景观资源整合背景下生态承载力研究综述

魏合义 刘学军 陈晓刚 刘金

[摘 要]承载力概念在生态学研究领域出现已久。地球人口数量剧增、自然资源短缺以及人类精神空间受到限制等问题的出现，迫使人类重新认识到各种资源都不是无限的。景观资源整合背景下生态承载力研究，包括土地资源承载力研究、水资源承载力研究、旅游资源承载力研究、森林生态承载力研究等类型，这些类型的研究随着新问题的出现而发生变化，其评价模型由简单到复杂，评价指标的选取也趋于科学合理。

[关键词]生态学;景观资源;生态承载力

一、引言

承载力（Carrying Capacity）这一概念是由一些牧场管理者首先推出的，初衷是因为他们更关心有限的土地或者草地能够放养多少牲畜，进而开始了对这一理论的研究①。1798年，马尔萨斯（Thomas Robert Malthus）深受达尔文物竞天择观念的影响，在广泛吸纳前人思想和理论的基础上，出版了《人口原理》（An Essay on the Principle of Population）一书，其中的人口增长理论被认为是承载力研究最初的雏形②。但是，马尔萨斯认为食物是人口增长的唯一限制因素，人口数量按指数方式增长（未考虑社会道德因素）等，这些观点引起了一些质疑③。承载力概念还可以追溯到美国农业部1906年的统计年鉴①。最初，学者们主要将这一理论用于家庭饲养动物，很快也用于野生动物的管理工作②，还被一些野生物学家采纳并写入教科书③。1953年，奥德姆（E. P. Odum）在他的《生态学基础》（Basic Ecology）一书中给出了准确的数学表达式，也就是人们现在所熟悉的Logistic方程。该方程式早在1920年就被珀尔（Raymond Pearl）和他的同事里德（Lowwell Reed）作为一般的人口增长模型提出。在之后的承载力研究中，在影响生物数量增加的因素中不但考虑了食物的丰富程度，也逐渐把空间环境作为影响数量增长的因素。近年来，承载力理论在农业种植、渔业、牧业养殖、区域人口承载数量等研究中也得到广泛应用，并在确定合理的种植密度、科学的规划放牧数量（特定的区域）、预测区域人口发展规模上发挥了重要作用④。随着自然资源短缺、环境污染以及人类经济发展和精神需求受到限制，此后的研究便广泛开展起来⑤。

早期的承载力应用范围只限于生态学领域，但随着土地退化、环境污染和人口膨胀等问题的出现，人类学家和生物学家开始将承载力概念发展应用到人类生态学中。“承载力”一词也开始与生态破坏、环境退化、资源减少、人口增加、经济发展等问题联系在一起，其内涵也产生相应变化⑥。当应用于区域和城市系统时，又衍生出社会承载力、文化承载力和旅游承载力等概念⑦。目前，承载力被赋予更丰富的内容和更广阔的用途。随着自然资源短缺、环境污染严重以及人类经济发展和精神需求的满足程度受到严重限制等问题频发，此后的研究便广泛开展起来。

二、生态承载力研究分类

景观（landscape）是指地球上人类视觉能够观察到的一切地面特征，这些地面特征既指自然特征，也指人工特征⑧。在不同的时代背景和语义环境下，其内涵较为丰富①。人类赖以生存的各类物资来源、空间栖息地及精神场所均可被称为资源（Resource）。在景观资源整合背景下，为便于梳理已有的研究成果，本研究将生態承载力分为土地资源承载力、水资源承载力、旅游资源承载力和森林承载力等几个重要领域分别进行阐述。

（一）土地资源承载力

在当前全球人口不断增加、人均耕地面积日趋减少和人类粮食危机不断加重的背景下，土地资源承载力的概念随之产生。土地承载力（Land Carrying Capacity）是指在维持一定水平且不引起土地退化的前提下，一个区域能被永久供养的人口数量及人类的活动水平②。从土地承载力的原始定义可以看出，土地承载力是以不引起土地肥力下降为前提条件，以承载一定的人口数量为落脚点，还包括人类活动，即社会经济活动。

1949年，美国学者沃格特（William Vogt）发表了在生态领域具有一定影响力的文章《通向生存之路》（“Road to Survival”），较早探讨了世界人口剧增已经造成人口过剩，土地承载力达到极限③。根据他当时的推测，人口极限数量约为22亿，与当前全球76亿的人口数量（2018年联合国人口统计数据）相比，不到30%，可见当时的推测方法可能忽略了一些社会要素。

