第二节 环境承载力

第二节资源环境承载力
一、资源环境承载力的演变
承载力(carrying capacity)是衡量人类经济社会活动与自然环境之间相互关系的科学概念,是人类可持续发展度量和管理的重要依据。

承载力概念的发展经历了从自然生态系统的种群承载力、人类生态系统的资源承载力（土地承载力、水资源承载力等），到资源环境综合（生态系统）承载力这一过程。

1.承载力概念的起源———适度人口理论
承载力理论起源,最早可以追溯到1798年的马尔萨斯人口论。

1798 年，马尔萨斯的《人口原理》《An Essay on the Principle ofPopulation》第一次将承载力思想和适度人口理论紧密结合起来。

他认为食物以算术级数速度增长，而人口数量却是以几何级数速度增长，随着时间的推移，这两者之间的矛盾将难以调和，人类将面临饥饿和营养不良,最终产生疾病、饥荒或战争等后果,从而对人口数量产生抑制作用,因此人口数量将不可能无限制地增长下去，必须通过一些方法限制人口增长。

马尔萨斯人口论反映了生物(人类)与自然环境(粮食)之间的关系,认为生物具有无限增长的趋势,而自然因素是有限的,生物的增长必然受到自然因素的制约。

马尔萨斯人口论中隐含的这些假设条件构成了承载力理论的基本要素和前提,后来的承载力研究学者都是基于这样一些基础假设条件,因此马尔萨斯人口理论为承载力理论起源奠定了第一块坚实的基石。

2.承载力概念的发展———生态承载力研究
进入20世纪，人类活动对自然环境的影响日益增加，人与自然之间的矛盾逐步加剧。

人类意识到作为人类和其他物种生存前提条件的自然资源是有限的。

1921年,人类生态学学者帕克（Park）和伯吉斯（Burges）确切地提出了承载力这一概念,即“某一特定环境条件下(主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合),某种个体存在数量的最高极限”。

通常是指在一定环境条件下某种生物个体可存活的最大数量。

国际自然与自然资源保护联合会(IUCN)／联合国环境规划署(UNEP)／世界野生生物基金会(WWF)将承载力定义为“一个生态系统在维持生命机体的再生能力、适应能力和更新能力的前提下，承受有机体数量的限度”。

该承载力概念的主旨在于强调一种最大极限的容纳量（生态容量），是一种机械思维的绝对数量。

然而现实生态系统中各因子之间的相互作用是复杂的。

1922 年，Hadwen和Palmer在研究阿拉斯加的驯鹿种群后，提出了针对草场生态系统的承载力概念，认为承载力是草场上可以支持的不会损害草场的牲畜的数量。

这一定义的重要意义在于突破了之前研究所单纯强调的最大极限数量的限制，开始关注支撑主体（草场）的不受损害，体现出了可持续发展的内涵。

Odum 1953年第1次把承载力的概念和逻辑斯蒂曲线的理论最大值常数联系起来,将承载力概念定义为：种群数量增长的上限,即逻辑斯蒂方程中的常数K。

从此生物在自然条件制约下的种群数量增长规律就统一在承载力这样一个形象直观的概念下面。

在以后的承载力工作中,理论分析时学者们用逻辑斯蒂方程常数K表示承载力的数学意义,而在管理和解决实际问题时常用承载力概念。

这是承载力研究另外一个里程碑。

上述承载力定义主要强调了资源的短缺问题，然而与资源短缺相伴随的是生态系统的破坏，如土壤的沙漠化、生物多样性的消失等，严峻的生态危机促使科学家从系统的整合性看待生态问题。

20世纪70年代后，Honing等国外学者提出了生态承载力的概念。

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。

国内比较认可的生态承载力概念（高吉喜，可持续发展理论探索 - - 生态承载力理论、方法与应用，中国环境科学出版社：2002），即“生态系统的自我维持、自我调节能力、资源与环境子系统的共生共容能力及其可维持的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量”。

黄青和任志远（2004）认为，生态承载力某一时期抵御某一特定的生态系统，在确保资源的合理开发利用和生态环境良性循环发展的条件下，可持续承载人口数量、经济强度及社会总量的能力。

