趙疏航，何 剛，金 蘭，周慶婷，楊靜雯

（安徽理工大學(xué) 經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，安徽 淮南 232001）

生態(tài)承載力是指生態(tài)系統(tǒng)防治生態(tài)環(huán)境問題、保障生態(tài)安全、提供服務(wù)功能的能力[1]。生態(tài)承載力大小體現(xiàn)區(qū)域?qū)Y源使用的支撐能力和對環(huán)境污染的容納能力，對區(qū)域生態(tài)承載力進(jìn)行評價研究，用于研究區(qū)域的生態(tài)環(huán)境支撐閾值，對生態(tài)環(huán)境保護(hù)及社會可持續(xù)發(fā)展都具有重要的意義，也是當(dāng)今學(xué)術(shù)界研究的熱點。

生態(tài)承載力大體上經(jīng)歷種群承載力、資源承載力、環(huán)境承載力和生態(tài)承載力四個階段。國外學(xué)者對承載力研究較早，1798年Malthusde《人口論》中將糧食作為人口增長限制因素，研究人口增長的極限問題，奠定承載力研究的基本架構(gòu)[2]。20世紀(jì)早期，生物學(xué)家驗證了種群數(shù)量極限的存在，將承載力研究關(guān)注點集中在增長變量的變化規(guī)律上[3-4]。Jusup[5]使用海洋生物養(yǎng)殖與自然環(huán)境間的仿真交互模型，評價菲律賓地區(qū)海域生態(tài)承載力。國內(nèi)學(xué)者對生態(tài)承載力作出大量研究，研究對象主要包括城市[6]、耕地[7]、流域[8]、海域[9]、森林[10]、水庫區(qū)[11]等。諸多學(xué)者對生態(tài)承載力評價也開展了全面的研究，引入了大量方法與模型，主要包括生態(tài)足跡法[12]、狀態(tài)空間法[13]、正態(tài)云模型[14]、模糊綜合評價法[15]、最大信息熵原理[16]等，使地區(qū)生態(tài)承載力評價研究有了進(jìn)一步發(fā)展。如盧萬合等[17]通過計算吉林省2007年的生態(tài)足跡，系統(tǒng)評價區(qū)域生態(tài)脆弱性。劉東等[18]引入生態(tài)足跡模型，構(gòu)建生態(tài)承載力供需平衡指數(shù)，綜合評價中國縣域生態(tài)承載力的供需平衡狀況。賈立斌等[19]建立海洋生態(tài)承載力評價與預(yù)警指標(biāo)體系，基于Mann—Kendall檢驗方法分析各預(yù)警指標(biāo)的變化趨勢。王錦等[20]通過模糊聚類分析法系統(tǒng)研究天津市2000—2014年的生態(tài)承載力狀況。鄭晶等[21]利用TOPSIS分析法和障礙度模型系統(tǒng)分析福建省2000—2015年生態(tài)承載力水平和障礙因子。

綜上所述，學(xué)者們關(guān)于生態(tài)承載力的研究成果十分豐富，評價生態(tài)承載力的方法多元化。本研究基于安徽省生態(tài)承載力的現(xiàn)狀，構(gòu)建基于D（驅(qū)動力）—P（壓力）—S（狀態(tài)）—I（影響）—R（響應(yīng)）模型的綜合評價指標(biāo)體系，運(yùn)用熵權(quán)法和集對分析法對安徽省的生態(tài)承載力進(jìn)行實證研究，對安徽省2008—2017年的生態(tài)承載力進(jìn)行評價，找出阻礙安徽省生態(tài)承載力發(fā)展的因素，為安徽省生態(tài)文明建設(shè)提供理論基礎(chǔ)。

