基于三角模型的甘肅省資源環境承載力動態評價

黃 鑫，程文仕

(甘肅農業大學資源與環境學院，甘肅蘭州 730070)

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基于三角模型的甘肅省資源環境承載力動態評價

黃 鑫，程文仕*

(甘肅農業大學資源與環境學院，甘肅蘭州 730070)

[目的]運用三角模型對甘肅省資源環境承載力進行動態評價。[方法]從資源稟賦和環境容量、經濟發展協調度及社會安全穩定度3個方面構建甘肅省資源環境承載力評價指標體系，借助三角模型，對2004～2013年甘肅省資源環境承載力進行動態評價。[結果] 2004～2013年甘肅省資源環境承載力經歷了弱、較弱、中等和較強承載4個狀態階段，承載水平呈良性發展態勢。承載水平具有向強承載力方向變動的可能。資源稟賦和環境容量指數和非經濟發展協調度指數趨向于優質水平，非社會安全穩定度指數對資源環境承載力的負面載荷仍然存在。[結論]三角模型是開展資源環境承載力評價較為理想的方法。

資源環境承載力；三角模型；甘肅省

資源環境承載力是指在自然生態環境不受危害并維系良好生態系統的前提下，一個區域的資源稟賦和環境容量所能承載的經濟社會活動的規模[1]。它是衡量人類活動特別是社會經濟活動與資源環境協調性的重要指標之一。開展資源環境承載力定量研究，對探尋社會、經濟、生態文明和諧發展路徑，實現可持續具有重要的現實意義。目前，國內外學者針對資源環境承載力研究已取得一定成果。Saveriades研究[2]認為，區域綜合環境承載力由設施承載力、資源環境承載力、經濟社會承載力及社會心理承載力綜合反映。唐凱等[3]采用集對分析法對長株潭城市群資源環境承載力進行評價。熊建新等[4]從生態彈性力、資源環境承載力及社會經濟協調力出發，采用狀態空間法，對洞庭湖區生態承載力進行評價。李悅等[5]從資源環境支撐系統、保育系統、經濟系統和耗散系統4個維度，采用GRA-TOPSIS對武漢市資源環境承載力進行測度和分析。盧小蘭[6]采用縱橫向拉開檔次法及莫蘭指數對我國省域資源環境承載力及空間自相關進行統計分析。孫茜等[7]通過資源、環境、經濟和社會4級指標，采用突變級數和障礙因素模型對河南省資源環境承載力進行定量研究。郭軻等[8]從壓力指標和承壓指標2個維度，研究京津冀地區資源環境承載力，并結合時間序列Tobit模型分析京津冀地區資源環境承載力的驅動因素。從指標體系的構建來看，基于“壓力-承載”的二維指標及包含“彈性-承載-協調”的復合系統都有應用，但普適性指標系統尚未形成定論。從研究內容和方法來看，資源環境承載力在城市群[9]、水資源[10]、產業調整[11]、交通運輸[12]等領域得到廣泛應用，研究方法包括多因素綜合評價[1]、TOPSIS[5]、狀態空間[8]、動態因子[13]、模糊物元[14]、GIS綜合[15]等。就研究區域和尺度而言，主要包括省域、市域的橫向比照和縱向分析，以長株潭[3]、京津冀[16]、長三角[17]等為代表的城市群探討，以及以山區[18]、礦區[19]、災害區[20]等生態敏感區為對象的研究分析。

甘肅省地處我國西部內陸，經濟發展相對落后。西部大開發戰略實施以來，甘肅省社會經濟得到了長足進步，但生態基礎薄弱、發展方式粗放的先天不足，使得原本脆弱的環境保護能力和有限的資源供給水平更顯緊張。筆者采用三角模型，定量評估了2004～2013年甘肅省資源環境綜合承載力，客觀反映區域內資源環境承載力動態變化情況，以期為甘肅省土地利用總體規劃及國民經濟和社會發展規劃提供科學依據與理論參考。

