大連市環境承載力測評

于成學，葛仁東，張 月，孔媛媛，杜永昊

(大連民族大學a.國際商學院;b.理學院，遼寧 大連116605)

一、關于承載力概述

20世紀60-70年代，隨著土地退化、環境污染和人口膨脹等問題的出現，許多自然資源耗竭、環境質量下降等全球性問題相繼爆發，地球的承載能力問題引起了廣泛關注。20世紀70年代后期和80年代初期，聯合國糧農組織(FAO)、聯合國教科文組織(UNESCO)和經濟合作與發展組織(OECD)等先后組織了國際范圍的承載力研究，提出了一些承載力定義和量化方法［1］。近二十年來，有關承載力的研究及其生態學、環境科學和可持續發展領域的應用備受矚目，形成了一整套獨特的理論體系和方法［2-5］。承載力概念的發展也經歷了從自然生態系統的種群承載力，人類生態系統的資源承載力(土地資源承載力和水資源承載力)、環境承載力，到生態系統承載力的發展歷程［6-10］。環境承載力是指某一時期內，某種狀態或條件下，某地區環境所能承受的人類活動的閾值。這里所說的“某種狀態或條件”是指現實的生態環境條件，即不發生明顯的不利于人類生存方向改變的前提條件;“能承受的閾值”是指不影響其生態環境系統正常功能發揮的外界作用強度極限;“人類活動”是指人類的經濟和社會活動，尤其是人類的生產和消費活動。環境承載量(ECQ)和環境承載力(ECC)是一組具有對應關系的概念。對于同一地區而言，環境承載力表征該地區環境系統所能承受人類系統的最大應用量值;而環境承載量是指某一時期環境系統實際承受的人類系統的作用量值，可通過實際調查或檢測得出。環境承載量數值分為兩類:一類是能較易得到的理論最佳值(如地下水最佳開采量):另一類是不容易直接得到的理論最佳值，要采用預定要達到的目標值(標準值)來間接表示。在分析區域環境承載量的承載狀態時二者缺一不可。在任一概念的使用與發展過程中，都包含了對前一階段含義的擴展，同時也與生態學科的發展及人類社會發展背景存在著極強的相關關系，這進一步體現了承載力理論研究的重要性。盡管承載力的內涵、形式和意義都有深刻變化，但仍處于發展和完善當中。

在人類面臨資源短缺的同時，環境污染一方面使資源利用價值降低，資源短缺的矛盾更加突出;另一方面，大氣、水體、土壤、固體廢棄物的污染對人類生存構成了嚴重的威脅。大連市是中國改革開放的前沿城市，開放程度較高，近年來環境問題日益突出。因此，研究大連市的環境承載力，確定大連市的環境承載量，明確大連市影響環境承載力的閾值范圍，為科學合理規劃大連市的經濟發展與產業布局調控及區域空間布局提供理論依據和參考。

二、環境承載力評價指標體系構建

1.指標體系構建應規避的問題

由于環境承載力指標體系研究是一個龐雜的系統工程，再加上很多的主客觀因素的制約。因此，建立環境承載力評價指標體系時，應注意避免以下幾個方面的問題:(1)避免評價指標過于龐雜且不均衡;(2)避免評價指標與評價模型脫節;(3)避免評價指標與實際應用脫節。

2.指標的選取

環境承載力評價指標體系目的在于反映或表征環境、經濟、社會系統相互間的協調程度。因此，環境承載力的評價指標體系應該從環境與經濟和社會系統間的物質、能量和信息中選取，并進行分類。

根據國內外學者的相關研究，本文把環境承載力評價指標體系分為經濟環境子系統承載力、社會生活環境子系統承載力和自然資源環境子系統承載力三個二級指標;在二級指標下又進一步分解出經濟增長速度、經濟發展水平、經濟結構、人口、城市發展等十三個指標構成的三級指標層;最后，在三級指標下選擇若干可量化的具體指標構成區域環境承載力，具體指標體系見表1。

表1 環境承載力評價指標體系

續表

三、環境承載力測算

目前，對于環境承載力的計算還沒有統一的方法，各種計算方法都存在爭議，本文試圖用傳統的計量方法——狀態空間法，做一些改進，將確定權重的熵值法和狀態空間法結合起來，以便獲得更真實可靠的結果。

