大連市環(huán)境承載力測評

于成學，葛仁東，張 月，孔媛媛，杜永昊

(大連民族大學a.國際商學院;b.理學院，遼寧 大連116605)

一、關于承載力概述

20世紀60-70年代，隨著土地退化、環(huán)境污染和人口膨脹等問題的出現(xiàn)，許多自然資源耗竭、環(huán)境質量下降等全球性問題相繼爆發(fā)，地球的承載能力問題引起了廣泛關注。20世紀70年代后期和80年代初期，聯(lián)合國糧農(nóng)組織(FAO)、聯(lián)合國教科文組織(UNESCO)和經(jīng)濟合作與發(fā)展組織(OECD)等先后組織了國際范圍的承載力研究，提出了一些承載力定義和量化方法［1］。近二十年來，有關承載力的研究及其生態(tài)學、環(huán)境科學和可持續(xù)發(fā)展領域的應用備受矚目，形成了一整套獨特的理論體系和方法［2-5］。承載力概念的發(fā)展也經(jīng)歷了從自然生態(tài)系統(tǒng)的種群承載力，人類生態(tài)系統(tǒng)的資源承載力(土地資源承載力和水資源承載力)、環(huán)境承載力，到生態(tài)系統(tǒng)承載力的發(fā)展歷程［6-10］。環(huán)境承載力是指某一時期內(nèi)，某種狀態(tài)或條件下，某地區(qū)環(huán)境所能承受的人類活動的閾值。這里所說的“某種狀態(tài)或條件”是指現(xiàn)實的生態(tài)環(huán)境條件，即不發(fā)生明顯的不利于人類生存方向改變的前提條件;“能承受的閾值”是指不影響其生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)正常功能發(fā)揮的外界作用強度極限;“人類活動”是指人類的經(jīng)濟和社會活動，尤其是人類的生產(chǎn)和消費活動。環(huán)境承載量(ECQ)和環(huán)境承載力(ECC)是一組具有對應關系的概念。對于同一地區(qū)而言，環(huán)境承載力表征該地區(qū)環(huán)境系統(tǒng)所能承受人類系統(tǒng)的最大應用量值;而環(huán)境承載量是指某一時期環(huán)境系統(tǒng)實際承受的人類系統(tǒng)的作用量值，可通過實際調查或檢測得出。環(huán)境承載量數(shù)值分為兩類:一類是能較易得到的理論最佳值(如地下水最佳開采量):另一類是不容易直接得到的理論最佳值，要采用預定要達到的目標值(標準值)來間接表示。在分析區(qū)域環(huán)境承載量的承載狀態(tài)時二者缺一不可。在任一概念的使用與發(fā)展過程中，都包含了對前一階段含義的擴展，同時也與生態(tài)學科的發(fā)展及人類社會發(fā)展背景存在著極強的相關關系，這進一步體現(xiàn)了承載力理論研究的重要性。盡管承載力的內(nèi)涵、形式和意義都有深刻變化，但仍處于發(fā)展和完善當中。

在人類面臨資源短缺的同時，環(huán)境污染一方面使資源利用價值降低，資源短缺的矛盾更加突出;另一方面，大氣、水體、土壤、固體廢棄物的污染對人類生存構成了嚴重的威脅。大連市是中國改革開放的前沿城市，開放程度較高，近年來環(huán)境問題日益突出。因此，研究大連市的環(huán)境承載力，確定大連市的環(huán)境承載量，明確大連市影響環(huán)境承載力的閾值范圍，為科學合理規(guī)劃大連市的經(jīng)濟發(fā)展與產(chǎn)業(yè)布局調控及區(qū)域空間布局提供理論依據(jù)和參考。

二、環(huán)境承載力評價指標體系構建

1.指標體系構建應規(guī)避的問題

由于環(huán)境承載力指標體系研究是一個龐雜的系統(tǒng)工程，再加上很多的主客觀因素的制約。因此，建立環(huán)境承載力評價指標體系時，應注意避免以下幾個方面的問題:(1)避免評價指標過于龐雜且不均衡;(2)避免評價指標與評價模型脫節(jié);(3)避免評價指標與實際應用脫節(jié)。

2.指標的選取

環(huán)境承載力評價指標體系目的在于反映或表征環(huán)境、經(jīng)濟、社會系統(tǒng)相互間的協(xié)調程度。因此，環(huán)境承載力的評價指標體系應該從環(huán)境與經(jīng)濟和社會系統(tǒng)間的物質、能量和信息中選取，并進行分類。

