（环境科学专业论文）城市生态系统承载力研究——以淮南市为例.pdf

p r i m a r ys t u d yo nu r b a ne c o l o g i c a lb e a r i n gc a p a c i t y 一一ac a s es t u d yi nh u a in a nc i t y a b s t r a c t a st h e s t u d y o fs u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n tg o e sc e a s e l e s s l y s u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t i se x p e r i e n c i n gf r o mg e n e r a lc o n c e p t i o na n dq u a l i t a t i v er e s e a r c ht o q u a n t i t a t i v er e s e a r c ht r a n s f o r m a t i o n ，a n dt h es y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yw a so n eo f t h ec o r e si n r e s e a r c h i n g t h em e a s u r e sa n d a p p r a i s e s a b o u ts u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n t a s an e wa r e ao ft h ee a r r i n gc a p a c i t ys t u d y , t h es y s t e r m e a r r i n g c a p a c i t yr e s e a c ho p e n su pt h ef r o t i n e ro ft h ee a r r i n gs t u d i n ga n dh a v i n gd r i v e n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ts c i e n c ef u r t h e r o nt h ef o u n d a t i o no ft h ed o m e s t i ca n df o r e i g nr e s e a r c hr e s u l t s ，t h i sp a p e rt o o k t h eu r b a ne c o s y s t e ma sa no b j e c t ，u n i f i e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fag r e a tc o m p o u n d u r b a ns y s t e m ，u s e dt h ep r i n c i p l eo ft h es t a t es p a c em e t h o d ，a n dt o o kt h es u s t a i n a b l e d e v e l o p m e n ta st h er e g i o n a lg o a l t h e na u t h o re s t a b l i s h e di n d e xs y s t e ma b o u tt h ea s s e s s m e n to fu r b a ne c o s y s t e m c a r r y i n gc a p a c i t y ，w o r k e dh a r dt od e v o t eo n e s e l ft oh u a in a ne c o s y s t e mc a r r y i n g c a p a c i t yd e m o n s t r a t i o nr e s e a r c hf r o m 19 9 7t o2 0 0 6 t h r o u g ht h es t u d yo ft h e s e f a c e t s ，w ed r e wt h ef o l l o w i n gm a i nc o n c l u s i o n s ： 1 ) a c c o r d i n gt o t h eh u a in a ne c o s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c ，t o o kt h e r e g i o n s u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n ta st h eg o a l ，r e f e r e dr e l a t e dp r i n c i p l eo fe s t a b l i s h m e n t i n d