芜湖市生态承载力综合评价

张志强 张俊

摘 要：【目的/意义】城市的可持续发展面临着环境污染、资源不足等问题，研究芜湖市生态承载力能够为其可持续发展提供数据参考与对策建议。【方法/过程】以芜湖市为研究对象，使用PSR模型构建弹性力、支撑力、压力3个子系统共26个指标的生态承载力评价体系，利用熵值法加权进行综合评价，并用障碍度模型揭示其障碍因子。【结果/结论】研究表明：芜湖市2008-2017年生态承载力指数呈不断上升趋势，承载力水平由低承载上升到较高承载;其中，弹性力子系统波动很大，弹性力水平在高、低、中稳定之间波动;支持力子系统经历从低支撑-中支撑-较强支撑-强支撑的演变过程;压力子系统经历较高压-中压-较低压-低压的演变过程;根据障碍度分析，第三产业比重、人均水资源量占有、环保投入力度等7个指标为制约生态承载力的主要因素，进而提出对策建议。

关键词：生态承载力;综合指数法;障碍度;芜湖市

中图分类号：X826;F301.2文献标志码：A文章编号：1637-5617（2020）01-0054-08

Abstract： 【Objective/Meaning】The urban sustainable development is faced with such problems as environmental pollution and resource shortage. The comprehensive evaluation of urban ecological carrying capacity is conducive to promoting the sustainable development. So， the study of Wuhus ecological carrying capacity can provide data reference and countermeasures for its sustainable development.【Methods/Procedures】Taking Wuhu City as the research object， the PSR model was used to construct an evaluation system of ecological carrying capacity with 26 indicators in three subsystems of elastic force， supporting force and pressure. The entropy method was used to make the comprehensive evaluation and the obstacle factor was revealed by the obstacle degree model.【Results/Conclusions】The results showed that the ecological carrying capacity index of Wuhu City from 2008 to 2017 showed an increasing trend， with the level of carrying capacity rising from low to high. Among them， the subsystem of elastic force fluctuated greatly， and the level of elastic force fluctuated between high， low and medium stability. The subsystem of supporting force underwent the evolution process from low support to middle support to higher support to high support. The subsystem of pressure experienced the evolution process of higher pressure， medium pressure， lower pressure and low pressure. According to the analysis of obstacle degree， the 7 indicators including the proportion of tertiary industry， per capita water resources and the intensity of environmental protection input were the main factors restricting the ecological carrying capacity. And then the corresponding countermeasures were put forward.

Key words： ecological carrying capacity; comprehensive index method; obstacle degree; Wuhu City

现阶段，城市是人类的活动中心，是人类文明的重要载体。而长期以来，学术界认为城市的快速发展导致生态环境面临着巨大压力，并引发许多生态环境问题，已经阻碍了其可持续发展。城市的可持续发展面临着环境污染、交通拥挤、资源不足等问题，特别是应对气候变化方面的压力尤其沉重，综合评价城市生态承载力能够为城市可持续发展战略提供科学依据。

学者们对生态承载力进行了广泛的研究。20世纪20年代，国外学者Park等[1]从种群角度出发，首次提出了生态承载力的概念，指物种个体数量在一定条件下存在最高极限。之后，Bailey[2]将承载力分为“生态承载力”和“经济承载力”。Rees[3]于1990年在前人研究的基础上提出“生态足迹”理论。国内学者的研究也取得了诸多成果，楊贤智[4]认为生态承载力为生态系统承受外界干扰的能力;王家骥[5]将生态承载力定义为生态系统自我调节，维持生态平衡的功能。总体而言，国内外对生态承载力的研究大致经历了种群承载力、资源承载力、环境承载力和生态承载力4个阶段[6]。

随着学者对生态承载力研究的加深，方法也是愈加多样化，主要的方法有综合评价法、生态足迹法、生态系统服务的方法、净初级生产力法等。曲修齐[7]对在区域生态承载力研究中使用的方法进行研究发现，在众多的研究方法中，综合评价法应用最多，生态足迹法、状态空间法、净初级生产力法等相对较少;研究模型主要有系统动力模型、生态足迹模型、灰色关联度、系统动力模型等[8]。

此外，实证研究也是生态承载力研究的重要方面。国内外学者利用不同方法对不同地区的生态承载力进行了研究，如国外学者Jusup[9]对菲律宾地区的生态承载力进行了评价。国内学者对生态承载力的研究领域较广，涉及到河流、城市群等，研究尺度多为区域、省域及市域[10]，如秦趣等[8]利用综合评价法对贵州省城市生态承载力作评价，发现其生态承载力水平比较高;丛柳笛[11]对江苏省进行评价，发现江苏省城市生态承载力在2007-2016年呈上升趋势;郑欣等[12]对鄂尔多斯市生态弹性力进行评价;彭威等[13]对武汉市生态承载力进行了综合评价。

