城市生态系统承载力的几种主要评价方法
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( 北京师范大学环境学院 环境模拟与污染控制国家重点联合实验室 , 北京 100875 )
摘 要 : 城市生态系统承载力的研究 , 对于指导人类社会经济活动 、 协调人类发展与环境的关系 , 具有十分 重要 而迫切的现实意义 。 目前 , 城市生态系统承载力的 评价方法有 : 人口 承载力 、 生 态足迹和 相对承 载力 。 人 口承 载力在资源承载力和环境承载力的基础上展开研究 , 以人口数量作为表征 ; 生态足迹将人类所 需占用的资 源与 排放的废物转换为土地面积 , 以生态生产 性土地面积表征 ; 相对承载力将城市生态系统承载力 当作一种能 力或 潜力 , 将评价结果无量纲化来表示其动态变化趋势 。通过总 结这三种方法的特点及应用可知 , 城市生态系 统承 载力在系统分析方法 、 阈值性 、 动态性以及空间分异方面有待进一步研究 。 关键词 : 城市 ; 生态系统 ; 承载力 ; 评价方法 中图分类号 : X 171 . 1 文献标识 码 : A
Som eM a in M ethods for U rban E cosyste m C arry ing Capacity
W e i Jinjin , Xu ห้องสมุดไป่ตู้ inyu
( S tate K ey Joint Laboratory of Environm en tal S m i u lation and Pollution Contro, l School of Environm en, t B eijing Nor m alU n iversity , B eijing 100875, C h ina) A bstract : U rban ecosyste m carrying capacity( UECC ) is an m i portan t theory of U rban E cology . Th is article presen ts th ree m ethods for assessing UECC, w h ich are population carrying capacity , ecological footprin t and relative carrying capacity . The defi n ition of popu lation carrying capacity is in ter m s of the acceptab ility of natural resou rce and hum an m i pacts as m easured by the m axm i um and op tm i um popu lations. A nd the ecolog ical footprint is am easure of the resources w e consum e expressed in ter m s of the equ ivalent p roductive land area needed to produce the m and adsorb the consequen tw astes . W h ile the relative carry ing capacity is an accoun ting tool that has no quantity key link. Th is paper discusses the characterization and the application of these th ree m ethods respectively . A s a conclusion, further research shou ld be conducted to m ake a syste m atic study , and care the spatial d ifference , the lm i it and the developm en t of the UECC. K ey words : urban; ecosyste m; carry ing capacity ; accounting tools
研究不可回避的问题, 尤其是如何合理评价城市生 态承载力值得探讨、 引人深思。本文在总结比较大 量相关研究成果的基础上, 按城市生态系统承载力 的表征方式将其评价方法归为三种主要类型, 即人 口承载力、 生态足迹和相对承载力, 并分析各方法的 特点与应用。
1 人口承载力
承载力的概念最初来源于生态学中的种群承载 力 , 其特定含义是指在一定环境条件下某种生物个 体可存活的最大数量 , 是一种阈值的概念。随着人 类社会的发展 , 承载力的概念引入城市生态系统中 , 因此以城市在一定条件下所能容纳的人口最大数量 表征城市生态承载力, 即人口承载力成为一种主要 的城市生态系统承载力评价方法。至今, 仍有不少 ! 133!
