彭威　陳明　袁勝平

摘要：以武漢市為研究對象，基于P-S-R模型構建指標體系，確定武漢市生態(tài)承載力的定量指標，進而構建城市生態(tài)承載力評價模型，包括城市生態(tài)支持力模型、城市生態(tài)壓力模型、城市生態(tài)承載力模型，利用構建的評價指標體系和模型綜合評價了2005-2014年武漢市生態(tài)系統(tǒng)承載力狀況。結果表明，2005-2014年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平先在一個良好的狀態(tài)下保持穩(wěn)定，然后下降到很低的水平，最后有緩慢回升的趨勢。其中，2005-2010年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平穩(wěn)定在一個良好狀態(tài)；2011-2014年，生態(tài)承載力表現(xiàn)為超負荷，隨后武漢市積極改變經濟發(fā)展方式和調整產業(yè)結構，生態(tài)系統(tǒng)得到一定修復，生態(tài)承載力有了回升的趨勢。

關鍵詞：生態(tài)承載力；綜合評價；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號：X826 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2018）03-0036-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.009

Abstract： Taking Wuhan city as the research object， based on the P-S-R （Pressure-State-Response） model， the quantitative indicators of the ecological capacity in Wuhan city was determined，and then the urban ecological carrying capacity evaluation model was build， including urban ecological support model，urban ecological pressure model，urban ecological capacity model. Then the evaluation index system and model were used to evaluate the carrying capacity of ecosystem in Wuhan form 2005 to 2014. The results showed that，from 2005 to 2014，the comprehensive level of ecological carrying capacity of Wuhan was stable in a good state，then dropped to a very low level，and finally had a tendency to rise slowly. From 2005 to 2010，the comprehensive level of ecological carrying capacity of Wuhan was stable in a good condition. From 2011 to 2014，the ecological carrying capacity showed overload，then Wuhan actively changed the mode of economic development and adjusted the industrial structure，the ecological system was fixed，and the ecological carrying capacity had a tendency to rise.

Key words： ecological carrying capacity； comprehensive evaluation； sustainable development； Wuhan city

生態(tài)承載力是生態(tài)系統(tǒng)在一個區(qū)域正常發(fā)展過程中對社會經濟協(xié)調關系的可持續(xù)承載，是生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我調節(jié)以及自我發(fā)展的能力，并且是制約區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要因素之一[1]。21世紀，可持續(xù)發(fā)展已成為國家發(fā)展重要戰(zhàn)略目標[2]，因此評價區(qū)域生態(tài)承載力對區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護尤為重要，并越來越受到學術界的關注。生態(tài)承載力的研究最早可追溯到馬爾薩斯的由種群承載力構建了承載力框架的人口增長理論，隨后研究理論從以往的單一要素研究方式逐漸轉向整個系統(tǒng)[3]。國外的生態(tài)承載力研究大多是與種群生態(tài)學聯(lián)系在一起的。Smaal等[4]和Andrew等[5]給出的生態(tài)承載力定義都是指在現(xiàn)有狀況下生態(tài)系統(tǒng)所能容納的最大種群數量。國內學者開始進行生態(tài)承載力研究是在20世紀90年代，主要從人口、土地和資源的承載力展開研究，并提出相關的生態(tài)承載力概念。即“生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調節(jié)能力，是指生態(tài)系統(tǒng)所提供的資源和環(huán)境對人類社會系統(tǒng)良性發(fā)展的一種支持能力，是自然體系維持和調節(jié)系統(tǒng)能力的閾值”[6-11]。

