典型資源型城市生態承載力評價
——以唐山市為例

金 悅, 陸兆華, 檀菲菲, 張 萌, 張紅玉

1 中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院, 北京 100083 2 山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室, 濱州 256603

典型資源型城市生態承載力評價
——以唐山市為例

金 悅1, 陸兆華1,2,*, 檀菲菲1, 張 萌1, 張紅玉1

1 中國礦業大學(北京)化學與環境工程學院, 北京 100083 2 山東省黃河三角洲生態環境重點實驗室, 濱州 256603

資源型城市生態承載力評價研究的開展對促進資源型城市自然-經濟-社會復合生態系統健康可持續發展具有指導意義。以唐山市作為案例城市，基于資源型城市獨特的生態系統特點，從生態彈性力、承載媒體的支撐力、承載對象的壓力三方面提出對生態承載力進行量化的研究方法，構建了較完整的生態承載力綜合評價指標體系，利用主客觀相結合的賦權方法，對唐山市生態承載力狀況進行評價，探討了2001—2010年10年間唐山市生態承載力變化趨勢。結果表明：唐山市在研究時段內，生態彈性力指數波動強烈，表明生態系統的穩定性較差；承載媒體的支撐力指數逐漸增大，指數由0.111上升至0.898，顯示系統的承載指數越來越高；承載對象的壓力變化較為復雜,呈現先降后升，近幾年又略有下降的趨勢；系統的生態承載力整體上呈現波動性上升趨勢，綜合指數由0.345上升至0.720，說明唐山市生態系統的承載能力不斷提高，但資源依賴型發展模式帶來的資源短缺、環境污染和生態破壞等問題仍是制約生態承載力進一步提高的主要因素。研究成果客觀地反映了唐山市生態承載力狀況，對于唐山市未來的發展提出了合理的對策和建議，可為其他地區生態承載力研究提供一定借鑒。

資源型城市; 唐山市; 生態承載力

生態承載力概念的演變經歷了種群承載力、資源承載力、環境承載力、生態系統承載力4個階段[1-5]。生態承載力反映了人與生態系統的和諧、互動及共生關系，可以作為衡量某一區域可持續發展能力的重要判據[1]。生態承載力的理論與研究方法受到了國內外可持續發展研究學者的關注，不同領域的專家學者運用生態足跡[6-8]、社會-生態指標體系[9-10]、生態系統服務價值[11-12]以及其他多種評價模型和方法[13-15]對生態承載力進行了深入的研究，但對于生態承載力的研究至今仍然沒有統一的概念和研究方法。

資源型城市是資源型產業在工業中占有較大比重的城市[16]，它的可持續發展是指城市充分利用自身資源保證當前發展的同時，還要考慮資源消耗過程中以及耗竭后的持續發展。資源型城市由于其發展過程中大規模、高強度的資源開采，以及主導產業自身的特點和生產過程的特殊性，使得資源型城市生態承載力除了要強調資源型城市生態系統整體調節能力的重要性，同時也必須注重資源與環境單要素的重要性。

本文將資源型城市生態系統細分為資源、環境、社會、經濟4個子系統，明確定義了城市生態系統承載力的概念至少包括3個層面：一是生態系統的自我維持與自我調節的能力；二是生態系統內環境子系統與資源子系統的供容能力，包括社會經濟發展對環境、資源子系統的擴展能力；三是人類活動和社會經濟生產活動對環境、資源子系統帶來的壓力。選取唐山市為案例城市，結合資源型城市地域特性和經濟社會發展特征，提出了一套完整的資源型城市生態承載力評價指標體系和量化模型。唐山市作為我國典型的資源型城市，已有近百年的開采歷史，是我國資源型城市中經濟發展最快，社會經濟系統與生態支撐系統矛盾最難調和的代表。通過對唐山市的生態承載力的評估，來比較分析其可持續發展的能力，通過對城市生態承載力組成的解構來分析制約唐山市可持續發展的瓶頸要素，本研究結果也將對其他資源型城市的協調發展研究具有重要借鑒意義。