20世纪50—70年代，一些国外的学者探讨了土地承载力的计算依据，并认为土地承载力是在确保不会对土地资源造成不可逆的前提下，土地的生产潜力能容纳的最大人口数量。这个定义仅仅涉及人口数量，没有综合考虑人类的消费水平和科技的发展水平。20世纪60年代中期，就职于北罗得西亚（赞比亚的旧称）农业部门的艾伦（W. Allan）研究员，根据其工作经历发表《非洲农夫》（“The African Husbandman”）一文，提出以粮食为代表的土地承载力的计算公式。在土地生产力不退化的前提下，他主要考虑了土地面积、耕作要素和耕地面积，计算出单位综合土地面积能够供养的人口数量④。受历史局限性影响，当时他没有考虑到人类对环境胁迫的作用，只能粗略计算在某一时期、某一地区能够供养的人口数量。到了70年代初，澳大利亚的米林顿（R. M. Millington）和吉福德（R. M. Gifford）采用多目标决策分析法，从各种资源对人口的限制角度出发，讨论了该国的土地承载力⑤，这是以澳大利亚流派为代表的土地承载力研究的典范。

中国对土地承载力的研究相对较晚。以中国科学院自然资源综合考察委员为代表，在1986年开展的“中国土地生产潜力及人口承载量研究”项目，被认为是中国迄今为止进行的最全面的土地承载力方面的研究⑥。土地承载力的动态性特征以及人口和环境的相互作用的特性，使得该学科的研究需有系统性。如原华荣就曾探讨了关于土地承载力与人口环境平衡的问题⑦。在研究方法上，国内学者所使用的方法主要可归纳为系统动力学模型①、生产力估算模型②、RS估算法③等。如格日乐等学者针对额济纳绿洲生态环境脆弱复杂的特点，以及资源、环境、人口和发展之间的矛盾关系，运用系统动力学原理，建立了额济纳绿洲土地承载力系统动力学模型，并通过统计数据预测了未来20年内三种水土开发速率、投入水平以及人口增长速率与三种生活标准下的土地承载力变化④。陈传美等通过分析土地承载力系统各影响因素间相互制约、相互促进的反馈关系，揭示了土地承载力系统的运行机制和控制机制，建立了郑州市土地承载力系统动力学模型⑤。陈兴鹏等结合西北干旱区水土资源和经济发展的特点，应用系统动力学原理建立了西北干旱区水土资源承载力系统模型，并以甘肃河西地区为例，对其水土资源承载力作了系统分析研究⑥。随着现代技术的发展，特别是3S技术和计算机运算能力的发展和提高，土地承载力有了新的研究方法。如熊利亚等采用RS和GIS技术对研究区域的土地利用现状和地形地貌特点进行分析，预测不同时间尺度的土地人口承载量，并为作物种植方式提供依据⑦。人们还可通过遥感获取地理信息，并结合调查统计数据和当地人口消耗状况，可以很方便地计算出不同区域的土地承载状态⑧。

总之，随着社会发展和技术进步，对土地承载力的认识有了新的变化，研究手段也有所突破。土地承载力的研究方法还需深入讨论，其优缺点应在今后的案例研究中进行比较与验证。

（二）水资源承载力

水是生命物质不可缺少的一类生态系统要素，也是生态环境控制性因素之一，同时也是战略性经济资源，是一个国家综合国力的有机组成部分。水资源正日益影响着全球的环境和发展⑨。中国水资源短缺问题已经成为限制中国区域经济发展的重要瓶颈，特别是在北方城市这个问题更加明显⑩。因地下水的過量开采而引起的地面沉降问题，严重威胁着整个生态环境。因此，这些突出问题迫使我们必须对水资源问题进行认真思考。

