景觀資源整合背景下生態承載力研究綜述

魏合義 劉學軍 陳曉剛 劉金

[摘 要]承載力概念在生態學研究領域出現已久。地球人口數量劇增、自然資源短缺以及人類精神空間受到限制等問題的出現，迫使人類重新認識到各種資源都不是無限的。景觀資源整合背景下生態承載力研究，包括土地資源承載力研究、水資源承載力研究、旅游資源承載力研究、森林生態承載力研究等類型，這些類型的研究隨著新問題的出現而發生變化，其評價模型由簡單到復雜，評價指標的選取也趨于科學合理。

[關鍵詞]生態學;景觀資源;生態承載力

一、引言

承載力（Carrying Capacity）這一概念是由一些牧場管理者首先推出的，初衷是因為他們更關心有限的土地或者草地能夠放養多少牲畜，進而開始了對這一理論的研究①。1798年，馬爾薩斯（Thomas Robert Malthus）深受達爾文物競天擇觀念的影響，在廣泛吸納前人思想和理論的基礎上，出版了《人口原理》（An Essay on the Principle of Population）一書，其中的人口增長理論被認為是承載力研究最初的雛形②。但是，馬爾薩斯認為食物是人口增長的唯一限制因素，人口數量按指數方式增長（未考慮社會道德因素）等，這些觀點引起了一些質疑③。承載力概念還可以追溯到美國農業部1906年的統計年鑒①。最初，學者們主要將這一理論用于家庭飼養動物，很快也用于野生動物的管理工作②，還被一些野生物學家采納并寫入教科書③。1953年，奧德姆（E. P. Odum）在他的《生態學基礎》（Basic Ecology）一書中給出了準確的數學表達式，也就是人們現在所熟悉的Logistic方程。該方程式早在1920年就被珀爾（Raymond Pearl）和他的同事里德（Lowwell Reed）作為一般的人口增長模型提出。在之后的承載力研究中，在影響生物數量增加的因素中不但考慮了食物的豐富程度，也逐漸把空間環境作為影響數量增長的因素。近年來，承載力理論在農業種植、漁業、牧業養殖、區域人口承載數量等研究中也得到廣泛應用，并在確定合理的種植密度、科學的規劃放牧數量（特定的區域）、預測區域人口發展規模上發揮了重要作用④。隨著自然資源短缺、環境污染以及人類經濟發展和精神需求受到限制，此后的研究便廣泛開展起來⑤。

早期的承載力應用范圍只限于生態學領域，但隨著土地退化、環境污染和人口膨脹等問題的出現，人類學家和生物學家開始將承載力概念發展應用到人類生態學中。“承載力”一詞也開始與生態破壞、環境退化、資源減少、人口增加、經濟發展等問題聯系在一起，其內涵也產生相應變化⑥。當應用于區域和城市系統時，又衍生出社會承載力、文化承載力和旅游承載力等概念⑦。目前，承載力被賦予更豐富的內容和更廣闊的用途。隨著自然資源短缺、環境污染嚴重以及人類經濟發展和精神需求的滿足程度受到嚴重限制等問題頻發，此后的研究便廣泛開展起來。

二、生態承載力研究分類

景觀（landscape）是指地球上人類視覺能夠觀察到的一切地面特征，這些地面特征既指自然特征，也指人工特征⑧。在不同的時代背景和語義環境下，其內涵較為豐富①。人類賴以生存的各類物資來源、空間棲息地及精神場所均可被稱為資源（Resource）。在景觀資源整合背景下，為便于梳理已有的研究成果，本研究將生態承載力分為土地資源承載力、水資源承載力、旅游資源承載力和森林承載力等幾個重要領域分別進行闡述。

（一）土地資源承載力

在當前全球人口不斷增加、人均耕地面積日趨減少和人類糧食危機不斷加重的背景下，土地資源承載力的概念隨之產生。土地承載力（Land Carrying Capacity）是指在維持一定水平且不引起土地退化的前提下，一個區域能被永久供養的人口數量及人類的活動水平②。從土地承載力的原始定義可以看出，土地承載力是以不引起土地肥力下降為前提條件，以承載一定的人口數量為落腳點，還包括人類活動，即社會經濟活動。

1949年，美國學者沃格特（William Vogt）發表了在生態領域具有一定影響力的文章《通向生存之路》（“Road to Survival”），較早探討了世界人口劇增已經造成人口過剩，土地承載力達到極限③。根據他當時的推測，人口極限數量約為22億，與當前全球76億的人口數量（2018年聯合國人口統計數據）相比，不到30%，可見當時的推測方法可能忽略了一些社會要素。