1 研究地點概況

唐山市位于河北省東部，介于東經117°31′—119°19′,北緯38°55′—40°28′之間，屬暖溫帶半濕潤季風氣候，常年降水量500—700 mm。全市總面積13472 km2，截至2012年末，戶籍總人口達到741.78 萬人。全市共轄7個市轄區(路南、路北、開平、古冶、豐潤、豐南、曹妃甸)，5個縣(遷西、玉田、灤縣、灤南、樂亭)，兩個縣級市(遷安、遵化)。全市境內共有大小河流70多條，分數灤河、薊運河水系和冀東沿海河流，水資源地區分布不均，年內年際變化大[17]；自然資源豐富，北部山區盛產果品，中部平原有冀東糧倉之譽，南部沿海是渤海灣的重要漁場和原鹽的集中產地；礦產資源品種多，儲量大，質地優良。

唐山市地處環渤海灣中心地帶，是渤海經濟區的重要組成部分，也是京津唐城市群的主要城市之一。2011年唐山市地區生產總值達到5442.4 億元，同比增長11.7%，位列全國第19 位，城市化水平達到54.9%，高出河北省平均水平7個百分點。

2 研究方法

2.1 評價的指導思想

多指標綜合評價法是把多個描述被評價事物不同方面且量綱不同的統計指標，轉化成無量綱的相對評價值，并綜合這些評價值以得出對該事物一個整體評價的方法系統。在承載力研究中，指標體系通過組合一系列反映承載力各個方面及相互作用的指標使其模擬生態系統的層次結構，并根據指標之間的相互關聯和重要程度，對參數的絕對值或者相對值逐層加權并求和，最終在目標層得到某一絕對或相對的綜合參數來反映生態系統的承載狀況。

2.2 評價指標體系的構建

本研究的目的旨在評價唐山市的生態承載力，因此生態承載力作為評價的目標層。

依據前文中生態承載力的定義，可以將其概括為3個方面：生態彈性力、承載媒體的支撐力和承載對象的壓力，并將這3方面作為評價指標體系的準則層。

資源型城市生態系統是“資源-環境-社會-經濟”高度復合的生態系統，指標體系的構建應當能夠全面的反映生態系統的立體結構、內部關聯和發展機制，因此，依據生態承載力3方面的內涵，從資源、環境、社會、經濟4個子系統出發設置評價指標體系的因素層：生態彈性力，代表著生態系統自我維持與自我調節的能力，其強度大小取決于系統自身的狀態，通過研究發現，地形地貌、氣候、水文和植被狀況基本決定了生態系統的性質[9]，因此選取氣候、水文、地物覆被3個方面作為因素層；承載媒體的支撐力，其大小不僅反映在資源的供給和環境的納污能力上，還包括區域社會的進步、經濟的發展給承載媒體帶來的積極的能動作用，因此選取資源供給、環境治理、社會進步、經濟發展4個方面作為因素層；承載對象的壓力，即人類活動和社會經濟生產活動對環境、資源子系統帶來的壓力，它直接反映了人類生存環境的質量和城市社會經濟發展中存在的問題，因此選取資源消耗、環境破壞，以及經濟增長和人口壓力4個方面作為因素層。

指標層的設置除了要遵循科學性、全面性、可行性、可比性等原則，還必須結合研究區域的地域特征。唐山市能源資源豐富，城市發展對于資源的依賴性很高，資源浪費現象也很嚴重，資源子系統指標層的選取需要考慮到人均資源擁有量，還需要考慮到資源的消耗程度等方面因素；唐山市作為典型的資源型城市，已經有近百年的開采歷史，環境子系統指標的選取要充分考慮到礦產資源開采、冶煉、利用等過程對環境子系統破壞的特點以及主要污染物的排放量、排放達標率等；在社會子系統方面，主要考慮到唐山市的人口結構和城市的科技創新能力；在經濟子系統方面，主要關注經濟結構以及經濟增長方式等。

