（环境科学专业论文）基于状态空间法的城市生态系统承载力研究——以西安市为例.pdf

( 5 ) 除1 9 9 0 年以外，1 9 9 1 2 0 0 3 年西安市城市生态系统始终处于一个相对 稳定的可载状态，但我们不能满足于过去的相对稳定状态，而是应该加大对环 境的投入力度，努力协调经济发展和环境保护，提高城市综合承载力。文中针 对西安市具体情况，提出提高综合承载力的相关对策。 关键词：承载力：城市生态系统；主成分分析；状态空间法；西安市 a b s t r a c t i nr e c e my e a r s ，t 1 1 es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e m 、a se x p e r i e n c i n gf 如mg e n e r a l c o n c 印t i o na n dq u a l i t a t i v er e s e a r c ht oq u a l l t i 协t i v er e s e a r c ht m i l s f b m a t i o n ，a i l dt l l e s y s t e mc a r r y i n g c a p a c i t yw a so n eo ft l l ec o r e si nr e s e a r c h i n gt l l ei n e a s u r e s 趾d a p p r a i s e sa b o u ts u s t a i n a b l ed c v e l o p m e n t t h ec i t ya sas o c i a l - e c o n o m i c a l n a t u r a l c o m p o u n ds y s t c m ，t l l eb i g g e s tc a r r y i n gc a p a c i t yw l l i c hm o v e st ot h eh 眦a i l i t yi sa q u e s t i o nw h i c ht h es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tr e s e a r c hc a i l i l o tb ea v o i d e d ，o n l yn l e n h a sw er c a l i z c dt i l eb 培g e s tc 锄了i n gc a p a c i t yo f u r b a l le c o s y s t e mw h i c hs u s t a i n c dt h e h u m a n t 吼a n di tc 锄f h n h e rd e t e m i n et l l er a t i o n a le x p l o i t a t i o ni n t e n s i 劬a l l dt 1 1 e n e s t a b l i s ht h ei n t e g r a t e ，p r a c t i c a la l l df b a s i b l es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n tp a n e m o nt h ef o u n d a t i o no fm ed o n l c s t i ca n df b r e i g nr e s e a r c hr e s u n s ，t l l i sp a p e rt o o k t h ei l r b a i le c o s y s t e ma sa no b j e c t ，i l l l i f i e dt h ec h a r a c t e r i s t i co fag 豫a tc o m p o t u l dw b a i l s y s t e m ，u s e dt h e 州n c i p l eo ft l i es t a t es p a c em e m o d ，a n dt 0 0 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 l l 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 l l e a s s e s 锄e n to f b a ne c o s y s t e mc 鲥了i n gc 印a c i 饥、0 r k e dh a r dt od e v o t eo n e s e l ft o x i a n e c o s y s t e mc a n y i n gc 印a c i t yd e m o n s t r a t i o nr e s e a r c h 丘o m1 9 9 0t o2 0 0 3 t h r o u g ht h es t u d yo f t l l e s ef 她e t s ，w ed r e wt h ef o l l o w i n gm 血c o n c l u s i o n s ： ( 1 ) a c c o r d i n gt o t h ex i a n e c o s y s t e mc h a r a c t e r i s t i c ，t o o k l er 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 l l 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 ti n d e x s y s t e m ，a l l dc o n s i d e r e de c o n o m y ，s o c i e 吼r e s o u r c e sa i l de n v i r o n m e n t 锄ds oo n w h i c hi n v o l v e s ，w r i t e rc o t l s m l c t e dt l l 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 gc 印a c i t y a p p r a i s a l i nx i a n ( 2 ) b e s i d e ss o c i e t ys u b s y s t e mc 跗_ y i n gc 印a c i t yw 鹪f i l l l - l o a d i n gs t a t ei n l 