20世紀50—70年代，一些國外的學者探討了土地承載力的計算依據，并認為土地承載力是在確保不會對土地資源造成不可逆的前提下，土地的生產潛力能容納的最大人口數量。這個定義僅僅涉及人口數量，沒有綜合考慮人類的消費水平和科技的發展水平。20世紀60年代中期，就職于北羅得西亞（贊比亞的舊稱）農業部門的艾倫（W. Allan）研究員，根據其工作經歷發表《非洲農夫》（“The African Husbandman”）一文，提出以糧食為代表的土地承載力的計算公式。在土地生產力不退化的前提下，他主要考慮了土地面積、耕作要素和耕地面積，計算出單位綜合土地面積能夠供養的人口數量④。受歷史局限性影響，當時他沒有考慮到人類對環境脅迫的作用，只能粗略計算在某一時期、某一地區能夠供養的人口數量。到了70年代初，澳大利亞的米林頓（R. M. Millington）和吉福德（R. M. Gifford）采用多目標決策分析法，從各種資源對人口的限制角度出發，討論了該國的土地承載力⑤，這是以澳大利亞流派為代表的土地承載力研究的典范。

中國對土地承載力的研究相對較晚。以中國科學院自然資源綜合考察委員為代表，在1986年開展的“中國土地生產潛力及人口承載量研究”項目，被認為是中國迄今為止進行的最全面的土地承載力方面的研究⑥。土地承載力的動態性特征以及人口和環境的相互作用的特性，使得該學科的研究需有系統性。如原華榮就曾探討了關于土地承載力與人口環境平衡的問題⑦。在研究方法上，國內學者所使用的方法主要可歸納為系統動力學模型①、生產力估算模型②、RS估算法③等。如格日樂等學者針對額濟納綠洲生態環境脆弱復雜的特點，以及資源、環境、人口和發展之間的矛盾關系，運用系統動力學原理，建立了額濟納綠洲土地承載力系統動力學模型，并通過統計數據預測了未來20年內三種水土開發速率、投入水平以及人口增長速率與三種生活標準下的土地承載力變化④。陳傳美等通過分析土地承載力系統各影響因素間相互制約、相互促進的反饋關系，揭示了土地承載力系統的運行機制和控制機制，建立了鄭州市土地承載力系統動力學模型⑤。陳興鵬等結合西北干旱區水土資源和經濟發展的特點，應用系統動力學原理建立了西北干旱區水土資源承載力系統模型，并以甘肅河西地區為例，對其水土資源承載力作了系統分析研究⑥。隨著現代技術的發展，特別是3S技術和計算機運算能力的發展和提高，土地承載力有了新的研究方法。如熊利亞等采用RS和GIS技術對研究區域的土地利用現狀和地形地貌特點進行分析，預測不同時間尺度的土地人口承載量，并為作物種植方式提供依據⑦。人們還可通過遙感獲取地理信息，并結合調查統計數據和當地人口消耗狀況，可以很方便地計算出不同區域的土地承載狀態⑧。

總之，隨著社會發展和技術進步，對土地承載力的認識有了新的變化，研究手段也有所突破。土地承載力的研究方法還需深入討論，其優缺點應在今后的案例研究中進行比較與驗證。

（二）水資源承載力

水是生命物質不可缺少的一類生態系統要素，也是生態環境控制性因素之一，同時也是戰略性經濟資源，是一個國家綜合國力的有機組成部分。水資源正日益影響著全球的環境和發展⑨。中國水資源短缺問題已經成為限制中國區域經濟發展的重要瓶頸，特別是在北方城市這個問題更加明顯⑩。因地下水的過量開采而引起的地面沉降問題，嚴重威脅著整個生態環境。因此，這些突出問題迫使我們必須對水資源問題進行認真思考。