通過對最初選定指標體系的簡化和篩選，本研究最終共選取了41 項指標(表1)。

2.3 數據的來源和處理

2.3.1 數據來源

本研究選取了唐山市2001—2010年時間段的各項數據，數據主要來源于《唐山統計年鑒》(2002—2011)、《河北經濟統計年鑒》(2002—2011)、《中國城市統計年鑒》(2002—2011)、《中國城市建設統計年鑒》(2006—2011)、《唐山市環境狀況公報》(2002—2011)和其他唐山市行業數據。另外還有一些數據是利用所得統計數據計算得來，如人均原煤產量、科學教育支出占地方財政一般預算支出比重等。

表1 唐山市生態承載力評價指標體系及權重

2.3.2 數據標準化

因為各指標之間的量綱不統一，沒有可比性，必須對各個指標進行規范化處理。本文采用極差標準化方法[18]。根據指標屬性的不同，通常可分為效益型指標和成本型指標兩類。效益型指標是指屬性值越大越有利的指標，而成本型指標是指屬性值越小越有利的指標。本文涉及的評價指標類型及標準化公式見表2。

表2 評價指標類型及標準化公式

2.4 評價模型的建立

根據生態承載力的定義，生態承載力的大小取決于生態彈性力、承載媒體的支撐力和承載對象的壓力3個方面，所以，研究生態承載力的指數也相應的從這3個方面確定，分別稱為生態彈性力指數、承載媒體支撐力指數和承載對象壓力指數[9,24-25]。

(1)生態彈性力的表達式

根據生態彈性力的定義，生態彈性力指數的表達式為：

(1)

式中, EEC為生態彈性力指數； Si為生態系統特征要素，分別代表氣候、水文、地物覆被等值；Wi為要素i所對應的權重值。

(2)承載媒體支撐力的表達式

根據承載媒體支撐力的定義，支撐力指數的表達式為：

(2)

式中,CCS為承載媒體支撐力指數；Si為生態系統中各支撐要素；Wi為要素i 所對應的權重值。CCS越大，說明承載能力越大。

(3)承載對象壓力的表達式

(3)

式中,CCP為承載對象壓力指數；Si為生態系統中各支撐要素；Wi為要素i所對應的權重值。CCP越大，說明生態系統所承受的壓力越小。

(4)生態承載力指數表達式

根據生態承載力內涵，生態彈性力、支撐力、壓力為3個子項，對3個子項進行加權，得到生態承載力指數的表達式：

(4)

式中,Ai為各子項評價結果；Wi為各子系統權重，i=1,2,3。

3 研究結果分析

按照上述生態承載力評價指標體系,利用均方差決策法確定指標層權重，再運用層次分析法確定準則層和因素層的權重(表1)，將唐山市2001—2010年指標值代入生態承載力評價模型，得到唐山市生態承載力指數以及各準則層的度量結果(表3)。

表3 唐山市生態承載力各年度指數

依據表3的計算結果，以年份為橫坐標，以生態彈性力、承載媒體的支撐力、承載對象的壓力和生態承載力指數為縱坐標，繪出動態變化趨勢圖(圖1,圖2)。

圖1 唐山市生態彈性力、支撐力、壓力指數動態趨勢圖

圖2 唐山市生態承載力指數動態趨勢圖

(1)生態彈性力

從變化趨勢圖1看，唐山市生態彈性力指數在2001—2004年呈先下降后上升的趨勢，2004—2006年指數再次下降，2006年以后彈性力指數迅速回升，近兩年基本保持穩定狀態。從指標層面分析，影響2002年和2006年生態彈性力指數明顯下降的原因主要是因為全年降水量、地表水資源量以及地下水資源量幾個指標在2002和2006年的值均有下降。2006年以后，豐富的降水量使地表和地下水資源量得到部分補給，使得生態彈性力指數呈現回升態勢。2008年以后，全年降水量、地表水及地下水資源量也均有下降，但是生態承載力卻沒有大幅度下降的主要原因是森林覆蓋率的持續增長。總體來看，唐山市2001—2010年生態彈性力指數略有上升趨勢，但中間過程仍波動強烈。說明資源型城市生態系統穩定性差，具有明顯的脆弱特性，另外，水資源惡化與水資源供需矛盾已經成為了唐山市經濟社會發展的重要制約因素。

