摘要：21世紀(jì)是城市飛速發(fā)展的世紀(jì)，環(huán)境問題是城市問題的主題和核心。近年來，武漢市經(jīng)濟(jì)增長呈現(xiàn)了良好的態(tài)勢，但是該市的環(huán)境污染與生態(tài)破壞問題卻日益威脅到了該市的經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展。本文試圖對武漢市環(huán)境承載力進(jìn)行研究，闡述其資源利用與環(huán)境影響之間系列問題的數(shù)量關(guān)系，以期獲得關(guān)于該市環(huán)境承載力的科學(xué)結(jié)論，為政府部門解決武漢市生態(tài)環(huán)境問題提供科學(xué)的決策依據(jù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)境承載力；生態(tài)承載力；可持續(xù)發(fā)展；武漢市

中圖分類號：F061．5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-0544(2006)01-0072-06

一、生態(tài)承載力與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展

生態(tài)系統(tǒng)如同人的生命系統(tǒng)一樣具有自我維持和調(diào)節(jié)的功能。在不受外界干擾與人為干擾的情況下，這一系統(tǒng)可以保持自我平衡的狀態(tài)。這是生態(tài)學(xué)上所定義的穩(wěn)態(tài)。但是，當(dāng)系統(tǒng)受到干擾，并且這種干擾超過它的自我調(diào)節(jié)與維持力的范圍時(shí)，系統(tǒng)就開始瓦解、系統(tǒng)內(nèi)的平衡就難以維持下去了。要使生態(tài)環(huán)境不發(fā)生劇烈變化和不超過波動(dòng)范圍的話，則外界壓力不應(yīng)超過生態(tài)系統(tǒng)的自我維持和調(diào)節(jié)的范圍。否則，系統(tǒng)將會衰竭與死亡。因此，人類的任何社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)，必須在生態(tài)系統(tǒng)的承載范圍之內(nèi)而不能超過生態(tài)系統(tǒng)的承載限值。人類社會世代的繁衍生息必須在生態(tài)系統(tǒng)平衡與完整、自然資源可持續(xù)供給與利用、自然環(huán)境可持續(xù)維持與調(diào)節(jié)的基礎(chǔ)之上。

盡管學(xué)者們和一些研究機(jī)構(gòu)對于可持續(xù)發(fā)展究竟應(yīng)該建立在怎樣的生態(tài)承載力基礎(chǔ)之上沒有得到一致的認(rèn)識，并且他們在不同的場合通常從不同的側(cè)面表述承載力的意義，^①是，生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展的相互關(guān)系已經(jīng)日益得到了學(xué)者們的肯定與重視。生態(tài)承載力和可持續(xù)發(fā)展的概念的提出都是在人類改造自然、征服自然，但是自然條件對人類發(fā)展產(chǎn)生限制作用時(shí)提出的。在人類面臨糧食危機(jī)、土地日趨緊張的背景下，科學(xué)家們提出了土地承載力的概念；在資源衰竭、人口增長、環(huán)境污染的背景下，科學(xué)家們又提出了生態(tài)承載力的概念。與此同時(shí)，可持續(xù)發(fā)展概念也應(yīng)運(yùn)而生。因此，生態(tài)承載力與可持續(xù)發(fā)展一脈相承。可持續(xù)發(fā)展解決的核心問題是人口、資源與環(huán)境的問題，而生態(tài)承載力要解決的也是這些問題。當(dāng)然，兩者考慮的角度不同。承載力根據(jù)自然資源與環(huán)境的實(shí)際承載能力確定人口、資源與環(huán)境同經(jīng)濟(jì)社會協(xié)調(diào)發(fā)展的速度，而可持續(xù)發(fā)展側(cè)重從人類社會的代際公平和代際傳承等長遠(yuǎn)、廣闊的角度觀察人類活動(dòng)與稀缺的自然環(huán)境、資源之間的存續(xù)關(guān)聯(lián)。我國學(xué)者高吉喜確切地表述了生態(tài)承載力以及其與可持續(xù)發(fā)展與之間的關(guān)系：生態(tài)承載力是指生態(tài)系統(tǒng)的自我維持與調(diào)節(jié)能力，資源與環(huán)境子系統(tǒng)的供容能力及其維持的社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)強(qiáng)度和具有一定生活水平的人口數(shù)量。在兩者的關(guān)系方面，可持續(xù)發(fā)展是目標(biāo)，人口是紐帶，承載力是可持續(xù)發(fā)展的基石。紐帶作用發(fā)揮得當(dāng)，則可以構(gòu)成良性循環(huán)，其結(jié)果是基石更穩(wěn)、發(fā)展更快，反之則基石破碎，發(fā)展停止或倒退，因此，可持續(xù)發(fā)展與承載力之間相輔相成，不可分割。

