水生态承载力概念与内涵探讨

2011-05-21王西琴彭文启

中国水利水电科学研究院学报 2011年1期

王西琴，高伟，何芬，彭文启

（1.中国人民大学农业与农村发展学院，北京 100872；2.中国人民大学环境学院，北京 100872；3.中国水利水电科学研究院水环境研究所，北京 100044）

1 研究背景

随着水生态系统问题的日益复杂化，以及流域水生态系统综合管理的需求，加之水量和水质问题并存，水生生物数量和多样性大幅度减少，水生态系统退化等现实，迫使人们需要从更高的角度去认识水生态系统相对于人类的承载力能力。显然，过去的水资源承载力、水环境承载力等概念已经不能完全适应现实的需求。如何采用一个新的概念，既能够体现当前水生态问题，又能将经济社会发展与水生态系统相联系，并作为经济社会发展的重要依据，成为关注的热点。水生态承载力概念就是在这样的背景下被提出的。目前对于该概念尚未形成统一的认识，本文结合已有的水资源承载力、水环境承载力等概念，探讨水生态承载力的内涵，进行进一步的研究。

最初的承载力概念源于著名的逻辑斯蒂曲线，其涵义是在任何生态系统中，由于某些特定环境因子的限制，生物种群数量的增长曲线将呈现“S型”。1953年，Odum［1］将承载力概念和逻辑斯蒂K值联系起来，并以此给出了承载力的数学定义。此后，围绕生态系统种群承载力问题研究一直延续至今，最终对于生态承载力的内涵可以归结为：现有状况下生态系统所能容纳的最大种群数量。如Holling［2］认为，生态承载力是生态系统抵抗外部干扰，维持原有生态结构和生态功能以及相对稳定性的能力；Small等［3］认为生态系统承载力是在特定时间内特定生态系统所能支持的最大种群数；An⁃drew［4］给出的生态承载力定义是指特定时期内，植被所能提供的最大种群数量。可见过去关于生态承载力的研究是以生态系统为研究对象，较少涉及经济社会系统。

现今我国的生态承载力问题则更多的倾向于经济社会系统。如《海河流域生态环境承载力研究报告》指出，流域生态环境承载力指在满足一定的经济、技术水平条件下，在一定的社会福利水平要求下，利用当地（和调入）的水资源和流域“生态-社会-经济”系统其它资源与环境条件，维系良好生态环境所能够支撑的最大人口数量及社会经济规模。生态环境承载力实际上是指在变化环境下流域水、土等各种生态环境要素共同作用的支撑能力。它是以水循环为纽带的流域生态-社会-经济系统高层次承载能力的度量，其中最主要的生态环境要素是水资源、土地资源和水环境三个方面。高吉喜［5］将生态承载力定义为：生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境子系统的供容能力及其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。并指出资源承载力是生态承载力的基础条件，环境承载力是生态承载力的约束条件，生态弹性力是生态承载力的支持条件。张林波［6］认为城市生态承载力是某一特定区域在资源、环境和自然生态因素制约下，经济发展、资源利用、生态保护和社会文明各个领域均能符合可持续发展管理目标要求的最大人类经济社会发展负荷，包括人口总量、经济规模和发展速度。

