資源環境承載力研究進展

(河南理工大學 財經學院,河南 焦作 454000)

隨著人與自然矛盾的日益凸顯,資源環境承載力問題備受世界各國的廣泛關注,成為衡量一國或地區發展質量的重要指標。近年來，我國取得了舉世矚目的成就,但資源環境問題不容忽視。為了讓生態文明建設與社會經濟發展相適應,需要不斷加強資源環境承載力的科學分析與量化評價,制定出相應的政策,以促進社會經濟與資源環境的全面和諧發展。

1 資源環境承載力的內涵及其發展

早在一個世紀前就有關于承載力的研究,但最初的研究主要側重于自然環境對種群增長的限制作用,如Hawden從生態學角度總結出承載力是環境和生態系統能支撐的最大牲畜個數[1]。隨著國土資源的開發利用,土地資源承載力進入了人們的視野。1940年美國學者William最早提出土地承載力概念,即土地生產制造的前景取決于土地向人類提供衣、食、住、行的能力[2]。隨著工業文明的發展和世界人口的急劇增長,資源的過度開發與不合理利用引起的資源短缺和資源浪費問題越來越突出。1970年,日本學者首次提出“環境容量”構想。此后,由麻省理工學院的著名學者Meadows等組成的“羅馬俱樂部”于1972年發表了《增長的極限》[3];Godschalk等對承載力進行了分類研究,提出了環境承載力這一概念,并與感性承載力、機構承載力共同構成了承載力的三大分支,但這里的環境承載力實質上仍然是對早期承載力在生態環境問題上的延續和發展[4]。1995年,著名經濟學家Arrow發表了“經濟增長、承載力和環境”一文[5],進一步引起了人們對資源環境承載力相關問題的高度重視。總體上,國外關于承載力的研究主要沿著早期“承載力”的方向進行。

我國北京大學環境科學中心的葉文虎教授等首次提出環境承載力概念[6],指出應從“環境科學”的角度深入剖析環境承載力的研究目的。即將人類活動的環境影響與環境系統自身的承載力進行對比分析,最終為人類社會經濟活動提供指導。經過各學科研究人員的不斷探索,資源環境承載力已成為經濟社會可持續發展的重要指標,越來越多的國內學者認識到資源環境承載力單要素研究的局限性和片面性。在此背景下,資源環境承載力綜合指標的構建和評價開始盛行。唐劍武等在福建省湄洲灣環境規劃研究項目中將環境承載力定位于“人類活動作用”[7];張傳國等將區域承載力的相關理論和方法應用到干旱區綠洲系統的生態承載力研究,并提出生態—生產—生活的“三生”承載力概念[8]。隨著社會經濟的發展,人們對資源環境的需求呼聲越來越高,承載力的概念也發生了相應的變化。通過對相關文獻資料的歸納整理,本文分析提煉出具有代表性的承載力概念、內涵與特點,見表1。

表1 資源環境承載力的基本內涵及其發展

總之,資源環境承載力現已被應用到自然科學和社會科學的諸多領域,它在能源安全、產業轉移、環境規劃、物理工程、旅游開發、國土資源管理、可持續發展等方面發揮著越來越大的作用。通過以上對環境承載力概念的演化發展可見,環境承載力的基本內涵不斷豐富,由最初的生物種群數量向生態環境、資源與生態環境過渡;承載的內容不斷增加,從承載生物種群到容納污染物再到承載人類所有的活動內容;承載力研究涉及各種資源、環境條件和生態系統、社會支持系統對人類發展的全面承載力。這種演化反映出人類對自然生態環境的認識在不斷深化,人類活動從最初的強調從自然環境索取到后來的敬畏大自然轉變。環境承載力概念的創新發展決定了在資源環境承載力量化研究中的視角和方向。因此,資源環境承載力概念落腳點的不同又使資源環境承載力的定量化研究所包含的內容和采用的方法差別較大,這是導致資源環境承載力難以形成完整的綜合理論體系的重要原因。

2 資源環境承載力的評價研究

2.1 國內外總體研究進展

隨著生態環境問題的不斷涌現,加上資源環境承載力概念的不斷成熟,對其在理論、評價方法等方面的研究不斷深入。《增長的極限》利用系統動力學理論對世界范圍內的資源(土地、水、糧食、礦產等)、生態環境與人的關系進行了評估[5],揭示了人口增長、經濟發展與資源過度消耗、生態環境惡化和有限的糧食生產之間的關系,進而研究得出21世紀中葉全球經濟增長將達到極限的結論。改革開放后,伴隨著我國經濟的高速增長,經濟社會發展對資源環境的需求急劇增加,國內很多地方出現了資源環境與經濟發展不協調的現象。國內學者在前人研究的基礎上,展開了資源環境承載力的評價研究。曾維華、葉文虎等率先對環境承載力進行了定量研究[6],建立了發展變量(度量人類活動)和限制變量(度量環境約束條件)之間的函數關系,并以福建湄洲灣開發區各規劃小區的環境承載力進行了案例研究;毛漢英、余丹林采用狀態空間法對環渤海地區的環境承載力進行了定量評價[14];劉敏從經濟、社會、資源環境和生態系統等四個方面選取幾十項指標構建了環境資源承載力評價指標體系[15],并采用剩余率方法進行了研究;付云鵬、馬樹才從社會資源和自然資源兩方面構建了城市資源環境承載力評價指標體系[16],運用主成分分析法對我國15個副省級城市2003—2013年資源環境承載力進行實證研究。

