武汉市生态承载力综合评价

彭威　陈明　袁胜平

摘要：以武汉市为研究对象，基于P-S-R模型构建指标体系，确定武汉市生态承载力的定量指标，进而构建城市生态承载力评价模型，包括城市生态支持力模型、城市生态压力模型、城市生态承载力模型，利用构建的评价指标体系和模型综合评价了2005-2014年武汉市生态系统承载力状况。结果表明，2005-2014年，武汉市生态承载力综合水平先在一个良好的状态下保持稳定，然后下降到很低的水平，最后有缓慢回升的趋势。其中，2005-2010年，武汉市生态承载力综合水平稳定在一个良好状态；2011-2014年，生态承载力表现为超负荷，随后武汉市积极改变经济发展方式和调整产业结构，生态系统得到一定修复，生态承载力有了回升的趋势。

关键词：生态承载力；综合评价；可持续发展；武汉市

中图分类号：X826 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2018）03-0036-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2018.03.009

Abstract： Taking Wuhan city as the research object， based on the P-S-R （Pressure-State-Response） model， the quantitative indicators of the ecological capacity in Wuhan city was determined，and then the urban ecological carrying capacity evaluation model was build， including urban ecological support model，urban ecological pressure model，urban ecological capacity model. Then the evaluation index system and model were used to evaluate the carrying capacity of ecosystem in Wuhan form 2005 to 2014. The results showed that，from 2005 to 2014，the comprehensive level of ecological carrying capacity of Wuhan was stable in a good state，then dropped to a very low level，and finally had a tendency to rise slowly. From 2005 to 2010，the comprehensive level of ecological carrying capacity of Wuhan was stable in a good condition. From 2011 to 2014，the ecological carrying capacity showed overload，then Wuhan actively changed the mode of economic development and adjusted the industrial structure，the ecological system was fixed，and the ecological carrying capacity had a tendency to rise.

Key words： ecological carrying capacity； comprehensive evaluation； sustainable development； Wuhan city

生态承载力是生态系统在一个区域正常发展过程中对社会经济协调关系的可持续承载，是生态系统自我维持、自我调节以及自我发展的能力，并且是制约区域可持续发展的重要因素之一[1]。21世纪，可持续发展已成为国家发展重要战略目标[2]，因此评价区域生态承载力对区域可持续发展和环境保护尤为重要，并越来越受到学术界的关注。生态承载力的研究最早可追溯到马尔萨斯的由种群承载力构建了承载力框架的人口增长理论，随后研究理论从以往的单一要素研究方式逐渐转向整个系统[3]。国外的生态承载力研究大多是与种群生态学联系在一起的。Smaal等[4]和Andrew等[5]给出的生态承载力定义都是指在现有状况下生态系统所能容纳的最大种群数量。国内学者开始进行生态承载力研究是在20世纪90年代，主要从人口、土地和资源的承载力展开研究，并提出相关的生态承载力概念。即“生态系统的自我维持、自我调节能力，是指生态系统所提供的资源和环境对人类社会系统良性发展的一种支持能力，是自然体系维持和调节系统能力的阈值”[6-11]。

基于前人的研究基础和区域实际应用的需求，本研究以武汉市为例，采用均方差法对武汉市生态承载力综合评价进行权重赋值，并用承载指数、压力指数和承载压力度指数来定量描述城市生态承载力的承载水平，对武汉市2005-2014年城市生态系统的支撑力系统、压力系统、城市生态系统承载力进行计算，综合评价了武汉市生态承载力，以期为指导城市总体规划，合理使用资源，促进武汉生态建设和可持续发展提供参考。

1 研究区概况、数据来源与研究方法

1.1 研究区概况

武汉市地处江汉平原东部，位于东经113°41′-115°05′，北纬 29°58′-31°22′，属北亚热带季风性湿润气候，具有雨量充沛、日照充足、四季分明，夏高温、降水集中，冬季稍凉湿润等特点[12]。全市总面积8 494.41 km2，其中水域面积为2 217.6 km2，占市域面积的25.8%，水能资源丰富，江河纵横，湖泊众多。植被类型为常绿阔叶林和落叶阔叶林组成的混交林。截至2010年，武汉市湿地面积3 358.35 km2，占全市总面积的39.54%，土壤種类繁多，共有8个土类、17个亚类、56个属、323个土种，矿产资源分布集中，地域特色明显，以建材类和冶金辅助原料类等非金属矿为主。截至2014年，武汉市人口达到了1 033.80万人，GDP首次突破万亿元，在全国排名第八。由于人口的快速增长和社会经济的高速发展，导致了资源短缺、环境污染和生态破坏等问题日益凸显[13，14]，严重制约城市的可持续发展。可见武汉城市生态系统结构复杂，功能多样，受到人类活动的强烈影响，研究武汉生态承载力，为武汉的可持续发展和相关政策制定提供参考。

