生態(tài)承載力的國內(nèi)外研究進(jìn)展

1、論文標(biāo)題:生態(tài)承載力的國內(nèi)外研究進(jìn)展論文作者高鷺/張宏業(yè)論文關(guān)鍵詞,論文來源中國人口·資源與環(huán)境,論文單位濟(jì)南,點(diǎn)擊次數(shù)37,論文頁數(shù)1926頁2007年2007月論文網(wǎng)承載力最初被引進(jìn)區(qū)域系統(tǒng)是在生態(tài)學(xué)中的應(yīng)用,其含義是在某種環(huán)境條件下,某種生物個(gè)體可存活的最大數(shù)量的潛力1,在實(shí)踐中的最初應(yīng)用領(lǐng)域是畜牧業(yè)。隨著人地矛盾不斷加劇,承載力概念發(fā)展并應(yīng)用到自然社會(huì)系統(tǒng)中,提出了土地資源承載力概念,即在一定生產(chǎn)條件下土地資源的生產(chǎn)力和一定生活水平下所承載的人口限度。20年代70年代以后,人口、經(jīng)濟(jì)、資源與環(huán)境等全球性問題日益突出,人口承載力、資源承載力、環(huán)境承載力、水資源承載力、礦產(chǎn)資源承

2、載力的研究也應(yīng)運(yùn)而生。1986年,Catton定義了“環(huán)境承載力”的概念,后來國外很多學(xué)者把它引申為生態(tài)承載力并定義為“在一定區(qū)域內(nèi),在不損害該區(qū)域環(huán)境的情況下,所能承載的人類最大負(fù)荷量”。20世紀(jì)90年代初,加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William和Wackernagel提出“生態(tài)足跡”(Ecological Footprint的概念,使承載力的研究從生態(tài)系統(tǒng)中的單一要素轉(zhuǎn)向整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)2,3。與此同時(shí)國外對于生態(tài)承載力的研究,也逐漸從靜態(tài)轉(zhuǎn)向動(dòng)態(tài),從定性轉(zhuǎn)為定量,從單一要素轉(zhuǎn)向多要素乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng),對于生態(tài)承載力的概念也日趨完善。我國在總結(jié)吸收國外經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)的基礎(chǔ)上對承載力進(jìn)行了研究。任美鍔先生是

3、我國最早注意到承載力研究重要性的學(xué)者。在40年代末任美鍔先生通過對四川省農(nóng)作物生產(chǎn)力分布的地理研究,首先計(jì)算了以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力為基礎(chǔ)的土地承載力。1986年中科院綜考會(huì)等多家科研單位聯(lián)合開展的“中國土地生產(chǎn)潛力及人口承載量研究”是我國迄今為止進(jìn)行得最全面的土地承載力方面的研究4。隨著研究的深入,20世紀(jì)80年代末,我國承載力研究大多不再局限于某一種資源,而是更強(qiáng)調(diào)綜合性,如資源與環(huán)境綜合承載力、地理環(huán)境人口承載潛力、生存空間的人口承載力、區(qū)域承載力等。近年來,關(guān)于生態(tài)承載力的量化方法的研究日益興旺,提出了一系列觀點(diǎn),主要研究者為王家驥和高吉喜5,6,主要成果為黑河流域生態(tài)承載力的研究。承載力概念的

4、演化與發(fā)展,體現(xiàn)了人類社會(huì)對自然界的認(rèn)識不斷深化,在不同的發(fā)展階段和不同的資源條件下,產(chǎn)生了不同的承載力概念和相應(yīng)的承載力理論。1 概念與內(nèi)涵在環(huán)境污染蔓延全球、資源短缺和生態(tài)環(huán)境不斷惡化的情況下,科學(xué)家相繼提出了資源承載力、環(huán)境承載力、生態(tài)承載力等概念。資源承載力是基礎(chǔ)、環(huán)境承載力是關(guān)鍵、核心,生態(tài)承載力是綜合7。1. 1 資源承載力資源承載力是指一個(gè)國家或地區(qū)資源的數(shù)量和質(zhì)量,對該空間內(nèi)人口的基本生存和發(fā)展的支撐能力。資源承載力是一個(gè)相對客觀的量。目前有關(guān)資源承載力的研究主要集中在自然資源領(lǐng)域,其中土地資源承載力的研究歷史較長,取得的成果也較多。同時(shí)由于不同的側(cè)重點(diǎn)和對象,出現(xiàn)了水資源承載