生態(tài)承載力主要由資源承載力、環(huán)境承載力和生態(tài)彈性力構(gòu)成。資源承載力是生態(tài)承載力的基礎(chǔ)條件，環(huán)境承載力是生態(tài)承載力的約束，生態(tài)彈性力是生態(tài)承載力的支持條件。然而，自然資源的開發(fā)利用已經(jīng)引起了環(huán)境的變化，人類在消耗自然資源的同時(shí)排放了大量的廢物，而環(huán)境對廢物的容量是有限的，人類排放的廢物總量不可以超過環(huán)境的自凈能力。因此，對環(huán)境的自凈容量允許范圍進(jìn)行研究，這是明晰區(qū)域生態(tài)承載力的重要過程，也是解決環(huán)境對經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展過程起約束作用問題的具體內(nèi)容。環(huán)境作為資源利用過程發(fā)生和發(fā)生之后的整體系統(tǒng)，其自凈容量的改變直接反映了資源消耗的程度和因此而導(dǎo)致的生態(tài)系統(tǒng)可能產(chǎn)生的彈性承載力的改變?？傮w而言，科學(xué)明確地對區(qū)域環(huán)境承載力進(jìn)行了評價(jià)，那么該區(qū)域內(nèi)的生態(tài)承載力大小就可以得到判斷。本文試圖以環(huán)境承載力作為研究的對象，對武漢市區(qū)域經(jīng)濟(jì)與社會發(fā)展現(xiàn)狀進(jìn)行考察，以期得到關(guān)于該地區(qū)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展現(xiàn)狀的科學(xué)認(rèn)識。

二、區(qū)域環(huán)境承載力的內(nèi)涵及其在中國的研究進(jìn)展

早期的承載力研究首先與生態(tài)學(xué)的發(fā)展密切相關(guān)。1921年，帕克和伯吉斯就在有關(guān)的人類生態(tài)學(xué)雜志中，提出了承載力的概念。即“某一特定環(huán)境條件下(主要指生存空間、營養(yǎng)物質(zhì)、陽光等生態(tài)因子的組合)，某種個(gè)體存在數(shù)量的最高極限。”后來這一術(shù)語被應(yīng)用于環(huán)境科學(xué)中，便形成了“環(huán)境承載力”的概念。張慧勤(1993)、鄧春郎(1997)認(rèn)為，環(huán)境承載力是指環(huán)境對污染的容納能力，即通常所說的環(huán)境容量，這被視為狹義的環(huán)境承載力的概念。彭再德(1996)指出。環(huán)境承載力是指某一時(shí)期、某種環(huán)境狀態(tài)下，環(huán)境對人類社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)支持能力的閥值。高吉喜(2001)將環(huán)境承載力定義為，一定生活水平和環(huán)境質(zhì)量要求下在不超過生態(tài)系統(tǒng)彈性限度條件下環(huán)境子系統(tǒng)所能容納的污染物數(shù)量以及可支撐的經(jīng)濟(jì)規(guī)模與相應(yīng)的人口數(shù)量。當(dāng)然，需要強(qiáng)調(diào)的是，環(huán)境承載力與環(huán)境容量是兩個(gè)相互區(qū)別的概念。環(huán)境容量與環(huán)境承載力是兩個(gè)不同的概念。環(huán)境容量是指在人類生存和自然不致受害的前提下，某一環(huán)境所能容納的污染物的最大負(fù)荷量。環(huán)境容量只反映環(huán)境消納污染物的一個(gè)功能，環(huán)境承載力在此基礎(chǔ)上全面表述環(huán)境系統(tǒng)對人類活動(dòng)的支持功能。

自然環(huán)境承載力是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，其承載力是自然環(huán)境的屬性，與自然資源的稀缺和環(huán)境容量的有限性緊密相關(guān)，因此就要求要根據(jù)自然環(huán)境條件來確定人類活動(dòng)的方向、規(guī)模和速度。一般來講，自然環(huán)境系統(tǒng)具有一定的自我調(diào)節(jié)能力，因而使自然環(huán)境系統(tǒng)具有較強(qiáng)的穩(wěn)定性。但是，當(dāng)人類活動(dòng)對自然環(huán)境系統(tǒng)的作用超過一定的限度時(shí)，自然環(huán)境系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能就會發(fā)生質(zhì)的變化，它將反過來危及人類的生存與可持續(xù)發(fā)展。

工業(yè)化使得自然、經(jīng)濟(jì)、社會正越來越緊密地聯(lián)結(jié)為一個(gè)有序運(yùn)動(dòng)的統(tǒng)一整體，當(dāng)代環(huán)境的含義已超越了自然界線，具有了經(jīng)濟(jì)、社會與技術(shù)等特點(diǎn)。因此，從區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的角度理解環(huán)境承載力的概念和內(nèi)涵，不能只考慮區(qū)域自然生態(tài)環(huán)境所固有的自然環(huán)境承載能力，也要充分考慮由人類經(jīng)濟(jì)社會活動(dòng)所產(chǎn)生的人工生態(tài)環(huán)境的環(huán)境承載力。人類所依存的環(huán)境就成為自然生態(tài)環(huán)境和由經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展所形成的人工生態(tài)環(huán)境(如城市生態(tài)環(huán)境、水利工程生態(tài)環(huán)境等)的復(fù)合環(huán)境系統(tǒng)，其環(huán)境承載力就成為這兩種環(huán)境系統(tǒng)的復(fù)合承載力。

