甘肃省环境承载力研究

崔琪琪++徐芳

[摘 要]可持续发展是我国经济发展的目标之一，环境承载力可以衡量经济发展和环境系统的协调程度。将主成分分析法和空间状态模型结合，从经济环境系统、社会生活环境系统和自然资源环境系统三个维度确定环境承载力权重，在此基础上计算甘肃省环境承载量、环境承载力、环境承载率，并对甘肃省环境承载力状况进行分析和测度。结果表明，2011—2013年甘肃省环境问题严峻，应建立合理的承载力评价体系，同时加快产业结构调整步伐，加大环境污染治理力度，促进甘肃省经济与环境协调发展。

[关键词]环境承载力； 主成分分析法； 空间状态模型；甘肃省

[中图分类号]F0615 [文献标识码]A [文章编号]

2095-3283（2015）07-0083-05

一、引言

“以经济建设为中心”是我国改革开放以来长期秉承的兴国方略。但随着人口的增加和经济的高速增长，经济与环境之间的矛盾日益加深。为了协调经济发展与环境保护之间的关系，从根本上解决“先污染后治理”或“边污染边治理”的问题不断发生，必须合理规划，实施可持续发展战略，使经济和社会活动不超过环境的承载力，不会危及到环境系统的稳定。因此，研究环境承载力对于促进经济健康可持续发展具有重要意义。

由于目前尚无成熟的环境承载力评价体系，国内外学者大多采用系统动力学方法、指数评价法、状态空间法、多目标模型最优化方法和承载率评价法对环境承载力进行评价。在这些方法中，较为流行的是状态空间法，它以空间几何知识为基础，既可以对环境承载力进行整体评价，也可以对每一个单一轴的承载力进行定量分析，进而判断地区环境承载力的状况，具有很强的现实意义。但是以往在运用状态空间法进行环境承载力评价时，在权重确定方面存在一定的主观性，这会使得计算结果与实际情况出现偏差。针对上述问题，本文通过建立合理的指标体系，考虑权重的客观性，将主成分分析法与状态空间法相结合，研究甘肃省的环境承载力。

二、文献综述

1789年马尔萨斯在其人口理论中第一次提出资源有限并会对人口的增长产生影响的理论，随后承载力理念被应用到各个领域。19世纪80年代后期，承载力开始在畜牧管理方面得到应用。Park，Burners（1921）将承载力的概念引入到土地承载力领域。Odum（1953）第一次提出了较为准确的承载力的数学公式。1968年，日本学者将环境容量的概念引入到环境科学中，因此环境容量便是环境承载力的雏形。Bisshop（1974）提出应用在环境管理中的承载力概念。Arrow等（1995）在《Science》杂志上发表《Economic growth， carrying capacity， and the environment》一文，引起人们对环境承载力的广泛关注。Slesse（1990）用ECCO模型研究环境承载力。Saveriades（2000）估算了塞浦路斯东海岸的旅游环境承载力。Furuya（2003）对日本北部水产业环境承载力进行了研究。从国外学者的研究来看，环境承载力理论经过几十年的发展，已经广泛应用于人口学、经济学、生态学、环境管理等各个领域。

国内学者对承载力也进行了积极的探索，大致可以分为三类：第一类主要集中于理论阐述和量化研究。如北京大学《我国沿海经济技术开发区环境的综合研究—福建省泥洲湾开发区环境规划综合研究总报告》（1991）、崔凤军（1995）。洪阳，叶文虎（1998）、唐剑武（1998）。第二类主要集中于区域环境承载力的研究，如彭再德（1996）、朱宇兵（2009）。第三类主要集中于环境要素承载力的研究，如王玉梅，丁俊新（2011）、姚仕萍，薛智韵（2012）。

综上所述，由于环境系统的复杂性，国内外学者对环境承载力的评价尚未形成公认的理论体系，并且国内学者对综合环境承载力研究较少，即便是评价综合承载力也是对单一环境要素承载力的加权。所以本文选用主成分分析法结合空间状态法对甘肃省综合环境承载力进行分析。

