區(qū)域生態(tài)承載力評價方法及指標研究*

高喜紅 許文豪 林宇晨 劉 江

1 生態(tài)承載力概念及內涵

“承載力”概念最早起源于工程領域，指物體在不產生任何破壞時的最大負載，通常具有力的量綱。隨著土地退化、環(huán)境污染、人口劇增等現(xiàn)象的出現(xiàn)，承載力的概念和意義也相應發(fā)生變化。生態(tài)破壞使生存于生態(tài)系統(tǒng)之內的人和各種動植物面臨生存危險，相關學者從系統(tǒng)的整合性出發(fā)，提出了生態(tài)承載力的概念[1]，將承載力的概念發(fā)展并應用到人類生態(tài)學中。

從可持續(xù)發(fā)展角度，生態(tài)承載力作為可持續(xù)發(fā)展的衡量指標，通過生態(tài)承載力水平與生態(tài)荷載狀況表現(xiàn)出來[2-5]。目前生態(tài)承載力的研究及應用多集中于區(qū)域尺度，鑒于區(qū)域（一般是縣級以上行政區(qū)）的經濟及社會發(fā)展會影響整體尺度的資源、環(huán)境及生態(tài)系統(tǒng)[6-11]。生態(tài)承載力評價包括綜合分析法[12]以及分別針對資源承載力、環(huán)境承載力和人類社會影響力的分項的評價方法[13-14]。

以往研究較多從單項視角論述、分析生態(tài)承載力的概念、內涵、評價方法及指標要素。本研究針對國土空間規(guī)劃需求，對現(xiàn)有研究做了比較全面的梳理。從資源承載力、環(huán)境承載力和人類支持力三個方面對生態(tài)承載力評價方法及指標要素進行梳理，總結各評價方法及指標選擇的優(yōu)缺點。

2 資源承載力評價方法及指標要素

從生態(tài)承載力意義出發(fā)，“資源承載力是指一個國家或地區(qū)資源的數(shù)量和質量，對該空間內人口的基本生存和發(fā)展的支撐能力”[15]。由于水資源承載力、土地資源承載力和森林資源承載力是影響區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的主要資源稟賦，因此本研究主要對該三種資源承載力進行評價方法及指標要素的回顧與梳理。

2.1 水資源承載力

自20世紀80年代末以來，水資源承載力的概念不斷涌現(xiàn)。水資源承載力的提出，表明人類正在進一步深刻理解社會可持續(xù)發(fā)展與水資源的相互關系。目前關于水資源承載力的研究成果較為豐富，主要評價方法及比較見表1。

水資源具有動態(tài)性、隨機性和不確定性等特點?？v觀水資源承載力評價模型特征，諸如多目標優(yōu)化、人工神經網絡模型、投影尋蹤模型等評價方法都是基于多指標綜合評價的基礎上進行，其余模型也都有各自獨

立的評價指標體系。早期的研究方法，如層次分析法等多偏重于靜態(tài)研究[22]，忽略了人口發(fā)展、經濟活動和水資源系統(tǒng)之間的動態(tài)反饋關系。因此，動態(tài)研究方法如多目標優(yōu)化法、系統(tǒng)動力學等逐漸在水資源承載力研究得到應用[23]。多目標優(yōu)化法以可供給水量為約束條件，建立水資源在社會經濟系統(tǒng)內部的分配關系，進而確定社會發(fā)展模式、供水組成及供水在區(qū)域各部門之間的分配狀況。系統(tǒng)動力學是一種定性與定量相結合，系統(tǒng)分析、綜合推理相集成的方法，并配有專門的分析軟件，給模擬、模型仿真帶來很大方便，適用于進行非線性、多變量、多反饋、機理復雜和具有時變特征的生態(tài)承載力研究[24]。

2.2 土地資源承載力

由于土地資源具有不可替代性，其稀缺性日益突出。因此，以人地關系為重點的土地資源承載力研究日益受到重視。土地資源承載力的評價方法及具體比較見表2。

從評價方法來看，供需平衡模型和生態(tài)足跡法能夠反映人地之間的供需關系，通過土地資源供給和人類消費水平，直觀展現(xiàn)區(qū)域土地資源承載情況，計算可承載人口規(guī)模上更為精確。不足之處在于該方法用