e xs y s t e m ，a n dc o n s i d e r e de c o n o m y , s o c i e t y , r e s o u r c e sa n de n v i r o n m e n ta n ds o o nw h i c hi n v o l v e s ，w r i t e rc o n s t r u c t e dt h ei n d e xs y s t e mo fe c o s y s t e mc a r r y i n g c a p a c i t ya p p r a i s a li nh u a in a n 2 、s o c i e t ys u b s y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yw a so v e r l o a d i n gs t a l ef r o m1 9 9 7t o 2 0 0 6 ，a n di tg o e st ow o r s es l o w l y b ya n a l y s i st h ed a t a ，w ec a no b t a i n e dt h a tt h e m a j o re f f e c tf a c t o r sw e r et h ec o n d i t i o no ft h eh i g hl e v e lo fp o p u l a t i o ni n e r e a s e i n g r a t e ， 3 ) e c o n o m i cs u b s y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yw a so v e r - l o a d i n gs t a t ef r o m1 9 9 7t o 2 0 0 6 ，a n di tg o e si n s t a b i l l y a n di tc a nb ep l o ti n t ot h r e ep h a s e s ，t h ef i r s tp h a s e si s f r o m19 9 7t o2 0 0 0 ，e c o n o m i cs u b s y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yg o e sd o w ng u a d u a l l y , t h em a j o re f f e c tf a c t o r sw e r et h ec o n d i t i o no ft h ea m o u n to fp e rc a p i t as e w a g eo f l i v i n g t h es e c o n dp h a s e si sf r o m2 0 0 1t o2 0 0 4 ，i t sc o l l e c t i v i t yt e n d e n c yw a so nr i s e t h em a j o re f f e c tf a c t o r sw e r et h ec o n d i t i o no ft h er a t eo ft o t a li n v e s t m e n ti nf i x e d a s s e t s t h et h i r dp h a s e si sf r o m2 0 0 5t o2 0 0 6 ，i t sc o l l e c t i v i t yt e n d e n c yg o e sd o w n g u a d u a l l y t h em a j o re f f e c t f a c t o r sw e r et h ec o n d i t i o no ft h ep r o p o r t i o n m e n t b e t w e e nl i g h ti n d u s t r ya n dh e a v yi n d u s t r y 4 ) e n v i r o n m e n ts u b s y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yw a so v e r l o a d i n g s t a t ef r o m19 9 7 t o2 0 0 6 ，a n di tg o e si n s t a b i l l y 。