生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究進(jìn)展

趙銀兵,倪忠云,歐陽(yáng)淵,袁材棟,陳馨熠,王 東,劉晶晶,劉 洪,

(1.成都理工大學(xué) 旅游與城鄉(xiāng)規(guī)劃學(xué)院,四川 成都 610059;2.成都理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院,四川 成都 610059;3.中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局成都地質(zhì)調(diào)查中心,四川 成都 610081;4.河北省濕地生態(tài)與保護(hù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室(籌),河北 衡水 053000;5.青海省環(huán)境地質(zhì)勘查局地質(zhì)環(huán)境調(diào)查院,青海 西寧 810007)

0 引言

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境由起源于20世紀(jì)30年代的生態(tài)地質(zhì)學(xué)(Trofimov,2001,2013)和起源于20世紀(jì)60、70年代的環(huán)境地質(zhì)學(xué)(哈承祐,2006)發(fā)展演變而來(lái),主要研究地質(zhì)和環(huán)境的基本特征、功能和演變規(guī)律(陳夢(mèng)熊,1995),強(qiáng)調(diào)地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)三者是一個(gè)統(tǒng)一的動(dòng)力系統(tǒng)(黃潤(rùn)秋,2001)。部分研究將這個(gè)系統(tǒng)稱(chēng)為“地質(zhì)生態(tài)環(huán)境”,強(qiáng)調(diào)地質(zhì)的基礎(chǔ)作用(史培軍,1997;袁道先,2004);另有研究采用“生態(tài)地質(zhì)環(huán)境”或“生態(tài)-地質(zhì)環(huán)境”,強(qiáng)調(diào)生態(tài)要素和人類(lèi)活動(dòng)對(duì)環(huán)境的影響(Li et al.,2018;Yang et al.,2019)。隨著生態(tài)地質(zhì)環(huán)境概念應(yīng)用加深,它已被理解為地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境構(gòu)成的綜合系統(tǒng)。

承載力理論起源于人口統(tǒng)計(jì)學(xué)、應(yīng)用生態(tài)學(xué)和種群生物學(xué)等學(xué)科(張林波等,2009)。其中,環(huán)境承載力研究可追溯至20世紀(jì)早期,Park and Burgess(1921)指出承載力是在某一特定環(huán)境條件下,某種個(gè)體存在數(shù)量的最高極限。Arrow et al.(1996)在《Science》上發(fā)表“經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、承載力和環(huán)境”一文,成為環(huán)境承載力研究的里程碑。在全球人口、資源和環(huán)境相關(guān)問(wèn)題日益加劇的背景下,各種單項(xiàng)及綜合環(huán)境承載力研究隨之興起(Cooper and Dearing,2019;Swi?der et al.,2020)。國(guó)內(nèi)的承載力研究從20世紀(jì)90年代前后開(kāi)始興起(蔣偉,1989;肖炳成,1990),研究涵蓋了生物種群(陳成忠,2007;徐堇,2019)、人口(童玉芬,2010)、資源(劉佳駿等,2011)、環(huán)境(狄乾斌等,2016)、生態(tài)(曹智等,2015)、經(jīng)濟(jì)(韓帥帥等,2017)、文化(王娟娟等,2015)和社會(huì)(盧小麗等,2005)等各種承載力類(lèi)型,逐漸從單要素承載力發(fā)展到多要素承載力,從資源承載力延伸到資源環(huán)境協(xié)同承載力,從局域承載力發(fā)展到區(qū)域綜合承載力(張茂省等,2018;黃賢金等,2019)。生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力是在前述承載力的基礎(chǔ)上發(fā)展而成,是指在區(qū)域生態(tài)地質(zhì)環(huán)境組成、結(jié)構(gòu)和功能保持相對(duì)穩(wěn)定的前提下,針對(duì)特定科學(xué)技術(shù)、經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)管理水平,面向特定評(píng)價(jià)目標(biāo)確定的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境所能承受人類(lèi)活動(dòng)閾限。生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的主體是生態(tài)地質(zhì)環(huán)境;客體是依附于主體的人類(lèi)活動(dòng),表現(xiàn)為人口數(shù)量,人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度、頻率、效應(yīng)等;作用條件是指特定時(shí)間、區(qū)域、發(fā)展水平、保持主體的功能結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定;同時(shí)承載力系統(tǒng)與資源稟賦、價(jià)值觀念和技術(shù)手段等密切相關(guān),兼有綜合性和動(dòng)態(tài)性等特征(徐勇等,2017)。

隨著“人類(lèi)命運(yùn)共同體”的提出、全球氣候變化的國(guó)際應(yīng)對(duì)、國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)快速發(fā)展,人們對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的關(guān)注日益增加。通過(guò)調(diào)查、監(jiān)測(cè)、評(píng)價(jià)、模擬和預(yù)測(cè)等技術(shù)方法研究不同時(shí)空尺度下的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力,能夠服務(wù)人類(lèi)活動(dòng)空間格局和過(guò)程的優(yōu)化與調(diào)整。梳理生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究進(jìn)展,發(fā)現(xiàn)存在的問(wèn)題,明晰發(fā)展趨勢(shì),有利于推進(jìn)承載力研究可持續(xù)發(fā)展。

1 總體進(jìn)展

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力系統(tǒng)是地質(zhì)環(huán)境、生態(tài)環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境三個(gè)子系統(tǒng)承載力的集成,子系統(tǒng)與系統(tǒng)承載力研究可分為三個(gè)階段:2000年以前的準(zhǔn)備階段、2000—2010年探索前進(jìn)階段、2011年至今的穩(wěn)定發(fā)展階段,該過(guò)程與國(guó)家重大方針政策制定實(shí)施存在高度耦合性,同時(shí)又表現(xiàn)出不同研究領(lǐng)域差異(圖1)。下文將從概念內(nèi)涵、研究面向?qū)ο?、研究區(qū)域、研究方法模型、評(píng)價(jià)指標(biāo)體系、存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì)等方面進(jìn)行介紹。