根據(jù)國內(nèi)外學者的相關研究，本文把環(huán)境承載力評價指標體系分為經(jīng)濟環(huán)境子系統(tǒng)承載力、社會生活環(huán)境子系統(tǒng)承載力和自然資源環(huán)境子系統(tǒng)承載力三個二級指標;在二級指標下又進一步分解出經(jīng)濟增長速度、經(jīng)濟發(fā)展水平、經(jīng)濟結構、人口、城市發(fā)展等十三個指標構成的三級指標層;最后，在三級指標下選擇若干可量化的具體指標構成區(qū)域環(huán)境承載力，具體指標體系見表1。

表1 環(huán)境承載力評價指標體系

續(xù)表

三、環(huán)境承載力測算

目前，對于環(huán)境承載力的計算還沒有統(tǒng)一的方法，各種計算方法都存在爭議，本文試圖用傳統(tǒng)的計量方法——狀態(tài)空間法，做一些改進，將確定權重的熵值法和狀態(tài)空間法結合起來，以便獲得更真實可靠的結果。

1.數(shù)據(jù)的收集及無量綱化處理

依據(jù)表1中的環(huán)境承載力評價指標，搜集大連市2003年至2013年間的相關數(shù)據(jù)。因為所獲得的評價指標數(shù)據(jù)的量綱不同，所以在進行加權求和之前要進行無量綱化處理，將指標實測值轉化為指標評價值，將評價對象的多項指標的信息加以匯集而從整體上認識對象的一定標準的優(yōu)劣狀況。本文采取的是平均化處理方法，即對于某一數(shù)據(jù)cij，無量綱化以后的數(shù)據(jù)如公式(1)。

其中，i=1，2，…13.j=1或2或3或4或5或6

2.指標權重

在多指標綜合評價中，確定指標權重主要有主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法所依據(jù)的賦值原始信息來源于客觀環(huán)境，根據(jù)各指標的聯(lián)系程度或各指標所提供的信息量來決定指標的權重。由于不同人的認識差別較大，主觀賦權法主觀性強，所以得到的結果可能大相徑庭，可信度不高。所以本文采取客觀賦權方法中的熵值法。

熵值法的原理:設有m個待評方案，n項評價指標，形成原始指標數(shù)據(jù)矩陣X=(xij)mn，對于某種指標xj，指標值xij的差距越大，則該指標在綜合評價中所起的作用越大;如果某項指標的指標值全部相等，則該指標在綜合評價中不起作用。在p信息論中，信息熵H(x)=-(xi)lnp(xi)是系統(tǒng)無序程度的度量，信息是系統(tǒng)有序程度的度量，二者絕對值相等，符號相反。某種指標的指標值變異程度越大，信息熵越小，該指標提供的信息量越大，該指標的權重也應越大;反之，某項指標的指標值變異程度越小，信息熵越大，該指標提供的信息量越小，該指標的權重也越小。所以，可以根據(jù)各項指標值的變異程度，利用信息熵這個工具，計算出各指標的權重，為多指標綜合評價提供依據(jù)。用熵值法進行綜合評價的步驟是:

(1)將各指標同度量化，計算第j方案指標值的比總Pij如公式(2)

(2)計算第j項指標的熵值ej如公式(3)

其中 k＞0，ln為自然對數(shù)，ej≥0。如果 xij對于給定的j全部相等，那么

(3)計算第j項指標的差異性系數(shù)gj。

對于給定的j，xij的差異性越小，則ej越大;當xij全部相等時，ej=emax=1，此時對于方案的比較，指標xj毫無作用;當各方案的指標值相差越大時，ej越小，該項指標對于方案比較所起的作用越大。定義差異性系數(shù)

則當gj越大時，指標越重要。

(4)定義權數(shù) Wj，令

根據(jù)熵值賦權計算方法，可以求得環(huán)境承載力各指標權重值。

3.權重的修正

所求的權重是當把環(huán)境承載力的權重視為1時，每個cij相對于目標層所占的比重為Wcij。鑒于本文環(huán)境承載力的計算方法，現(xiàn)將領域層視為指標層的上一層，即把領域層的每個指標cj權重值都視為1時，便可以求出指標層每個指標cij相對于cj的權重值Wcij;同理也可以求出當把準則層每個指標Bj的權重Wci;求準則WB的每個指標的權重也是同樣的道理。求得結果見表2。