V itousek et a.l 测算了人类利用自然系统的净初级生 [ 9] 产力 , Jasson 等分析了波罗的海哥特兰 岛海岸渔 [ 10] 业的海洋生态系 统面积 , Jartw ick 提出 了绿色净 国家产品概念 等。在前人研究的基础上 , 加拿大 英属哥伦比亚大学的生态经济学家 W illia m Rees 教 [ 12] 授等人 在 1992 年提 出生态足迹概念 , 并由 M a th isW ackernage l教授等人加以完善和发展为生态足 [ 13 ] 迹模型 。生态足迹 ( ecological footprint) 模型是通 过测定在一定的经济技术条件下 , 维持某一消费水 平下的人口持续生存和发展所需要的生态生产性土 地面积, 即一定人口所需的资源、 能源和吸纳这些人 口排放的废弃物转化为各种类型土地面积之和。生 态足迹也称生态占用, 可与一定区域内所能提供的 生态生产性土地面积 ( 即生态承载力 ) 进行比较, 以 评估人类活动对生态系统的影响。 生态足迹方法发展的过程, 也是研究者们争论 的过程。有学者对生态足迹的理论模型进行改进 , [ 14] 并在研究中引入了能值分析 ( Energy Ana ly sis) 、 成分模型 ( Com ponent- based M odel) 、 情景 分析 [ 16] ( Scenario Analysis) 、 投入 - 产出 分析 ( Input [ 17] output Analysis) 以 及 干 扰 分 析 ( D isturbance [ 18] based Approaches) 等方法, 对生态足迹加以修正 , 以进一步完善生态足迹。 生态足迹可表征城市生态系统可持续发展的状 况 , 也可用来测度城市生态系统支持能力的利用现 状。生态足迹的应 用尺度很广 , 可应用在 个人、 家 庭、 社区、 地区、 国家和全球尺度上。在国家层次上 的生态足迹的计算 , 通常使用综合法 ( Com pound ap proach) , 即自上至 下利用国家级的数据归纳 ; 而区 域 ( 省、 市 )、 行 业、 公司、 学校、 个人生态 足迹采 用 Si mm ons等人创造的成分法 ( Com ponent approach) , 即自下而上利用当地数据。从解决具体问题角度 , 生态足迹方法更多用于分析某一个地区或城市发展 [ 19] 的可持续性 。生态足迹方法也可用于 评价贸易 活动对城市生态系统的影响, 研究结果表明只要建 立相应的贸易制度框架 , 且贸易制度合理, 贸易便可 [ 20] 成为消除生态承载力缺口潜在的工具 。此外, 考 虑到生态足迹方法可测度城市生态系统支持能力的 利用现状 , 生态足迹方法还可用于对城市中多种土 地利用规划方案的优选。 生态足迹理论为可持续发展提供了一种基于土 地面积的量化指标 , 为城市长期发展决策的制定提 供了一种较为直观的切入口, 具有非常清晰的政策 导向。但是 , 生态足迹理论与方法研究时间还比较 短 , 尚处于不断完善中 , 具有一定的局限性。如模型 计算仅反映经济决策对环境的影响 , 没有考虑到一
第 33卷第 9 期 2008 年 9 月
环境科学与管理 ENV IRONMENTAL SCIENCE AND MANAG EMENT
V ol 33 N o 9 Sep. 2008
文章编号: 1673- 1212 ( 2008) 09- 0133- 05
城市生态系统承载力的几种主要评价方法
卫晋晋, 徐琳瑜
收稿日期 : 2008 - 04- 30 基金项目 : 国家自然科学基金 ( N o. 40501022) 作者简介 : 卫晋晋 ( 1983- ) , 女 , 山 西省晋城 市人 , 硕士 研究生 , 主 要 从事城市生态规划的研究工作。 通讯联系人 : 徐琳瑜
第 33卷第 9 期 2008 年 9 月
卫晋晋等 ! 城市生态系统承载力的几种主要评价方法
V ol 33 N o 9 Sep. 2008
学者用人口承载力表征城市生态系统承载力。 人口承载力又可称为人口容量。国际人口生态 学会给人口容量所下的定义是: 世界对于人类的容 纳量是指不损害生物圈或不耗尽可更新资源的条件 下 , 各种资源在长期稳定的基础上所能供养的人口 [ 1] 数量 。这种定义主要把资源作为人口容量的决定 因素。联合国教科文组织 ( UNESCO) 定义人口容量 为 : 一个国家或地区在可预见的时期内, 利用本地能 源及其他自然资源和智力技术等条件 , 在保证符合 其社会文化准则的物质生活水平条件下 , 该国家或 [ 1] 地区所能够持续供养的人口数量 。此计量方法考 虑人口、 资源和发展之间相互关系并使其结合为一 个有机整体。朱宝树在其主编的 ∀人口生态学 #一 书中认为: 所谓一个地区在一定时期内的环境人口 容量, 就是指该地区的资源环境条件在能够充分合 理利用和保持生态平衡的情况下 , 所能持续供养的 [ 2] 相应于一定生活水平的最高人口数 。还有些学者 认为人口容量一般理解为在一定的生态环境下或一 [ 3] 定地区的资源所能养活的最大人口数 。在理想或 最优的目标下的最适宜人口是适度人口数, 有学者 将适度人口定义为 : 在一定资源承载力和舒适度目 标下的人口容量 , 并建立了 R - S 双向寻优模型, 定 [ 4] 量描述承载力与舒适度水平双向优化的程度 。总 体来讲 , 国内外对人口承载力的研究 , 常采用单因子 分析法、 多目标决策分析法、 土地资源分析法、 系统 [ 5] 动力学方法和非线性规划方法等 , 也有些学者运 [ 6] 用可能 - 满意度法 。 人口承载力是以城市在一定条件下能够承载的 人口数量来标度的, 它的表征直观、 明了、 易于理解。 然而, 生产力的发展对人口承载力有决定性作用, 在 生产力发展过程中人类社会的活动强度与速率对城 市生态系统的破坏或影响对 人口承载力也 至关重 要 , 单纯以人口数量却难以表现城市生态系统的这 种特点。
[ 15] [ 11]