(2)承載媒體的支撐力

從變化趨勢圖1看，唐山市承載媒體的支撐力指數在2001—2010年間呈現波動上升趨勢，尤其2003年以后上升趨勢明顯。在經濟子系統方面，良好的經濟實力為環境的修復和社會的進步提供了充足的財政支持。唐山市政府針對資源型產業高耗能、高污染的特點，提出了綠色增長的口號，隨著各縣(縣級市)環境設施的興建，資源型企業處理廢水、廢棄、廢渣等污染物的能力不斷提高，使得環境保護的綜合指數不斷提高。在社會子系統方面，居民人均收入的持續上漲和高校畢業生人數的不斷增加拉動了社會進步綜合指數的上升。另外，第三產業占GDP的比重由2000年的30.6%上升到2010年的32.4%，說明唐山市開始重視產業結構的合理化和多元化。總體來看，唐山市2001—2010年支撐力指數呈上升趨勢，為生態系統提供了良好的支撐作用，但唐山市對于科教和技術的投入力度仍不夠，對人才與資金的城市吸引力不夠，產業結構的調整速度也過緩。

(3)承載對象的壓力

由于承載對象的壓力指數越大代表承載對象所帶來的實際壓力越小，因此研究時間段內承載對象的壓力的變化正好與壓力指數的變化趨勢相反。從變化趨勢圖1分析，承載對象的壓力波動較大，2002—2004年間承載媒體的壓力不斷增加，2004—2008年基本保持穩定狀態，但近3年又略有下降的趨勢。從指標層分析，唐山市作為一個典型的資源型城市，10年間第二產業占GDP比重始終居高不下，采礦業的工業總產值占唐山市工業總產值的比重達到14%，采礦業的就業人口比重一直處在14%以上，這種產業結構模式消耗了大量的資源和能源，同時也帶來了環境的污染和生態的破壞，給生態系統也帶來了較大的壓力。產業結構的矛盾已經嚴重制約著唐山市經濟的發展，也是落后于京津經濟發展的重要因素，為適應京津冀一體化的發展形勢，進一步調整產業結構是唐山市亟待解決的課題。

(4)生態承載力

從變化趨勢圖2看，唐山市2001—2010年生態承載力指數呈平緩上升趨勢。綜合圖1、圖2可以看出，支撐力指數的變化趨勢與生態承載力指數的年度變化曲線的趨勢大體相同，壓力指數的變化趨勢在2004年以后也與生態承載力指數的變化趨勢存在較好的相關性。在組成生態承載力的3方面中，支撐力與壓力所占比重都比較大，因此對生態承載力的大小起著決定性作用。近些年，唐山市在資源、環境、經濟和社會發展方面采取了多項舉措，注重生態系統的支撐力的提升，并想方設法降低社會經濟發展給生態系統帶來的壓力，且成效顯著。總體來看，唐山市生態系統的承載能力不斷提高，整體呈現比較好的發展趨勢。

4 結論與討論

綜上，唐山市生態系統的承載能力不斷提高，各子系統的協調度不斷增加，為區域的可持續發展奠定了基礎。然而，唐山市作為典型的資源型城市，資源依賴型地區經濟的發展模式，以一種環境和生態成本高昂的不可持續發展模式，所衍生出來的資源與開發、生態環境與經濟發展之間的矛盾日益激化。尤其顯著的是,從2004年開始，唐山的經濟增長速度有逐步放慢的趨勢，也說明了拉動經濟增長的支柱型產業已經開始出現衰退的跡象。因此，在未來的發展中，唐山必須依托資源優勢，延長資源產業鏈，推進清潔生產，從而更好地發揮資源效益和經濟效益；調整產業結構，推進唐山經濟融入京津冀都市圈，積極承接京津產業轉移；充分利用區位優勢與京津冀一體化發展契機，與京津建立資源、信息、利益共享機制。