水资源承载力（Water Resources Carrying Capacity）是继土地资源承载力研究之后讨论较多的研究领域。在国内外的研究中，专门针对水资源的研究相对较少，一般是将其纳入可持续发展的理论研究中①。由于水资源的分布不均，随着人口增长、经济发展和人民生活水平的提高，在许多国家和地区，水资源供需矛盾日趋突出，水资源短缺已成为制约社会经济发展的重要因素。水资源危机的出现，促使世界各国逐渐开始关注水资源问题。中国学者在20世纪80年代末提出水资源承载力这个概念。夏军将水资源承载力定义为：“在一定的水资源开发利用阶段，满足生态需水的可利用水量能够维系该地区人口、资源与环境有限发展目标的最大的社会/经济规模。”②姚治君等人分析了水资源承载力的特点，并认为它是“一个具有自然—社会双重属性的概念，既反映了水资源系统满足社会经济系统的能力，也与社会经济系统开发自然水资源系统的深度有关，其大小取决于区域自然环境、水资源量、社会经济技术水平、社会经济结构和承载驱动力大小等诸多因素”③。朱一中等人在总结惠泱河和何希吾研究归纳的水资源承载力特点的基础上提出：“在特定历史阶段的特定技术和社会经济发展水平条件下，以维护生态良性循环和可持续发展为前提，当地水资源系统可支撑的社会经济活动规模和具有一定生活水平的人口数量。”④同时指出，此概念认为水资源承载力是处于特定历史时期，特定技术条件和社会背景之下承载了多少人，承载的对象是人口，能较客观地表达概念的内涵。

国外学者从供水的角度对城市水资源承载力进行了相关研究，并努力将其纳入到城市发展规划中⑤。哈里斯（J. M. Harris）与肯尼迪（S. Kennedy）将水资源作为其中重要的影响因素，着重研究了农业生产区域的耕地承载力，并把综合土地承载力作为区域发展潜力的一项重要的衡量标准⑥。在对水资源承载力的研究中，一些学者特别注重应用管理学理论提升资源承载力，如卡恩（S. Khan）和汉吉拉（M. Hanjra）曾研究澳大利亚的达令河流域（Murray-Darling），深入分析了可持续的水资源和土地管理对当地农业和区域可持续发展的巨大影响，并认为忽视系统的承载力在较长时间内会增加农业生产成本，降低区域发展⑦。

在国内研究方面，姚治君等人在总结区域水资源承载力研究历史和现状的基础上，定义了水资源承载力概念，阐释了水资源承载力的内涵与特性⑧。龙腾锐等强调了系统研究水资源（环境）承载力的重要现实意义，指出了当前研究中的不足以及有待进一步研究的问题⑨。夏军等根据水资源承载力的定义和水资源承载力的系统关系，讨论了水资源承载力的度量与计算方法①。从当前水资源承载力的整体研究情况看，这些研究主要阐述了水资源承载力的内涵与特点，对水资源承载力的概念、研究方法和存在问题进行了论述，并预测了今后的发展趋势。

（三）旅游资源承载力

从1841年托马斯·科克（Thomas Cock）组织第一次包价旅游至今，旅游业已经成为世界经济的重要组成部分。但是，旅游业的成功和“无烟工业”的思想掩盖了其对社会环境和自然环境的破坏，也使得旅游资源承载力的研究滞后于旅游学的其他分支。一个旅游地区所能容纳的游客人数并非无限的，游人的过度密集会引起诸多环境问题、经济问题和社会矛盾，因此存在容量上的极限值和最适值②。

旅游资源承载力（Tourism Carrying Capacity）是指在某一特定时间与特定区域不对该区域的资源与环境发生破坏或污染的情况下，该区域所能承载的最大旅游人口数量③。也有学者在研究中提出：“一个旅游区的旅游开发并不是没有限度的，旅游的过度开发会引发许多环境、经济问题和社会矛盾，缩短旅游区的生命周期，从而影响区域旅游的可持续发展，它客观上存在着一个容量的极限值或最适值，这就是旅游承载力。”④生态承载力中的物质与环境是不可分割的，这在探讨旅游承载力过程中亦同样重要。如崔凤军等从影响旅游环境承载力的社会与文化环境、社会与心理环境、生态与经济环境等诸因子入手分析，提出旅游环境承载力的概念⑤。刘玲则从旅游环境承载力的综合性（包括饭店接待能力、交通运输能力、旅游物质和能源供应能力、旅游景点纳污能力等）、复杂性（包括物质、生态、心里、经济等方面的内容，同时涉及多类学科的交叉）、层次性和可调节性等几个方面进行探讨，将其细分为游览环境承载力、生活环境承载力、旅游用地承载力、自然环境纳污力等几个单项，分别进行研究⑥。也有学者进一步提出生态旅游承载力概念，认为其是在生态承载力的基础上加上旅游层面的影响因素而发展出来的⑦。