9 9 0 ， x i a n s o c i e t ys u b s y s t e mw 鹊u n d e r 1 0 a d i n gs t a t en d m1 9 9 1t o2 0 0 3 i no r d e rt o u n d e r s t 踟1 d ) ( i a i l sl o a d i n gs t a t em o r e ，a u t h o re s t a b l i s h e ds y s t e mc a y 证gc 印a c i t y r a t ef o r n l u l a ，趾d0 b t a i n e dn l a t a i l ss o c i e t ys u b s y s t e mc a 盯y i n gc 印a c 酊r a t e 舶m 1 9 9 0t o2 0 0 3w a sn u c t u a t e da 1 1t h m u g l l ，b u tt l l eu n d u l a t i o ni ss m a l l b ya 1 1 a l y z i n g f b m1 9 9 0t o2 0 0 3 ，w d t e ro b t a i n e dt h a tt h em a j o re f r e c t 毓t o r sw e r et h ec o n d i t i o n o f p o p u l a t i o na n dt e c h n i c a l ( 3 ) e c o n o m i c a ls u b s y s t e mc a 玎y i n gc 印a c i t yw 嬲o v e r 1 0 a d i n gs t a t e 舶m1 9 9 0 t o1 9 9 3i nx i a n ，a n di tc h a n g e dt ob e t t e rf a d u a l l y 丘d m1 9 9 4 ，t h ea c t u a lc a n 了i n g c 印a c i t ys t a r t e dt o b es m a l l e rt k mt h ei d e a lc a r r y i n gc 印a c i t y i no t l l e rw o r d s ， c a r r y i n gc a p a c i t yw a su i l d e r - l o a d i n g s t a t ef r o m1 9 9 4t o2 0 0 3o ne c o n o m i c a i s u b s y s t e mi nx i 孤c a n 了i n gc a p a c i t yr a t eo ne c o n o m i c a ls u b s y s t 咖w a sf l u c n j a t i o n i nx i 铀，a n di t sc o l l e c t i v i t yt e n d e n c y 、v a so nd s e b ya i l a l y z i n ga b o u te c o n o m i c a l s u b s y s t e mc 删n gc a p a c i t yi nx i a n ，a u t l l o ro b t a i n e dt h a tm 句o re 插tf a c t o r s 、e r e t h ec o n d i t i o no fe c o n o m i c a l d e v e l o p m e n t ， i n d u s t r i a ls t r u c t u r e ，a n d p o l l u t i o n d i s c h a r g e s ( 4 ) e n v i m n m e n t a ls u b s y s t e mc a n y i n gc 印a c i t yw a s 吼d e r - l o a d i n gs t a t ef r o m 1 9 9 0t o2 0 0 3i nx i a n ，a f i dt h cs t a t eo f c 锄了i n gc a p a c i t yr a t ew a sn u c t u a t i o na l l i o n g ， t h er a n g ei sb i g a c c o r d i n gt os o m ec o r f e i a t i o ni n f o m l a t i o n ，x i a ng o v e m m 曲tw a s e n l a r g i n gt i ef a t h c rd e g r e eo f e c o l o 萄c a le n v i r o n m e n ts i n c et h e9 0 sw t l i l ed e v e l o p e d e c o n o m yq u i c k l 弘t t l r o u g hm o r et l l a t l1 0y e a r se n d e a v o r i tc n o 珊o u s l ye n h a i l c e dt h e l o a d i n gl e v e lo fe n v i r o 胁e n t a ic a r r y i n gc 印a c i t yi nx i l a n s ot l l ee n v i r o 眦l e n t a l s u b s y s t c mc a r r y i n gc 印a c i t yw a sl u l d e r - l o a d i n gs t a t e 硒m1 9 9 0t o2 0 0 3 ，a n dt l l i s c o n d “i o nc o b n n st ot h es u s t a i n a b i ed e v c l o p m e n tt e n d e n c y b ya n a l ) ，z i i i ga b o u t e n v i r o n n l e n t a ls u b s y 啦mc a 玎y i n gc 印a c i t yi n ) ( i 锄，a u t h o ro b t a i n e dt h a tt h em 耐o r e 舵c tf 她t o r sw e r et 1 1 ec o n d i t i o no fc n v ir o 】椭e n t a lp 0 1 l u n o nf a t h e ra n de c o l o g i