表2 評價指標修正權重值

續(xù)表

4.環(huán)境承載量、環(huán)境承載力和環(huán)境承載率的計算

本文采用狀態(tài)空間法結合熵值法求得的權重對環(huán)境承載量和環(huán)境承載力求解。

其中，maxc'ij表示c'ij中最大的一個數(shù)值，得到的新的 c^ij值。

i=1，2，…13，m=1或2或3或4或5或6。

最后，根據(jù)準則層各子系統(tǒng)的環(huán)境承載量和環(huán)境承載力的大小，計算環(huán)境承載量和環(huán)境承載力大小，計算公式為

5.環(huán)境承載量、環(huán)境承載力和環(huán)境承載率的計算結果

由上述計算過程可知，經(jīng)濟環(huán)境子系統(tǒng)環(huán)境承載量和環(huán)境承載力分別為和，社會生活環(huán)境子系統(tǒng)環(huán)境承載量和環(huán)境承載力分別為和，自然資源環(huán)境子系統(tǒng)環(huán)境承載量和和環(huán)境承載力分別為和，環(huán)境承載量和環(huán)境承載力分別為和，定義:

根據(jù)公式，環(huán)境承載量及環(huán)境承載力和各子系統(tǒng)環(huán)境承載量及環(huán)境承載力計算結果見表3。

單純的環(huán)境承載量和環(huán)境承載力數(shù)值大小實際意義不大，不能準確、全面地反映某一地區(qū)環(huán)境承載狀況的好壞，無法獲悉環(huán)境承載量與環(huán)境承載力的相對關系，進而無從判斷環(huán)境承載量是否超出了環(huán)境承載力的承載范圍。為了更深入的反映環(huán)境承載的壓力狀況，因此提出環(huán)境承載率的概念。所謂環(huán)境承載率，就是環(huán)境承載量與環(huán)境承載力的比值，表示環(huán)境系統(tǒng)實際承載的壓力相對于其潛在承受能力的大小，本文用英文字母ECR表示。計算公式如下:

根據(jù)表3，計算結果見表4;

表3 大連市環(huán)境承載量和環(huán)境承載力計算結果

表4 大連市環(huán)境承載率計算結果

四、結果分析

根據(jù)評價結果，可獲得大連市2003-2013年的環(huán)境承載量、經(jīng)濟環(huán)境承載量、社會生活環(huán)境和自然資源環(huán)境承載量的變化趨勢圖，如圖1至圖4。環(huán)境承載量(ECQA)、經(jīng)濟環(huán)境承載量(ECQB1)、社會生活環(huán)境承載量(ECQB2)和自然資源環(huán)境承載量數(shù)值上差別很大，但承載量的絕對值大小是沒有意義的，只有分析承載力數(shù)值變動對環(huán)境變化的反映情況或者將承載量和承載力結合分析時，承載量才有實際的經(jīng)濟學意義。

1.環(huán)境承載量結果分析

(1)環(huán)境承載量分析

整體上來看，2003-2013年大連市環(huán)境承載量波動幅度很大。2003-2004年，環(huán)境承載量呈現(xiàn)基本平穩(wěn)的態(tài)勢，從圖1上反映表現(xiàn)為一條基本平穩(wěn)的曲線;2005-2007年，環(huán)境承載量逐年遞增，表示隨著經(jīng)濟增長，大連市環(huán)境承載量逐漸增大，環(huán)境承載壓力越來越大。2008-2009年環(huán)境承載力下降，表示經(jīng)過合理的調整產(chǎn)業(yè)結構，環(huán)境治理措施及時得當，環(huán)境承載量逐漸降低。2010-2013年間環(huán)境承載量波動幅度很大，在2013年中，環(huán)境承載量處于上升的趨勢。此時需要調整產(chǎn)業(yè)結構，加大環(huán)境治理力度，逐步減少環(huán)境承載壓力。