綜上所述,隨著社會經濟的發展和人類文明程度的提高,資源環境承載力的調查研究越來越受到重視,國內外相關學者的分析探究從單因素評價轉向綜合資源環境承載力評價,相關的理論研究趨于完善,但目前仍然沒有形成一個完整的綜合理論體系框架結構。

2.2 評價指標體系

如何構建一個合理完整的指標體系是對資源環境承載力量化研究的基礎,直接關系到評價結果的合理與否,關系到政策建議的科學性和適用性,是整個研究框架中最為重要的一部分。學術界、政府組織和社會團體等提出了眾多關于資源環境承載力指標構建的方法,其中最具有影響力的指標體系為1998年歐洲環境署EEA(European Environment Agent,EEA)在亞太經合組織(Organization for Economic Cooperation and Development,OECD)和聯合國可持續發展委員會(United Nations Commission on Sustainable,UNCSD)提出DSR框架基礎上改進的DPSIR框架(Driving-Pressure-State-Impact-Response)[17]。該框架共包括驅動力、壓力、狀態、影響和響應五個部分,由于該框架既考慮了自然系統對人文社會的影響,又綜合了社會經濟對生態環境的作用機制,具有較高的科學性,被國內外學者廣泛采用。

國內學者既有針對單要素進行的評價，也有開展的綜合評價,并在不同區域進行了資源環境承載力評價的實證研究。在單要素評價方面,李磊等從承載力的相關定義出發構建了武漢市水資源承載力的評價指標體系[18],并采用層次分析法、熵值定權法等方法進行指標量化,運用綜合向量模法得出研究區域水資源承載力處于理想狀態;任家強等分析了壓力—狀態—響應模型與城市建設用地之間的關系[19],基于10個指標對遼寧省各市區的土地資源承載力進行了評價。在綜合評價方面,董文篩選了空氣、水、土地、能源和生態五類評價指標[20],從資源和環境兩個方面評估了研究區的資源、環境、經濟和社會支持的發展現狀與發展前景;黃敬軍等以徐州市為例[21],將“資源—環境—社會—經濟”看作復合系統,從土地資源、水資源、土壤、地質等方面構建了資源環境承載力的綜合評價指標體系;何云玲等基于極差變換法,對云南省河口縣的縣域資源環境承載力進行了評價研究[22]。

綜合國內外學者在選用指標的共性,以層次分析法(目標層、準則層、指標層)為指導,本文從資源供給能力、環境納污能力、生態服務能力、社會支持能力四個方面選取了相對具有代表性的指標,構建了資源環境承載力綜合評價指標體系,見表2。

表2 資源環境承載力綜合評價指標體系

2.3 評價方法

國內外學者對資源環境承載力做了大量研究,從最初的單要素資源環境分析到后來資源環境和社會經濟的綜合要素分析,出現了向量模法、系統動力學模型、情景分析法、狀態空間法、生態足跡法、能值分析法、K—均值聚類法、突變級數法等多種研究方法,本文重點對一些代表性強的評價方法進行了對比分析(表3)。主要是:①能值分析法。該方法是以Odum H T為首創立的生態—經濟系統理論和方法[23,24],基本思路是通過不同的能值轉換率,將生態系統中各種形式的能量轉換成以最常見的太陽能為基準的能值來表示,對各種形式的能量進行比較和衡量,以此來評價各個要素在系統中的地位和作用,定量的分析生態狀況和經濟利益。②狀態空間法。該方法最早是由卡爾曼R E于1960年發表的《控制系統的一般理論》提出,它在空間幾何原理的基礎上發展起來,重點突出“人類活動”的作用。該方法從資源環境和社會經濟的各個角度構建綜合評價指標體系,利用相關的矩陣和方程函數對指標進行量化分析,并充分考慮了生態系統的動態響應,通過描述三維狀態空間的承載狀態點來表達一定時間尺度內區域的承載狀況[25]。③生態足跡法。該方法由加拿大生態經濟學家William Rees于1992年提出，是一種評價生態系統的生物物理方法[26,27]。它通過定量計算生態系統能為人類社會提供的服務支持和人類社會對生態系統需求量的差距,分析得出現階段生態環境的運行狀況,并通過預測未來生態系統的發展趨勢為現在的發展規劃提供改進依據和指導建議。④系統動力學模型。系統動力學模型是一種定性與定量相結合的系統仿真方法[28],模型注重子系統和大系統的綜合性、協調性,不追求最優的選擇,而是從整體的角度出發去尋找改善系統內部結構的方法和途徑。研究過程是從系統的反饋作用入手,運用計算機技術建立數學模型,模擬分析系統狀態,展現系統的動態演變過程。⑤突變級數法。突變級數法是由法國數學家Rene Thom于1972年提出的突變理論和模糊數學相結合的綜合評價方法。其核心思想是：將系統中的總指標進行層層分解,并按照指標的重要程度進行排序,利用歸一函數對各個控制變量計算得出的值求得各層次狀態的變量值,對研究對象按總指標的得分大小進行排序[29]。