于評價土地資源承載力時指標篩選不夠全面。綜合評價法和系統(tǒng)動力學法能夠構建龐大的評價指標體系，全面衡量土地資源承載力，不足之處在于兩種方法在計算可承載人口規(guī)模時容易產生爭議，因各項指標的人均標準難以確定，需尋找合理依據(jù)、因地制宜地設置各項指標的人均標準。

表1 水資源承載力評價方法及指標要素Tab.1 evaluation methods of water resources carrying capacity and indices

表2 土地資源承載力評價方法及指標要素Tab. 2 evaluation methods of land resource carrying capacity and indices

2.3 森林資源承載力

森林資源承載力研究目前尚處起步階段，因此，概念界定及評價方法體系尚未完善。從評價方法來看，綜合評價法是森林資源承載力研究中使用較多的評價方法，通過構建適當?shù)脑u價指標體系，能夠從不同視角對森林資源的承載能力進行綜合量化評估[29]。此外，常用的評價方法還包括生態(tài)足跡法[30]及投影尋蹤聚類模型法[31]（表3）。

表3 森林資源承載力評價方法及指標要素Tab.3 evaluation methods of forest resource carrying capacity and indices

森林資源承載力研究是協(xié)調人口、環(huán)境保護、森林資源消耗與經濟社會發(fā)展的關鍵[15]。森林資源承載力應該從森林生態(tài)系統(tǒng)自身的支撐能力和社會經濟活動對森林資源的壓力兩個角度來進行。資源環(huán)境承載力研究已由單一的土地資源、水資源承載力研究發(fā)展到資源、環(huán)境、生態(tài)乃至資源環(huán)境承載力綜合研究[32]。

3 環(huán)境承載力評價方法及指標要素

環(huán)境承載力的定義出現(xiàn)于1985年前后[33]，因為水環(huán)境、大氣環(huán)境及土壤環(huán)境對人類影響更為直接，因此研究更為廣泛。環(huán)境承載力在關注區(qū)域最大人口數(shù)量的同時，還著重關注與之相應的經濟規(guī)模及人類生存與經濟發(fā)展對環(huán)境空間占用、破壞與污染的耐受能力與同化能力。

3.1 水環(huán)境承載力

國內關于水環(huán)境承載力的研究方法較為豐富，主要評價方法及比較見表4。

多目標模型分析法優(yōu)勢在于能夠詳細界定承載對象，定量表征承載力約束條件，局限處是評價過程中權重的確定以主觀判斷為主，缺乏客觀性，且模型也存在一定難度。綜合評價法的優(yōu)勢是簡單直觀，可操作性強，局限處在于依賴認為評價，同時無法解釋要素之間關系。人工神經網絡模型法簡單直觀，無需考慮要素之間關系，局限處需要大量訓練數(shù)據(jù)才能輸出較為科學的結果，否則存在較大誤差。系統(tǒng)動力學法能夠處理體系中要素間的非線性關系，描述復雜反饋的系統(tǒng)，局限處是模型的構建存在一定難度，包括邊界確定和參變量的確定，更適合中短期發(fā)展的模擬。層次分析法可操作性強但主要依賴人為評價。

3.2 土壤環(huán)境承載力

土壤環(huán)境承載力應是指某一土壤環(huán)境單位在一定時間內土壤環(huán)境容量和社會經濟承載力的上限[12]。針對土壤環(huán)境承載力的現(xiàn)有研究中，采用綜合評價法[40]與系統(tǒng)動力學法[41]為主（表5）。

通過對比相關學者針對土壤環(huán)境承載力的研究方法，以綜合評價法與系統(tǒng)動力學法為主，其中綜合評價法中又采用了不同方法，如PSR模型以及綜合評價模型等，優(yōu)點是簡單直觀、便于對比，不足之處為僅僅只能反映線性過程且要素之間關系無法表現(xiàn)。系統(tǒng)動力學法則能彌補綜合指標評價法的不足，擅長處理非線性關系和反饋機制，同時綜合考慮了要素間的相互作用，但其缺點為難以確定模型中的變量以及邊界，且模型求解復雜。

3.3 大氣環(huán)境承載力

大氣環(huán)境承載力的研究方法目前采用較多的有綜合評價法[42]、承載力指數(shù)法[43]、環(huán)境容量法[44]以及系統(tǒng)動力學法[45]，具體比較分析見表6。

