生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)研究
——以河南省為例

朱嘉偉,謝曉彤,李心慧

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,鄭州 450002

生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)研究
——以河南省為例

朱嘉偉*,謝曉彤,李心慧

河南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,鄭州 450002

測度人類活動是否處于生態(tài)環(huán)境的承載力范圍之內(nèi)是生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)的核心內(nèi)容,是區(qū)域國土開發(fā)科學(xué)決策規(guī)劃的需要,但是生態(tài)環(huán)境可承載能力的閾值和人類活動對生態(tài)環(huán)境施加壓力的大小均是難以定量計(jì)算的,為了解決生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)面臨的這一難題,本文研究提出了一種生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)的新方法,即“生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)評價(jià)法”。該方法依據(jù)生態(tài)平衡理論和生態(tài)穩(wěn)定性原理,將承載力評價(jià)轉(zhuǎn)化為運(yùn)行狀態(tài)評價(jià),以“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否處于良性運(yùn)行狀態(tài)”作為生態(tài)環(huán)境是否處于可承載狀態(tài)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；首先應(yīng)用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)模型計(jì)算出評價(jià)區(qū)多年的EI值,然后再依據(jù)EI的動態(tài)變化趨勢對“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)”進(jìn)行評定,以達(dá)到對區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)之目的,以河南省為例,介紹了評價(jià)的方法與過程。結(jié)果表明：①生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)不是承載力評價(jià),但是可通過對生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢進(jìn)行回歸分析以達(dá)到承載力評價(jià)之目的；②該方法緊扣生態(tài)環(huán)境承載力的內(nèi)涵,避開了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載力閾值測算的難點(diǎn),方法簡明易行,結(jié)果意義明確、實(shí)用性強(qiáng),為承載力評價(jià)提供了一種新思路和新方法；③生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量現(xiàn)狀不能反映其承載狀態(tài),信陽市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量在河南是最好的,目前卻處于超載、退化狀態(tài),而濮陽和安陽市的情況則與信陽市正好相反,應(yīng)引起政府決策部門的重視。

生態(tài)環(huán)境；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)；生態(tài)環(huán)境承載力；河南省

承載力的思想萌芽于史前畜牧部落的放牧實(shí)踐[1],1921年,帕克和伯吉斯在有關(guān)生態(tài)學(xué)的雜志中提出了承載力的概念,將承載力定義為一個(gè)牧場在不遭受損害的情況下能夠支持的牲畜數(shù)量[2]。把承載力應(yīng)用到人類種群始于馬爾薩斯的人口論[3],隨后承載力被廣泛應(yīng)用于人類發(fā)展與自然環(huán)境之間的關(guān)系研究,被賦予了不同的內(nèi)涵[3- 5],但是,當(dāng)承載力的思想擴(kuò)展到人類環(huán)境系統(tǒng)的研究時(shí),承載力理論遇到了極大的挑戰(zhàn)。由于人類環(huán)境系統(tǒng)的開放性、動態(tài)性和可調(diào)控性以及人類對自然環(huán)境需求的多目標(biāo)性,基于系統(tǒng)封閉性和靜態(tài)性的評價(jià)成果脫離客觀實(shí)際,缺乏說服力和應(yīng)用價(jià)值,以至于有些學(xué)者認(rèn)為承載力的概念沒有任何科學(xué)意義而到了應(yīng)被拋棄的時(shí)候了[3- 5]。但是,目前我國主流環(huán)境學(xué)家則認(rèn)為人類環(huán)境的承載力是客觀存在的,并將承載力定義為：在維持環(huán)境系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下,區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類經(jīng)濟(jì)社會活動的閾值[2- 8]；部分學(xué)者則將這一閾值具體化為環(huán)境所能承受的人口和經(jīng)濟(jì)規(guī)模的限值[9- 13]。