1　材料與方法

1.1研究區概況甘肅省位于我國西部，地處黃河中上游，地理坐標為92°13′～108°46′ E，32°31′～42°57′ N，總土地面積42.58萬km2，屬大陸性溫帶季風氣候，境內大部分地區氣候干燥，差異明顯，生態環境復雜多變。轄區內地貌類型多樣，地勢自西南向東北傾斜。全省轄12個市2個自治州86個縣(市、區)。2013年末全省常住人口2 582.2萬人，生產總值6 268.01億元。2013年發生各類地質災害3 860次，是2004年的近200倍。2013年工業廢水排放量20 171.00萬t，SO2排放量56.20萬t，煙粉塵排放量22.66萬t，一般工業固體廢物產生量5 907.00萬t，分別是2004年的1.10、1.16、1.43和2.76倍。社會經濟快速發展的同時，對資源需求和環境安全帶來了巨大耗損和壓力。

1.2數據來源研究數據主要來源于《甘肅省統計(發展)年鑒》(2005～2014年)和《中國環境統計年鑒》(2005～2014年)等相關數據源。

1.3研究方法

1.3.1模型概述。三角模型是美國農業部根據土壤粒徑的比例構成存在此長彼消的關系構建的一種用來分析土壤中砂-粉砂-黏土的各自含量，并以此確定土壤類型的分析方法[21]。該方法計算過程簡單、分析方式靈活，可對3個相互聯系的方面進行可視化描述，很好地圖解綜合狀況和變動趨勢[22]。因此，在諸多領域得到廣泛應用[23-25]。

構建資源環境承載力的三角模型的步驟：①根據三角模型的性質，將資源環境承載力巨系統分解為3個既相互聯系又存在此消彼長關系的評價指標體系；②收集并處理研究區研究時段的相關數據，在原始數據標準化的基礎上，確定權重，計算指數；③借助Grapher等軟件構建模型圖；④對資源環境承載力狀態及趨勢進行評價和分析。

1.3.2模型合理性判別。從資源稟賦和環境容量、經濟發展協調度、社會安全穩定度3個維度，構建三角模型。資源稟賦和環境容量能夠反映區域所能承載的經濟、社會活動的規模；經濟發展協調度反映在利益刺激的推動下，資源環境的耗損程度；社會安全穩定度能夠反映滿足社會人基本生存需求的情況下，資源環境的承載負荷。資源稟賦和環境容量提高，表明對社會經濟活動的容納能力提升；經濟協調發展，表明對資源的需求量和對環境的破壞力在可承受的范圍內浮動；社會安全穩定，表明社會發展水平適宜，人口膨脹系數小，資源環境能夠提供基本的物質需求。為了滿足構建三角模型此消彼長關系的要求，需要對3方指標進行適度轉化[21]。資源稟賦和環境容量是評價資源環境承載力的核心

構件，效能越大，表示承載力越強，因此將其作為三角模型的頂點。資源稟賦和環境容量與社會經濟發展的矛盾客觀存在，因此將經濟發展協調度及社會安全穩定度轉化為非經濟發展協調度和非社會安全穩定度。3項中任意1項增加，其余2項指數中至少有1項指數變小，符合三角模型構建原理[21]。

將3類指數進行可視化表達，構建等邊三角形(圖1)。資源稟賦和環境容量指數(REI)位于最高頂點，非經濟發展協調度指數(NECI)及非社會安全穩定度指數(NCSI)分別位于左下和右下頂點，X、Y、Z軸分別表示NCSI、REI、NECI。坐標軸按逆時針方向在[0,1]分布，并按照等分值法將各指數劃入5個不同范圍，即非常低(0～0.2]，較低(0.2～0.4]，中等(0.4～0.6]，較高(0.6～0.8]，非常高(0.8～1.0)。將三角形細分為5個區域：Ⅰ～Ⅴ分別表示不同資源環境承載能力，再根據3類指數相對比例變化，識別出T1～T77種承載力運動趨勢(表1、2)。

圖1　資源環境承載力狀態及趨勢Fig.1　Status and trends of resources and environment carrying capacity

區域Region指標數值范圍IndexnumericalrangeREINCSINECI相對指標值RelativeindexREINCSINECI資源環境承載力ResourcesandenvironmentcarryingcapacityⅠ>0.8～1.00～0.20～0.2非常高非常低非常低強Ⅱ>0.6～0.80～0.40～0.4較高非常低～較低非常低～較低較強Ⅲ>0.4～0.60～0.60～0.6中等非常低～中等非常低～中等中等Ⅳ>0.2～0.40～0.80～0.8較低非常低～較高非常低～較高較弱Ⅴ0～0.20～1.00～1.0非常低非常低～非常高非常低～非常高弱