4 人類支持力評價方法及指標要素

本研究“人類支持力”的定義與相關研究中“人類社會影響力”內涵一致[13]。人類支持力指標體系反映的是人類對自然生態(tài)支持及反饋能力[14]，在研究對象不同時，人類支持力所具有的定義及其側重點也隨之發(fā)生變化。本文結合人類支持力影響主要因素— —經濟、社會發(fā)展水平及人類活動潛力[13]，制定生態(tài)承載力定義下的人類支持力評價指標（表7），其研究方法主要為綜合評價法[13]。

5 問題及展望

生態(tài)承載力目前正處于探索階段，理論研究和定量模型研究方面均存在一些問題。

一、概念及內涵尚未達成定論。生態(tài)承載力研究的發(fā)展很大程度上取決于能否建立一個可通用的、具有普適性的生態(tài)承載力概念。目前，關于生態(tài)承載力的概念及內涵看法不一，不同研究領域對“生態(tài)承載力”的概念理解尚存差異，生態(tài)承載力概念有待進一步完善。

表4 水環(huán)境承載力評價方法及指標要素Tab.4 evaluation methods of water environmental carrying capacity and indices

表5 土壤環(huán)境承載力評價方法及指標要素Tab.5 evaluation methods of soil environmental carrying capacity and indices

表6 大氣環(huán)境承載力評價方法及指標要素Tab.6 evaluation methods of atmospheric environment bearing capacity and indices

表7 人類支持力評價指標Tab.7 evaluation indices of human support

二、指標體系亟待完善。目前，生態(tài)承載力指標體系的篩選缺乏嚴格的標準和依據(jù)，導致指標選取上具有較大的隨意性及主觀性，從而會對評價結果造成影響。針對資源承載力的指標選取多從供需角度出發(fā)，考慮區(qū)域資源供給和消耗需求兩個方面進行；針對環(huán)境承載力的指標選取多從污染物排放和質量檢測兩個方面出發(fā)；針對人類支持力的指標選取則主要考慮人類活動程度的強弱，通過能反映城鎮(zhèn)發(fā)展水平的相關指標進行。綜合資源承載力、環(huán)境承載力和人類支持力間的相互聯(lián)系，基于稟賦基礎進行指標體系的綜合構建，是全面反映區(qū)域生態(tài)承載力的重要方法，也是需要進一步拓展提升的研究領域。

三、量化方法尚不成熟。作為一個復雜的生態(tài)系統(tǒng)，關于生態(tài)承載力研究對象內部各因子的精確的量化方法研究還不成熟。目前生態(tài)承載力評價方法層出不窮，但普適性還有待商榷。采用不同評價方法得到的生態(tài)承載力結果差異較大；或即使采用同一方法，由于模型構建、參數(shù)選擇等方面的差異，得到的計算結果也不盡相同。不同領域在研究思路及評價方法上均存在差異，加之生態(tài)系統(tǒng)具有復雜性，使生態(tài)承載力評價研究面臨諸多困難，難以為決策提供直接可行的參考依據(jù)。

四、相關指標具有動態(tài)性。生態(tài)承載力相關指標均處于動態(tài)變化過程，因此對其研究具有復雜性。

目前，生態(tài)承載力研究領域更加多元，應用范圍更加廣泛。從開始單要素的資源承載力和環(huán)境承載力發(fā)展到復雜的系統(tǒng)承載力的研究，應用范圍從最初的畜牧業(yè)到現(xiàn)在人類社會經濟活動的各個領域。此外，筆者認為未來生態(tài)承載力的發(fā)展將具有以下四大趨勢。

一、評價模型向復合模型體系發(fā)展。構建全面完善的模型系統(tǒng)，形成多層面、立體化的模型體系，最終實現(xiàn)復合生態(tài)系統(tǒng)的數(shù)字化，將是生態(tài)承載力研究的終極目標。

二、輔助手段更加豐富。除了現(xiàn)有研究、應用方法外，現(xiàn)代新技術的參與和結合必將對承載力的研究提供更準確、更完善的定量研究結果。

三、動態(tài)模擬進一步發(fā)展。動態(tài)模型將更加準確地反映生態(tài)承載力問題的多元、復雜、動態(tài)等特征。

四、研究結果需體現(xiàn)適宜人口規(guī)模。未來，生態(tài)承載力必將開展人口、資源、環(huán)境、社會等多因素、多層次的交叉綜合研究。生態(tài)承載力評價結果需要與確定的人口規(guī)模相聯(lián)系，從而使得研究結果更具直觀性和參考性。