2 生态足迹
与人口承载力相比 , 生态足迹方法考虑到了人 类生活方式对城市生态系统的影响。该方法将人类 活动所需占用的资源环境用统一的生态生产性土地 面积表征, 即用生态足迹评价城市生态系统承载力, 以判断在现有的技术水平下, 是否超过了生态系统 的承载力。 国际上关于生态足迹的研究源于 20 世纪 70 年 代诸多生态经济学领域的研究成果。早在 1967 年, Borgstrom 提出了 虚拟英里 , 此后 Odum 探讨了一 [ 7- 8] 个城市在能 量意义 上的 额外 的 影 子面 积 。 ! 134!
城市是社会经济发展的重要载体 , 是区域政治 文化的中心。中国自改革开放以来工业发展相当迅 速 , 城市化进程也随之加快 , 并带来了城市人口的高 度集聚。人口增多一方面反映了城市经济的繁荣、 社会的发展和文化事业的兴盛, 另一方面又带来了 环境污染、 资源耗损、 交通拥挤、 住房紧张、 就业困难 等一系列的 城市病 的产生和蔓延。然而 , 资源的 供给和环境的纳污能力是有限的 , 因此, 城市生态系 统对人类活动的最大承载能力成为城市可持续发展
摘 要 : 城市生态系统承载力的研究 , 对于指导人类社会经济活动 、 协调人类发展与环境的关系 , 具有十分 重要 而迫切的现实意义 。 目前 , 城市生态系统承载力的 评价方法有 : 人口 承载力 、 生 态足迹和 相对承 载力 。 人 口承 载力在资源承载力和环境承载力的基础上展开研究 , 以人口数量作为表征 ; 生态足迹将人类所 需占用的资 源与 排放的废物转换为土地面积 , 以生态生产 性土地面积表征 ; 相对承载力将城市生态系统承载力 当作一种能 力或 潜力 , 将评价结果无量纲化来表示其动态变化趋势 。通过总 结这三种方法的特点及应用可知 , 城市生态系 统承 载力在系统分析方法 、 阈值性 、 动态性以及空间分异方面有待进一步研究 。 关键词 : 城市 ; 生态系统 ; 承载力 ; 评价方法 中图分类号 : X 171 . 1 文献标识 码 : A
Som eM a in M ethods for U rban E cosyste m C arry ing Capacity
W e i Jinjin , Xu ห้องสมุดไป่ตู้ inyu
( S tate K ey Joint Laboratory of Environm en tal S m i u lation and Pollution Contro, l School of Environm en, t B eijing Nor m alU n iversity , B eijing 100875, C h ina) A bstract : U rban ecosyste m carrying capacity( UECC ) is an m i portan t theory of U rban E cology . Th is article presen ts th ree m ethods for assessing UECC, w h ich are population carrying capacity , ecological footprin t and relative carrying capacity . The defi n ition of popu lation carrying capacity is in ter m s of the acceptab ility of natural resou rce and hum an m i pacts as m easured by the m axm i um and op tm i um popu lations. A nd the ecolog ical footprint is am easure of the resources w e consum e expressed in ter m s of the equ ivalent p roductive land area needed to produce the m and adsorb the consequen tw astes . W h ile the relative carry ing capacity is an accoun ting tool that has no quantity key link. Th is paper discusses the characterization and the application of these th ree m ethods respectively . A s a conclusion, further research shou ld be conducted to m ake a syste m atic study , and care the spatial d ifference , the lm i it and the developm en t of the UECC. K ey words : urban; ecosyste m; carry ing capacity ; accounting tools
研究不可回避的问题, 尤其是如何合理评价城市生 态承载力值得探讨、 引人深思。本文在总结比较大 量相关研究成果的基础上, 按城市生态系统承载力 的表征方式将其评价方法归为三种主要类型, 即人 口承载力、 生态足迹和相对承载力, 并分析各方法的 特点与应用。
1 人口承载力
承载力的概念最初来源于生态学中的种群承载 力 , 其特定含义是指在一定环境条件下某种生物个 体可存活的最大数量 , 是一种阈值的概念。随着人 类社会的发展 , 承载力的概念引入城市生态系统中 , 因此以城市在一定条件下所能容纳的人口最大数量 表征城市生态承载力, 即人口承载力成为一种主要 的城市生态系统承载力评价方法。至今, 仍有不少 ! 133!
