陳婷 楊渺 徐京華 謝強 方自力 葉宏 龍泉

摘要：指出了生態(tài)承載力作為優(yōu)化項目建設(shè)方案、促進社會經(jīng)濟與自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的重要參考基準，對于維持生態(tài)系統(tǒng)的完整性和穩(wěn)定性具有重要的現(xiàn)實意義。主要介紹了生態(tài)承栽力的涵義，總結(jié)了國內(nèi)外相關(guān)研究的最新內(nèi)容和進展，評析了目前生態(tài)承載力研究方法的優(yōu)缺點，對生態(tài)承載力的應(yīng)用進行了展望.從而為相關(guān)領(lǐng)域的學者提供研究和評估的基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)承載力;綜述;應(yīng)用展望

中圖分類號：X-1

文獻標識碼：A

文章編號：1674-9944（2018）8-0007-03

1 引言

現(xiàn)代化建設(shè)過程中，經(jīng)濟建設(shè)取得了重大成就，人民生活不斷改善，但是經(jīng)濟的發(fā)展必然帶來資源和環(huán)境的消耗，環(huán)境問題不可避免?！笆糯蟆绷暯娇倳浿赋觯ㄔO(shè)的現(xiàn)代化是人與自然和諧共生的現(xiàn)代化，中國正處于全面建設(shè)小康社會的關(guān)鍵時期，經(jīng)濟增長與生態(tài)環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展才是長久之計。如何判斷可持續(xù)發(fā)展是生態(tài)學研究的一個難點。

生態(tài)承載力作為全球環(huán)境變化及可持續(xù)性科學領(lǐng)域的重要分析工具，研究生態(tài)承載力目的就是解決資源與環(huán)境之間的矛盾，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。早期國內(nèi)蔣偉[1]學者提出生態(tài)系統(tǒng)的人口承載力理論初探;后來王家驥[2]等學者把生態(tài)承載力運用到估測黑河開發(fā)強度中;國外T.Rajaram[3]等學者利用生態(tài)承載力進行環(huán)境評估和監(jiān)測.生態(tài)承載力的研究愈加深入，但是仍然缺乏完善的理論和模型體系。筆者參閱大量國內(nèi)外文獻，總結(jié)了目前主要的生態(tài)承載力研究方法和計算模型，為學者研究生態(tài)承載力提供理論依據(jù)。

2 生態(tài)承載力內(nèi)涵

2.1 生態(tài)承載力

承載力[4]（carrying capacity），最初作為一個力學概念，后被引用到經(jīng)濟社會領(lǐng)域研究[5]，其內(nèi)涵和應(yīng)用范圍不斷擴大，逐漸用其來描述生態(tài)系統(tǒng)各種群之間相互作用及協(xié)調(diào)程度，衍生出資源環(huán)境承載力、生態(tài)承載力等相關(guān)研究。

1921年，Park和Burgess在生態(tài)學領(lǐng)域中首次提出生態(tài)承載力的概念，即在某一特定環(huán)境條件下某種個體存在數(shù)量的最高極限。近年來，徐衛(wèi)華[6]等學者進一步研究和發(fā)展，提出生態(tài)承載力是指生態(tài)系統(tǒng)提供服務(wù)功能、預(yù)防生態(tài)問題、保障區(qū)域生態(tài)安全的能力。目前較為通俗的表述是生態(tài)承載力是指生態(tài)系統(tǒng)的自我維持能力、自我調(diào)節(jié)能力、資源與環(huán)境的供容能力、可維持養(yǎng)育的社會經(jīng)濟強度以及具有一定生活水平的人口數(shù)量。

2.2 生態(tài)承載力的閾值

生態(tài)承載力閾值是判斷生態(tài)系統(tǒng)安全的基本指標，閾值[7]可以是一個數(shù)值、一條分界線或一個區(qū)問，通常是由自然與社會系統(tǒng)中各種主要影響因素的閾值構(gòu)成的集合。生態(tài)承載力閾值的確定是評價生態(tài)系統(tǒng)承載力的關(guān)鍵，它是判斷生態(tài)系統(tǒng)是否被破壞的重要標準。

生態(tài)承載力的閾值定量確定是個復雜的過程，一般是通過對前人的研究結(jié)果進行分析，再結(jié)合研究區(qū)域的實際情況及其指標的變化趨勢等綜合因素來確定生態(tài)承載力的閾值，通過閾值可簡單將生態(tài)承載力分為無超載、超載兩個級別。