三、甘肃省环境综合承载力评价指标体系

为了定量描述和测度甘肃省环境承载力，本文引入状态空间模型。该模型是以空间几何知识为基础，以系统各要素向量为坐标轴的三维状态空间，这三个坐标轴一般为经济环境轴、社会环境轴和自然资源轴。基于此，本文建立的环境承载力指标体系包含了经济环境系统（B1）、社会生活环境系统（B2）和自然资源环境系统（B3）。其中经济环境系统维持指标选取经济增长速度指标、经济发展水平指标和经济结构指标三个二级指标。社会生活环境系统维度指标选取了人口指标、生活质量指标、基础设施指标和运输压力三个二级指标。自然资源环境维度承受力选取环境压力指标、环境污染指标和环境治理指标三个二级指标。所得到的评价指标体系结构如表1：

四、实证研究

（一）指标体系权重的确定

对原始数据进行处理时，一般可以选择中心化、极差化、极大化、极小化和平均化等方法。中心化是国际上普遍认可并广为使用的方法，该方法是将不同年份的数值看成一列数，先计算出其平均值和标准差，然后让每个数减去其平均数并除以它的标准差，就可以得到这列数的标准化后的值。基于本文的具体情况，采用中心化的无量纲方法，即用每种指标的数值除以该指标中的最大值，使得标准化后的数值介于0和1之间。

对原始数据进行标准化后，用SPSS软件对25个指标进行主成分分析，得出前四个主成分合计值达99273%，大于要求的85%标准。因此前四个主成分代表已经概括了绝大部分的信息，用其作为主因子。四个主成分的特征根、各主因子贡献率及累计贡献率如表2：

计算四个主成分（F1、F2、F3、F4）对应的特征根λ1、λ2 λ3、λ4）（的特征向量为L1、L2 、L3 、L4），在此基础上算出各个指标对应的权重值并按目标层进行权重调整，如表3所示。endprint

（二）环境承载量、环境承载力和环境承载率的计算

为了方便计算，对数据进行二次标准化，然后根据二次标准化之后的数据与指标权重计算甘肃省环境承载量和环境承载力以及各子系统的环境承载量和环境承载力，计算结果如表4：

最后，根据环境承载率等于环境承载量与环境承载力之比，计算出环境承载率的大小，进一步评估甘肃省环境承载力状况。

五、实证结果

为了更好地考察2008—2013年甘肃省环境承载力的变化趋势，本文从环境承载量和环境承载率两个方面进行分析。甘肃省环境承载量与其子系统承载量在数值上的差值比较大，因此不能从数值上进行分析，需要将其数值的变动和环境的变化结合起来分析。

（一）环境承载量结果分析

根据整理出的数据得出2008—2013年甘肃省环境承载量、经济环境承载量、社会环境承载量、自然环境承载量的变化趋势图，分别如图1、图2、图3和图4所示。

1甘肃省环境承载量变化分析

从图1所反映的甘肃省承载量变化情况可知：

首先，除2013年以外，其余五年甘肃省承载量均呈现递增状态，在图上表现为柱形的高度由低变高。虽然较低的环境承载量未必对应良好的环境状态，但是越来越高的环境承载量确实能够说明甘肃省生活和生产活动对环境系统造成的压力越来越大，提升甘肃省环境承载力存在很大的空间。另外，在甘肃省经济环境持续增长的同时，环境承载量也逐年增加，说明甘肃省迫切需要转变经济增长方式。

其次，以2010年为分界线， 2008—2010年趋势图上柱体的高度变化不大，可知在此之前甘肃省环境承载量的增加幅度较小。相比之下，2011年和2012年环境承载量分别比上一年明显增加，柱状图的高度显著增加。这说明近年来甘肃省产业结构调整和环境治理的效果并不明显，同时也说明降低环境承载量的复杂性和渐进性。

