国外区域资源环境承载力评价的实践案例研究

王 秦，赵 玮

（北京联合大学，北京 100101）

21世纪初期，随着区域工业化和城镇化进程的加快以及人口的高速膨胀，区域社会经济发展与区域资源本底、环境容量、生态安全之间的矛盾日益严重，区域资源环境承载力的社会意义越来越受到重视。从国家“十一五”规划纲要明确提出根据资源环境承载能力统筹我国人口分布与经济布局，到党的十八大指出坚持人口资源环境相均衡的原则，再到国家“十三五”规划纲要“根据资源环境承载力调节城市规模，建设绿色城市”，区域资源环境承载力评价已经成为衡量区域资源环境系统与社会经济发展协调与可持续的重要方式[1]。

本研究基于美国、德国和日本区域资源环境承载力的评价实践案例，从评价方法、评价指标、评价流程三方面进行详细阐述，梳理与总结美国新泽西州、德国萨克森州与日本东北地方资源环境承载力评价实践的成功经验，为国内区域资源环境承载力评价研究提供思路。

1 美国新泽西州区域资源环境承载力评价的实践案例

1.1 新泽西州基本概况

新泽西州位于美国的东北部，区域面积20 295 km2，资源与环境基本情况为：

1.1.1 人口过度膨胀

新泽西州是美国人口密度最高的州，2015年人口为850.15万人，2018年870多万人，预计到2020年人口将达900多万。持续的人口增长给区域的资源环境、交通与公共服务等系统带来了巨大的压力。

1.1.2 土地开发强度较大

新泽西州土地开发强度已接近建成区，除了占用部分农田耕地，无序扩张的土地利用模式使得土地承载力有所下降。

1.1.3 资源短缺和环境恶化

新泽西州具有丰富的水资源、矿产资源等自然资源，但由于资源的不合理利用，出现了水资源短缺、水质变差、空气质量降低、湿地流失等环境恶化现象。

1.2 新泽西州环境承载力评价

本案例以新泽西州纽瓦克（Newark）、泽西城（Jersey City） 与联合城（United City） 3个城市为研究区，分析1985—2013年间3个城市环境承载力的变化情况。

1.2.1 评价方法选择

选择能值分析法作为美国新泽西州环境承载力的评价方法。能值分析法基于传统的生态-经济系统理论，通过将系统中不同种类、不可比较的能量转化成同一标准的能值（太阳能焦耳，sej），定量地分析区域资源环境与经济活动之间的关系，从而评价区域资源环境承载能力[2]。目前，能值分析法主要应用于区域资源环境承载力与可持续发展的评价。

1.2.2 评价指标选择

新泽西州资源环境状况的能值评价指标包括：（1） 净能值产出率指标EYR，定义为区域经济活动产生的能值量与反馈输入能值的比值，表示区域生态-经济系统的生产效率。（2） 环境负载率指标ELR，定义为购买的和非更新的区域能值之和与可更新资源能值之间的比值，表示区域经济发展对环境的压力。（3） 能值利用强度指标ED，定义为区域生态-经济系统的能值投入总量与区域土地面积的比值，表示区域经济发展和居民生活水平。（4） 可更新能源的人口承载量指标ECP，定义为现有生活标准下的区域可更新资源能够承载的人口数，表示区域资源环境承载能力。（5） 能值可持续指标ESI，定义为区域生态-经济系统的净能值产出率与环境负载率的比值，表示区域经济活力。（6） 可持续发展能值指标EISD，与EYR和能值自给率成正比，与ELR成反比，表示区域生态-经济系统可持续发展情况。

1.2.3 评价流程设计

1.2.3.1 计算能值评价指标

通过收集纽瓦克、泽西城与联合城3个城市的相关统计数据，运用能值分析方法计算3个城市资源环境状况的基础指标和能值评价指标，如表1和表2所示[3]。

表1 纽瓦克、泽西城与联合城资源环境状况的基础指标

表2 纽瓦克、泽西城与联合城资源环境状况的能值评价指标

1.2.3.2 计算环境承载力

从资源环境的“资源支撑能力”（Supporting Capacity，SC） 和“废物消纳能力” （Assimilation Capacity，AC） 两个方面评价新泽西州纽瓦克、泽西城与联合城3个城市的环境承载力。

“资源支撑能力”SC指区域资源环境系统可支撑的土地面积，计算公式为：

式中：I——进口能值；R2——本地不可更资源能值；N——反馈输入能值；ERND——本地可更新与不可更新资源能值之和与土地面积的比值。该指标值越大，表明对环境造成的压力越大。

“废物消纳能力”AC指区域环境系统消纳废物量的土地面积，计算公式为：

式中：E——废弃物能值；ERD——可更新资源与土地面积的比值。该指标值越大，表明区域资源环境系统的废物消纳能力越小。

区域环境承载量ECQ（Environmental Carrying Quantity） 表示维持区域社会经济活动所需的承载面积，计算公式为：

区域环境承载力ECC（Environmental Carrying Capacity） 通过计算区域生态生产性土地面积（主要包括耕地、建筑用地、草地、林地和水域）衡量，计算公式为：