生态承载力的提出是一个巨大的进步，因为它克服了之前的承载力概念停留于单因素上的不足，将承载力的内涵拓展到多因素、系统性的理解上，实现了由单纯支撑人类的经济、社会进步变为促进整个生态系统和谐稳定发展之目的。

3.承载力概念的扩展———资源承载力研究
20 世纪 60、70 年代，随着人类社会工业化、城市化进程的加快，出现了全球性人口膨胀，资源短缺更加突出，人与自然之间的矛盾日益尖锐，因而资源承载力的研究受到重视。

早期的资源承载力的概念大多是从生态学上的承载力延伸而来。

20世纪80年代,联合国教科文组织提出了“资源承载力”的概念,即“一国或一地区的资源承载力是指在可以预见的时期内,利用该地区的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条件下,能维持供养的人口数量”。

由于资源对国家和地区的重要性，联合国教科文组织、联合国粮农组织（FAO）、经济合作与发展组织（OECD）进一步提出了土地资源承载力、水资源承载力、森林资源承载力以及矿产资源承载力等概念，并对这些承载力进行了较为系统的研究。

土地资源承载力。

土地资源作为人类生存最基本的自然资源，一直以来是承载力研究的重点之一。

早在 1921年，ParkR.F.& BurgessE.W.就提出了土地承载能力的概念。

目前学术界对土地承载力的共同理解是：土地承载力是在确保不会对土地资源造成不可逆的负面影响的前提下，土地的生产潜力能容纳的最大人口数量。

水资源承载力。

在人类对水资源越来越依赖的同时，水污染、全球的气候反常等水资源问题的出现，使得水资源成为制约人类社会发展的颈瓶。

许新宜等认为，水资源承载力是指在某一具体的历史发展阶段下，以可预见的技术、经济和社会发展水平为依据，以可持续发展为原则，以维护生态环境良性发展为前提，在水资源合理配置和高效利用的条件下，区域社会经济发展的最大人口容量。

王忠静认为，水资源承载力是某具体状态下可养活的人口及其生活质量。

施雅风等认为，水资源承载力是指某一地区的水资源，在一定社会和科学技术发展阶段，在不破坏社会和生态系统时，最大可承载的农业、工业、城市规模和人口水平。

4.承载力概念的综合———综合承载力研究
人类社会系统只是生态系统的一部分，其结构和功能的好坏取决于生态系统的结构和功能，仅仅关注其中的资源和环境单因素并不足以解除人类所面临的生存危机，因此，承载力的研究重点逐渐转移到对诸要素的综合研究上，综合承载力从其内涵来看，包括资源、环境、生态、经济、社会承载力 5 方面内容，区域承载力、环境承载力、城市承载力、人类（社会）承载力的概念相继出现。

（1）环境承载力
又称环境承受力或环境忍耐力。

当今社会出现的种种环境问题，大多是人类活动与环境承载力之间出现冲突的表现。

当人类社会经济活动对环境的影响超过了环境所能支持的极限，也就是人类社会行为对环境的作用力超过了环境承载力。

因此，人们用环境承载力衡量人类社会经济与环境协调程度。

环境承载力决定着一个流域(或区域)经济社会发展的速度和规模。

如果在一定社会福利和经济技术水平条件下，流域(或区域)的人口和经济规模超出其生态环境所能承载的范围，将会导致生态环境的恶化和资源的匮竭，严重时会引起经济社会不可持续发展。

我国学者自20世纪90年代初期开始重视“环境承载力”的理论与方法研究。

将环境承载力定义为“环境承载力是指在某一时期，某种状态或条件下，某地区的环境所能承受人类活动作用的阈值”。

它反映了在一个区域的环境系统的结构和功能不产恶化的前提下，区域环境系统所能支持的人类各种社会经济活动的能力。

承载力的研究范畴已由环境对生物量的容纳限度、环境对人口的最高限量，发展为环境对人类所有社会经济活动的支持能力的研究。

（2）城市承载力
是指城市在不产生任何破坏的状况下所能承受的最大负荷，是指一定时期、一定空间区域和一定的社会、经济、生态环境条件下，城市资源所能承载的人类各种活动的规模和强度的阈值。