人類承載力評價(jià)的核心在于測度人類活動是否處于環(huán)境可承載能力的范圍之內(nèi),陳劭鋒等先后提出了承載率的概念,即人類活動的壓力與環(huán)境承載能力的比值,用以評價(jià)區(qū)域環(huán)境所處的承載狀態(tài)[3- 6,11]。生態(tài)環(huán)境是人類環(huán)境的一個(gè)重要組成部分,生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)也不例外,但是由于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、功能的復(fù)雜性、多樣性和不確定性,要客觀定量計(jì)算出生態(tài)環(huán)境承載能力的閾值和人類活動對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)施加的壓力值均是困難的[3,14- 15],盡管學(xué)者們在閾值估算方面做了大量的努力,但是所得出的結(jié)果差異懸殊,目前還缺少有很強(qiáng)說服力的結(jié)果,難以為人類的實(shí)踐活動提供可靠的決策依據(jù)[15]。本文針對目前生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)的難點(diǎn),依據(jù)生態(tài)平衡理論和生態(tài)穩(wěn)定性原理,以生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)評價(jià)作為出發(fā)點(diǎn),研究提出了一種生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)的新方法,即“生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)評價(jià)法”。該方法依據(jù)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)的密切關(guān)系,將承載力評價(jià)轉(zhuǎn)化為生態(tài)環(huán)境運(yùn)行狀態(tài)評價(jià),應(yīng)用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)模型計(jì)算出評價(jià)區(qū)多年的EI值,然后對EI的動態(tài)變化趨勢進(jìn)行回歸分析,依據(jù)回歸分析結(jié)果對“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài)”進(jìn)行評定,以達(dá)到對區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)進(jìn)行評價(jià)之目的。該方法緊扣生態(tài)環(huán)境承載力的內(nèi)涵,避開了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載力閾值測算的難點(diǎn),為生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)提出了一種新思路和新方法,方法簡明易行,結(jié)果意義明確,具有一定的推廣應(yīng)用前景。

1 生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)存在的問題及難點(diǎn)

1.1 生態(tài)環(huán)境概念模糊,評價(jià)結(jié)果缺乏針對性

生態(tài)環(huán)境是環(huán)境的重要組成部分,是承載力研究的熱點(diǎn)[8- 9]。不少學(xué)者先后對生態(tài)環(huán)境承載力的概念進(jìn)行了討論和定義[8- 9,16-19],但是對生態(tài)環(huán)境的內(nèi)涵和外延卻無明確的定義。用系統(tǒng)論的思想研究解決區(qū)域發(fā)展中出現(xiàn)的資源、環(huán)境和生態(tài)等宏觀問題本無可厚非,但是,不能將生態(tài)環(huán)境的外延無限擴(kuò)大,用其取代自然環(huán)境的概念,高鷺等提出的生態(tài)承載力研究應(yīng)綜合開展人口、資源、環(huán)境等多因素研究的思想[8],模糊化了生態(tài)承載力與資源環(huán)境綜合承載力研究的差異,導(dǎo)致目前多數(shù)生態(tài)環(huán)境承載力的研究實(shí)質(zhì)上是對區(qū)域資源環(huán)境綜合承載力的研究[20- 24],土地資源、水資源、礦產(chǎn)等資源短缺問題顯然不屬于生態(tài)建設(shè)需要研究解決的范疇,而對通常意義上人類關(guān)注的生態(tài)環(huán)境問題的研究深度和詳細(xì)程度又顯然不夠,難以滿足區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)和國土開發(fā)科學(xué)決策的需要[15,25]。

依據(jù)《中華人民共和國環(huán)境保護(hù)法》,人類的自然環(huán)境包含了自然資源與環(huán)境(狹義)兩部分,環(huán)境(狹義)又進(jìn)一步細(xì)分為大氣、水、土壤和生態(tài)環(huán)境。環(huán)境學(xué)將地球環(huán)境劃分為大氣圈、水圈、巖土圈和存在于此三圈之間的生物圈四大圈層,生物圈是人類環(huán)境的一個(gè)重要組成部分,是與人類生存和發(fā)展關(guān)系極為密切的環(huán)境,這就是通常所稱的生態(tài)環(huán)境[26],依據(jù)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)理論,任何生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)都有生物部分(生物圈)和非生物部分(環(huán)境因素),但是,只有具有一定生態(tài)關(guān)系構(gòu)成的非生物部分,即生物圈賴以生存的非生物部分才屬生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成部分。

綜上所述,筆者將生態(tài)環(huán)境定義為：一定空間范圍內(nèi)由生物圈及其環(huán)境組成的具有一定生態(tài)功能的綜合統(tǒng)一體,即生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),由生物部分和非生物部分組成,但是非生物部分僅包括構(gòu)成生物圈賴以生存的環(huán)境部分。沿用環(huán)境承載力的概念[2- 8],將生態(tài)環(huán)境承載力定義為：某一時(shí)期某一地區(qū)的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),在確保系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能不發(fā)生退化而處于良性循環(huán)發(fā)展的條件下,所能承受的人類活動的閾值。具體內(nèi)涵包括：①承載體是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),包括生物圈和生物圈的環(huán)境部分；②承載的壓力是區(qū)域人類活動,而不局限于人口或經(jīng)濟(jì)規(guī)模,由于區(qū)域人口和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對生物資源的消耗和需求并不完全依賴于對區(qū)域生物資源的開發(fā)利用,并未造成對區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)發(fā)生相應(yīng)擾動的現(xiàn)實(shí)；③人類活動產(chǎn)生的壓力是否大于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的支撐能力,是區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否處于超載狀態(tài)的評判依據(jù)；生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否發(fā)生退化是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否超載的具體表現(xiàn)和結(jié)果。

