環(huán)境承載力分析方法及應(yīng)用實(shí)例

環(huán)境承載力分析方法及應(yīng)用實(shí)例作者：王同桂肖劍波來(lái)源：《綠色科技》2014年第07期摘要：描述了環(huán)境承載力的概念及發(fā)展，闡述了環(huán)境承載力的涵義，歸納了環(huán)境承載力定量化的各種方法，并對(duì)主要的方法進(jìn)行了介紹。搜集了有關(guān)于環(huán)境承載力的實(shí)例，并進(jìn)一步做了陳述。指出了環(huán)境承載力的相關(guān)研究仍然缺乏能夠客觀科學(xué)描述環(huán)境承載力的指標(biāo)體系，并且缺乏標(biāo)準(zhǔn)化可量化的評(píng)價(jià)體系和評(píng)價(jià)模型，方法上也表現(xiàn)為創(chuàng)新性不足。提出了在可持續(xù)發(fā)展的框架下，充分運(yùn)用環(huán)境學(xué)等相關(guān)學(xué)科理論，逐步建立完善準(zhǔn)確的環(huán)境承載力定量評(píng)價(jià)方法體系。關(guān)鍵詞：資源；環(huán)境承載力；定量評(píng)價(jià)；應(yīng)用中圖分類(lèi)號(hào)：X32文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào):16749944(2014)070231041引言承載力(CarryingCapacity)是一^生態(tài)學(xué)概念，其極限思想可以追溯至馬爾薩斯的人口理論，于19世紀(jì)末期開(kāi)始被廣泛地應(yīng)用于畜牧場(chǎng)管理，隨后被野生動(dòng)物學(xué)家采用并逐漸寫(xiě)入生態(tài)學(xué)教材［1］。Park等提出了生態(tài)學(xué)領(lǐng)域的承載力概念。20世紀(jì)50年代，著名生態(tài)學(xué)家EOdum將承載力定義為某一生境(Habitat)所能支持的特定物種的最大數(shù)量［2~4］。環(huán)境容量的概念于1968年被日本學(xué)者引入到環(huán)境科學(xué)中，這是環(huán)境承載力概念的雛形［5］。環(huán)境承載力由承載力概念進(jìn)一步發(fā)展而來(lái)。目前為止，大量環(huán)境承載力的理論及實(shí)例研究見(jiàn)諸文獻(xiàn)，但對(duì)于環(huán)境承載力仍未給予統(tǒng)一的定義。Arrow等［6］指出生態(tài)恢復(fù)力在承載力表述中的重要作用；王家驥等和高進(jìn)喜先后提出生態(tài)承載力的不同概念［7,8］，使承載力內(nèi)涵進(jìn)一步豐富?！吨袊?guó)大百科全書(shū)?環(huán)境科學(xué)》給出了關(guān)于環(huán)境承載力的定義，認(rèn)為環(huán)境承載力指的是“在維持環(huán)境系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下，整個(gè)地球生物圈或某一區(qū)域所能承受的人類(lèi)作用在速度、規(guī)模和強(qiáng)度的限值［9］。此外，承載力還拓展到與人類(lèi)息息相關(guān)的其他領(lǐng)域，如旅游承載力、資源環(huán)境承載力、城市承載力、社會(huì)承載力等研究領(lǐng)域。人類(lèi)生存和發(fā)展的環(huán)境是一個(gè)大系統(tǒng)，既為人類(lèi)活動(dòng)提供空間和載體，又為人類(lèi)活動(dòng)提供資源并容納廢棄物。狹義的環(huán)境承載力，通常被認(rèn)為是環(huán)境容量承載力，即'某一時(shí)期，某狀態(tài)或條件下，某地區(qū)的自然環(huán)境所能承受的人類(lèi)排放污染物的閾值'［10］。環(huán)境承載力是人類(lèi)生態(tài)學(xué)視角下的生態(tài)承載力，劉仁志［11］認(rèn)為環(huán)境承載力是指“在維持環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生不利變化的前提下，一定時(shí)空范圍的環(huán)境系統(tǒng)在資源供給、環(huán)境納污和生態(tài)服務(wù)方面對(duì)人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)支持能力的閾值”。環(huán)境承載力作為環(huán)境系統(tǒng)自身的一種客觀屬性，能夠表征系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能，包括其對(duì)資源需求、環(huán)境需求和生態(tài)需求的支持能力。因此，環(huán)境承載力具有資源、環(huán)境、社會(huì)、生態(tài)等多維內(nèi)涵。