水生態(tài)承載力概念與內(nèi)涵探討

王西琴，高 偉，何 芬，彭文啟

（1.中國人民大學 農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展學院，北京 100872；2.中國人民大學 環(huán)境學院，北京 100872；3.中國水利水電科學研究院 水環(huán)境研究所，北京 100044）

1 研究背景

隨著水生態(tài)系統(tǒng)問題的日益復雜化，以及流域水生態(tài)系統(tǒng)綜合管理的需求，加之水量和水質(zhì)問題并存，水生生物數(shù)量和多樣性大幅度減少，水生態(tài)系統(tǒng)退化等現(xiàn)實，迫使人們需要從更高的角度去認識水生態(tài)系統(tǒng)相對于人類的承載力能力。顯然，過去的水資源承載力、水環(huán)境承載力等概念已經(jīng)不能完全適應現(xiàn)實的需求。如何采用一個新的概念，既能夠體現(xiàn)當前水生態(tài)問題，又能將經(jīng)濟社會發(fā)展與水生態(tài)系統(tǒng)相聯(lián)系，并作為經(jīng)濟社會發(fā)展的重要依據(jù)，成為關注的熱點。水生態(tài)承載力概念就是在這樣的背景下被提出的。目前對于該概念尚未形成統(tǒng)一的認識，本文結合已有的水資源承載力、水環(huán)境承載力等概念，探討水生態(tài)承載力的內(nèi)涵，進行進一步的研究。

最初的承載力概念源于著名的邏輯斯蒂曲線，其涵義是在任何生態(tài)系統(tǒng)中，由于某些特定環(huán)境因子的限制，生物種群數(shù)量的增長曲線將呈現(xiàn)“S型”。1953年，Odum［1］將承載力概念和邏輯斯蒂K值聯(lián)系起來，并以此給出了承載力的數(shù)學定義。此后，圍繞生態(tài)系統(tǒng)種群承載力問題研究一直延續(xù)至今，最終對于生態(tài)承載力的內(nèi)涵可以歸結為：現(xiàn)有狀況下生態(tài)系統(tǒng)所能容納的最大種群數(shù)量。如Holling［2］認為，生態(tài)承載力是生態(tài)系統(tǒng)抵抗外部干擾，維持原有生態(tài)結構和生態(tài)功能以及相對穩(wěn)定性的能力；Small等［3］認為生態(tài)系統(tǒng)承載力是在特定時間內(nèi)特定生態(tài)系統(tǒng)所能支持的最大種群數(shù)；An?drew［4］給出的生態(tài)承載力定義是指特定時期內(nèi)，植被所能提供的最大種群數(shù)量。可見過去關于生態(tài)承載力的研究是以生態(tài)系統(tǒng)為研究對象，較少涉及經(jīng)濟社會系統(tǒng)。

現(xiàn)今我國的生態(tài)承載力問題則更多的傾向于經(jīng)濟社會系統(tǒng)。如《海河流域生態(tài)環(huán)境承載力研究報告》指出，流域生態(tài)環(huán)境承載力指在滿足一定的經(jīng)濟、技術水平條件下，在一定的社會福利水平要求下，利用當?shù)兀ê驼{(diào)入）的水資源和流域“生態(tài)-社會-經(jīng)濟”系統(tǒng)其它資源與環(huán)境條件，維系良好生態(tài)環(huán)境所能夠支撐的最大人口數(shù)量及社會經(jīng)濟規(guī)模。生態(tài)環(huán)境承載力實際上是指在變化環(huán)境下流域水、土等各種生態(tài)環(huán)境要素共同作用的支撐能力。它是以水循環(huán)為紐帶的流域生態(tài)-社會-經(jīng)濟系統(tǒng)高層次承載能力的度量，其中最主要的生態(tài)環(huán)境要素是水資源、土地資源和水環(huán)境三個方面。高吉喜［5］將生態(tài)承載力定義為：生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調(diào)節(jié)能力，資源與環(huán)境子系統(tǒng)的供容能力及其可維育的社會經(jīng)濟活動強度和具有一定生活水平的人口數(shù)量。并指出資源承載力是生態(tài)承載力的基礎條件，環(huán)境承載力是生態(tài)承載力的約束條件，生態(tài)彈性力是生態(tài)承載力的支持條件。張林波［6］認為城市生態(tài)承載力是某一特定區(qū)域在資源、環(huán)境和自然生態(tài)因素制約下，經(jīng)濟發(fā)展、資源利用、生態(tài)保護和社會文明各個領域均能符合可持續(xù)發(fā)展管理目標要求的最大人類經(jīng)濟社會發(fā)展負荷，包括人口總量、經(jīng)濟規(guī)模和發(fā)展速度。

