基于能值理论的环境承载力定量评价方法探讨及其应用，本文主要内容关键词为：承载力论文,定量论文,及其应用论文,评价论文,理论论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
随着人类对人地系统认识的不断加深，环境承载力相关研究逐渐引起人们的关注，其内涵不断深入，外延不断扩展，实例研究成果不断出现。环境承载力的科学量化是了解区域社会经济发展对环境造成压力大小、把握区域能否可持续发展的关键，因此寻求有效、适用的计量方法成为国内外学者研究的焦点。Malthus（1978）基于Logistic曲线方程的人口理论开创了承载力定量研究的时代[1]。Slesse
提出采用ECCO模型作为资源环境承载力的计算方法，模拟不同发展策略下，人口与资源环境承载力之间的关系。洪阳等探讨了环境承载力的概念模型，成为国内环境承载力量化的主要指导思想之一[3]；曾维华等应用矢量模法对湄洲湾各规划小区的环境承载力进行了系统分析[4]。冉圣宏等采用多目标模型最优化方法对北海市在不同发展方式下的区域环境承载力进行了计算[5]。潘东旭等通过确定区域承载力评价因子体系，采用主成分分析方法评价了徐州市资源环境承载力[6]。张燕等运用空间统计分析与GIS技术的综合集成方法，研究2000年和2006年中国31个省（市、自治州）的区域发展潜力和资源环境承载力的空间关联性规律及其演变过程[7]；刘仁志等通过厘定或改进资源供给能力、环境纳污能力和社会支持能力的计算方法，提出了生态服务能力计算方法，建立了环境承载力量化模型[8]。方创琳等人则从生态、生产、生活三个层面分析了我国干旱区承载力的变化趋势[9]。虽然在环境承载力量化方面已取得了开创性的成果，但由于环境系统的复杂性、动态性、不确定性等原因使得对环境承载力的概念与外延未形成统一的认识[10]，尚缺乏能够同时描述环境承载力的客观性、区域性及动态性的模型，特别是针对环境承载力评价中的指标选取、指标体系构建以及指标权重的确定等，还存在许多争议。鉴于此，根据以往环境承载力的研究成果，结合最新研究进展，以人地关系地域系统理论为基础，从自然资源角度提出了区域环境承载力概念，并引入可以对环境和经济价值进行统一评价的能值分析方法，构建了用以评价区域环境承载状况的定量分析方法，并将其应用于新疆维吾尔自治区和宁夏回族自治区环境承载力分析中。
1 概念界定
某一区域的环境承载力是指区域环境系统能够为该区社会经济发展提供所需资源的最大支撑能力和最大吸纳污染物的能力之和。因此环境承载力可分为环境对社会经济发展的“资源支撑能力”和环境对社会经济发展过程中排放的污染物的“环境同化能力”（图1）。这一概念将资源利用、污染物排放和环境承载力联系起来，隐含着：环境对经济发展的资源供给和由此所产生的环境影响之间存在着平衡，经济发展规模的持续增长就是源自这种平衡，即环境所具有的自然资源的“源”和污染物的“汇”的功能。如果进一步的经济发展超过环境承载力将会导致资源可利用性和环境整体性的下降。
图1 环境承载力概念框架[11]
Fig.1 Framework of environmental carrying capacity
2 分析方法
人地关系地域系统理论认为，一个区域是由其环境系统、经济系统和社会文化系统通过物质流、能量流和信息流之间相互耦合形成的复杂的人地关系地域系统[12－13]（图2）。图中的灰色矩形边框代表区域边界，在边界内部的储量、过程变量和流率变量是区域系统的内生变量，边界以外的是区域系统的外生变量。经济系统从环境系统中源源不断地获得各种资源，用于生产供人类消费的各种产品，社会文化系统为经济系统提供组织机构、制度和人力等。经济系统运行的副产品－废弃物以及知识与职业分别反馈到环境系统和社会文化系统，导致资源储量降低、环境容量下降，以及社会文化系统中的价值观和道德观的变化[14]。由此可知，整个人地系统发展主要以系统可利用的可更新资源流和不可更新资源流为基础。因此，我们可以从资源角度（包括可更新资源和不可更新资源），通过分析区域人地关系地域系统中环境对人类系统的支撑能力，以及对人类所排放废弃物的同化（或吸收）能力来定量评估区域环境承载情况。