圖1 四種承載力的中文文獻(xiàn)數(shù)量變化Fig.1 Changes in the number of Chinese literatures with four categories of carrying capacity

1.1 地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)承載力

地質(zhì)環(huán)境是指以巖石圈為主,通過(guò)與大氣、生物和水圈的相互作用形成并演化的人類(lèi)生產(chǎn)與生活的周?chē)鷰r土介質(zhì),主要包括巖土物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、特性、賦存狀態(tài)、邊界條件和運(yùn)動(dòng)特征等各種功能(王思敬,1997)。地質(zhì)環(huán)境承載力是指地質(zhì)環(huán)境條件對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展活動(dòng)的支持能力(張茂省等,2018)。地質(zhì)環(huán)境承載力研究在國(guó)內(nèi)起始于20世紀(jì)90年代,發(fā)展劃分為自主理論探索(20世紀(jì)90年代)、實(shí)踐運(yùn)用與理論深化(2000—2010年)、“3S”技術(shù)與大數(shù)據(jù)綜合評(píng)價(jià)(2011年至今)三個(gè)階段(王念秦等,2019),并在第三個(gè)階段融入到國(guó)土資源環(huán)境監(jiān)測(cè)預(yù)警和國(guó)土空間規(guī)劃等實(shí)踐中(丁月清等,2019)。

地質(zhì)環(huán)境承載力研究主要服務(wù)于地質(zhì)、礦山、城市和自然資源管理等部門(mén)和領(lǐng)域,產(chǎn)生各種子類(lèi)的地質(zhì)環(huán)境承載力,例如城市地質(zhì)環(huán)境承載力(肖炳成,1990;杜蕾等,2018),礦山地質(zhì)環(huán)境承載力(補(bǔ)建偉等,2016),脆弱區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力(趙銀兵等,2010),與國(guó)家的基礎(chǔ)地質(zhì)、工程地質(zhì)、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)和生態(tài)地質(zhì)等調(diào)查工作緊密相關(guān)。研究區(qū)主要涵蓋行政區(qū)域、礦山(區(qū))、城市(群)、流域和圖幅等不同的空間尺度?，F(xiàn)有的地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系主要涵蓋地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)、地質(zhì)建造、水文地質(zhì)、環(huán)境地質(zhì)等類(lèi)別(表1),兼顧了氣候、土地利用和植被等生態(tài)環(huán)境指標(biāo),以及人口、GDP、建筑、道路、產(chǎn)業(yè)和地質(zhì)環(huán)境治理等社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境指標(biāo)。地質(zhì)環(huán)境和生態(tài)環(huán)境指標(biāo)多采用狀態(tài)類(lèi)指標(biāo),其中的環(huán)境地質(zhì)指標(biāo),如地質(zhì)災(zāi)害等主要采用壓力類(lèi)指標(biāo),社會(huì)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)則兼有狀態(tài)、壓力和響應(yīng)等多重屬性。研究使用的方法模型主要有層次分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、綜合指數(shù)法、熵權(quán)法、專(zhuān)家打分法、隸屬函數(shù)法、變異系數(shù)法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(System Dynamics,SD)模型和機(jī)器學(xué)習(xí)法等。

表1 地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系涉及要素Table 1 Evaluation index system of geological environment carrying capacity

1.2 生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力

生態(tài)環(huán)境的概念于20世紀(jì)80年代在國(guó)內(nèi)出現(xiàn)。以生物作為主體,生態(tài)環(huán)境指對(duì)生物生長(zhǎng)、發(fā)育、生殖、行為和分布產(chǎn)生影響的各種環(huán)境因子的綜合;以人類(lèi)作為主體,生態(tài)環(huán)境強(qiáng)調(diào)對(duì)人類(lèi)生存和發(fā)展產(chǎn)生影響的自然因子的綜合(王孟本,2003)。雖然學(xué)術(shù)界對(duì)生態(tài)環(huán)境概念存有不同見(jiàn)解,但它已經(jīng)更多地演化為“生態(tài)+環(huán)境”的語(yǔ)義模式,并為大眾接受和使用(鞏固,2019)。生態(tài)環(huán)境承載力是指在某一時(shí)期某一地區(qū),在維持生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生退化而處于良性循環(huán)發(fā)展的條件下,系統(tǒng)能承受的人類(lèi)活動(dòng)閾值(朱嘉偉等,2017)。生態(tài)環(huán)境承載力研究在國(guó)內(nèi)始于20世紀(jì)90年代中期(宋強(qiáng)等,1996),理論探索階段持續(xù)到2006年前后。中國(guó)政府于2007年首次提出生態(tài)文明建設(shè)理念,2012年將生態(tài)文明和可持續(xù)發(fā)展的理念引入社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)劃,對(duì)生態(tài)環(huán)境承載力研究產(chǎn)生了重要的推進(jìn)作用。

生態(tài)環(huán)境承載力研究主要服務(wù)自然資源、生態(tài)環(huán)境、水利、農(nóng)業(yè)、林業(yè)、旅游、城鄉(xiāng)規(guī)劃和海洋等部門(mén)。研究區(qū)包括各級(jí)行政區(qū)、流域、海域、礦區(qū)和景區(qū)等空間尺度。現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系包括了大氣環(huán)境、水環(huán)境、植物環(huán)境、土地環(huán)境、土壤環(huán)境、人居環(huán)境、綜合環(huán)境和環(huán)境治理等指標(biāo)類(lèi)別(表2),兼顧了能源、礦產(chǎn)、水和土地等自然資源,以及GDP、電力-能源-水-土地消耗、產(chǎn)業(yè)、人口、恩格爾系數(shù)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境指標(biāo),部分研究納入了地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、工程巖組、地質(zhì)災(zāi)害類(lèi)型及危害等地質(zhì)環(huán)境指標(biāo)。生態(tài)環(huán)境承載力研究方法模型在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)中最成熟,可以參照魏曉旭等(2019)的三類(lèi)劃分:指標(biāo)體系綜合評(píng)價(jià)法,包括生態(tài)足跡模型(張志強(qiáng)等,2001)、狀態(tài)空間法(毛漢英等,2001)和供需平衡法(田海蘭等,2020),以及固定模型(王秦等,2020)等,如PSR模型(王奎峰等,2014)、DSR模型(郭巨海等,2015)、DPSIR模型(鄭晶等,2017)和DPSIRM模型(郭倩等,2017)等,其中固定模型是構(gòu)建指標(biāo)體系的主要依據(jù)(李劍等,2021);產(chǎn)品周期綜合評(píng)價(jià)法,包括能值理論方法(張芳怡等,2006)和生命周期方法(Piccinno et al.,2017)等;綜合評(píng)價(jià)法,包括自然植被凈第一性生產(chǎn)力評(píng)價(jià)法(Qin et al.,2010)、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型(王儉等,2009)、“3S技術(shù)”綜合分析方法(朱曉麗等,2011)和情景模擬法(寧佳等,2014)等。