基于前人的研究基礎和區(qū)域實際應用的需求，本研究以武漢市為例，采用均方差法對武漢市生態(tài)承載力綜合評價進行權重賦值，并用承載指數、壓力指數和承載壓力度指數來定量描述城市生態(tài)承載力的承載水平，對武漢市2005-2014年城市生態(tài)系統(tǒng)的支撐力系統(tǒng)、壓力系統(tǒng)、城市生態(tài)系統(tǒng)承載力進行計算，綜合評價了武漢市生態(tài)承載力，以期為指導城市總體規(guī)劃，合理使用資源，促進武漢生態(tài)建設和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況、數據來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武漢市地處江漢平原東部，位于東經113°41′-115°05′，北緯 29°58′-31°22′，屬北亞熱帶季風性濕潤氣候，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高溫、降水集中，冬季稍涼濕潤等特點[12]。全市總面積8 494.41 km2，其中水域面積為2 217.6 km2，占市域面積的25.8%，水能資源豐富，江河縱橫，湖泊眾多。植被類型為常綠闊葉林和落葉闊葉林組成的混交林。截至2010年，武漢市濕地面積3 358.35 km2，占全市總面積的39.54%，土壤種類繁多，共有8個土類、17個亞類、56個屬、323個土種，礦產資源分布集中，地域特色明顯，以建材類和冶金輔助原料類等非金屬礦為主。截至2014年，武漢市人口達到了1 033.80萬人，GDP首次突破萬億元，在全國排名第八。由于人口的快速增長和社會經濟的高速發(fā)展，導致了資源短缺、環(huán)境污染和生態(tài)破壞等問題日益凸顯[13，14]，嚴重制約城市的可持續(xù)發(fā)展?？梢娢錆h城市生態(tài)系統(tǒng)結構復雜，功能多樣，受到人類活動的強烈影響，研究武漢生態(tài)承載力，為武漢的可持續(xù)發(fā)展和相關政策制定提供參考。

1.2 數據來源

數據主要來源于武漢市統(tǒng)計年鑒（2006-2015年），部分數據來源于武漢市水資源公報（2006-2015年）。另外還有一些數據是利用統(tǒng)計數據計算得出的，如人均耕地面積和人均土地面積。

1.3 研究方法

1.3.1 指標體系的構建及標準化處理 武漢市生態(tài)承載力綜合評價指標體系采用“壓力-狀態(tài)-響應” （Pressure-State-Response，P-S-R）模型。P-S-R模型由加拿大統(tǒng)計學家Rapport和Friend最先提出，后來由經濟合作和開發(fā)組織（OECD）與聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于20世紀80年代末共同提出用于研究環(huán)境問題的框架體系，P-S-R模型綜合考慮了社會、經濟、資源和環(huán)境，可以為可持續(xù)發(fā)展提供理論框架[15]。在P-S-R框架體系內，環(huán)境問題可以表述為3個相互聯(lián)系但不同的指標類型，即壓力指標、狀態(tài)指標和響應指標。其中，壓力指標用以衡量由于人類行為而導致的生態(tài)系統(tǒng)的變化；狀態(tài)指標用于表示當前生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)；響應指標是表示人們?yōu)榱丝沙掷m(xù)發(fā)展采取的措施。在建立P-S-R模型時，由于可選取的指標很多，指標之間可能存關聯(lián)和重疊，且指標間差異性也很大，指標的單位不便統(tǒng)一，導致指標選取的不合理和不準確。但是該模型具有很強的系統(tǒng)性，對構建指標體系具有參考性。

在建立指標體系的過程中，構建了包括目標層、準則層、因素層和指標層的武漢市生態(tài)承載力綜合評價指標體系。其中項目層是由反映武漢生態(tài)承載力的支持力系統(tǒng)和壓力系統(tǒng)組成，支持力系統(tǒng)是由P-S-R模型的響應指標和狀態(tài)指標構成，壓力系統(tǒng)是由P-S-R模型的壓力指標構成；因素層是由反映每個評價指標的具體影響因素構成；指標層是由各種影響因素的具體評價指標構成。支持力系統(tǒng)包括年降水量、年平均氣溫、建成區(qū)綠地覆蓋率、人均土地面積、人均耕地面積 、工業(yè)煙塵去除率、工業(yè)固體廢物綜合利用率；壓力系統(tǒng)包括人口密度、人均GDP、GDP能耗、GDP取水量、工業(yè)固體廢棄物產生量、廢氣排放總量、廢水排放量等。最終構建的指標體系如表1所示。