城市承载力它已经超越了原来资源环境承载力的概念，即整个城市能容纳多少人口、能承担多少就业、能提供什么程度的生活质量等，它是资源承载力、环境承载力、经济承载力和社会承载力的有机结合体。

（3）区域承载力
是指不同尺度区域在一定时期内，在保持一定生活水准、确保资源合理开发利用和生态环境良性循环的条件下，资源环境能够承载的人口数量及相应的经济社会总量的能力。

区域承载力的研究方法是在资源承载力和环境承载力研究的基础上发展而来的，它以区域资源环境为对象，研究它同人类的经济社会活动之间的相互关系。

区域承载力作为衡量可持续发展的重要指标，当人们研究区域系统时，通常借用区域承载力以描述区域系统对外部环境变化的最大承受能力。

（4）人类（社会）承载力
人类（社会）承载力不仅仅是单纯的人口总数或生物学问题，而是把资源环
境等自然因素与科技、文化、消费、贸易、价值观念以及社会政治和法律制度等人类文化社会因素综合纳入承载力之中。

人类（社会）承载力的研究对象是人类社会系统，研究目标是其中的所有组成部分和谐共存关系及整体的可持续发展。

人类赖以生存和发展的资源环境是一个具有强大维持稳态效应的巨大系统，它既为人类活动提供空间和载体，又为人类活动提供资源并容纳废弃物。

对于人类活动来说，资源环境系统的价值体现在能对人类社会生存、发展活动的需要提供支持。

由于资源环境系统的组成物质在数量上、在一定的比例关系上、在空间上具有一定的分布规律，所以它对人类活动的支持能力有一定的限度。

当今存在的种种资源环境问题，大多是人类活动与资源环境承载力之间出现冲突的表现。

当人类社会经济活动对资源环境的影响超过了环境所能支持的极限，即外界的“刺激”超过了资源环境系统维护其动态平衡与抗干扰的能力，也就表明了人类社会行为对环境的作用力超过了资源环境承载力。

二、资源环境承载力的计算
近年来，国内外学者关于承载力的评价与测算研究主要从压力角度(即用种群数量、环境污染强度、人口数量等指标来表征承载力)和支持力角度(即以资源供给量或环境容量指标直接表征)两方面展开，提出了多种方法，主要有：生态足迹法、综合指标评价法、供需平衡法、系统动力学方法、神经网络评价法等。

（一）环境承载力的指标体系
资源环境承载力涉及资源、环境、社会、经济等诸多方面，各方面之间相互促进、相互制约，共同构成了一个复杂的系统。

因此在研究资源环境承载力问题时一不能单独研究资源、环境本身，应该把资源、环境与社会、经济结合起来视为一个系统即“资源一环境一社会一经济”复合系统进行研究。

评价指标可以分为以下三类：
①自然资源支持力指标：包括不可再生资源及在生产周期内不能更新的可再生资源，如化石燃料、金属矿产资源、土地资源等。

②环境生产支持力指标：包括生产周期内可更新资源的再生量，如生物资源、水、空气等；污染物的迁移、扩散能力；环境消纳污染物的能力。

③社会经济技术支持水平指标：包括社会物质基础、产业结构、经济综合水平、技术支持系统等。

一般来说，环境承载力指标与经济开发活动、环境质量状况之间的数量关系是非常复杂的，因此是很难确定的。

所选取的指标不仅与人类经济活动有关，而且还受到许多偶然因素的影响。

这些都给环境承载力的研究带来了一定困难。

目前，对环境承载力的科学性和普遍性的量化研究仍未取得突破性进展。

人们一般是针对某一具体区域来进行环境承载力的量化研究。

（二）资源承载力模型
（1）相对自然资源（土地资源）承载力
Cr
l = I
l
×Q
l
其中I
l = Qp0/Ql0,Cr
l
为相对自然资源承载力;I
l
为自然资源承载指数;Q
l
为研
究区粮食产量;Qp
为参照区人口数量;Ql0为参照区粮食产量。

(2)相对经济资源承载力
Cre=Ie×Qe
Ie=Qp0/Qe0;Cre为相对经济资源承载力;Ie为经济资源承载指数;Qe为研究区国内生产总值;Qp0为参照区人口数;Qe0为参照区国内生产总值。