1 集對分析評價模型

1.1 集對分析

集對分析理論能夠系統(tǒng)描述和處理由隨機(jī)性、模糊性、不完整性等不確定因素引起的確定-不確定系統(tǒng)。1989年，趙克勤等[22]提出一種解決不確定問題的綜合分析方法——集對分析法（set pair analysis，SPA），主要思想是將不確定性系統(tǒng)的兩個有關(guān)聯(lián)的集合構(gòu)造為集對，對不確定性的描述從確定和不確定兩個方面進(jìn)行，并對集對的某特征作同一性、差異性、對理性分析，最后構(gòu)建集對的同異反聯(lián)系度。

由集合A（x1，x2，…，xN）和集合B（y1，y2，…，yN）組成集對H=（A，B）。該集對有N個特性，假設(shè)S個特性為A、B所共有，P個特性相互對立，其余F=N-S-P個相異。稱S/N為集合A與B在所討論問題下的同一度，記為a；F/N為集合A與B在所討論問題下的差異度，記為b；P/N為集合A與B在所討論問題下的對立度，記為c?？梢杂寐?lián)系度μ=（A，B）來描述A與B的聯(lián)系狀況，如下式：

式中：a+b+c=1；i為差異度系數(shù)，在[-1，1]上取值，具有不確定性，其中i取-1和1時是確定的，但取值在（-1，1）之間時，隨著i趨近于0，不確定性增加；j為對立度系數(shù)，其值為-1。具體操作步驟如下：

（1） 構(gòu)建承載力模型評價的因素集C={C1，C2，C3，…，Cn}，評價集為 V={V1，V2，V3，…，Vm}。

（2）根據(jù)其性質(zhì)將指標(biāo)劃分為正向指標(biāo)和負(fù)向指標(biāo)兩類。將原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化，采用熵權(quán)法[23]求權(quán)重，得到各指標(biāo)的權(quán)重向量為W={W1，W2，W3，…，Wn}。

（3）確定聯(lián)系度表達(dá)式。將擬評價區(qū)域的評價指標(biāo)組成集合A，將評價標(biāo)準(zhǔn)中的等級作為集合B，構(gòu)成一個集對。用μ（A，BI）、μ（A，BII）、μ（A，BIII）、μ（A，BIV）、μ（A，BV）表示生態(tài)承載力指標(biāo)與各等級評價標(biāo)準(zhǔn)的聯(lián)系度。以確定聯(lián)系度為例，N為評價指標(biāo)的總個數(shù)，S為樣本集合A中處于級別I范圍內(nèi)的指標(biāo)個數(shù)，其對應(yīng)的權(quán)重分別為u1，u2，…，us，F(xiàn)為樣本集合A中處于相鄰級別II范圍內(nèi)的指標(biāo)個數(shù)，其對應(yīng)的權(quán)重分別為t1，t2，…，tf，P為樣本集合A中處于相隔級別III、IV、V范圍內(nèi)指標(biāo)的個數(shù)，其對應(yīng)的權(quán)重分別為v1，v2，…，vp。ik表示樣本集合A中權(quán)重為tk的指標(biāo)上反映的集合A與BI的差異度系數(shù)，則其聯(lián)系度表達(dá)式為：

（4）聯(lián)系度表達(dá)式中差異度系數(shù)ik的確定。以μ（A，B）I表達(dá)式中ik的取值為例，設(shè)樣本指標(biāo)值處于II級標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)某一指標(biāo)為為該指標(biāo)I、II級標(biāo)準(zhǔn)的限值，確定ik的值就要確定xk與該指標(biāo)I級標(biāo)準(zhǔn)b1k的同異反模糊聯(lián)系度，表示為μ（xk，b1k）=a+bi+c j，其中 ak為同一度，bk為差異度，ck為對立度。由此可得：

（5）計算聯(lián)系度的數(shù)值。以μ（A，BI）為例，將ik的值分別代入式（2），得：

式中：i=0，j=-1，這種取值方式體現(xiàn)了在對評價樣本所含信息充分挖掘的基礎(chǔ)上，只考慮起關(guān)鍵作用的“同”和“反”部分，保證其評價結(jié)果的可靠性和合理性。

