慶陽市資源與環境綜合承載力研究

李林芝，羅珠珠

（甘肅農業大學資源與環境學院，甘肅 蘭州 730070）

資源與環境是人類賴以生存和發展的基礎，當人類活動對環境的索取超過一定限度時，會對生態環境造成嚴重的破壞，使其資源與環境承載力大大下降，環境系統的結構和功能便會發生質的變化，它將反過來危及人類的生存和發展。因此，資源與環境承載力的研究已經成為了當代生態環境研究的熱點和趨勢［1-4］。資源環境承載力，指的是在一定時期和一定區域范圍之內，維持區域資源結構符合可持續發展的需要，承受人類各種社會經濟活動的能力，它是一個國家和地區可持續發展的基礎［5］。資源環境承載力由承載體、承載對象、環境承載率三要素所組成，衡量承載力的指標可分為環境生產支持力，自然資源支持力和社會經濟技術支持水平3項指標［6］。目前，對各種類型資源環境承載力的研究已經形成了一個環境生產力集合，如資源環境綜合承載力、資源環境要素承載力、區域環境承載力等。環境承載力是環境系統活力的體現，也是環境系統產出能力和自我調節能力的體現［7］。環境承載力從人類-環境-經濟相關系統中，通過探討環境狀況與經濟活動之間的相互關系，表述環境對人類社會經濟活動的支持力［8］。對于人類活動來說，環境系統的價值主要體現在它能對人類社會生存發展活動的需要提供有力支持。由于環境系統的組成物質在數量上有一定的比例關系、在空間上具有一定的分布規律，因此它對人類活動的支持能力有一定的限度。當今存在的種種環境問題，大多是人類活動與環境承載力之間出現沖突的表現。當人類社會經濟活動對環境的影響超過了環境所能支持的極限，即外界的“刺激”超過了環境系統維護其動態平衡與抗干擾的能力，也就是人類社會行為對環境的作用力超過了環境承載力。因此，人們用環境承載力作為衡量人類社會經濟與環境協調程度的標尺。

20世紀以來，隨著科技進步和社會生產力的極大提高，加速和推進了人類文明發展的進程，與此同時，各類環境問題也日益突出，威脅到人類的生存和發展。目前慶陽市處于經濟高速發展的時期，工業化、城市化進程日益加快，在發展過程中人們不斷認識到環境資源的稀缺性，而目將隨著經濟的發展這一問題會變得越來越突出，成為慶陽市經濟和社會發展的重要制約因素［9］。我們通過對慶陽市環境與資源承載力水平與生態承載狀況進行系統分析和評價，旨在探明慶陽市環境承載力現狀，為慶陽市的可持續發展提供參考依據。

1 研究區概況

慶陽市位于甘肅東部，介于東經106°20′~108°45′與北緯 35°15′~37°10′之間，全區共轄西峰、慶城、正寧、寧縣、華池、合水、鎮原、環縣7縣1區。該區系黃河中下游黃土高原溝壑區，是隴東黃土高原的一個主要組成部分。北靠羊圈山，東依子午嶺，西接六盤山，四周高而中間低，故有“隴東盆地”之稱。地勢南低北高，海拔在885～2 082 m。山、川、塬兼有，溝、峁、梁相間，高原風貌雄渾獨特。全區地形分為3種類型：一是中部黃土高原溝壑區（亦稱黑壚土農業區），包括華池縣城壕以西的慶城、西峰、寧縣、正寧、鎮原、合水縣的大部分地區；二是北部黃土丘陵溝壑區（亦稱黃綿土農牧區），包括環縣全部華池大部和鎮原、慶城北部地區；三是東部黃土丘陵區（亦稱子午嶺林區），包括華池、合水、寧縣、正寧的東部地區。土地總面積27 119 km2。年均溫7～10℃，無霜期140～180 d，年均降水量480～660 mm，年均蒸發量520 mm。2005年末全市總人口為258.58萬人。