1.2 数据来源

数据主要来源于武汉市统计年鉴（2006-2015年），部分数据来源于武汉市水资源公报（2006-2015年）。另外还有一些数据是利用统计数据计算得出的，如人均耕地面积和人均土地面积。

1.3 研究方法

1.3.1 指标体系的构建及标准化处理 武汉市生态承载力综合评价指标体系采用“压力-状态-响应” （Pressure-State-Response，P-S-R）模型。P-S-R模型由加拿大统计学家Rapport和Friend最先提出，后来由经济合作和开发组织（OECD）与联合国环境规划署（UNEP）于20世纪80年代末共同提出用于研究环境问题的框架体系，P-S-R模型综合考虑了社会、经济、资源和环境，可以为可持续发展提供理论框架[15]。在P-S-R框架体系内，环境问题可以表述为3个相互联系但不同的指标类型，即压力指标、状态指标和响应指标。其中，压力指标用以衡量由于人类行为而导致的生态系统的变化；状态指标用于表示当前生态系统的状态；响应指标是表示人们为了可持续发展采取的措施。在建立P-S-R模型时，由于可选取的指标很多，指标之间可能存关联和重叠，且指标间差异性也很大，指标的单位不便统一，导致指标选取的不合理和不准确。但是该模型具有很强的系统性，对构建指标体系具有参考性。

在建立指标体系的过程中，构建了包括目标层、准则层、因素层和指标层的武汉市生态承载力综合评价指标体系。其中项目层是由反映武汉生态承载力的支持力系统和压力系统组成，支持力系统是由P-S-R模型的响应指标和状态指标构成，压力系统是由P-S-R模型的压力指标构成；因素层是由反映每个评价指标的具体影响因素构成；指标层是由各种影响因素的具体评价指标构成。支持力系统包括年降水量、年平均气温、建成区绿地覆盖率、人均土地面积、人均耕地面积 、工业烟尘去除率、工业固体废物综合利用率；压力系统包括人口密度、人均GDP、GDP能耗、GDP取水量、工业固体废弃物产生量、废气排放总量、废水排放量等。最终构建的指标体系如表1所示。

根据指标的属性不同，一般分为效益型和成本型两类，其中效益型指标是指属性越大对系统越有利的指标；成本型指标是指属性越小对系统越有利的指标。

1.3.2 评价指标的权重确定 根据确定评价指标权重时数据的来源不同，一般将权重的确定方法分为主观赋权法和客观赋权法两种。主观赋权法主要是由专家根据个人经验判断该指标的重要程度，这种方法人们研究较早，也较为成熟，主观性强，但是忽略了指标间与系统内在联系，只注重它对于研究的贡献度，如AHP法、Delphi法等。客观赋权法的原始数据是由各指标在评价中的实际数据组成，它不依赖于人的主观判断，因而此类方法客观性较强，如变异系数法、均方差法等[16-18]。客观赋权方法是以原始数据作为赋权的基准，客观地从中提取信息。但是该方法只注重各个指标间的与系统内的作用，忽略了它对于研究的贡献度，所以会造成一定的误差。因为影响生态承载力的因素是多方面的，做研究时需要从中选取最有代表性的因素，并去除重复性因素。均方差权重决策法可以在一定程度上避免要素选择的重复和遗漏。本研究采用均方差法对武汉市生态承载力综合评价进行权重赋值，权重的计算结果见表3。由表3可以看出，人口密度、工业固体废弃物产生量和废水排放量的权重较高，说明人口增长和环境污染给城市生态系统带来的压力较大。

1.3.3 武汉市生态承载力评价模型的构建 采用承载指数、压力指数和承载压力度指数来定量描述城市生态承载力的承载水平。承载指数代表城市生态系统的客观承载能力大小；压力指数代表经济发展、社会进步对资源和环境所产生的压力[19，20]。用公式表示生态系统的承载指数的方式如下：

城市生态系统的承载状况通过生态系统承载指数和生态系统压力指数共同反映。承载指数越大，表示生态系统承载力越大；压力指数越大，表示生态系统所受压力越大，生态系统承载力越低。承载压力度指数是用于表示生态系统总体承载状况，分析承载压力度指数可以知道超载的原因，从而提出相应的措施。