c a l e n v i r o 眦e n tp r o t e c t i o n ( 5 ) b e s i d e sm ec 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 ei n l9 9 0 ，t l l ec a r r y i n g c 印a c i t yo nt h ew h o l eu r b a i le c o s y s t e m 聃忸su n d e r _ l o a d i n gs t a _ t ei nx i a nf 如ml9 9 1 t o2 0 0 3 b u tw ec o u l dn o ts a t i s 母t h er e l a t i v e l ys t a b l es t a t e ，w es h o u l de n l a r g et l l e i r l v e s t n l e n tt o 白m e rm ee n v i r o m e m ，a n dc o o r d i n a t em ee c o n o m i c a ld e v e l o n r n e n t a 1 1 dt l ee n “r o l 埘e n l a lp f o t c c t i o na l lo u rb c s tt of h r t h e re t l l l a n c et h eu r b a n c o m p r e h e n s i v ec a n _ y i i 】gc a p a c i t yi nx i a 1 1 i nt l l ee n do f l i sp a p e r ，a u t h o rp m p o s e d s o m ec o r r e l a t i o nc o u n t e 咖e a s u r ei nv i e wo f t l l es d e c i a ld e t a i l si nx i a 1 1 k e ) r s c a n y i n gc a p a c i t y ；u r b a ne c o s y s t e m ；m ep 血c i p l ec o m p o n e n ta n a l y s i s ；s 协托 s p a c ei n d i ca _ t o r s ；x i a l lc 埘 v 1 选题依据 1 1 研究背景 第一章引言 近年来，可持续发展j 下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( c a r e ydi ，1 9 9 3 ) 【l 】。 区域社会经济自然复合生态系统对人类活动的最大承载能力是可持续发展研 究不可回避的问题，只有搞清楚了系统对人类活动的最大承受能力，才能进一 步确定合理的开发强度，进而制定出完整的、切实可行的社会经济可持续发展 移l 式( c o m m o nme t 烈，1 9 9 2 ；d a i l yg ce ta l 。1 9 9 6 ) 【2 ，引。 基于此，2 0 世纪7 0 年代以来，各种类型的承载力研究一直受到全球的广 泛关注，生态承载力研究开展的时间虽然不长，但由于其在一定程度上弥补了 以往资源承载力、环境承载力研究的不足，逐渐吸引了越来越多的学者的关注。 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。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【4 】。 当前，建设人与自然和谐共处的生态城市是人类的共同理想。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。其目 标是建立经济发达、生态高效的产业，体制合理、社会和谐的文化，生态健康、 景观适宜的环境，促进城市结构的有机藕合、完善城市的新陈代谢、增强城市 功能，实现城市经济腾飞与环境保护、物质文明与精神文明、自然生态与人类 生态的高度统一与可持续发展1 5 】。 西安是我国西部发展的重点城市之，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，西安经济发 展速度的加快，城市化水平的提高，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 2 研究意义 ( 1 ) 生态承载力是可持续发展的重要判据。承载力的概念是建立在可持续 发展基础之上的。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。 ( 2 ) 生态承载力的不断提高是实现可持续发展的必要条件。一个区域的发 展必定是以消耗一定的物质资源以及排放一定的污染物为基础的。从生态承载 力的角度看，这种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。毫无疑问，较高的生态承载力表明具有较丰富的资源、较大环境 容量、较为适宜的人口规模以及较好的经济环境和较高的科技含量。所以，提 高生态承载力，才能使可持续发展成为可能。 ( 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【6 】。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， 将有助于深入认识西安市人类活动对生态系统的影响，了解西安市乃至整个关 中地区生态环境的历史演变、现状和发展趋势，从而为西安市的可持续发展提 供决策依据。此外，通过西安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。 2 研究内容与框架 2 1 研究内容 ( 1 ) 西安市经济、社会、环境特征 ( 2 ) 西安城市生态系统承载力指标体系建立 ( 3 ) 西安城市生态系统承载力评价 ( 4 ) 西安城市生态系统承载力提高对策 2 2 研究方法 本论文采用的主要研究方法包括实地调研、典型问题调研、文献( 资料) 综 合分析、数理统计分析以及过程模拟、趋势预测等。 首先采用主成分分析方法确定指标权重，接着采用状态空间点法对西安城市 生态系统承载力作了系统的评价。 2 3 技术路线 图1 1 论文研究的技术路线 第二章理论支撑及国内外研究进展 1城市生态承载力研究的理论支撑 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( 1 9 8 4 ) 【7 】、王如松( 1 9 8 8 ) 【8 】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 一j 。