對于區(qū)域環(huán)境承載力研究，彭再德明確了區(qū)域環(huán)境承載力的概念、研究對象和研究內(nèi)容等。他認(rèn)為：區(qū)域環(huán)境承載力是指在一定的時(shí)期和一定的區(qū)域范圍內(nèi)，在維持區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)不發(fā)生質(zhì)的改變，區(qū)域環(huán)境功能不朝惡性方向轉(zhuǎn)變的條件下，區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)所能承受的人類各種社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的能力，它可看作是區(qū)域環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的適宜程度的一種表示。區(qū)域環(huán)境承載力具有客觀性和可變性雙重性。對某一區(qū)域來說，在某一時(shí)段內(nèi)它的環(huán)境承載力是客觀存在的量：同時(shí)，區(qū)域環(huán)境承載力會隨著科技的進(jìn)步以及人們對環(huán)境質(zhì)量的不同要求而變化。

區(qū)域環(huán)境承載力的研究包括：區(qū)域環(huán)境承載力指標(biāo)體系；區(qū)域環(huán)境承載力大小表征模型及求解；區(qū)域環(huán)境承載力綜合評估；與區(qū)域環(huán)境承載力相協(xié)調(diào)的區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的方向、規(guī)模和區(qū)域環(huán)境保護(hù)規(guī)劃的對策措施等。區(qū)域環(huán)境承載力的量化研究是區(qū)域承載力理論研究的深入，而建立合理的指標(biāo)體系又是量化研究的基礎(chǔ)。目前區(qū)域環(huán)境承載力的量化研究主要是對指標(biāo)體系的研究。彭再德把指標(biāo)體系中的指標(biāo)因子分為兩類：一類是發(fā)展類變量指標(biāo)因子，即對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)活動(dòng)起支持作用的環(huán)境資源條件，通常用這些環(huán)境資源條件的可開發(fā)利用量來描述；另一類是限制類變量指標(biāo)因子，即對區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展起限制作用的區(qū)域環(huán)境條件指標(biāo)，通常用社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展規(guī)模的大小來描述。在此基礎(chǔ)上作者建立了各項(xiàng)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度模型及各項(xiàng)指標(biāo)的灰色預(yù)測模型，并且應(yīng)用它對上海市浦東新區(qū)區(qū)域環(huán)境承載力進(jìn)行了分析研究。

劉殿生以秦皇島市為例，探討了城市資源與環(huán)境承載力的基本概念及計(jì)算方法。他采用專家咨詢法針對5個(gè)要素：大氣、水質(zhì)、生物、水資源、土地資源分別選取了發(fā)展變量和制約變量組成發(fā)展變量集和制約變量集，然后將發(fā)展變量集的單要素與相對應(yīng)的制約變量集中的單要素相比較，得到單要素環(huán)境承載力，再將各要素進(jìn)行加權(quán)平均，即得到資源與環(huán)境綜合承載力值。

當(dāng)然，環(huán)境承載力指標(biāo)與經(jīng)濟(jì)開發(fā)活動(dòng)、環(huán)境質(zhì)量狀況之間的數(shù)量關(guān)系本身是非常復(fù)雜的、很難確定的。另外，所選取的指標(biāo)不僅與人類的經(jīng)濟(jì)活動(dòng)有關(guān)，而且還受到許多偶然因素的影響。這些都給環(huán)境承載力的研究帶來了一定困難。目前，對環(huán)境承載力科學(xué)性和普遍性的量化研究仍未有突破性進(jìn)展。人們一般是針對某一具體的區(qū)域來進(jìn)行環(huán)境承載力的量化研究。

在湄洲灣的環(huán)境規(guī)劃研究中，研究人員采用 來表示第j個(gè)地區(qū)環(huán)境承載力的相對大小。式中E^ij是進(jìn)行歸一后的第i個(gè)環(huán)境因素第j個(gè)地區(qū)的環(huán)境承載力。

洪陽等人還提出可持續(xù)環(huán)境承載力兩種計(jì)量模型：

(1)人口、經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境承載力模型(P—E—R)。該模型表示在某區(qū)域內(nèi)，以PP表示現(xiàn)實(shí)的人口數(shù)量；ES表示社會經(jīng)濟(jì)技術(shù)人口容量；RE表示自然經(jīng)濟(jì)人口容量。那么，ES等于經(jīng)濟(jì)發(fā)展指標(biāo)總量除以一定標(biāo)準(zhǔn)下的人均經(jīng)濟(jì)指標(biāo)；RE等于自然資源擁有總量除以一定標(biāo)準(zhǔn)下的人均資源占有量；人口經(jīng)濟(jì)承載力指數(shù) ，人口資源承載力指數(shù) 。當(dāng)e

(2)可持續(xù)環(huán)境承載力(CCS模型)。可持續(xù)環(huán)境承載力ECCS=F(R_s，P_s，N_s)其中，R_s為不可再生資源的替代技術(shù)開發(fā)能力和可持續(xù)利用量；P_s為污染物允許排放量、環(huán)境納污能力、可再生資源的持續(xù)利用量；N^s為環(huán)境無害經(jīng)濟(jì)技術(shù)體系，如清潔生產(chǎn)工藝、生態(tài)農(nóng)業(yè)技術(shù)等。