本文對(duì)目前環(huán)境承載力的量化方法進(jìn)行了總結(jié)和分析對(duì)比，并梳理了一些定量計(jì)算環(huán)境承載力的案例，以期為有關(guān)實(shí)踐提供參考，進(jìn)一步將環(huán)境承載力的理論應(yīng)用于環(huán)境規(guī)劃管理的實(shí)踐中去。2環(huán)境承載力定量化方法就目前而言，對(duì)于環(huán)境承載力的研究仍然以實(shí)證研究為主，其中大部分文獻(xiàn)是基于調(diào)查問(wèn)卷、實(shí)地調(diào)研等研究方法，以某一國(guó)家或某一區(qū)域?yàn)檠芯繉?duì)象，結(jié)合具體的評(píng)價(jià)方法，對(duì)其資源環(huán)境承載力進(jìn)行單因素或多因素的綜合評(píng)價(jià)［12］。承載力的定量化方法多種多樣，如生態(tài)足跡法、能值分析法、灰色系統(tǒng)分析法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法、指標(biāo)體系法等，以及在以上方法基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)和綜合使用。此外，值得一提的是，曾維華等［13］綜合了指數(shù)評(píng)價(jià)法和承載率評(píng)價(jià)法這兩種方法，并通過(guò)有機(jī)結(jié)合內(nèi)梅羅指數(shù)法，提出了環(huán)境承載力綜合指數(shù)法，該方法可以克服指數(shù)評(píng)價(jià)法中的缺點(diǎn)，一方面能夠去除主觀因素所產(chǎn)生的偏差，還能反映出某區(qū)域環(huán)境發(fā)展現(xiàn)狀與設(shè)定的目標(biāo)值之間的差距，且能直觀地量化環(huán)境承載力，是一種較全面的方法。2.1概念模型法概念模糊法以資源為基礎(chǔ)，強(qiáng)調(diào)從承載力理論的基本原理出發(fā)，經(jīng)過(guò)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬎季S而形成，僅作為一種指導(dǎo)性的定量化思想，很難輔以具體的實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。概念模型法以人口與經(jīng)濟(jì)、資源的環(huán)境承載力模型即P-E-R模型最具代表性，其中P代表人口，E代表經(jīng)濟(jì)，R代表資源［14］。ES=經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)總量一定標(biāo)準(zhǔn)下的人均經(jīng)濟(jì)指標(biāo)（1）日￡=自然資源擁有量一定標(biāo)準(zhǔn)下的人均資源占有量（2）人口經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù)e=PES（3）人口資源承載力r=PRE°（4）2.2生態(tài)足跡法生態(tài)足跡（EcologicalFootprint）是由加拿大人WilliamE.Rees提出，之后得到不斷完善和發(fā)展。生態(tài)足跡法通過(guò)估算面積，比較給定地區(qū)的生物承載力，進(jìn)而衡量區(qū)域的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。此方法簡(jiǎn)便直觀，謝紅霞等［15］利用該法對(duì)西安的生態(tài)承載量進(jìn)行了研究分析，但也存在較大的缺陷和不足，主要表現(xiàn)為不具備動(dòng)態(tài)性和預(yù)測(cè)性［16］。后來(lái)，研究學(xué)者考慮增加時(shí)間序列，用以計(jì)算多年的生態(tài)足跡來(lái)解決該問(wèn)題。Haberl等［17］和Erb［18］分別以長(zhǎng)時(shí)間段生態(tài)足跡計(jì)算方法和修正生態(tài)足跡模型，計(jì)算了奧地利1926~1995年的生態(tài)足跡及1926~2000年的“實(shí)際土地需求”；Wackernagel等［19］(2004)也做了相關(guān)研究，分別采用年平均產(chǎn)量和當(dāng)?shù)貙?shí)際年平均產(chǎn)量得到生態(tài)足跡及“實(shí)際土地需求”，并作出了比較和分析。2.3灰色系統(tǒng)分析法鄧聚龍教授創(chuàng)建的灰色系統(tǒng)分析法，主要涵蓋灰色關(guān)聯(lián)分析法、灰色系統(tǒng)建模理論、灰色決策、預(yù)測(cè)與規(guī)劃方法等［21］。由于存在較大的不確定性，人們多在水資源的研究用到該法。該法研究對(duì)象主要是“部分信息已知”的“小樣本”等不確定性系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)“部分”已知信息的生成、開(kāi)發(fā)和提取，實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)行為、演化規(guī)律的描述和監(jiān)控。