水資源承載力（Water Resources Carrying Capacity）是繼土地資源承載力研究之后討論較多的研究領域。在國內外的研究中，專門針對水資源的研究相對較少，一般是將其納入可持續發展的理論研究中①。由于水資源的分布不均，隨著人口增長、經濟發展和人民生活水平的提高，在許多國家和地區，水資源供需矛盾日趨突出，水資源短缺已成為制約社會經濟發展的重要因素。水資源危機的出現，促使世界各國逐漸開始關注水資源問題。中國學者在20世紀80年代末提出水資源承載力這個概念。夏軍將水資源承載力定義為：“在一定的水資源開發利用階段，滿足生態需水的可利用水量能夠維系該地區人口、資源與環境有限發展目標的最大的社會/經濟規模。”②姚治君等人分析了水資源承載力的特點，并認為它是“一個具有自然—社會雙重屬性的概念，既反映了水資源系統滿足社會經濟系統的能力，也與社會經濟系統開發自然水資源系統的深度有關，其大小取決于區域自然環境、水資源量、社會經濟技術水平、社會經濟結構和承載驅動力大小等諸多因素”③。朱一中等人在總結惠泱河和何希吾研究歸納的水資源承載力特點的基礎上提出：“在特定歷史階段的特定技術和社會經濟發展水平條件下，以維護生態良性循環和可持續發展為前提，當地水資源系統可支撐的社會經濟活動規模和具有一定生活水平的人口數量。”④同時指出，此概念認為水資源承載力是處于特定歷史時期，特定技術條件和社會背景之下承載了多少人，承載的對象是人口，能較客觀地表達概念的內涵。

國外學者從供水的角度對城市水資源承載力進行了相關研究，并努力將其納入到城市發展規劃中⑤。哈里斯（J. M. Harris）與肯尼迪（S. Kennedy）將水資源作為其中重要的影響因素，著重研究了農業生產區域的耕地承載力，并把綜合土地承載力作為區域發展潛力的一項重要的衡量標準⑥。在對水資源承載力的研究中，一些學者特別注重應用管理學理論提升資源承載力，如卡恩（S. Khan）和漢吉拉（M. Hanjra）曾研究澳大利亞的達令河流域（Murray-Darling），深入分析了可持續的水資源和土地管理對當地農業和區域可持續發展的巨大影響，并認為忽視系統的承載力在較長時間內會增加農業生產成本，降低區域發展⑦。

在國內研究方面，姚治君等人在總結區域水資源承載力研究歷史和現狀的基礎上，定義了水資源承載力概念，闡釋了水資源承載力的內涵與特性⑧。龍騰銳等強調了系統研究水資源（環境）承載力的重要現實意義，指出了當前研究中的不足以及有待進一步研究的問題⑨。夏軍等根據水資源承載力的定義和水資源承載力的系統關系，討論了水資源承載力的度量與計算方法①。從當前水資源承載力的整體研究情況看，這些研究主要闡述了水資源承載力的內涵與特點，對水資源承載力的概念、研究方法和存在問題進行了論述，并預測了今后的發展趨勢。

（三）旅游資源承載力

從1841年托馬斯·科克（Thomas Cock）組織第一次包價旅游至今，旅游業已經成為世界經濟的重要組成部分。但是，旅游業的成功和“無煙工業”的思想掩蓋了其對社會環境和自然環境的破壞，也使得旅游資源承載力的研究滯后于旅游學的其他分支。一個旅游地區所能容納的游客人數并非無限的，游人的過度密集會引起諸多環境問題、經濟問題和社會矛盾，因此存在容量上的極限值和最適值②。

旅游資源承載力（Tourism Carrying Capacity）是指在某一特定時間與特定區域不對該區域的資源與環境發生破壞或污染的情況下，該區域所能承載的最大旅游人口數量③。也有學者在研究中提出：“一個旅游區的旅游開發并不是沒有限度的，旅游的過度開發會引發許多環境、經濟問題和社會矛盾，縮短旅游區的生命周期，從而影響區域旅游的可持續發展，它客觀上存在著一個容量的極限值或最適值，這就是旅游承載力。”④生態承載力中的物質與環境是不可分割的，這在探討旅游承載力過程中亦同樣重要。如崔鳳軍等從影響旅游環境承載力的社會與文化環境、社會與心理環境、生態與經濟環境等諸因子入手分析，提出旅游環境承載力的概念⑤。劉玲則從旅游環境承載力的綜合性（包括飯店接待能力、交通運輸能力、旅游物質和能源供應能力、旅游景點納污能力等）、復雜性（包括物質、生態、心里、經濟等方面的內容，同時涉及多類學科的交叉）、層次性和可調節性等幾個方面進行探討，將其細分為游覽環境承載力、生活環境承載力、旅游用地承載力、自然環境納污力等幾個單項，分別進行研究⑥。也有學者進一步提出生態旅游承載力概念，認為其是在生態承載力的基礎上加上旅游層面的影響因素而發展出來的⑦。