同时关于承载力的研究类型大致可分为2个方面，即陆地生态系统的承载力和水生生态系统承载力。陆地生态系统承载力包括森林资源承载力［7］、草地承载力［8］、农地承载力［9］、城市承载力［6］等，水生态生态系统承载力包括流域承载力［10］、湖泊承载力［11］、绿洲承载力［12］、沿海地区海洋承载力［13］等，其中以流域承载力的研究成果更为多见。夏军等［10］建立了流域承载力指标体系和多级关联评价模型，对海河流域的生态环境承载力进行了研究；段春青等［14］应用可变模糊集理论建立区域水资源承载力评价模型，对海河流域水资源承载力进行了研究；赵建世等［15］对海河流域近20年来的水资源承载能力演变进行了研究，揭示该流域水资源整体上处于持续超载状态；高吉喜［5］以GIS为手段，分析了黑河流域的生态承载力现状，以及空间差异特征；杨志峰等［16］建立了水电梯级开发对生态承载力影响和基于生态系统健康的生态承载力计量模型，对青海片内水电梯级建设对生态承载力的影响进行了深入分析；苏永红等［17］应用模糊评价模型，对石羊河流域水资源承载力进行了分析评价；孟丽红等［18］采用模糊综合评判模型对塔里木河流域水资源承载能力进行了评价；孙才志等［19］等根据信息论中Jaynes最大信息熵原理，建立水资源承载力评价模型，并对山西省黄河流域水资源承载力进行评价；温碧霞等［20］以从市级和县域两个尺度，研究纵向岭谷区域生态承载力的时空动态变化，认为驱动力的空间变异决定了生态承载力的大小，人均生态承载力受社会经济发展和人口增长因素影响较大；赵卫等［21］建立了水环境承载力多目标规划模型，对辽河流域的水环境承载力进行了研究；潘军峰［22］研究了永定河水环境承载力，认为河流环境承载力的承载媒介是水资源量和水体质量，承载对象是人口、污染物质、人类活动等。

由此可见，如今生态承载力的概念是从系统的角度出发，整合了资源子系统、环境子系统和社会经济子系统，与过去相比，其概念范围更为全面、综合，既包括生态系统本身，也包括其所支撑的人类社会经济复合系统。

如今与水有关的承载力研究采用较多的是水资源承载力和水环境承载力概念，这2个概念的定义虽然不尽相同，但其基本内涵是一致的。水资源承载力可归纳为：在一定区域内，当社会经济发展到某一阶段时，在保证维持水资源可持续利用的条件下，最大可利用水资源量对该地区的人口和社会经济发展的最大支撑能力。水环境承载力的内涵可以理解为：在一定时期和某一确定的水域内，水体在满足用水功能的前提下所能容纳的各种污染物的阈值，在该水体所对应的区域内，人类社会及其经济行为所排放的污染物排放总量不超过该阈值。该用水功能既包括人类社会对水体质量的要求，也包括维系生态与环境对水质要求。

目前关于水生态承载力的定义还不明确。王群等［23］在对黄山风景区水生态承载力的研究中，将水环境容量等同于水生态承载力，比较片面；李靖等［24］给出的水生态承载力的定义是：在一定历史阶段，某一流域的水生态系统在满足自身健康发展前提下，在一定的环境背景条件下，所能持续支撑人类社会经济发展规模的阈值。其强调了自身健康发展的前提，在其量化研究的指标体系中引入了河流生态环境需水率、浮游生物量和鱼塘面积等水生态指标，但不足是其中包含了过多的限定条件；刘武艺等［25］认为城市水生态系统承载力是在一定社会经济条件下，城市水生态系统维持其服务功能（供水、防洪、生物保护、景观娱乐等）及自身健康的潜在能力，主要表现在：1）对破坏其自身健康状态的压力消失后的自然恢复力（弹性力）；2）人类社会活动的发展能力，即与生态承载力有关的人类影响因子，如城市通过废水（雨水）资源化回用，水生态修复等人工措施实施后的社会再生承载力。

2 水生态承载力概念与内涵

结合水资源承载力、水环境承载力、流域生态承载力等概念，分析后认为水生态承载力应具备以下几个方面的内涵。

（1）复合承载力。水生态承载力是一个内涵广泛的概念，不仅仅是以自然过程为对象，而且包括社会、经济系统等。水生态系统的“自我维持”与“自我调节”能力，以及水资源与水环境系统的供容能力，可是看作是水生态承载力的支持部分；水生态系统内社会经济子系统的发展能力，可以看作是水生态承载力的压力部分。水生态承载力应该是一个复合承载力的概念，应该包括资源承载力、水环境承载力、栖息地环境承载力等。水生态承载力的存在是以水生态系统自身稳定和健康为前提的，既首先要保证自身的需水，在此前提下，才是系统所能承受的外部压力。水生态承载力在关注水资源与水环境各单项要素的同时，也要十分注重其整体调节能力。如果生态系统一旦崩溃，则包括人类在内的全部物种都将面临灭绝的危险，而不仅仅是资源特别是水资源的减少或环境质量的下降。