1.3.3資源環境承載力三角模型的構建。

1.3.3.1指標體系構建。合理的指標體系是保證評價結果準確有效的關鍵。根據三角模型的基本要求，在借鑒前人研究成果的基礎上，考慮甘肅省實際情況，從資源稟賦和環境容量、經濟發展協調度及社會安全穩定度3個方面，選擇了人均土地面積、人均水資源等20個指標作為資源環境承載力評價的指標體系(表3)。

1.3.3.2數據處理與權重確定。為保證數據的可比性，需消除數據量綱、極性不一等問題，采用極差法對數據進行標準化處理。正、負向指標分別使用式(1)和式(2)進行計算：

(1)

(2)

式中,Xij為原始數據；Xmax和Xmin為原始指標的最大值和最小值；i表示研究年份；j表示指標個數(j=1,2,…,20)。

采用熵權法確定各指標對資源環境承載力的貢獻程度，計算公式如下：

(3)

(4)

式中,ej指標信息熵，wj指標權重。

表2　資源環境承載力相對趨勢評價

表3　資源環境承載力評價指標體系

注：“+”表示正向指標，“-”表示負向指標。

Note: “+” stands for positive index, “-” stands for negative index.

1.3.3.3綜合指數計算。采用加權平均法分別計算REI、ECI及CSI。根據三角模型構建關系，存在非經濟發展協調度指數NECI=1-ECI，非社會安全穩定度指數NCSI=1-CSI，采用式(5)～(7)，計算3項指數：

(5)

(6)

(7)

式中,WREI、WECI、WCSI分別表示資源稟賦和環境容量、經濟發展協調度、社會安全穩定度對應的權重。

2　結果與分析

2.1承載力指標變化對2004～2013年甘肅省資源環境承載力進行計算，結果表明(圖2)，自2004年以來，NECI呈現出逐年下降的趨勢，到2013年降至最低。這說明在有限的資源稟賦和環境容量約束下，經濟發展協調度不斷提高，從側面反映出經濟結構自2004年以來更加合理。2004～2013年NCSI呈現出波動式下降趨勢。對影響該指數的指標進行分析，發現城市化水平和糧食安全系數穩中有升，恩格爾系數和人口自然增長率是造成NCSI波動的主要因素。REI逐年增加，從2004年的0.157 1上升到2013年的0.859 2。這表明污染物處理能力及處理強度增強，環境保育能力不斷提高；資源利用水平相對集約，支撐能力得到提升。這也從側面反映出甘肅省綠色生態文明建設取得一定成效。

圖2　2004～2013年甘肅省資源環境承載力指數變化情況Fig.2　Index changes of resources and environment carrying capacity from 2004 to 2013 in Gansu

2.2承載力狀態借助Grapher 10軟件，繪制2004～2013年甘肅省資源環境承載力狀態及趨勢圖(圖3)。總體而言，10年間甘肅省資源環境綜合承載力變化明顯，呈現出“S”型變化趨勢，并劃分出以下4個變動區間：

第1階段：2004～2008年處于弱承載力時期，位于三角形的Ⅴ級區域內。REI、NECI、NCSI 3項指數平均值分別為0.215 1、0.867 1、0.627 8。該時期是西部大開發的起步階段，經濟發展占主導地位，環境投入度不足，資源利用方式粗放。資源環境承載力弱，能夠承載的社會經濟規模有限。第2階段：2009、2010年處于較弱承載力時期，分布在三角形的Ⅳ級區域內。REI、NECI、NCSI 3項指數平均值分別為0.433 4、0.614 7、0.545 5。城市化進程加快、人口增長對資源環境的需求力度并未減少，使得該時期內資源環境承載力處于較弱狀態。第3階段：2011和2012年處于中等承載力水平，分布在三角形的Ⅲ級區域內。REI達到中等水平，社會經濟的承載能力顯著提高。第4階段：2013年進入較強承載力時期。REI達到較高水平，NECI降至臨界水平，NCSI浮動不大。說明承載力水平逐漸提高，經濟增長與生態環境更加耦合。