3 生態(tài)承載力研究方法

3.1 凈初級生產(chǎn)力估測法

凈初級生產(chǎn)力（net primary productivity，簡稱NPP）反映了某自然生態(tài)系統(tǒng)的恢復能力。 一般情況，特定區(qū)域NPP是可測定的，且在中心位置上下波動，通過判斷現(xiàn)狀生態(tài)質(zhì)量偏離中心位置的程度，與背景數(shù)據(jù)比較，以此作為自然系統(tǒng)生態(tài)承載力的閾值，來確定區(qū)域的開發(fā)類型和強度。國內(nèi)，凈初級生產(chǎn)力一般采用以下模型[8]求得：

NPP=APAR （t）·ε（t）? （1）

其中：APAR=FPAP·PAPP? （2）

式中：NPP為自然植被的凈第一性生產(chǎn)力[t（hm2·年）]，PAR為植物能進行光合作用的驅(qū)動能量，F(xiàn)PAR為植物對射光合有效輻射的吸收比例，ε為植被將吸收的光合有效輻射轉(zhuǎn)化為有機碳的效率。

3.2 生態(tài)足跡法

生態(tài)足跡分析法最初由加拿大生態(tài)經(jīng)濟學家William Rees和Wackernagel[9]提出，定義為生產(chǎn)這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)土地的總面積和水資源量。目前，生態(tài)足跡是衡量人類對自然資源利用程度以及發(fā)展狀況常用的一種評價方法，有效評估人類活動對生態(tài)環(huán)境的影響，得到研究學者的肯定和采用[10]。常用生態(tài)足跡計算模型[10]如下：

式中：ef為人均生態(tài)足跡，Ai為人均i種物質(zhì)人均占用的生態(tài)生產(chǎn)性土地面積，ri為均衡因子，i為生態(tài)生產(chǎn)性土地類型，n為物質(zhì)的數(shù)量，EF為生態(tài)足跡。

生態(tài)承載力基于人均生態(tài)承載力，通過人口數(shù)量可構(gòu)建如下計算模型[11]：

式中：ec為人均生態(tài)承載力，aj為實際人均占有的j類生物生產(chǎn)土地面積，rj為均衡因子，yj為產(chǎn)出因子，EC為生態(tài)承載力，N為人口數(shù)。

生態(tài)承載力與生態(tài)足跡的差額可用以判斷區(qū)域生產(chǎn)消費活動對自然生態(tài)系統(tǒng)的壓力是否在其承載力范圍之內(nèi)[12]，進而評價研究對象的可持續(xù)發(fā)展狀況，其計算模型為：

ED（ES）=EC - EF

式中：ED為生態(tài)赤字，EC與EF之差為負，表明該生態(tài)系統(tǒng)處于超載;ES為生態(tài)盈余，二者之差為正數(shù)，表明生態(tài)系統(tǒng)處于可載狀態(tài)。

3.3 供需平衡法

供需平衡法是指利用生態(tài)系統(tǒng)提供的資源量與當前發(fā)展模式下社會經(jīng)濟需求之問的差量關(guān)系來衡量生態(tài)承載力的方法，如果差值大于等于o，表明研究區(qū)域的生態(tài)承載力處于可承載狀態(tài);該差值小于O表示研究區(qū)域的生態(tài)承載力處于超載狀態(tài)。這種方法一定程度上能夠?qū)ι鷳B(tài)承載力進行有效分析和預(yù)測，是對生態(tài)承載力的一種有益探索，其計算模型[13]如下：

A=Pi-Qi）/Qi

B=（CBIi-CBQIi）/CBQIi

式中：Pi為各種資源量，Qi為各種資源量的需求量，CBQIi為生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，CBQIi為需求的生態(tài)環(huán)境質(zhì)最。

3.4 綜合指標評價法

綜合指標評價法包含大量指標，綜合區(qū)域經(jīng)濟社會發(fā)展與人口、資源、生態(tài)環(huán)境等相關(guān)因素，涵蓋面廣而全，對生態(tài)承載力研究具有重要意義。其定義為通過構(gòu)建指標體系，根據(jù)指標間重要程度，對參數(shù)的絕對值或相對值加權(quán)求和，最終得到某一絕對或相對的綜合參數(shù)來反映生態(tài)系統(tǒng)承載狀況。高吉喜[14]學者深入研究綜合指標評價法，證實其具有可操作性，肖俞等[15]學者進一步研究完善綜合指標評價法，提出模型如下：