1.2 生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能復(fù)雜,承載力閾值難以估算

絕大多數(shù)生態(tài)學(xué)家都認(rèn)為人類承載力是客觀存在的,存在著一個(gè)類似于Logistic曲線K值的閾值,各國學(xué)者提出了許多種人類承載力的估算方法,例如植被第一生產(chǎn)力估測法、資源與需求的差量法、綜合評價(jià)法、狀態(tài)空間法、生態(tài)足跡法等等[8- 9]。但是,由于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的組成、結(jié)構(gòu)和功能是極其復(fù)雜多樣的,導(dǎo)致在生態(tài)環(huán)境承載力閾值估算方面面臨著兩大難題：①生態(tài)環(huán)境自然屬性與人類活動經(jīng)濟(jì)社會屬性之間的耦合關(guān)系不清,建立科學(xué)的K值預(yù)測模型十分困難,人類目前對生態(tài)環(huán)境支持系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的認(rèn)知,還無法屬資源要素評價(jià)那樣可以明確估算出區(qū)域自然資源的供給能力,也無法象土壤、大氣、水環(huán)境系統(tǒng)那樣可以明確測算出其容納廢棄物的能力,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性決定了要建立生態(tài)環(huán)境容量的估算模型是困難的。②人類經(jīng)濟(jì)社會活動對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)影響的兩面性,進(jìn)一步加大了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載力閾值估算的復(fù)雜性和不確定性。人類特有的主觀能動性使人類與其他生物種群有著極大的不同,人類活動與生態(tài)環(huán)境之間的關(guān)系不能簡單的看作是利用與被利用的關(guān)系,人類活動不但是生態(tài)環(huán)境的簡單施壓者,也是承載能力的創(chuàng)造者,人類可以通過科技進(jìn)步、生態(tài)建設(shè)等手段,在相同的生態(tài)環(huán)境條件下極大地提高其承載能力,這使人類生態(tài)環(huán)境承載力閾值的估算充滿了不確定性和假設(shè)性。由于生態(tài)環(huán)境承載力閾值估算方面面臨的難題,造成目前采用不同的方法得到的估算結(jié)果間差異巨大,即使利用同一種方法,由于在參數(shù)選擇、模型構(gòu)建等方面存在的差異,所得到的承載力估算結(jié)果也各不相同。張林波等[15]介紹了不同學(xué)者對全球生態(tài)環(huán)境可以承載的最大人口數(shù)量的估算結(jié)果,在1679年至1994年之間的65個(gè)估算結(jié)果中,最小的為10億人,最大為440億人,并且沒有明顯的隨時(shí)間上升或下降的趨勢。估算結(jié)果差異如此巨大,難以作為人類社會實(shí)踐的科學(xué)參考依據(jù),這充分說明了要客觀定量估算生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)閾值是極其困難的,甚至有學(xué)者認(rèn)為要獲得地球生態(tài)環(huán)境承載力的精確閾值是可望而不可及的事情。

1.3 人類對生態(tài)環(huán)境的壓力衡量指標(biāo)不清,對環(huán)境造成的壓力難以量化

生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)復(fù)雜多樣的結(jié)構(gòu)和功能為人類提供了多種多樣的開發(fā)利用價(jià)值,人類在開發(fā)利用生態(tài)環(huán)境的活動中必然會影響、擾動生態(tài)環(huán)境的組成、結(jié)構(gòu)、功能,對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的正常運(yùn)行造成壓力。但是目前在測算人類活動的壓力方面尚無科學(xué)明確的衡量指標(biāo),更難以定量化表征。顧康康[9]、高吉喜[18]、黃青[19]等采用人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度及社會總量來表述人類經(jīng)濟(jì)社會活動對環(huán)境的壓力,但是對生態(tài)環(huán)境來說,人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度及社會總量與生態(tài)環(huán)境之間的耦合關(guān)系并不是簡單的供需、供容關(guān)系,其間的壓力響應(yīng)關(guān)系以及可能造成的后果是難以準(zhǔn)確模擬的[15]。從人類對生物圈生物資源的需求方面,人們通常采用生物資源供需平衡法來評價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的承載力,雖然可以進(jìn)行定量化評價(jià),但是,評價(jià)結(jié)果并不能反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的實(shí)際承載狀況,原因有3個(gè)方面：①除農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)以外,多數(shù)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的主體功能已不是生產(chǎn)生物資源,目前人類社會對林木、薪炭、藥材等原始生物資的需求有了有效的替代品,對生態(tài)環(huán)境的生產(chǎn)功能的依賴程度大幅降低；②由于區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)的開放性,某一區(qū)域人口、經(jīng)濟(jì)對資源的消耗與需求并不依賴于區(qū)內(nèi)資源的供給,并未造成對區(qū)域生物資源過渡開發(fā)利用的事實(shí)；③水土保持、防風(fēng)固沙、改善氣候、維持生物多樣性及社會文化功能是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的主功能,也是生態(tài)保護(hù)和建設(shè)關(guān)注的重點(diǎn),資源供需平衡情況并不能客觀反映區(qū)域人類活動對生態(tài)環(huán)境主體功能的影響,也未能考慮人類活動方式這一重要因素對生態(tài)環(huán)境的影響,顯而易見的是任何高度城市化、工業(yè)化地區(qū)的資源供需都是不平衡的,據(jù)此認(rèn)為其生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是嚴(yán)重超載、退化、不可持續(xù)的顯然是錯(cuò)誤的、沒有任何實(shí)際意義的。

