國內(nèi)生態(tài)承載力研究進展

(西南林業(yè)大學地理學院 云南 昆明 650024)

隨著環(huán)境惡化逐漸加重，生態(tài)問題日益突出，如何評估生態(tài)系統(tǒng)的承載能力，實現(xiàn)生態(tài)文明與社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展，成為亟需解決的一個重大課題。因此，生態(tài)承載力的內(nèi)涵和研究方法受到可持續(xù)發(fā)展研究者的關注，成為生態(tài)學、地理學與環(huán)境科學的交叉前沿領域。目前，在概念內(nèi)涵、研究方法、評估區(qū)域生態(tài)承載力、劃分生態(tài)脆弱區(qū)、時空演化等方面，取得了一定的研究成果，關于生態(tài)承載力的研究大量涌現(xiàn)。本文在現(xiàn)有研究成果的基礎上，概述了生態(tài)承載力的概念內(nèi)涵，總結(jié)了目前常用的研究方法，討論了目前研究中存在的不足，并對生態(tài)承載力的發(fā)展趨勢提出建議。

一、生態(tài)承載力概念內(nèi)涵

1921年美國學者Park等提出了生態(tài)學領域的承載力概念，即在生存空間、營養(yǎng)物質(zhì)、陽光等某些特定環(huán)境生態(tài)因子組合而成的生態(tài)環(huán)境條件下某物種個體能夠存在的數(shù)量的極大值[1]。隨后，各國不同領域的專家學者由于學術背景差異，對生態(tài)承載力提出不同的定義。這些定義的涵義基本一致，即將生態(tài)承載力定義為在特定狀況下某一生態(tài)系統(tǒng)所能承受的最大種群數(shù)量。此后，隨著社會發(fā)展，延伸出一系列與承載力相關的概念，如環(huán)境承載力、種群承載力、生態(tài)承載力等。

國內(nèi)學者對于生態(tài)承載力的研究始于上世紀九十年代初，主要是從生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能來入手的。高吉喜把生態(tài)承載力定義為生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我協(xié)調(diào)的能力[2]。不同的發(fā)展階段產(chǎn)生不同的承載力概念和相應的承載力理論，體現(xiàn)了人類社會對自然界的認識不斷深化，資源承載力、環(huán)境承載力的評估都以人類為核心生態(tài)系統(tǒng)承載力評估為前提[3]。國內(nèi)學者提出的生態(tài)承載力概念，大部分表明在人類干擾下的生態(tài)系統(tǒng)承受力，必須考慮生態(tài)系統(tǒng)本身及其對其影響較大的社會和經(jīng)濟因素。

生態(tài)承載力的內(nèi)涵包括三個方面，一是研究對象是包括人類在內(nèi)的復合生態(tài)系統(tǒng)，二是研究生態(tài)系統(tǒng)的自我協(xié)調(diào)和恢復能力，以及人類活動的影響。 三是與時空尺度密切相關[4]。

二、生態(tài)承載力研究方法

隨著生態(tài)承載力描述的對象由簡單到復雜，研究方法也相應地由單一到復合、由描述統(tǒng)計到數(shù)學建模，體現(xiàn)出多角度、系統(tǒng)化、機制化、多元化的特色。

(一)資源供需類

1.自然植被凈第一性生產(chǎn)力估測法

自然植被凈第一性生產(chǎn)力(NPP)是指生態(tài)系統(tǒng)中綠色植物通過光合作用，在單位時間和空間內(nèi)累積光合量與累積呼吸量之差。1975年Lieth等首次采用植被凈第一性生產(chǎn)力模型研究生態(tài)承載力[5]。目前計算NPP的模型有20余種，大體分為氣候統(tǒng)計模型、光能利用率模型(CASA模型)、水熱平衡模型等。隨著遙感技術的發(fā)展，利用遙感模型進行NPP估算已深入到許多領域。

植被凈第一性生產(chǎn)力的，研究內(nèi)容集中于生態(tài)系統(tǒng)層面。但是僅從生物生產(chǎn)力角度研究生態(tài)承載力，不能反映環(huán)境質(zhì)量的變化以及人類各種社會經(jīng)濟活動對生態(tài)承載力產(chǎn)生的影響。