IECP為生態(tài)壓力指數(shù)，IECPi為生態(tài)壓力指數(shù)第i類指標;IECE為生態(tài)彈力指數(shù)IECEi為生態(tài)彈力指數(shù)第i類指標;rECL為生態(tài)承載力水平，Wi為第i類指標的權(quán)重，n為評價指標總數(shù)。IECL≥0表明生態(tài)系統(tǒng)處于可載狀態(tài)，IECL<0表示生態(tài)系統(tǒng)處于超載狀態(tài)。

3.5 狀態(tài)空間法

狀態(tài)空間是歐式幾何空間用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)的一種有效方法，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。利用狀態(tài)空間法中的承載狀態(tài)點，可表示一定時間尺度內(nèi)區(qū)域的不同承載狀況，可以定量的描述和測定區(qū)域承載力及其承載狀態(tài)。近年來，狀態(tài)空間法運用到社會、經(jīng)濟及人類活動等各個領(lǐng)域，為規(guī)劃建設(shè)和環(huán)境保護提供科學依據(jù)。其計算模型[16]如下式：

式中：ECC為承載力的大小，n為指標個數(shù)，ωi為各指標的權(quán)重，Xir為理想值和現(xiàn)狀值經(jīng)過某種運算得到的向量，每一個值都可以表示某一項指標所處的狀態(tài)，具體為Xir>l表示超載狀態(tài)，Xir≤l表示可載狀態(tài)。

4 生態(tài)承載力研究方法優(yōu)缺點評析與展望

4.1 生態(tài)承載力研究方法的優(yōu)缺點

上述幾種生態(tài)承載力研究方法比較分析見表1，因研究區(qū)域背景的不同，幾種研究方法及其研究模型在處理復雜問題上的適用性也存在差異。凈初級生產(chǎn)力估測法方法簡單、易實現(xiàn)，由于各種尺度數(shù)據(jù)估測的差異性和不穩(wěn)定性，未來需要結(jié)合實時監(jiān)測數(shù)據(jù)開發(fā)動態(tài)NPP模型;生態(tài)足跡法計算簡單、結(jié)果直觀明了，由于計算數(shù)據(jù)大多來自統(tǒng)計數(shù)據(jù)，以及對自然條件的偏重，不能反映社會和經(jīng)濟等因素對生態(tài)承載力的影響;綜合指標評價法考慮的評價因子較全面，與生態(tài)足跡法相結(jié)合的綜合評價結(jié)果將更具可靠性;供需平衡法評價生態(tài)承載力簡單可行，但在長期監(jiān)測方而存在缺陷，而狀態(tài)空間法在動態(tài)監(jiān)測上具有優(yōu)勢，未來兩種方法的結(jié)合互補評價是一種趨勢。綜述所述，針對不同研究區(qū)域生態(tài)承載力的特點，需要研究者根據(jù)評價目的采用互補的方式對方法進行集成，加強綜合集成的方法在生態(tài)承載力評價中的應(yīng)用。

4.2 生態(tài)承載力的展望

目前國內(nèi)外關(guān)于生態(tài)承載力的研究方法已經(jīng)很多，可以看出，生態(tài)承載力研究方法在不斷進步的，一方面是實踐的需要，另一方面是與其他學科領(lǐng)域的結(jié)合?？梢灶A(yù)見，生態(tài)承載力的研究方法還將不斷深入和擴展。

擴展多時態(tài)的生態(tài)承載力的研究，除了傳統(tǒng)的定量方法的深入研究，它將結(jié)合時間和空間信息，對生態(tài)承載力進行預(yù)測和動態(tài)演化，分析生態(tài)系統(tǒng)變化趨勢。建立符合我國國情的、客觀的、科學的、完整的生態(tài)承載力動態(tài)模擬研究體系將會是今后研究中的重點。

擴充和完善生態(tài)承載力相關(guān)的指標和閾值，為公眾和研究提供更加完整可靠的指標體系。在現(xiàn)代科學技術(shù)高速發(fā)展的時代，如何把影響生態(tài)承載力的因子作為生態(tài)承載力的內(nèi)在變量來預(yù)測生態(tài)承載力的變化，是現(xiàn)在生態(tài)承載力體系亟待完善的重點之一。

生態(tài)承載力自被提出后，就引起了全球許多學者的研究熱潮，研究方法層出不窮。隨著遙感、地理信息系統(tǒng)和計算機等相關(guān)技術(shù)的發(fā)展，將會引領(lǐng)生態(tài)承載力的研究進入一個新階段。建立一套能夠反映生態(tài)承載力本質(zhì)的模型體系，實現(xiàn)對生態(tài)承載力動態(tài)變化過程的預(yù)測。

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