本文定義了生態承載力的內涵，從生態彈性力、承載媒體的支撐力、承載對象的壓力3方面構建了資源型城市生態承載力評價指標體系，并應用均方差決策法和AHP法確定了指標的權重，定量分析了2001—2010年間唐山市生態承載力的大小及動態變化趨勢。評價方法簡單易行，可操作性強，但從評價模型的實際應用與推廣角度考慮，應進一步研究指標間相關性，簡化指標體系，使研究更具應用價值。

致謝：唐山市環保局和唐山市水務局在數據采集方面給予幫助，特此致謝。

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Assessment of ecological carrying capacity on the typical resources-based cities: a case study of Tangshan City

JIN Yue1, LU Zhaohua1,2,*, TAN Feifei1, ZHANG Meng1, ZHANG Hongyu1

1SchoolofChemical&EnvironmentalEngineering,ChinaUniversityofMining&Technology,Beijing100083,China2ShandongProvincialKeyLaboratoryofEco-EnvironmentalScienceforYellowRiverDelta,BinzhouUniversity,Binzhou256603,China

The power of human activities in resource-based cities overload its ecological carrying capacity, such as mining, land occupying, and ore smelting supported by resources and environment. The relative research on the development of the cities is a hot topic over the world, the sustainable development of resource-based cities has become one of most prominent issues in China. The ecological carrying capacity reflects the harmony of human and ecosystem, including their interactive and symbiotic relationship, which should be used as an important criterion of region sustainable development. In past, the studies on ecological carrying capacity were largely confined to basin and region scales until the urban complex ecosystem theory was put forward. Thereby it is very inevitable to study the urban ecological carrying capacity and eco-regulation for its sustainable development. Tangshan, nearly hundred years of mining history, may be one of the fastest developing resource-based cities in China, as well as one of most prominent representative of the cities which has poignant contradiction of the location: population boom, resources depression and environment deterioration. Based on the regional unique characteristics of Tangshan and the connotation of ecological carrying capacity, a complete evaluation index system of ecological carrying capacity in the city was established from the aspects of resource subsystem, environment subsystem, social subsystem and economic subsystem. After determining the weight of each index by the method integrated subjective and objective factors according to the integrated index system, a quantitative model of ecological carrying capacity from the perspective of ecosystem resilience, support force and stress was proposed and employed in Tangshan during the period 2001—2010. With this comprehensive assessment model, the values of ecological carrying capacity of Tangshan city from 2001 to 2010 were computed and the factors which infected the decade trend of the ecological carrying capacity was analyzed and discussed. The results showed that the ecosystem resilience index had waved strongly in the process in spite of a slightly rising trend, which may suggest that the stability of Tangshan′s ecological system harbors obvious frail characteristics. Accompanying the population boom and the economy growth, it is easily observed that the contradiction between the supply and demand of the water resources exposed gradually, which in turn restricted the social and economic development of Tangshan. The support force of carrying media grew steadily during the research period, indicating that the carrying capacity of the ecosystem was higher than that of before, whereas it should require to be enhanced the investments of science and technology and the adjustment of the industrial structure. However, the stress index has been always diverse in the process, with a little downtrend appeared in the last three years, revealing that the problems of resource depletion, environmental pollution and ecological disruption have been brought by excessive dependence on heavy industry and the resource-based industry. The ecological carrying capacity index of Tangshan had a fluctuated upward trend from 0.345 to 0.720 in 2001—2010, and the coordination of the subsystems become better and better. Nevertheless, resources, environment and ecological crises would become the main restrictive factors for the further improvement of ecological carrying capacity in Tangshan due to the development model of resource dependence.

resources-based cities; tangshan; ecological carrying capacity

國家自然科學基金項目(71673260)

2013-11-20;

2014-09-09

10.5846/stxb201311202779

*通訊作者Corresponding author.E-mail: luzhaohua@cumtb.edu.cn

金悅, 陸兆華, 檀菲菲, 張萌, 張紅玉.典型資源型城市生態承載力評價——以唐山市為例.生態學報,2015,35(14):4852-4859.

Jin Y, Lu Z H, Tan F F, Zhang M, Zhang H Y.Assessment of ecological carrying capacity on the typical resources-based cities: a case study of Tangshan City.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4852-4859.