1.數據的收集及無量綱化處理

依據表1中的環境承載力評價指標，搜集大連市2003年至2013年間的相關數據。因為所獲得的評價指標數據的量綱不同，所以在進行加權求和之前要進行無量綱化處理，將指標實測值轉化為指標評價值，將評價對象的多項指標的信息加以匯集而從整體上認識對象的一定標準的優劣狀況。本文采取的是平均化處理方法，即對于某一數據cij，無量綱化以后的數據如公式(1)。

其中，i=1，2，…13.j=1或2或3或4或5或6

2.指標權重

在多指標綜合評價中，確定指標權重主要有主觀賦權法和客觀賦權法。主觀賦權法所依據的賦值原始信息來源于客觀環境，根據各指標的聯系程度或各指標所提供的信息量來決定指標的權重。由于不同人的認識差別較大，主觀賦權法主觀性強，所以得到的結果可能大相徑庭，可信度不高。所以本文采取客觀賦權方法中的熵值法。

熵值法的原理:設有m個待評方案，n項評價指標，形成原始指標數據矩陣X=(xij)mn，對于某種指標xj，指標值xij的差距越大，則該指標在綜合評價中所起的作用越大;如果某項指標的指標值全部相等，則該指標在綜合評價中不起作用。在p信息論中，信息熵H(x)=-(xi)lnp(xi)是系統無序程度的度量，信息是系統有序程度的度量，二者絕對值相等，符號相反。某種指標的指標值變異程度越大，信息熵越小，該指標提供的信息量越大，該指標的權重也應越大;反之，某項指標的指標值變異程度越小，信息熵越大，該指標提供的信息量越小，該指標的權重也越小。所以，可以根據各項指標值的變異程度，利用信息熵這個工具，計算出各指標的權重，為多指標綜合評價提供依據。用熵值法進行綜合評價的步驟是:

(1)將各指標同度量化，計算第j方案指標值的比總Pij如公式(2)

(2)計算第j項指標的熵值ej如公式(3)

其中 k＞0，ln為自然對數，ej≥0。如果 xij對于給定的j全部相等，那么

(3)計算第j項指標的差異性系數gj。

對于給定的j，xij的差異性越小，則ej越大;當xij全部相等時，ej=emax=1，此時對于方案的比較，指標xj毫無作用;當各方案的指標值相差越大時，ej越小，該項指標對于方案比較所起的作用越大。定義差異性系數

則當gj越大時，指標越重要。

(4)定義權數 Wj，令

根據熵值賦權計算方法，可以求得環境承載力各指標權重值。

3.權重的修正

所求的權重是當把環境承載力的權重視為1時，每個cij相對于目標層所占的比重為Wcij。鑒于本文環境承載力的計算方法，現將領域層視為指標層的上一層，即把領域層的每個指標cj權重值都視為1時，便可以求出指標層每個指標cij相對于cj的權重值Wcij;同理也可以求出當把準則層每個指標Bj的權重Wci;求準則WB的每個指標的權重也是同樣的道理。求得結果見表2。

表2 評價指標修正權重值

續表

4.環境承載量、環境承載力和環境承載率的計算

本文采用狀態空間法結合熵值法求得的權重對環境承載量和環境承載力求解。

其中，maxc'ij表示c'ij中最大的一個數值，得到的新的 c^ij值。

i=1，2，…13，m=1或2或3或4或5或6。

最后，根據準則層各子系統的環境承載量和環境承載力的大小，計算環境承載量和環境承載力大小，計算公式為

5.環境承載量、環境承載力和環境承載率的計算結果

由上述計算過程可知，經濟環境子系統環境承載量和環境承載力分別為和，社會生活環境子系統環境承載量和環境承載力分別為和，自然資源環境子系統環境承載量和和環境承載力分別為和，環境承載量和環境承載力分別為和，定義:

根據公式，環境承載量及環境承載力和各子系統環境承載量及環境承載力計算結果見表3。

單純的環境承載量和環境承載力數值大小實際意義不大，不能準確、全面地反映某一地區環境承載狀況的好壞，無法獲悉環境承載量與環境承載力的相對關系，進而無從判斷環境承載量是否超出了環境承載力的承載范圍。為了更深入的反映環境承載的壓力狀況，因此提出環境承載率的概念。所謂環境承載率，就是環境承載量與環境承載力的比值，表示環境系統實際承載的壓力相對于其潛在承受能力的大小，本文用英文字母ECR表示。計算公式如下:

根據表3，計算結果見表4;

表3 大連市環境承載量和環境承載力計算結果

表4 大連市環境承載率計算結果

四、結果分析

根據評價結果，可獲得大連市2003-2013年的環境承載量、經濟環境承載量、社會生活環境和自然資源環境承載量的變化趨勢圖，如圖1至圖4。環境承載量(ECQA)、經濟環境承載量(ECQB1)、社會生活環境承載量(ECQB2)和自然資源環境承載量數值上差別很大，但承載量的絕對值大小是沒有意義的，只有分析承載力數值變動對環境變化的反映情況或者將承載量和承載力結合分析時，承載量才有實際的經濟學意義。

1.環境承載量結果分析

(1)環境承載量分析

整體上來看，2003-2013年大連市環境承載量波動幅度很大。2003-2004年，環境承載量呈現基本平穩的態勢，從圖1上反映表現為一條基本平穩的曲線;2005-2007年，環境承載量逐年遞增，表示隨著經濟增長，大連市環境承載量逐漸增大，環境承載壓力越來越大。2008-2009年環境承載力下降，表示經過合理的調整產業結構，環境治理措施及時得當，環境承載量逐漸降低。2010-2013年間環境承載量波動幅度很大，在2013年中，環境承載量處于上升的趨勢。此時需要調整產業結構，加大環境治理力度，逐步減少環境承載壓力。

圖1 大連市2003-2013年環境承載量變化趨勢圖

(2)大連市經濟環境承載量變化分析

圖2 大連市2003-2013年經濟環境承載量變化趨勢圖

由圖2中可以看出，從2003-2004年，大連市經濟環境承載量增加，在2005年出現轉折點，從2005-2007年，經濟環境承載量又逐步增加，2007-2009經濟環境承載量又逐步降低。2009-2010逐漸增加，2011-2012雖然也是上升階段，但上升幅度明顯小于前幾年，2012-2013經濟環境承載量又逐步增加。從整體上來說，期間的經濟環境承載量是曲折的，且有逐漸上升的趨勢，環境系統對于經濟發展的速度、總量和經濟結構所造成的壓力承載越來越大，經濟環境情況同樣不容樂觀。

(3)大連市社會生活環境承載量變化分析

圖3 大連市社會生活環境承載量變化趨勢圖

綜合圖3可以看出，從2003-2008年，社會生活環境承載量處于上升階段，2009-2012年，逐年降低，到2013年，社會生活環境承載量又有上升的趨勢，這說明大連市對社會生活與環境之間的關系能夠合理協調，但仍需完善。

(4)大連市自然資源環境承載量變化分析

圖4 大連市2003-2013年自然資源環境承載量變化趨勢圖

大連市社會經濟發展的同時，自然資源也承受著巨大的環境負荷，從圖4可以看到，從2003-2005年，大連市自然資源環境承載量是減少的，這說明高速發展的經濟是以破壞自然資源環境為代價的，環境承載量也越來越大，而從2005-2007年，則呈上升趨勢，到2007年，由于意識到這一點，及時調整產業結構，加大環境治理力度，取得了較好的成效，環境承載量有了大幅下降，但于2010年，自然資源環境承載量又處于上升階段，到2011年，由于意識到經濟的發展與自然資源之間的關系，及時調整產業結構加大環境治理力度，取得了良好的成效，環境承載量有了大幅下降，有利于實現經濟社會的可持續發展。

2.環境承載力結果分析

由本文采用的環境承載力(ECC)計算方法可知，從2003-2013年，只能得到環境及其子系統承載力的單一值，沒有連續變化的結果，所以不能對其變化趨勢進行分析，但由環境及其子系統的數值與權重構成，也能進一步得到一些有意義的結果分析。

3.環境承載率結果分析

由表4計算結果可以畫出2003-2013年大連市環境承載率、經濟環境承載率、社會生活環境承載率和自然資源環境承載率變化趨勢圖，分別如圖5、圖6、圖7、圖8。從圖中可以看出，由于它們的環境承載力的值分別只有一個，所以環境承載率變化趨勢和它們對應的環境承載量的變化趨勢完全一致，在此，就不再重點分析它們的變化趨勢，而重點分析它們的環境承載率狀態。

