大连市环境承载力测评

于成学，葛仁东，张 月，孔媛媛，杜永昊

(大连民族大学a.国际商学院;b.理学院，辽宁 大连116605)

一、关于承载力概述

20世纪60-70年代，随着土地退化、环境污染和人口膨胀等问题的出现，许多自然资源耗竭、环境质量下降等全球性问题相继爆发，地球的承载能力问题引起了广泛关注。20世纪70年代后期和80年代初期，联合国粮农组织(FAO)、联合国教科文组织(UNESCO)和经济合作与发展组织(OECD)等先后组织了国际范围的承载力研究，提出了一些承载力定义和量化方法［1］。近二十年来，有关承载力的研究及其生态学、环境科学和可持续发展领域的应用备受瞩目，形成了一整套独特的理论体系和方法［2-5］。承载力概念的发展也经历了从自然生态系统的种群承载力，人类生态系统的资源承载力(土地资源承载力和水资源承载力)、环境承载力，到生态系统承载力的发展历程［6-10］。环境承载力是指某一时期内，某种状态或条件下，某地区环境所能承受的人类活动的阈值。这里所说的“某种状态或条件”是指现实的生态环境条件，即不发生明显的不利于人类生存方向改变的前提条件;“能承受的阈值”是指不影响其生态环境系统正常功能发挥的外界作用强度极限;“人类活动”是指人类的经济和社会活动，尤其是人类的生产和消费活动。环境承载量(ECQ)和环境承载力(ECC)是一组具有对应关系的概念。对于同一地区而言，环境承载力表征该地区环境系统所能承受人类系统的最大应用量值;而环境承载量是指某一时期环境系统实际承受的人类系统的作用量值，可通过实际调查或检测得出。环境承载量数值分为两类:一类是能较易得到的理论最佳值(如地下水最佳开采量):另一类是不容易直接得到的理论最佳值，要采用预定要达到的目标值(标准值)来间接表示。在分析区域环境承载量的承载状态时二者缺一不可。在任一概念的使用与发展过程中，都包含了对前一阶段含义的扩展，同时也与生态学科的发展及人类社会发展背景存在着极强的相关关系，这进一步体现了承载力理论研究的重要性。尽管承载力的内涵、形式和意义都有深刻变化，但仍处于发展和完善当中。

在人类面临资源短缺的同时，环境污染一方面使资源利用价值降低，资源短缺的矛盾更加突出;另一方面，大气、水体、土壤、固体废弃物的污染对人类生存构成了严重的威胁。大连市是中国改革开放的前沿城市，开放程度较高，近年来环境问题日益突出。因此，研究大连市的环境承载力，确定大连市的环境承载量，明确大连市影响环境承载力的阈值范围，为科学合理规划大连市的经济发展与产业布局调控及区域空间布局提供理论依据和参考。

二、环境承载力评价指标体系构建

1.指标体系构建应规避的问题

由于环境承载力指标体系研究是一个庞杂的系统工程，再加上很多的主客观因素的制约。因此，建立环境承载力评价指标体系时，应注意避免以下几个方面的问题:(1)避免评价指标过于庞杂且不均衡;(2)避免评价指标与评价模型脱节;(3)避免评价指标与实际应用脱节。

2.指标的选取

环境承载力评价指标体系目的在于反映或表征环境、经济、社会系统相互间的协调程度。因此，环境承载力的评价指标体系应该从环境与经济和社会系统间的物质、能量和信息中选取，并进行分类。

根据国内外学者的相关研究，本文把环境承载力评价指标体系分为经济环境子系统承载力、社会生活环境子系统承载力和自然资源环境子系统承载力三个二级指标;在二级指标下又进一步分解出经济增长速度、经济发展水平、经济结构、人口、城市发展等十三个指标构成的三级指标层;最后，在三级指标下选择若干可量化的具体指标构成区域环境承载力，具体指标体系见表1。

表1 环境承载力评价指标体系

续表

三、环境承载力测算

目前，对于环境承载力的计算还没有统一的方法，各种计算方法都存在争议，本文试图用传统的计量方法——状态空间法，做一些改进，将确定权重的熵值法和状态空间法结合起来，以便获得更真实可靠的结果。

