武漢市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)

彭威　陳明　袁勝平

摘要：以武漢市為研究對(duì)象，基于P-S-R模型構(gòu)建指標(biāo)體系，確定武漢市生態(tài)承載力的定量指標(biāo)，進(jìn)而構(gòu)建城市生態(tài)承載力評(píng)價(jià)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(gòu)建的評(píng)價(jià)指標(biāo)體系和模型綜合評(píng)價(jià)了2005-2014年武漢市生態(tài)系統(tǒng)承載力狀況。結(jié)果表明，2005-2014年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平先在一個(gè)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(shì)。其中，2005-2010年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平穩(wěn)定在一個(gè)良好狀態(tài)；2011-2014年，生態(tài)承載力表現(xiàn)為超負(fù)荷，隨后武漢市積極改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，生態(tài)系統(tǒng)得到一定修復(fù)，生態(tài)承載力有了回升的趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：生態(tài)承載力；綜合評(píng)價(jià)；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號(hào)：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：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(gè)區(qū)域正常發(fā)展過程中對(duì)社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)關(guān)系的可持續(xù)承載，是生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我調(diào)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(jì)，可持續(xù)發(fā)展已成為國(guó)家發(fā)展重要戰(zhàn)略目標(biāo)[2]，因此評(píng)價(jià)區(qū)域生態(tài)承載力對(duì)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展和環(huán)境保護(hù)尤為重要，并越來越受到學(xué)術(shù)界的關(guān)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(gòu)建了承載力框架的人口增長(zhǎng)理論，隨后研究理論從以往的單一要素研究方式逐漸轉(zhuǎn)向整個(gè)系統(tǒng)[3]。國(guó)外的生態(tài)承載力研究大多是與種群生態(tài)學(xué)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(shù)量。國(guó)內(nèi)學(xué)者開始進(jìn)行生態(tài)承載力研究是在20世紀(jì)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(guān)的生態(tài)承載力概念。即“生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調(diào)節(jié)能力，是指生態(tài)系統(tǒng)所提供的資源和環(huán)境對(duì)人類社會(huì)系統(tǒng)良性發(fā)展的一種支持能力，是自然體系維持和調(diào)節(jié)系統(tǒng)能力的閾值”[6-11]。

基于前人的研究基礎(chǔ)和區(qū)域?qū)嶋H應(yīng)用的需求，本研究以武漢市為例，采用均方差法對(duì)武漢市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行權(quán)重賦值，并用承載指數(shù)、壓力指數(shù)和承載壓力度指數(shù)來定量描述城市生態(tài)承載力的承載水平，對(duì)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(jìn)行計(jì)算，綜合評(píng)價(jià)了武漢市生態(tài)承載力，以期為指導(dǎo)城市總體規(guī)劃，合理使用資源，促進(jìn)武漢生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 研究區(qū)概況、數(shù)據(jù)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(jīng)113°41′-115°05′，北緯 29°58′-31°22′，屬北亞熱帶季風(fēng)性濕潤(rùn)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(rùn)等特點(diǎn)[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(gè)土類、17個(gè)亞類、56個(gè)屬、323個(gè)土種，礦產(chǎn)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(dá)到了1 033.80萬人，GDP首次突破萬億元，在全國(guó)排名第八。由于人口的快速增長(zhǎng)和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，導(dǎo)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(yán)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(jié)構(gòu)復(fù)雜，功能多樣，受到人類活動(dòng)的強(qiáng)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(guān)政策制定提供參考。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)主要來源于武漢市統(tǒng)計(jì)年鑒（2006-2015年），部分?jǐn)?shù)據(jù)來源于武漢市水資源公報(bào)（2006-2015年）。另外還有一些數(shù)據(jù)是利用統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)計(jì)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(biāo)體系的構(gòu)建及標(biāo)準(zhǔn)化處理 武漢市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系采用“壓力-狀態(tài)-響應(yīng)” （Pressure-State-Response，P-S-R）模型。P-S-R模型由加拿大統(tǒng)計(jì)學(xué)家Rapport和Friend最先提出，后來由經(jīng)濟(jì)合作和開發(fā)組織（OECD）與聯(lián)合國(guó)環(huán)境規(guī)劃署（UNEP）于20世紀(jì)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(huì)、經(jīng)濟(jì)、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(nèi)，環(huán)境問題可以表述為3個(gè)相互聯(lián)系但不同的指標(biāo)類型，即壓力指標(biāo)、狀態(tài)指標(biāo)和響應(yīng)指標(biāo)。其中，壓力指標(biāo)用以衡量由于人類行為而導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)的變化；狀態(tài)指標(biāo)用于表示當(dāng)前生態(tài)系統(tǒng)的狀態(tài)；響應(yīng)指標(biāo)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(shí)，由于可選取的指標(biāo)很多，指標(biāo)之間可能存關(guān)聯(lián)和重疊，且指標(biāo)間差異性也很大，指標(biāo)的單位不便統(tǒng)一，導(dǎo)致指標(biāo)選取的不合理和不準(zhǔn)確。但是該模型具有很強(qiáng)的系統(tǒng)性，對(duì)構(gòu)建指標(biāo)體系具有參考性。