5、力、森林資源承載力等的多種承載力8。土地資源承載力。土地承載力是近20年來資源、人口、生態(tài)環(huán)境等許多領(lǐng)域的熱點(diǎn)問題9。它是繼6070年代能源危機(jī)、糧食短缺以及人口爆炸等人類面臨的重大問題提出之后,所開展的一項(xiàng)務(wù)實(shí)的研究工作。中國科學(xué)院綜考會(huì)為土地資源承載力所下的定義是“在一定生產(chǎn)條件下土地資源的生產(chǎn)力和一定生活平下所承載的人口限度”10。水資源承載力。自20世紀(jì)80年代末以來,許多專家、學(xué)者或課題研究組織對水資源承載力概念予以定義。一般認(rèn)為:水資源承載力是在特定的歷史發(fā)展階段,以可持續(xù)發(fā)展為原則,以維護(hù)生態(tài)良性發(fā)展為條件,以可預(yù)見的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展水平為依據(jù),在水資源得到適度開發(fā)并經(jīng)優(yōu)化配

6、置的前提下,區(qū)域(或流域水資源系統(tǒng)對當(dāng)?shù)厝丝诤蜕鐣?huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的最大支持能力11。也有的將其定義為在一定的技術(shù)經(jīng)濟(jì)水平和社會(huì)生產(chǎn)條件下,水資源可最大供給工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活和生態(tài)環(huán)境保護(hù)用水的能力12,13。對于水資源承載力,必須強(qiáng)調(diào)水資源對社會(huì)經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的支撐能力。它的主要涵義和內(nèi)容有:第一,強(qiáng)調(diào)水資源承載力是水資源對生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)良性發(fā)展的支持能力;第二,強(qiáng)調(diào)生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的良性發(fā)展;第三,強(qiáng)調(diào)合適的管理技術(shù),將水資源承載力的合理配置等技術(shù)方面的問題,上升到管理的角度和層次14。森林承載力。森林承載力的理論研究和實(shí)踐應(yīng)用都始于20世紀(jì)90年代初,目前尚處于探索階段,它的研究是資源承載力研究的深入和

7、發(fā)展。森林資源承載力研究是協(xié)調(diào)人口、環(huán)境保護(hù),森林資源消耗與經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的關(guān)鍵。森林資源承載力是指在某一時(shí)期,某種狀態(tài)下,一個(gè)國家或地區(qū)的森林資源在保證其生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不受破壞所能承受人類活動(dòng)作用的閾值15。吳靜和采用的是森林資源承載能力的概念,并將其定義為:“森林資源承載能力是指在一定生產(chǎn)條件下森林資源的生產(chǎn)能力及其在一定生活水平下可以承載的人口數(shù)量16。”相對資源承載力。相對資源承載力由土地承載力擴(kuò)展而成,它將資源劃分為自然資源、經(jīng)濟(jì)資源和社會(huì)資源,考慮到人是社會(huì)系統(tǒng)的主要組成因子,是承載力的承載對象。因此,相對資源承載力即是將自然資源和經(jīng)濟(jì)資源作為主要的承載資源,以一個(gè)參照區(qū)域作為對

8、比標(biāo)準(zhǔn),根據(jù)參照區(qū)域的人均資源的擁有量或消費(fèi)量、研究區(qū)域的資源存量,計(jì)算出研究區(qū)域的自然資源和經(jīng)濟(jì)資源的承載能力17。1. 2 環(huán)境承載力環(huán)境承載力從廣義上講,指某一區(qū)域的環(huán)境對人口增長和經(jīng)濟(jì)發(fā)展的承載能力。從狹義上講,即為環(huán)境容量。關(guān)于環(huán)境承載力目前大致主要有3種定義方式:從“容量”角度的定義,環(huán)境容量是指環(huán)境系統(tǒng)對外界其它系統(tǒng)污染的最大允許承受量或負(fù)荷量。主要包括大氣環(huán)境容量、水環(huán)境容量等18。環(huán)境容量具有客觀性、相對性和確定性的特征。如高吉喜5 在可持續(xù)發(fā)展理論探索一書中指出“環(huán)境承載力是指在一定生活水平和環(huán)境質(zhì)量要求下,在不超出生態(tài)系統(tǒng)彈性限度條件下環(huán)境子系統(tǒng)所能承納的污染物數(shù)量,以及