1.数据的收集及无量纲化处理

依据表1中的环境承载力评价指标，搜集大连市2003年至2013年间的相关数据。因为所获得的评价指标数据的量纲不同，所以在进行加权求和之前要进行无量纲化处理，将指标实测值转化为指标评价值，将评价对象的多项指标的信息加以汇集而从整体上认识对象的一定标准的优劣状况。本文采取的是平均化处理方法，即对于某一数据cij，无量纲化以后的数据如公式(1)。

其中，i=1，2，…13.j=1或2或3或4或5或6

2.指标权重

在多指标综合评价中，确定指标权重主要有主观赋权法和客观赋权法。主观赋权法所依据的赋值原始信息来源于客观环境，根据各指标的联系程度或各指标所提供的信息量来决定指标的权重。由于不同人的认识差别较大，主观赋权法主观性强，所以得到的结果可能大相径庭，可信度不高。所以本文采取客观赋权方法中的熵值法。

熵值法的原理:设有m个待评方案，n项评价指标，形成原始指标数据矩阵X=(xij)mn，对于某种指标xj，指标值xij的差距越大，则该指标在综合评价中所起的作用越大;如果某项指标的指标值全部相等，则该指标在综合评价中不起作用。在p信息论中，信息熵H(x)=-(xi)lnp(xi)是系统无序程度的度量，信息是系统有序程度的度量，二者绝对值相等，符号相反。某种指标的指标值变异程度越大，信息熵越小，该指标提供的信息量越大，该指标的权重也应越大;反之，某项指标的指标值变异程度越小，信息熵越大，该指标提供的信息量越小，该指标的权重也越小。所以，可以根据各项指标值的变异程度，利用信息熵这个工具，计算出各指标的权重，为多指标综合评价提供依据。用熵值法进行综合评价的步骤是:

(1)将各指标同度量化，计算第j方案指标值的比总Pij如公式(2)

(2)计算第j项指标的熵值ej如公式(3)

其中 k＞0，ln为自然对数，ej≥0。如果 xij对于给定的j全部相等，那么

(3)计算第j项指标的差异性系数gj。

对于给定的j，xij的差异性越小，则ej越大;当xij全部相等时，ej=emax=1，此时对于方案的比较，指标xj毫无作用;当各方案的指标值相差越大时，ej越小，该项指标对于方案比较所起的作用越大。定义差异性系数

则当gj越大时，指标越重要。

(4)定义权数 Wj，令

根据熵值赋权计算方法，可以求得环境承载力各指标权重值。

3.权重的修正

所求的权重是当把环境承载力的权重视为1时，每个cij相对于目标层所占的比重为Wcij。鉴于本文环境承载力的计算方法，现将领域层视为指标层的上一层，即把领域层的每个指标cj权重值都视为1时，便可以求出指标层每个指标cij相对于cj的权重值Wcij;同理也可以求出当把准则层每个指标Bj的权重Wci;求准则WB的每个指标的权重也是同样的道理。求得结果见表2。

表2 评价指标修正权重值

续表

4.环境承载量、环境承载力和环境承载率的计算

本文采用状态空间法结合熵值法求得的权重对环境承载量和环境承载力求解。

其中，maxc'ij表示c'ij中最大的一个数值，得到的新的 c^ij值。

i=1，2，…13，m=1或2或3或4或5或6。

最后，根据准则层各子系统的环境承载量和环境承载力的大小，计算环境承载量和环境承载力大小，计算公式为

5.环境承载量、环境承载力和环境承载率的计算结果

由上述计算过程可知，经济环境子系统环境承载量和环境承载力分别为和，社会生活环境子系统环境承载量和环境承载力分别为和，自然资源环境子系统环境承载量和和环境承载力分别为和，环境承载量和环境承载力分别为和，定义:

