生态承载力评估模型综述

陈婷 杨渺 徐京华 谢强 方自力 叶宏 龙泉

摘要：指出了生态承载力作为优化项目建设方案、促进社会经济与自然环境协调发展的重要参考基准，对于维持生态系统的完整性和稳定性具有重要的现实意义。主要介绍了生态承栽力的涵义，总结了国内外相关研究的最新内容和进展，评析了目前生态承载力研究方法的优缺点，对生态承载力的应用进行了展望.从而为相关领域的学者提供研究和评估的基础。

关键词：生态承载力;综述;应用展望

中图分类号：X-1

文献标识码：A

文章编号：1674-9944（2018）8-0007-03

1 引言

现代化建设过程中，经济建设取得了重大成就，人民生活不断改善，但是经济的发展必然带来资源和环境的消耗，环境问题不可避免。“十九大”习近平总书记指出，要建设的现代化是人与自然和谐共生的现代化，中国正处于全面建设小康社会的关键时期，经济增长与生态环境协调发展才是长久之计。如何判断可持续发展是生态学研究的一个难点。

生态承载力作为全球环境变化及可持续性科学领域的重要分析工具，研究生态承载力目的就是解决资源与环境之间的矛盾，实现可持续发展。早期国内蒋伟[1]学者提出生态系统的人口承载力理论初探;后来王家骥[2]等学者把生态承载力运用到估测黑河开发强度中;国外T.Rajaram[3]等学者利用生态承载力进行环境评估和监测.生态承载力的研究愈加深入，但是仍然缺乏完善的理论和模型体系。笔者参阅大量国内外文献，总结了目前主要的生态承载力研究方法和计算模型，为学者研究生态承载力提供理论依据。

2 生态承载力内涵

2.1 生态承载力

承载力[4]（carrying capacity），最初作为一个力学概念，后被引用到经济社会领域研究[5]，其内涵和应用范围不断扩大，逐渐用其来描述生态系统各种群之间相互作用及协调程度，衍生出资源环境承载力、生态承载力等相关研究。

1921年，Park和Burgess在生態学领域中首次提出生态承载力的概念，即在某一特定环境条件下某种个体存在数量的最高极限。近年来，徐卫华[6]等学者进一步研究和发展，提出生态承载力是指生态系统提供服务功能、预防生态问题、保障区域生态安全的能力。目前较为通俗的表述是生态承载力是指生态系统的自我维持能力、自我调节能力、资源与环境的供容能力、可维持养育的社会经济强度以及具有一定生活水平的人口数量。

2.2 生态承载力的阈值

生态承载力阈值是判断生态系统安全的基本指标，阈值[7]可以是一个数值、一条分界线或一个区问，通常是由自然与社会系统中各种主要影响因素的阈值构成的集合。生态承载力阈值的确定是评价生态系统承载力的关键，它是判断生态系统是否被破坏的重要标准。

生态承载力的阈值定量确定是个复杂的过程，一般是通过对前人的研究结果进行分析，再结合研究区域的实际情况及其指标的变化趋势等综合因素来确定生态承载力的阈值，通过阈值可简单将生态承载力分为无超载、超载两个级别。

3 生态承载力研究方法

3.1 净初级生产力估测法

净初级生产力（net primary productivity，简称NPP）反映了某自然生态系统的恢复能力。 一般情况，特定区域NPP是可测定的，且在中心位置上下波动，通过判断现状生态质量偏离中心位置的程度，与背景数据比较，以此作为自然系统生态承载力的阈值，来确定区域的开发类型和强度。国内，净初级生产力一般采用以下模型[8]求得：

NPP=APAR （t）·ε（t）  （1）

其中：APAR=FPAP·PAPP  （2）

式中：NPP为自然植被的净第一性生产力[t（hm2·年）]，PAR为植物能进行光合作用的驱动能量，FPAR为植物对射光合有效辐射的吸收比例，ε为植被将吸收的光合有效辐射转化为有机碳的效率。

3.2 生态足迹法

生态足迹分析法最初由加拿大生态经济学家William Rees和Wackernagel[9]提出，定义为生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地的总面积和水资源量。目前，生态足迹是衡量人类对自然资源利用程度以及发展状况常用的一种评价方法，有效评估人类活动对生态环境的影响，得到研究学者的肯定和采用[10]。常用生态足迹计算模型[10]如下：

式中：ef为人均生态足迹，Ai为人均i种物质人均占用的生态生产性土地面积，ri为均衡因子，i为生态生产性土地类型，n为物质的数量，EF为生态足迹。

生态承载力基于人均生态承载力，通过人口数量可构建如下计算模型[11]：

式中：ec为人均生态承载力，aj为实际人均占有的j类生物生产土地面积，rj为均衡因子，yj为产出因子，EC为生态承载力，N为人口数。

生态承载力与生态足迹的差额可用以判断区域生产消费活动对自然生态系统的压力是否在其承载力范围之内[12]，进而评价研究对象的可持续发展状况，其计算模型为：

ED（ES）=EC - EF

式中：ED为生态赤字，EC与EF之差为负，表明该生态系统处于超载;ES为生态盈余，二者之差为正数，表明生态系统处于可载状态。

3.3 供需平衡法

供需平衡法是指利用生态系统提供的资源量与当前发展模式下社会经济需求之问的差量关系来衡量生态承载力的方法，如果差值大于等于o，表明研究区域的生态承载力处于可承载状态;该差值小于O表示研究区域的生态承载力处于超载状态。这种方法一定程度上能够对生态承载力进行有效分析和预测，是对生态承载力的一种有益探索，其计算模型[13]如下：