9、可支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模與相應(yīng)人口數(shù)量”。從“閾值”角度的定義,如“環(huán)境承載力是指在某一時(shí)期,某種環(huán)境狀況下,某一區(qū)域環(huán)境對人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的支持能力的閾值19”。中國大百科全書20 中,環(huán)境承載力的定義是“在維持環(huán)境系統(tǒng)功能與結(jié)構(gòu)不發(fā)生變化的前提下,整個(gè)地球生物圈或某一區(qū)域所能承受的人類作用在規(guī)模、強(qiáng)度和速度上的限值”;郭秀銳等21 學(xué)者認(rèn)為“環(huán)境承載力是指在一定時(shí)期、一定狀態(tài)或條件下,一定環(huán)境系統(tǒng)所能承受的生物和人文系統(tǒng)正常運(yùn)行的最大支持閾值”。它不僅體現(xiàn)了環(huán)境系統(tǒng)資源的價(jià)值,而且還突出了環(huán)境系統(tǒng)與生物和人文系統(tǒng)間的密切作用關(guān)系。環(huán)境承載力具有客觀性、相對性、可調(diào)性和隨機(jī)性的特征。從“能力”角度的

10、定義,彭再德22 等學(xué)者將環(huán)境承載力定義為:“在一定的時(shí)期和一定區(qū)域范圍內(nèi),在維持區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)的改變,區(qū)域環(huán)境功能不朝惡性方向轉(zhuǎn)變的條件下,區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的能力”; Schneider23 強(qiáng)調(diào),“環(huán)境承載力是自然或人造環(huán)境系統(tǒng)在不會(huì)遭到嚴(yán)重退化的前提下,對人口增長的容納能力”。環(huán)境承載力與環(huán)境容量有所不同。環(huán)境承載力強(qiáng)調(diào)的是環(huán)境系統(tǒng)資源對其中生物和人文系統(tǒng)活動(dòng)的支撐能力,突出的是其量化測度;而環(huán)境容量則強(qiáng)調(diào)的是環(huán)境系統(tǒng)要素對其中生物和人文系統(tǒng)排污的容納能力,突出的是其質(zhì)地衡量。環(huán)境容量側(cè)重體現(xiàn)和反映環(huán)境系統(tǒng)的純自然屬性;而環(huán)境承載力則突出顯示和說明環(huán)境

11、系統(tǒng)的綜合功能(生物、人文與環(huán)境的復(fù)合24。1. 3 生態(tài)承載力高吉喜25 在研究黑河流域生態(tài)承載力時(shí)將生態(tài)承載力定義為:生態(tài)系統(tǒng)的自我維持、自我調(diào)節(jié)能力,資源與環(huán)境子系統(tǒng)的供容能力及其可維育的社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度和具有一定生活水平的人口數(shù)量;并指出資源承載力是生態(tài)承載力的基礎(chǔ)條件,環(huán)境承載力是生態(tài)承載力的約束條件,生態(tài)彈性力是生態(tài)承載力的支持條件。對于某一區(qū)域,生態(tài)承載力強(qiáng)調(diào)的是系統(tǒng)的承載功能,而突出的是對人類活動(dòng)的承載能力,其內(nèi)容應(yīng)包括資源子系統(tǒng)、環(huán)境子系統(tǒng)和社會(huì)子系統(tǒng),生態(tài)系統(tǒng)的承載力要素應(yīng)包含資源要素、環(huán)境要素及社會(huì)要素。所以,某一區(qū)域的生態(tài)承載力概念,是某一時(shí)期某一地域某一特定的生態(tài)系統(tǒng)

12、,在確保資源的合理開發(fā)利用和生態(tài)環(huán)境兩性循環(huán)發(fā)展的條件下,可持續(xù)承載人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)強(qiáng)度及社會(huì)總量的能力26。張傳國27 在“干旱區(qū)綠洲系統(tǒng)生態(tài)生產(chǎn)生活承載力相互作用的驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析”一文中,則認(rèn)為綠洲生態(tài)承載力是指綠洲生態(tài)系統(tǒng)自我維持、自我調(diào)節(jié)能力,在不危害綠洲生態(tài)系統(tǒng)的前提下的資源與環(huán)境的承載能力以及由資源和環(huán)境承載力所決定的系統(tǒng)本身表現(xiàn)出來的彈性力大小,通過資源承載力、環(huán)境承載力和生態(tài)系統(tǒng)的彈性力來反映。程國棟28 在對西北水資源承載力進(jìn)行研究時(shí)認(rèn)為:生態(tài)承載力是指生態(tài)系統(tǒng)所提供的資源和環(huán)境對人類社會(huì)系統(tǒng)良性發(fā)展的一種支持能力,由于人類社會(huì)系統(tǒng)和生態(tài)系統(tǒng)都是一種自組織的結(jié)構(gòu)系統(tǒng),二者之間存在