根据公式，环境承载量及环境承载力和各子系统环境承载量及环境承载力计算结果见表3。

单纯的环境承载量和环境承载力数值大小实际意义不大，不能准确、全面地反映某一地区环境承载状况的好坏，无法获悉环境承载量与环境承载力的相对关系，进而无从判断环境承载量是否超出了环境承载力的承载范围。为了更深入的反映环境承载的压力状况，因此提出环境承载率的概念。所谓环境承载率，就是环境承载量与环境承载力的比值，表示环境系统实际承载的压力相对于其潜在承受能力的大小，本文用英文字母ECR表示。计算公式如下:

根据表3，计算结果见表4;

表3 大连市环境承载量和环境承载力计算结果

表4 大连市环境承载率计算结果

四、结果分析

根据评价结果，可获得大连市2003-2013年的环境承载量、经济环境承载量、社会生活环境和自然资源环境承载量的变化趋势图，如图1至图4。环境承载量(ECQA)、经济环境承载量(ECQB1)、社会生活环境承载量(ECQB2)和自然资源环境承载量数值上差别很大，但承载量的绝对值大小是没有意义的，只有分析承载力数值变动对环境变化的反映情况或者将承载量和承载力结合分析时，承载量才有实际的经济学意义。

1.环境承载量结果分析

(1)环境承载量分析

整体上来看，2003-2013年大连市环境承载量波动幅度很大。2003-2004年，环境承载量呈现基本平稳的态势，从图1上反映表现为一条基本平稳的曲线;2005-2007年，环境承载量逐年递增，表示随着经济增长，大连市环境承载量逐渐增大，环境承载压力越来越大。2008-2009年环境承载力下降，表示经过合理的调整产业结构，环境治理措施及时得当，环境承载量逐渐降低。2010-2013年间环境承载量波动幅度很大，在2013年中，环境承载量处于上升的趋势。此时需要调整产业结构，加大环境治理力度，逐步减少环境承载压力。

图1 大连市2003-2013年环境承载量变化趋势图

(2)大连市经济环境承载量变化分析

图2 大连市2003-2013年经济环境承载量变化趋势图

由图2中可以看出，从2003-2004年，大连市经济环境承载量增加，在2005年出现转折点，从2005-2007年，经济环境承载量又逐步增加，2007-2009经济环境承载量又逐步降低。2009-2010逐渐增加，2011-2012虽然也是上升阶段，但上升幅度明显小于前几年，2012-2013经济环境承载量又逐步增加。从整体上来说，期间的经济环境承载量是曲折的，且有逐渐上升的趋势，环境系统对于经济发展的速度、总量和经济结构所造成的压力承载越来越大，经济环境情况同样不容乐观。

(3)大连市社会生活环境承载量变化分析

图3 大连市社会生活环境承载量变化趋势图

综合图3可以看出，从2003-2008年，社会生活环境承载量处于上升阶段，2009-2012年，逐年降低，到2013年，社会生活环境承载量又有上升的趋势，这说明大连市对社会生活与环境之间的关系能够合理协调，但仍需完善。

(4)大连市自然资源环境承载量变化分析

图4 大连市2003-2013年自然资源环境承载量变化趋势图

大连市社会经济发展的同时，自然资源也承受着巨大的环境负荷，从图4可以看到，从2003-2005年，大连市自然资源环境承载量是减少的，这说明高速发展的经济是以破坏自然资源环境为代价的，环境承载量也越来越大，而从2005-2007年，则呈上升趋势，到2007年，由于意识到这一点，及时调整产业结构，加大环境治理力度，取得了较好的成效，环境承载量有了大幅下降，但于2010年，自然资源环境承载量又处于上升阶段，到2011年，由于意识到经济的发展与自然资源之间的关系，及时调整产业结构加大环境治理力度，取得了良好的成效，环境承载量有了大幅下降，有利于实现经济社会的可持续发展。

2.环境承载力结果分析

由本文采用的环境承载力(ECC)计算方法可知，从2003-2013年，只能得到环境及其子系统承载力的单一值，没有连续变化的结果，所以不能对其变化趋势进行分析，但由环境及其子系统的数值与权重构成，也能进一步得到一些有意义的结果分析。

3.环境承载率结果分析

由表4计算结果可以画出2003-2013年大连市环境承载率、经济环境承载率、社会生活环境承载率和自然资源环境承载率变化趋势图，分别如图5、图6、图7、图8。从图中可以看出，由于它们的环境承载力的值分别只有一个，所以环境承载率变化趋势和它们对应的环境承载量的变化趋势完全一致，在此，就不再重点分析它们的变化趋势，而重点分析它们的环境承载率状态。