a n di tc a nb ep l o ti n t ot w op h a s e s ，t h ef i r s tp h a s e si s f r o m 19 9 7t o 2 0 0 2 ，e n v i r o n m e n ts u b s y s t e mc a r r y i n gc a p a c i t yg o e s d o w n g u a d u a l l y ，t h em a j o r e f f e c tf a c t o r sw e r et h ec o n d r i o no fp o l l u t i o na b a t e m e n t i n v e s t m e n tp e r c e n t a g ei ng d pa n dc o m m o n a l i t yg r e e n b e l tp e rc a p i t a i n g e n e r a l ，t h ec a r r y i n g c a p a c i t y o nt h ew h o l eu r b a ne c o s y s t e mw a s u n d e r 1 0 a d i n gs t a t ei nh u a in a nf r o mi9 9 7t o2 0 0 6 ，a n di t w e n ti n s t a b i l l y i nv i e w o ft h es p e c i a ld e t a i l si nh u a in a n ，t h i sp a p e rs u g g e s t e df o u ra s p e c t sf r o ms c i e n c e a n dp o p u l a t i o n ，e c o n o m y ，r e s o u r c ea n de n v i r o n m e n tr e g i o nr e l i e v m e n tt o i m p r o v et h ec a r r y i n gc a p a c i t yo nt h ew h o l e u r b a ne c o s y s t e m k e yw o r d ：c a r r y i n gc a p a c i t y ；u r b a ne c o s y s t e m ；t h ep r i n c i p l ec o m p o n e n ta n a l y s i s ； s t a t e s p a c ei n d i c a t o r s ；h u a in a nc i t y 插图清单 图卜1 论文研究技术路线3 图3 1 淮南市1 9 9 7 2 0 0 6 年国内生产总值统计图1 3 图3 2 淮南市1 9 9 7 - 2 0 0 6 年人口和密度变化统计图1 4 图3 31 9 9 7 2 0 0 6 年城镇居民人均可支配收入和农民人均纯收入统计图1 4 图3 4 淮南市1 9 9 7 2 0 0 6 年恩格尔系数变化示意图1 5 图3 5 淮南市1 9 9 7 - 2 0 0 6 年固体废物变化曲线图1 9 图5 一l 系统承载概念模型示意图2 7 图5 2 淮南市社会子系统承载力年度变化曲线4 1 图5 3 淮南市1 9 9 7 2 0 0 6 年度社会子系统承载度变化曲线4 2 图5 4 淮南市经济子系统承载状况年度变化曲线4 4 图5 5 淮南市经济子系统承载度年度变化曲线4 4 图5 6 淮南市环境子系统承载状况年际变化曲线4 7 图5 7 淮南市环境子系统承载度年际变化曲践4 7 图5 8 淮南市生态承载状况年际变化曲线5 1 图5 9 淮南市综合承载度年际变化曲线5 1 表格清单 表2 1 城市生态系统辨识的指标体系5 表3 1 区域环境噪声声源构成状况2 0 表4 1 淮南城市生态系统承载力评价的指标体系2 6 表5 一l 淮南市承载力各指标理想值3 0 表5 2淮南市生态承载力评价指标标准化数据表3 2 表5 3 评价指标相关系数矩阵34 表5 4 各因子对总体方差的贡献率35 表5 5 主因子特征根、贡献率及累计贡献率3 5 表5 6 各指标载荷矩阵3 5 表5 7 社会子系统各指标权重值3 6 表5 8 评价指标相关系数矩阵36 表5 9 各因子对总体方差贡献率3 6 表5 1o 主因子特征根、贡献率及累计贡献率3 6 表5 一i 1 各指标载荷矩阵37 表5 12 经济子系统各指标权重值37 表5 13 评价指标相关系数矩阵3 8 表5 1 4 各因子对总体方差贡献率38 表5 1 5 主因子特征根、贡献率及累计贡献率3 8 表5 1 6 各指标载荷矩阵3 9 表5 17 环境子系统各指标权重值3 9 表5 1 8 社会、经济、环境子系统各指标权重值3 9 表5 - 1 9 淮南市社会子系统r c c s 值4 0 表5 - 2 0 社会子系统r c c s 与r c c s p 夹角余弦c o s 伊4 0 表5 - 2 l 社会子系统理想承载力投影r c c s p 4 1 表5 2 2 淮南市经济子系统r c c s 值4 3 表5 2 3 经济子系统r c c s 与r c c s p 夹角余弦c o s 口4 3 表5 2 4 经济子系统理想承载力投影r c c s p 4 3 表5 2 5 淮南市环境子系统r c c s 值4 6 表5 2 6 环境子系统r c c s 与r c c s p 夹角余弦c o s 目4 6 表5 2 7 环境子系统理想承载力投影r c c s p 4 6 表5 2 8 评价指标体系权重表49 表5 2 9 淮南市生态系统r c c s 值5 0 表5 3 0 淮南市生态系统r c c s p 值5 0 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。 