2.生態(tài)足跡法

Rees和Wackernagel 將生態(tài)足跡明確定義為“滿足一定經(jīng)濟、人口規(guī)模的資源需求和吸納他們產(chǎn)生的廢棄物所必需的生態(tài)土地面積”[6]。國內(nèi)生態(tài)足跡的研究開始于20世紀90年代后期，生態(tài)足跡的概念首次由徐中民引入[7]。國內(nèi)生態(tài)足跡模型的研究不僅注重理論介紹分析，而且也從空間和時間跨度上進行分析研究?？臻g上對區(qū)域的應用實踐研究逐漸擴展，從大尺度的地區(qū)[8]、省市[9-10]已經(jīng)擴展到縣域[11]，甚至個人水平等更小尺度的生態(tài)足跡研究也出現(xiàn)了。時間方面，從靜態(tài)和動態(tài)兩個方面進行研究。

生態(tài)足跡法簡單有效、易于理解，但模型參數(shù)的彈性不足，眾多學者對生態(tài)足跡模型的方法改進做出研究[12-13]。生態(tài)足跡法能夠?qū)r、空二維的可持續(xù)性程度做出客觀量度和比較，并具有易于理解和可操作性強的優(yōu)點，是可持續(xù)發(fā)展評價的首選方法。缺陷在于過分重視經(jīng)濟社會對生態(tài)環(huán)境的影響，缺乏對生態(tài)系統(tǒng)的多功能度量。

3.供需平衡法

供需平衡法的原理是通過區(qū)域各種資源存量與目前經(jīng)濟社會發(fā)展中產(chǎn)生的資源需求量之間的差距，以及區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀與期望生態(tài)環(huán)境質(zhì)量目標之間的相對差距，來評估區(qū)域承載力[14]。

供需平衡法簡化了生態(tài)承載力的測量方法，但是不能計算出未來的生態(tài)承載力確切值，也沒有反應不同資源要素之間及其生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的相互關系。

(二)指標體系類

1.高吉喜綜合評價法

高吉喜提出用生態(tài)彈性力、資源與環(huán)境承載力來反映生態(tài)系統(tǒng)的承載支持能力，從這三方面構(gòu)建評價指標體系，對生態(tài)承載力狀況進行研究評價[2]。

2.“壓力一狀態(tài)一響應”指標體系

20世紀90年代以來，以“壓力一狀態(tài)一響應”(PSR)概念框架為基礎的指標體系逐漸完善與成熟，其簡潔、全面和非線性特征，促使其成為應用最廣泛的一大類方法[15]。目前主要有兩種計算方法，即直接求和法和狀態(tài)空間法。

直接求和法，是指某一層次指標將下級指標的承載力相對值在引入權(quán)重進行調(diào)整之后，直接求和得到該指標的相對值。狀態(tài)空間法通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的三維狀態(tài)空間軸組成，在生態(tài)承載力研究中，毛漢英等將三維軸界定為人類活動軸、資源軸和環(huán)境軸[16]。

指標評價法靈活考慮因素較全面，但是需要大量確切數(shù)據(jù)，指標體系龐大而且復雜，且評價指標的分值及其權(quán)重的確定具有主觀性和任意性，造成結(jié)果的不真實性，進而約束了指標體系的應用。

(三)系統(tǒng)模型類

1.系統(tǒng)動力學(SD)-多目標線性規(guī)劃(MOP)整合模型

系統(tǒng)動力學模型以反饋控制理論為基礎，以計算機仿真技術為手段，研究復雜系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能與動態(tài)行為關系[17]。在進行生態(tài)承載力的研究時，SD模型能比較容易地得到不同方案下的生態(tài)承載力，模擬區(qū)域承載力的變化趨勢。但是這一方法在預測方案的最優(yōu)設計上，有些參數(shù)難以準確定量，隨意性較大。MOP模型采用分解的方法將大的系統(tǒng)分解為若干子系統(tǒng)，由模型變量、約束條件和目標函數(shù)等3部分組成，3個子系統(tǒng)既獨立發(fā)展又相互關聯(lián)，通過構(gòu)建核心模型確定最優(yōu)方案。是以線性的、確定的、靜態(tài)的觀點研究問題，難以考察系統(tǒng)的全面動態(tài)過程。

整合模型的優(yōu)點為能充分反映系統(tǒng)發(fā)展所固有的趨勢性和連貫性，正確描述系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能；能客觀地尋找出關鍵決策點，并實現(xiàn)對這些關鍵決策點最優(yōu)值的準確求解[18]。