表2 生態(tài)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 2 Evaluation index system of ecological environment carrying capacity

1.3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境子系統(tǒng)承載力

社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境是由人引起的社會(huì)因素或環(huán)境的總和,以及影響個(gè)人或群體或社區(qū)的物質(zhì)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素的總和。經(jīng)濟(jì)承載力是基于可持續(xù)發(fā)展原則,某一區(qū)域在特定資源條件與環(huán)境容量下,經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)充分發(fā)展所能承載的最大經(jīng)濟(jì)規(guī)模(狄乾斌等,2015)。Daily和Ehrlich(1992)指出社會(huì)承載力是在社會(huì)有限資源條件下所支持人口的最大數(shù)量?？讉サ?2017)將社會(huì)承載力定義為在特定區(qū)域背景下,整個(gè)人類(lèi)社會(huì)系統(tǒng)能夠支撐可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)要求、滿足人類(lèi)正常生活需要,以及保證社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)所能夠承擔(dān)的最大人口負(fù)荷。社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力是某一區(qū)域在資源條件和環(huán)境容量約束下社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)所能承載最大經(jīng)濟(jì)與社會(huì)活動(dòng)規(guī)模的能力。

社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力研究主要服務(wù)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)與社會(huì)發(fā)展規(guī)劃、自然資源管理、國(guó)土空間規(guī)劃管理、生態(tài)環(huán)境影響評(píng)價(jià)、公共管理與社會(huì)服務(wù)等方向。研究區(qū)主要涉及市域、省域、城市(群)、流域和全國(guó)等空間尺度,縣域及其他更小尺度研究較少?，F(xiàn)有的社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系與各地統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可獲取性密切相關(guān),繼承了生態(tài)環(huán)境承載力的構(gòu)建模式,融合了資源和環(huán)境、國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人口、就業(yè)和工資、財(cái)政和物價(jià)、生活和保障、公共服務(wù)、科技研發(fā)、城市發(fā)展和政策與管理等指標(biāo)類(lèi)別(表3)。研究方法模型主要為PSR模型、層次分析法、主成分分析法、模糊綜合評(píng)價(jià)法、回歸分析法、熵權(quán)法、頻度分析法、能值分析法、場(chǎng)強(qiáng)模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、多目標(biāo)動(dòng)態(tài)規(guī)劃法和情景模擬法等(高傳昌等,2009;董俊麗等,2012)。

表3 社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Table 3 Evaluation index system of socioeconomic environment carrying capacity

1.4 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)承載力

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究主要面向地質(zhì)、自然資源、生態(tài)環(huán)境和國(guó)土空間(城鄉(xiāng))規(guī)劃等部門(mén)和領(lǐng)域,與環(huán)境地質(zhì)和生態(tài)地質(zhì)調(diào)查、國(guó)土空間規(guī)劃、生態(tài)修復(fù)和保護(hù)等專(zhuān)項(xiàng)工作聯(lián)系密切。研究區(qū)主要涉及市域、流域、省域、縣域、礦區(qū)和城鎮(zhèn)等尺度,沿海地區(qū)、生態(tài)地質(zhì)關(guān)鍵區(qū)(脆弱區(qū)、過(guò)渡帶)的研究程度較高。研究在國(guó)內(nèi)大致劃分為理論探索階段(20世紀(jì)90年代)、理論與應(yīng)用深化階段(2000—2010年)、綜合評(píng)價(jià)階段(2011年至今)三個(gè)階段,尤其在2008年及之后發(fā)展較快,與同期的汶川地震、玉樹(shù)地震和災(zāi)后重建對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)高度重視有關(guān)。國(guó)務(wù)院部署資源環(huán)境承載能力評(píng)價(jià)作為5·12汶川地震災(zāi)后恢復(fù)重建規(guī)劃的工作依據(jù)(樊杰等,2017),推動(dòng)了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究進(jìn)程。

現(xiàn)有的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)地質(zhì)環(huán)境承載力指標(biāo)(包括地形地貌、地質(zhì)構(gòu)造、地震活動(dòng)、地質(zhì)建造、水文地質(zhì)和環(huán)境地質(zhì)等)有較好地繼承,同時(shí)吸收了生態(tài)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的大氣環(huán)境、水環(huán)境、植物環(huán)境、土地環(huán)境、土壤環(huán)境和人居環(huán)境等主要指標(biāo),以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境評(píng)價(jià)指標(biāo)體系中的國(guó)民經(jīng)濟(jì)、人口、基礎(chǔ)設(shè)施等主要指標(biāo)。研究方法模型主要包括“3S技術(shù)”綜合分析方法(倪忠云,2011)、層次分析法(汪宙峰等,2016)、綜合指數(shù)法(王蕾等,2018)、模糊綜合評(píng)價(jià)法(何政偉等,2011)和TOPSIS分析法(張琛等,2020)等,這些方法具有數(shù)據(jù)收集、處理和分析方便等優(yōu)點(diǎn),但缺乏對(duì)數(shù)據(jù)(指標(biāo))間關(guān)系及耦合過(guò)程的充分刻畫(huà);基于生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)耦合機(jī)制,且集成程度更高的PSR模型、灰色系統(tǒng)模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型和多目標(biāo)模型等應(yīng)用和研究相對(duì)不足(趙東升等,2019)。