同時關于承載力的研究類型大致可分為2個方面，即陸地生態(tài)系統(tǒng)的承載力和水生生態(tài)系統(tǒng)承載力。陸地生態(tài)系統(tǒng)承載力包括森林資源承載力［7］、草地承載力［8］、農(nóng)地承載力［9］、城市承載力［6］等，水生態(tài)生態(tài)系統(tǒng)承載力包括流域承載力［10］、湖泊承載力［11］、綠洲承載力［12］、沿海地區(qū)海洋承載力［13］等，其中以流域承載力的研究成果更為多見。夏軍等［10］建立了流域承載力指標體系和多級關聯(lián)評價模型，對海河流域的生態(tài)環(huán)境承載力進行了研究；段春青等［14］應用可變模糊集理論建立區(qū)域水資源承載力評價模型，對海河流域水資源承載力進行了研究；趙建世等［15］對海河流域近20年來的水資源承載能力演變進行了研究，揭示該流域水資源整體上處于持續(xù)超載狀態(tài)；高吉喜［5］以GIS為手段，分析了黑河流域的生態(tài)承載力現(xiàn)狀，以及空間差異特征；楊志峰等［16］建立了水電梯級開發(fā)對生態(tài)承載力影響和基于生態(tài)系統(tǒng)健康的生態(tài)承載力計量模型，對青海片內(nèi)水電梯級建設對生態(tài)承載力的影響進行了深入分析；蘇永紅等［17］應用模糊評價模型，對石羊河流域水資源承載力進行了分析評價；孟麗紅等［18］采用模糊綜合評判模型對塔里木河流域水資源承載能力進行了評價；孫才志等［19］等根據(jù)信息論中Jaynes最大信息熵原理，建立水資源承載力評價模型，并對山西省黃河流域水資源承載力進行評價；溫碧霞等［20］以從市級和縣域兩個尺度，研究縱向嶺谷區(qū)域生態(tài)承載力的時空動態(tài)變化，認為驅(qū)動力的空間變異決定了生態(tài)承載力的大小，人均生態(tài)承載力受社會經(jīng)濟發(fā)展和人口增長因素影響較大；趙衛(wèi)等［21］建立了水環(huán)境承載力多目標規(guī)劃模型，對遼河流域的水環(huán)境承載力進行了研究；潘軍峰［22］研究了永定河水環(huán)境承載力，認為河流環(huán)境承載力的承載媒介是水資源量和水體質(zhì)量，承載對象是人口、污染物質(zhì)、人類活動等。

由此可見，如今生態(tài)承載力的概念是從系統(tǒng)的角度出發(fā)，整合了資源子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和社會經(jīng)濟子系統(tǒng)，與過去相比，其概念范圍更為全面、綜合，既包括生態(tài)系統(tǒng)本身，也包括其所支撐的人類社會經(jīng)濟復合系統(tǒng)。

如今與水有關的承載力研究采用較多的是水資源承載力和水環(huán)境承載力概念，這2個概念的定義雖然不盡相同，但其基本內(nèi)涵是一致的。水資源承載力可歸納為：在一定區(qū)域內(nèi)，當社會經(jīng)濟發(fā)展到某一階段時，在保證維持水資源可持續(xù)利用的條件下，最大可利用水資源量對該地區(qū)的人口和社會經(jīng)濟發(fā)展的最大支撐能力。水環(huán)境承載力的內(nèi)涵可以理解為：在一定時期和某一確定的水域內(nèi)，水體在滿足用水功能的前提下所能容納的各種污染物的閾值，在該水體所對應的區(qū)域內(nèi)，人類社會及其經(jīng)濟行為所排放的污染物排放總量不超過該閾值。該用水功能既包括人類社會對水體質(zhì)量的要求，也包括維系生態(tài)與環(huán)境對水質(zhì)要求。