V itousek et a.l 测算了人类利用自然系统的净初级生 [ 9] 产力 , Jasson 等分析了波罗的海哥特兰 岛海岸渔 [ 10] 业的海洋生态系 统面积 , Jartw ick 提出 了绿色净 国家产品概念 等。在前人研究的基础上 , 加拿大 英属哥伦比亚大学的生态经济学家 W illia m Rees 教 [ 12] 授等人 在 1992 年提 出生态足迹概念 , 并由 M a th isW ackernage l教授等人加以完善和发展为生态足 [ 13 ] 迹模型 。生态足迹 ( ecological footprint) 模型是通 过测定在一定的经济技术条件下 , 维持某一消费水 平下的人口持续生存和发展所需要的生态生产性土 地面积, 即一定人口所需的资源、 能源和吸纳这些人 口排放的废弃物转化为各种类型土地面积之和。生 态足迹也称生态占用, 可与一定区域内所能提供的 生态生产性土地面积 ( 即生态承载力 ) 进行比较, 以 评估人类活动对生态系统的影响。 生态足迹方法发展的过程, 也是研究者们争论 的过程。有学者对生态足迹的理论模型进行改进 , [ 14] 并在研究中引入了能值分析 ( Energy Ana ly sis) 、 成分模型 ( Com ponent- based M odel) 、 情景 分析 [ 16] ( Scenario Analysis) 、 投入 - 产出 分析 ( Input [ 17] output Analysis) 以 及 干 扰 分 析 ( D isturbance [ 18] based Approaches) 等方法, 对生态足迹加以修正 , 以进一步完善生态足迹。 生态足迹可表征城市生态系统可持续发展的状 况 , 也可用来测度城市生态系统支持能力的利用现 状。生态足迹的应 用尺度很广 , 可应用在 个人、 家 庭、 社区、 地区、 国家和全球尺度上。在国家层次上 的生态足迹的计算 , 通常使用综合法 ( Com pound ap proach) , 即自上至 下利用国家级的数据归纳 ; 而区 域 ( 省、 市 )、 行 业、 公司、 学校、 个人生态 足迹采 用 Si mm ons等人创造的成分法 ( Com ponent approach) , 即自下而上利用当地数据。从解决具体问题角度 , 生态足迹方法更多用于分析某一个地区或城市发展 [ 19] 的可持续性 。生态足迹方法也可用于 评价贸易 活动对城市生态系统的影响, 研究结果表明只要建 立相应的贸易制度框架 , 且贸易制度合理, 贸易便可 [ 20] 成为消除生态承载力缺口潜在的工具 。此外, 考 虑到生态足迹方法可测度城市生态系统支持能力的 利用现状 , 生态足迹方法还可用于对城市中多种土 地利用规划方案的优选。 生态足迹理论为可持续发展提供了一种基于土 地面积的量化指标 , 为城市长期发展决策的制定提 供了一种较为直观的切入口, 具有非常清晰的政策 导向。但是 , 生态足迹理论与方法研究时间还比较 短 , 尚处于不断完善中 , 具有一定的局限性。如模型 计算仅反映经济决策对环境的影响 , 没有考虑到一
第 33卷第 9 期 2008 年 9 月
环境科学与管理 ENV IRONMENTAL SCIENCE AND MANAG EMENT
V ol 33 N o 9 Sep. 2008
文章编号: 1673- 1212 ( 2008) 09- 0133- 05
城市生态系统承载力的几种主要评价方法
卫晋晋, 徐琳瑜