(1)環境承載率狀態的評價標準。根據環境承載率的大小，可以對環境承載力所處的承載狀態進行分類。本文將環境承載狀態大致分為弱載、適載、高載三大類，見表5，其中，弱載狀態的環境承載率小于70%，說明現有環境承載力的使用額度非常有限，留有足夠的環境承載潛力可以發展經濟，提高人民生活質量;適載狀態的環境承載率介于70% ～90%，說明環境承載力適度，社會經濟運行處于良好的態勢，這種狀態最適于可持續發展;高載狀態的環境承載率則高達90%以上，在該狀態下，環境承載量與環境承載力之間的差額不大，環境系統的實際承載壓力已經很大，環境狀況面臨著嚴峻的挑戰。

表5 環境承載率狀態分類表

由圖5可以看出，2003-2004年大連市環境承載率基本處于平穩狀態，且承載率低于70%，處于弱載狀態。2005-2008年環境承載率徒增大約4%，且承載率在70% ～90%，處于適載狀態，這充分反映了在當時的經濟發展過程中，如果只看重經濟發展速度，未重視環境問題，將導致環境成本過大，付出慘重代價。從2008年-2010年。環境承載率降低大約3%，說明由于及時認識到了經濟發展中的環境成本問題，使環境承載率下降。2012-2013年環境承載率又在上升，且于2013年已超過70%，處于適載狀態。整體上來說，大連市的環境承載力處于弱適載狀態。

圖5 大連市2003-2013年環境承載率變化趨勢圖

(2)大連市經濟環境承載率結果分析。綜合圖6可以看出，大連市經濟環境承載率波動幅度較大，但2003-2013年中最低水平也大于90%，屬于不合理的高載狀態，雖然一直在努力調整產業結果，加大污染治理，但差距還很大，還需繼續努力，保持國民經濟發展處于合理的速度，使產業機構更加合理。

圖6 大連市2003-2013年經濟環境承載率變化趨勢圖

(3)大連市社會生活環境承載率結果分析。由圖7可以看出，大連市社會生活環境承載率較前幾項指標的波動幅度較小，從2003年-2008年，社會生活環境承載率處于上升階段，2009-2012年承載率水平處于下降階段。其中，2003-2004年，社會生活環境承載率低于70%，處于弱載狀態。2005-2010年承載率在70% ～90%，處于適載狀態，2011-2012年承載率低于70%，處于弱載狀態，在2013年承載率剛好達到70%，處于適載狀態。從整體上來看，大連市社會生活環境承載率屬于弱適載狀態。

圖7 大連市2003-2013年社會生活環境承載率變化趨勢圖

(4)大連市自然資源環境承載率結果分析。由圖8可以看出，在2003-2013年間，大連市自然資源環境承載率幾經波折。但自然資源環境承載率均處在弱載狀態。從整體上看，自然資源環境承載率處于上升狀態，應及早預防。

圖8 大連市2003-2013年自然資源環境承載率變化趨勢圖

五、結 論

本文研究是在環境承載力的基本概念、基本理論、和研究現狀的基礎上，針對當前沒有統一的環境承載力評價指標體系和評價方法可供使用的情況，嘗試建立了一套環境承載力評價指標體系，把環境系統分為三個子系統，分別為經濟環境子系統、社會生活環境子系統、自然資源環境子系統，并提出了測算環境承載力的熵值狀態空間計量模型。計算了大連市2003-2013年環境系統中各個子系統的環境承載量、環境承載力和環境承載率以及綜合環境承載力，分析了環境承載量、環境承載力和環境承載率的變化及發展趨勢，認為大連市環境狀況基本合理，當前的環境承載多數處于弱適載狀態，只有經濟環境承載率處于高載狀態。因此，建議大連市在發展經濟的同時，需要加大“三廢”治理，保持國民經濟發展處于合理的速度;調整產業結構，切實執行節能減排政策，使其更加合理，從而提高環境承載力，進而達到經濟與生態環境協調發展。本文希望通過對環境承載力的研究，對區域環境承載力的研究工作有所貢獻，把環境承載力評價作為環境評估工作的一項重要工作。

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