該法分析建模時(shí)，利用數(shù)量不多的數(shù)據(jù)信息，確定各相關(guān)因素間的關(guān)系并建立模型。2.4系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)法由麻省理工學(xué)院ForresterJW創(chuàng)立，用以研究信息反饋系統(tǒng)［20］。此方法通過(guò)建立模型，研究各個(gè)變量的相互作用關(guān)系。在環(huán)境承載力的研究中，通過(guò)調(diào)整指標(biāo)體系，運(yùn)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型對(duì)擬定的不同發(fā)展模式進(jìn)行模擬和預(yù)測(cè)，尋找最低承載力所對(duì)應(yīng)的最佳發(fā)展模式。在量化環(huán)境承載力的各類(lèi)方法中，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)應(yīng)用較多。該法主要用于對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行的動(dòng)態(tài)模擬和預(yù)測(cè)，關(guān)注系統(tǒng)內(nèi)部各因子之間的各種反饋關(guān)系。但同時(shí)，該法也存在模型復(fù)雜、模型構(gòu)建困難的缺陷和不足，不利于進(jìn)行長(zhǎng)期模擬和分析。2.5能值分析法能值分析理論和方法是美國(guó)生態(tài)學(xué)家HTOdum于20世紀(jì)80年代創(chuàng)立的分析方法［14,22］。能值分析以能值作為度量標(biāo)準(zhǔn)，將生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)流動(dòng)和儲(chǔ)存的各種不同種類(lèi)的能量和物質(zhì)轉(zhuǎn)換成同一標(biāo)準(zhǔn)。能值分析常用太陽(yáng)能值來(lái)衡量物質(zhì)和能量的大小。Campbell(1988)利用能值分析法研究了美國(guó)因緬因州的承載力、發(fā)展的可持續(xù)性。2001年，弗羅里達(dá)大學(xué)的兩名研究學(xué)者根據(jù)地區(qū)環(huán)境資源的能值分析，得到了評(píng)估經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一種包括長(zhǎng)期、短期承載力的量化方法。長(zhǎng)期承載力也稱之為可更新承載力，通過(guò)可更新的能值進(jìn)行運(yùn)算，短期承載力由環(huán)境負(fù)載比率即不可更新的能值與可更新的能值之比來(lái)表示。我國(guó)學(xué)者嚴(yán)茂超、BChen和GQ等也先后采用能值研究承載力。能值分析法克服了承載力各項(xiàng)指標(biāo)的量綱差異問(wèn)題，量化結(jié)果也避免了因同一量綱造成的誤差，但計(jì)算資源、產(chǎn)品和勞務(wù)的能值轉(zhuǎn)換率需要對(duì)整個(gè)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行能值分析，非常復(fù)雜且難度很大。但能值轉(zhuǎn)換系數(shù)的高度不確定性，導(dǎo)致對(duì)能值轉(zhuǎn)換系數(shù)存在著較大爭(zhēng)議。2.6指標(biāo)體系法指標(biāo)體系法是一種應(yīng)用較廣的量化手段，可以方便地和其他方法結(jié)合使用，主要有單要素加權(quán)法、向量模法、模糊綜合評(píng)價(jià)法和層次分析法等［14,22］。單要素加權(quán)法首先構(gòu)建由發(fā)展變量和限制變量組成的指標(biāo)體系，然后賦予各項(xiàng)指標(biāo)一定的權(quán)重系數(shù)進(jìn)行加和［式（5）］。向量模法將承載力視為一個(gè)由n個(gè)指標(biāo)構(gòu)成的向量，設(shè)有m個(gè)發(fā)展方案或m個(gè)發(fā)展?fàn)顟B(tài)，對(duì)m個(gè)承載力的n個(gè)指標(biāo)歸一化，得到的向量的模即為相應(yīng)的承載力。模糊綜合評(píng)價(jià)法的模型為：給定兩個(gè)有限論域U=|u1，u2,u3，…，um|（評(píng)價(jià)因素集）和V=lv1，v2，v3vnl（評(píng)語(yǔ)集），通過(guò)模糊變換B=A?R（A為模糊權(quán)向量，R為各因素對(duì)評(píng)語(yǔ)V的隸屬度Rij構(gòu)成模糊關(guān)系矩陣）與合成運(yùn)算，得出評(píng)價(jià)對(duì)象對(duì)各評(píng)價(jià)等級(jí)的隸屬度。