区域生态承载力评价方法及指标研究*

高喜红 许文豪 林宇晨 刘 江

1 生态承载力概念及内涵

“承载力”概念最早起源于工程领域，指物体在不产生任何破坏时的最大负载，通常具有力的量纲。随着土地退化、环境污染、人口剧增等现象的出现，承载力的概念和意义也相应发生变化。生态破坏使生存于生态系统之内的人和各种动植物面临生存危险，相关学者从系统的整合性出发，提出了生态承载力的概念[1]，将承载力的概念发展并应用到人类生态学中。

从可持续发展角度，生态承载力作为可持续发展的衡量指标，通过生态承载力水平与生态荷载状况表现出来[2-5]。目前生态承载力的研究及应用多集中于区域尺度，鉴于区域（一般是县级以上行政区）的经济及社会发展会影响整体尺度的资源、环境及生态系统[6-11]。生态承载力评价包括综合分析法[12]以及分别针对资源承载力、环境承载力和人类社会影响力的分项的评价方法[13-14]。

以往研究较多从单项视角论述、分析生态承载力的概念、内涵、评价方法及指标要素。本研究针对国土空间规划需求，对现有研究做了比较全面的梳理。从资源承载力、环境承载力和人类支持力三个方面对生态承载力评价方法及指标要素进行梳理，总结各评价方法及指标选择的优缺点。

2 资源承载力评价方法及指标要素

从生态承载力意义出发，“资源承载力是指一个国家或地区资源的数量和质量，对该空间内人口的基本生存和发展的支撑能力”[15]。由于水资源承载力、土地资源承载力和森林资源承载力是影响区域可持续发展的主要资源禀赋，因此本研究主要对该三种资源承载力进行评价方法及指标要素的回顾与梳理。

2.1 水资源承载力

自20世纪80年代末以来，水资源承载力的概念不断涌现。水资源承载力的提出，表明人类正在进一步深刻理解社会可持续发展与水资源的相互关系。目前关于水资源承载力的研究成果较为丰富，主要评价方法及比较见表1。

水资源具有动态性、随机性和不确定性等特点。纵观水资源承载力评价模型特征，诸如多目标优化、人工神经网络模型、投影寻踪模型等评价方法都是基于多指标综合评价的基础上进行，其余模型也都有各自独

立的评价指标体系。早期的研究方法，如层次分析法等多偏重于静态研究[22]，忽略了人口发展、经济活动和水资源系统之间的动态反馈关系。因此，动态研究方法如多目标优化法、系统动力学等逐渐在水资源承载力研究得到应用[23]。多目标优化法以可供给水量为约束条件，建立水资源在社会经济系统内部的分配关系，进而确定社会发展模式、供水组成及供水在区域各部门之间的分配状况。系统动力学是一种定性与定量相结合，系统分析、综合推理相集成的方法，并配有专门的分析软件，给模拟、模型仿真带来很大方便，适用于进行非线性、多变量、多反馈、机理复杂和具有时变特征的生态承载力研究[24]。

2.2 土地资源承载力

由于土地资源具有不可替代性，其稀缺性日益突出。因此，以人地关系为重点的土地资源承载力研究日益受到重视。土地资源承载力的评价方法及具体比较见表2。

从评价方法来看，供需平衡模型和生态足迹法能够反映人地之间的供需关系，通过土地资源供给和人类消费水平，直观展现区域土地资源承载情况，计算可承载人口规模上更为精确。不足之处在于该方法用

于评价土地资源承载力时指标筛选不够全面。综合评价法和系统动力学法能够构建庞大的评价指标体系，全面衡量土地资源承载力，不足之处在于两种方法在计算可承载人口规模时容易产生争议，因各项指标的人均标准难以确定，需寻找合理依据、因地制宜地设置各项指标的人均标准。

表1 水资源承载力评价方法及指标要素Tab.1 evaluation methods of water resources carrying capacity and indices

表2 土地资源承载力评价方法及指标要素Tab. 2 evaluation methods of land resource carrying capacity and indices

2.3 森林资源承载力

森林资源承载力研究目前尚处起步阶段，因此，概念界定及评价方法体系尚未完善。从评价方法来看，综合评价法是森林资源承载力研究中使用较多的评价方法，通过构建适当的评价指标体系，能够从不同视角对森林资源的承载能力进行综合量化评估[29]。此外，常用的评价方法还包括生态足迹法[30]及投影寻踪聚类模型法[31]（表3）。

表3 森林资源承载力评价方法及指标要素Tab.3 evaluation methods of forest resource carrying capacity and indices

森林资源承载力研究是协调人口、环境保护、森林资源消耗与经济社会发展的关键[15]。森林资源承载力应该从森林生态系统自身的支撑能力和社会经济活动对森林资源的压力两个角度来进行。资源环境承载力研究已由单一的土地资源、水资源承载力研究发展到资源、环境、生态乃至资源环境承载力综合研究[32]。

3 环境承载力评价方法及指标要素

环境承载力的定义出现于1985年前后[33]，因为水环境、大气环境及土壤环境对人类影响更为直接，因此研究更为广泛。环境承载力在关注区域最大人口数量的同时，还着重关注与之相应的经济规模及人类生存与经济发展对环境空间占用、破坏与污染的耐受能力与同化能力。