（6）通過比較各樣本指標(biāo)值與各評價等級標(biāo)準(zhǔn)指標(biāo)值集合的聯(lián)系度數(shù)值（聯(lián)系數(shù)）大?。ㄗ畲舐?lián)系數(shù)的等級即為評價樣本的生態(tài)承載力等級），來衡量生態(tài)承載力水平。

1.2 綜合評價指標(biāo)體系構(gòu)建

考慮到生態(tài)承載力評價在定量化過程中的模糊性和隨機(jī)性問題，本研究以集對分析為基礎(chǔ)，構(gòu)建基于DPSIR模型的綜合評價模型，運(yùn)用熵權(quán)法和集對分析法對2008—2017年安徽省生態(tài)承載力進(jìn)行綜合評價。基于前人的研究成果[24-29]和生態(tài)承載力特征，從驅(qū)動力子系統(tǒng)、壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、影響子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)五個方面構(gòu)建安徽省生態(tài)承載力綜合評價指標(biāo)體系，共20個指標(biāo)（表1）。

表1 綜合評價指標(biāo)體系

1.3 等級劃分

本研究數(shù)據(jù)來源于《安徽省統(tǒng)計年鑒》 《安徽省統(tǒng)計年鑒》 《安徽省環(huán)境狀況公報》 《安徽省國民經(jīng)濟(jì)和社會發(fā)展統(tǒng)計公報》 《安徽省水資源公報》和《中國國土資源年鑒》，部分評價指標(biāo)數(shù)據(jù)是利用年鑒和公報的數(shù)據(jù)通過公式計算得出。

由于目前尚無統(tǒng)一的生態(tài)承載力及相關(guān)指標(biāo)的評價標(biāo)準(zhǔn)，在參考國內(nèi)外城市生態(tài)承載力評價標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上[30]，通過實地考察和專家咨詢等方法，本研究將生態(tài)承載力等級劃分為5個等級，其中I級為安全，II級為較安全，III級為臨界安全，IV級為較不安全，V級為不安全。本研究采用熵權(quán)法對指標(biāo)進(jìn)行賦權(quán)，可以避免主觀誤差，等級取值范圍及指標(biāo)權(quán)重如表2所示。

2 結(jié)果分析

2.1 研究區(qū)概況

安徽省處于中國東部與中部的過渡帶，共有五大生態(tài)區(qū)，生態(tài)資源十分豐富[31]。安徽省土地總面積約140 139.85 km2，約占國土面積的1.46%。截至2017年末，安徽省城市人口密度為2 535人/km2，是我國典型的人多地少省份之一；安徽省人均水資源量為1 260.8 m3/人，低于全國的2 074.5 m3/人，也是我國典型的地大物薄省份之一。安徽省人口急劇增長、資源開發(fā)加快、環(huán)境污染嚴(yán)重、資源逐漸枯竭等問題的出現(xiàn)，給區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)保護(hù)帶來重重困難[32]。安徽省近十年發(fā)展迅速，從一定程度上是以消耗生態(tài)環(huán)境資源為代價，產(chǎn)生很多生態(tài)安全問題[33]。隨著人口總量劇增和經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展，生態(tài)環(huán)境遭受巨大壓力，對生態(tài)承載力的測度尤為重要[34]。

表2 等級劃分標(biāo)準(zhǔn)及權(quán)重

2.2 指標(biāo)權(quán)重分析

利用獲取的2008—2017年安徽省相關(guān)指標(biāo)數(shù)據(jù)，運(yùn)用熵權(quán)法計算各指標(biāo)權(quán)重，由表2可以看出：在驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)五個系統(tǒng)中，各指標(biāo)權(quán)重分布較為均衡，說明各指標(biāo)都是影響各系統(tǒng)生態(tài)承載力的重要因素。

