基于指標體系法的西安市生態承載力評價

楊雨露

(長安大學土地工程學院，陜西 西安 710064)

引言

在生態文明的大背景下，人們更加關注對生態破壞與可持續承載能力的思考，關注“自然-經濟-社會”復合生態系統[1]發展的可持續性。生態承載力可以作為研究經濟發展與生態系統之間關系的重要工具，生態承載力評價是對復合生態系統綜合評估的重要手段。

西安市位于渭河流域中部關中盆地，是我國西北地區最大的中心城市，連接東西貫通南北，區位優勢明顯，產業基礎雄厚。然而近年來，西安市經濟迅速發展、城鎮規模急劇擴大、人口壓力不斷增加，所帶來的資源消耗、環境污染、生態破壞等問題也亟待解決。本文結合西安市相關情況，利用熵值法確定評價指標權重，利用綜合指標評價法對2010—2020年西安市生態承載力狀況進行評價，并提出幾點改善西安市生態承載狀況的對策建議。

1 研究基礎

國外學者對生態承載力的研究起步較早。1986年，Holling將生態承載力的概念引入生態學研究中，認為生態承載力要充分考慮生態系統所能提供的所有生態功能[2]。國內關于生態承載力的研究始于20世紀90年代初。國內外學者在對生態承載力的研究過程中，研究對象從單個資源要素(如土地資源、水資源等)逐漸趨于多元化，研究方法由靜態分析逐漸轉為動態分析，并向模擬預測的方向發展。但關于生態承載力的研究目前仍未形成完整的研究體系，對生態承載力的概念界定仍然百家爭鳴，也尚未構建起通用的標準方法體系[3]，對于單個資源要素、環境和狹義上的生態承載力研究仍然占據主流；對于生態承載力動態演化與預測研究不夠深入。

由于研究領域的不同，學者們對生態承載力的定義也不盡相同。主流觀點認為，生態承載力是指在一定時空范圍內，生態系統在自我調控范圍內所能夠最大限度地容納的人口與人類社會經濟活動的強度[4]。目前關于生態承載力的內涵包括2個層面：自然子系統的自我調節和恢復力以及資源環境子系統的供容能力，屬于生態承載的支持部分；經濟社會子系統的發展能力，屬于生態承載的壓力部分[5]。

本文將生態承載力內涵進一步概括為3個方面：自然生態系統的自我調節和恢復能力，包括自然氣候、水文、植被等自然特征；人類活動對生態系統的壓力，包括人口壓力、人類活動造成的資源消耗、環境污染等[6]；社會支撐能力，包括經濟社會的資源環境供容能力和人類主觀改善生態環境的活動等。此外，自然生態系統的自我調節和恢復能力還是將人類活動對系統的壓力和經濟社會對系統支撐能力有機結合的中間力量。基于此，本文將生態承載力進行分解，得到自然恢復力、人類活動壓力和社會支撐力。

2 數據來源與處理

本文以西安市作為評價單元，主要是以各項指標數據作為生態承載力評價分析來源。本文研究數據主要取自《西安市統計年鑒》(2011—2021年)，另有部分數據取自《西安市國民經濟和社會發展統計公報》(2011—2021年)以及政府統計網站上的部分數據。部分原始數據是經過簡單計算之后使用的，如水域面積率、人均公園綠地面積、節能環保支出占比等。指標閾值參考《陜西省“十三五”生態環境保護規劃》、《西安市土地利用總體規劃(2006—2020年)調整完善方案》、《西安市城市總體規劃(2008—2020年)》、國家環境保護模范城市考核指標、《西安市國民經濟和社會發展第十三個五年規劃綱要》以及成都、杭州、武漢、南京、長沙等城市的統計數據。運用極差法和熵值法等方法進行基礎數據的處理和指標權重的計算。