根據WTO1999年的統計數據，在全世界的十大產業內，旅游出口創匯額達5550億美元，超過世界領先行業，如汽車、化工、食品、燃料、計算機和辦公設備等⑧。擁有豐富旅游資源的國家、區域或某地，在旅游熱浪潮的推動下取得了令人矚目的經濟效益。然而旅游活動對自然資源的消耗和對生態系統的破壞，也造成了不可估量的損失。在這個大趨勢和挑戰領域，各國學者進行了大量研究，以期既實現增加經濟效益使貧窮的國家、地區富裕起來的目的，又最大限度的減少其對環境、生態的負面影響。如美國學者內托（F. Neto）充分肯定了旅游業帶來的收益、就業、財富等積極影響，并詳細闡述了減少環境影響的可持續方法⑨。利姆（C. C. Lim）等學者通過選取經濟影響、環境影響、社會態度和影響、政策、技術水平和旅游者等各類指標，建立了多功能互動循環模型，用于優化旅游者和當地社會的關系①。陳瑞秋（R. J. Chen）通過建立島嶼旅游業的多維模型，結合定性和定量方法對島嶼旅游業進行了研究②。還有學者以環境、社會和基礎設施為評價參數，研究了菲律賓長灘島（Boracay Island）的旅游承載能力，提出對一個旅游地進行研究時可以考慮以下五個主要參數：物質承載（包括地下水質、水量承載力，海水水質承載力，土地承載力，污水和物體廢物的承載力等）、旅游者觀念（比如擁擠，會造成旅游者對所有的海灘都會有同樣的不適感）、當地居民觀念、交通（航空航海承載力和道路系統和車輛承載力）和政府（地方、區域政府）③。在國外，旅游資源承載力的研究同樣經常被納入可持續發展框架。如喬伊（H. Choi）等學者為了研究區域旅游業的發展，結合可持續發展框架，利用38個研究人員用修訂過的Delphi方法，選取125個評價指標進行調查，將評價指標歸納為政策指標（32個）、社會指標（28個）、生態指標（25個）、經濟指標（24個）、技術指標（3個）和文化層面指標（13個）④。Delphi應用研究方法較具客觀性，代表了同行業內專家在沒有相互交流的情況下的一致性觀點。

三、生態承載力的評價體系

隨著經濟社會的發展和生活方式的轉變，人與景觀資源的關系呈現出消耗（污染）和被消耗（污染）的矛盾關系，以及人類對物質需求的增加與生態系統供給之間的矛盾關系。然而一切的污染問題和人與自然的供需矛盾，歸根結底是行為主體沒有充分利用現代科技，或未進行科學合理的規劃景觀資源而導致的。正是因為這些問題的凸顯，生態承載力理論隨之出現和發展并發揮了積極作用。根據研究生態承載力的不同類型和歷史發展過程，總體上承載力研究類型是隨著新問題的出現而出現，評價模型也從簡單到復雜，評價指標的選取也趨于科學合理。為更好地利用景觀學理論解決空間、資源問題，下文將對生態承載力評價模型、評價指標、支撐技術進行總結與展望。

（一）評價模型

評價模型是針對出現的具體問題，通過數學手段進行定性、定量模擬計算，皆在利用科學邏輯解釋問題、分析發展規律和預測發展趨勢。在生態學領域中，最早建構的經典模型是描述了種群數量自然增長受環境承載力總量的限制狀態的Logistic模型①。1992年提出的生態足跡模型，通過人類消耗的所有物質能源以及由人類產生的廢物總量轉化為一定的生物生產性土地面積，計算消耗的土地面積與現存的土地面積之差，可得出研究對象的生態承載力狀態是盈余或不足。該方法曾被眾多學者應用，并得出了較直觀的研究結果②。在水資源評價模型方面，余衛東等人分別探討了背景分析、常規趨勢、模糊綜合評判、主成分分析、系統動力學和多目標決策等問題，并詳細說明了各自的優缺點③。不同的評價模型具有互補性。當用于解決具體問題時，由于遇到問題的類型不同、研究資料多寡以及研究手段的差異，決定了適用不同的評價模型。以森林承載力為例，其研究可追溯到20世紀90年代初，在計算模型上基本是按照統計資料進行簡單的加減換算。在隨后的研究中，有學者用森林承載指數（Forest Carrying Index）來評價區域森林承載力是否超載④。狀態空間模型為生態承載力研究提供了一種研究思路，如楊志峰等人提出基于系統健康的生態承載力評價方法，使用狀態空間概念模型模擬承載力要素之間的關系⑤。在森林承載力的研究中，狀態空間模型可用于描述森林生態承載力要素之間的相互關系⑥。承載力的評價模型總是發展的，只有數學、生態學、環境科學、社會學和經濟學等多學科之間的相互交融，才有可能引入新的模型，并發展和校正現有模型。