目前關于水生態(tài)承載力的定義還不明確。王群等［23］在對黃山風景區(qū)水生態(tài)承載力的研究中，將水環(huán)境容量等同于水生態(tài)承載力，比較片面；李靖等［24］給出的水生態(tài)承載力的定義是：在一定歷史階段，某一流域的水生態(tài)系統(tǒng)在滿足自身健康發(fā)展前提下，在一定的環(huán)境背景條件下，所能持續(xù)支撐人類社會經(jīng)濟發(fā)展規(guī)模的閾值。其強調(diào)了自身健康發(fā)展的前提，在其量化研究的指標體系中引入了河流生態(tài)環(huán)境需水率、浮游生物量和魚塘面積等水生態(tài)指標，但不足是其中包含了過多的限定條件；劉武藝等［25］認為城市水生態(tài)系統(tǒng)承載力是在一定社會經(jīng)濟條件下，城市水生態(tài)系統(tǒng)維持其服務功能（供水、防洪、生物保護、景觀娛樂等）及自身健康的潛在能力，主要表現(xiàn)在：1）對破壞其自身健康狀態(tài)的壓力消失后的自然恢復力（彈性力）；2）人類社會活動的發(fā)展能力，即與生態(tài)承載力有關的人類影響因子，如城市通過廢水（雨水）資源化回用，水生態(tài)修復等人工措施實施后的社會再生承載力。

2 水生態(tài)承載力概念與內(nèi)涵

結合水資源承載力、水環(huán)境承載力、流域生態(tài)承載力等概念，分析后認為水生態(tài)承載力應具備以下幾個方面的內(nèi)涵。

（1）復合承載力。水生態(tài)承載力是一個內(nèi)涵廣泛的概念，不僅僅是以自然過程為對象，而且包括社會、經(jīng)濟系統(tǒng)等。水生態(tài)系統(tǒng)的“自我維持”與“自我調(diào)節(jié)”能力，以及水資源與水環(huán)境系統(tǒng)的供容能力，可是看作是水生態(tài)承載力的支持部分；水生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的發(fā)展能力，可以看作是水生態(tài)承載力的壓力部分。水生態(tài)承載力應該是一個復合承載力的概念，應該包括資源承載力、水環(huán)境承載力、棲息地環(huán)境承載力等。水生態(tài)承載力的存在是以水生態(tài)系統(tǒng)自身穩(wěn)定和健康為前提的，既首先要保證自身的需水，在此前提下，才是系統(tǒng)所能承受的外部壓力。水生態(tài)承載力在關注水資源與水環(huán)境各單項要素的同時，也要十分注重其整體調(diào)節(jié)能力。如果生態(tài)系統(tǒng)一旦崩潰，則包括人類在內(nèi)的全部物種都將面臨滅絕的危險，而不僅僅是資源特別是水資源的減少或環(huán)境質(zhì)量的下降。

（2）水生態(tài)彈性力。水生態(tài)承載力不是固定不變的，從系統(tǒng)本身來說，系統(tǒng)是不斷發(fā)展的，當系統(tǒng)環(huán)境受到自然或人為改變后，水生態(tài)系統(tǒng)會與周圍環(huán)境形成一個新的動態(tài)平衡，承載力也相應發(fā)生改變。從外部壓力來看，生態(tài)系統(tǒng)的發(fā)展方向在很大程度上是受人為因素的影響。人們對環(huán)境質(zhì)量的要求不同，生產(chǎn)方式不同，水生態(tài)系統(tǒng)能夠承載的人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模也會變化，即承載力也會變化。水生態(tài)系統(tǒng)的“自我維持”與“自我調(diào)節(jié)”能力及其抵抗各種壓力與擾動的能力大小，即“水生態(tài)彈性力”是水生態(tài)承載力的關鍵支撐條件。其既可緩解各種壓力與擾動的破壞而保持系統(tǒng)不崩潰，又可最大限度地保障水資源與環(huán)境承載力的正常調(diào)節(jié)作用及功能的發(fā)揮，是維持持續(xù)穩(wěn)定環(huán)境的基礎。

（3）以經(jīng)濟規(guī)模和人口數(shù)量為表征指標。社會經(jīng)濟子系統(tǒng)的發(fā)展能力用水生態(tài)系統(tǒng)可維持的社會經(jīng)濟規(guī)模和具有一定生活水平的人口數(shù)量來衡量。水生態(tài)承載力以人類社會的可持續(xù)發(fā)展為承載目標，而人類社會的可持續(xù)發(fā)展必須建立在水生態(tài)承載力允許的安全閾值內(nèi)。