環(huán)境系統(tǒng)是由各個(gè)環(huán)境要素子系統(tǒng)組成的，因此環(huán)境承載力與環(huán)境要素承載力的研究密切相關(guān)。目前環(huán)境要素承載力研究有：土地資源承載力、礦產(chǎn)資源承載力、城市水環(huán)境承載力、大氣環(huán)境承載力研究等。其中最深入的是土地資源承載力研究。

中國科學(xué)院綜合考察委員會對土地資源人口承載力的定義為在一定生產(chǎn)條件下土地資源的生產(chǎn)能力和一定生活水平下所承載的人口限度。這一定義明確了土地承載力生產(chǎn)條件、土地生產(chǎn)力、人的生活水平和被承載人口的限度等四個(gè)要素。

國內(nèi)計(jì)算土地承載力的方法主要有經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头?、遙感方法、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)方法等。經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ头ㄖ饕ǎ宏悋蠝y算我國生物生產(chǎn)量時(shí)所采用的邁阿密模型；周白、鄭劍非在內(nèi)蒙古武川旱農(nóng)實(shí)驗(yàn)區(qū)自然降水生產(chǎn)潛力的研究中采用的瓦赫寧根法、聯(lián)合國糧農(nóng)組織農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域項(xiàng)目研制的模式：農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域(AEZ)法；聶慶華、戴進(jìn)分別進(jìn)行的陜西省洛川縣土地生產(chǎn)潛力及人口容量研究；陜北黃土高原土地生產(chǎn)力與人口適宜容量研究采用的模式：Doorenbos模型等。徐強(qiáng)(1998)認(rèn)為，礦產(chǎn)資源的承載力主要是指在可以預(yù)見的時(shí)期內(nèi)，通過利用礦產(chǎn)資源，在保證正常的社會文化準(zhǔn)則的物質(zhì)生活條件下，用直接或間接的方式表現(xiàn)的資源所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量。他還以湖南省鐵礦資源的承載能力為例，從資源人口承載能力和資源經(jīng)濟(jì)承載能力兩個(gè)方面對礦產(chǎn)資源承載能力分析方法進(jìn)行了研究。王玉平則建立了礦產(chǎn)資源人口承載力分析的指標(biāo)體系與計(jì)算模型，并對現(xiàn)有資源和預(yù)測資源的人口承載力進(jìn)行了定量計(jì)算和分析；預(yù)測了2000年、2010年的礦產(chǎn)資源人口承載數(shù)量。

城市水環(huán)境承載力崔鳳軍采用系統(tǒng)研究方法，對城市水環(huán)境承載力的概念、實(shí)質(zhì)、功能及定量表達(dá)方法做出了分析，他認(rèn)為：城市水環(huán)境承載力是指某一城市、某一時(shí)期內(nèi)在某種狀態(tài)下的水環(huán)境條件對該區(qū)域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生活需求的支持能力，它是該區(qū)域水環(huán)境系統(tǒng)結(jié)構(gòu)性的一種抽象表示方法。它具有時(shí)空分布上的不均衡性和客觀性、變動(dòng)性和可調(diào)性的特征。作者選擇了8個(gè)變量指標(biāo)構(gòu)建了水環(huán)境承載力，利用系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模擬手段進(jìn)行了實(shí)證研究，利用水環(huán)境承載力指數(shù)變化對擬定的調(diào)整策略變量做出了預(yù)測、優(yōu)化。王民良對大氣環(huán)境承載能力的理解局限在大氣環(huán)境對污染物的消納能力。他認(rèn)為，在一定標(biāo)準(zhǔn)下，某一環(huán)境單元大氣所能承納的污染物最大排放量。他以SO_[11]為代表污染物，對上海市的現(xiàn)有大氣污染源進(jìn)行歸類，應(yīng)用大氣擴(kuò)散模型，計(jì)算出在不同環(huán)境質(zhì)量目標(biāo)下全市范圍大氣污染物的環(huán)境承載能力。崔鳳軍對旅游環(huán)境承載力的定義為在某一旅游環(huán)境的現(xiàn)有狀態(tài)和結(jié)構(gòu)組合不發(fā)生對當(dāng)代人及未來人有壞變化的前提下，在一定時(shí)期內(nèi)旅游地所能承受的旅游活動(dòng)強(qiáng)度。它由環(huán)境生態(tài)承納量、資源空間承載量、心理承載量、經(jīng)濟(jì)承載量四項(xiàng)組成，具有客觀性和可量性、變易性與可控性，存在最適值和最大值等特征。作者設(shè)定了三類旅游環(huán)境承載力的影響因子：社會文化環(huán)境因子——游客密度指數(shù)；社會經(jīng)濟(jì)環(huán)境因子——旅游經(jīng)濟(jì)收益指數(shù)；生態(tài)環(huán)境因子——土地利用強(qiáng)度指數(shù)。并在此基礎(chǔ)上建立了旅游環(huán)境承載力指數(shù)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，對以泰山風(fēng)景區(qū)進(jìn)行了實(shí)例研究。