（二）評價指標

生態承載力評價指標在評價研究過程中非常關鍵，許多研究成果往往因為不恰當、錯選、漏選和重復選擇（相互包含）評價指標，而造成評價結果的不客觀甚至錯誤。根據生態承載力評價的眾多研究，在選取評價指標上有從少至多、從片面向全面、從單一到綜合這類趨勢發展。吳基科（K. Oh）等學者在對韓國漢城城市承載力進行研究時，建立了城市承載力評價系統（UCCAS），并以GIS為技術支持，在由城市承載力組成的四個部分中選取了7個具體指標⑦。利姆（C. C. Lim）等人在優化島嶼旅游業的研究中，選用了四大因素的15個具體指標⑧。在對水資源承載力的研究中，其評價指標體系也發生了很大變化。如王友貞等學者圍繞水資源承載力的核心問題——承載力評價指標體系，從承載指數和協調指數兩個綜合指標中選取了共計38個單項指標⑨。由此可以看出，其評價結果相對來說更為客觀合理，但其數據的獲取和處理會相對復雜一些。在森林承載力評價指標體系的發展上也存在相應的發展趨勢。最早研究該問題的吳靜和選取了4項評價指標⑩，徐德成分別選取了4項及5項評價指標①，張健等人選取了7項評價指標，李瑞選取了4項評價指標，歐陽勛志在經濟指標、生態指標和社會指標這三個維度中共選擇了17個單項指標，王李進在森林結構需求、森林功能需求、經濟發展需求和社會發展需求中選擇了18個指標②。由此可見，對森林承載力評價指標的研究呈現從單一森林產品供給轉向涵蓋生態防護、環境效益和產品供給等多種功能的發展過程。

（三）支撐技術

由于生態承載力評價的復雜性和動態性，一定歷史時期的單目標技術承載力階段已經過去，承載力大小是承載體與承載對象相互作用的動態過程，多目標決策系統的設計和應用將成為解決這一問題的方法③。在研究資料的獲取和分析方面，RS和GIS技術可以為其提供支持④。遙感技術主要可用來獲取地面信息，特別是對近年來高分辨率衛星影像的應用，通過人工判讀結合實際調查將遙感數據解譯分類。對土地類型分類、土地利用變化等基本信息的提取，可作為土地承載力研究、城市承載力研究和森林承載力等研究的基礎數據源。在生態承載力的研究中，GIS技術主要用于數據的輸入、儲存和輸出，不同數據格式的轉換以及空間分析等，并發揮著決策支持的功能⑤。在較大尺度上的景觀空間格局研究中，FRAGSTATS技術可以提供定量化的景觀結構分析⑥。GIS技術在生態承載力應用上已進行了一些研究。如陳天樂等人運用GIS對上海崇明島區的生態承載力進行了分析，對研究所用到的統計數據和調查點數據利用Kriging內插法進行柵格化處理，在空間分析模塊中的柵格計算器輸入數學模型即可分析生態承載力的區域分異⑦。約翰遜（S. Johnson）等利用遙感數據、統計數據和GIS技術對影響環境和軍事用地承載力的因素進行了分析，以期得到一種既降低軍事用地維護費用，又減少對環境影響的優化方案①。總之，以計算機為平臺的信息技術，為各個領域的科學研究帶來了便利，同時又開拓了一些新的研究領域②。在解決實際問題時，需要合理利用這些技術為研究服務。

四、小結

在人類自然屬性的立場上，地球僅僅是提供人類生存、發展所必須的物質、能量與空間的載體。從社會學角度看，人類社會的生存與發展應該是可持續性的，當代人的生存和發展不應該以犧牲后代的利益為代價。衡量人類社會是否可持續發展，生態承載力可作為一個科學的量化工具。本文在追溯經典生態學理論的基礎上，挖掘并整理了生態承載力的起源與發展脈絡，又系統歸納了生態承載力研究的分類和評價體系。在景觀資源整合的背景下，本研究可為景觀規劃、空間規劃、土地規劃以及自然資源利用提供理論參考和決策依據。

責任編輯：王俊暐 徐 敏