据我所知，除了文中特别加以标志和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰 写过的研究成果也不包含为获得金蟹王些太堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说 明并表示谢意。 学位论文作者签字：倪小东签字日期：2 0 0 7 年1 2 月1 0 日 陋禾 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解 金壁工些太堂 有关保留、使用学位论文的规定，有权 保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅或借阅。本人 授权 金壁王墅盍堂 可以将学位论文的全部或部分论文内容编入有关数据库进行检 索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 名：俾禾名：删 签字日期：矗年f 月日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 签字日跏平圳1 日 t 致谢 几经彷徨求索，论文终于得以完成。回顾这一程求学路，记忆里满是老师 的悉心指导和同学的快乐相伴，在此我要向他们表达最诚挚的感谢。 饮其流时思其源，成吾学时念吾师，在此论文完成之际，谨向我两位尊敬 的导师：殷福才和孙世群教授，致以诚挚的谢意和崇高的敬意。两位老师丰富 的实践经验、渊博的专业知识、务实忘我的工作作风、宽以待人的处事态度使 我受益匪浅。两位导师精益求精的工作作风，深深地感染和激励着我。两年多 来，两位导师不仅在学业上给予我以精心指导，同时还在思想、生活上给我以 无微不至的关怀，在此谨向两位老师致以诚挚的谢意和崇高的敬意。 感谢合肥工业大学资源与环境工程学院0 5 级所有同学、安徽省环境科学研 究院工程所所有同志、生态所的王晓辉所长和丁春工程师以及水环境研究所的 陈云峰所长，对我的论文所提供的无私的帮助，感谢盛周君同学与我共同探讨 这篇论文，：并提供了很多宝贵的参考意见。 研究生期间朝夕相处的同学也是宝贵的财富，感谢李诚、褚巍两位室友及 让我得到了日积月累的真挚友情。感谢我所有师兄弟妹、同学和朋友们，是你 们的情谊和帮助，正是由于你们的帮助和支持，我才能克服一个一个的困难和 疑惑，直至本文的顺利完成。 衷心感谢在百忙之中抽出时间审阅本论文的专家教授。感谢答辩委员会的 各位老师和专家们对我的论文提出的宝贵建议，为我今后的学习和研究开拓了 思路。 最后感谢我的亲人，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永 远健康快乐是我最大的心愿。 倪小东 2 0 0 7 年1 1 月于合肥工业大学 第一章引言 1 1 选题依据 1 1 1 研究背景 随着工业化国家经济的迅速发展，环境污染与资源短缺问题日渐明显，环 境污染一方面使资源利用价值降低和资源短缺的矛盾突出：另一方面，大气，水 体、固体废物的污染对人类的生存构成了严重威胁。为此，环境自净能力、环境 容量、环境总量、环境承载力等概念相继被提出，并受到了世界各国的普遍重视 与广泛应用。 人类的可持续发展必须建立在生态系统完整、资源持续供给和环境长期有 容纳量的基础上，人类的活动也因而必须限制在生态系统的弹性范围之内。换句 话说，就是人类的活动不应超越生态系统的承载限制。因此，生态承载力的概念 可概括为：生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力 及其可维持的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。 可持续发展正经历着从一般的概念性和定性研究向定量研究转变，而承载 力正是可持续发展度量和评价研究的核心之一“1 。所谓的承载力是从工程地 质领域里转借过来的概念，其本意是指地基的强度对建筑物负重的能力，现已成 为描述发展限制程度的最常用的概念。1 9 2 1 年，美国的p a r k 和b u r g e s s 就在有关 的人类生态学杂志中提出了承载力的概念，即某一特定环境条件下，某种生物个 体存活的最大数量。如今，承载力概念已广泛应用于环境、经济和社会的各个领 域。 生态承载力是生态系统对人类活动的最大承受能力，是在不破坏生态系统 结构和功能完整性的前提下，系统所允许的人类活动最大强度。生态承载力的 研究思路与土地承载力、资源承载力、环境承载力等研究不同，生态承载力研 究所关注的不仅仅是区域土地的生产能力所能供养的最大人口数量，而是在不 破坏生态系统稳定性的前提下，生态系统所能提供的最大限度的生态服务功能， 这些服务功能包括提供人类生存所必须的资源、降解和吸收各种有害废弃物、 水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护等广阔领域，其中很多方面 是是传统的资源承载力、环境承载力研究很少涉及的“1 1 。因此。