13、緊密的相互聯(lián)系,相互影響和相互作用,因此,生態(tài)承載力研究的對象是生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng),研究其中所有組分的和諧共存關(guān)系。王家驥6 先生認(rèn)為生態(tài)承載力是自然體系維持和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能力的閾值。超過這個(gè)閾值,自然體系將失去維持平衡的能力,遭到摧殘或歸于毀滅,由高一級的自然體系(如綠洲降為低一級的自然體系(如荒漠。生態(tài)承載力僅僅體現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)的支持層,方創(chuàng)琳等綜合表現(xiàn)層的生產(chǎn)承載力和生活承載力,發(fā)展了生態(tài)生產(chǎn)生活系統(tǒng)承載力(三生承載力。三生承載力是指區(qū)域資源與生態(tài)環(huán)境的供容能力、經(jīng)濟(jì)活動(dòng)能力和滿足一定生活水平人口數(shù)量的社會(huì)發(fā)展能力的有機(jī)綜合體29。2 估算方法對于承載力的量化,國內(nèi)外提出了許多直觀的、較易操作的定

14、量評價(jià)方法及模式。2. 1 生態(tài)足跡法生態(tài)足跡分析法(Ecological footprint analysis是1992年加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William Rees和其博士生Wackernagel提出的一種度量可持續(xù)發(fā)展程度的生物物理方法,即基于土地面積的量化指標(biāo)。將其定義為:任何已知人口的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)土地的總面積和水資源量。生態(tài)足跡分析法從需求面計(jì)算生態(tài)足跡的大小,從供給面計(jì)算生態(tài)承載力的大小,經(jīng)對二者的比較,評價(jià)研究對象的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。生態(tài)足跡計(jì)算模型:任何個(gè)人或區(qū)域人口的生態(tài)足跡,應(yīng)該是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有

15、資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的廢棄物而需要的生態(tài)生產(chǎn)性土地的面積總和30。在計(jì)算中,不同的資源和能源消費(fèi)類型均被折算為耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地和水域六種生物生產(chǎn)土地面積類型(這六種土地類型在空間上被假設(shè)是互斥的?？紤]到六類土地面積的生態(tài)生產(chǎn)力不同,因此將計(jì)算得到的各類土地面積乘以一個(gè)均衡因子。生態(tài)足跡法從一個(gè)全新的角度考慮人類及其發(fā)展與生態(tài)環(huán)境的關(guān)系,通過跟蹤區(qū)域能源與資源消費(fèi),將它們轉(zhuǎn)化為這種物質(zhì)流所必需的各種生物生產(chǎn)土地的面積,即人類的生物生產(chǎn)面積需求。在計(jì)算生態(tài)足跡的思路上,將現(xiàn)有的耕地、牧地、林地、建筑用地、海洋的面積乘以相應(yīng)的均衡因子和當(dāng)?shù)氐漠a(chǎn)量因子,就可以得到生態(tài)承載力

16、。為了便于直接對比,將不同國家或地區(qū)的某類生物生產(chǎn)面積所代表的局部產(chǎn)量與世界平均產(chǎn)量的差異,即“產(chǎn)量因子”來調(diào)整。處于謹(jǐn)慎性考慮,在生態(tài)承載力計(jì)算時(shí),還應(yīng)扣除12%的生物多樣性保護(hù)面積。計(jì)算公式如下:生態(tài)足跡計(jì)算公式為:生態(tài)承載力計(jì)算公式為:其中,i為消費(fèi)商品或生產(chǎn)生物的類型;cc,i為第i種消費(fèi)商品的生產(chǎn)足跡;ac,i為第i種消費(fèi)商品的消費(fèi)總量;p,i為第i種商品的生物生產(chǎn)單位面積產(chǎn)量;ep,i為第i 種生物資源的生產(chǎn)足跡;ae,i為第i種資源生物生產(chǎn)總量;w,i為第i種消費(fèi)品或生物資源土地類型生產(chǎn)力權(quán)值;EF為某一地區(qū)的生態(tài)足跡總量;EC為地區(qū)生態(tài)承載力供給。生態(tài)足跡研究法是近年來提出并應(yīng)