總的來(lái)看,國(guó)家社會(huì)需求、學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)可獲取性和方法模型成熟度等影響了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)和系統(tǒng)承載力研究程度與關(guān)注熱點(diǎn)差異。得益于大量監(jiān)測(cè)平臺(tái)、多源數(shù)據(jù)、相對(duì)成熟的評(píng)價(jià)模型和方法,生態(tài)環(huán)境承載力研究的數(shù)量最多;受地質(zhì)因素作用時(shí)間和強(qiáng)度效應(yīng)、數(shù)據(jù)較難量化等影響,地質(zhì)環(huán)境承載力研究數(shù)量次之;社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素眾多而空間柵格化數(shù)據(jù)產(chǎn)品較少,導(dǎo)致數(shù)據(jù)表達(dá)和精度受到影響,社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力研究數(shù)量相對(duì)較少;生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力需要統(tǒng)合子系統(tǒng)和系統(tǒng)兩個(gè)尺度關(guān)系,涉及要素?cái)?shù)據(jù)和方法模型更加復(fù)雜,因此系統(tǒng)承載力研究正處于不斷整合發(fā)展之中。

2 存在問(wèn)題

2.1 依托學(xué)科理論眾多,學(xué)科交叉融合不足

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的內(nèi)涵與外延決定了研究的學(xué)科交叉融合性,已有研究在明晰承載力的構(gòu)成要素、基本特征和影響因素的基礎(chǔ)上,對(duì)承載機(jī)理涉及的承載體、承載對(duì)象、承載模式和承載限值等方面各有側(cè)重(周景陽(yáng)等,2021)。對(duì)承載“容量”、“閾值”和“能力”等承載力類(lèi)型以及人口、用地和產(chǎn)業(yè)等人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度表征的承載力水平還缺乏較為有效的劃定標(biāo)準(zhǔn)。研究涉及的理論包括可持續(xù)發(fā)展理論、地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)理論、蓋婭假說(shuō)、增長(zhǎng)極限理論、耗散結(jié)構(gòu)理論、生態(tài)環(huán)境災(zāi)變理論和生態(tài)系統(tǒng)健康理論等(張林波等,2009),但在理論創(chuàng)新與新理論發(fā)展方面相對(duì)滯后。自承載力概念被提出以來(lái),其研究范圍逐漸由生態(tài)科學(xué)、資源科學(xué)、環(huán)境科學(xué)延伸至生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)、地球系統(tǒng)科學(xué)、物理學(xué)、數(shù)學(xué)和遙感技術(shù)等多門(mén)類(lèi)學(xué)科,承載力研究應(yīng)用領(lǐng)域從最初單純的生物種群增長(zhǎng)規(guī)律研究,逐漸覆蓋到可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)下如何維持人類(lèi)活動(dòng)與環(huán)境之間動(dòng)態(tài)交互過(guò)程的綜合研究(李劍等,2021)。生態(tài)地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)承載力和系統(tǒng)承載力研究主要集中在環(huán)境科學(xué)與資源利用、宏觀經(jīng)濟(jì)管理與可持續(xù)發(fā)展、資源科學(xué)、農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)、水利學(xué)、管理學(xué)、城鄉(xiāng)規(guī)劃及人居環(huán)境和農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)科學(xué)等,與地質(zhì)學(xué)、生態(tài)學(xué)、地理學(xué)和社會(huì)學(xué)融合不夠,地質(zhì)學(xué)與生態(tài)學(xué)相關(guān)理論對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究的引導(dǎo)作用不足,社會(huì)科學(xué)相關(guān)理論在揭示社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力機(jī)制方面的應(yīng)用更待提高,交叉學(xué)科在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究方面的提升空間巨大。

2.2 耦合關(guān)系統(tǒng)計(jì)較多,耦合機(jī)制研究不足

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境耦合作用可以通過(guò)物質(zhì)、能量和信息的運(yùn)動(dòng)表征(圖2)(胡寶清等,2001)。對(duì)大尺度耦合機(jī)制刻畫(huà)主要基于空間關(guān)聯(lián),采用承載力數(shù)理統(tǒng)計(jì)學(xué)的方法實(shí)現(xiàn);對(duì)小尺度承載力耦合機(jī)制量化研究,主要通過(guò)物質(zhì)的作用過(guò)程觀測(cè)、檢驗(yàn)和數(shù)理分析實(shí)現(xiàn)。地質(zhì)環(huán)境與生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力的耦合機(jī)制研究主要揭示環(huán)境要素中的水、大氣、土壤和植被之間的作用關(guān)系(肖春蕾等,2021;蘭恒星等,2022)。小尺度研究主要通過(guò)元素的遷移、富集和污染等刻畫(huà)(杜堯等,2017),大尺度研究主要通過(guò)數(shù)理統(tǒng)計(jì)實(shí)現(xiàn)(王濱等,2013;黃建軍,2015)。地質(zhì)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境子系統(tǒng)的耦合機(jī)制研究以地質(zhì)空間格局和功能為契入點(diǎn),揭示人類(lèi)生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)與地質(zhì)資源環(huán)境(災(zāi)害)之間的耦合關(guān)系(楊建鋒,2008;宿星等,2012;曾衛(wèi)等,2018;田叢珊等,2019)。生態(tài)環(huán)境與社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境子系統(tǒng)的耦合機(jī)制研究主要揭示社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與生態(tài)壓力和生態(tài)服務(wù)功能等的作用機(jī)理,多采用大尺度的數(shù)理統(tǒng)計(jì)的研究方法。生態(tài)環(huán)境承載力對(duì)人與自然耦合協(xié)調(diào)度產(chǎn)生重要影響,造成不同人口規(guī)模、經(jīng)濟(jì)規(guī)模、社會(huì)發(fā)展水平區(qū)域協(xié)調(diào)度差異(劉晏冰等,2021)。城市群尺度的生態(tài)與社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)耦合機(jī)制研究成果較多,主要涉及京津冀、長(zhǎng)三角和珠三角城市群(方創(chuàng)琳等,2016;Wan et al.,2020;Liu et al.,2021)。