3 評價過程

3.1 體系構建

西安市生態系統是包含了自然、經濟和社會等多重屬性的復合生態系統，不能用單個或少數幾個指標進行簡單評價。為了把生態承載力這一綜合目標與具體定量指標聯系起來，本文采用分層次、分級別的方式來確定評價體系。最終確定的西安市生態承載力綜合評價指標體系由目標層、系統層、要素層和指標層4級結構組成，自上而下、逐層包含。

本文通過對相關文獻進行歸納研究[7-9]，依據科學性與全面性、可取性與可行性、代表性與獨立性、動態性與穩定性相結合的原則，通過頻數統計選取出頻率較高的指標數據，再結合西安市實際情況及收集到的數據進行適當的篩選，最終確定22個指標，構建出西安市生態承載力評價指標體系，如表1所示。

3.2 閾值篩選

本文從區域可持續發展的角度，參考區域的發展規劃目標、國家規定的標準以及其他城市統計數據，結合研究區域的現實情況和真實數據，主要運用文獻資料法、發展趨勢法、平均值法等方法最終篩選出各指標閾值，如表2所示。

表1 西安市生態承載力綜合評價指標體系

表2 西安市生態承載力綜合評價指標閾值及參考來源

3.3 權重確定

本文采用熵值法來確定指標權重。運用熵值法進行賦值可以排除一定的主觀因素，使得評價結果的可信度和精確度較高。

本文所構建的評價指標體系中的指標層次復雜，各指標所屬不同領域，度量單位也有所不同，很難建立起統一的評價原則。因此，在確定指標權重時，首先要將評價指標標準化。在本文中用于標準化的方法是極差法，計算公式：

(1)

(2)

式中，i為指標數，i=1，2，…，m；j為年份，j=1，2，…，n；x′ij、xij為第j年第i項指標的標準值與實際值；ximax為第i項指標的最大值；ximin為第i項指標的最小值。

計算指標的比重，計算公式：

(3)

式中，Yij為第j年第i個指標的比重。

計算指標的熵值，計算公式：

(4)

式中，ei為第i個指標的信息熵，0≤ei≤1。

計算指標的差異系數，計算公式：

di=1-ei

(5)

式中，di代表指標差異系數，其值越大，代表指標越重要。

計算得出指標的權重，計算公式：

(6)

式中，Wi為第i個指標的權重。

經計算，西安市生態承載力評價指標權重如表3所示。

表3 評價指標權重表

3.4 分值計算

3.4.1 自然恢復力系統層

自然恢復力計算公式：

(7)

3.4.2 人類活動壓力系統層

人類活動壓力計算公式：

(8)

3.4.3 社會支撐力系統層

社會支撐力表達式：

(9)

3.4.4 生態承載力目標層

本文根據研究區域3個系統層的評價分值，對生態承載力進行計算，公式：

(10)

式中，ECC表示評價地區的生態承載力的綜合分值；Bi表示各系統層的評價結果；Wi為對應的權重。

4 評價結果

4.1 分值計算結果

根據前文建立的評價體系和系統層評價分值計算公式，計算得到西安市2010—2020年自然恢復力、人類活動壓力、社會支撐力情況，如表4所示。

仍采用熵值法對系統層進行權重計算，得到自然恢復力權重為0.3378，人類活動壓力權重為0.3340，社會支撐力權重為0.3282。最終得出西安市2010—2020年生態承載力綜合分值，結果如表5所示。

表4 2010—2020年系統層分值表

表5 2010—2020年西安市生態承載力綜合分值表

根據指標閾值，計算出理想狀態下，自然恢復力理想分值為0.4555，人類活動壓力理想分值為0.4244，社會支撐力理想分值為0.6602，生態承載力理想分值為0.5132。

4.2 評價結果分析

測算得到的承載力在0～1，數值越大代表生態承載力越大，復合生態系統狀態越好；數字越小代表生態承載力越小，生態系統狀態越差。實際承載力高于理想承載力，代表生態系統生態承載力處于富余狀態；實際承載力低于理想承載力，代表生態系統生態承載力處于超載狀態。