图2 区域人－地关系地域系统示意图[14]
Fig.2 Regional human-environment system
从能值理论角度来看，区域环境“支撑能力”是指环境提供社会经济发展所需能值的能力，“同化能力”是指环境吸纳污染物能值的能力。这意味着富有的环境系统能够支撑更多的人口和更大的经济规模，能够“同化”或“吸纳”更多的废弃物。
从根本上讲，环境“支撑能力”与当地环境系统能够为人口和经济发展提供必要资源的能力有关，这种能力是基于区域环境系统可利用的可更新资源和不可更新资源之上的。因此，可以利用能值分析方法，将某一区域可利用的可更新资源量和不可更新资源储量以及各种资源利用情况的实物量转化为可以统一度量的价值标准－能值，并引入能值密度概念，将环境支撑能力和支撑量转化为易于人们理解的面积概念，即：通过计算区域能值实际投入量和区域系统所拥有的资源能值密度的比值来衡量环境支撑量。如果经济发展的能值投入量已知，那么经济发展的环境支撑量就可以用与资源能值等价的支撑面积（Supporting Area）来表示。计算过程如下：
若分子项中不可更新资源所占比较较大，那么经济系统向本地环境索取的资源量大，支撑量的增大主要以本地环境为代价，若进口能值所占比重较大，则经济系统发展主要依靠区外的资源供给，经济发展是以牺牲区外的环境为代价。
从热力学的角度来看，任何社会经济活动离不开能量，是一个低熵向高熵的不可逆转化过程[15]。而环境系统吸收或“同化”（Assimilate）人类系统排放的废弃物的能力取决于环境系统自身的结构和功能，而维持这一结构和功能所需的能量主要来自于系统可利用的可更新资源①，即环境系统利用自身的低熵资源处理人类所排放的废弃物，以维持自身的结构和功能，当这一处理过程所需的资源超过可更新资源的更新速度时，其同化能力就达到了上限。因此，环境系统的“同化能力”可以通过计算污染物能值与可更新资源能值密度的比值来反映，即与可更新资源能值量等价的同化面积（Assimilative Area）来表示。这一方法是基于以下假设：环境系统在长期经济发展和社会文化进步过程中，通过消耗可更新资源来保持自身消纳污染物的能力。计算过程如下：
3 实证应用
受文章篇幅限制，研究区能值与环境承载力的具体计算步骤及过程不在此赘述，只给出部分年份的计算结果（表1），能值分析的具体计算方法和过程见参考文献[14,16,19]。
4 结论
针对目前环境承载力量化缺乏客观性、区域性及动态性的问题，引入能值理论，提出考虑自然资源的环境承载力评价方法。从环境提供经济活动的资源支撑能力和环境对污染物的同化能力两方面考虑，运用能值理论，将这两种能力转化为与资源能值等价的支撑面积（或能值足迹）和与污染物能值等价的同化面积（或能值足迹），并通过两者的加权平均计算区域的环境承载面积，以反映区域的环境承载状况。采用此方法即可避免指标选取及其权重确定的随意性，而且实现了将环境、经济价值的统一度量。
实证分析结果表明，新疆环境承载量主要以支撑量为主，同化量次之，区域自身的环境承载力在研究期间总体上有所提高，但到后期开始下降，而环境承载量快速增长，环境系统所受压力逐渐增大，呈不可持续的发展态势。而宁夏回族自治区的环境承载量则以同化量为主，支撑量次之，三者都成增长趋势，而环境承载量在此期间呈下降趋势，环境系统已基本处于超载边缘。因此，在降低经济发展的环境负效应过程中，新疆应将注意力集中在资源开发利用过程中，而宁夏应在资源开采和污染治理两个方面共同努力，双管齐下。
注释：
① 在此，之所以忽略了不可更新资源，原因在于：在经济发展过程中，就是通过从环境系统开发大量的不可更新资源和使用不可更新资源产品产生了大量的废弃物，虽然在某些废弃物处理过程中也使用了不可更新资源，如火电，但是从长时间尺度而言，环境系统的吸纳能力不可能去依赖于不可更新资源[15]。