圖2 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)耦合關(guān)系圖(據(jù)胡寶清,2001 修改)Fig.2 Coupling relationship of eco-geological environment system

現(xiàn)有耦合機(jī)制研究主要以大尺度的生態(tài)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)之間耦合關(guān)系研究為主,但對(duì)子系統(tǒng)之間的不同時(shí)空和功能的耦合機(jī)制研究較少。耦合研究模型主要包括耦合度模型、耦合協(xié)調(diào)度模型、剪刀差模型、灰色關(guān)聯(lián)分析模型、地理探測(cè)器模型、地理加權(quán)回歸模型、隨機(jī)森林模型和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等(吳連霞等,2015;官冬杰等,2017;Chen et al.,2019; Shi et al.,2020),其中耦合協(xié)調(diào)度模型較為成熟(楊盼盼等,2020; 苗俊霞等,2021),但是不同方法模型的集成和改進(jìn)研究較少。

2.3 模擬情景設(shè)置多樣,模擬預(yù)測(cè)模型集成不足

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)基于環(huán)境本底認(rèn)知和情景預(yù)設(shè),結(jié)合監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)結(jié)果,診斷和預(yù)判環(huán)境可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài),為生態(tài)地質(zhì)環(huán)境管理和調(diào)控提供依據(jù)。 地質(zhì)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)主要研究地震、地質(zhì)災(zāi)害、地下水超采等關(guān)鍵地質(zhì)要素發(fā)生變化所引發(fā)的環(huán)境效應(yīng);生態(tài)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)主要研究氣候、地表覆被及其他自然資源環(huán)境因素變化情景下的環(huán)境效應(yīng);社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)主要研究不同資源與能源供給情景下的人口、產(chǎn)業(yè)、城鎮(zhèn)和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)規(guī)模等響應(yīng)及其環(huán)境效應(yīng);生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)需合成三個(gè)子系統(tǒng)的模擬預(yù)測(cè)結(jié)果。 已有承載力模擬預(yù)測(cè)的方法模型主要包括情景分析法、多目標(biāo)決策方法、多目標(biāo)規(guī)劃模型、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、CLUE/CLUE-S 模型、元胞自動(dòng)機(jī)(Cellular Automata, CA) 模型、智能體(Agent-Based Model, ABM)模型、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(Artificial Neural Network, ANN)模型和貝葉斯網(wǎng)絡(luò)(Bayesian Network, BN)模型等。

系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型用于模擬和預(yù)測(cè)不同條件下系統(tǒng)關(guān)鍵變量狀態(tài),但模型結(jié)構(gòu)固定性導(dǎo)致難以刻畫(huà)不確定性因素的影響,模擬對(duì)象偏向宏觀系統(tǒng),對(duì)小尺度區(qū)域或柵格系統(tǒng)處理效果欠佳(翟羽佳等,2015)。 CLUE/CLUE-S 模型基于經(jīng)驗(yàn)統(tǒng)計(jì)的局部均衡分析,用于模擬多尺度土地利用空間分配,但對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)因子的空間化影響刻畫(huà)不足(蔡玉梅,2004; 唐華俊等,2009; Anputhas et al., 2016)。CA 模型由空間、元胞、鄰域和轉(zhuǎn)化規(guī)則四個(gè)要素組成,通過(guò)局部簡(jiǎn)單的規(guī)則改變?cè)麪顟B(tài)產(chǎn)生宏觀的土地利用變化結(jié)果,但模型受到空間異質(zhì)性問(wèn)題影響較大(趙莉等,2016; 岳東霞等, 2019)。 ABM 模型通過(guò)加入多個(gè)Agent,將行為和決策等因素納入到土地利用變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制之中,可反映復(fù)雜自適應(yīng)系統(tǒng)的演化過(guò)程,但受到空間均質(zhì)假設(shè)的限制(Ralha et al.,2013;Zhou et al.,2020)。 ANN 模型(王儉等,2007)和BN 模型(黎斌等,2018)等人工智能技術(shù)發(fā)展可在一定程度上解決模擬過(guò)程的自組織、自適應(yīng)、自學(xué)習(xí)等問(wèn)題,但是面臨因果推理和處理不確定性問(wèn)題的影響。

承載力模擬預(yù)測(cè)的情景設(shè)置多樣性導(dǎo)致指標(biāo)體系構(gòu)建難度增大、普適性降低;空間化和非空間化信息轉(zhuǎn)換與集成困難,導(dǎo)致承載力模擬預(yù)測(cè)的空間表達(dá)不足;模擬預(yù)測(cè)方法集成難度大,導(dǎo)致多情景綜合模擬難度較大;承載力模擬預(yù)測(cè)容易局限于要素或者子系統(tǒng),導(dǎo)致忽略綜合系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)與功能特征,同時(shí)對(duì)模擬預(yù)測(cè)承載力的多維效應(yīng)重視不夠。