收稿日期 : 2008 - 04- 30 基金项目 : 国家自然科学基金 ( N o. 40501022) 作者简介 : 卫晋晋 ( 1983- ) , 女 , 山 西省晋城 市人 , 硕士 研究生 , 主 要 从事城市生态规划的研究工作。 通讯联系人 : 徐琳瑜
第 33卷第 9 期 2008 年 9 月
卫晋晋等 ! 城市生态系统承载力的几种主要评价方法
V ol 33 N o 9 Sep. 2008
学者用人口承载力表征城市生态系统承载力。 人口承载力又可称为人口容量。国际人口生态 学会给人口容量所下的定义是: 世界对于人类的容 纳量是指不损害生物圈或不耗尽可更新资源的条件 下 , 各种资源在长期稳定的基础上所能供养的人口 [ 1] 数量 。这种定义主要把资源作为人口容量的决定 因素。联合国教科文组织 ( UNESCO) 定义人口容量 为 : 一个国家或地区在可预见的时期内, 利用本地能 源及其他自然资源和智力技术等条件 , 在保证符合 其社会文化准则的物质生活水平条件下 , 该国家或 [ 1] 地区所能够持续供养的人口数量 。此计量方法考 虑人口、 资源和发展之间相互关系并使其结合为一 个有机整体。朱宝树在其主编的 ∀人口生态学 #一 书中认为: 所谓一个地区在一定时期内的环境人口 容量, 就是指该地区的资源环境条件在能够充分合 理利用和保持生态平衡的情况下 , 所能持续供养的 [ 2] 相应于一定生活水平的最高人口数 。还有些学者 认为人口容量一般理解为在一定的生态环境下或一 [ 3] 定地区的资源所能养活的最大人口数 。在理想或 最优的目标下的最适宜人口是适度人口数, 有学者 将适度人口定义为 : 在一定资源承载力和舒适度目 标下的人口容量 , 并建立了 R - S 双向寻优模型, 定 [ 4] 量描述承载力与舒适度水平双向优化的程度 。总 体来讲 , 国内外对人口承载力的研究 , 常采用单因子 分析法、 多目标决策分析法、 土地资源分析法、 系统 [ 5] 动力学方法和非线性规划方法等 , 也有些学者运 [ 6] 用可能 - 满意度法 。 人口承载力是以城市在一定条件下能够承载的 人口数量来标度的, 它的表征直观、 明了、 易于理解。 然而, 生产力的发展对人口承载力有决定性作用, 在 生产力发展过程中人类社会的活动强度与速率对城 市生态系统的破坏或影响对 人口承载力也 至关重 要 , 单纯以人口数量却难以表现城市生态系统的这 种特点。
[ 15] [ 11]
2 生态足迹
与人口承载力相比 , 生态足迹方法考虑到了人 类生活方式对城市生态系统的影响。该方法将人类 活动所需占用的资源环境用统一的生态生产性土地 面积表征, 即用生态足迹评价城市生态系统承载力, 以判断在现有的技术水平下, 是否超过了生态系统 的承载力。 国际上关于生态足迹的研究源于 20 世纪 70 年 代诸多生态经济学领域的研究成果。早在 1967 年, Borgstrom 提出了 虚拟英里 , 此后 Odum 探讨了一 [ 7- 8] 个城市在能 量意义 上的 额外 的 影 子面 积 。 ! 134!
城市是社会经济发展的重要载体 , 是区域政治 文化的中心。中国自改革开放以来工业发展相当迅 速 , 城市化进程也随之加快 , 并带来了城市人口的高 度集聚。人口增多一方面反映了城市经济的繁荣、 社会的发展和文化事业的兴盛, 另一方面又带来了 环境污染、 资源耗损、 交通拥挤、 住房紧张、 就业困难 等一系列的 城市病 的产生和蔓延。然而 , 资源的 供给和环境的纳污能力是有限的 , 因此, 城市生态系 统对人类活动的最大承载能力成为城市可持续发展