（2）水生态弹性力。水生态承载力不是固定不变的，从系统本身来说，系统是不断发展的，当系统环境受到自然或人为改变后，水生态系统会与周围环境形成一个新的动态平衡，承载力也相应发生改变。从外部压力来看，生态系统的发展方向在很大程度上是受人为因素的影响。人们对环境质量的要求不同，生产方式不同，水生态系统能够承载的人口数量和经济规模也会变化，即承载力也会变化。水生态系统的“自我维持”与“自我调节”能力及其抵抗各种压力与扰动的能力大小，即“水生态弹性力”是水生态承载力的关键支撑条件。其既可缓解各种压力与扰动的破坏而保持系统不崩溃，又可最大限度地保障水资源与环境承载力的正常调节作用及功能的发挥，是维持持续稳定环境的基础。

（3）以经济规模和人口数量为表征指标。社会经济子系统的发展能力用水生态系统可维持的社会经济规模和具有一定生活水平的人口数量来衡量。水生态承载力以人类社会的可持续发展为承载目标，而人类社会的可持续发展必须建立在水生态承载力允许的安全阈值内。

根据水生态承载力的内涵，水生态承载力可以从广义和狭义两个层次去定义。广义的水生态承载力是指在维持水生态系统自身及其支持系统健康的前提下，基于一定的生态保护和承载目标，自然水生态系统所能支撑的人类活动的阈值。狭义的水生态承载力是指在保证一定的生态需水、栖息地环境和水功能（生态）区水质目标的前提下，基于一定的用水方式和排水方式，区域水资源量（包括调入水量）和水环境所能承载的最大人口数量和经济规模。

狭义和广义概念区别的实质在于水生态承载力的发展局限性，由于目前尚未建立人类活动与水生态系统的响应关系，因此，在现有技术水平下很难按照广义的概念去建立水生态承载力评估指标体系。而基于狭义的概念，可以使得水生态承载力概念具有可操作性和实际内涵。

考虑到现有技术水平的限制，特别是实际的可操作性和应用性。依据水生态承载力的狭义概念，我国现阶段的水生态承载力概念可定义为：水生态承载力是在满足自然生态系统对水资源需求及其满足一定环境容量的前提下，能够支撑的最大人口数量和经济规模，其实质是同时满足水资源承载力与水环境承载力的复合承载力，即在现阶段，水生态承载力内涵的可以理解为同时满足水量和水质前提下能够承载的人口数量和经济规模（见图1）。

基于以上分析，水生态承载力同时具有生态属性和经济社会属性。（1）生态属性。水生态承载力不同于以往的水环境承载力或者水资源承载力，重大的区别在于水生态承载力体现了生态系统的生态特征。因为水生态承载力的2个前提条件是同时满足生态系统对水资源的需求和水环境容量。水生态系统对水资源的需求，建立在一定保护目标下水量与生态特征指标之间响应的关系基础上，是在保护某一种或者多种具有生态意义的指标所需要的水量，充分体现了生态特征这一内涵。同时，水生态承载力是基于生态需水前提下的满足水质目标的环境容量。因此，水生态承载力避免了水资源承载力仅考虑水量，水环境承载力仅考虑水质的弊端，综合考虑了水生态系统对水资源以及水质的需求。（2）经济社会属性。水生态系统是经济社会发展的承载体，经济社会发展规模或者模式是水生态系统问题产生的根源，因此，水生态承载力必须同时体现水生态系统与经济社会系统之间的相互响应关系，并且保持水生态系统与经济社会系统的协调。水生态承载力是满足生态系统对水资源需求前提下同时满足水环境容量的人口数量和经济规模，赋予了水生态承载力具有社会属性，承载规模不仅考虑社会发展本身的需求，而且必须由承载主体的能力决定，经济社会发展规模、允许利用的水资源量、允许排放的污染物量等，必须是同时满足生态需水和水环境容量。

