黃 鑫，程文仕

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

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基于三角模型的甘肅省資源環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)評價(jià)

黃 鑫，程文仕*

(甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅蘭州 730070)

[目的]運(yùn)用三角模型對甘肅省資源環(huán)境承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)評價(jià)。[方法]從資源稟賦和環(huán)境容量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度及社會(huì)安全穩(wěn)定度3個(gè)方面構(gòu)建甘肅省資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系，借助三角模型，對2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)評價(jià)。[結(jié)果] 2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力經(jīng)歷了弱、較弱、中等和較強(qiáng)承載4個(gè)狀態(tài)階段，承載水平呈良性發(fā)展態(tài)勢。承載水平具有向強(qiáng)承載力方向變動(dòng)的可能。資源稟賦和環(huán)境容量指數(shù)和非經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指數(shù)趨向于優(yōu)質(zhì)水平，非社會(huì)安全穩(wěn)定度指數(shù)對資源環(huán)境承載力的負(fù)面載荷仍然存在。[結(jié)論]三角模型是開展資源環(huán)境承載力評價(jià)較為理想的方法。

資源環(huán)境承載力；三角模型；甘肅省

資源環(huán)境承載力是指在自然生態(tài)環(huán)境不受危害并維系良好生態(tài)系統(tǒng)的前提下，一個(gè)區(qū)域的資源稟賦和環(huán)境容量所能承載的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)的規(guī)模[1]。它是衡量人類活動(dòng)特別是社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)與資源環(huán)境協(xié)調(diào)性的重要指標(biāo)之一。開展資源環(huán)境承載力定量研究，對探尋社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)文明和諧發(fā)展路徑，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。目前，國內(nèi)外學(xué)者針對資源環(huán)境承載力研究已取得一定成果。Saveriades研究[2]認(rèn)為，區(qū)域綜合環(huán)境承載力由設(shè)施承載力、資源環(huán)境承載力、經(jīng)濟(jì)社會(huì)承載力及社會(huì)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(huán)境承載力進(jìn)行評價(jià)。熊建新等[4]從生態(tài)彈性力、資源環(huán)境承載力及社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)力出發(fā)，采用狀態(tài)空間法，對洞庭湖區(qū)生態(tài)承載力進(jìn)行評價(jià)。李悅等[5]從資源環(huán)境支撐系統(tǒng)、保育系統(tǒng)、經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)和耗散系統(tǒng)4個(gè)維度，采用GRA-TOPSIS對武漢市資源環(huán)境承載力進(jìn)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(shù)對我國省域資源環(huán)境承載力及空間自相關(guān)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。孫茜等[7]通過資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)和社會(huì)4級指標(biāo)，采用突變級數(shù)和障礙因素模型對河南省資源環(huán)境承載力進(jìn)行定量研究。郭軻等[8]從壓力指標(biāo)和承壓指標(biāo)2個(gè)維度，研究京津冀地區(qū)資源環(huán)境承載力，并結(jié)合時(shí)間序列Tobit模型分析京津冀地區(qū)資源環(huán)境承載力的驅(qū)動(dòng)因素。從指標(biāo)體系的構(gòu)建來看，基于“壓力-承載”的二維指標(biāo)及包含“彈性-承載-協(xié)調(diào)”的復(fù)合系統(tǒng)都有應(yīng)用，但普適性指標(biāo)系統(tǒng)尚未形成定論。從研究內(nèi)容和方法來看，資源環(huán)境承載力在城市群[9]、水資源[10]、產(chǎn)業(yè)調(diào)整[11]、交通運(yùn)輸[12]等領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用，研究方法包括多因素綜合評價(jià)[1]、TOPSIS[5]、狀態(tài)空間[8]、動(dòng)態(tài)因子[13]、模糊物元[14]、GIS綜合[15]等。就研究區(qū)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(qū)[18]、礦區(qū)[19]、災(zāi)害區(qū)[20]等生態(tài)敏感區(qū)為對象的研究分析。