表3 資源環境承載力評價方法

3 研究局限與研究展望

在近一個多世紀的研究進程中,資源環境承載力由最初的物理學概念到后來的生態學領域,逐步擴展到地理學、管理學、運籌學、經濟學等眾多交叉學科;研究對象從單一的水資源、土地資源、生物資源、森林資源、海洋資源延伸到更多的綜合領域;研究概念從某種生物個體存在數量的最高極限擴展到對“社會—經濟—生態—環境”的綜合支撐。對資源環境承載力的評價經歷了從靜態到動態、從單一到復合、從定性到定量的研究,更加注重客觀性和科學性;研究方法從最初的logistic增長方程、能值分析演變到現在的生態足跡法、模糊綜合評價法等多種方法。隨著社會經濟的發展和人們對生態環境的日益重視,資源環境承載力的內涵在不斷豐富,研究方法和研究思路將持續創新。

由于生態環境系統的動態性和評價指標的復雜性,相關的定量化和標準化研究有待深入,資源環境承載力仍然沒有形成系統的理論框架，主要存在以下幾方面研究局限:①現有評價方法對環境系統自身的客觀運動規律沒有深入研究,無法對環境系統自身的承載力指標進行量化分析,實際承載力的分析結果有待商榷。②評價指標方面雖然數量眾多,但對資源環境內涵和限制因子考慮較少或不夠全面,指標沒有在社會經濟狀況和環境狀態之間建立起一一對應的關系,從而無法根據其研究結果對特定的經濟社會發展方案的環境影響進行分析預測。③基于以上問題,人們很難從根本上把握某區域準確的資源環境承載力,采取的指標體系不可能絕對正確,導致提出的政策建議與實際需求可能存在著一定偏差,因此人類社會與資源環境絕對的協調發展尚待時日。

鑒于此,本文提出以下研究方向:①高度重視研究區域的整體性特征。資源環境承載力的概念并不是單純的資源要素和環境要素的結合,它還涉及社會狀況、經濟發展以及與人類生活有關的各個方面，因此在研究的過程中,其整體性顯得尤為重要,必須結合研究區域的發展特色,從多角度選取評價指標進行綜合分析,增強研究結果的客觀性和有效性。②高度重視研究對象的動態性和開放性。作為一個開放的系統,資源環境與周圍的一切進行著物質和能量的交換,它們是相互聯系、相互影響的集合體,并在人類和自然的作用下不斷發生著變化。即資源環境承載力具有時序性,它并不是固定不變的,有些作用不易被及時監測并反映在數據上,這就要求我們充分關注其動態變化,根據不同的情況構建不同的評價指標體系，重視區內與區外之間的相互作用,積極推進開放系統下資源環境承載力內部作用機制和變化規律等相關方面的研究。③高度關注評價指標的標準化和定量化。資源環境承載力,歸根結底就是對研究區域的生態環境狀況和社會經濟的發展狀態進行評價的過程,而指標的標準化和定量化是做好評價工作的前提,直接關系到評價結果的科學性。但由于要素的復雜性加上環境系統的動態性,導致其理論和數據很難達到高度契合,因素指標很難采用統一的方法進行量化,目前還沒有形成完整統一的資源環境承載力理論體系,且研究結果的科學性和客觀性一直存有爭議。因此,在今后的研究過程中應高度關注對指標的量化,結合現有的方法和研究區域的實際情況采用合適的方法進行量化,盡可能減少主觀性和隨意性,增強評價結果的可信度。④高度重視科學技術在資源環境承載力研究方面的作用。一方面,在資源環境承載力的研究方法中,大部分都是以復雜的系統分析為指導思想,將生態環境與社會經濟的和諧發展作為目標層,綜合考慮子系統之間的相互作用,通過仿真實驗、情景分析、優化等方法對資源環境承載力進行評價分析。另一方面,隨著GPS、RS、人工智能等各方面技術的發展和成熟,數據處理和數據分析能力得到了很大的提升,如果將這些先進的科技應用在資源環境承載力評價方面,必定會大大提高評價結果的可信性,使其更好地指導社會發展和人類進步。

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