2.4 基礎(chǔ)調(diào)查工作較多,服務(wù)國(guó)家重大需求不夠

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究多與環(huán)境地質(zhì)和生態(tài)地質(zhì)等調(diào)查與評(píng)價(jià)工作結(jié)合,成果具有較強(qiáng)的基礎(chǔ)性和公益性。 中國(guó)從1994 年起開(kāi)展1∶5 萬(wàn)生態(tài)地質(zhì)調(diào)查工作(王長(zhǎng)生等, 1997),之后在國(guó)土資源大調(diào)查中,將基礎(chǔ)地質(zhì)、礦山地質(zhì)、農(nóng)業(yè)地質(zhì)、城市地質(zhì)和水工環(huán)地質(zhì)等納入生態(tài)地質(zhì)環(huán)境綜合調(diào)查,從地質(zhì)調(diào)查角度明確了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的內(nèi)涵和功能。 山東、新疆、廣西、云南、貴州、四川和西藏等省區(qū)及主要流域都開(kāi)展了面向生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)和要素的調(diào)查、評(píng)價(jià)和預(yù)測(cè)(王順祥, 2001; 王世杰,2003; 王立勇等,2005; 周愛(ài)國(guó)等, 2007)。 大型工程和大型(超大型)礦產(chǎn)資源富集區(qū)及資源耗竭性城市也陸續(xù)開(kāi)展了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境和承載力評(píng)價(jià)工作(董和金, 2000; 方鴻琪等, 2002; 孫書(shū)勤等,2010)。 自2008 年汶川地震以來(lái),涵蓋生態(tài)地質(zhì)環(huán)境的資源環(huán)境承載力調(diào)查、評(píng)價(jià)與研究在國(guó)土空間規(guī)劃與管控方面更加受到重視(樊杰等,2008)。 自2009 年以來(lái),環(huán)渤海、長(zhǎng)三角、珠三角、海峽西岸、北部灣和長(zhǎng)吉圖等六個(gè)重要經(jīng)濟(jì)區(qū)和長(zhǎng)江中游、中原、關(guān)中和成渝等中西部四個(gè)重要城市群完成了生態(tài)地質(zhì)環(huán)境調(diào)查,開(kāi)展了資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)。 從2019 年開(kāi)始,中國(guó)地質(zhì)調(diào)查局在西南和西北等地啟動(dòng)了面向國(guó)土空間開(kāi)發(fā)規(guī)劃與保護(hù)等多目標(biāo)的生態(tài)地質(zhì)調(diào)查和承載力評(píng)價(jià)工作。

雖然生態(tài)地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)及系統(tǒng)承載力調(diào)查與研究層面的成果在不同尺度響應(yīng)了國(guó)家需求(劉洪等,2021; 聶洪峰等,2021;歐陽(yáng)淵等,2021; 肖春蕾等,2021; 張騰蛟等,2021),但是仍然難以滿足國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展日益增長(zhǎng)的需求,尤其是對(duì)全球、國(guó)家、重要流域、關(guān)鍵地區(qū)、熱點(diǎn)地區(qū)的地質(zhì)災(zāi)害防治、生態(tài)環(huán)境保護(hù)與修復(fù)、國(guó)土空間規(guī)劃等戰(zhàn)略需求的支撐力度不夠。 已有的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)承載力及動(dòng)態(tài)承載力研究結(jié)果較少,不能針對(duì)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境保護(hù)形成完整的對(duì)策,容易導(dǎo)致研究與應(yīng)用的脫節(jié),制約承載力研究的應(yīng)用效果(Xue et al.,2017)。

3 發(fā)展趨勢(shì)

3.1 夯實(shí)基礎(chǔ)理論研究,拓展學(xué)科縱深關(guān)聯(lián)

在應(yīng)對(duì)全球氣候變化,追求“碳達(dá)峰”與“碳中和”等生態(tài)地質(zhì)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的大背景下,從學(xué)科交叉融合、承載力概念發(fā)展、指標(biāo)體系集成、承載機(jī)制識(shí)別等方面加強(qiáng)理論研究。 承載力具有空間異質(zhì)性、尺度性和相對(duì)極限性、相對(duì)性和不確定性、開(kāi)放性和多樣性、動(dòng)態(tài)性等多種特征,需要加強(qiáng)地質(zhì)學(xué)、地理學(xué)、生態(tài)學(xué)、資源學(xué)、環(huán)境學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)和社會(huì)學(xué)在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究中的學(xué)科交叉融合功能(圖3)。

圖3 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究的學(xué)科融合體系Fig.3 Disciplinary integration system of ecological geological environment carrying capacity research

進(jìn)行理論集成與創(chuàng)新,強(qiáng)化人類(lèi)命運(yùn)共同體理論(曹小曙,2019)、人地耦合系統(tǒng)理論、地球系統(tǒng)理論(畢思文, 2003)、地質(zhì)多樣性理論、人類(lèi)世理論(陳發(fā)虎等,2021)、生態(tài)系統(tǒng)復(fù)雜理論(張林波等,2009)、系統(tǒng)工程等理論(王秦等,2020)和國(guó)土空間價(jià)值均衡理論(曹小曙,2019)等的引導(dǎo)作用。 融合資源環(huán)境承載力研究成果,從承載主體、客體、關(guān)系和閾值等方面進(jìn)一步發(fā)展生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力概念。 面向指標(biāo)體系的科學(xué)性、綜合性、區(qū)域性、系統(tǒng)性和動(dòng)態(tài)性本質(zhì),從子系統(tǒng)和系統(tǒng)兩個(gè)層次集成和更新,形成具有普適性與推廣性的指標(biāo)體系(張興等,2017)。 構(gòu)建多尺度、多層次的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力數(shù)學(xué)表達(dá)與特征測(cè)度模型,集成評(píng)價(jià)、模擬、預(yù)測(cè)方法體系(李新等,2021)。 研究不同資源與環(huán)境要素間的綜合效應(yīng)、承載力變化過(guò)程與驅(qū)動(dòng)機(jī)制,研究不同目標(biāo)、不同區(qū)域、不同關(guān)鍵要素條件下資源環(huán)境承載力的安全“閾值”(徐勇等, 2017)。 加強(qiáng)承載力支撐系統(tǒng)、動(dòng)力源、動(dòng)力形式、動(dòng)力機(jī)制、承載力系統(tǒng)內(nèi)在規(guī)律和反饋機(jī)制、承載力空間區(qū)劃等理論研究(李東序等, 2008),加強(qiáng)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的自我協(xié)調(diào)和恢復(fù)過(guò)程研究(薛倩等,2017)。