甘肅省地處我國西部內(nèi)陸，經(jīng)濟(jì)發(fā)展相對落后。西部大開發(fā)戰(zhàn)略實(shí)施以來，甘肅省社會(huì)經(jīng)濟(jì)得到了長足進(jìn)步，但生態(tài)基礎(chǔ)薄弱、發(fā)展方式粗放的先天不足，使得原本脆弱的環(huán)境保護(hù)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(huán)境綜合承載力，客觀反映區(qū)域內(nèi)資源環(huán)境承載力動(dòng)態(tài)變化情況，以期為甘肅省土地利用總體規(guī)劃及國民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展規(guī)劃提供科學(xué)依據(jù)與理論參考。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況甘肅省位于我國西部，地處黃河中上游，地理坐標(biāo)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(fēng)氣候，境內(nèi)大部分地區(qū)氣候干燥，差異明顯，生態(tài)環(huán)境復(fù)雜多變。轄區(qū)內(nèi)地貌類型多樣，地勢自西南向東北傾斜。全省轄12個(gè)市2個(gè)自治州86個(gè)縣(市、區(qū))。2013年末全省常住人口2 582.2萬人，生產(chǎn)總值6 268.01億元。2013年發(fā)生各類地質(zhì)災(zāi)害3 860次，是2004年的近200倍。2013年工業(yè)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(yè)固體廢物產(chǎn)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(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，對資源需求和環(huán)境安全帶來了巨大耗損和壓力。

1.2數(shù)據(jù)來源研究數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅省統(tǒng)計(jì)(發(fā)展)年鑒》(2005～2014年)和《中國環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》(2005～2014年)等相關(guān)數(shù)據(jù)源。

1.3研究方法

1.3.1模型概述。三角模型是美國農(nóng)業(yè)部根據(jù)土壤粒徑的比例構(gòu)成存在此長彼消的關(guān)系構(gòu)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(jì)算過程簡單、分析方式靈活，可對3個(gè)相互聯(lián)系的方面進(jìn)行可視化描述，很好地圖解綜合狀況和變動(dòng)趨勢[22]。因此，在諸多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用[23-25]。

構(gòu)建資源環(huán)境承載力的三角模型的步驟：①根據(jù)三角模型的性質(zhì)，將資源環(huán)境承載力巨系統(tǒng)分解為3個(gè)既相互聯(lián)系又存在此消彼長關(guān)系的評價(jià)指標(biāo)體系；②收集并處理研究區(qū)研究時(shí)段的相關(guān)數(shù)據(jù)，在原始數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化的基礎(chǔ)上，確定權(quán)重，計(jì)算指數(shù)；③借助Grapher等軟件構(gòu)建模型圖；④對資源環(huán)境承載力狀態(tài)及趨勢進(jìn)行評價(jià)和分析。

1.3.2模型合理性判別。從資源稟賦和環(huán)境容量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度、社會(huì)安全穩(wěn)定度3個(gè)維度，構(gòu)建三角模型。資源稟賦和環(huán)境容量能夠反映區(qū)域所能承載的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)活動(dòng)的規(guī)模；經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度反映在利益刺激的推動(dòng)下，資源環(huán)境的耗損程度；社會(huì)安全穩(wěn)定度能夠反映滿足社會(huì)人基本生存需求的情況下，資源環(huán)境的承載負(fù)荷。資源稟賦和環(huán)境容量提高，表明對社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)的容納能力提升；經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展，表明對資源的需求量和對環(huán)境的破壞力在可承受的范圍內(nèi)浮動(dòng)；社會(huì)安全穩(wěn)定，表明社會(huì)發(fā)展水平適宜，人口膨脹系數(shù)小，資源環(huán)境能夠提供基本的物質(zhì)需求。為了滿足構(gòu)建三角模型此消彼長關(guān)系的要求，需要對3方指標(biāo)進(jìn)行適度轉(zhuǎn)化[21]。資源稟賦和環(huán)境容量是評價(jià)資源環(huán)境承載力的核心

構(gòu)件，效能越大，表示承載力越強(qiáng)，因此將其作為三角模型的頂點(diǎn)。資源稟賦和環(huán)境容量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的矛盾客觀存在，因此將經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度及社會(huì)安全穩(wěn)定度轉(zhuǎn)化為非經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度和非社會(huì)安全穩(wěn)定度。3項(xiàng)中任意1項(xiàng)增加，其余2項(xiàng)指數(shù)中至少有1項(xiàng)指數(shù)變小，符合三角模型構(gòu)建原理[21]。

將3類指數(shù)進(jìn)行可視化表達(dá)，構(gòu)建等邊三角形(圖1)。資源稟賦和環(huán)境容量指數(shù)(REI)位于最高頂點(diǎn)，非經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指數(shù)(NECI)及非社會(huì)安全穩(wěn)定度指數(shù)(NCSI)分別位于左下和右下頂點(diǎn)，X、Y、Z軸分別表示NCSI、REI、NECI。坐標(biāo)軸按逆時(shí)針方向在[0,1]分布，并按照等分值法將各指數(shù)劃入5個(gè)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(xì)分為5個(gè)區(qū)域：Ⅰ～Ⅴ分別表示不同資源環(huán)境承載能力，再根據(jù)3類指數(shù)相對比例變化，識別出T1～T77種承載力運(yùn)動(dòng)趨勢(表1、2)。