在驅(qū)動力子系統(tǒng)中，人口自然增長率（0.31） 的權(quán)重最大，城鎮(zhèn)化率（0.22）和人均生產(chǎn)總值（0.22）的權(quán)重最小。表明與城鎮(zhèn)化率和人均生產(chǎn)總值相比，人口自然增長率能夠更好地反映驅(qū)動力子系統(tǒng)對生態(tài)承載力的影響。

在壓力子系統(tǒng)中，SO2排放量（0.43）的權(quán)重最大，單位耕地化肥施用量（0.11）的權(quán)重最小。表明與單位耕地化肥施用量相比，SO2排放量能夠更好地反映壓力子系統(tǒng)對生態(tài)承載力的影響。

在狀態(tài)子系統(tǒng)中，人均耕地面積（0.29） 的權(quán)重最大，每萬人城市建設(shè)用地面積（0.18） 的權(quán)重最小。表明與每萬人城市建設(shè)用地面積相比，人均耕地面積能夠更好地反映狀態(tài)子系統(tǒng)對生態(tài)承載力的影響。

在影響子系統(tǒng)中，自然保護(hù)區(qū)面積（0.34）的權(quán)重最大，億元產(chǎn)值污水排放量（0.16）的權(quán)重最小。表明與億元產(chǎn)值污水排放量相比，自然保護(hù)區(qū)面積能夠更好地反映影響子系統(tǒng)對生態(tài)承載力的影響。

在響應(yīng)子系統(tǒng)中，污染治理投資占GDP比例（0.55）的權(quán)重最大，城工業(yè)固體廢棄物綜合利用率（0.15）、城市污水處理廠集中處理率（0.15） 和生活垃圾無害化處理率（0.15）的權(quán)重最小。表明與其他評價指標(biāo)相比，污染治理投資占GDP比例能夠更好地反映響應(yīng)子系統(tǒng)對生態(tài)承載力的影響。

2.3 生態(tài)承載力評價結(jié)果分析

運(yùn)用公式（1） ~（4） 計算安徽省驅(qū)動力子系統(tǒng)、壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)、影響子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)五個指標(biāo)層五元聯(lián)系數(shù)，然后將子系統(tǒng)指標(biāo)聯(lián)系數(shù)與權(quán)重相乘，得出各年子系統(tǒng)聯(lián)系數(shù)，最后采用均值法計算各年總系統(tǒng)聯(lián)系數(shù)。

2.3.1 各系統(tǒng)生態(tài)承載力等級時序分析

2008—2017年驅(qū)動力、壓力、狀態(tài)、影響、響應(yīng)各子系統(tǒng)生態(tài)承載力等級如圖1所示，各子系統(tǒng)生態(tài)承載力都處于波動變化趨勢，且都有所好轉(zhuǎn)。

從驅(qū)動力子系統(tǒng)看，2008—2011年生態(tài)承載力一直處于臨界安全水平（III級），2012—2015年開始上升為較安全水平（II級），并在2016—2017達(dá)到安全水平（I級）。這表明2012年以來，安徽省驅(qū)動力子系統(tǒng)生態(tài)承載力不斷上升，并在2016年達(dá)到安全水平。主要由于2012年以來，安徽省城鎮(zhèn)化進(jìn)程的不斷加快，人均GDP增長速度加快，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入持續(xù)上漲，安徽省居民生活水平和生活質(zhì)量得到明顯改善。

從壓力子系統(tǒng)看，2008—2017年的系統(tǒng)生態(tài)承載力都為臨界安全水平（III級）并保持不變，表明安徽省壓力子系統(tǒng)生態(tài)承載力發(fā)展平穩(wěn)且水平較低。主要因為人口不斷增長，再加上資源的有限性，導(dǎo)致人均資源占有量不斷減少，對安徽省生態(tài)承載力造成巨大壓力。