生态承载力 是资源承载力、环境承载力等概念的进一步发展，生态承载力研究方向的开拓 大大拓展了承载力研究范畴，有利于进一步推动可持续发展的定量化研究“1 ”。 生态城市就是指在生态系统承载能力范围内运用生态经济学原理和系统 工程方法去改变生产和消费方式、决策和管理方法，挖掘区域内外一切可利用 的资源潜力。淮南是我省发展的重点城市之一，有着悠久的文明史，由于长期 开发，城区及其周围自然资源和生态环境都遭受到不同程度的破坏，同时，淮 南经济发展速度的加快，城市化水平的提高、矿产资源的开发，给相当脆弱的 城市环境带来更大的压力，直接影响了城市的可持续发展能力。 1 1 2 研究意义 ( 1 ) 生态承载力的不断提高是实现可持续发展的必要条件。从生态承载力 的角度看，物质的消耗和污染物的排放必须限定在资源储量及环境容纳的阈值 以内。提高生态承载力，才能使可持续发展成为可能。 ( 2 ) 生态承载力是可持续发展的重要判断依据。承载力反映的是目前人类 对资源、环境及生态系统的认识。在一个相对较短的时期内，人类的认识水平 和技术水平可以看作一个非时变的常量，此时承载力就具有一定的稳定性。 ( 3 ) 生态承载力是区域可持续发展能力的组成部分。可持续发展能力是指 系统内部各要素，通过自身的发展及相互间的互动反馈作用，所拥有的支撑可 持续发展的整体能力“3 1 ”。在调控人类活动与生态系统的相互关系的过程中， 对生态承载力的评估是决定性的因素。 通过对区域生态系统生态承载力水平与生态承载状况的系统分析和评价， 将有助于深入认识淮南市人类活动对生态系统的影响，从而为淮南市的可持续 发展提供决策依据。此外，通过淮南市的实例研究所建立起来的一整套生态承 载力评价方法和体系，对其他地区的生态承载力研究也具有一定的借鉴价值。 1 2 研究内容与框架 1 2 1 研究内容 ( 1 ) 淮南市经济、社会、环境特征 ( 2 ) 淮南城市生态系统承载力指标体系建立 ( 3 ) 淮南城市生态系统承载力评价 ( 4 ) 淮南城市生态系统承载力提高对策 1 2 2 研究方法 本论文采用的主要研究方法包括实地勘察调研、国内外文献综合分析及参 考、数据的统计分析以及过程模拟等。 在参阅大量国内外相关资料的基础上，本论文初步将生态综合承载力分为 社会、经济、环境三个子系统，并采用主成分分析方法确定各子体统的指标权 重，再运用状态空间点法对淮南城市生态系统承载力作系统的评价。 2 1 2 3 技术路线 图i - 1 论文研究技术路线 第二章理论支撑及国内外研究进展 2 1 城市生态承载力研究的理论支撑 2 1 1 城市生态系统 城市是人类社会发展到一定历史阶段的产物，是地球表面物质和能量高度 集中和快速运转的地域，是人口、产业最密集的场所，是以人为主体的生态系 统，也是生态系统中最为复杂的类型，具有开放性、依赖性、脆弱性、复合性 等特点。我国生态学家马世骏“、王如松“”提出了城市复合生态系统的理论， 认为城市生态系统可分为社会、经济、自然三个亚系统，是城市居民与城市环 境之间相互作用、相互制约，具有一定结构和功能的统一整体“。城市居民与 其周围环境的相互作用所形成的结构和功能关系，称为城市生态。城市生态环 境就是在特定的城市区域中，城市居民与城市环境的统一体以及这个统一体中 进行物质能量流动的因素。 城市生态系统是受人为因素干扰最大的系统，它与自然生态系统的共同点 是：有一定的结构、功能，一定的能量流动和物质循环、信息传递的规律，它们 都由有生命的生物部分和非生命的环境部分所组成，各组成之间都是相互影响、 相互作用的。城市生态系统与自然生态系统的不同点是：城市生态系统以人为主 体，系统内消费者的生物量远远超过第一性生产者的生物量，这样就要有大量 的物质和能源输入和输出；物质和能量在系统内转化都很快，使城市输入一转化 一输出的运转效率很高；大量物质和能源输入，造成环境污染，但又缺乏自然生 态系统自我调节、自我维持的能力，使城市生态系统容易失去平衡”3 因此，城 市生态系统功能正常与否的关键在于自我调节能力的强弱。从生态学的观点来 看，城市是通过连续的物质流、能量流、人口流来维持其新陈代谢的。如果物 质输入过多，输出较少，多数物质、能量将释放到环境中或滞留在生态系统中， 形成严重的污染问题：如果物质输出过多，而投入较少，将形成严重的生态耗 竭问题。 由于人是城市生态系统的主体，因而要提高和改善城市生态环境质量，需 通过系统辨识城市社会、经济和环境间复杂的耦合关系，各子系统信息反馈及 时、准确，从而保证各决策部门和职能部门的指令、决策方法和手段的正确， 确保生态系统的自我调节作用，如表2 一l ： 4 表2 - 1 城市生态系统辨识的指标体系 过 指标标尺 目的 程 类别 人口 资源环境 人口总数、密度、 结构动态、科技水源、能源、 地形、地貌、 空载 组 水平、管理水平、物资、十地、 气候、植被、 j 辨识优势 分 内容 文化水平、道德矿产供给能 地质、水文、 ( 利导因 子) 与劣势 辨 水平、居住密度、力、交通运输 市场、政策、 超载( 限制因 建筑密度、交通量，食品生产 识 土地 密度、产值密度、能力 子) 投资密度 综合 人类活动强度资源承载能力环境容量 指标 类别生活生产环境质量 水体污染物 收入、供应、住 固定资产产出超标率、大 房、服务、健康 