層次分析法是將承載力核算總是有關(guān)的因素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)上進(jìn)行定性和定量分析的方法。該方法的特點(diǎn)是在承載力的本質(zhì)、影響因素及其內(nèi)在關(guān)系等進(jìn)行深入分析的基礎(chǔ)上，利用較少的定量信息使承載力核算過(guò)程數(shù)學(xué)化和結(jié)構(gòu)化。總的來(lái)看，包括模糊分析在內(nèi)的指標(biāo)體系法都是靜態(tài)研究方法，主要特點(diǎn)是將人口作為外生變量，不考慮人口對(duì)經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)的反饋，忽略人口、經(jīng)濟(jì)和資源系統(tǒng)之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，因而指導(dǎo)性和操作性不強(qiáng)。I=￡ni=1WiIi（1，2，3n）（5）式中：Ii為單要素環(huán)境承載力；Wi為響應(yīng)要素的權(quán)值。2014年7月綠色科技第7期3環(huán)境承載力的實(shí)際應(yīng)用3.1區(qū)域資源環(huán)境承載力隨著資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方法研究的開(kāi)展與不斷深入，基于區(qū)域資源環(huán)境承載力的研究越來(lái)越多，特別是新近的對(duì)于城市群資源環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)，城市群在推動(dòng)我國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化快速發(fā)展的同時(shí)，已成為資源短缺、環(huán)境污染、生態(tài)破壞等問(wèn)題高度集中的地區(qū)［23~25］。王金南等［24］對(duì)長(zhǎng)江三角洲城市水資源承載力進(jìn)行評(píng)估，結(jié)果顯示2005~2010年，長(zhǎng)三角半數(shù)城市承載力狀態(tài)改善明顯，但仍有7個(gè)城市處于危機(jī)狀態(tài)。江蘇省內(nèi)城市和上海位于長(zhǎng)江沿岸和太湖北岸東岸，承載力狀況多為危機(jī)狀態(tài)；浙江省內(nèi)城市位于太湖以南和錢(qián)塘江沿岸，承載力狀況為良好或一般狀態(tài)，顯著好于江蘇省內(nèi)城市和上海市。陸建芬［26］利用改進(jìn)的Topsis法，重新設(shè)定權(quán)重和指標(biāo)體系，整個(gè)指標(biāo)體系包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展力和資源環(huán)境承載力兩個(gè)系統(tǒng)共23項(xiàng)指標(biāo)，對(duì)安徽淮河流域資源環(huán)境承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)。評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，資源環(huán)境承載力排名：六安〉滁州〉宿州〉亳州〉蚌埠〉淮北〉阜陽(yáng)〉淮南。經(jīng)濟(jì)發(fā)展力的排名則與之大致相反，表現(xiàn)為資源環(huán)境承載力強(qiáng)的城市，其經(jīng)濟(jì)發(fā)展力相對(duì)較弱。造成該種現(xiàn)象的原因，被認(rèn)為是，淮河流域的水資源的極度缺乏，供需矛盾大，礦產(chǎn)等非可再生資源的分布不均，高耗能產(chǎn)業(yè)占有較大比重等。3.2城市資源環(huán)境承載力城市的資源環(huán)境承載力日益受到關(guān)注，城市資源日益減少，環(huán)境日益惡劣，人類(lèi)的生存與發(fā)展面臨嚴(yán)峻考驗(yàn)。針對(duì)城市資源環(huán)境承載力的評(píng)價(jià)，主要針對(duì)生態(tài)型新城區(qū)、依賴礦產(chǎn)資源發(fā)展經(jīng)濟(jì)的城市進(jìn)行評(píng)價(jià)［23,27］。劉曉麗等［25］認(rèn)為城市群將作為中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的引擎，尤其是京津冀、長(zhǎng)三角、珠三角形成的城市群將主導(dǎo)中國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展；城市群所造成的生態(tài)環(huán)境問(wèn)題愈發(fā)地呈現(xiàn)出顯著性、區(qū)域性、復(fù)雜性的特征，今后城市群資源環(huán)境承載力研究將趨向于多因素復(fù)合型的動(dòng)態(tài)研究。