17、用于評價(jià)生態(tài)承載力的一種新方法,得到眾多學(xué)者的肯定和采用。生態(tài)足跡的概念于1999年引入我國,楊開忠和張志強(qiáng)等分別介紹了生態(tài)足跡的理論、方法和概念及計(jì)算模型;徐中民等計(jì)算了甘肅省1998年的生態(tài)足跡;陳東景等分析了中國西北地區(qū)的生態(tài)足跡;張志強(qiáng)等對中國西部12省(區(qū)的生態(tài)足跡進(jìn)行了研究分析,徐中民對張掖地區(qū)1995年的生態(tài)足跡進(jìn)行研究。上述研究多側(cè)重于理論和方法的介紹,并以某一年的斷面資料進(jìn)行分析,尚未進(jìn)行更系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的研究。如徐中民等對張掖地區(qū)1995年的生態(tài)足跡研究結(jié)果是人均生態(tài)足跡赤字0.34hm2,但從哪一時(shí)段開始出現(xiàn)生態(tài)赤字的并未研究31-35。此方法直觀,簡便但多側(cè)重于理論和方法的介

18、紹,有一定的局限性,一般以某一年或特定幾年的斷面資料進(jìn)行分析,缺少系統(tǒng)動(dòng)態(tài)的研究,計(jì)算中缺少處理可降解物質(zhì)的生物生產(chǎn)面積和由于水資源所造成的附加的生態(tài)足跡面積,所以計(jì)算結(jié)果是樂觀的最小值。2. 2 自然植被凈第一性生產(chǎn)力測算法植被凈第一性生產(chǎn)力是植物自身生物學(xué)特性與外界環(huán)境因子相互作用的結(jié)果,它是評價(jià)生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與功能特征和生物圈的人口承載力的重要指標(biāo),它反映了某一自然體系的恢復(fù)能力。地區(qū)性乃至世界性生物生產(chǎn)力及其空間分布的知識,能使人類得以從宏觀區(qū)域上作出如下估計(jì):潛在的糧食資源的地理分布,人為提高區(qū)域性生產(chǎn)力水平的限度,不同國家和地區(qū)可能和現(xiàn)實(shí)的生產(chǎn)力水平,即區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的最大容納量等36

19、。雖然生態(tài)承載力受眾多因素和不同時(shí)空條件制約,但是,特定生態(tài)區(qū)域內(nèi)第一性生產(chǎn)者的生產(chǎn)能力是在一個(gè)中心位置上下波動(dòng)的,而這個(gè)生產(chǎn)能力是可以被測定的。同時(shí)與背景數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,偏離中心位置的某一數(shù)值可視為生態(tài)承載力的閾值,這種偏離一般是由于內(nèi)外干擾使某一自然體系變化為另一等級自然體系,如由綠洲衰退為荒漠,由荒漠改造成綠洲。因此,可以通過對自然植被凈第一性生產(chǎn)力的估測確定該區(qū)域生態(tài)承載力的指示值,而通過實(shí)測,判定現(xiàn)狀生態(tài)環(huán)境質(zhì)量偏離本底數(shù)據(jù)的程度,以此作為自然體系生態(tài)承載力的指示值,并據(jù)此確定區(qū)域的開發(fā)類型和強(qiáng)度。由于對各種調(diào)控因子的側(cè)重及對凈第一性生產(chǎn)力調(diào)控機(jī)理解釋的不同,世界上產(chǎn)生了很多模擬第一性

20、生產(chǎn)力的模型,大致可分為三類:氣候統(tǒng)計(jì)模型、過程模型和光能利用率模型。我國的凈第一性生產(chǎn)力研究起步較晚,研究過程中一般采用氣候統(tǒng)計(jì)模型37。國內(nèi)應(yīng)用較多的模型是采用周廣勝、張新時(shí)根據(jù)水熱平衡聯(lián)系方程及植物的生理生態(tài)特點(diǎn)建立的自然植被的凈第一性生產(chǎn)力模型,即:式中:RDI為輻射干燥度;r為年降水量(mm;NPP為自然植被的凈第一性生產(chǎn)力t/ (hm2. a;PER為可能蒸散率;PET為可能蒸散量(mm;BT為年平均生物溫度(; t為小于30與大于0的日均值;T為小于30與大于0的月均值。王家驥,姚小紅等以黑河流域?yàn)槔?認(rèn)為利用自然植被的凈第一性生產(chǎn)力數(shù)據(jù)可以反映自然體系的生產(chǎn)能力和受內(nèi)外干擾后的