圖1 大連市2003-2013年環(huán)境承載量變化趨勢圖

(2)大連市經(jīng)濟環(huán)境承載量變化分析

圖2 大連市2003-2013年經(jīng)濟環(huán)境承載量變化趨勢圖

由圖2中可以看出，從2003-2004年，大連市經(jīng)濟環(huán)境承載量增加，在2005年出現(xiàn)轉折點，從2005-2007年，經(jīng)濟環(huán)境承載量又逐步增加，2007-2009經(jīng)濟環(huán)境承載量又逐步降低。2009-2010逐漸增加，2011-2012雖然也是上升階段，但上升幅度明顯小于前幾年，2012-2013經(jīng)濟環(huán)境承載量又逐步增加。從整體上來說，期間的經(jīng)濟環(huán)境承載量是曲折的，且有逐漸上升的趨勢，環(huán)境系統(tǒng)對于經(jīng)濟發(fā)展的速度、總量和經(jīng)濟結構所造成的壓力承載越來越大，經(jīng)濟環(huán)境情況同樣不容樂觀。

(3)大連市社會生活環(huán)境承載量變化分析

圖3 大連市社會生活環(huán)境承載量變化趨勢圖

綜合圖3可以看出，從2003-2008年，社會生活環(huán)境承載量處于上升階段，2009-2012年，逐年降低，到2013年，社會生活環(huán)境承載量又有上升的趨勢，這說明大連市對社會生活與環(huán)境之間的關系能夠合理協(xié)調，但仍需完善。

(4)大連市自然資源環(huán)境承載量變化分析

圖4 大連市2003-2013年自然資源環(huán)境承載量變化趨勢圖

大連市社會經(jīng)濟發(fā)展的同時，自然資源也承受著巨大的環(huán)境負荷，從圖4可以看到，從2003-2005年，大連市自然資源環(huán)境承載量是減少的，這說明高速發(fā)展的經(jīng)濟是以破壞自然資源環(huán)境為代價的，環(huán)境承載量也越來越大，而從2005-2007年，則呈上升趨勢，到2007年，由于意識到這一點，及時調整產(chǎn)業(yè)結構，加大環(huán)境治理力度，取得了較好的成效，環(huán)境承載量有了大幅下降，但于2010年，自然資源環(huán)境承載量又處于上升階段，到2011年，由于意識到經(jīng)濟的發(fā)展與自然資源之間的關系，及時調整產(chǎn)業(yè)結構加大環(huán)境治理力度，取得了良好的成效，環(huán)境承載量有了大幅下降，有利于實現(xiàn)經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

2.環(huán)境承載力結果分析

由本文采用的環(huán)境承載力(ECC)計算方法可知，從2003-2013年，只能得到環(huán)境及其子系統(tǒng)承載力的單一值，沒有連續(xù)變化的結果，所以不能對其變化趨勢進行分析，但由環(huán)境及其子系統(tǒng)的數(shù)值與權重構成，也能進一步得到一些有意義的結果分析。

3.環(huán)境承載率結果分析

由表4計算結果可以畫出2003-2013年大連市環(huán)境承載率、經(jīng)濟環(huán)境承載率、社會生活環(huán)境承載率和自然資源環(huán)境承載率變化趨勢圖，分別如圖5、圖6、圖7、圖8。從圖中可以看出，由于它們的環(huán)境承載力的值分別只有一個，所以環(huán)境承載率變化趨勢和它們對應的環(huán)境承載量的變化趨勢完全一致，在此，就不再重點分析它們的變化趨勢，而重點分析它們的環(huán)境承載率狀態(tài)。

(1)環(huán)境承載率狀態(tài)的評價標準。根據(jù)環(huán)境承載率的大小，可以對環(huán)境承載力所處的承載狀態(tài)進行分類。本文將環(huán)境承載狀態(tài)大致分為弱載、適載、高載三大類，見表5，其中，弱載狀態(tài)的環(huán)境承載率小于70%，說明現(xiàn)有環(huán)境承載力的使用額度非常有限，留有足夠的環(huán)境承載潛力可以發(fā)展經(jīng)濟，提高人民生活質量;適載狀態(tài)的環(huán)境承載率介于70% ～90%，說明環(huán)境承載力適度，社會經(jīng)濟運行處于良好的態(tài)勢，這種狀態(tài)最適于可持續(xù)發(fā)展;高載狀態(tài)的環(huán)境承載率則高達90%以上，在該狀態(tài)下，環(huán)境承載量與環(huán)境承載力之間的差額不大，環(huán)境系統(tǒng)的實際承載壓力已經(jīng)很大，環(huán)境狀況面臨著嚴峻的挑戰(zhàn)。