式中：ai——第i类生态生产性土地面积，hm2；bi——均衡因子；ci——产量因子。参考相关标准取值[4]：耕地、建筑用地均衡因子为2.8，草地、林地、水域均衡因子分别为0.5，1.1，0.2；耕地、建筑用地产量因子为1.66，草地、林地、水域均衡因子分别为0.19，0.91，1.00。

基于能值的新泽西州3个城市环境承载力评价指标如表3。

1.3 案例总结

本案例通过全面收集美国新泽西州纽瓦克、泽西城与联合城3个城市的土地面积、总人口、本地可更新资源能值等基本能值数据，运用能值分析法计算新泽西州3个城市的净能值产出率、环境负载率等6个主要能值评价指标，并通过分析区域资源支撑能力指标SC与废物消纳能力指标AC，分别计算1985—2013年新泽西州纽瓦克、泽西城与联合城3个城市的区域环境承载量ECQ和区域环境承载力ECC。结果表明：（1）3个城市的SC与AC分析；新泽西州3个城市的SC、AC均呈上升趋势，纽瓦克和联合城的ECQ以SC为主，泽西城的ECQ以AC为主。（2） 3个城市的ECQ与ECC分析：1985—2013年新泽西州3个城市的ECQ均呈上升趋势，纽瓦克从 1.75×107到 2.87×107， 泽西城从 8.14×106到 2.10×107， 联合城从 3.25×107到 1.39×108，但3个城市的ECC变化趋势不同，纽瓦克的ECC上升趋势明显，从 1.02×108， 1.30×108， 1.48×108到1.55×108，泽西城的ECC开始缓慢上升，中期一段时间下降，后期又呈缓慢上升趋势，从1.20×108，9.8×107，1.32×108到 1.43×108， 联合城的ECC呈现快速下降的趋势，从1.38×108，9.86×107， 8.93×108到 9.15×107， 表明随着区域技术水平和生产效率的提升，纽瓦克环境承载情况良好；泽西城早期生态环境遭到一些破坏，但2007年后经过环境治理，ECC复又上升，表明区域环境承载力有了一定程度的提高；联合城的ECC逐年降低的同时ECQ则逐年持续增长，表明这段期间联合城的环境系统受到了一定程度的破坏，区域环境承载状况较差。

表3 基于能值的纽瓦克、泽西城与联合城环境承载力评价指标

2 德国萨克森州区域资源环境承载力评价的实践案例

2.1 萨克森州基本概况

德国萨克森州（Sachsen） 位于德国东部，面积为18 420 km2，人口大约400万，人口密度为221人/km2，是德国东部人口最多的州。萨克森州地势北高南低，南部埃尔茨山脉最高处达到1 244 m，易北河与穆尔德河是流经区域的重要河流。萨克森州从地形上分为平原、丘陵和中德山脉3部分，平原以南的丘陵地区储备着高质量的土壤。区域内矿产资源十分丰富，除硬煤、褐煤储量较高，天然气、石油及稀土等资源拥有量都居于德国各州前列。

2.2 萨克森州生态承载力评价

2.2.1 评价方法选择

选择生态足迹法进行德国萨克森州生态承载力评价。生态足迹法将区域资源消耗折算为生态生产性土地面积，在计算区域生态足迹供给与需求之间差值的基础上，分析区域生态赤字或盈余状况，反映区域生态承载能力状况，是区域资源环境承载力评价常用的方法[5]。

2.2.2 评价流程设计

区域生态足迹的计算公式为[6]：

式中：N——区域人口数，人；ef——区域人均生态足迹，hm2·人-1；a——均衡因子；ai——人均生态生产性土地面积，hm2·人-1；i——主要消费项目类型；ci——第i种消费项目的人均年消费量，kg·人-1；pi——第i种消费项目的平均生产能力， kg·hm-2。

区域生态承载力的计算公式为[7]：

式中：j——生态生产性土地类型；ec——区域人均生态承载力，hm2·人-1；rj——当量因子；yj——产量因子。

基于萨克森州的生态环境状况，将区域内资源与能源消费项目折算成为六种类型的生态生产性土地面积（耕地、建筑用地、林地、草地、化石燃料用地及水域）。采用Wackernagel修改后的均衡因子[8]，得到区域某种类型的生态生产性土地面积，通过计算萨克森州2013—2015年生态足迹供需情况，求出萨克森州生态足迹、生态承载力及生态盈余/赤字[9]，见表4和表5。