总的来说，学者对生态承载力的研究已经逐步完善，成果丰富。但就研究区域而言，对市级的研究相对来说较少。芜湖市是安徽省经济发展排名第二的城市，对安徽省整体发展具有重大影响，但快速发展的经济也给自然环境带来了压力，造成人口与资源矛盾比较突出，大气与水污染严重。因此摸清芜湖市生态承载力的基本情况，进而提高芜湖市生态承载力，促进芜湖市的可持续发展十分必要。目前，对芜湖市生态承载力研究较少，本文以芜湖市为研究区域，利用PSR模型，从弹性力、支撑力、压力3个系统指标出发，综合评价其生态承载力，以期为芜湖市的生态文明建设及可持续发展提供借鉴与对策建议。

1 研究区概况

芜湖市是安徽省下辖地级市，位于安徽省东南部，其范围大致在117°40′～118°44′E、30°19′～31°34′N。年平均气温在15～16℃，日照时数2000 h左右，年降雨量1200 mm，动植物资源丰富，优越的自然条件，有利于芜湖市经济的发展。芜湖市下辖四区四县，2018年年末，全市常住人口374.8万人，城镇化率65.54%。2018年，全年地区生产总值达3278.53亿元，财政收入达603.1亿元。

2 研究方法与数据来源

2.1 评价指标体系构建

生态承载力是一个复杂的复合系统，评价时要充分考虑区域的自然社会经济情况。PSR模型（PressureStateResponse）由经济合作与发展组织（OECD）于20世纪80年代末提出，其综合考虑区域的社会、经济、环境因素，因此可以为可持续发展提供理论框架[14]。本文构建指标体系时，在参考已有的研究基础上[8，10-12，15]，结合PSR模型，根据芜湖市的社会经济发展情况，遵循可获得性、可操作性、代表性、科学性等原则建立评价指标体系。其中，弹性力系统由PSR模型状态指标构成，支撑力系统由PSR模型响应指标构成，压力子系统由PSR模型压力指标构成。承载力指标体系分目标层、准则层、因素层、指标层4个层面。其中，目标层为芜湖市生态承载力A，准则层包括弹性力系统B、支撑力系统C、压力系统D共3个方面，因素层主要有自然环境、经济发展、资源禀赋等7个方面。指标层共有年降水量、气温、人均GDP等26个具体指标（表1）。

2.2 数据来源与处理

本文数据主要来源于《芜湖市统计年鉴》《芜湖市国民经济和社会发展统计公报》《安徽省水资源公报》及《安徽省环境状况公报》。

由于各指标原始数据单位存在差异，所以采用极差标准化方法对数据进行处理。此外，根据属性特點，将指标分为效益型与成本性。效益型指标值越大，对承载力越有利，成本性指数越大，对承载力越不利。公式如下：

2.3 权重确定

指标权重是为了反映出各指标在指标体系中的重要程度，其方法主要有层次分析法、熵值法，以及加权平均法等。而生态承载力是一个非常复杂的复合系统，指标比较多，不宜使用主观加权法。熵值法赋权比较客观，受主观影响小，精确度较高，因此采用受主观影响较小的熵值法。其主要步骤为：

将芜湖市2008-2017年的各个指标数据带入公式（1）～公式（5），得出芜湖市生态承载力各个指标权重值（表1）。由表1可知，支撑力系统权重最大，约50%，弹性系统最小，约20%。气温、第三产业比重、人均水资源量占有、第二产业占GDP比重等指标所占比重比较大。

2.4 构建评价生态承载力的模型

根据以上所述，计算出弹性力系统、支撑力系统、压力系统3个指数得分，综合3个指数计算生态承载力指数。弹性力指数越大，生态弹性力越大;支撑力指数越大，支撑力就越大;压力指数越大，压力就越小;承载力指数越大，承载力就越大。公式如下：

2.5 生态承载力分级标准

制定分级标准时，在参考相关文献的基础上[16-17]，运用均匀分布函数来拟定分级标准，将各子系统与承载力划分为5个等级（表2）。

3 结果与分析

根据构建的指标体系，将芜湖市2008-2017年各指标数据标准化处理后，带入上述模型相应公式计算出芜湖市在不同权重下生态承载力，以及各子系统的指数得分（表3、表4）。