表5 環(huán)境承載率狀態(tài)分類表

由圖5可以看出，2003-2004年大連市環(huán)境承載率基本處于平穩(wěn)狀態(tài)，且承載率低于70%，處于弱載狀態(tài)。2005-2008年環(huán)境承載率徒增大約4%，且承載率在70% ～90%，處于適載狀態(tài)，這充分反映了在當時的經(jīng)濟發(fā)展過程中，如果只看重經(jīng)濟發(fā)展速度，未重視環(huán)境問題，將導致環(huán)境成本過大，付出慘重代價。從2008年-2010年。環(huán)境承載率降低大約3%，說明由于及時認識到了經(jīng)濟發(fā)展中的環(huán)境成本問題，使環(huán)境承載率下降。2012-2013年環(huán)境承載率又在上升，且于2013年已超過70%，處于適載狀態(tài)。整體上來說，大連市的環(huán)境承載力處于弱適載狀態(tài)。

圖5 大連市2003-2013年環(huán)境承載率變化趨勢圖

(2)大連市經(jīng)濟環(huán)境承載率結果分析。綜合圖6可以看出，大連市經(jīng)濟環(huán)境承載率波動幅度較大，但2003-2013年中最低水平也大于90%，屬于不合理的高載狀態(tài)，雖然一直在努力調整產(chǎn)業(yè)結果，加大污染治理，但差距還很大，還需繼續(xù)努力，保持國民經(jīng)濟發(fā)展處于合理的速度，使產(chǎn)業(yè)機構更加合理。

圖6 大連市2003-2013年經(jīng)濟環(huán)境承載率變化趨勢圖

(3)大連市社會生活環(huán)境承載率結果分析。由圖7可以看出，大連市社會生活環(huán)境承載率較前幾項指標的波動幅度較小，從2003年-2008年，社會生活環(huán)境承載率處于上升階段，2009-2012年承載率水平處于下降階段。其中，2003-2004年，社會生活環(huán)境承載率低于70%，處于弱載狀態(tài)。2005-2010年承載率在70% ～90%，處于適載狀態(tài)，2011-2012年承載率低于70%，處于弱載狀態(tài)，在2013年承載率剛好達到70%，處于適載狀態(tài)。從整體上來看，大連市社會生活環(huán)境承載率屬于弱適載狀態(tài)。

圖7 大連市2003-2013年社會生活環(huán)境承載率變化趨勢圖

(4)大連市自然資源環(huán)境承載率結果分析。由圖8可以看出，在2003-2013年間，大連市自然資源環(huán)境承載率幾經(jīng)波折。但自然資源環(huán)境承載率均處在弱載狀態(tài)。從整體上看，自然資源環(huán)境承載率處于上升狀態(tài)，應及早預防。

圖8 大連市2003-2013年自然資源環(huán)境承載率變化趨勢圖

五、結 論

本文研究是在環(huán)境承載力的基本概念、基本理論、和研究現(xiàn)狀的基礎上，針對當前沒有統(tǒng)一的環(huán)境承載力評價指標體系和評價方法可供使用的情況，嘗試建立了一套環(huán)境承載力評價指標體系，把環(huán)境系統(tǒng)分為三個子系統(tǒng)，分別為經(jīng)濟環(huán)境子系統(tǒng)、社會生活環(huán)境子系統(tǒng)、自然資源環(huán)境子系統(tǒng)，并提出了測算環(huán)境承載力的熵值狀態(tài)空間計量模型。計算了大連市2003-2013年環(huán)境系統(tǒng)中各個子系統(tǒng)的環(huán)境承載量、環(huán)境承載力和環(huán)境承載率以及綜合環(huán)境承載力，分析了環(huán)境承載量、環(huán)境承載力和環(huán)境承載率的變化及發(fā)展趨勢，認為大連市環(huán)境狀況基本合理，當前的環(huán)境承載多數(shù)處于弱適載狀態(tài)，只有經(jīng)濟環(huán)境承載率處于高載狀態(tài)。因此，建議大連市在發(fā)展經(jīng)濟的同時，需要加大“三廢”治理，保持國民經(jīng)濟發(fā)展處于合理的速度;調整產(chǎn)業(yè)結構，切實執(zhí)行節(jié)能減排政策，使其更加合理，從而提高環(huán)境承載力，進而達到經(jīng)濟與生態(tài)環(huán)境協(xié)調發(fā)展。本文希望通過對環(huán)境承載力的研究，對區(qū)域環(huán)境承載力的研究工作有所貢獻，把環(huán)境承載力評價作為環(huán)境評估工作的一項重要工作。

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