表4 2013—2015年德国萨克森州生态足迹供需

表5 2013—2015年德国萨克森州生态盈余/赤字hm2·人-1

2.3 案例总结

通过收集德国萨克森州的农业、建筑、燃料等面积数据及人口、经济状况等数据，基于生态足迹法，第一步：计算德国萨克森州的生态足迹供给与生态足迹需求；将区域内的资源与能源消费项目折算成为6种类型的生态生产性土地面积，分别求出2013—2015年德国萨克森州的6种生态类型的人均面积、足迹需求与足迹供给。第二步：计算德国萨克森州的生态足迹与生态承载力；基于均衡因子、产量因子、当量因子等相关数据，计算2013—2015年德国萨克森州任一类生态生产性面积，之后汇总求出2013—2015年德国萨克森州的人均生态承载力和人均生态足迹。第三步：计算德国萨克森州的生态盈余/赤字；比较2013—2015年德国萨克森州的人均生态足迹与人均生态承载力，表明2013—2015年德国萨克森州生态消费处于生态承载力的范围之内，但是从2013—2015年3年生态盈余数据可以看出：随着萨克森州社会经济发展，生态盈余在逐渐变小，如果维系这种趋势，未来萨克森州的经济发展状况将不可持续。

3 日本东北地方区域资源环境承载力评价的实践案例

3.1 东北地方的基本概况

日本东北地方位于日本东北部，包括青森县、岩手县及福岛县等6个县。东北地方以中部奥羽山脉为界，分为东、西奥羽，东奥羽为太平洋岸式气候，西奥羽为日本海岸式气候。日本东北地方多年来平均水资源总量为48.86亿m3，其中，入境水资源总量6.85亿m3，境内水资源总量42.01亿m3。境内水资源中地表水资源量为33.62亿m3，地下水资源量为8.39亿m3。从用途上看，农业用水量占区域用水量的2/3，工业用水约占14%，生活用水占19%。

3.2 东北地方水资源承载力评价

3.2.1 评价方法选择

选择向量模法作为日本东北地方水环境承载力的评价方法。向量模法通过计算各个评价指标的归一化值，进行横向或纵向的区域承载能力综合比较，可以反映区域承载力的变化趋势，被广泛应用于区域水环境承载力评价[10]。

3.2.2 评价指标体系构建

基于科学性、可行性及可量化等基本原则，依据日本东北地方水环境的基本情况，构建涵盖人均GDP、城镇化率、人均水资源占有量、单位GDP耗水量等8个指标的日本东北地方水环境承载力评价指标体系。运用层次分析法将日本东北地方水环境承载力评价指标体系中各项指标进行两两对比，构造判断矩阵，并计算矩阵的特征值，求得指标权重，进行归一化处理后进行判断矩阵的一致性检验。

3.2.3 水环境承载力计算

基于日本东北地方水环境的相关统计资料，计算2008—2012年日本东北地方水环境承载力评价指标值[11]，见表6。

对指标值进行归一化处理，求得0～1之间评价指标的归一化值，见表7，最终计算2008—2012年日本东北地方水环境承载力，见表8。

3.3 案例总结

基于向量模法对日本东北地方水环境承载力进行评价。第一步：构建日本东北地方水环境承载力评价指标体系，选择区域人均GDP、城镇化率等8个指标构建日本东北地方水环境承载力指标体系。第二步：日本东北地方水环境承载力评价计算，首先，查找相关统计数据，得出2008—2012年日本东北地方水环境承载力评价指标值；其次，进行归一化处理，得出2008—2012年日本东北地方水环境承载力评价指标的归一化值；最后，计算2008—2012年日本东北地方水环境承载力。计算结果显示：2008—2012年日本东北地方水环境承载力分别为0.104 8，0.108 5，0.142 6，0.147 0与0.163 5，日本东北地方水环境承载力有逐年上升的趋势，但是水环境的承载力水平相对较低。2008—2012年，随着区域GDP的增加、污水处理能力的提高以及单位GDP耗水量的降低，东北地方水环境承载力得以提升。

表6 2008—2012年日本东北地方水环境承载力评价指标值

表7 2008—2012年日本东北地方水环境承载力评价指标的归一化值

表8 日本东北地方2008—2012年水环境承载力

4 结论

本研究从评价方法的选择、评级指标体系的构建以及评价过程的设计3个方面对国外区域资源环境承载力评价的3个实践案例进行了分析与总结：

（1） 基于能值分析法的美国新泽西州环境承载力评价。美国新泽西州环境承载力评价案例采用能值分析法，基于资源支撑能力和废物消纳能力两个层面选择净能值产出率、环境负载率、能值利用强度、可更新能源的人口承载量、能值可持续指标与可持续发展能值指标6个指标，以新泽西州的纽瓦克、泽西城、联合城3个城市为研究区，分析评价了1985—2013年新泽西州的环境承载力状况。

（2） 基于生态足迹法的德国萨克森州生态承载力评价。德国萨克森州生态承载力评价案例采用生态足迹法，选择耕地、草地、林地、化石燃料用地、水域及建筑用地6种生态类型，以德国萨克森州为研究区，计算2013—2015年德国萨克森州的生态足迹供给与需求，分析评价了德国萨克森州的生态承载力状况。

（3） 基于向量模法的日本东北地方水环境承载力评价。日本东北地方水环境承载力评价案例采用向量模法，选择人均GDP、城镇化率、人均可支配收入、人均年综合用水量、人均水资源占有量、农田灌溉均用水量、单位GDP耗水量、污水处理率共8个评价指标，以日本东北地方为研究区，计算出2008—2012年日本东北地方水环境承载力，分析评价了日本东北地方的水环境承载力状况。