圖1　資源環(huán)境承載力狀態(tài)及趨勢Fig.1　Status and trends of resources and environment carrying capacity

區(qū)域Region指標(biāo)數(shù)值范圍IndexnumericalrangeREINCSINECI相對指標(biāo)值RelativeindexREINCSINECI資源環(huán)境承載力ResourcesandenvironmentcarryingcapacityⅠ>0.8～1.00～0.20～0.2非常高非常低非常低強(qiáng)Ⅱ>0.6～0.80～0.40～0.4較高非常低～較低非常低～較低較強(qiáng)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(huán)境承載力三角模型的構(gòu)建。

1.3.3.1指標(biāo)體系構(gòu)建。合理的指標(biāo)體系是保證評價(jià)結(jié)果準(zhǔn)確有效的關(guān)鍵。根據(jù)三角模型的基本要求，在借鑒前人研究成果的基礎(chǔ)上，考慮甘肅省實(shí)際情況，從資源稟賦和環(huán)境容量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度及社會(huì)安全穩(wěn)定度3個(gè)方面，選擇了人均土地面積、人均水資源等20個(gè)指標(biāo)作為資源環(huán)境承載力評價(jià)的指標(biāo)體系(表3)。

1.3.3.2數(shù)據(jù)處理與權(quán)重確定。為保證數(shù)據(jù)的可比性，需消除數(shù)據(jù)量綱、極性不一等問題，采用極差法對數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。正、負(fù)向指標(biāo)分別使用式(1)和式(2)進(jìn)行計(jì)算：

(1)

(2)

式中,Xij為原始數(shù)據(jù)；Xmax和Xmin為原始指標(biāo)的最大值和最小值；i表示研究年份；j表示指標(biāo)個(gè)數(shù)(j=1,2,…,20)。

采用熵權(quán)法確定各指標(biāo)對資源環(huán)境承載力的貢獻(xiàn)程度，計(jì)算公式如下：

(3)

(4)

式中,ej指標(biāo)信息熵，wj指標(biāo)權(quán)重。

表2　資源環(huán)境承載力相對趨勢評價(jià)

表3　資源環(huán)境承載力評價(jià)指標(biāo)體系

注：“+”表示正向指標(biāo)，“-”表示負(fù)向指標(biāo)。

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

1.3.3.3綜合指數(shù)計(jì)算。采用加權(quán)平均法分別計(jì)算REI、ECI及CSI。根據(jù)三角模型構(gòu)建關(guān)系，存在非經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度指數(shù)NECI=1-ECI，非社會(huì)安全穩(wěn)定度指數(shù)NCSI=1-CSI，采用式(5)～(7)，計(jì)算3項(xiàng)指數(shù)：

(5)

(6)

(7)

式中,WREI、WECI、WCSI分別表示資源稟賦和環(huán)境容量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度、社會(huì)安全穩(wěn)定度對應(yīng)的權(quán)重。

2　結(jié)果與分析

2.1承載力指標(biāo)變化對2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果表明(圖2)，自2004年以來，NECI呈現(xiàn)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(huán)境容量約束下，經(jīng)濟(jì)發(fā)展協(xié)調(diào)度不斷提高，從側(cè)面反映出經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)自2004年以來更加合理。2004～2013年NCSI呈現(xiàn)出波動(dòng)式下降趨勢。對影響該指數(shù)的指標(biāo)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)城市化水平和糧食安全系數(shù)穩(wěn)中有升，恩格爾系數(shù)和人口自然增長率是造成NCSI波動(dòng)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(qiáng)度增強(qiáng)，環(huán)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(cè)面反映出甘肅省綠色生態(tài)文明建設(shè)取得一定成效。

圖2　2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力指數(shù)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(tài)借助Grapher 10軟件，繪制2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力狀態(tài)及趨勢圖(圖3)?？傮w而言，10年間甘肅省資源環(huán)境綜合承載力變化明顯，呈現(xiàn)出“S”型變化趨勢，并劃分出以下4個(gè)變動(dòng)區(qū)間：