陳海波等［27］等通過(guò)構(gòu)建目標(biāo)層（資源環(huán)境承載力）、準(zhǔn)則層（承載力）兩個(gè)評(píng)價(jià)體系及要素層四指標(biāo)（自然資源承載力、社會(huì)經(jīng)濟(jì)資源承載力、自然環(huán)境承載力和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力），對(duì)江蘇省城市資源環(huán)境承載力作出了評(píng)價(jià)，從復(fù)合排名看，南京、蘇州、無(wú)錫聚為第一梯隊(duì)；常州、揚(yáng)州、徐州、南通、鎮(zhèn)江聚為第二梯隊(duì)；連云港、淮安、鹽城、宿遷、泰州五個(gè)城市聚為第三梯隊(duì)；在資源承載力方面，南京、蘇州、無(wú)錫的三個(gè)城市的資源承載力排名靠前，淮安、連云港和宿遷四個(gè)城市的排名較靠后。白宏濤等［28］認(rèn)為土地承載力應(yīng)該是一定的技術(shù)條件下，特定的時(shí)間和區(qū)域內(nèi)，土地資源對(duì)人口、社會(huì)活動(dòng)的支撐能力；土地的資源承載力要以生態(tài)保護(hù)和布局調(diào)整為出發(fā)點(diǎn)，要以優(yōu)化策略為目的，要緊密?chē)@人口容量、產(chǎn)業(yè)發(fā)展和生態(tài)戰(zhàn)略的戰(zhàn)略環(huán)境評(píng)價(jià)（SEA）來(lái)進(jìn)行分析和評(píng)價(jià)。通過(guò)評(píng)價(jià)資源環(huán)境承載力進(jìn)而得出其優(yōu)劣程度，資料顯示資源環(huán)境承載力的主要在環(huán)渤海地區(qū)、長(zhǎng)江三角洲、京津冀等經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)或資源相對(duì)豐富的地區(qū)得到了應(yīng)用，各區(qū)域資源環(huán)境承載力如表2所示。表2各區(qū)域的資源環(huán)境承載力排名排名長(zhǎng)江三角洲中部六省環(huán)渤海地區(qū)京津冀地區(qū)1上海市江西省遼寧省秦皇島2南京市河南省山東省廊坊3蘇州市湖北省北京市滄州4杭州市安徽省河北省張家口5寧波市湖南省天津市承德6山西省保定7唐山8石家莊9天津10北京4結(jié)語(yǔ)有關(guān)于環(huán)境承載力的研究呈現(xiàn)出快速增長(zhǎng)的趨勢(shì)，研究?jī)?nèi)容也越來(lái)越具體充實(shí)，而不再僅僅停留在綜述和理論研究。環(huán)境承載力在定量評(píng)價(jià)方面，尤其是國(guó)內(nèi)學(xué)者，以生態(tài)足跡法為主要研究方法，諸多學(xué)者［29,30］研究分析表明，簡(jiǎn)單地運(yùn)用生態(tài)足跡法并不能夠全面而準(zhǔn)確地計(jì)算和評(píng)價(jià)某一國(guó)家或地區(qū)的環(huán)境承載力。目前對(duì)于環(huán)境承載力的研究仍然缺乏能夠同時(shí)描述環(huán)境承載力客觀性、區(qū)域性及動(dòng)態(tài)性的科學(xué)、系統(tǒng)的指標(biāo)體系，并且缺乏統(tǒng)一確切的資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，評(píng)價(jià)方法也缺乏創(chuàng)新性。在模型構(gòu)建方面，主導(dǎo)的資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)模型還未能出現(xiàn)。今后，還需要從事環(huán)境承載力研究的研究人員結(jié)合實(shí)際研究對(duì)象的特點(diǎn)，按照可持續(xù)發(fā)展的思路，充分運(yùn)用數(shù)學(xué)、環(huán)境學(xué)等相關(guān)學(xué)科理論，逐步建立和完善動(dòng)態(tài)且準(zhǔn)確的環(huán)境承載力定量評(píng)價(jià)方法體系。參考文獻(xiàn)：姜文超，龍騰銳.水資源承載力理論在城市規(guī)劃中的應(yīng)用[J].工程規(guī)劃，2003(7)：78?82.Price,D.Carryingcapacityreconsidered[J].PopulationandEnvironment:AJournalofInterdisciplinaryStudies,2008,21(1):5?26.Odum,E.P.Fundamentalsofecology[M].Philadelphia:W.B.Saunders,1953.陳春生.環(huán)境容受力分析與都市成長(zhǎng)管理之研究：以臺(tái)北都會(huì)區(qū)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