從狀態(tài)子系統(tǒng)看，2008—2017年的系統(tǒng)生態(tài)承載力都為臨界安全水平（III級），并保持不變，說明安徽省狀態(tài)子系統(tǒng)生態(tài)承載力發(fā)展平穩(wěn)且水平有待提升，主要是人口增長對糧食的需求加大導(dǎo)致需要不斷開墾耕地，對土地的壓力日益加劇。

從影響子系統(tǒng)看，2008—2017年的系統(tǒng)生態(tài)承載力波動較小，除了2008年和2016年為較安全水平（II級），其他年份一直保持為臨界安全水平（III級），表明安徽省影響子系統(tǒng)生態(tài)承載力發(fā)展有上升區(qū)間。在新常態(tài)背景下，不斷強(qiáng)化科技創(chuàng)新，加大對自然保護(hù)區(qū)的防護(hù)，提高對城市的綠化水平，合理有效地控制污水排放，增強(qiáng)發(fā)展活力。

從響應(yīng)子系統(tǒng)看，2008—2010年以來，系統(tǒng)生態(tài)承載力發(fā)展平穩(wěn)，一直處于臨界安全水平（III級），但2011年又下降為不安全水平（V級），并持續(xù)到2012年。在2013年又上升為較安全水平（II級），表明2013年以來，安徽省影響子系統(tǒng)有所改善，2014—2017年系統(tǒng)由臨界安全水平（III級）上升到較安全水平（II級）。主要由于安徽省通過產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型推進(jìn)綠色低碳循環(huán)發(fā)展，扎實推進(jìn)重點治理工程，工業(yè)固體廢物綜合利用率和生活垃圾無害化處理率不斷提高，持續(xù)加大對污染治理的投資額，逐步改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量。

圖1 各子系統(tǒng)生態(tài)承載力等級

2.3.2 安徽省生態(tài)承載力等級時序分析

安徽省生態(tài)承載力各等級的聯(lián)系數(shù)如圖2所示，I級、IV級、V級的聯(lián)系數(shù)始終小于0，但I(xiàn)級聯(lián)系數(shù)呈V型，在2009年以后逐年上升，V級聯(lián)系數(shù)一直處于波動狀態(tài)并呈下降趨勢，IV級聯(lián)系數(shù)一直處于波動下降狀態(tài)；II級的聯(lián)系數(shù)呈波動上升狀態(tài)；III級的聯(lián)系數(shù)變化波動較大，上升（2008—2009年） —下降（2009—2011年）—上升（2011—2013年）—下降 （2013—2014年） —上升（2014—2015年） —下降 （2015—2017年），波動幅度逐漸加大；同時可以看出，2011年以后IV級、V級聯(lián)系數(shù)逐年下降，而I級和II級聯(lián)系數(shù)逐年上升，且在2016—2017年II級聯(lián)系數(shù)明顯高于其他等級聯(lián)系數(shù)，說明安徽省生態(tài)承載力等級將穩(wěn)定在II級，并呈向I級方向發(fā)展的趨勢，呈穩(wěn)中向好的發(fā)展態(tài)勢。

圖2 2008—2017年安徽省生態(tài)承載力各等級聯(lián)系數(shù)