3.1 生态承载力分析

由表3可知，芜湖市2008-2017年间生态承载力水平不断上升，其承载力水平经历了低承载-中承载-较高承载的演变过程。其中2008-2012年承载力水平均为低承载，2013-2017年承载力水平逐渐达到较高承载，表明其社会经济得到极大发展，环境得到改善。

由图1可知，芜湖市2008-2017年间生态承载力呈波动上升趋势，其指数从2008年到2017年共增长了157.84%。2008-2010年间增长缓慢，2012-2016增长非常迅速。但其生态承载力指数有微小的波动，2010-2011年与2016-2017年明显下降，分别下降了14.64%与4.64%。其下降的主要原因分别是压力系统的快速下降与弹性力子系统的剧烈下降。

从其趋势发展看，各子系统对其影响不同，其中支撑力子系统在生态承载力中占比重最大，对生态承载力增长的贡献最大，说明社会经济的发展对提高生态承载力影响较大。压力子系统次之，表明期间生态承载力的压力不断变小。弹性力子系统所占比重最小，但波动最大，对承载力趋势影响最大，如2016-2017年的指数变化就是由弹性力子系统的下降引起的，表明气候变化对生态承载力的影响较大。

总体来看，芜湖市生态承载力向良好的方向发展。可知未来促进社会经济发展，优化产业结构，提高能源利用率等有利于促进生态承载力的提高。

3.2 弹性力子系统分析

由表4可知，2008-2017年间弹性力水平波动较大。2008-2012年间除2009年外，都处于低稳定状态，2012-2013年上升为中稳定，2013-2015又降为低稳定，2015-2016上升为较高稳定，2016-2017又降为中稳定。

由图2可知，弹性力子系的虽发展趋势波动较大，弹性力指数2017年最高，2014年最低。弹性力系统指数变动主要受气温与土地生产力的影响。因此加强对气温变化的抵御与保护耕地，提高土地肥力是提高弹性力的必要措施。除此之外，水资源量与降水量对弹性力也有重要影响，如2017年降水量与水资源量分别下降39.95%与50.73%，造成了弹性力指数的急剧下降，可见水资源的合理利用与管理将成为影响弹性力子系统的重要因素。

3.3 支撐力子系统分析

由表4可知，2008-2017年间支撑力水平持续上升，经历了从低支撑-中支撑-较强支撑-强支撑的过程。

由图3可知，2008-2017年支撑力子系统指数呈上升趋势，在2008-2013年间相对比较平稳，2013-2017年增长速度加快，表明支撑力水平越来越强。其中2009指数最低，为0.209，2017年指数最高，为0.786，上升了276%。社会发展与经济发展指标层呈上升趋势，尤其是2013年以后增长速度加快;环境治理指标层波动较大，甚至有所下降;资源禀赋指标层变化相对平缓。

社会发展指数从0.084上升到0.282，提高了235.7%，主要原因是城市化水平、城镇人均可支配收入、城市学历程度等指标在此期间均增加，特别是城市学历程度由4714人增长到19036人，增加了约3倍。经济发展指数亦是上升趋势，对其影响最重要的是第三产业比重，所占权重最大，达0.123。第三产业比重从2008年的34.10%上升到2017年的40.8%。人均GDP由33024元上升到80170元，旅游收入占比由6.65%上升到19.80%。可见期间经济得到发展，产业结构得到提升。环境治理趋势波动较大，并且增长范围也很小，产生这样的原因主要是受环保投入力度、空气达二级天数率2个指标的影响。其中环保投入力度2008年占0.1%，到2011年上升到0.82%，2013又下降到0.54%，2014年达到最大，为1.48%，到2018年又降到0.56%，可见对环境治理的投资并没有随经济的增长而增加。因此加强对环境的治理，提高空气质量，促进生态环境的改善是提高生态承载力的重要举措。