根據(jù)水生態(tài)承載力的內(nèi)涵，水生態(tài)承載力可以從廣義和狹義兩個層次去定義。廣義的水生態(tài)承載力是指在維持水生態(tài)系統(tǒng)自身及其支持系統(tǒng)健康的前提下，基于一定的生態(tài)保護和承載目標，自然水生態(tài)系統(tǒng)所能支撐的人類活動的閾值。狹義的水生態(tài)承載力是指在保證一定的生態(tài)需水、棲息地環(huán)境和水功能（生態(tài)）區(qū)水質(zhì)目標的前提下，基于一定的用水方式和排水方式，區(qū)域水資源量（包括調(diào)入水量）和水環(huán)境所能承載的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模。

狹義和廣義概念區(qū)別的實質(zhì)在于水生態(tài)承載力的發(fā)展局限性，由于目前尚未建立人類活動與水生態(tài)系統(tǒng)的響應關系，因此，在現(xiàn)有技術水平下很難按照廣義的概念去建立水生態(tài)承載力評估指標體系。而基于狹義的概念，可以使得水生態(tài)承載力概念具有可操作性和實際內(nèi)涵。

考慮到現(xiàn)有技術水平的限制，特別是實際的可操作性和應用性。依據(jù)水生態(tài)承載力的狹義概念，我國現(xiàn)階段的水生態(tài)承載力概念可定義為：水生態(tài)承載力是在滿足自然生態(tài)系統(tǒng)對水資源需求及其滿足一定環(huán)境容量的前提下，能夠支撐的最大人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模，其實質(zhì)是同時滿足水資源承載力與水環(huán)境承載力的復合承載力，即在現(xiàn)階段，水生態(tài)承載力內(nèi)涵的可以理解為同時滿足水量和水質(zhì)前提下能夠承載的人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模（見圖1）。

基于以上分析，水生態(tài)承載力同時具有生態(tài)屬性和經(jīng)濟社會屬性。（1）生態(tài)屬性。水生態(tài)承載力不同于以往的水環(huán)境承載力或者水資源承載力，重大的區(qū)別在于水生態(tài)承載力體現(xiàn)了生態(tài)系統(tǒng)的生態(tài)特征。因為水生態(tài)承載力的2個前提條件是同時滿足生態(tài)系統(tǒng)對水資源的需求和水環(huán)境容量。水生態(tài)系統(tǒng)對水資源的需求，建立在一定保護目標下水量與生態(tài)特征指標之間響應的關系基礎上，是在保護某一種或者多種具有生態(tài)意義的指標所需要的水量，充分體現(xiàn)了生態(tài)特征這一內(nèi)涵。同時，水生態(tài)承載力是基于生態(tài)需水前提下的滿足水質(zhì)目標的環(huán)境容量。因此，水生態(tài)承載力避免了水資源承載力僅考慮水量，水環(huán)境承載力僅考慮水質(zhì)的弊端，綜合考慮了水生態(tài)系統(tǒng)對水資源以及水質(zhì)的需求。（2）經(jīng)濟社會屬性。水生態(tài)系統(tǒng)是經(jīng)濟社會發(fā)展的承載體，經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)模或者模式是水生態(tài)系統(tǒng)問題產(chǎn)生的根源，因此，水生態(tài)承載力必須同時體現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)之間的相互響應關系，并且保持水生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟社會系統(tǒng)的協(xié)調(diào)。水生態(tài)承載力是滿足生態(tài)系統(tǒng)對水資源需求前提下同時滿足水環(huán)境容量的人口數(shù)量和經(jīng)濟規(guī)模，賦予了水生態(tài)承載力具有社會屬性，承載規(guī)模不僅考慮社會發(fā)展本身的需求，而且必須由承載主體的能力決定，經(jīng)濟社會發(fā)展規(guī)模、允許利用的水資源量、允許排放的污染物量等，必須是同時滿足生態(tài)需水和水環(huán)境容量。

水生態(tài)承載力是一個具有生態(tài)和經(jīng)濟社會雙重屬性的自然科學與社會科學綜合概念。水生態(tài)系統(tǒng)的自然屬性決定了生態(tài)承載力具有生態(tài)學意義上的極限性，即存在最大可承載規(guī)模；經(jīng)濟社會系統(tǒng)的社會屬性決定了存在最優(yōu)的承載規(guī)模，即人類可通過自身的管理實現(xiàn)一定生態(tài)目標下的最大承載規(guī)模。因此，在認識水生態(tài)承載力存在極限的同時，通過對水生態(tài)系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)的人為干預，可實現(xiàn)承載力的最優(yōu)化，使經(jīng)濟社會與水生態(tài)系統(tǒng)協(xié)調(diào)健康發(fā)展。