(3)综合承载力:Cs= (Crl+Cre)/2
在得出某地区综合承载力的基础上,通过与实际人口数量的比较,能够获取不同时间段该地区相对于参照区域的承载状态,包括三种类型:超载状态、富余状态和临界状态。

相对资源环境承载力方法便于计算,能够清楚看到一个地区资源环境承载力的趋势。

缺陷是该方法涉及的因子不多,不能具体了解各地区的实际资源环境承载力。

（三）生态足/痕迹（生态空间占用）
1.概念
“生态足迹”也称“生态占用”，在20世纪90年代初由加拿大生态经济学家威廉（Willam ）及其博土生维克纳戈尔(Wackernagel)于20世纪90年代初提出的一种基于土地面积的可持续发展测度方法。

在现有技术条件下，指定的单位内(一个人、一个城市、一个国家或全人类)需要多少具备生物生产力的土地和水域，来生产所需的资源和吸纳所衍生的废物。

生态足迹是通过测定现今人类为了维持自身生存而利用自然的量来评估人类对生态系统的影响。

比如说一个人的粮食消费量可以转换为生产这些粮食的所
所需要的森需要的耕地面积，他所排放的二氧化碳总量可以转换成吸收这些CO
2
林、草地或农田的面积。

因此它可以形象地被理解成一只负载着人类和人类所创造的城市、工厂、铁路、农田……的巨脚踏在地球上时留下的脚印大小。

它的值越高，人类对生态的破坏就越严重。

生态足迹将人类活动(衣、食、住、行)对生物圈的影响综合到一个数字上去，即人类活动排他性占用的生物生产土地面积。

生态足迹测量了人类生存所需的真实的生物生产土地面积，将其同国家或区域范围内所提供的生物生产土地面积相比较，就能判断一个国家或区域的生产消费活动是否处于当地的生态系统承载力范围之内。

该指标的提出为核算某地区、国家和全球自然资本利用状况提供了简明框架，通过测量人类对自然生态服务的需求与自然所能提供的生态服务之间的差距，就可以知道人类对生态系统的利用状况，可以在地区、国家和全球尺度上比较人类对自然的消费量与自然资本的承载量生态足迹的意义在于探讨人类持续依赖自然以及要怎么做才一能保障地球的承受力，进而支持人类未来的生存。

2.计算方法
土地生态足迹评价是基于以下基本假设进行测算的：
①人类可以确定自身消费的绝大多数资源及其产生废物的数量；
②这些资源和废物流能够转换成相应的生物生产土地面积；
③不同地域间土地拥有相同的单位(公顷或英亩)来表示，即每单位不同地区的土地面积都能够转化为全球均衡面积，每一个单位的全球均衡面积代表着相同的生物生产力；
④各类用地在空间上是互斥的，即一块土地被用来修建公路时，它就不可能同时用作耕地、林地、牧草地等；
⑤自然系统的生态服务总供给能力和人类系统对自然系统的总需求数量可以相互比较的。

计算步骤：
①划分消费项目，计算各主要消费项目的消费量。

在生态足迹计算中，各种资源和能源消费项目被折算为耕地、牧草地、林地、建筑用地、化石能源土地和
水域等6类生物生产面积类型。

耕地是最有生产能力的土地类型，提供了人类所利用的大部分生物量。

草场的生产能力比耕地要低得多。

由于人类对森林资源的过度开发，全世界除了一些不能接近的热带丛林外，现有林地的生产能力大多较低。

化石能源土地是人类应该留出用于吸收CO 2的土地，但目前事实上人类并未
留出这类土地，出于生态经济研究的谨慎性考虑，在生态足迹的计算中，考虑了GO 2吸收所需要的化石能源土地面积。

由于人类定居在最肥沃的土壤上，因此建筑用地面积的增加意味着生物生产量的损失。

②利用世界平均产量数据，将各消费量折算为生物生产性土地面积。

③不同类型土地的生产力是存在差异的。

通过当量因子把各类生物生产性土地面积转换为等价生产力的土地面积，再将其汇总、加和计算出生态足迹的大小；
当量因子（均衡因子），即rk=dk/D (k=1，2，3，…6)
式中rk 为均衡因子，dk 为全球第k 类生物生产面积类型的平均生态生产力，D 为全球所有各类生物生产面积类型的平均生态生产力。