在建立指標(biāo)體系的過程中，構(gòu)建了包括目標(biāo)層、準(zhǔn)則層、因素層和指標(biāo)層的武漢市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。其中項(xiàng)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(yīng)指標(biāo)和狀態(tài)指標(biāo)構(gòu)成，壓力系統(tǒng)是由P-S-R模型的壓力指標(biāo)構(gòu)成；因素層是由反映每個(gè)評(píng)價(jià)指標(biāo)的具體影響因素構(gòu)成；指標(biāo)層是由各種影響因素的具體評(píng)價(jià)指標(biāo)構(gòu)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(chǎn)生量、廢氣排放總量、廢水排放量等。最終構(gòu)建的指標(biāo)體系如表1所示。

根據(jù)指標(biāo)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(biāo)是指屬性越大對(duì)系統(tǒng)越有利的指標(biāo)；成本型指標(biāo)是指屬性越小對(duì)系統(tǒng)越有利的指標(biāo)。

1.3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重確定 根據(jù)確定評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重時(shí)數(shù)據(jù)的來源不同，一般將權(quán)重的確定方法分為主觀賦權(quán)法和客觀賦權(quán)法兩種。主觀賦權(quán)法主要是由專家根據(jù)個(gè)人經(jīng)驗(yàn)判斷該指標(biāo)的重要程度，這種方法人們研究較早，也較為成熟，主觀性強(qiáng)，但是忽略了指標(biāo)間與系統(tǒng)內(nèi)在聯(lián)系，只注重它對(duì)于研究的貢獻(xiàn)度，如AHP法、Delphi法等。客觀賦權(quán)法的原始數(shù)據(jù)是由各指標(biāo)在評(píng)價(jià)中的實(shí)際數(shù)據(jù)組成，它不依賴于人的主觀判斷，因而此類方法客觀性較強(qiáng)，如變異系數(shù)法、均方差法等[16-18]?？陀^賦權(quán)方法是以原始數(shù)據(jù)作為賦權(quán)的基準(zhǔn)，客觀地從中提取信息。但是該方法只注重各個(gè)指標(biāo)間的與系統(tǒng)內(nèi)的作用，忽略了它對(duì)于研究的貢獻(xiàn)度，所以會(huì)造成一定的誤差。因?yàn)橛绊懮鷳B(tài)承載力的因素是多方面的，做研究時(shí)需要從中選取最有代表性的因素，并去除重復(fù)性因素。均方差權(quán)重決策法可以在一定程度上避免要素選擇的重復(fù)和遺漏。本研究采用均方差法對(duì)武漢市生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)進(jìn)行權(quán)重賦值，權(quán)重的計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可以看出，人口密度、工業(yè)固體廢棄物產(chǎn)生量和廢水排放量的權(quán)重較高，說明人口增長(zhǎng)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(píng)價(jià)模型的構(gòu)建 采用承載指數(shù)、壓力指數(shù)和承載壓力度指數(shù)來定量描述城市生態(tài)承載力的承載水平。承載指數(shù)代表城市生態(tài)系統(tǒng)的客觀承載能力大小；壓力指數(shù)代表經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步對(duì)資源和環(huán)境所產(chǎn)生的壓力[19，20]。用公式表示生態(tài)系統(tǒng)的承載指數(shù)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(shù)和生態(tài)系統(tǒng)壓力指數(shù)共同反映。承載指數(shù)越大，表示生態(tài)系統(tǒng)承載力越大；壓力指數(shù)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(shù)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(shù)可以知道超載的原因，從而提出相應(yīng)的措施。

1.3.4 生態(tài)承載力分析評(píng)價(jià)基準(zhǔn)的確定 采用均勻分布函數(shù)來擬定分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行綜合分級(jí)評(píng)價(jià)，各個(gè)系統(tǒng)的分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見表4。

2 結(jié)果與分析

2.1 支持力子系統(tǒng)評(píng)價(jià)