2 研究方法

2.1 建立單因素評價模型

各個評價因素在優劣之間是漸變的，承載力所受到的影響亦是漸變的，并在中間過渡中呈現亦此亦彼性，即對各個評價因素的評價具有模糊性，且反映承載的各個因子之間具有連續性質。本研究借助模糊數學原理，建立了連續性質的隸屬度函數，確定各指標的閾值，從而建立單因素的評價模型，將各個評價指標的實測值轉換為0～1的數值，實現對各指標的量綱歸一化。

2.1.1“S”型（升型）隸屬函數 指標與承載力效應之間的曲線呈“S”型，即在一定范圍內的評價因素指標值與承載力之間呈正相關關系，而高于或低于此范圍的評價因素指標值的變化對承載力的影響則很小。在建立這些指標的隸屬函數時，可將“S”型曲線近似成升半梯形分布。其隸屬函數為：

（1）式中，μ（x）為評價指標值的隸屬函數，x為指標值，a、b表示指標閾值的下限和上限。

2.1.2 反“S”型（降型）隸屬函數 評價指標與承載力效應之間的曲線呈反“S”型，即在一定范圍內評價因素指標值與承載力之間呈負相關關系，而高于或低于此范圍的評價因素指標值的變化對承載力的影響不大。在建立這些指標的隸屬函數時，可將反“S”型曲線近似為降半梯形分布。其隸屬函數為：

（2）式中，μ（x）為評價指標值的隸屬函數，x為評價指標值，a、b分別表示指標閾值的上限和下限。

2.2 確定因子權重

權重用來表征指標在評價中的重要程度。確定權重的方法有很多種，諸如專家咨詢法、相關系數法、主成分分析法、專家排序法、層次分析法和因子分析法等。在以往的研究中，普遍采用人為打分來確定權重。為了避免人為主觀的影響，本研究采用多元統計分析法中的主成分分析法確定權重。

首先，分別求出各個因子主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率；其次根據因子載荷矩陣求出各個因子在各主成分上的負荷量，最后計算各指標的權重。

（3）式中，Component Capacityi是第i項承載力評價指標的因子負荷量。

2.3 建立綜合評價模型

資源與環境指標綜合作用的結果是承載力，因此，在對單因素進行評價之后，需要將單因素評價的結果轉換成由各個評價因子構成的承載力的綜合評價。本研究根據加乘法則，建立承載力綜合評價的模型，計算不同區域的承載力綜合指數BCI：

4式中，BCI為承載力綜合評價指數，Xi為第i個評價因素的隸屬度值，Wi為第i個評價因素的權重，n為評價指標的個數。

3 分析結果

3.1 指標體系構建

本研究評價指標體系選取遵循區域特殊性原則、系統協調性原則、綜合性原則、層次性原則、可操作性原則的基礎上，構建了包括了環境納污能力、資源供給能力和人類支持能力3個分目標層，在3個分目標層下又進一步細分為土壤環境、水環境、大氣環境、土地資源、水資源、植被資源、管理與建設水平以及社會經濟進步8個準則層，涵蓋了34個一級指標（表1）。

表1 資源與環境承載力評價指標實測值

續表1

本研究中，人均耕地面積、人均林地面積、人均草地面積、灌溉耕地面積、糧食單產、復種指數、水資源利用率、地表水可開發利用率、地下水可開發利用率、生活用水定額、單位耕地水資源量、人均水資源量、水資源供需平衡指數、森林覆蓋率、人均公共綠地面積、人均擁有維護建設資金、交通、衛生、教育投資比重、城鎮化率、人均道路面積、GDP總量、GDP增長率、第一產業GDP比率、第二產業GDP比率、第三產業GDP比率、人均純收入、有線電視入戶率等26項因子與資源與環境承載力呈正相關，采用升型分布函數式（1）。化肥施用量、污染綜合指數、SO2年日均濃度、二氧化氮日均濃度、總懸浮顆粒物、＞15°耕地面積、土壤侵蝕強度指數、工業用水定額等8項因子與資源與環境承載力呈負相關，采用降型分布函數式（2）。通過式（1）和式（2）將評價指標的實測值轉換為介于0～1的數值，實現指標量綱歸一化，即得到各評價因子的隸屬度（表2）。