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- 转化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【”。 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( e c o l o g i c a le x h a u s t i o n ) 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( s y s t e mr e c o g l l i t i o n ) ，城市社会、经济和环境间复杂的耦合关系 ( c o u p l i n gc o n n e c t i o n ) ，各子系统信息反馈( i n f o m l a t i o nf b e d b a c k ) 及时、准确， 4 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【7 】，如表2 1 ： 表2 1 城市生态系统辨识的指标体系 过程指标标尺 目的 组 类别 人口资源环境辨识优 人口总数、密度、结 水源、能源、物地形、地貌、气候、 分 构动态、科技水平、 资、十地、矿产植被、地质、水文、 空载势( 利导 管理水平、文化水供给能力、交通市场、政策、土地 i 因子) 与辨 内容 平、道德水平、居住 运输量、食品生 识密度、建筑密度、交产能力超载劣势( 限 通密度、产值密度、 投资密度 制因子) 综合 指标 人类活动强度资源承载能力环境容量 类别生活 生产 环境质量辨识效 收入、供应、住房、固定资产产出水体污染物超标 功 服务、健康水平、教率、劳动生产率、率、人气污染物超 益与损 效 育质量、文化水平、资金周转率、产标率、噪音强度、 高序失 安全水平、交通便利值利税率、能源植被覆盖率、鸟类 i 辨 内容 度、设施便利度、闲消耗系数、物耗栖息率、景观适宜 暇时间系数、水资源消度、自然灾害频率 识 耗系数 低序 综合 指标 生活质量 经济效益环境有序度 类别物理事理 情理良性辨识机 过 物质投入产山比、能+ 地利用、基础生活吸引力、生产 循环 程 量投入产山比、水循设施、产业结构、吸引力、依赖性指 i 会与风 辨 识 内容 环利用率城乡关系比例、数、反馈灵敏度、 险 多样性指数生态意识 综合 恶性 指标生态滞竭指数生态协调指数自我调控能力 循环 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( 2 0 0 1 ) 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【】。 本文认为，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( 矿产资源、生物资源、气候资源、水资源等) 以及其环境的纳污能力 具有一定限度( 承受度) ，即一定组成和结构的生态系统( 弹性度) ，对于社会 经济的发展支持能力( 压力度) 有一个阈值，这个阈值即为生态承载力。 城市生态承载力的落脚点是人类社会的经济活动( 承载对象) ，生态承载力 质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，通过探讨社会经济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【l “。 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。 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( 如人口流) 。余丹林【1 2 l 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。 6 1 4 可持续发展理论 随着世界范围内城市化的迅速发展，人口密集、交通拥挤、环境污染、绿 地紧缺已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、人口剧增、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( r c a r s o n ) 寂静的春天【1 3 】、英国哥德史 密斯( e g o l d 锄i m ) 生存的蓝图f 1 4 】、罗马俱乐部福罗斯特( j w f o r r e s t e r ) 和米都斯( d l m e a d o w s ) 增长的极限【1 5 】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 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e 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”( i u c n u n e p w w f ，1 9 9 1 ) 【16 】； “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( o 、l rc o m m o nf 曲j r e ，1 9 8 7 ) 1 1 7j ；这一时期还有与可持续发展意义相 近的“生态发展”( c l s e r ，1 9 8 4 ) 州等。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【1 9 1 。 陈述彭【2 0 ( 1 9 9 5 ) 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( 1 9 9 6 ) 【2 l 】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 国内外生态承载力理论研究综述 2 1 国外生态承载力研究综述 生态承载力在国外文献中一般称为e 1 0 9 i c a lr e s i l i e n c e ”，含义相近的概念 有e c o l o g i c a lp e r s i s t e n c e ”和“e c o l o g c i a lr e s i s t c n c e ( v o l k e rg r i m ma n dc m s t i 锄 w i s s e l ，1 9 9 7 ) ，但“e c o l o g i c a lr e s i l i e n c e 的应用最为广泛。