1.4 評價(jià)成果偏離承載力內(nèi)涵,不能滿足區(qū)域生態(tài)建設(shè)需要

目前我國主流環(huán)境學(xué)家普遍認(rèn)為承載力研究的是“人類社會-自然環(huán)境”間的協(xié)調(diào)關(guān)系,人類社會活動的壓力是否處于自然環(huán)境系統(tǒng)支撐能力的閾值之內(nèi)是承載力評價(jià)的核心任務(wù),但是,現(xiàn)有的多數(shù)評價(jià)成果偏離了承載力的內(nèi)涵。權(quán)和指數(shù)法是承載力評價(jià)工作中人們常用的一種方法,在實(shí)際工作中多數(shù)學(xué)者則是對各類指標(biāo)進(jìn)行無量綱化以后進(jìn)行加權(quán)求和計(jì)算指數(shù),并未進(jìn)行壓力性與支撐性指標(biāo)間的對比評價(jià)[19- 23],甚至部分評價(jià)指標(biāo)體系缺失壓力性指標(biāo)[11,19],毫無承載力的內(nèi)涵,只能算是對環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的評價(jià),甚至部分評價(jià)結(jié)果從環(huán)境基礎(chǔ)理論方面分析連環(huán)境質(zhì)量的意義也不具備。生態(tài)環(huán)境質(zhì)量綜合指數(shù)法是《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的一種生態(tài)環(huán)境質(zhì)量狀況評價(jià)方法,也是最常見的一種方法,但是,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)僅反映了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀的相對優(yōu)劣,并不反映區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的承載狀態(tài)。

生態(tài)足跡法是生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)中應(yīng)用最多的一種方法,自1992年William Rees提出生態(tài)足跡的概念以來,由于其指標(biāo)意義明確、計(jì)算方法簡便,并且冠有“生態(tài)”二字,很快受到了國內(nèi)外學(xué)者的關(guān)注,被廣泛的應(yīng)用于某一國家或地區(qū)的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)和生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)[27],雖然我國眾多研究者在研究中對其理論缺陷、計(jì)算方法從不同側(cè)面進(jìn)行了大量的補(bǔ)充完善和改進(jìn)[28-30],并取得了大量的評價(jià)成果,但是,評價(jià)成果被真正應(yīng)用于生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的實(shí)踐的情況并不多,原因主要有3個(gè)方面：①生態(tài)足跡法是完全立足于環(huán)境系統(tǒng)封閉性的評價(jià)方法,評價(jià)結(jié)果不能反映某一區(qū)域生態(tài)環(huán)境的承載狀態(tài)；②生態(tài)足跡法實(shí)際計(jì)算的只是某一地區(qū)的碳足跡或碳平衡問題(計(jì)算方法還存在有缺陷),碳平衡問題是全球工業(yè)化消耗化石能源的必然結(jié)果,并不能突出反映某一區(qū)域的生態(tài)環(huán)境問題,而在計(jì)算消納區(qū)域產(chǎn)生的廢棄物方面并沒有考慮區(qū)域生態(tài)保護(hù)和建設(shè)關(guān)注的大氣、水環(huán)境容量這一現(xiàn)實(shí)問題,評價(jià)結(jié)果缺乏針對性；③由于生態(tài)系統(tǒng)類型的多樣性和區(qū)域功能定位的不同,高度城市化和工業(yè)化地區(qū)出現(xiàn)生態(tài)赤字是必然的、不可避免的,依據(jù)生態(tài)赤字認(rèn)為區(qū)域生態(tài)環(huán)境是超載的、不可持續(xù)的顯然是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?除了立足于全球或國家層面外,單獨(dú)計(jì)算一個(gè)地區(qū)的生態(tài)足跡是沒有意義的,對區(qū)域生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的指導(dǎo)意義不大。