21、恢復(fù)能力,是自然體系生態(tài)完整性維護(hù)的指示6。李金海分析了大陸典型生態(tài)系統(tǒng)凈第一性生產(chǎn)力的背景值,研究了確定自然系統(tǒng)最優(yōu)生態(tài)承載力的依據(jù),并提出了提高區(qū)域生態(tài)承載力,實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展基本對策,并據(jù)此計(jì)算了河北豐寧縣的生態(tài)承載力38。2. 3 供需平衡法區(qū)域生態(tài)承載力體現(xiàn)了一定時(shí)期、一定區(qū)域的生態(tài)環(huán)境系統(tǒng),對區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人類各種需求(生存需求、發(fā)展需求和享樂需求在量(各種資源量與質(zhì)(生態(tài)環(huán)境質(zhì)量方面的滿足程度。因此,衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力可以從該地區(qū)現(xiàn)有的各種資源量(Pi與當(dāng)前發(fā)展模式下社會(huì)經(jīng)濟(jì)對各種資源的需求量(Qi之間的差量關(guān)系如(Pi-Qi/Qi,以及該地區(qū)現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量(CBQ

22、Ii與當(dāng)前人們所需求的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的差量關(guān)系如(CBQIi-/入手7。如果該差值大于0,表明研究區(qū)域的生態(tài)承載力在可承載范圍內(nèi);該差值等于0,表明研究區(qū)域的生態(tài)承載處于臨界狀態(tài);該差值小于0,表明研究區(qū)域的生態(tài)承載力超載。該方法需要建立一套指標(biāo)體系,包括社會(huì)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)類和生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)類(包括環(huán)境資源與環(huán)境質(zhì)量指標(biāo)。該方法只能根據(jù)人口變化曲線求出未來年的人口數(shù),然后分別計(jì)算其需求量,判斷該值是否在研究區(qū)域的承載力范圍之內(nèi),而不能計(jì)算出未來年的確切承載力值;而且,該方法并不能表現(xiàn)出研究區(qū)域內(nèi)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展?fàn)顩r以及人類的生活水平。結(jié)合完整的指標(biāo)體系,依據(jù)這種差量度量評價(jià)方法,王中根等人對西北干旱區(qū)

23、河流進(jìn)行了生態(tài)承載力評價(jià)分析,證明此方法能夠簡單、可行地對區(qū)域生態(tài)承載力進(jìn)行有效的分析和預(yù)測39。2. 4 狀態(tài)空間法所謂狀態(tài)空間法,本質(zhì)上是一種時(shí)域分析方法,它不僅描述了系統(tǒng)的外部特征,而且揭示了系統(tǒng)的內(nèi)部狀態(tài)和性能。狀態(tài)空間是歐式幾何空間用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)的一種有效方法,通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的三維狀態(tài)空間軸組成40。在研究生態(tài)承載力時(shí),三維狀態(tài)空間軸分別代表人口、經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)、區(qū)域資源環(huán)境,空間中的點(diǎn)為承載狀態(tài)點(diǎn),不同的點(diǎn)表示不同情況下的承載狀態(tài)41。利用狀態(tài)空間法中的承載狀態(tài)點(diǎn),可表示一定時(shí)間尺度內(nèi)區(qū)域的不同承載狀況。利用狀態(tài)空間中的原點(diǎn)同系統(tǒng)狀態(tài)點(diǎn)所構(gòu)成的矢量模數(shù)表示區(qū)域承載

24、力的大小。由承載狀態(tài)點(diǎn)構(gòu)成承載曲面,高于承載曲面的點(diǎn)表示超載,低于承載曲面的點(diǎn)表示可載,在承載曲面上的點(diǎn)表示滿載。應(yīng)用狀態(tài)空間法可以定量的描述和測度區(qū)域承載力及其承載狀態(tài)。近年來,狀態(tài)空間法逐步推廣并成功的運(yùn)用到軍事、生物醫(yī)學(xué)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)及人類生活等諸多領(lǐng)域,并且有廣闊的發(fā)展前景42。2. 5 模型預(yù)估法隨著承載力研究的日趨深入,特別是在計(jì)算機(jī)的支持下,各種數(shù)理模型進(jìn)入該領(lǐng)域,有從早期的線性規(guī)劃模型到現(xiàn)在廣泛應(yīng)用的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型、模糊目標(biāo)規(guī)劃模型、門檻分析模型、層次分析模型,等等。如美國科學(xué)家Maclon Sleaser等提出的承載力估算的綜合資源計(jì)量技術(shù)(ECCO是一種系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型的應(yīng)用。應(yīng)