第1階段：2004～2008年處于弱承載力時(shí)期，位于三角形的Ⅴ級區(qū)域內(nèi)。REI、NECI、NCSI 3項(xiàng)指數(shù)平均值分別為0.215 1、0.867 1、0.627 8。該時(shí)期是西部大開發(fā)的起步階段，經(jīng)濟(jì)發(fā)展占主導(dǎo)地位，環(huán)境投入度不足，資源利用方式粗放。資源環(huán)境承載力弱，能夠承載的社會(huì)經(jīng)濟(jì)規(guī)模有限。第2階段：2009、2010年處于較弱承載力時(shí)期，分布在三角形的Ⅳ級區(qū)域內(nèi)。REI、NECI、NCSI 3項(xiàng)指數(shù)平均值分別為0.433 4、0.614 7、0.545 5。城市化進(jìn)程加快、人口增長對資源環(huán)境的需求力度并未減少，使得該時(shí)期內(nèi)資源環(huán)境承載力處于較弱狀態(tài)。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(qū)域內(nèi)。REI達(dá)到中等水平，社會(huì)經(jīng)濟(jì)的承載能力顯著提高。第4階段：2013年進(jìn)入較強(qiáng)承載力時(shí)期。REI達(dá)到較高水平，NECI降至臨界水平，NCSI浮動(dòng)不大。說明承載力水平逐漸提高，經(jīng)濟(jì)增長與生態(tài)環(huán)境更加耦合。

圖3　2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力狀態(tài)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(huán)境承載力呈現(xiàn)出良性發(fā)展態(tài)勢，由弱承載力向較強(qiáng)承載力轉(zhuǎn)變。REI由0.157 1上升到0.859 2，表明資源利用日趨合理，環(huán)境狀況日益改善，資源稟賦和環(huán)境容量向著優(yōu)化方向調(diào)節(jié)；NECI由1.000 0下降到臨界值，說明經(jīng)濟(jì)增長正在進(jìn)入可持續(xù)發(fā)展模式，與資源環(huán)境承載能力日趨協(xié)調(diào)；NCSI由0.643 4下降到0.283 0，說明城市化的快速發(fā)展和人民生活質(zhì)量的提高與資源環(huán)境承載力關(guān)系日漸和諧。

具體來看，2004～2013年連續(xù)觀測期內(nèi)，相對承載力主要表現(xiàn)出T1、T2兩類基本趨勢，其中，2004～2006年總體呈現(xiàn)出T2相對(較強(qiáng))變動(dòng)趨勢，REI、NCSI、NECI分別呈上升、下降、下降趨勢。2006～2008年呈現(xiàn)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(xiàn)出T2(較強(qiáng))趨勢。相對承載力在中等和較強(qiáng)間反復(fù)，說明甘肅省資源環(huán)境承載力呈向強(qiáng)承載變動(dòng)的趨勢。究其原因，主要在于社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)也在逐年調(diào)整，非生態(tài)產(chǎn)出得到逐步控制，環(huán)境投入能力和養(yǎng)護(hù)力度日益提高，資源集約節(jié)約利用水平有所改進(jìn)，是階段性量變引起的質(zhì)變。

3　結(jié)論與討論

(1)2004～2013年甘肅省資源環(huán)境承載力經(jīng)歷了弱承載、較弱承載、中等承載和較強(qiáng)承載4個(gè)階段?？傮w而言，承載水平呈現(xiàn)出良性發(fā)展態(tài)勢，具有向強(qiáng)承載力方向變動(dòng)的可能。REI和NECI趨向于優(yōu)質(zhì)水平，NCSI對資源環(huán)境承載力的負(fù)面載荷仍然存在。

(2)三角模型邏輯關(guān)系嚴(yán)謹(jǐn)、計(jì)算方法簡單、分析方式靈活，能可視化地圖解資源環(huán)境承載力狀態(tài)及變動(dòng)趨勢，是一種較好的評價(jià)方法。

(3)資源環(huán)境承載力評價(jià)是實(shí)現(xiàn)可持續(xù)的重要組件?；诿姘鍞?shù)據(jù)的評價(jià)，對自然條件和資源分布的反映能力較弱。另外，受制于數(shù)據(jù)的可獲取性和龐大指標(biāo)體系的數(shù)據(jù)構(gòu)建要求，研究時(shí)序往往相對滯后，空間分異狀態(tài)仍有待進(jìn)一步討論。在今后研究中，首先，可以借助3S等技術(shù)手段，擴(kuò)展數(shù)據(jù)獲取平臺(tái)，提高評價(jià)精準(zhǔn)度，減少數(shù)據(jù)誤差對評價(jià)結(jié)果的傳導(dǎo)和放大作用，進(jìn)一步提高研究成果的現(xiàn)勢性；其次，權(quán)重合理與否，對評價(jià)結(jié)果的精確性起到至關(guān)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(nèi)資源環(huán)境承載力分化的狀態(tài)及趨勢外，還應(yīng)從是否存在空間自相關(guān)、影響程度及影響機(jī)理等角度進(jìn)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(jià)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