綜上所述,生態(tài)環(huán)境承載能力評價(jià)的理論和方法還存在著許多問題,研究探索評價(jià)的新思路、新方法,使評價(jià)成果能夠服務(wù)于生態(tài)保護(hù)和建設(shè)的實(shí)踐,是生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)需要研究解決的關(guān)鍵問題。

2 基于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的承載力評價(jià)法

2.1 方法理論基礎(chǔ)與技術(shù)思路

由于人類活動的壓力值和生態(tài)環(huán)境的支撐力閾值均是難以定量化計(jì)算的,因此采用承載率對生態(tài)環(huán)境承載狀況進(jìn)行評價(jià)困難重重,但是,依據(jù)生態(tài)平衡理論和生態(tài)穩(wěn)定性原理,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載狀態(tài)與運(yùn)行狀態(tài)間具有密切的因果關(guān)系,即：若區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于可承載狀態(tài),則生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)將處于良性循環(huán)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；反之若處于超承載狀態(tài),則生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能將發(fā)生退化,處于非良性循環(huán)發(fā)展?fàn)顟B(tài),據(jù)此可將生態(tài)環(huán)境承載狀態(tài)的評價(jià)轉(zhuǎn)化為運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià)。而生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的評價(jià),可通過對區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢進(jìn)行分析評定：若生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的質(zhì)量保持穩(wěn)定或呈提高趨勢,則說明其處于良性循環(huán)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；反之,則說明其處于退化狀態(tài)。至此則可將生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)轉(zhuǎn)化為生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢評價(jià),只要具有或計(jì)算出某一地區(qū)不同時(shí)間的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量數(shù)據(jù),即可分析出生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢,而生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)的計(jì)算方法是《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》規(guī)定的一種標(biāo)準(zhǔn)的技術(shù)方法[31]。該方法以“生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)是否處于良性運(yùn)行狀態(tài)”作為生態(tài)環(huán)境是否處于可承載力狀態(tài)的評價(jià)標(biāo)準(zhǔn),避開了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載率測算的難點(diǎn),雖然借鑒了生態(tài)環(huán)境質(zhì)量評價(jià)方法,但是并不是對質(zhì)量現(xiàn)狀而是對質(zhì)量的動態(tài)變化趨勢的評價(jià)。

2.2 具體方法步驟

依據(jù)該方法擬定的技術(shù)思路,確定該方法的具體評價(jià)步驟為：①應(yīng)用生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)計(jì)算模型,計(jì)算某一地區(qū)不同時(shí)間的EI值；②分析計(jì)算EI值的動態(tài)變化趨勢和變化參數(shù)；③依據(jù)EI的變化趨勢和變化參數(shù),對區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)。

2.2.1 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算

依據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范(試行)》確定的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)評價(jià)模型[31],計(jì)算評價(jià)區(qū)域不同年份的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI),評價(jià)模型為：

EI=0.25×生物豐度指數(shù)+0.2×水網(wǎng)密度指數(shù)+0.2×植被覆蓋指數(shù)+0.15×(100-土地退化指數(shù))+0.1×環(huán)境質(zhì)量指數(shù)

其中：(1)生物豐度指數(shù)=Abio×(0.35×林地+0.21×草地+0.28×水域濕地+0.11×耕地+0.04×建設(shè)用地+0.01×未利用地)/ 區(qū)域面積

(2)植被覆蓋指數(shù)=Aveg×(0.38×林地面積+0.34×草地面積+0.19×耕地面積+0.07×建設(shè)用地+0.02×未利用地)/ 區(qū)域面積

(3)水網(wǎng)密度指數(shù)=Ariv×河流長度/區(qū)域面積+Alak×湖庫(近海)面積/區(qū)域面積+Ares×水資源量 / 區(qū)域面積

(4)土地退化指數(shù)=Aero×(0.05×輕度侵蝕面積+0.25×中度侵蝕面積+0.7×重度侵蝕面積)/ 區(qū)域面積

(5)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)=0.4×(100-ASO2×SO2排放量/區(qū)域面積)+0.4×(100-ACOD×COD 排放量/區(qū)域年均降雨量)+0.2×(100-Asol×固體廢物排放量/區(qū)域面積)

式中：Abio、Aveg、Ariv、Aero、ASO2、ACOD、Asol分別為河南省的生物豐度、植被覆蓋、水網(wǎng)密度、土地退化指數(shù)及SO2排放量、COD排放量、固體廢物排放量歸一化系數(shù)。

2.2.2 生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)變化趨勢回歸分析

生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)發(fā)生年際波動是一種正常現(xiàn)象,當(dāng)變化幅度未超過系統(tǒng)自我調(diào)節(jié)能力的閾值時(shí),系統(tǒng)將通過自我調(diào)節(jié)恢復(fù)到正常狀態(tài),因此,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)質(zhì)量短時(shí)間的波動變化不能準(zhǔn)確反映系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),需要對系統(tǒng)質(zhì)量長期的變化趨勢進(jìn)行分析。本文采用回歸分析法對評價(jià)區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的變化趨勢進(jìn)行分析,并求解出具體的變化參數(shù),以評定區(qū)域生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的運(yùn)行狀態(tài),具體如下：