圖3　2004～2013年甘肅省資源環境承載力狀態及趨勢Fig.3　Relative status and trends of resources and environment carrying capacity from 2004 to 2013 in Gansu

2.3承載力趨勢總體來說，2004～2013年甘肅省資源環境承載力呈現出良性發展態勢，由弱承載力向較強承載力轉變。REI由0.157 1上升到0.859 2，表明資源利用日趨合理，環境狀況日益改善，資源稟賦和環境容量向著優化方向調節；NECI由1.000 0下降到臨界值，說明經濟增長正在進入可持續發展模式，與資源環境承載能力日趨協調；NCSI由0.643 4下降到0.283 0，說明城市化的快速發展和人民生活質量的提高與資源環境承載力關系日漸和諧。

具體來看，2004～2013年連續觀測期內，相對承載力主要表現出T1、T2兩類基本趨勢，其中，2004～2006年總體呈現出T2相對(較強)變動趨勢，REI、NCSI、NECI分別呈上升、下降、下降趨勢。2006～2008年呈現出T1(中等)趨勢，REI、NCSI、NECI分別呈上升、上升、下降趨勢。2008～2013年呈現出T2(較強)趨勢。相對承載力在中等和較強間反復，說明甘肅省資源環境承載力呈向強承載變動的趨勢。究其原因，主要在于社會經濟發展的同時，產業結構也在逐年調整，非生態產出得到逐步控制，環境投入能力和養護力度日益提高，資源集約節約利用水平有所改進，是階段性量變引起的質變。

3　結論與討論

(1)2004～2013年甘肅省資源環境承載力經歷了弱承載、較弱承載、中等承載和較強承載4個階段。總體而言，承載水平呈現出良性發展態勢，具有向強承載力方向變動的可能。REI和NECI趨向于優質水平，NCSI對資源環境承載力的負面載荷仍然存在。

(2)三角模型邏輯關系嚴謹、計算方法簡單、分析方式靈活，能可視化地圖解資源環境承載力狀態及變動趨勢，是一種較好的評價方法。

(3)資源環境承載力評價是實現可持續的重要組件。基于面板數據的評價，對自然條件和資源分布的反映能力較弱。另外，受制于數據的可獲取性和龐大指標體系的數據構建要求，研究時序往往相對滯后，空間分異狀態仍有待進一步討論。在今后研究中，首先，可以借助3S等技術手段，擴展數據獲取平臺，提高評價精準度，減少數據誤差對評價結果的傳導和放大作用，進一步提高研究成果的現勢性；其次，權重合理與否，對評價結果的精確性起到至關重要的作用；最后，空間變化方面的分析研究，除了要反映地域內資源環境承載力分化的狀態及趨勢外，還應從是否存在空間自相關、影響程度及影響機理等角度進行深入探討。

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Dynamic Evaluation of Resources and Environment Carrying Capacity in Gansu Based on the Triangle Model

HUANG Xin, CHENG Wen-shi*

(College of Resources and Environmental Science, Gansu Agricultural University, Lanzhou, Gansu 730070)

[Objective] The aim was to evaluate resources and environment carrying capacity in Gansu Province based on the triangle model. [Method] The evaluation index system of Gansu resources and environment carrying capacity was conceived from the aspects of resources contain and environmental capacity, coordinate extent of economical development and stable degree of social security, this study put forward evaluation for resources and environment carrying capacity by taking 10 observe years during 2004 to 2013 of Gansu based on the triangle model. [Result] The results showed that: during 10 years, Gansu resources and environment carrying capacity experienced four phases, as weak capacity, inferior capacity, moderate capacity and strong capacity, it also showed an appropriate tendency. In general, it presented increase trend, resources contain and environment carring capacity and the non economic development coordination index tended to be of high quality, negative loading of non social security stability index still exist. [Conclusion] Triangle model is proper method for evaluating resources and environment carrying capacity.

Resources and environment carrying capacity; Triangle model; Gansu Province

黃鑫(1986- )，男，河南洛陽人，助教，碩士，從事土地評價研究。*通訊作者，副教授，博士，從事土地整治研究。

2016-05-23

S 181

A

0517-6611(2016)18-068-04