水生态承载力是一个具有生态和经济社会双重属性的自然科学与社会科学综合概念。水生态系统的自然属性决定了生态承载力具有生态学意义上的极限性，即存在最大可承载规模；经济社会系统的社会属性决定了存在最优的承载规模，即人类可通过自身的管理实现一定生态目标下的最大承载规模。因此，在认识水生态承载力存在极限的同时，通过对水生态系统和经济社会系统的人为干预，可实现承载力的最优化，使经济社会与水生态系统协调健康发展。

3 水生态承载力特点

根据上述对水生态承载力的分析，本文认为水生态承载力具有以下特点：

（1）动态性：即阶段性，是指水生态承载力同社会发展阶段直接相关联。水资源和水环境系统及其所承载的社会经济系统都是相对稳定的系统，即水生态承载力的主体和客体都处在不断地动态变化之中。客体的运动使得其对主体的需求不断变化，加上主体本身质和量的不断变化，导致其支持能力也相应发生改变。动态性是水资源承载力的一个根本特性。

（2）区域性：即空间差异性。不同区域的水量、水质和水生态条件等在空间分布上有很大的差异；人类社会经济活动的发展水平、规模方向以及水功能及保护标准等也有明显的地域差异。因此，不同水域的水生态承载力是不同的，水生态承载力只有相对于某一区域才有实际意义。人类活动应依据承载力空间差异合理布局，以最大限度的实现水生态系统与经济社会发展的协调。

（3）可调控性。由于水生态承载力的主体和客体都处在不断地动态变化之中。水生态承载力主体的不断发展变化必然影响到水生态系统客体本身，导致其支持能力也相应发生改变，并对生态承载力主体形成制约。不同发展阶段，对生态系统的要求不同，如水生态保护目标的高低随着时间的变化而呈现出动态性，使得其对主体的要求不断变化。对水生态承载力系统进行有效调控的基础是水生态系统具有的缓冲弹性力；水资源开发利用技术（海水的淡化、污水处理回用等）、污水处理技术和管理技术（用水结构的调整、区域外调水等）的发展和不断创新，为可调控性的实现提供了可能。

（4）有限性：即相对极限性，是指在某一具体的历史发展阶段，水生态承载力具有有界的特性，即存在可能的最大承载上限。其主要决定于承载力的生态属性。人类虽可以通过调控提高水生态承载力，但是，水生态系统的恢复能力是有限度的。在这个限度内，水生态承载力能够自我调节，若超过了这个限度，水生态系统的结构就会遭到破坏，某些功能就会丧失，承载能力就会下降，甚至可能造成崩溃。水生态承载力涉及“生态-经济-社会”这一复杂巨系统，各子系统及子系统内部各要素之间呈现非线性的反馈关系，同时由于人类认识自然能力的极限性，水生态承载力的指标和量化值也具有一定的有限性。

（5）模糊性：水生态承载力涉及的各子系统及子系统内部各要素之间呈现非线性的反馈关系，同时由于人类认识自然能力的极限性，水生态承载力的指标和量化值也具有一定的模糊性。

4 结语

水生态承载力是随着水生态系统管理的需求提出的一个新的概念，目前处于探讨阶段。本文从生态系统承载力概念出发，结合水资源承载力、水环境承载力等概念，对水生态承载力的内涵进行了初步探讨，提出了广义的水生态承载力概念和狭义的水生态承载力概念。在考虑其实际可操作性和应用性，提出现阶段我国水生态承载力的概念，并提出水生态承载力的5个特点。这个问题还需要进一步研究，需要不断推进水生态承载力研究的深入发展。

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