3.2 深化多維耦合機(jī)制,融合耦合方法模型

生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力的耦合機(jī)制研究是承載力研究的重點(diǎn)與難點(diǎn),認(rèn)識(shí)地質(zhì)多樣性、生態(tài)多樣性和社會(huì)經(jīng)濟(jì)多樣性導(dǎo)致的承載力復(fù)雜性本質(zhì),加強(qiáng)多維耦合機(jī)制研究(圖4):其一,在耦合時(shí)間維度,區(qū)分要素、子系統(tǒng)、系統(tǒng)等不同層次在時(shí)間維度的同步性、異步性、周期性、動(dòng)態(tài)性和趨勢(shì)性,兼顧承載力歷史及人類(lèi)活動(dòng)作為地質(zhì)營(yíng)力作用的影響(劉學(xué)等, 2014);其二,在耦合空間維度,識(shí)別耦合作用在空間維度的尺度性(全球、國(guó)家、區(qū)域、地方和社區(qū)等)、重合性、鄰接性、錯(cuò)位性,區(qū)分“三生”空間的沖突與協(xié)同博弈,辨明原位/局地、近程和遠(yuǎn)程等耦合差異;其三,在耦合屬性維度,建立耦合作用或過(guò)程的關(guān)聯(lián)準(zhǔn)則,刻畫(huà)耦合層次、類(lèi)型、強(qiáng)度、頻率和效應(yīng)等關(guān)鍵信息。 耦合機(jī)制的量化研究、監(jiān)測(cè)和檢驗(yàn)可以參考地球關(guān)鍵帶研究范式(楊建鋒等,2014; 朱永官等, 2015),重點(diǎn)揭示地質(zhì)過(guò)程、水文過(guò)程、農(nóng)牧過(guò)程、生態(tài)過(guò)程與區(qū)域社會(huì)發(fā)展過(guò)程等交互耦合作用,為承載力模擬預(yù)測(cè)提供機(jī)理支持。

圖4 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力系統(tǒng)耦合機(jī)制示意圖Fig.4 Schematic diagram of coupling action of eco-geological environment carrying capacity system

發(fā)展耦合協(xié)調(diào)度模型、相對(duì)發(fā)展度模型等統(tǒng)計(jì)模型,從時(shí)空維度定量研究人類(lèi)活動(dòng)強(qiáng)度與資源環(huán)境承載力的耦合協(xié)調(diào)發(fā)展關(guān)系及交互耦合程度(劉文斌等, 2020)。 研究耦合協(xié)調(diào)度模型、剪刀差模型、灰色關(guān)聯(lián)分析模型、地理集中度指數(shù)模型、地理探測(cè)器模型、地理加權(quán)回歸模型、地理和時(shí)間加權(quán)回歸模型、隨機(jī)森林模型、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型等空間和非空間耦合模型之間的融合途徑。

3.3 明晰模擬預(yù)測(cè)關(guān)鍵,重點(diǎn)發(fā)展集成模型

按照承載力模擬預(yù)測(cè)框架(圖5),在七個(gè)方面進(jìn)行提升。 在數(shù)據(jù)集成方面,構(gòu)建生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力時(shí)序數(shù)據(jù),加強(qiáng)空間數(shù)據(jù)和非空間數(shù)據(jù)融合,建立數(shù)據(jù)信息挖掘準(zhǔn)則,尋找多源異構(gòu)數(shù)據(jù)集成途徑(陳發(fā)虎等, 2021)。 在耦合規(guī)則構(gòu)建方面,參考?jí)毫?狀態(tài)-響應(yīng)(PSR)等經(jīng)典模型,識(shí)別承載力系統(tǒng)的耦合機(jī)制,基于物質(zhì)、能量、景觀和信息等交互作用過(guò)程,構(gòu)建耦合關(guān)系的數(shù)學(xué)關(guān)聯(lián)模型。 在情景設(shè)置方面,研究氣候、地表覆被、資源、自然災(zāi)害、經(jīng)濟(jì)、大氣環(huán)境、水環(huán)境及固體廢棄物環(huán)境容量等關(guān)鍵要素的獨(dú)立情景、組合情景或綜合情景的設(shè)置及影響(牛方曲等,2019;劉焱序等,2021)。 在情景模擬方面,充分發(fā)揮系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)模型適合于模擬真實(shí)世界非線性變化過(guò)程,可用于模擬和預(yù)測(cè)不同條件下系統(tǒng)關(guān)鍵變量狀態(tài)的優(yōu)勢(shì),研發(fā)以“系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD) +”模型為代表的綜合集成動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)(顧朝林等, 2016; 崔學(xué)剛等, 2019),集成SD +GIS 提升模擬的空間表達(dá)(Wan et al., 2017),集成SD+CLUE-S 模擬社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展情景下的環(huán)境變化(He et al.,2019),集成SD+CA 提升對(duì)承載力變化的成因解析(Liu et al.,2017),集成SD+ABM 解決模擬中的要素空間異質(zhì)性與適應(yīng)性(Nava Guerrero et al.,2016)。 情景模擬結(jié)果主要與資源環(huán)境承載力底線與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求上限進(jìn)行比對(duì)(劉焱序,2021)。 在模擬精度校驗(yàn)方面,研究系統(tǒng)內(nèi)部要素自檢-互檢、歷史數(shù)據(jù)檢驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)檢驗(yàn)等校驗(yàn)方法。 在情景預(yù)測(cè)方面,針對(duì)預(yù)測(cè)結(jié)果,加強(qiáng)預(yù)測(cè)承載情景的效應(yīng)分析,加強(qiáng)干擾情景的影響分析,例如生態(tài)地質(zhì)環(huán)境事件(地震、特大地質(zhì)災(zāi)害、氣象災(zāi)害、生態(tài)災(zāi)害、公共衛(wèi)生事件和重大經(jīng)濟(jì)發(fā)展事件等)發(fā)生的概率、位置、強(qiáng)度和風(fēng)險(xiǎn)。 在決策調(diào)控方面,從技術(shù)、人類(lèi)活動(dòng)和外部因素等維度研究生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力調(diào)控策略,優(yōu)化承載力空間格局(Kang et al.,2010; 傅伯杰等,2015)。