采用的均衡因子分别为:耕地、建筑用地为2.8森林、化石能源土地为1.I ，草地为0.5，海洋（水域）为0.2。

④不同国家和地区的某类生物生产性土地面积所代表的平均产量同世界平均产量的差异用“产量因子”表示。

通过产量因子计算生态承载力，并与生态足迹比较，分析可持续发展的程度。

（注：某个国家或地区某类土地的产量因子是其平均生产力与世界同类土地的平均生产力的比率。

）
具体计算公式为
式中：EF 代表总的生态足迹，单位hm 2；N 代表人口数；ef 代表人均生态足迹，单位hm 2/人；i 代表消费商品项目和投入的类型；i aa 代表人均i 种消费商品项目折算的生物生态面积；r j 为某类生物生产性土地的均衡因子，其值为该
类生物生产性土地的全球平均生产力与上述六大类生物生产性土地的全球平均生物生产力之比；i P 代表第i 种消费项目的平均生产能力；i C 代表第i 种项目的人均消费量。

在生态足迹指标计算中，把人类使用的各种资源和能源消费项目折算为i 种类型生物生产面积，再分别乘以相应的均衡因子，就可以得到某类生物生产性面积，然后再加总计算生态足迹和生态承载力。

将现有的耕地、牧草地、林地、建筑地、海洋（水域）等物理空间面积乘以相应的均衡因子和当地的产量因子，就可以得到世界平均生态空间面积即生态承载力。

同时出于谨慎性考虑，在生态承载力计算时应扣除12%的生物多样性保护面积。

人均生态承载力的测算公式为：
c j j j e a r y =⨯⨯∑（j =1，2， (6)
式中：c e 代表人均生态承载力(hm 2/ 人) ；j a 代表实际人均占有的第j 类生物生产土地面积；j r 代表均衡因子；j y 代表产量因子。

根据以上思想和方法，Wackernagel 等人用1999年的数据，进行了全球生态足迹的计算(表8．4)。

将现有的耕地、牧草地、林地、建筑地、海洋（水域）等物理空间面积乘以相应的均衡因子和当地的产量因子，就可以得到世界平均生态空间面积即生态承载力。

同时出于谨慎性考虑，在生态承载力计算时应扣除12%的生物多样性保护面积。

3.生态赤字与生态盈余
将生态足迹跟自然生态所能提供的生态服务相对比，如果两者之差是负值，即生态赤字。

区域生态足迹如果超过了区域所能提供的生态足迹供给(生物承载力)，就出现生态赤字，是有悖于可持续发展的；如果小于区域的生态承载力，则表现为生态盈余。

区域的生态赤字或生态盈余反映了区域人口对自然资源的利用状况。

因此，生态赤字是生态足迹方法进行区域可持续发展评价的重要依据。

)(ec ef N EC EF ED -=-=
式中：ED 代表生态赤字，EF 代表生态足迹，EC 代表生态承载力。

减少生态赤字维护生态平衡的方法：
（1）提高保护生态环境的重要性和迫切性认识；
（2）采用有效的生态技术来提高单位面积的自然生产量；
（3）充分利用可再生资源代替不可再生资源；（4）维护好各类生态系统；
（5）减少不必要的消耗，低碳。

（四）人口、经济、资源环境承载力模型(P—E—R)
某区域内以PP表示现实的人口数量，ES表示社会经济技术人口容量，RE表示自然经济人口容量。

那么
ES＝经济发展指标总量／一定标准下的人均经济指标
RE＝自然资源拥有总量/一定标准下的人均资源占有量
实际中ES采用国民收人指标，RE采用发展中国家最基本、最具代表性粮食产量指标，因此
ES＝区域的国民收入总量／全国人均国民收人总量
RE＝区域的粮食总产量/全国人均粮食占有量
人口经济承载力指数e＝PP／ES，人口资源承载力指数r＝PP／RE。

当f<l，r<l时，其意义为承载力相对富余；当f＝l，r＝l时，表明承载力为临界状态；当e>l，r>1时，表明承载力不足。

当这两个指数的加权平均值大干或等于l时，即可以认为该地区的承载力是可持续环境承载力。