25、用數(shù)學(xué)模型模擬估測承載力極大地提高了承載力研究的定量化水平和精確程度,促使承載力研究的綜合與深入43。經(jīng)常使用的生態(tài)承載力計(jì)算模型主要有:分類統(tǒng)計(jì)法:把研究區(qū)域內(nèi)的土地分為多種類型,每一種類型的土地假定一個(gè)最高的可支持人口密度,計(jì)算出每一種類型土地的支持人口數(shù),然后匯總得出區(qū)域可支持的最大人口數(shù)量。比較密度法:法國地理學(xué)家貝拉克提出。比較密度是指單位面積農(nóng)用土地上的平均人口數(shù)。農(nóng)用土地包括耕地、多年生植物和可利用草原牧場。趨勢外推法:趨勢外推法是長期趨勢預(yù)測的主要方法。它是根據(jù)連續(xù)性原理,依據(jù)時(shí)間序列的發(fā)展趨勢,配合合適的曲線模型,對未來趨勢進(jìn)行外推預(yù)測的44。例如:根據(jù)某區(qū)域歷年的人口數(shù)做一

26、條人口變化曲線,利用趨勢外推法得出未來某年的人口數(shù);或根據(jù)歷年的人口數(shù)做一條邏輯斯蒂變化曲線,根據(jù)曲線變化確定未來某年的承載力。由于人口數(shù)受到出生率和死亡率的影響,故這一方法準(zhǔn)確性較差。而且估計(jì)出的人口數(shù)只是區(qū)域內(nèi)可能的人口數(shù),而不是系統(tǒng)能支持的最大人口數(shù),與生態(tài)承載力的概念不符。限制因子法:選定區(qū)域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)的主要限制因素,用該限制因子來確定,一般選取糧食作為限制因子。限制因子還可以是淡水資源、土地空間、能源、綠地面積等。如果限制因子超過一個(gè),則分別計(jì)算出可供養(yǎng)的人口數(shù),以其中的最小值作為生態(tài)承載力的大小。線性規(guī)劃法:線性規(guī)劃中線性來源于構(gòu)造線性模型這一事實(shí),而規(guī)劃一詞用于表示線性模型一組變

27、量的最佳取值,它既可用于單目標(biāo)規(guī)劃(極大或極小,也可用于多目標(biāo)問題求解最優(yōu)折中解。線性規(guī)劃模型的解具有重要意義,它代表問題的最佳決策和活動(dòng)的最佳策略。線性模型的理想目標(biāo)由決策者的希望或愿望確定,現(xiàn)實(shí)目標(biāo)或約束條件可由有限的資源和其他加在決策變量選擇上明顯的或隱含的約束確定。用線性規(guī)劃法進(jìn)行生態(tài)承載力的研究,可以動(dòng)態(tài)的反映一個(gè)區(qū)域的生態(tài)承載力的狀況45。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)（System Dynamics，簡稱 SD）是麻省理工學(xué)院 Jay. W. Forrester46 教授于 1956 年創(chuàng)立的，其最為突出的優(yōu)點(diǎn)在于它能處理高階次、非線性、多 重反饋、復(fù)雜時(shí)變的系統(tǒng)問題。用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方

28、法進(jìn)行生態(tài)承載力研究時(shí)，能比較容易地得 到不同方案下的生態(tài)承載力，較真實(shí)地模擬區(qū)域資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)、環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展?fàn)顩r，模擬 區(qū)域承載力的變化趨勢。目前，國內(nèi)外對承載力進(jìn)行研究時(shí)多采用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法。建立系 統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真模型，一般包括以下程序：劃定系統(tǒng)邊界、劃分系統(tǒng)層次、確立指標(biāo)體系、建 立仿真模型、模型分析檢驗(yàn)。具體步驟包括：結(jié)構(gòu)分析與繪制因果關(guān)系圖：系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)行為 是由系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定的， 系統(tǒng)主要變量之間的因果關(guān)系反映了系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。 為研究系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)是如何決定其功能， 這里根據(jù)已確定的研究目標(biāo)， 經(jīng)過分析得出系統(tǒng)邊界內(nèi)系統(tǒng)主要變 量之間的因果關(guān)系。建立系統(tǒng)流程圖：在因果關(guān)系圖的基礎(chǔ)上，繪制