2008—2017年安徽省生態(tài)承載力等級如圖3所示，研究期內(nèi)，安徽省生態(tài)承載力水平呈波動上升狀態(tài)。2008—2010年安徽省生態(tài)承載力一直處于臨界安全水平（III級），各系統(tǒng)之間發(fā)展相對穩(wěn)定；2011年安徽省生態(tài)承載力由臨界安全水平（III級） 上升為較安全水平（II級），呈現(xiàn)出穩(wěn)中向好的趨勢，得益于安徽省經(jīng)濟(jì)實力的逐漸增強(qiáng)，城鎮(zhèn)化水平的不斷提升；但在2012—2015年，安徽省生態(tài)承載力水平又從較安全水平（II級） 下降為臨界安全水平（III級），說明水土資源供需矛盾突出。隨著人口逐年增長，耕地面積和農(nóng)業(yè)化肥用量的加大，人均水資源量的日益減少，安徽省生態(tài)承載力可持續(xù)發(fā)展正受到巨大的壓力。2016—2017年，安徽省生態(tài)承載力由臨界安全水平（III級）上升為較安全水平（II級），生態(tài)承載力水平明顯好轉(zhuǎn)，結(jié)果表明各子系統(tǒng)之間的協(xié)同發(fā)展水平在不斷提高，驅(qū)動力子系統(tǒng)已達(dá)到安全水平（I級），響應(yīng)子系統(tǒng)承載力水平和安徽省生態(tài)承載力水平保持一致，其他子系統(tǒng)承載力水平有向著較安全水平（II級）發(fā)展的趨勢。

圖3 2008—2017年安徽省生態(tài)承載力等級雷達(dá)圖

3 結(jié)論與對策

3.1 結(jié)論

使用熵權(quán)法和集對分析法，對2008—2017年安徽省生態(tài)承載力展開科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)难芯吭u價，得出以下結(jié)論：

（1） 安徽省生態(tài)承載力等級在2008—2017年由臨界安全水平（III級） 到較安全水平（II級），整體水平顯著提高；各子系統(tǒng)之間的協(xié)調(diào)程度也在提升，其中響應(yīng)子系統(tǒng)水平的增長對安徽省生態(tài)承載力的貢獻(xiàn)最突出。

（2） 安徽省生態(tài)承載力受很多因素共同約束，壓力子系統(tǒng)是制約安徽省生態(tài)承載力的主要因素。雖然2008—2017年生態(tài)承載力水平逐漸改善，但仍有很大的上升空間，各子系統(tǒng)內(nèi)部指標(biāo)需不斷優(yōu)化，以及5個子系統(tǒng)之間協(xié)同發(fā)展水平有待提升。

3.2 對策

基于以上結(jié)論可知，提高安徽省生態(tài)承載力的重點在協(xié)調(diào)驅(qū)動力子系統(tǒng)、壓力子系統(tǒng)、狀態(tài)子系統(tǒng)，影響子系統(tǒng)和響應(yīng)子系統(tǒng)之間的關(guān)系，并優(yōu)化內(nèi)部指標(biāo)，對此提出以下對策：

（1）優(yōu)化水土資源規(guī)劃，加強(qiáng)安徽省政府管控力度。針對安徽省存在的水土資源使用不合理的情況，一方面，要加強(qiáng)水土資源的保護(hù)力度，政府針對不合理使用、污染破壞水土資源的單位部門或個人制定相關(guān)的法律法規(guī)。另一方面，政府應(yīng)提高單位部門使用水土資源的標(biāo)準(zhǔn)，鼓勵企業(yè)使用清潔無污染能源，提高處理工業(yè)三廢的能力，促進(jìn)安徽省的生態(tài)文明建設(shè)，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

（2）加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，推動安徽省經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級。響應(yīng)子系統(tǒng)是影響安徽省生態(tài)承載力的關(guān)鍵因素，因此須大力加快安徽省產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型升級的速度。利用好淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶，長江經(jīng)濟(jì)帶、長三角經(jīng)濟(jì)圈以及皖江城市帶等平臺，不斷加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，實現(xiàn)可循環(huán)、低能耗，發(fā)展資源節(jié)約型-生態(tài)友好型戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)，以此提高安徽省生態(tài)承載力。

本研究只從宏觀角度評價安徽省的整體情況，并未考慮到不同市縣，特別是皖北、皖南因地理環(huán)境的空間差異而導(dǎo)致生態(tài)承載力水平存在較大差異。如何構(gòu)建更理想具有代表性的生態(tài)承載力綜合評價指標(biāo)體系，仍需要進(jìn)一步研究探討。