3.1 水环境承载力

国内关于水环境承载力的研究方法较为丰富，主要评价方法及比较见表4。

多目标模型分析法优势在于能够详细界定承载对象，定量表征承载力约束条件，局限处是评价过程中权重的确定以主观判断为主，缺乏客观性，且模型也存在一定难度。综合评价法的优势是简单直观，可操作性强，局限处在于依赖认为评价，同时无法解释要素之间关系。人工神经网络模型法简单直观，无需考虑要素之间关系，局限处需要大量训练数据才能输出较为科学的结果，否则存在较大误差。系统动力学法能够处理体系中要素间的非线性关系，描述复杂反馈的系统，局限处是模型的构建存在一定难度，包括边界确定和参变量的确定，更适合中短期发展的模拟。层次分析法可操作性强但主要依赖人为评价。

3.2 土壤环境承载力

土壤环境承载力应是指某一土壤环境单位在一定时间内土壤环境容量和社会经济承载力的上限[12]。针对土壤环境承载力的现有研究中，采用综合评价法[40]与系统动力学法[41]为主（表5）。

通过对比相关学者针对土壤环境承载力的研究方法，以综合评价法与系统动力学法为主，其中综合评价法中又采用了不同方法，如PSR模型以及综合评价模型等，优点是简单直观、便于对比，不足之处为仅仅只能反映线性过程且要素之间关系无法表现。系统动力学法则能弥补综合指标评价法的不足，擅长处理非线性关系和反馈机制，同时综合考虑了要素间的相互作用，但其缺点为难以确定模型中的变量以及边界，且模型求解复杂。

3.3 大气环境承载力

大气环境承载力的研究方法目前采用较多的有综合评价法[42]、承载力指数法[43]、环境容量法[44]以及系统动力学法[45]，具体比较分析见表6。

4 人类支持力评价方法及指标要素

本研究“人类支持力”的定义与相关研究中“人类社会影响力”内涵一致[13]。人类支持力指标体系反映的是人类对自然生态支持及反馈能力[14]，在研究对象不同时，人类支持力所具有的定义及其侧重点也随之发生变化。本文结合人类支持力影响主要因素— —经济、社会发展水平及人类活动潜力[13]，制定生态承载力定义下的人类支持力评价指标（表7），其研究方法主要为综合评价法[13]。

5 问题及展望

生态承载力目前正处于探索阶段，理论研究和定量模型研究方面均存在一些问题。

一、概念及内涵尚未达成定论。生态承载力研究的发展很大程度上取决于能否建立一个可通用的、具有普适性的生态承载力概念。目前，关于生态承载力的概念及内涵看法不一，不同研究领域对“生态承载力”的概念理解尚存差异，生态承载力概念有待进一步完善。

表4 水环境承载力评价方法及指标要素Tab.4 evaluation methods of water environmental carrying capacity and indices

表5 土壤环境承载力评价方法及指标要素Tab.5 evaluation methods of soil environmental carrying capacity and indices

表6 大气环境承载力评价方法及指标要素Tab.6 evaluation methods of atmospheric environment bearing capacity and indices

表7 人类支持力评价指标Tab.7 evaluation indices of human support

二、指标体系亟待完善。目前，生态承载力指标体系的筛选缺乏严格的标准和依据，导致指标选取上具有较大的随意性及主观性，从而会对评价结果造成影响。针对资源承载力的指标选取多从供需角度出发，考虑区域资源供给和消耗需求两个方面进行；针对环境承载力的指标选取多从污染物排放和质量检测两个方面出发；针对人类支持力的指标选取则主要考虑人类活动程度的强弱，通过能反映城镇发展水平的相关指标进行。综合资源承载力、环境承载力和人类支持力间的相互联系，基于禀赋基础进行指标体系的综合构建，是全面反映区域生态承载力的重要方法，也是需要进一步拓展提升的研究领域。

三、量化方法尚不成熟。作为一个复杂的生态系统，关于生态承载力研究对象内部各因子的精确的量化方法研究还不成熟。目前生态承载力评价方法层出不穷，但普适性还有待商榷。采用不同评价方法得到的生态承载力结果差异较大；或即使采用同一方法，由于模型构建、参数选择等方面的差异，得到的计算结果也不尽相同。不同领域在研究思路及评价方法上均存在差异，加之生态系统具有复杂性，使生态承载力评价研究面临诸多困难，难以为决策提供直接可行的参考依据。

四、相关指标具有动态性。生态承载力相关指标均处于动态变化过程，因此对其研究具有复杂性。

目前，生态承载力研究领域更加多元，应用范围更加广泛。从开始单要素的资源承载力和环境承载力发展到复杂的系统承载力的研究，应用范围从最初的畜牧业到现在人类社会经济活动的各个领域。此外，笔者认为未来生态承载力的发展将具有以下四大趋势。

一、评价模型向复合模型体系发展。构建全面完善的模型系统，形成多层面、立体化的模型体系，最终实现复合生态系统的数字化，将是生态承载力研究的终极目标。

二、辅助手段更加丰富。除了现有研究、应用方法外，现代新技术的参与和结合必将对承载力的研究提供更准确、更完善的定量研究结果。

三、动态模拟进一步发展。动态模型将更加准确地反映生态承载力问题的多元、复杂、动态等特征。

四、研究结果需体现适宜人口规模。未来，生态承载力必将开展人口、资源、环境、社会等多因素、多层次的交叉综合研究。生态承载力评价结果需要与确定的人口规模相联系，从而使得研究结果更具直观性和参考性。