支持力子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)值是用承載指數(shù)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(shù)。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(shù)在0.495 3～0.673 2波動(dòng)，且呈上升的趨勢(shì)，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(shì)發(fā)展，且2010年武漢市承載系統(tǒng)的支持能力達(dá)到最大；2011-2013年承載指數(shù)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(shù)據(jù)可知，承載指數(shù)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(dǎo)致武漢市資源供給不足和浪費(fèi)嚴(yán)重。2011-2013年，承載指數(shù)呈上升趨勢(shì)，表明武漢市為應(yīng)對(duì)突增的人口，采取了降低污染物的排放、提高生產(chǎn)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(shù)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?？傮w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(píng)價(jià)

壓力子系統(tǒng)的綜合評(píng)價(jià)值是用壓力指數(shù)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(shù)。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(shì)。其中，在2005-2010年期間，武漢市承載系統(tǒng)的壓力增長(zhǎng)的比較緩慢，說明武漢市對(duì)于環(huán)境的破壞在一個(gè)較為合理的范圍內(nèi)，武漢市采取的一些環(huán)境治理和自身的生態(tài)調(diào)節(jié)能夠在一定程度上遏制由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來的環(huán)境污染、資源浪費(fèi)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(dǎo)致了武漢市承載系統(tǒng)的壓力增長(zhǎng)加快。

2.3 承載壓力度指數(shù)評(píng)價(jià)

承載壓力度指數(shù)評(píng)價(jià)是用壓力指數(shù)和承載指數(shù)的比值進(jìn)行的定量評(píng)價(jià)，它反映了生態(tài)承載力的客觀支持能力大小與承載對(duì)象壓力大小之間的關(guān)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(fù)荷，說明在當(dāng)時(shí)的人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展背景下，其生態(tài)環(huán)境容量相對(duì)盈余；2011-2014年生態(tài)系統(tǒng)承載均超負(fù)荷，說明由于2010年的人口劇增帶來的資源消耗過快、廢物產(chǎn)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(shù)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(hù)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(shù)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(hù)生態(tài)環(huán)境，但是由于人口的壓力太大，措施的實(shí)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(píng)價(jià)

生態(tài)承載力綜合評(píng)價(jià)是通過承載壓力度指數(shù)來反映的，兩者呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。在對(duì)支持力子系統(tǒng)和壓力子系統(tǒng)分別評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)上，綜合考慮這兩個(gè)子系統(tǒng)對(duì)整個(gè)城市區(qū)域系統(tǒng)的影響，進(jìn)而對(duì)城市區(qū)域的生態(tài)承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，最后的評(píng)價(jià)結(jié)果見表8。由表8可知，2005-2010年，武漢市是在一個(gè)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(duì)比較低，且生態(tài)系統(tǒng)承載均是低負(fù)荷，生態(tài)環(huán)境容量相對(duì)盈余；自2011年后，由于人口壓力、資源浪費(fèi)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(fù)荷狀態(tài)，導(dǎo)致生態(tài)承載力降低，但是武漢市在2011年出臺(tái)了《武漢市“十二五”生態(tài)環(huán)境保護(hù)規(guī)劃》等一系列的保護(hù)措施，減緩了生態(tài)系統(tǒng)被破壞的速率。

3 結(jié)論

2005-2014年，武漢市生態(tài)承載力綜合水平先在一個(gè)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(shì)。由2011-2014年觀察數(shù)據(jù)得知，由于武漢市人口劇增、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源利用、環(huán)境污染等因素導(dǎo)致生態(tài)承載力表現(xiàn)為超負(fù)荷，生態(tài)系統(tǒng)受到一定程度的破壞，之后隨著武漢市產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，節(jié)能減排措施的實(shí)施以及環(huán)境的綜合治理，生態(tài)系統(tǒng)得到一定修復(fù)，武漢市生態(tài)承載力有緩慢回升的趨勢(shì)，但是武漢市的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)發(fā)展速率有所下降。因此，武漢市必須堅(jiān)持生態(tài)保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展并重的方針，把提高生態(tài)承載力作為首要任務(wù)，積極改變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式和調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，并以生態(tài)理念指導(dǎo)城市規(guī)劃建設(shè)，以循環(huán)經(jīng)濟(jì)為核心建設(shè)生態(tài)經(jīng)濟(jì)體系，以生態(tài)文明為指導(dǎo)營(yíng)造生態(tài)氛圍，重視生態(tài)技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用，加強(qiáng)環(huán)境污染的綜合防治，嚴(yán)格控制人口增長(zhǎng)，加大宣傳力度，增強(qiáng)市民的生態(tài)意識(shí)，從而提高城市綜合生態(tài)承載力，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

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