4.2.1 自然恢復力波動較大

2010—2020年，西安市自然恢復力波動較大，近5a基本呈上升趨勢。其中，2011年、2014年、2019年、2020年的自然恢復力遠高于理想值，生態系統的自我調節和恢復能力良好；2010年、2015—2018年自然恢復力均低于理想值，生態系統的自我調節和恢復能力較差。在自然恢復力評價的5項指標中，指標權重較大的是林地覆蓋率(權重0.2726)和水域面積率(權重0.2371)，自然恢復力變化趨勢也與這2個指標的變化趨勢大體一致，充分顯示了林地和水域在西安市自然生態系統中所占有的重要地位，也體現出西安市林域廣闊，水網密集的自然特征。然而林地面積的減少以及水域面積的變化，導致近年來西安市自然恢復力產生大幅波動，所以需要重點加強對林地和水域的保護。

4.2.2 人類活動壓力呈下降趨勢

西安市2010—2020年間人類活動壓力總體呈現下降趨勢，然而這并不意味著壓力的減弱，反而體現了系統壓力增大而抗壓能力減弱，說明人類生產生活對生態系統產生了一系列不利影響，并且這些不利影響還在進一步擴大。其中，2010—2016年的人類活動壓力高于理想值，人類活動對生態承載力的正面作用較大；2017—2020年人類活動壓力低于理想值，人類活動對生態承載力的負面影響較大。對于該系統層，每公頃耕地化肥施用量(權重0.1933)、人口自然增長率(權重0.1560)以及規模以上工業企業綜合能源消費量(權重0.1564)這幾項指標權重較大，且基本呈逐年遞增趨勢，反映出西安市農業化肥污染、人口增長壓力、工業能耗情況不容樂觀，系統對人類活動的抗壓能力在不斷下降。

圖1 2010—2020年西安市自然恢復力、人類活動壓力、社會支撐力及生態承載力變化曲線圖

4.2.3 社會支撐力呈上升趨勢

2010—2020年間，西安市社會支撐力整體呈逐步上升趨勢，說明西安市的資源供給、環境納污能力不斷增強，社會經濟不斷發展進步。其中，2019年、2020年的社會支撐力高于理想值，代表復合生態系統生態承載的社會支撐狀態良好；2010—2018年社會支撐力低于理想值，代表復合生態系統生態承載的社會支撐狀態略差。在社會支撐力評價中，指標權重最大的是自來水供應量(權重0.2005)，污水處理率(權重0.1476)次之，工業固廢綜合利用率(權重0.0649)最小，其余指標權重占比不分伯仲，說明對于西安市而言，在支撐力層面，水資源的供應、水環境的治理十分重要。近11a年間，西安市自來水供應量、人均公園綠地面積、污水處理率、人均GDP、第三產業占GDP比重以及節能環保支出占比都大致呈上升趨勢，而人均糧食占有量、工業固廢綜合利用率呈下降趨勢，社會支撐力整體呈現上升趨勢。

4.2.4 生態承載力小幅波動

在自然恢復力大幅波動、系統對人類活動的抗壓能力減弱(人類活動壓力增大)、社會支撐力上升的綜合作用下，生態承載力整體呈現圍繞理想值小幅波動的趨勢。這說明近年來在自然生態系統的調節之下，西安市人類活動壓力與社會支撐力大致抵消。這種結果意味著西安市在兼顧經濟發展的同時也沒有忽略生態環境，使得整個復合生態系統呈現較為穩定的狀態。

5 對策建議

通過對西安市生態承載力的評價分析，得出近年來西安市生態承載力水平整體呈現圍繞理想值小幅波動的趨勢。綜合上文的分析結果，需要重點關注西安市林地資源、水環境、人口壓力以及工業能耗等方面的情況，為了西安市的可持續發展，提出以下幾項對策建議：應盡快構建生態承載力監測平臺及預警機制；嚴格管控建設用地，保護生態用地，尤其是秦嶺山林、“八水”水域等重點區域；控制人口數量，合理疏導人口分布，提高人口素質。