3.4 压力子系统分析

压力指数越大，表明受到的压力就越小，实际压力与压力指数是相反的。由表4可知，压力子系统压力逐渐降低，经历较高压-中压-较低压-低压的演变过程。

由图4可知，压力系统指数呈波动上升趋势，2008-2013年，压力指数呈波动状态。2013-2018年上升速度加快，表明受到的压力越来越小。其中2009年指数最小，为0.208，2017年指数最大，为0.859，上升了313%。影响压力系统指数的两大指标层中，环境治理呈上升趋势，各指标原始值都在下降，如单位生产总值能耗从2008年1.61 t/万元下降到2017年的0.41 t/万元;万元GDP工业废气总排量从9958.77 Nm3降到8694.28 Nm3;万元GDP工业废水排放量从3.51 t降到1.21 t。可见提高能源利用率、降低污染排放能够降低压力，进而提高生态承载力;人口压力指标呈波动上升趋势，2008-2013年波动较大，2013-2017年加速上升。分析原因可发现前期第二产业占GDP比重、GDP增速、人口密度、城镇失业率等指标原始值比后期大很多，随时间发展，其原始值不断下降，如人口密度由4212人/km2下降到2040人/km2，第二产业占GDP比重由 18.6%下降到8.9%。表明在此期间，芜湖市的人口压力逐渐变小，对生态环境的压力降低。

总体来看，前期特别是2009年，由于能源利用率低，工业三废排放比较高、城市人口多、第二产业比重大、对资源需求大，导致对生态环境压力增大。后期由于科学技术的发展、产业结构优化、保护环境观念的提升，从而使能源利用率提高，污染物排放降低，生态环境得到较为显著的改善。特别是近年来低碳经济观念的出现，以及对生态文明区的建设，加快了生态压力的降低。

4 生态承载力影响因素分析

为进一步揭示影响生态承载力的主要因素，进而对政府及部门提供对策建议，本文通过利用障碍性模型，对生态承载力的主要制约因素进行分析。

4.1 障碍度模型

障碍度指和生态承载力相关的指标对生态承载力提升产生的阻碍程度，此处采用定量模型来测算这一阻碍程度，计算得出的数值即为指标障碍度，数值越大说明指标对生态承载力的阻力越大，该指标即“主要障碍因子”[18-19]。主要计算步骤如下：

根据具体指标的障碍度，通过上述公式得出图5结果。由此可知，人口经济压力呈波动下降趋势，但下降幅度很小，其障碍度占全部比重仍大。环境治理压力呈持续下降趋势，占比很小。经济发展及社会发展2个因素呈波动下降趋势，已经不是主要障碍度因子。环境治理、资源禀赋、自然环境障碍度呈上升趋势，占比越来越大，特别是到2017年资源禀赋成为最大的障碍因素，其次是自然环境。此外，环境治理与人口经济压力比重也很大。因此，提高芜湖市生态承载力可从人口经济压力、环境治理、资源禀赋、自然环境这几方面入手。

5 结论与建议

5.1 结论

本文运用综合评价法，基于PSR模型分弹性力-支撑力-压力3个子系统构建了芜湖市生态承载力评价指标体系，利用熵值法加权，得出芜湖市的生态承载力，并用障碍度模型分析了影响芜湖市生态承载力的主要影响因素，研究发现：

（1）通过对芜湖市2008-2017年生态承载力及子系统分析发现，芜湖市2008-2017年生态承载力指数总体处于上升状态，承载力水平由低承载上升到较高承载，表明芜湖市复合生态系统良性发展;各子系统中，弹性力子系统指数总体呈上升趋势，但波动很大;支撑力子系统指数呈上升趋势，经历了从低支撑-中支撑-较强支撑-强支撑水平的演变过程;压力系统指数呈波动上升趋势，期间经历较高压-中压-较低压-低压水平的演变过程。

（2）通过对芜湖市生态承载力各指标障碍度进行分析发现，土地生产力、第三产业比重、环保投入力度等7个指标为主要制约因素。对因素层障碍度进行分析发现人口经济压力、环境治理、资源禀赋、自然环境对承载力影响较大，可从这几方面提高生态承载力。

5.2 建议

（1）提高弹性力：自然环境变化受气候影响大，为此要加强植被恢复，增加森林覆盖率，提高涵养水源的能力;大力修建水利设施，降低因降水不均及干旱带来的影响;合理利用水资源，节约用水。

（2）增加支撑力：支撑力子系统指数占比最大，对生态承载力具有重要影響，为此要调整产业结构，鼓励第三产业发展，提高第三产业比重;加强农业科技研发，提高土地肥力，改良农作物基因，培育新品种;加大污染治理的资金投入，科学合理的治理污染，从源头治理污染;提高教育水平、社会保障投入，进而提高社会保障水平。

（3）降低压力：生态环境对提高生态承载力影响较大，应加强对生态环境的关注，积极应对。因此要以习近平生态文明思想为指导思想，完善环境保护的相关法律法规，如建立“三废”排放标准，严禁超标，严禁乱排乱扔;积极落实垃圾分类，加强宣传，提高居民垃圾分类意识;加大科研投入，提高资源利用效率，加强对新能源的开发等。

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