2.其他模型

在承載力的研究中，模糊目標規(guī)劃模型、層次分析模型、灰色系統(tǒng)模型等方法也得到了較為廣泛的應用。

三、生態(tài)承載力發(fā)展趨勢

(1) 應提供對跨境地區(qū)和生態(tài)脆弱地區(qū)的大規(guī)模評估，構(gòu)建生態(tài)預警平臺，并持續(xù)分析生態(tài)承載力和區(qū)域主導產(chǎn)業(yè)。

(2) 加強承載力的綜合研究。單因素的承載力的研究具有局限性，且不能滿足經(jīng)濟社會發(fā)展和資源開發(fā)的需求。綜合交叉性研究已經(jīng)成為今后生態(tài)承載力研究的必然趨勢。

(3) 加強承載力的動態(tài)研究。現(xiàn)階段生態(tài)承載力研究雖然能夠反映某一時期的狀況，但無法顯示動態(tài)變化，也無法對下一階段進行預測，未來應由靜態(tài)研究向動態(tài)趨勢方向發(fā)展。

【參考文獻】

[1]Park R E, Burgess E W. An introduction to the science of sociology[M]. Chicogo: University of Chicago Press, 1921.

[2]高吉喜. 可持續(xù)發(fā)展理論探索一一生態(tài)承載力理論、方法與應用[M].北京：中國環(huán)境科學出版社,2001.

[3]范小杉,何萍.生態(tài)承載力環(huán)評:研究進展·存在問題·修正對策[J].環(huán)境科學研究,2017,30(12):1869-1879.

[4]薛倩, 宋偉, 張鐿鋰,等. 生態(tài)承載力研究進展:內(nèi)涵、評估方法與熱點領域(英文)[J]. Journal of Resources and Ecology(資源與生態(tài)學報英文版), 2017, 8(5).

[5]Lieth H, Whittaker R H. Primary Productivity of the Biosphere[M]. Springer*, 1975.

[6]Wackernagel M, Rees W E. Perceptual and structural barriers to investing in natural capital: Economics from an ecological footprint perspective[J]. Ecological Economics, 1997, 20(1):3-24.

[7]徐中民,張志強. 生態(tài)足跡的概念及計算模型[J].生態(tài)經(jīng)濟(中文版),2000(10):8-10.

[8]黃寶榮,崔書紅,李穎明. 中國2000～2010 年生態(tài)足跡變化特征及影響因素[J]. 環(huán)境科學, 2016,37(02):420-426.

[9]田玲玲,羅靜,董瑩,劉和濤,曾菊新. 湖北省生態(tài)足跡和生態(tài)承載力時空動態(tài)研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境,2016,25(02):316-325.

[10]李翠玲. 基于能值—生態(tài)足跡的吉林省遼河流域生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展研究[D].吉林大學,2016.

[11]龍海峰,趙兵.基于生態(tài)足跡下的黑水縣生態(tài)承載力分析[J].西南師范大學學報(自然科學版),2014,39(11):201-206.

[12]褚英敏, 李素喜, 劉金平. 基于錫爾系數(shù)及改進生態(tài)足跡的河北省旅游環(huán)境承載力研究[J]. 陜西師范大學學報(自科版), 2014(4):91-95.

[13]方愷.基于改進生態(tài)足跡三維模型的自然資本利用特征分析——選取11個國家為數(shù)據(jù)源[J].生態(tài)學報,2015,35(11):3766-3777.

[14]王中根，夏軍.區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力的量化方法研究[J].長江職工大學學報，1999,16(4):9-12.

[15]皮慶,王小林,成金華,談艷.基于PSR模型的環(huán)境承載力評價指標體系與應用研究——以武漢城市圈為例[J].科技管理研究,2016,36(06):238-244.

[16]毛漢英,余丹林. 區(qū)域承載力定量研究方法探討[J].地理科學進展,2001,16(4):549-555.

[17]馬涵玉, 黃川友, 殷彤,等. 系統(tǒng)動力學模型在成都市水生態(tài)承載力評估方面的應用[J]. 南水北調(diào)與水利科技, 2017, 15(4):101-110.

[18]龔健,劉耀林.基于SD-MOP整合模型的土地利用總體規(guī)劃研究[J].武漢大學學報(信息科學版),2005(04):322-325.