此外，“c a n y i n g c 印a c 时”也具有承载力的含义，但和“e c o l o 舀c a lr e s i l i e n c e ”的含义有所差别， “c a r r y i n gc a p a c i 巧一般特指资源承载力，一般用于表达一定数量的资源所能承 载的最大生物个体或人口数量。常常应用于草地管理、自然资源管理等研究领 域。“e c o l o g i c a lr e s i l i e n c e ”是资源承载力的进一步发展，其涉及的范围不仅仅局 限于资源，更加侧重于描述生态系统对干扰的承受能力。 h o i l i n g ( s h o n i n g ，1 9 7 3 ) 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 g t l l l d e r s o n 2 0 0 0 ) 【2 2 2 3 2 4 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( p e t e r s o n ，gd 2 0 0 2 ) 【2 5 1 。 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 ( h o l l i n g 1 9 7 3 ，l u d 、i ge ta 1 1 9 9 7 ，c a l p e n t e re ta 1 1 9 9 9 ) 【2 t 2 7 1 、分岔理论 ( b i a t i o n1 1 1 e o r y ) 、随机景观模型( s t o c h a s t i cl 孤d s c a p em o d e l s ) 等是常用 的方法( 砌n a l d ia n ds c h e 脆r 2 0 0 0 ) 【2 8 】。 p e t e r s o n( p e t e r s o n ，gd 2 0 0 2 ) 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 、i g 等( l u d w i gd ，d d j o n e s ，a i l d c s h o n i n g 1 9 7 8 ) 运用数学模型研究了病虫害干扰对北方针时林生态系统影 响；w a l k e r ( w i l k e re ta 1 2 0 0 2 ) 【2 9 】对社会生态系统( s o c i a l e c o l o g i c a ls y s t c m s ) 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 i la s i m p s o n ( i a i l a s i m p s o n ，2 0 0 1 ) 【3 0 】火山扶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 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( 王家骥，2 0 0 0 ) 【3 l 】，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) 数据 进行比较。偏离中心位罱的某一数值可视为生态承载力的阈值，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。 9 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( 高吉喜，2 0 0 1 ) 【lo j 。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， 即绿洲系统的生态生产生活承载力。在一系列文章中( 张传国，2 0 0 2 ；方创 琳，张传国，2 0 0 3 ；张传国，方创琳，全华，2 0 0 2 ；张传国，刘婷，2 0 0 3 ) 【3 2 ，3 3 j 4 ，3 ”， 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渊系 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( 李晓文等，2 0 0 1 ) f 3 6 1 。在此基础上，提出了三种种群密度阈值： 存在密度( s u b s i s t e n c ed e n s 姆) 、容忍密度( t o l e r a n c ed e n s i t y ) 和安全密度 ( s e c u r i t yd e n s i t y ) 。根据研究目的的不同，可以将不同的密度阈值作为生态承 1 0 载力的闽值。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 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，进步对流域 的生态承载力进行了综合评价【3 7 】；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【3 刖。 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更是差别巨大。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( a m i t r a i e e t a b a 诅b ”l ，1 9 9 8 ；e l l r l i c hp ，1 9 8 1 ；g a h yp e t e r s o n ，2 0 0 0 ；g a 町d p e t e r s o n ， 2 0 0 2 ：j 锄e b e n 舀s s o ne ta l ，2 0 0 2 ；j o h n m a 1 1 d c r i e sc t a l ，2 0 0 0 2 ；j o l l l l a l u d 、v i g a e t a l ，2 0 0 1 ；m i r y l p a r k c r ，2 0 0 2 ；w 甜k c r b ，1 9 9 2 ；w h l k e r b ，1 9 9 5 ) 【3 9 ，4 0 4 1 ，4 2 】； 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经济自 然复合生态系统对人类活动的反应( 高吉喜，