環(huán)境承載力概念的提出及其深入研究，有其重大的理論意義和現(xiàn)實(shí)意義。因此，承載力的研究必將會為更多的學(xué)者所關(guān)注。如：環(huán)境承載力概念和理論，尤其是環(huán)境要素承載力中礦產(chǎn)資源承載力、水環(huán)境承載力、大氣環(huán)境承載力的概念體系有待進(jìn)一步深入研究；定量化研究更加深入，系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)(SD)具有對環(huán)境承載力系統(tǒng)進(jìn)行動(dòng)態(tài)的定量化計(jì)算的優(yōu)點(diǎn)，通過遙感技術(shù)(RS)能夠得到快速、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，應(yīng)用地理信息系統(tǒng)(GIS)技術(shù)可以對環(huán)境承載力進(jìn)行空間分析，因此，SD、RS、GIS這三項(xiàng)技術(shù)必將在環(huán)境承載力的研究領(lǐng)域發(fā)揮重要的作用。

三、基于情景分析法的武漢市環(huán)境承載力分析

(一)武漢市人口、資源與環(huán)境概況

武漢市位于湖北省東部，屬長江中游，與漢水交匯，地處中國中部水陸交通要沖，素有“九省通衢”之稱，是湖北省省會；總面積8494．41km²，由武昌、江岸、江漢、漢陽、橋口、青山、洪山、東西湖、蔡甸、漢南、江夏、黃陂、新洲十三個(gè)區(qū)組成，2002年年末總?cè)丝跒?，680，958人，人口密度904人／km²。市域內(nèi)自然條件優(yōu)越，光熱充足，雨量充沛，具有明顯的亞熱帶季風(fēng)氣候；地貌類型以平原為主，兼有低山、丘陵；市域交通發(fā)達(dá)，滬蓉高速公路和京廣鐵路、京珠高速交會于此。轄區(qū)內(nèi)河流湖泊縱橫交錯(cuò)，水量充沛；土地生產(chǎn)潛力高，但非農(nóng)建設(shè)用地增長快，導(dǎo)致耕地?cái)?shù)量銳減，人均耕地面積僅0．427畝，且后備土地資源貧乏，土地供求矛盾日益突出。2002年武漢市完成國內(nèi)生產(chǎn)總值1492．74億元，比上年增長10．7％；三次產(chǎn)業(yè)的比重為6：44．2：49．8，與2001年基本持平。工業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)繼續(xù)保持小幅度增長(分別為O．1％，0．2％)，在GDP構(gòu)成中居于主導(dǎo)地位，農(nóng)業(yè)在GDP構(gòu)成所占比重很小。

本文的研究，在分析武漢市社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展與資源、環(huán)境因素之間關(guān)系的基礎(chǔ)上，以武漢市產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃中的工業(yè)總產(chǎn)值發(fā)展目標(biāo)為基準(zhǔn)和情景平臺，通過單一目標(biāo)、多因素、多途徑下的情景分析(如圖)來模擬經(jīng)濟(jì)高速發(fā)展所可能出現(xiàn)的城市人口變化、對資源的要求、污染物排放量變化等，評價(jià)城市發(fā)展對城市生態(tài)系統(tǒng)承載力的要求及其滿足程度，找出制約當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)發(fā)展的生態(tài)承載力限值因子，并根據(jù)分析結(jié)果對城市發(fā)展模式提出建設(shè)性意見。

本次研究選取2002年為分析基準(zhǔn)年份，預(yù)測目標(biāo)年為2005年和2010年。

(二)分析方法

1．根據(jù)武漢市1990—2002年工業(yè)生產(chǎn)總值的增長，建立了工業(yè)總產(chǎn)值與生產(chǎn)年份之間的現(xiàn)行回歸模型，預(yù)測到2005年全市工業(yè)總產(chǎn)值增加到800x10⁸元；2010年全市工業(yè)總產(chǎn)值達(dá)到1050x10⁸元。

2．本文試圖利用人口預(yù)測方法建立武漢市工業(yè)總產(chǎn)值與人口數(shù)量之間的相關(guān)關(guān)系，根據(jù)統(tǒng)計(jì)關(guān)系模型外推得出目標(biāo)年份的人口數(shù)量。

3．資源承載力情景分析方法本研究中僅考慮了城市發(fā)展中的兩個(gè)基礎(chǔ)資源因子：水資源和土地資源。通過預(yù)測目標(biāo)年份的用水量和建設(shè)用地，來分析其資源承載能力。

將用水量劃分為居民綜合用水、農(nóng)業(yè)及林牧漁業(yè)用水、工業(yè)用水三部分，其中：

式中：Q₃、Q₂、Q_i分別為居民綜合用水量、農(nóng)業(yè)及林牧漁業(yè)用水量和工業(yè)用水量，r、W₂、W_i分別為居民綜合用水率、萬元農(nóng)業(yè)產(chǎn)值水耗、萬元工業(yè)產(chǎn)值水耗，N、E。

分別為人口、農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值和工業(yè)總產(chǎn)值。

建設(shè)用地預(yù)測方法：假定武漢市保持現(xiàn)有的城市建設(shè)發(fā)展速度和建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度不變，利用人均建設(shè)用地現(xiàn)狀指數(shù)來外推預(yù)計(jì)2005年、2010年建設(shè)用地情景(式4、5)。

式中：S_O、S_j分別為基準(zhǔn)年、預(yù)測年建設(shè)用地面積，N_O、N_j為基準(zhǔn)年、預(yù)測年人口數(shù)，m為人均建設(shè)用地指數(shù)。