根据WTO1999年的统计数据，在全世界的十大产业内，旅游出口创汇额达5550亿美元，超过世界领先行业，如汽车、化工、食品、燃料、计算机和办公设备等⑧。拥有丰富旅游资源的国家、区域或某地，在旅游热浪潮的推动下取得了令人瞩目的经济效益。然而旅游活动对自然资源的消耗和对生态系统的破坏，也造成了不可估量的损失。在这个大趋势和挑战领域，各国学者进行了大量研究，以期既实现增加经济效益使贫穷的国家、地区富裕起来的目的，又最大限度的减少其对环境、生态的负面影响。如美国学者内托（F. Neto）充分肯定了旅游业带来的收益、就业、财富等积极影响，并详细阐述了减少环境影响的可持续方法⑨。利姆（C. C. Lim）等学者通过选取经济影响、环境影响、社会态度和影响、政策、技术水平和旅游者等各类指标，建立了多功能互动循环模型，用于优化旅游者和当地社会的关系①。陈瑞秋（R. J. Chen）通过建立岛屿旅游业的多维模型，结合定性和定量方法对岛屿旅游业进行了研究②。还有学者以环境、社会和基础设施为评价参数，研究了菲律宾长滩岛（Boracay Island）的旅游承载能力，提出对一个旅游地进行研究时可以考虑以下五个主要参数：物质承载（包括地下水质、水量承载力，海水水质承载力，土地承载力，污水和物体废物的承载力等）、旅游者观念（比如拥挤，会造成旅游者对所有的海滩都会有同样的不适感）、当地居民观念、交通（航空航海承载力和道路系统和车辆承载力）和政府（地方、区域政府）③。在国外，旅游资源承载力的研究同样经常被纳入可持续发展框架。如乔伊（H. Choi）等学者为了研究区域旅游业的发展，结合可持续发展框架，利用38个研究人员用修订过的Delphi方法，选取125个评价指标进行调查，将评价指标归纳为政策指标（32个）、社会指标（28个）、生态指标（25个）、经济指标（24个）、技术指标（3个）和文化层面指标（13个）④。Delphi应用研究方法较具客观性，代表了同行业内专家在没有相互交流的情况下的一致性观点。

三、生态承载力的评价体系

随着经济社会的发展和生活方式的转变，人与景观资源的关系呈现出消耗（污染）和被消耗（污染）的矛盾关系，以及人类对物质需求的增加与生态系统供给之间的矛盾关系。然而一切的污染问题和人与自然的供需矛盾，归根结底是行为主体没有充分利用现代科技，或未进行科学合理的规划景观资源而导致的。正是因为这些问题的凸显，生态承载力理论随之出现和发展并发挥了积极作用。根据研究生态承载力的不同类型和历史发展过程，总体上承载力研究类型是随着新问题的出现而出现，评价模型也从简单到复杂，评价指标的选取也趋于科学合理。为更好地利用景观学理论解决空间、资源问题，下文将对生态承载力评价模型、评价指标、支撑技术进行总结与展望。

（一）评价模型

评价模型是针对出现的具体问题，通过数学手段进行定性、定量模拟计算，皆在利用科学逻辑解释问题、分析发展规律和预测发展趋势。在生态学领域中，最早建构的经典模型是描述了种群数量自然增长受环境承载力总量的限制状态的Logistic模型①。1992年提出的生态足迹模型，通过人类消耗的所有物质能源以及由人类产生的废物总量转化为一定的生物生产性土地面积，计算消耗的土地面積与现存的土地面积之差，可得出研究对象的生态承载力状态是盈余或不足。该方法曾被众多学者应用，并得出了较直观的研究结果②。在水资源评价模型方面，余卫东等人分别探讨了背景分析、常规趋势、模糊综合评判、主成分分析、系统动力学和多目标决策等问题，并详细说明了各自的优缺点③。不同的评价模型具有互补性。当用于解决具体问题时，由于遇到问题的类型不同、研究资料多寡以及研究手段的差异，决定了适用不同的评价模型。以森林承载力为例，其研究可追溯到20世纪90年代初，在计算模型上基本是按照统计资料进行简单的加减换算。在随后的研究中，有学者用森林承载指数（Forest Carrying Index）来评价区域森林承载力是否超载④。状态空间模型为生态承载力研究提供了一种研究思路，如杨志峰等人提出基于系统健康的生态承载力评价方法，使用状态空间概念模型模拟承载力要素之间的关系⑤。在森林承载力的研究中，状态空间模型可用于描述森林生态承载力要素之间的相互关系⑥。承载力的评价模型总是发展的，只有数学、生态学、环境科学、社会学和经济学等多学科之间的相互交融，才有可能引入新的模型，并发展和校正现有模型。

