنة من الكربون في الغلاف الجوي، أو حموضة المحيطات، أو أحد الحدود الأخرى المحددة، يمكن أن يدفع النظام البيئي العالمي إلى الانزلاق نحو ظروف جديدة أقل ملاءمة للحياة - مما قد يقلل من القدرة الاستيعابية البشرية العالمية.

يُحدد هذا الإطار، الذي طُوِّر في مقال نُشر عام 2009 في مجلة Nature ^{[ 73 ]} ، ثم جرى تحديثه في مقالين نُشرا عام 2015 في مجلة Science ^{[ 52 ]} وعام 2018 في مجلة PNAS [ ^{74 ] ،}  تسعة عوامل ضغط على أنظمة دعم الكواكب، والتي يجب أن تبقى ضمن حدود حرجة للحفاظ على ظروف محيط حيوي مستقرة وآمنة (انظر الشكل أدناه). ويُنظر إلى تغير المناخ وفقدان التنوع البيولوجي على أنهما عاملان حاسمان بشكل خاص، إذ يُمكنهما بمفردهما إخراج نظام الأرض من حالة الهولوسين: "غالبًا ما تميزت التحولات بين الفترات الزمنية في تاريخ الأرض بتحولات كبيرة في المناخ أو المحيط الحيوي أو كليهما." ^{[ 52 ]}

يُجمع العلماء على أن البشرية قد تجاوزت ما بين ثلاثة إلى خمسة من الحدود الكوكبية التسعة للاستخدام الآمن للمحيط الحيوي، وتضغط بشدة على حدود أخرى. ^{[ 74 ]} إن تجاوز أحد هذه الحدود الكوكبية بحد ذاته لا يُثبت أن البشرية قد تجاوزت القدرة الاستيعابية للأرض؛ فربما تُسهم التحسينات التكنولوجية أو الإدارة الرشيدة في تخفيف هذا الضغط وإعادتنا إلى نطاق التشغيل الآمن للمحيط الحيوي. ولكن عندما يتم تجاوز عدة حدود، يصبح من الصعب الجزم بعدم تجاوز القدرة الاستيعابية. ^{[ 75 ]}

لأن انخفاض عدد السكان يُسهم في الحد من جميع عوامل الضغط التسعة على كوكب الأرض، فكلما زاد تجاوز الحدود، كلما اتضح أن خفض عدد البشر جزءٌ لا يتجزأ من متطلبات العودة إلى نطاق تشغيل آمن. ^{[ 76 ] [ 77 ]} ويتصدر النمو السكاني بانتظام قائمة أسباب تزايد تأثير البشرية على البيئة الطبيعية في أدبيات علوم نظام الأرض. ^{[ 78 ]} وقد صنّف ويل ستيفن، مطوّر مفهوم حدود الكوكب، وزملاؤه مؤخرًا، التغير السكاني العالمي كمؤشر رئيسي لتأثير الاتجاهات الاجتماعية والاقتصادية على أداء نظام الأرض في العصر الحديث، بعد عام 1750. ^{[ 79 ]}

• القدرة البيولوجية – تقدير إنتاج النظام البيئي لمواد بيولوجية معينة 
• البصمة البيئية – الطلب البشري على الطبيعة من قبل فرد أو مجموعة 
• تجاوز القدرة البيئية - متطلبات النظام البيئي التي تتجاوز قدرته على التجدد 
• يوم تجاوز موارد الأرض – تاريخ محسوب في التقويم عندما يتجاوز الاستهلاك السنوي للبشرية قدرة الأرض على التجدد. 
• الاكتظاظ السكاني – عندما يتجاوز عدد أفراد نوع معين القدرة الاستيعابية لبيئته 
• تجاوز القدرة الاستيعابية (للسكان) - ظاهرة تتجاوز فيها أعداد السكان مؤقتًا القدرة الاستيعابية للبيئة 
• الحدود الكوكبية – حدود التأثير الآمن على بيئة الأرض 
• اختناق سكاني – انخفاض حاد في حجم السكان 
• علم البيئة السكانية – مجال علم البيئة 
• النمو السكاني – زيادة عدد الأفراد في مجتمع ما 
• نظرية الانتقاء r / K – نظرية بيئية تتعلق بانتقاء سمات تاريخ الحياة 

• كين، تشنغ سوك، وآخرون. " التنبؤ بالقدرة الاستيعابية للأرض للسكان البشريين باعتبارهم المفترس والموارد الطبيعية باعتبارها الفريسة في معادلات لوتكا-فولتيرا المعدلة مع المعلمات المعتمدة على الزمن ." arXiv preprint arXiv:1904.05002 (2019).