(1)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)回歸模型

EIt=kt+b

(2)回歸效果顯著性評價(jià)

(3)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化程度分析

依據(jù)《生態(tài)環(huán)境狀況評價(jià)技術(shù)規(guī)范》確定的生態(tài)環(huán)境狀況變化程度分級標(biāo)準(zhǔn)[33]評定生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化程度,具體如下：

①∣ΔEI∣≤1：變化不明顯。

② 1<∣ΔEI∣≤3：略有變化。ΔEI為正值環(huán)境狀況變好；ΔEI為負(fù)值環(huán)境狀況變差。

③∣ΔEI∣>3：變化明顯或顯著。ΔEI為正值環(huán)境狀況明顯變好；ΔEI為負(fù)值環(huán)境狀況明顯變差。

2.2.3 生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)

依據(jù)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)變化趨勢分析結(jié)果,對生態(tài)環(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià),具體如下：

(1)ΔEI>3：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯提高,處于明顯良性循環(huán)狀態(tài),即可承載狀態(tài)。R2≥0.5,變化趨勢穩(wěn)定；R2=0.1—0.5,變化趨勢較穩(wěn)定；R2<0.1,波動性大。

(2)1<ΔEI≤3：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略有提高,基本處于良性循環(huán)狀態(tài),即基本可承載狀態(tài)。R2≥0.5,變化趨勢穩(wěn)定；R2=0.1—0.5,變化趨勢較穩(wěn)定；R2<0.1,波動性大。

(3)-1≤ΔEI≤1：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量基本穩(wěn)定,處于平衡狀態(tài)、基本可承載狀態(tài)。R2≥0.5,輕微改善或退化趨勢明顯；R2=0.1—0.5,處于平衡波動狀態(tài)；R2<0.1,處于平衡狀態(tài),但是波動大。

(4)-3≤ΔEI<-1：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量有所下降,處于輕度退化狀態(tài),即輕度超載狀態(tài)。R2≥0.5,退化趨勢明顯；R2=0.1—0.5,退化趨勢較明顯；R2<0.1,退化過程中波動性大。

(5)ΔEI<-3：生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降,處于明顯退化狀態(tài),即超載狀態(tài)。R2≥0.5,變化趨勢穩(wěn)定；R2=0.1—0.5,變化趨勢較穩(wěn)定；R2<0.1,波動性大。

3 在河南省生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)中的應(yīng)用

3.1 數(shù)據(jù)來源

2000—2011年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)數(shù)據(jù)來源于歷年《河南省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書》,2014年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)數(shù)據(jù)為本次收集資料計(jì)算成果(表1),本次計(jì)算所用資料來源如下：

表1 河南省2000年—2014年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)一覽表

(1)生物豐度指數(shù)及植被覆蓋指數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)：林地、草地、水域濕地、耕地、建設(shè)用地、未利用地等土地面積及區(qū)域面積數(shù)據(jù)來源于河南省國土資源廳2014年度土地利用變更數(shù)據(jù)。

(2)水網(wǎng)密度指數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)：河流長度、湖庫面積、區(qū)域面積等數(shù)據(jù)來源于河南省國土資源廳2014年度土地利用變更數(shù)據(jù)庫統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),水資源量來源于河南省2014年水資源公報(bào)。

(3)土地退化指數(shù)計(jì)算數(shù)據(jù)：輕度侵蝕、中度侵蝕、重度侵蝕土地面積來源于2014年Landsat- 7 ETM衛(wèi)星遙感解譯數(shù)據(jù),為“中原經(jīng)濟(jì)區(qū)資源環(huán)境承載力評價(jià)與區(qū)劃”項(xiàng)目遙感解譯成果。

(4)環(huán)境質(zhì)量計(jì)算數(shù)據(jù)：SO2排放量、COD 排放量、固體廢物排放量等數(shù)據(jù)來源于2014年度河南省環(huán)境質(zhì)量報(bào)告書。

3.2 評價(jià)結(jié)果

3.2.1 全省生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)

河南省2000—2014年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)如表1所示,在全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢散點(diǎn)圖(圖1)上可看出,近15年來全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)呈波動性上升趨勢,相關(guān)系數(shù)R=0.7416,通過對變化趨勢進(jìn)行回歸分析,求解得全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢回歸模型為：

EIt=0.1817t+301.0252(t為年份)