表2 資源與環境承載力評價指標隸屬度

表3 各層次因子主成分分析

3.2 指標權重確定

首先分別求出指標層、準則層和分目標層各個因子主成分的特征值、貢獻率和累計貢獻率，然后根據因子載荷矩陣求出各因子在各主成分上的負荷量，最后通過（3）式計算各指標權重。指標層、準則層和分目標層下第1、第2和第3主成分的累計貢獻率均高于75%（表3），足以代表原變量信息，因此以前3個主成分分析因子負荷量，根據（3）式計算各因子對土承載力的作用大小，確定權重（圖1）。

從圖1可以看出，分目標層次的權重從大到小依次為：資源供給能力、人類支持能力、環境納污能力，說明資源供給能力對反映區域內承載力的大小重要程度最大。準則層的權重從大到小依次為：植被資源、水環境、社會經濟進步、管理與建設水平、水資源、大氣環境、土壤環境、土地資源，說明植被資源和水環境對整個區域內資源與環境承載力的發揮影響很大。隨著科技的進步和全球經濟一體化發展，一定區域內人們的生產和生活對區域內現有自然資源存量的依賴性將越來越低。從一級指標的權重值可以看出，各指標的權重相差不大，資源與環境承載力受到社會、科技、水土資源、經濟、生態等多種因素的影響，而且各因素之間是相互影響、互為聯系的。表3各層次因子主成分分析

圖1 資源與環境承載力評價指標權重

3.3 綜合評價

參照（4）式計算可得出，慶陽市各縣區資源與環境承載力綜合指數從大到小排序是：西峰（0.581 0）、華池 （0.567 9）、合水（0.533 3）、寧縣（0.418 3）、正寧（0.389 2）、慶城（0.363 4）、環縣（0.351 2）、鎮原（0.327 6）（圖2）。評價結果表明，慶陽市8個縣區的資源與環境承載力存在一定的地域差異。西峰區的資源與環境承載力指數最高，原因是該地區單位面積的水資源量在全市最高，灌溉面積、復種指數和糧食單產均比較高，導致生產力水平也較高。而且優越的區位條件以及便利的交通使其與外界的交流非常方便，地域的開放性比較好，獲得投入的機會多，經濟基礎好，城鎮化率高，同時也為旅游業的發展奠定了一定基礎，最終體現為資源與環境承載力較高。華池縣和合水縣自然環境條件優越，人均林地、草地面積和森林覆蓋率在全市相對比較高，這對當地小氣候的形成非常有利，有利于農業生產，其資源與環境綜合承載力較強。寧縣雖然自然環境條件、區位條件和交通上不及前面幾個縣有優勢，但產業結構比較合理，畜牧業發展的勢頭良好，使得資源和環境承載力處于中等水平。慶城、鎮原縣、正寧縣和環縣主要因為自然環境條件較差，多為山地和雨養耕地，灌溉面積較少，人均林地和草地面積較小，而且近年來林地面積仍然在不斷減少，生態環境的持續性受到了威脅，系統的自我調節和抗干擾能力較差，再加上地理位置偏遠，使其經濟發展也受到限制，導致資源與環境綜合承載力較低。

圖2 慶陽市資源與環境承載力綜合指數

4 結論

1） 環境納污能力、資源供給能力和人類支持能力3個分目標層權重從大到小依次為：資源供給能力、人類支持能力、環境納污能力，說明資源供給能力對反映區域承載力的大小重要程度最大。準則層權重從大到小依次為：植被資源、水環境、社會經濟進步、管理與建設水平、水資源、大氣環境、土壤環境、土地資源，說明植被和水對整個區域資源與環境承載力的影響較大。

2） 慶陽市各縣區資源與環境承載力綜合指數從大到小排序是：西峰（0.581 0）、華池（0.567 9）、合水（0.533 3）、寧縣（0.418 3）、正寧（0.389 2）、慶城（0.363 4）、環縣（0.351 2）、鎮原（0.327 6），表明慶陽市8個縣區的資源與環境承載力存在一定的地域差異。

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