4．環(huán)境承載力情景分析方法：主要考慮城市環(huán)境的三個(gè)重要因子：水環(huán)境、大氣環(huán)境和固體廢棄物，其中評價(jià)指標(biāo)分別選取COD_a、SO₂和生活垃圾排放量。通過預(yù)測目標(biāo)年份的廢污水及COD_a排放量、SO₂排放量和生活垃圾排放量，來分析其環(huán)境承載能力。

廢污水及主要污染物排放量預(yù)：測廢污水排放量和主要污染物排放量估算包括生活污水和工業(yè)廢水排放，農(nóng)業(yè)及林牧漁等因多呈面源污染、缺乏深入研究和計(jì)算依據(jù)而未予考慮。廢污水排放量采用水量平衡法來計(jì)算，即由總用水量減去綜合消耗量得出(式6)，COD_a則根據(jù)污水處理率進(jìn)行計(jì)算。

式中：為生活污水或工業(yè)廢水排放量，q為用水綜合消耗系數(shù)；D為CODcr排放量，分別為污水中CODcr初始濃度和處理達(dá)標(biāo)排放濃度，K為綜合污水處理率。

SO₂排放總量預(yù)測。在現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件和燃料構(gòu)成變化趨勢未發(fā)生根本性變化的前提下，根據(jù)工業(yè)總產(chǎn)值與能源消耗之間的相關(guān)關(guān)系，預(yù)測目標(biāo)年的能源消耗量，然后根據(jù)能源消耗與SO₂排放總量之間的統(tǒng)計(jì)關(guān)系，預(yù)測目標(biāo)年的SO₂排放總量。

城市生活垃圾排放量預(yù)測：

式中：G為預(yù)測年垃圾數(shù)量，N_j、N_cj分別為預(yù)測年的人口總數(shù)和城鎮(zhèn)人口數(shù)，α、ε為垃圾產(chǎn)生系數(shù)和預(yù)測年城市化水平。

四、幾個(gè)指標(biāo)的分析與預(yù)測

(一)人口數(shù)量預(yù)測

工業(yè)總產(chǎn)值與人口存在著很強(qiáng)的相關(guān)性。①因此，隨著工業(yè)總產(chǎn)值的增長，武漢市人口會繼續(xù)增長，但隨著工業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷調(diào)整，人口增長速度會逐漸呈減緩趨勢。根據(jù)上述關(guān)系可以外推得出2005年、2010年武漢市的人口規(guī)模分別為810．43×10⁴人和861．26×10₄人。

(二)資源承栽力分析

1．水資源。武漢市1998－2001年居民綜合用水率在206L／d·人—250L／d·人之間波動(dòng)，取其平均值228L／d·人作為計(jì)算參數(shù)；農(nóng)業(yè)、林牧漁業(yè)用水量近四年變化不大，因此取2002年用量15．439×10⁸m³作為行業(yè)用水定值；工業(yè)用水的年度變化趨勢比較明顯；分析得出其年際變化規(guī)律，并以此為依據(jù)預(yù)測得到武漢市2005年、2010年的萬元產(chǎn)值水耗分別為41．82m³、32．73m³。根據(jù)式(1—3)計(jì)算得出，2005年全市生活用水量、農(nóng)業(yè)及林牧漁業(yè)用水量、工業(yè)用水量分別為7．21×10⁸m⁸、16．85×10⁸m³、25．63×10⁸m³，總用水量為50．2×10⁸m³；2010年生活用水量、農(nóng)業(yè)及林牧漁業(yè)用水量、工業(yè)用水量分別為14．46×108m³、25．63×10⁸m³、37．43×108m³，總用水量為77．49×10⁸m³。武漢市2002年平均降水量約1498．2mm，但年際變化很大，年水資源總量也隨之產(chǎn)生很大波動(dòng)。根據(jù)武漢市水資源公報(bào)，2002年間武漢市水資源總量為127．66x10⁸m³，近三年間水資源供給總量的平均值為41．12x10⁸m³左右。武漢市1999-2002年平均用水量為40．85x108m³。2002年武漢市萬元工業(yè)增加值用水量為405m³，按照這一用水量計(jì)算，2005年和2010年的工業(yè)產(chǎn)值耗水將分別達(dá)到36x10⁸m³，47．25×10⁸m³，1999-2002連續(xù)三年出現(xiàn)用水量持平當(dāng)年水資源量現(xiàn)象，說明目前水資源產(chǎn)、用之間已經(jīng)出現(xiàn)較大的危險(xiǎn)。2005年、2010年總用水量預(yù)期分別為50．2×108m³和77．49×10⁸m³，與多年平均水資源量比較，本地區(qū)水資源產(chǎn)生量與用水量之間存在著一定的缺口，但考慮到武漢市境內(nèi)河流年均過境流量達(dá)4002x10⁸m³(其中長江干流入境水量為383610⁸m³，漢水水系入境為168．410⁸m³)，取用河流過境水不會對河流流域安全構(gòu)成顯著影響。因此可以認(rèn)為，從水量上看，武漢市水資源可以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，不會成為區(qū)域發(fā)展的限制因子。但是，目前由于人為污染導(dǎo)致的河流水質(zhì)變差問題十分突出，由此造成的水質(zhì)性缺水狀況開始凸現(xiàn)，這種情況下，很有可能出現(xiàn)“區(qū)域水量充足但卻缺乏生產(chǎn)生活用水”人為水資源承載力下降的不利局面，因此，水環(huán)境污染控制的有效性將成為決定區(qū)域水資源承載力的決定性因子。