率、劳动生产气污染物超 高序 功 水平、教育质量、 率、资金周转标率、噪音 i 辨识效 效 内容文化水平、安全 率、产值利税强度、植被 j益与损 辨 水平、交通便利 率、能源消耗 覆盖率、鸟 失 识 度、设魔便利度、 系数、物耗系 类栖息率、 底序 数、水资源消景观适宜 闲暇时间 耗系数度、自然灾 害频率 综合生活质量 经济效益环境有序度 指标 类别物理事理情理 过 物质投入产出 土地利用、基 生活吸引 良性 程 比、能量投入产 础设旌、产业 力、生产吸 循环 辨 内容 出比、水循环利 结构、城乡关 引力、依赖 j 辨识机会 系比例、多样 性指数、反 与风险 识 用率馈灵敏度、 性指数 恶性 生态意识 综合 生态滞竭指数生态协调指数 自我调控能 循环 指标力 2 1 2 城市生态承载力内涵 对于城市而言，城市生态承载力是城市生态系统的客观属性，是其承受外 部扰动的能力，也是系统结构与功能优劣的反映。根据高吉喜的表述，生态承 载力是指生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力， 及其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量”2 “。生态承 载力是生态系统物质组成和结构的综合反映，生态系统的物质资源以及其环境 的纳污能力具有一定限度，即一定组成和结构的生态系统，对于社会经济的发 展支持能力有一个阈值，这个阈值即为生态承载力“”“1 。城市生态承载力的 落脚点是人类社会的经济活动，生态承载力的规定性同社会经济活动性质有关， 如产业组成、结构；而其量的规定性则与社会经济行为强度相连如产业规模、 速度等。生态承载力是人类社会经济活动与生态环境之间的联系界面，通过探 讨社会一经济一自然复合生态系统中生态环境与经济活动之间的相互关系，表述 生态环境对人类经济活动的支持力，作为城市生态环境与经济发展的协调判据 。3 城市生态承载力一般有狭义与广义之分。狭义的城市生态承载力是指城市 生态系统对污染的承受能力，用环境要素的容量来表示的；广义的城市生态承 载力则包括自然资源、污染承受能力和社会经济活动强度等指标。本文讨论的 是广义的城市生态承载力。 2 1 3 生态承载力的特性 存在人类经济活动的生态系统是一个开放性系统，它必然与外界存在物质 流、能量流、信息流、货币流以及其他生物流。余丹林“7 1 根据许多研究者对生 态承载力的理解，总结出了生态承载力的特征： 资源性。生态系统是由物质组成的，而且对经济活动的承载能力也是通 过物质的作用而发生的。因而从物质的特性而言，生态承载力就是表征生态系 统的资源属性。 客观性。生态系统通过与外界交换物质，能量、信息，保持着结构和功 能的相对稳定，即在一定时期内系统在结构和功能上不会发生质的变化，而生 态承载力是系统结构特征的反映，所以，在系统结构不发生本质变化的前提下， 其质和量的方面是客观的和可以把握的。 变异性。主要是由生态系统功能发生变化引起的。系统功能的变化一方 面是自身的运动演变引起的，另一方面是与人类的开发目的有关系统在功能上 的变化，反映到承载力上就是在质和量上的变异，这种变异通过承载力指标体 系与量值变化来反映。表明人类可通过正确认识生态承载力的客观功能本质， 正确适度使用生态承载力，建立可持续发展的社会。 可控性。生态承载力具有变动性，这种变动性在很大程度上可以由人类 活动加以控制。人类根据生产和生活的需要，可以对系统进行有目的的改造， 从而使生态承载力在质和量上朝人类需要的方向变化，但人类施加的作用必须 有一定的限度，因此承载力的可控性是有限度的可控性。 2 1 4 可持续发展理论 随着世界范围内城市化的迅速发展，人1 ：3 密集、交通拥挤、环境污染、绿 地紧缺己成为制约城市可持续发展的限制因素。自2 0 世纪6 0 年代以来，以全球 变化、人日剧增、资源短缺、环境污染等为主的生态与环境问题被公认为是世 界性的“生态危机”。美国r 卡逊寂静的春天。”、英国哥德史密斯生存 6 的蓝图”罗马俱乐部福罗斯特和米都斯增长的极限“”等著作都认识到生 态危机是人类面临的最大的和共同的危机，成为社会可持续发展的“瓶颈”。 国际自然与自然保护联盟( i u c n ) 、联合国环境规划署( u n e p ) 和世界野生 生物基金会( w f ) 于1 9 8 0 年3 月发表的世界自然保护大纲标志着可持续发展 思想的正式形成。该报告首次提到“可持续发展”一词，“强调人类对生物圈 的管理，使生物圈既能满足当代人的最大持续利益，又能保持其满足后代人需 求与欲望的能力”。之后有关概念和内涵的探讨逐渐增多，其中包括：在不超出 生态承载力的情况下，改善人类生活质量”。“；“在满足当代人需求的同时。 不损害后代人满足其自身需求的能力”，布伦特兰夫人”“；这一时期还有与可 持续发展意义相近的“生态发展”o ”等。国际上正式提出的可持续发展定义 从生态学角度描述，是指寻求一种最佳生态系统和土地利用空间形态，以支持 生态的完整性和人类愿望的实现，使环境持续性达到最大：从社会学角度描述， 是指在生存不超过维持生态系统承载能力的情况下，改善人类生活质量o ” 陈述彭。”