29、系統(tǒng)流程圖，比較直觀 地反映系統(tǒng)各個(gè)變量之間的相互關(guān)系， 以及對未來動(dòng)態(tài)行為的影響， 而且也是編制仿真程序 的基礎(chǔ)。建立方程與參數(shù)確定：根據(jù)各個(gè)變量之間的關(guān)系，應(yīng)用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)仿真語言，并引 入回歸分析、灰色分析等多種數(shù)學(xué)手段，建立各變量之間的關(guān)系方程。運(yùn)用初步建立的計(jì)算 機(jī)仿真模型，在計(jì)算機(jī)上進(jìn)行模擬試驗(yàn)，對照原始數(shù)據(jù)與仿真結(jié)果，對方程參數(shù)進(jìn)行重新估 計(jì)并修改，直到仿真結(jié)果與原始數(shù)據(jù)擬合較為滿意為止。完善模型：改變模型的有關(guān)數(shù)據(jù)， 將其輸入計(jì)算機(jī)并進(jìn)行模擬運(yùn)行，預(yù)測分析未來的發(fā)展趨勢，尋找可行的發(fā)展方向。根據(jù)需 要修改模型，建立友好的人機(jī)界面，完善模型。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)的特點(diǎn)為：系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方 法處理

30、復(fù)雜的大系統(tǒng)具有很多優(yōu)勢，它能清晰的反映人口、資源、環(huán)境和發(fā)展之間的關(guān)系， 能較好的反映系統(tǒng)本質(zhì)和模擬系統(tǒng)的變化趨勢，它最適用于分析研究信息反饋系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、 功能與行為之間動(dòng)態(tài)的辯證統(tǒng)一關(guān)系。利用 SD 模型可以把握系統(tǒng)各種反饋關(guān)系，將系統(tǒng)與 環(huán)境、系統(tǒng)內(nèi)部各子系統(tǒng)之間相互作用的復(fù)雜關(guān)系通過一系列微分過程和函數(shù)關(guān)系加以表 述，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能乃至發(fā)展趨勢進(jìn)行模擬、預(yù)測和調(diào)控47。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方 法能夠模擬各種決策方案的長期效果， 并對多種方案進(jìn)行比較分析而得到滿意的答案， 具有 優(yōu)化的同等效用。但是，這一方法需要較完備的資料才可得出可靠結(jié)論。完善生態(tài)承載力計(jì) 算模型，參數(shù)的確定應(yīng)更加準(zhǔn)確

31、。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型可作為實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室，將模型模擬 以剖析系統(tǒng)，獲取更豐富、更深刻的信息； 進(jìn)而覓尋解決系統(tǒng)問題的途徑。系統(tǒng)動(dòng)力學(xué) 解決問題的過程實(shí)際上也是尋優(yōu)的過程，其最終目的是尋求系統(tǒng)較優(yōu)或次優(yōu)的結(jié)構(gòu)與參數(shù)， 以求得較優(yōu)的系統(tǒng)功能。因此，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型能更好地為決策者提供決策的依據(jù)，在土地 承載力、資源承載力、環(huán)境承載力、人口容量等方面的研究中也得到廣泛的應(yīng)用。系統(tǒng)動(dòng) 力學(xué)只有在與其它模型的支持下才能更好地發(fā)揮作用，如數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法、灰色系統(tǒng)模型、計(jì) 量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型、 產(chǎn)業(yè)關(guān)聯(lián)分析模型、 投入產(chǎn)出模型等， 也可以與線性規(guī)劃方法、 非線性規(guī)劃、 目標(biāo)規(guī)劃、 多目標(biāo)規(guī)劃相結(jié)合。 目前常用的系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型有 Vensim PLE、 STELLA、 Ithink 等，在模型編寫過程中，融入灰色模型、線性回歸、指數(shù)回歸等多種數(shù)學(xué)方法對模型涉及的 變量進(jìn)行預(yù)測， 并通過軟件的可視化環(huán)境對模型結(jié)構(gòu)、 運(yùn)行參數(shù)和運(yùn)行結(jié)果進(jìn)行必要的修正， 最終構(gòu)建起區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的 SD 模擬系統(tǒng)48。 3 存在問題的分析 生態(tài)承載力是自然體系維持和調(diào)節(jié)系統(tǒng)的能力的閾值。 如果超過了這個(gè)閾值， 自然體系 將失去維持平衡的能力， 遭到摧殘或歸于毀滅， 由高一級的自然體系降