A=Pi-Qi）/Qi

B=（CBIi-CBQIi）/CBQIi

式中：Pi为各种资源量，Qi为各种资源量的需求量，CBQIi为生态环境质量，CBQIi为需求的生态环境质最。

3.4 综合指标评价法

综合指标评价法包含大量指标，综合区域经济社会发展与人口、资源、生态环境等相关因素，涵盖面广而全，对生态承载力研究具有重要意义。其定义为通过构建指标体系，根据指标间重要程度，对参数的绝对值或相对值加权求和，最终得到某一绝对或相对的综合参数来反映生态系统承载状况。高吉喜[14]学者深入研究综合指标评价法，证实其具有可操作性，肖俞等[15]学者进一步研究完善综合指标评价法，提出模型如下：

IECP为生态压力指数，IECPi为生态压力指数第i类指标;IECE为生态弹力指数IECEi为生态弹力指数第i类指标;rECL为生态承载力水平，Wi为第i类指标的权重，n为评价指标总数。IECL≥0表明生态系统处于可载状态，IECL<0表示生态系统处于超载状态。

3.5 状态空间法

状态空间是欧式几何空间用于定量描述系统状态的一种有效方法，通常由表示系统各要素状态向量的三维状态空间轴组成。利用状态空间法中的承载状态点，可表示一定时间尺度内区域的不同承载状况，可以定量的描述和测定区域承载力及其承载状态。近年来，状态空间法运用到社会、经济及人类活动等各个领域，为规划建设和环境保护提供科学依据。其计算模型[16]如下式：

式中：ECC为承载力的大小，n为指标个数，ωi为各指标的权重，Xir为理想值和现状值经过某种运算得到的向量，每一个值都可以表示某一项指标所处的状态，具体为Xir>l表示超载状态，Xir≤l表示可载状态。

4 生态承载力研究方法优缺点评析与展望

4.1 生态承载力研究方法的优缺点

上述几种生态承载力研究方法比较分析见表1，因研究区域背景的不同，几种研究方法及其研究模型在处理复杂问题上的适用性也存在差异。净初级生产力估测法方法简单、易实现，由于各种尺度数据估测的差异性和不稳定性，未来需要结合实时监测数据开发动态NPP模型;生态足迹法计算简单、结果直观明了，由于计算数据大多来自统计数据，以及对自然条件的偏重，不能反映社会和经济等因素对生态承载力的影响;综合指标评价法考虑的评价因子较全面，与生态足迹法相结合的综合评价结果将更具可靠性;供需平衡法评价生态承载力简单可行，但在长期监测方而存在缺陷，而状态空间法在动态监测上具有优势，未来两种方法的结合互补评价是一种趋势。综述所述，针对不同研究区域生态承载力的特点，需要研究者根据评价目的采用互补的方式对方法进行集成，加强综合集成的方法在生态承载力评价中的应用。

4.2 生态承载力的展望

目前国内外关于生态承载力的研究方法已经很多，可以看出，生态承载力研究方法在不断进步的，一方面是实践的需要，另一方面是与其他学科领域的结合。可以预见，生态承载力的研究方法还将不断深入和扩展。

扩展多时态的生态承载力的研究，除了传统的定量方法的深入研究，它将结合时间和空间信息，对生态承载力进行预测和动态演化，分析生态系统变化趋势。建立符合我国国情的、客观的、科学的、完整的生态承载力动态模拟研究体系将会是今后研究中的重点。

扩充和完善生态承载力相关的指标和阈值，为公众和研究提供更加完整可靠的指标体系。在现代科学技术高速发展的时代，如何把影响生态承载力的因子作为生态承载力的内在变量来预测生态承载力的变化，是现在生态承载力体系亟待完善的重点之一。

生态承载力自被提出后，就引起了全球许多学者的研究热潮，研究方法层出不穷。随着遥感、地理信息系统和计算机等相关技术的发展，将会引领生态承载力的研究进入一个新阶段。建立一套能够反映生态承载力本质的模型体系，实现对生态承载力动态变化过程的预测。

参考文献：

[1]蒋伟.生态系统的人口承载力理论初探[J].生态学杂志，1989（1）：31～35.

[2]王家骥，姚小红，李京荣，等.黑河流域生态承载力估测[J]，环境科学研究，2000（2）：44～48.

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[5]郑古蕊.基于资源承载力的沈阳经济区可持续发展研究[J].绿色科技，2012（10）：202～203.

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