(1)环境承载率状态的评价标准。根据环境承载率的大小，可以对环境承载力所处的承载状态进行分类。本文将环境承载状态大致分为弱载、适载、高载三大类，见表5，其中，弱载状态的环境承载率小于70%，说明现有环境承载力的使用额度非常有限，留有足够的环境承载潜力可以发展经济，提高人民生活质量;适载状态的环境承载率介于70% ～90%，说明环境承载力适度，社会经济运行处于良好的态势，这种状态最适于可持续发展;高载状态的环境承载率则高达90%以上，在该状态下，环境承载量与环境承载力之间的差额不大，环境系统的实际承载压力已经很大，环境状况面临着严峻的挑战。

表5 环境承载率状态分类表

由图5可以看出，2003-2004年大连市环境承载率基本处于平稳状态，且承载率低于70%，处于弱载状态。2005-2008年环境承载率徒增大约4%，且承载率在70% ～90%，处于适载状态，这充分反映了在当时的经济发展过程中，如果只看重经济发展速度，未重视环境问题，将导致环境成本过大，付出惨重代价。从2008年-2010年。环境承载率降低大约3%，说明由于及时认识到了经济发展中的环境成本问题，使环境承载率下降。2012-2013年环境承载率又在上升，且于2013年已超过70%，处于适载状态。整体上来说，大连市的环境承载力处于弱适载状态。

图5 大连市2003-2013年环境承载率变化趋势图

(2)大连市经济环境承载率结果分析。综合图6可以看出，大连市经济环境承载率波动幅度较大，但2003-2013年中最低水平也大于90%，属于不合理的高载状态，虽然一直在努力调整产业结果，加大污染治理，但差距还很大，还需继续努力，保持国民经济发展处于合理的速度，使产业机构更加合理。

图6 大连市2003-2013年经济环境承载率变化趋势图

(3)大连市社会生活环境承载率结果分析。由图7可以看出，大连市社会生活环境承载率较前几项指标的波动幅度较小，从2003年-2008年，社会生活环境承载率处于上升阶段，2009-2012年承载率水平处于下降阶段。其中，2003-2004年，社会生活环境承载率低于70%，处于弱载状态。2005-2010年承载率在70% ～90%，处于适载状态，2011-2012年承载率低于70%，处于弱载状态，在2013年承载率刚好达到70%，处于适载状态。从整体上来看，大连市社会生活环境承载率属于弱适载状态。

图7 大连市2003-2013年社会生活环境承载率变化趋势图

(4)大连市自然资源环境承载率结果分析。由图8可以看出，在2003-2013年间，大连市自然资源环境承载率几经波折。但自然资源环境承载率均处在弱载状态。从整体上看，自然资源环境承载率处于上升状态，应及早预防。

图8 大连市2003-2013年自然资源环境承载率变化趋势图

五、结 论

本文研究是在环境承载力的基本概念、基本理论、和研究现状的基础上，针对当前没有统一的环境承载力评价指标体系和评价方法可供使用的情况，尝试建立了一套环境承载力评价指标体系，把环境系统分为三个子系统，分别为经济环境子系统、社会生活环境子系统、自然资源环境子系统，并提出了测算环境承载力的熵值状态空间计量模型。计算了大连市2003-2013年环境系统中各个子系统的环境承载量、环境承载力和环境承载率以及综合环境承载力，分析了环境承载量、环境承载力和环境承载率的变化及发展趋势，认为大连市环境状况基本合理，当前的环境承载多数处于弱适载状态，只有经济环境承载率处于高载状态。因此，建议大连市在发展经济的同时，需要加大“三废”治理，保持国民经济发展处于合理的速度;调整产业结构，切实执行节能减排政策，使其更加合理，从而提高环境承载力，进而达到经济与生态环境协调发展。本文希望通过对环境承载力的研究，对区域环境承载力的研究工作有所贡献，把环境承载力评价作为环境评估工作的一项重要工作。

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