根據指標的屬性不同，一般分為效益型和成本型兩類，其中效益型指標是指屬性越大對系統(tǒng)越有利的指標；成本型指標是指屬性越小對系統(tǒng)越有利的指標。

1.3.2 評價指標的權重確定 根據確定評價指標權重時數據的來源不同，一般將權重的確定方法分為主觀賦權法和客觀賦權法兩種。主觀賦權法主要是由專家根據個人經驗判斷該指標的重要程度，這種方法人們研究較早，也較為成熟，主觀性強，但是忽略了指標間與系統(tǒng)內在聯(lián)系，只注重它對于研究的貢獻度，如AHP法、Delphi法等?？陀^賦權法的原始數據是由各指標在評價中的實際數據組成，它不依賴于人的主觀判斷，因而此類方法客觀性較強，如變異系數法、均方差法等[16-18]。客觀賦權方法是以原始數據作為賦權的基準，客觀地從中提取信息。但是該方法只注重各個指標間的與系統(tǒng)內的作用，忽略了它對于研究的貢獻度，所以會造成一定的誤差。因為影響生態(tài)承載力的因素是多方面的，做研究時需要從中選取最有代表性的因素，并去除重復性因素。均方差權重決策法可以在一定程度上避免要素選擇的重復和遺漏。本研究采用均方差法對武漢市生態(tài)承載力綜合評價進行權重賦值，權重的計算結果見表3。由表3可以看出，人口密度、工業(yè)固體廢棄物產生量和廢水排放量的權重較高，說明人口增長和環(huán)境污染給城市生態(tài)系統(tǒng)帶來的壓力較大。

1.3.3 武漢市生態(tài)承載力評價模型的構建 采用承載指數、壓力指數和承載壓力度指數來定量描述城市生態(tài)承載力的承載水平。承載指數代表城市生態(tài)系統(tǒng)的客觀承載能力大小；壓力指數代表經濟發(fā)展、社會進步對資源和環(huán)境所產生的壓力[19，20]。用公式表示生態(tài)系統(tǒng)的承載指數的方式如下：

城市生態(tài)系統(tǒng)的承載狀況通過生態(tài)系統(tǒng)承載指數和生態(tài)系統(tǒng)壓力指數共同反映。承載指數越大，表示生態(tài)系統(tǒng)承載力越大；壓力指數越大，表示生態(tài)系統(tǒng)所受壓力越大，生態(tài)系統(tǒng)承載力越低。承載壓力度指數是用于表示生態(tài)系統(tǒng)總體承載狀況，分析承載壓力度指數可以知道超載的原因，從而提出相應的措施。

1.3.4 生態(tài)承載力分析評價基準的確定 采用均勻分布函數來擬定分級評價標準，對生態(tài)承載力進行綜合分級評價，各個系統(tǒng)的分級評價標準見表4。

2 結果與分析

2.1 支持力子系統(tǒng)評價

支持力子系統(tǒng)的綜合評價值是用承載指數來表示的，用所提出的判定模型通過公式分別算出武漢市2005-2014年各年度的承載指數。從表5可以看出，2005、2006、2007、2008、2009、2013、2014年武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)的支持力都為中等，2010年武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)的支持能力較高，2011、2012年武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)的支持能力為低等。2005-2010年，承載指數在0.495 3～0.673 2波動，且呈上升的趨勢，說明武漢市環(huán)境治理較好和資源分配合理，使得武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)的支持能力向好的趨勢發(fā)展，且2010年武漢市承載系統(tǒng)的支持能力達到最大；2011-2013年承載指數由最低的0.319 7一直上升到0.489 0，2014年又下降到了0.449 7。在此期間，通過觀察數據可知，承載指數突然由2010的0.673 2降到了2011年的0.319 7，是由于武漢市的人口突然劇增，導致武漢市資源供給不足和浪費嚴重。2011-2013年，承載指數呈上升趨勢，表明武漢市為應對突增的人口，采取了降低污染物的排放、提高生產效率等比較有用的措施，使得武漢承載系統(tǒng)的支持力提高；2014年承載指數下降到0.449 7，說明武漢市提高環(huán)境治理效率的辦法已不能滿足武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)支持力上升的需求。總體來說，在2005-2014年，武漢市承載系統(tǒng)的支持力上升、下降、上升、然后再下降，說明了武漢市一直在采取措施去提高武漢市承載系統(tǒng)的支持力，去緩解由于人口劇增和資源不足帶來的矛盾。

2.2 壓力子系統(tǒng)評價

壓力子系統(tǒng)的綜合評價值是用壓力指數來表示的，用所提出的判定模型通過公式分別算出武漢市2005-2014年各年度的壓力指數。從表6可以看出，2005-2009年武漢市生態(tài)承載系統(tǒng)的壓力為低等，2010年武漢市承載系統(tǒng)的壓力為中等，2011-2014年武漢市承載系統(tǒng)的壓力較高?？傮w來說，2005-2014年武漢市承載系統(tǒng)的壓力一直呈上升的趨勢。其中，在2005-2010年期間，武漢市承載系統(tǒng)的壓力增長的比較緩慢，說明武漢市對于環(huán)境的破壞在一個較為合理的范圍內，武漢市采取的一些環(huán)境治理和自身的生態(tài)調節(jié)能夠在一定程度上遏制由于經濟的發(fā)展帶來的環(huán)境污染、資源浪費和資源不足的問題；在2010-2014年期間，由于在2010年人口開始劇增，突然增加的資源消耗和廢物排放導致了武漢市承載系統(tǒng)的壓力增長加快。