2．土地資源。2000年武漢市建設(shè)用地為281．2km³。根據(jù)公式(4)計(jì)算得出其人均建設(shè)用地指數(shù)為37．86m²，根據(jù)公式(5)計(jì)算得出2005、2010年全市建設(shè)用地將分別達(dá)到324．54km²、385．62km²。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，按現(xiàn)有城市建設(shè)擴(kuò)展速度，2005年武漢市建設(shè)用地面積將占總轄區(qū)面積的37．5％。2010年武漢市建設(shè)用地面積將占總轄區(qū)面積的47．7％，2006-2010年間需新增建設(shè)用地15．45km²。目前，武漢市未利用土地?cái)?shù)量有限，而且多為難利用土地，這樣的建設(shè)用地規(guī)模將意味著武漢市農(nóng)田、林地、草地、水域面積將進(jìn)一步縮小，土地資源受到更大的脅迫。建設(shè)用地日益緊張的現(xiàn)狀客觀上反映了武漢市經(jīng)濟(jì)發(fā)展對土地的依賴性極強(qiáng)。因此，武漢市在新一輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，一方面在保證市政工程用地的同時(shí)，應(yīng)優(yōu)先考慮那些用地面積小、產(chǎn)值和效益顯著的產(chǎn)業(yè)，在優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的過程中，將單位用地面積產(chǎn)值作為衡量指標(biāo)；另一方面，要切實(shí)搞好現(xiàn)有建設(shè)用地的規(guī)劃和綜合整理，調(diào)整出較多的冗余用地用于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，力爭產(chǎn)值增加能夠在不新增或少新增建設(shè)用地的基礎(chǔ)上加以實(shí)現(xiàn)。

(三)環(huán)境承載力分析

1．水環(huán)境。工業(yè)廢水耗水率取2001年全國平均值25％，生活用水耗水率取26％，則計(jì)算(式6)得到2005年全市工業(yè)廢水排放量為36435．421x10⁴t、生活污水排放量為181．55×10⁸m³／a；2010年全市工業(yè)廢水排放量為4140．452x10⁴t、生活污水排放量為232．41x10⁸m³／a。生活污水的COD^α濃度取300mg／l，處理達(dá)標(biāo)后排放的COD^α濃度取60mg／l，2005年、2010年的城鄉(xiāng)綜合生活污水水處理率分別按50％、60％計(jì)算；工業(yè)廢水綜合達(dá)標(biāo)排放COD^α濃度取150mg／l，達(dá)標(biāo)率取100％。按上述參數(shù)計(jì)算，得到2005年的生活污水、工業(yè)廢水的COD^α排放量分別為8．59×10⁴t／a和12．29×10⁴／a，總量為20．88x10⁴t／a；2010年的生活污水、工業(yè)廢水的COD^α排放量分別為9．22x10⁴t和15．71×10⁴t／a，排放總量為24．93x10^4×t／a。

由于武漢市境內(nèi)長江和漢江主河道是武漢市城鎮(zhèn)主要的供水水源地和備用水源地，因此不可能向兩江主河道直接排放廢污水。這么大的排放污染負(fù)荷如果全部由武漢市境內(nèi)其他次級河道、河涌來承擔(dān)，可以認(rèn)為未來武漢市的水環(huán)境質(zhì)量狀況是不容樂觀的，因此加大城鎮(zhèn)生活污水治理力度，進(jìn)一步提高污水綜合處理達(dá)標(biāo)率，是提高本區(qū)水環(huán)境承載力的必然選擇。

2．大氣環(huán)境。根據(jù)1994-2001年武漢市煤及工業(yè)用燃料油數(shù)據(jù)，并將其折合成標(biāo)準(zhǔn)煤，建立其與相應(yīng)年工業(yè)生產(chǎn)總值的相關(guān)關(guān)系曲線，根據(jù)得出的統(tǒng)計(jì)關(guān)系外推計(jì)算，得到2005年和2010年武漢市能源(煤及燃料油)消耗量為1843．87×10⁴t標(biāo)煤和2425．13×10⁴t標(biāo)煤。同樣，收集1994-2001年武漢市SO2排放量數(shù)據(jù)，并建立其與相應(yīng)年煤和工業(yè)用燃料油消耗量(標(biāo)煤)的相關(guān)關(guān)系曲線，根據(jù)得出的統(tǒng)計(jì)關(guān)系外推計(jì)算，得到2005年和2010年武漢市S02排放總量分別為13．75×10⁴t、16．91x10⁴t。目前，盡管武漢市S0²年均濃度低于國家環(huán)境空氣二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，但在一些污染排放集中地區(qū)，S0²年均濃度值已經(jīng)接近或超出該限值，一些地區(qū)一次取樣監(jiān)測最大值達(dá)到0．25mg／m³(青山區(qū))，相當(dāng)于國家二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，而黃陂區(qū)、新洲區(qū)則僅為0．024mg／m³。可以認(rèn)為武漢市的SO₂污染濃度-分布極不均勻，這同時(shí)也決定了其環(huán)境容量分布是極不均勻的，在一些工業(yè)和人口密集地區(qū)，已接近或超過其環(huán)境容量。因此，盡管從數(shù)值上看武漢市的SO₂年均濃度與二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值相比尚有一定余量，但這些余量主要集中在一些森林分布區(qū)和工業(yè)相對不發(fā)達(dá)的城鎮(zhèn)和農(nóng)牧漁業(yè)集中區(qū)，而對于工業(yè)發(fā)達(dá)、人口密集的區(qū)域已無余量可言。