（二）评价指标

生态承载力评价指标在评价研究过程中非常关键，许多研究成果往往因为不恰当、错选、漏选和重复选择（相互包含）评价指标，而造成评价结果的不客观甚至错误。根据生态承载力评价的众多研究，在选取评价指标上有从少至多、从片面向全面、从单一到综合这类趋势发展。吴基科（K. Oh）等学者在对韩国汉城城市承载力进行研究时，建立了城市承载力评价系统（UCCAS），并以GIS为技术支持，在由城市承载力组成的四个部分中选取了7个具体指标⑦。利姆（C. C. Lim）等人在优化岛屿旅游业的研究中，选用了四大因素的15个具体指标⑧。在对水资源承载力的研究中，其评价指标体系也发生了很大变化。如王友贞等学者围绕水资源承载力的核心问题——承载力评价指标体系，从承载指数和协调指数两个综合指标中选取了共计38个单项指标⑨。由此可以看出，其评价结果相对来说更为客观合理，但其数据的获取和处理会相对复杂一些。在森林承载力评价指标体系的发展上也存在相应的发展趋势。最早研究该问题的吴静和选取了4项评价指标⑩，徐德成分别选取了4项及5项评价指标①，张健等人选取了7项评价指标，李瑞选取了4项评价指标，欧阳勋志在经济指标、生态指标和社会指标这三个维度中共选择了17个单项指标，王李进在森林结构需求、森林功能需求、经济发展需求和社会发展需求中选择了18个指标②。由此可见，对森林承载力评价指标的研究呈现从单一森林产品供给转向涵盖生态防护、环境效益和产品供给等多种功能的发展过程。

（三）支撑技术

由于生态承载力评价的复杂性和动态性，一定历史时期的单目标技术承载力阶段已经过去，承载力大小是承载体与承载对象相互作用的动态过程，多目标决策系统的设计和应用将成为解决这一问题的方法③。在研究资料的获取和分析方面，RS和GIS技术可以为其提供支持④。遥感技术主要可用来获取地面信息，特别是对近年来高分辨率卫星影像的应用，通过人工判读结合实际调查将遥感数据解译分类。对土地类型分类、土地利用变化等基本信息的提取，可作为土地承载力研究、城市承载力研究和森林承载力等研究的基础数据源。在生态承载力的研究中，GIS技术主要用于数据的输入、储存和输出，不同数据格式的转换以及空间分析等，并发挥着决策支持的功能⑤。在较大尺度上的景观空间格局研究中，FRAGSTATS技术可以提供定量化的景观结构分析⑥。GIS技术在生态承载力应用上已进行了一些研究。如陈天乐等人运用GIS对上海崇明岛区的生态承载力进行了分析，对研究所用到的统计数据和调查点数据利用Kriging内插法进行栅格化处理，在空间分析模块中的栅格计算器输入数学模型即可分析生态承载力的区域分异⑦。约翰逊（S. Johnson）等利用遥感数据、统计数据和GIS技术对影响环境和军事用地承载力的因素进行了分析，以期得到一种既降低军事用地维护费用，又减少对环境影响的优化方案①。总之，以计算机为平台的信息技术，为各个领域的科学研究带来了便利，同时又开拓了一些新的研究领域②。在解决实际问题时，需要合理利用这些技术为研究服务。

四、小结

在人类自然属性的立场上，地球仅仅是提供人类生存、发展所必须的物质、能量与空间的载体。从社会学角度看，人类社会的生存与发展应该是可持续性的，当代人的生存和发展不应该以牺牲后代的利益为代价。衡量人类社会是否可持续发展，生态承载力可作为一个科学的量化工具。本文在追溯经典生态学理论的基础上，挖掘并整理了生态承载力的起源与发展脉络，又系统归纳了生态承载力研究的分类和评价体系。在景观资源整合的背景下，本研究可为景观规划、空间规划、土地规划以及自然资源利用提供理论参考和决策依据。

责任编辑：王俊暐 徐 敏