2009年，瑞典环境科学家Rockström及其研究团队在国际顶级学术期刊Nature上发文，正式提出行星边界理论[23]，从全球尺度探讨人类活动安全操作空间所涵盖的9大环境过程，即气候变化、生物多样性损失、生物地球化学循环(氮磷循环)、平流层臭氧消耗、海洋酸化、全球淡水利用、土地利用变化、大气气溶胶负载和化学污染，并对前7种过程设置了边界(见表1)。其中，气候变化、生物多样性损失和氮磷循环已经超过了对应的边界，而地球的其他生物物理过程也正在接近其边界。这些边界一旦被逾越，可能引发不可逆的环境变化，进而对人类福祉产生灾难性影响。需要指出的是，行星边界理论并非横空出世，而是对最低安全标准(safe minimum standards)[24]、增长的极限(limits to growth)[25]、承载力(carrying capacity)[26]、可容忍窗口/护栏(tolerable windows/guardrails)[27，28]、预警原则(the precautionary principle)[29]、临界载荷(critical loads)[30]等国际资源环境承载力相关概念的拓展和深化，进一步从全球范围内聚焦决定地球自我调节能力的生物物理过程，界定了人类活动的安全操作空间[31]。

由于缺乏对地球复杂系统反馈过程、状态变化、恢复力等内在机理的科学认知，行星边界理论基于前工业化时期的全新世(Holocene)状态条件设置控制变量的参照值，基于地球系统过程的临界行为设置边界阈值，因而是一种较为“粗糙”的估计。当然，生物物理过程的状态变化存在很大的不确定性，行星边界均取不确定性区间起始端(即开始进入不确定性区间的位置)对应的环境变量数值，从而最大限度使地球系统过程与边界阈值(对于能证明存在全球阈值的系统过程)或者危险水平(对于尚未证明存在全球阈值的系统过程)保持安全距离[31]。未超出行星边界，意味着人类活动在安全操作空间内；开始超出行星边界，意味着人类活动已进入不确定性区间，随着超越程度的加大，风险逐渐增大；开始超出不确定性区间末端，意味着人类活动已进入高风险阶段[31]。

如前所述，行星边界理论秉持“地球系统观”，所关注的地球生物物理过程并非各自独立，各子系统彼此交互关联。例如，土地利用变化会影响陆地与海洋生态系统，引起水资源利用、生物多样性损失、氮磷循环等生物物理过程的变化，还会影响陆地和海洋的碳汇能力，从而导致气候变化，而气候变化反过来又制约着土地利用格局。

行星边界理论的提出，为承载力量化研究提供了一种全新的研究范式，但也不乏对其科学性与实用性的争议与质疑。例如，关于地球生物圈是否存在全球尺度的临界阈值就存在不同的观点。支持者Barnosky等在回顾全球和生态系统存在临界拐点证据的基础上，认为有必要通过甄别临界状态变化的早期预警信号、反馈、人类驱动因子等方式，加强对地球生物圈临界拐点的生物预测[32]。而反对者Brook等通过对陆地生物圈潜在机制及其驱动因子的评估，发现陆地生物圈状态变化过程的驱动因子与响应存在空间异质性，加之陆地与陆地之间的交互联通性较弱，全球尺度的状态变化相对平滑，因而陆地生物圈不存在行星边界[33]。Lewis指出行星边界理论存在两大缺陷：一是有些参数(如流入海洋中的磷)是一种消耗的极限，并非边界；二是整合而成的行星边界理论指导意义不强[34]。现有的行星边界理论局限于概念框架，许多控制变量难以量化，基于陆地生物圈净初级生产力(net primary production，NPP)提出了整合土地利用变化、淡水利用、生物多样性损失以及全球氮磷循环的行星边界量化框架[35]。然而，NPP具有动态性，或许只能作为现有框架的补充，并不能代替行星边界指标[36]。学者们对于行星边界框架中的水资源利用也有截然不同的看法。Jaramillo等指出行星边界框架中仅考虑蓝水是不够的，还应考虑绿水，后者当前的利用规模已超出其行星边界[37]。对此，Gerten等回应称行星边界框架中的蓝水是一个考虑水循环中蓝水与绿水交互作用的指标，上游绿水资源量的变化必然会引起下游蓝水的变化，因此在计算淡水资源消耗时只需考虑蓝水资源即可[38]。总之，围绕一系列是否存在以及如何界定行星边界的讨论存在较大争议，这也正是需要持续深化对该理论探究的价值和意义所在。(www.daowen.com)

表1　地球系统过程的行星边界、评估值及参照值

注：表中数据来源于文献[23]。