綜上所述，一方面全市SO₂污染濃度極不均勻，工業(yè)集中區(qū)的S02污染濃度已經(jīng)接近或超過國家二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限值，已無容量可言，承載力已經(jīng)達(dá)到極限；另一方面，①作者對工業(yè)生產(chǎn)總值與人口總數(shù)的關(guān)系進(jìn)行了現(xiàn)行回歸，采用的數(shù)據(jù)為1985—2003年全國工業(yè)生產(chǎn)總值和對應(yīng)年份的全國人口總數(shù)?，F(xiàn)行回歸的結(jié)果顯示，人口數(shù)量與工業(yè)產(chǎn)值間的回歸方程為y=2．62X，調(diào)整的R²為0．89，在其它各項(xiàng)指標(biāo)通過了的情況下，筆者認(rèn)為人口數(shù)量與工業(yè)產(chǎn)值之間存在正相關(guān)。經(jīng)濟(jì)發(fā)展、SO₂排放量增加將繼續(xù)導(dǎo)致大氣SO²污染程度的緩慢上升，因此，調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改善生產(chǎn)技術(shù)、提高SO₂達(dá)標(biāo)排放率將是保障經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展而不加劇S02污染的主要途徑。

3．城市生活垃圾。2001年城市化水平為51．32％。以平均每年遞增1％計(jì)算，則2005年和2010年的城市化水平分別為63．32％、73．37％；垃圾產(chǎn)生系數(shù)取1kg／d人。根據(jù)公式(8)計(jì)算得到2005年和2010年全市垃圾排放量分別為800．15×10⁴t、1077．56×10⁴t。2001年武漢市的生活垃圾清運(yùn)量為55×104t，盡管垃圾無害化處理中心有5個(gè)(江夏區(qū)二妃山垃圾處理場和金口、岱山、紫霞觀、北洋橋垃圾衛(wèi)生填埋場)，無害化處理能力僅為30．7×10⁴，無害化處理率為55．52％，到2010年近75×105的垃圾排放量將使城市生活垃圾處理面臨的壓力更加沉重，因此，垃圾處理同樣成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的重要限制因子。

五、結(jié)論

由上述分析可以看出，既定工業(yè)總產(chǎn)值發(fā)展目標(biāo)下，如果保持現(xiàn)有的社會發(fā)展速度、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和經(jīng)濟(jì)技術(shù)條件，武漢市的生態(tài)環(huán)境將面臨更大的脅迫。

1．從水量上看，武漢市水資源可以滿足社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的需要，不會成為區(qū)域發(fā)展的限制因子，但是人為污染造成河流水質(zhì)變差將導(dǎo)致水資源承載力下降，水環(huán)境污染控制的有效性將成為區(qū)域水資源承載力的決定性因子。

2．按照武漢市現(xiàn)有的城市建設(shè)發(fā)展速度和建設(shè)用地?cái)U(kuò)展速度，建設(shè)用地?cái)U(kuò)大與土地資源匱乏之間的矛盾將日益激化，土地承載力將成為區(qū)域發(fā)展的主要限制因子。在新一輪經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，引進(jìn)或新建工業(yè)企業(yè)應(yīng)將單位土地面積產(chǎn)值作為一項(xiàng)重要指標(biāo)，優(yōu)先考慮那些用地面積小、產(chǎn)值和效益顯著的產(chǎn)業(yè)，并且要切實(shí)搞好現(xiàn)有建設(shè)用地的規(guī)劃和綜合整理。

3．武漢市主要工業(yè)集中區(qū)的SO₂污染濃度已經(jīng)接近國家二級標(biāo)準(zhǔn)濃度限制，承載力即將達(dá)到極限，并且經(jīng)濟(jì)發(fā)展、SO₂排放量增加將繼續(xù)導(dǎo)致大氣SO₂污染程度的緩慢上升。調(diào)整能源結(jié)構(gòu)、改善生產(chǎn)技術(shù)、提高SO₂達(dá)標(biāo)排放率將是保障經(jīng)濟(jì)持續(xù)快速發(fā)展而不加劇SO₂污染的主要途徑。

4．日益增加的垃圾排放量將使城市生活垃圾處理面臨的壓力更加沉重，垃圾處理同樣成為影響城市可持續(xù)發(fā)展的重要限制因子。

責(zé)任編輯 劉鳳剛

注：本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請以PDF格式閱讀原文。