3 水生態(tài)承載力特點

根據(jù)上述對水生態(tài)承載力的分析，本文認為水生態(tài)承載力具有以下特點：

（1）動態(tài)性：即階段性，是指水生態(tài)承載力同社會發(fā)展階段直接相關聯(lián)。水資源和水環(huán)境系統(tǒng)及其所承載的社會經(jīng)濟系統(tǒng)都是相對穩(wěn)定的系統(tǒng)，即水生態(tài)承載力的主體和客體都處在不斷地動態(tài)變化之中。客體的運動使得其對主體的需求不斷變化，加上主體本身質(zhì)和量的不斷變化，導致其支持能力也相應發(fā)生改變。動態(tài)性是水資源承載力的一個根本特性。

（2）區(qū)域性：即空間差異性。不同區(qū)域的水量、水質(zhì)和水生態(tài)條件等在空間分布上有很大的差異；人類社會經(jīng)濟活動的發(fā)展水平、規(guī)模方向以及水功能及保護標準等也有明顯的地域差異。因此，不同水域的水生態(tài)承載力是不同的，水生態(tài)承載力只有相對于某一區(qū)域才有實際意義。人類活動應依據(jù)承載力空間差異合理布局，以最大限度的實現(xiàn)水生態(tài)系統(tǒng)與經(jīng)濟社會發(fā)展的協(xié)調(diào)。

（3）可調(diào)控性。由于水生態(tài)承載力的主體和客體都處在不斷地動態(tài)變化之中。水生態(tài)承載力主體的不斷發(fā)展變化必然影響到水生態(tài)系統(tǒng)客體本身，導致其支持能力也相應發(fā)生改變，并對生態(tài)承載力主體形成制約。不同發(fā)展階段，對生態(tài)系統(tǒng)的要求不同，如水生態(tài)保護目標的高低隨著時間的變化而呈現(xiàn)出動態(tài)性，使得其對主體的要求不斷變化。對水生態(tài)承載力系統(tǒng)進行有效調(diào)控的基礎是水生態(tài)系統(tǒng)具有的緩沖彈性力；水資源開發(fā)利用技術（海水的淡化、污水處理回用等）、污水處理技術和管理技術（用水結構的調(diào)整、區(qū)域外調(diào)水等）的發(fā)展和不斷創(chuàng)新，為可調(diào)控性的實現(xiàn)提供了可能。

（4）有限性：即相對極限性，是指在某一具體的歷史發(fā)展階段，水生態(tài)承載力具有有界的特性，即存在可能的最大承載上限。其主要決定于承載力的生態(tài)屬性。人類雖可以通過調(diào)控提高水生態(tài)承載力，但是，水生態(tài)系統(tǒng)的恢復能力是有限度的。在這個限度內(nèi)，水生態(tài)承載力能夠自我調(diào)節(jié)，若超過了這個限度，水生態(tài)系統(tǒng)的結構就會遭到破壞，某些功能就會喪失，承載能力就會下降，甚至可能造成崩潰。水生態(tài)承載力涉及“生態(tài)-經(jīng)濟-社會”這一復雜巨系統(tǒng)，各子系統(tǒng)及子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間呈現(xiàn)非線性的反饋關系，同時由于人類認識自然能力的極限性，水生態(tài)承載力的指標和量化值也具有一定的有限性。

（5）模糊性：水生態(tài)承載力涉及的各子系統(tǒng)及子系統(tǒng)內(nèi)部各要素之間呈現(xiàn)非線性的反饋關系，同時由于人類認識自然能力的極限性，水生態(tài)承載力的指標和量化值也具有一定的模糊性。

4 結語

水生態(tài)承載力是隨著水生態(tài)系統(tǒng)管理的需求提出的一個新的概念，目前處于探討階段。本文從生態(tài)系統(tǒng)承載力概念出發(fā)，結合水資源承載力、水環(huán)境承載力等概念，對水生態(tài)承載力的內(nèi)涵進行了初步探討，提出了廣義的水生態(tài)承載力概念和狹義的水生態(tài)承載力概念。在考慮其實際可操作性和應用性，提出現(xiàn)階段我國水生態(tài)承載力的概念，并提出水生態(tài)承載力的5個特點。這個問題還需要進一步研究，需要不斷推進水生態(tài)承載力研究的深入發(fā)展。

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