指出，资源、环境的容限调控属于当代科学技术难题之一，它不 仅局限于工业化与城市化带来的污染，也不仅理解为自然环境与生态系统的良 性循环，更重要的是谋求人与自然协调、社会经济的可持续发展。刘传祥o u 也指出，可持续发展要以保护自然资源和环境为基础，同资源与环境承载力相 协调。因此，本文认为，生态承载力是可持续发展的支撑理论，生态环境是人 类赖以生存和发展的基础，社会经济的持续发展只有建立在生态系统的持续承 载能力之上，才有可能实现真正意义上的可持续发展。 2 2 国内外生态承载力理论研究综述 2 2 1 国外生态承载力研究综述 h o l l i n g 是较早提出生态承载力概念的学者它对生态承载力的定义是：生 态承载力是生态系统抵抗外部干扰，维持原有生态结构和生态功能以及相对稳 定性的能力。7 1 ” 从理论上讲，生态承载力是生态系统在不改变原有稳定状态的前提下所能 承受的干扰的强度，但在实际过程中，通过破坏某一生态系统原有的稳定状态 来测定生态承载力的代价是很大的，也是不现实的“因此，从一开始，数学 模型在生态承载力的研究中就占据了重要地位“”1 、分岔理论、随机景观模型 等是常用的方法n ”。 p e t e r s o n 应用随机景观模型研究了林火干扰对美国佛罗里达州北部森林 生态系统的影响，发现林火发生的频度和空间分布对森林生态系统的状态具有 重要影响；l u d w i g 等运用数学模型研究了病虫害干扰对北方针叶林生态系统影 响；w a l k e r “”1 对社会生态系统的生态承载力进行了研究，提出了社会生态系 统生态承载力分析的四个步骤： 第一步，系统分析，分析系统的主要生态过程、生态结构和组成要素： 第二步，干扰因素分析，对影响系统的各种干扰因素进行分析，确定那些 干扰因素决定了系统状态的变化； 第三步，生态承载力分析，对系统的生态承载力水平进行分析； 第四步，对策分析，针对承载力分析的结果，提出相应的对策。 i a nh s i m p s o n 【| ”火山灰的数年数据和历史文献的记录，重建了冰岛南部 地区的古环境，对公元8 7 4 年以来该地区的人类活动和土地退化的情况进行了分 析，研究结果表明，公元8 7 4 - 1 2 0 0 年期间，过度的放牧导致放牧强度超过区域 生态承载力，是这一地区土地退化的主要原因。 2 2 2 国内生态承载力研究综述 王家骥是国内较早开展生态承载力研究的学者，在黑河流域生态承载力估 测一文中“”，他第一次明确提出了生态承载力的概念，它对生态承载力的定义 如下：生态承载力是自然体系调节能力的客观反映。王家骥认为：地球上不同等 级的自然体系均具有自我维持生态平衡的功能，然而，自然体系的这种维持能 力和调节能力是有一定限度的，也就是有一个最大容载量( 承载力) ，超过最大 容载量，自然体系将失去维持平衡的能力，遭到摧残或归于毁灭。但生态系统 和物理系统有所不同。物理系统有一个承受点，或叫断裂点，外力超过断裂点 则稳定状态毁坏，不再回到最初状态；而对生命系统来讲，在超过断裂点之后， 系统将被新的平衡取代，由高一级别的自然体系( 如绿洲) 降为低一级别的自然 体系( 如荒漠) 。这主要是因为生命系统在条件变化时自身具有可调整能力，通 过繁殖、遗传变异、自然选择等可以适应这类变化，使自然体系具备恢复能力 这种观点与国外学者提出的生态系统多重稳定性的假设有相似之处。 在生态承载力的评价方法上，王家骥提出通过第一性生产力来确定系统的 生态承载力。生态承载力由于受众多因素和不同时空条件制约，直接模拟计算 十分困难。但是，特定生态地理区域内第一性生产者的生产能力是在一个中心 位置上下波动的，而这个生产力是可以测定的。同时可与背景( 或本底) 数较。 偏离中心位置的某一数值可视为生态承载力的闭值，这种偏离一般是由于内外 干扰使某一自然体系变化( 上升或下降) 成另一等级的自然体系，如由绿洲衰退 为荒漠，由荒漠改造成绿洲。因此，可以通过对自然植被净第一性生产力的估 测确定该区域生态承载力的指示值，而通过实测，判定现状生态环境质量偏离 本底数据的程度，以此作为自然体系生态承载力的指标。 高吉喜在可持续发展理论探索一生态承载力理论、方法与应用一书中 对生态承载力的基本理论和方法进行了全面探讨 1 9 1 高吉喜对生态承载力的 定义是：生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力及 其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。生态承载力由 资源承载力、环境承载力和生态弹性力三个部分构成。在生态承载力的特性方 面，作者继承了国内外一些学者的部分观点，认为生态承载力不是固定不变的， 人类可以通过相应的手段改善系统的生态承载力状况。以此为出发点，作者提 出了生态可持续调控的相关理论，并对生态可持续调控的原理、机制、方式、 模式进行了探讨。在书的后半部分，作者运用层次分析法，对黑河流域的生态 承载力状况进行了分析和估算。 张传国等在对绿洲系统的研究中，提出了绿洲系统“三生”承载力的概念， 即绿湘系统的生态一生产一生活承载力。在一系列文章中“5 “”，作者对 “三生”承载力的内涵、驱动因素和评价指标体系进行了深入探讨。