1.3.4 生态承载力分析评价基准的确定 采用均匀分布函数来拟定分级评价标准，对生态承载力进行综合分级评价，各个系统的分级评价标准见表4。

2 结果与分析

2.1 支持力子系统评价

支持力子系统的综合评价值是用承载指数来表示的，用所提出的判定模型通过公式分别算出武汉市2005-2014年各年度的承载指数。从表5可以看出，2005、2006、2007、2008、2009、2013、2014年武汉市生态承载系统的支持力都为中等，2010年武汉市生态承载系统的支持能力较高，2011、2012年武汉市生态承载系统的支持能力为低等。2005-2010年，承载指数在0.495 3～0.673 2波动，且呈上升的趋势，说明武汉市环境治理较好和资源分配合理，使得武汉市生态承载系统的支持能力向好的趋势发展，且2010年武汉市承载系统的支持能力达到最大；2011-2013年承载指数由最低的0.319 7一直上升到0.489 0，2014年又下降到了0.449 7。在此期间，通过观察数据可知，承载指数突然由2010的0.673 2降到了2011年的0.319 7，是由于武汉市的人口突然剧增，导致武汉市资源供给不足和浪费严重。2011-2013年，承载指數呈上升趋势，表明武汉市为应对突增的人口，采取了降低污染物的排放、提高生产效率等比较有用的措施，使得武汉承载系统的支持力提高；2014年承载指数下降到0.449 7，说明武汉市提高环境治理效率的办法已不能满足武汉市生态承载系统支持力上升的需求。总体来说，在2005-2014年，武汉市承载系统的支持力上升、下降、上升、然后再下降，说明了武汉市一直在采取措施去提高武汉市承载系统的支持力，去缓解由于人口剧增和资源不足带来的矛盾。

2.2 压力子系统评价

压力子系统的综合评价值是用压力指数来表示的，用所提出的判定模型通过公式分别算出武汉市2005-2014年各年度的压力指数。从表6可以看出，2005-2009年武汉市生态承载系统的压力为低等，2010年武汉市承载系统的压力为中等，2011-2014年武汉市承载系统的压力较高。总体来说，2005-2014年武汉市承载系统的压力一直呈上升的趋势。其中，在2005-2010年期间，武汉市承载系统的压力增长的比较缓慢，说明武汉市对于环境的破坏在一個较为合理的范围内，武汉市采取的一些环境治理和自身的生态调节能够在一定程度上遏制由于经济的发展带来的环境污染、资源浪费和资源不足的问题；在2010-2014年期间，由于在2010年人口开始剧增，突然增加的资源消耗和废物排放导致了武汉市承载系统的压力增长加快。

2.3 承载压力度指数评价

承载压力度指数评价是用压力指数和承载指数的比值进行的定量评价，它反映了生态承载力的客观支持能力大小与承载对象压力大小之间的关系。从表7可以看出，2005-2010年武汉市生态系统承载均为低负荷，说明在当时的人口和经济发展背景下，其生态环境容量相对盈余；2011-2014年生态系统承载均超负荷，说明由于2010年的人口剧增带来的资源消耗过快、废物产生和排放增加等一系列问题，破坏了武汉市生态环境。但是，在2011-2013年期间，承载压力度指数在慢慢减小，说明了武汉市的节能减排、控制人口和环境保护规划等一系列措施减缓了武汉市生态环境破坏的速度；2014年，承载压力度指数在增加，但是没有超过2011年，说明尽管武汉市采取了一系列措施去保护生态环境，但是由于人口的压力太大，措施的实施力度不够，使得武汉市的生态环境破坏速率没有得到很好的抑制。

2.4 生态承载力综合评价

生态承载力综合评价是通过承载压力度指数来反映的，两者呈负相关关系。在对支持力子系统和压力子系统分别评价的基础上，综合考虑这两个子系统对整个城市区域系统的影响，进而对城市区域的生态承载力进行综合评价，最后的评价结果见表8。由表8可知，2005-2010年，武汉市是在一个平稳的状态下发展，生态承载系统的支持力和压力都相对比较低，且生态系统承载均是低负荷，生态环境容量相对盈余；自2011年后，由于人口压力、资源浪费和污染排放等一系列问题的加重，生态环境受到破坏，武汉市承载系统的压力一直处于较高的状态，而支持力由2011年的最低缓慢上升，生态系统承载一直处于高负荷状态，导致生态承载力降低，但是武汉市在2011年出台了《武汉市“十二五”生态环境保护规划》等一系列的保护措施，减缓了生态系统被破坏的速率。

3 结论

2005-2014年，武汉市生态承载力综合水平先在一个良好的状态下保持稳定，然后下降到很低的水平，最后有缓慢回升的趋势。由2011-2014年观察数据得知，由于武汉市人口剧增、社会经济发展、资源利用、环境污染等因素导致生态承载力表现为超负荷，生态系统受到一定程度的破坏，之后随着武汉市产业结构的调整，节能减排措施的实施以及环境的综合治理，生态系统得到一定修复，武汉市生态承载力有缓慢回升的趋势，但是武汉市的经济、社会发展速率有所下降。因此，武汉市必须坚持生态保护与经济发展并重的方针，把提高生态承载力作为首要任务，积极改变经济发展方式和调整产业结构，并以生态理念指导城市规划建设，以循环经济为核心建设生态经济体系，以生态文明为指导营造生态氛围，重视生态技术的开发与应用，加强环境污染的综合防治，严格控制人口增长，加大宣传力度，增强市民的生态意识，从而提高城市综合生态承载力，实现可持续发展。

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