由全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢回歸模型計(jì)算得,近15年來全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(EI)提高了2.45,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略有提高；R=0.7416≥0.7,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量逐步改善提高趨勢穩(wěn)定。反映了全省生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)基本處于良性循環(huán)狀態(tài),即處于基本可承載狀態(tài)。

3.2.2 各地市生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)

對河南省各地市2000—2014年生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)(表1)變化趨勢進(jìn)行回歸分析,求解得各地市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢回歸模型、相關(guān)系數(shù)R及近15年來的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化值(ΔEI)如表2所示,由表2可看出：全省18個(gè)地市中,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯變好,處于可承載狀態(tài)的地市有9個(gè)；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微提高或變化不明顯,處于基本可承載狀態(tài)的地市有7個(gè)；生態(tài)環(huán)境質(zhì)量呈下降趨勢,處于輕度和中度超載的地市各1個(gè)。

表2 各地市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢線性回歸一覽表

(1)濟(jì)源、濮陽、焦作、安陽、新鄉(xiāng)、許昌、開封、周口、鄭州：ΔEI>3,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯提高,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于明顯良性運(yùn)行狀態(tài),可承載狀態(tài)。R2>0.5或接近0.5,回歸變化趨勢明顯。在這9個(gè)地市中濟(jì)源、濮陽、焦作、安陽、新鄉(xiāng)、許昌、開封等6個(gè)地市2000年的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)EI<55,環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀一般,但是,濟(jì)源、焦作由于小浪底水庫的修建,濮陽、安陽、新鄉(xiāng)、開封由于加強(qiáng)黃河故道區(qū)沙化土地治理,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量均得到顯著改善,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于可承載狀態(tài)。

(2)平頂山、商丘、洛陽、漯河、鶴壁：1<ΔEI≤3,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微提高,基本處于良性運(yùn)行狀態(tài),即基本可承載狀態(tài)。平頂山、商丘、洛陽0.1

(3)三門峽、南陽：-1≤ΔEI≤1,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量變化不明顯,R2≤0.1,回歸變化趨勢不明顯,表現(xiàn)為波動性,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于波動性平衡狀態(tài),即基本可承載狀態(tài)。

(4)駐馬店：-3<ΔEI≤-1,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量略微降低,R2≤0.1,回歸變化趨勢不明顯,具波動性,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)呈波動性輕微退化狀態(tài),即處于輕度超載狀態(tài)。

(5)信陽市：ΔEI<-3,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量明顯下降,處于明顯退化狀態(tài),生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)處于中度超載狀態(tài)。R2=0.36,呈波動性退化趨勢(圖2)。需要強(qiáng)調(diào)的是信陽市的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀為優(yōu),但是由于低丘緩坡城鎮(zhèn)化開發(fā)強(qiáng)度較大,生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)退化明顯,目前處于超載狀態(tài),應(yīng)引起高度重視。

圖1 河南省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢散點(diǎn)圖Fig.1 Scatter diagram and tendency of EI in Henan

圖2 信陽市生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)變化趨勢散點(diǎn)圖Fig.2 Scatter diagram and tendency of EI in Xinyan

4 結(jié)論與討論

4.1 結(jié)論

(1)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀評價(jià)不能替代承載力評價(jià),區(qū)域生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀優(yōu)良僅反映了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)可承載能力強(qiáng)、閾值大,并不能說明人類活動強(qiáng)度就一定處于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)可承載的閾值之內(nèi),在人類超強(qiáng)度、破壞性開發(fā)的情況下,優(yōu)良的環(huán)境系統(tǒng)也會處于超載狀態(tài),發(fā)生結(jié)構(gòu)和功能退化。

(2)由于生態(tài)環(huán)境可承載能力的閾值和人類活動對生態(tài)環(huán)境施加壓力的大小難以定量計(jì)算,這制約了承載率法在生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)中的應(yīng)用,“生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)評價(jià)法” 依據(jù)生態(tài)平衡理論和生態(tài)穩(wěn)定性原理,將承載力評價(jià)轉(zhuǎn)化為運(yùn)行狀態(tài)評價(jià),避開了生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)承載率測算的難點(diǎn),方法簡明易行,結(jié)果意義明確,具有一定的推廣應(yīng)用前景。

(3)河南省近15年來的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量總體為穩(wěn)中略有提高,生態(tài)環(huán)境總體處于可承載、基本可承載狀態(tài)；但是在18個(gè)地市中,信陽和駐馬店2個(gè)地市處于超載狀態(tài),信陽是全省生態(tài)環(huán)境質(zhì)量現(xiàn)狀最好的地區(qū),但是質(zhì)量動態(tài)呈下降趨勢,應(yīng)引起政府決策部門的高度重視。