研究中指 出，绿洲生态承载力是绿洲系统承载力的基础，是指在不危害绿洲生态系统的 前提下的绿洲资源与环境的承载能力和由资源和环境承载力决定的绿洲系统本 身所表现出来的弹性力大小。通过资源承载力、环境承载力和生态系统的弹性 力来反映。绿洲系统资源承载力的大小取决于绿洲系统中资源的丰富度、人类 对资源的需求以及人类对资源的开发利用方式。绿洲系统环境承载力的大小取 决与一定环境标准下的环境容量。绿洲生态系统的弹性力通过弹性力限度与强 度来反映，绿洲系统弹性力限度是指绿洲生态系统的缓冲与调节能力大小，而 弹性强度是指绿洲系统实际或潜在的承载能力大小。绿洲系统生态承载力以人 均水资源、人均耕地面积、人均自然资源综合指数、荒漠化指数、森林覆盖率、 “三废”处理率等主要指标表征和衡量。 李晓文、肖笃宁等在辽河三角洲滨海湿地景观研究中对生态承载力的定义 是在无狩猎等干扰下种群与环境所达到的平衡点，并将种群密度作为生态承载 力的衡量指标“”。在此基础上，提出了三种种群密度闽值：存在密度、容忍密 度和安全密度。根据研究目的的不同，可以将不同的密度阈值作为生态承载力 的阈值。存在密度是指仅由食物资源限制的非狩猎性种群的数量，以l o g i s t i c 模型表示则存在密度是处于饱和期的密度，此饱和期的密度即为生态承载力， 由于存在密度是生态密度的极点，所以种群质量和生境状况相对较差，种群的 繁殖率低；容忍密度是在以种内行为和生理机制为调节种群数量的主要机制时 生境可以维持的动物数量，在l o g i s t i c 模型中容忍密度是指处于曲线顶点处的 密度，容忍密度对占区动物具有特殊意义，处于容忍密度水平上，种群中所有 动物也许都处于良好的状态，或许存在等级性的差别，也就是说等级序位低的 和那些没有占区的动物的状况最差，这些个体的生殖率及存活率较低；安全密 度是在动物所需生境因子能够减轻捕食强度时，生境能够维持的动物数量，这 些需求因子为隐蔽物、隐蔽物的散布形式和空间格局，假如空间是限制因子， 则安全密度就是容忍密度，在安全密度之上，种群中个体间的社会不相容性可 能会使一些动物离开安全生境，则这些个体被捕杀的几率也就增高了。 除此以外，李金海以丰宁县为例，对生态承载力的概念和估测方法进行了 分析，研究了确定自然系统最优生态承载力的依据；王景福等以涪江流域绵阳 9 段为例，利用层次分析法和g i s 对该流域的生态弹性度、水资源承载指数、水环 境承载指数和水资源承载压力度进行分级评价，在此基础上，进一步对流域的 生态承载力进行了综合评价“”；白艳莹等运用生态足迹法对苏锡常地区的生态 承载力状况进行了分析* ” 2 2 3 现有承载力研究中存在的问题 作为一个相对新颖的概念，不同的学者对生态承载力的内涵有不同的看 法，在研究思路和研究方法上存在着差异。总体而言，国外学者研究的主要兴 趣集中于自然生态系统对火灾、放牧、捕猎、砍伐、收获等小尺度干扰的反应， 通过系统的生物多样性状况、食物网、食物链以及物质能量循环的定量研究在 种群、群落的尺度上对生态系统的承载力状况进行分析，生物多样性变化对生 态系统稳定性的影响、生态替代状态之间的转换及其触发因素、生境破碎化和 物种灭绝之间的定量关系等研究领域受到关注较多，研究工作细致“”1 国内学者则更多地从资源、环境的角度着手，在宏观尺度上分析社会一经 济一自然复合生态系统对人类活动的反应。 级观目前国内外生态承载力研究的现状，对生态承载力的研究大部分局限 于概念、内涵的探讨，虽提出了适应生态承载力的概念化模型，但目前还无法 通过这一模型对系统的生态承载力进行实际评价和测度。生态承载力在今后的 发展过程中，以下几个方面需要引起关注”： ( 1 ) 加强承载力的综合研究。国内外生态承载力研究实践表明，以单要素 承载力研究的局限性越来越突出，己不能适应生态系统资源开发与发展的要求， 以系统的观点，从综合多要素角度研究生态承载力是今后生态承载力研究的方 向和趋势。而且随着生态承载力研究的深入，生态系统各要素之间的相互广义 替代性研究将越来越受到重视。这就客观上要求加强交叉综合研究，从系统的 角度研究生态承载力问题。因此，生态承载力必将从单学科、单因子研究趋向 多学科合作，开展人口、资源、环境、发展多因素、多层次的交叉综合研究。 ( 2 ) 加强承载力的动态研究。为了提高生态承载力研究的科学性与实用性， 必须加强生态承载力的动态模拟研究，建立一套能反映生态承载力本质的模型 体系，实现对生态承载潜力的估算与动态交化过程的预测。生态承载力模型必 须能反映问题的本质，技术上可行，科学上有依据，要反映生态承载力问题的 多元性、非线性、动态性、多重反馈的基本特征。 ( 3 ) 生态阈值的确定。生态阈值是生态承载力概念模型的基础，生态承载 力所关注的核心是生态系统不同状态之间的转换，生态阈值对生态状态有两方 面的重要意义。首先，不同生态状态之间的区分和界定是以生态闽值为基础的， 只有通过一些状态指标阈值的确定，才能搞清楚系统究竟处于什么状态；第二， 生态状态之间的转变决定于干扰因素的阈值，当干扰超过某一阈值以后，系统 状态将发生根本转变。只有确定了系统的各种生态闽值，才能进一步考虑如何 1 0 对生态系统的承载力水平进行评价，进而提出相应的保护和管理对策。 ( 4 ) 加强城市生态承载力研究。目前，国内外学者很少将城市生态系统承