第三，虽然甘肃省环境承载量在2013年有所下降，但从整体来看，甘肃省环境负荷的压力依然很大，这说明甘肃省产业结构调整和环境治理力度不大，并且政策的持续性也不强，需要在这些方面加以改进，促进环境状况得到明显改善。

图1 2008—2013年甘肃省环境承载量变化趋势

2甘肃省经济环境承载量变化分析

从图2可以看出，甘肃省经济环境承载量的变化趋势可以分为三个阶段。第一阶段：2008—2009年，甘肃省经济环境承载量下降较大幅度，约为00005；第二阶段：2009—2010年，甘肃省经济环境承载量显著下降；第三阶段：2011—2013年，甘肃省经济环境承载力呈现较为显著的上升趋势，并且在2011年和2012年就达到第一阶段的水平。随着经济的发展，经济系统对环境的压力必然会增加，因此，甘肃省经济环境承载量的增加是符合客观事实的，至于2010年环境承载力下降可能是因为当年某些特殊情况。总之，甘肃省环境承载力会在较长的时间内表现为上升的趋势。

图2 2008—2013年甘肃省经济环境承载量变化趋势

3甘肃省社会生活环境承载量变化分析

由图3可以看出，甘肃省社会生活环境承载量的柱形高度缓慢增加，整体呈现递增的状态。2008—2011年，甘肃省社会生活环境承载量以较小的幅度增加，2011—2012年的增加幅度达到最大，2012—2013年的增加幅度为这6年内最低水平。甘肃省社会生活环境承载量的缓慢增加表明随着经济的发展、人民收入水平的提高、交通运输量的增加以及人口的增长，人们对生活资源的需求大大增加，使得社会生活系统对环境的压力增加。虽然2012—2013年的甘肃省社会生活承载量增加幅度为6年最低，但是甘肃省社会生活系统对环境的压力仍不容小觑。

图3 2008—2013年甘肃省社会生活

环境承载量变化趋势

如图4所示，2008—2013年甘肃省环境承载量和社会生活环境承载量有很大的相似性。该图虽然弱化了甘肃省环境承载量和社会生活环境承载量各自的变化趋势，却说明二者之间具有大致相同的变动趋势。因此，作为甘肃省环境承载量的三大组成要素之一，甘肃省社会生活环境承载量是其决定因素，它的变动直接影响甘肃省环境承载量的变动。

图4 2008—2013年甘肃省环境承载量

和社会生活环境承载量变化趋势

4甘肃省自然环境承载量变化分析

甘肃省经济社会环境的发展同自然环境有密切的关系，从图5可以看出，甘肃省自然资源承载着巨大的环境负荷，整体自然资源环境承载量呈上扬的态势，并在2012年达到最大。这说明，近几年甘肃省经济发展是以破坏自然资源环境为代价的，污染日趋严重、能耗增速过快等使得甘肃省自然环境压力越来越大，情况不容乐观。从原始数据可以看出，工业用水量、氨氮排放量、二氧化硫排量的最大值也均出现在2011年或2012年。

图5 2008—2013年甘肃省自然环境承载量变化趋势

（二）环境承载率结果分析

参考前人研究成果，根据环境承载率的大小，本文对环境承载力所处的状态进行分类，共分为三大类，分别为低载、适载、高载，如表6所示。其中，当环境承载力小于70%时，为弱载状态，说明环境承载力的使用额度非常有限，环境承载力潜力较大，可以进一步发展经济；当环境承载力介于70%～90%之间时，为适载状态，说明环境承载力适中，是比较理想的状态，经济社会运行状态良好，有利于可持续发展；当环境承载力高达90%以上时，为高载状态，说明环境系统承载的压力很大，环境承载量数值几乎接近环境承载力，环境状况非常严峻。