2.3 承載壓力度指數評價

承載壓力度指數評價是用壓力指數和承載指數的比值進行的定量評價，它反映了生態(tài)承載力的客觀支持能力大小與承載對象壓力大小之間的關系。從表7可以看出，2005-2010年武漢市生態(tài)系統(tǒng)承載均為低負荷，說明在當時的人口和經濟發(fā)展背景下，其生態(tài)環(huán)境容量相對盈余；2011-2014年生態(tài)系統(tǒng)承載均超負荷，說明由于2010年的人口劇增帶來的資源消耗過快、廢物產生和排放增加等一系列問題，破壞了武漢市生態(tài)環(huán)境。但是，在2011-2013年期間，承載壓力度指數在慢慢減小，說明了武漢市的節(jié)能減排、控制人口和環(huán)境保護規(guī)劃等一系列措施減緩了武漢市生態(tài)環(huán)境破壞的速度；2014年，承載壓力度指數在增加，但是沒有超過2011年，說明盡管武漢市采取了一系列措施去保護生態(tài)環(huán)境，但是由于人口的壓力太大，措施的實施力度不夠，使得武漢市的生態(tài)環(huán)境破壞速率沒有得到很好的抑制。

2.4 生態(tài)承載力綜合評價

生態(tài)承載力綜合評價是通過承載壓力度指數來反映的，兩者呈負相關關系。在對支持力子系統(tǒng)和壓力子系統(tǒng)分別評價的基礎上，綜合考慮這兩個子系統(tǒng)對整個城市區(qū)域系統(tǒng)的影響，進而對城市區(qū)域的生態(tài)承載力進行綜合評價，最后的評價結果見表8。由表8可知，2005-2010年，武漢市是在一個平穩(wěn)的狀態(tài)下發(fā)展，生態(tài)承載系統(tǒng)的支持力和壓力都相對比較低，且生態(tài)系統(tǒng)承載均是低負荷，生態(tài)環(huán)境容量相對盈余；自2011年后，由于人口壓力、資源浪費和污染排放等一系列問題的加重，生態(tài)環(huán)境受到破壞，武漢市承載系統(tǒng)的壓力一直處于較高的狀態(tài)，而支持力由2011年的最低緩慢上升，生態(tài)系統(tǒng)承載一直處于高負荷狀態(tài)，導致生態(tài)承載力降低，但是武漢市在2011年出臺了《武漢市“十二五”生態(tài)環(huán)境保護規(guī)劃》等一系列的保護措施，減緩了生態(tài)系統(tǒng)被破壞的速率。

3 結論

2005-2014年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平先在一個良好的狀態(tài)下保持穩(wěn)定，然后下降到很低的水平，最后有緩慢回升的趨勢。由2011-2014年觀察數據得知，由于武漢市人口劇增、社會經濟發(fā)展、資源利用、環(huán)境污染等因素導致生態(tài)承載力表現(xiàn)為超負荷，生態(tài)系統(tǒng)受到一定程度的破壞，之后隨著武漢市產業(yè)結構的調整，節(jié)能減排措施的實施以及環(huán)境的綜合治理，生態(tài)系統(tǒng)得到一定修復，武漢市生態(tài)承載力有緩慢回升的趨勢，但是武漢市的經濟、社會發(fā)展速率有所下降。因此，武漢市必須堅持生態(tài)保護與經濟發(fā)展并重的方針，把提高生態(tài)承載力作為首要任務，積極改變經濟發(fā)展方式和調整產業(yè)結構，并以生態(tài)理念指導城市規(guī)劃建設，以循環(huán)經濟為核心建設生態(tài)經濟體系，以生態(tài)文明為指導營造生態(tài)氛圍，重視生態(tài)技術的開發(fā)與應用，加強環(huán)境污染的綜合防治，嚴格控制人口增長，加大宣傳力度，增強市民的生態(tài)意識，從而提高城市綜合生態(tài)承載力，實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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