4.2 討論

(1)不同學(xué)者對“生態(tài)環(huán)境承載力”這一概念的理解存在較大差異,但是,生態(tài)環(huán)境是自然環(huán)境的一部分,生態(tài)環(huán)境承載力研究不能偏離承載力的基本內(nèi)涵。目前我國主流環(huán)境學(xué)家普遍認(rèn)為承載力是在維持區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)的改變,區(qū)域環(huán)境功能不發(fā)生退化或朝惡性方向演變的條件下,區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類經(jīng)濟(jì)社會活動的閾值,超出這一閾值區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能將發(fā)生退化或朝惡性方向演化。可以看出,承載力是區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)與社會經(jīng)濟(jì)活動間適宜程度的反映,生態(tài)環(huán)境承載力的概念也不應(yīng)例外,生態(tài)環(huán)境質(zhì)量研究、人類活動對生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的壓力研究不能替代承載力評價(jià)研究。

(2)生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)總是與環(huán)境退化、生態(tài)破壞、人口增加、經(jīng)濟(jì)發(fā)展等問題相聯(lián)系的,由于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性,使生態(tài)承載力評價(jià)研究面臨很多困難,植被第一生產(chǎn)力估測法、資源供需平衡法、生態(tài)足跡法等評價(jià)的均是生態(tài)環(huán)境承載力的某個(gè)側(cè)面,而且沒能考慮生物資源的可替代性和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)的開放性,評價(jià)結(jié)果未能突出反映人類關(guān)注的區(qū)域生態(tài)環(huán)境問題。

(3)“生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)動態(tài)評價(jià)法”依據(jù)生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)動態(tài)、平衡和穩(wěn)定的原理,從承載狀態(tài)導(dǎo)致的結(jié)果和表現(xiàn)作為切入點(diǎn),對區(qū)域生態(tài)環(huán)境的承載狀態(tài)進(jìn)行評價(jià),評價(jià)結(jié)果是生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能動態(tài)變化態(tài)勢的綜合反映,但是,在生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)計(jì)算方面還有待改進(jìn)、完善,構(gòu)建科學(xué)、簡便的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量指數(shù)模型是促進(jìn)該方法推廣應(yīng)用的關(guān)鍵。

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Asolutiontotheproblemofecologicalenvironmentalcarryingcapacityevaluation:acasestudyofHenanProvince

ZHU Jiawei*, XIE Xiaotong, LI Xinhui

CollegeofResourcesandEnvironment,HenanAgriculturalUniversity,Zhengzhou450002,China

To evaluate eco-environmental carrying capacity, the core task is to estimate whether the intensity of human activity is within the threshold value of the eco-environmental carrying capacity. However, both the intensity of activity and the threshold value are difficult to measure correctly. In an attempt to solve the problem of evaluating eco-environmental carrying capacity, from the viewpoint of eco-environment system operating status, we present a new method of eco-environmental carrying capacity evaluation, called the “Eco-environment Index dynamic evaluation method,” which is based on the ecological balance theory and the ecological stability principle. The processes adopted using this method are as follows. The first is providing an evaluation criterion of eco-environmental carrying status, that is, whether the eco-environment system is operating well. The second is calculating values of the eco-environment index (EI) in different years using an existing EI model. The third is judging the eco-environment system operating status based on the change trend of EI by regression analysis. Using these steps, eco-environmental carrying capacity can be evaluated. The evaluating process is demonstrated by using the case study of Henan Province, which yielded the following results. (1) Although eco-environmental carrying capacity evaluation is different from the EI, it can be performed by regression analysis of the EI. (2) This method, by following the strict definition of carrying capacity and avoiding the difficulty of estimating the intensity of activity and threshold value, provides a new way of thinking and a new approach to eco-environmental carrying capacity evaluation. Moreover, it is concise, easy to perform, and of clear significance. (3) Attention should be paid that the eco-environment quality cannot reflect the carrying status, for the region with a high eco-environment quality can be overloaded such as Xinyang, and the opposite case can be also exist such as Puyang and Anyang in Henan.

eco-environment；eco-environment index；eco-environmental carrying capacity；Henan Province

中國地質(zhì)調(diào)查局地質(zhì)調(diào)查計(jì)劃項(xiàng)目(12120113007300)

2016- 08- 25; < class="emphasis_bold">網(wǎng)絡(luò)出版日期

日期:2017- 07- 11

*通訊作者Corresponding author.E-mail: zhujw686@163.com

10.5846/stxb201608251733

朱嘉偉,謝曉彤,李心慧.生態(tài)環(huán)境承載力評價(jià)研究——以河南省為例.生態(tài)學(xué)報(bào),2017,37(21):7039- 7047.

Zhu J W, Xie X T, Li X H.A solution to the problem of ecological environmental carrying capacity evaluation: a case study of Henan Province.Acta Ecologica Sinica,2017,37(21):7039- 7047.