表6 环境承载率状态分类

小于70%70%～90%之间大于90%

承载状态弱载适载高载

1甘肃省环境承载率结果分析endprint

图6、图7、图8和图9分别为2008—2013年甘肃省环境承载率、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的变化趋势图。由于2008—2013年各年的环境承载力值只有一个，所以环境承载率的变化趋势和环境承载量的变化趋势完全一致，为避免重复，本文重点分析环境承载率的状态，不再分析它们的变化趋势。

由图6显示，2008—2010年甘肃省环境承载率略低于90%，处于适载的状态，从2011—2013年，环境承载率都远大于90%，处于高载状态。2011年、2012年和2013年甘肃省环境承载率分别比适载状态高出约273%、665%和382%，根据环境承载率状态分类表可知，环境承载状态不容乐观。这说明在近几年经济发展过程中，我们只看重经济发展的速度，对环境问题并未引起足够的重视，导致环境成本过大，造成承载力状况恶化。

图6 2008—2013年甘肃省环境承载率变化趋势

2甘肃省经济环境承载率结果分析

由图7可知，2008—2013年甘肃省经济环境承载率一直处于高载状态，即使在2010年大幅下降，也离适载状态有一定的距离，尤其在2013年，已经快接近极限值。因此，甘肃省在未来经济发展过程中，要进一步加大产业结构调整力度，积极进行污染治理，使国民经济发展速度处于合理区间。

图7 2008—2013年甘肃省经济环境承载率变化趋势

3甘肃省社会环境承载率结果分析

由图8显示，除2008—2011年甘肃省社会环境承载率处于70%～90%之间，处于适载范围内，比较合理外，其余两年甘肃省社会环境承载率都超过90%，属于高载状态。

图8 2008—2013年甘肃省社会环境承载率变化趋势

4甘肃省自然资源环境承载率结果分析

由图9显示，2008—2013年甘肃省自然资源环境承载率的变化过程为适载、高载和适载三个阶段，不太稳定。2008—2010年甘肃省自然资源环境承载率处于适载状态，在2011—2012年处于高载状态，在2013年又处于适载状态，但仍未达到2010年之前的状态。因此甘肃省自然资源环境承载状态经历由好到坏又到好的转变过程，说明甘肃省加强了对自然资源环境的保护，走上了可持续发展道路。

图9 2008—2013年甘肃省自然环境承载率变化趋势

六、结论

从综合环境承载率情况看，以2010年为分界点，之前甘肃省总体环境承载力处于适载状态，在此之后，甘肃省总体环境承载力处于高载水平，尤其在2012年，超出适载状态大约6个百分点，情况极其严峻。其中，2010年以前，甘肃省社会环境和自然资源环境承载力水平都处于适载水平；2010年以后甘肃省社会环境和自然资源环境承载力水平都处于高载水平；2008—2013年甘肃省经济环境承载力一直都处于高载状态。可见，近年来甘肃省环境压力状况不容忽视，亟待解决。

从单因素环境承载力来看，甘肃省经济环境承载力压力最大，这主要是产业结构不协调引起的。导致甘肃省自然资源环境承载力在2011—2013年一直居高不下的原因是甘肃省在该期间人均用水量、工业用水量等资源消耗的增加以及废水排放总量、化学需氧量、氨氮和二氧化硫等污染物的排放量增多，而对污染治理的投资额并未相应增加。同样，甘肃省社会生活环境承载力较高的原因是人口快速增长以及人们随经济发展日益增加的生产生活需求，并且甘肃省社会生活环境承载力是决定环境承载力的关键因素。

近几年，甘肃省环境之所以日趋严峻，这与经济发展中较少考虑环境承载力有很大关系。因此，首先政府应建立一套合理的环境承载力评价体系；其次，为避免再次出现环境承载压力突增的状况，政府必须注重政策的连续性；第三，为促进经济与环境协调发展，政府应采取有效措施，加快产业结构调整步伐，加大环境污染治理力度。

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（责任编辑：梁宏伟）endprint