圖5 生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力模擬預(yù)測(cè)框架Fig.5 Simulation and prediction framework of eco-geological environment carrying capacity

3.4 面向國(guó)家社會(huì)需求,推動(dòng)科研應(yīng)用對(duì)接

進(jìn)一步提升地質(zhì)環(huán)境在生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究中的基礎(chǔ)作用,結(jié)合國(guó)家在地質(zhì)工作方面的主要目標(biāo),提升對(duì)地球系統(tǒng)的認(rèn)知水平;將水資源與水循環(huán)調(diào)查評(píng)價(jià)成果應(yīng)用到生態(tài)環(huán)境子系統(tǒng)承載力評(píng)價(jià)中,服務(wù)水資源科學(xué)管理;提升生態(tài)地質(zhì)調(diào)查成果向承載力評(píng)價(jià)成果轉(zhuǎn)換能力,支撐國(guó)家生態(tài)安全保障;結(jié)合自然資源綜合調(diào)查監(jiān)測(cè)成果,形成資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)成果,服務(wù)自然資源的保護(hù)和合理利用;結(jié)合地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)調(diào)查與監(jiān)測(cè)預(yù)警情景在承載力模擬預(yù)測(cè)中的特殊作用,提升地質(zhì)災(zāi)害防治能力。

依托國(guó)內(nèi)外數(shù)據(jù)平臺(tái),通過(guò)集成方法和模型,在青藏高原、黃土高原、西南山地、東部酸壤地區(qū)、高寒冷涼地區(qū)、城市群與大都市區(qū)、河口海岸帶和重點(diǎn)流域等典型生態(tài)地質(zhì)環(huán)境區(qū)(陳發(fā)虎等,2021)開(kāi)展研究工作,推進(jìn)承載力評(píng)價(jià)工作的標(biāo)準(zhǔn)化、系統(tǒng)化與數(shù)字化轉(zhuǎn)變,對(duì)接承載力實(shí)用化與業(yè)務(wù)化等需求(徐勇等, 2017)。 在科研機(jī)構(gòu)和自然資源、地質(zhì)、生態(tài)環(huán)境、氣象、地理測(cè)繪、統(tǒng)計(jì)、城鄉(xiāng)規(guī)劃等政府部門(mén)的共同推進(jìn)下,借助地理大數(shù)據(jù)、人工智能、泛在地理信息服務(wù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)(李新等,2021),提高數(shù)據(jù)和知識(shí)的集成水平,逐步建成適合科學(xué)研究及應(yīng)用、管理和服務(wù)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及承載力數(shù)據(jù)共享平臺(tái)。

全面對(duì)接國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展。 關(guān)注泛第三極生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及承載力變化及應(yīng)對(duì)機(jī)制,加強(qiáng)環(huán)中國(guó)南海的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及承載力評(píng)價(jià)與動(dòng)態(tài)變化監(jiān)測(cè),優(yōu)先從社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境承載力角度出發(fā),提升“一帶一路”生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究水平,服務(wù)國(guó)家發(fā)展環(huán)境安全需求(曹小曙,2019)。 從生態(tài)地質(zhì)環(huán)境系統(tǒng)耦合機(jī)制出發(fā),跟蹤和調(diào)控碳的源-流-匯過(guò)程,服務(wù)“雙碳”目標(biāo)(方精云, 2021)。根據(jù)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力格局指導(dǎo)國(guó)土資源與環(huán)境調(diào)查工作布局,深化生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)評(píng)價(jià)及承載閾限的適用性研究,應(yīng)用時(shí)序生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力數(shù)據(jù)服務(wù)國(guó)家重大區(qū)劃與規(guī)劃、國(guó)情分析與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展、新型城鎮(zhèn)化與城市群建設(shè)、鄉(xiāng)村振興、“美麗中國(guó)”建設(shè)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)(脆弱帶生態(tài)修復(fù)、“兩屏三帶”、“三線一單”)(曲修齊等, 2019)和防災(zāi)減災(zāi)等重大需求(葛全勝等,2020)。

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外研究文獻(xiàn)整理與分析的研究方法,本文梳理國(guó)內(nèi)生態(tài)地質(zhì)環(huán)境發(fā)展的總體進(jìn)展、存在問(wèn)題和發(fā)展趨勢(shì),得到三個(gè)方面的主要認(rèn)識(shí):(1)受?chē)?guó)家社會(huì)需求、學(xué)科發(fā)展基礎(chǔ)、數(shù)據(jù)可獲取性和方法模型成熟程度影響,生態(tài)地質(zhì)環(huán)境子系統(tǒng)承載力發(fā)展程度高于系統(tǒng)承載力,三個(gè)子系統(tǒng)承載力研究中生態(tài)環(huán)境最多、地質(zhì)環(huán)境次之、社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境較少,系統(tǒng)承載力不斷整合提升,由此形成2000年以前(準(zhǔn)備)、2000—2010 年(探索前進(jìn))、2011 年至今(穩(wěn)定發(fā)展)三個(gè)階段。 (2)已有研究在理論探索和實(shí)踐應(yīng)用方面取得了重要的進(jìn)展,同時(shí)在學(xué)科交叉融合、耦合機(jī)制、模擬預(yù)測(cè)模型集成、國(guó)家重大需求服務(wù)等方面存在較大的提升空間。 (3)結(jié)合已有研究進(jìn)展及存在的問(wèn)題,建議未來(lái)的生態(tài)地質(zhì)環(huán)境承載力研究從拓展學(xué)科縱深關(guān)聯(lián)、深化多維耦合機(jī)制、重點(diǎn)發(fā)展集成模擬預(yù)測(cè)模型、積極對(duì)接國(guó)家與社會(huì)需求四個(gè)方面進(jìn)行提升。 同時(shí),生態(tài)地質(zhì)環(huán)境及其承載力研究應(yīng)堅(jiān)持系統(tǒng)觀,統(tǒng)合子系統(tǒng)和系統(tǒng)兩個(gè)尺度,推進(jìn)研究的縱深發(fā)展。