翁翎燕

(南京大學(xué) 金陵學(xué)院, 南京 210089)

人口、經(jīng)濟(jì)、社會、資源、環(huán)境之間的協(xié)調(diào)發(fā)展是可持續(xù)發(fā)展研究的重要命題，資源環(huán)境承載力是衡量可持續(xù)發(fā)展的重要標(biāo)志。資源環(huán)境承載力是指在確保資源合理開發(fā)利用、生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)良性循環(huán)和區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的前提下，在一定的時間和區(qū)域范圍之內(nèi)，資源環(huán)境系統(tǒng)所能承載的人口規(guī)模和社會經(jīng)濟(jì)總量[1]。資源環(huán)境承載力受到特定時期和特定區(qū)域的資源環(huán)境本底條件、區(qū)域發(fā)展水平、人口數(shù)量及素質(zhì)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、科技水平及政策環(huán)境等多種因素的影響[2]。

資源環(huán)境承載力的研究始于土地資源承載力研究，屬于生態(tài)學(xué)范疇[3]，環(huán)境承載力研究則拓寬了其內(nèi)涵[4]，后又相繼發(fā)展起來人口承載力[5]、水資源承載力[6]、生態(tài)承載力[7]，旅游資源承載力[8]等方面的研究，形成了較多且富有成效的研究成果。隨著承載力理論研究的不斷深入，同時隨著人口、資源、環(huán)境之間矛盾的不斷凸顯，學(xué)者們發(fā)現(xiàn)資源或環(huán)境單要素承載力的研究存在一定局限，將資源與環(huán)境綜合起來研究，是承載力理論應(yīng)用于資源環(huán)境領(lǐng)域的必然趨勢[1]，因而，“資源環(huán)境綜合承載力”應(yīng)運而生[9]，并開始廣泛而深入的研究與應(yīng)用。資源環(huán)境承載力研究主要采用定量研究的方法，建立評價指標(biāo)體系，通過一定的模型或方法進(jìn)行綜合評價，已有的成果中主要有生態(tài)足跡法[10]、時間序列[11]、能值分析法[12]、灰色關(guān)聯(lián)分析法[13]、狀態(tài)空間法[14]、TOPSIS法[3，15]及系統(tǒng)動力學(xué)模型[16]等，這些方法各有特點，用于評價區(qū)域資源環(huán)境承載力具有一定的可行性，但這些方法普遍存在著權(quán)重分配過程中受主觀因素影響大，評價過程偏復(fù)雜等問題。突變級數(shù)法克服了以上方法的缺點，無需人為確定權(quán)重，只需把握各指標(biāo)間的主次關(guān)系，且運算簡單，適用于內(nèi)部結(jié)構(gòu)不明朗的灰色系統(tǒng)的多目標(biāo)決策問題。基于此，本文嘗試運用突變級數(shù)理論，選取省級區(qū)域作為研究區(qū)域，從資源供給系統(tǒng)、環(huán)境支撐系統(tǒng)、社會、經(jīng)濟(jì)壓力系統(tǒng)對江蘇省資源環(huán)境承載力進(jìn)行動態(tài)評價。通過構(gòu)建障礙因素診斷模型，對引起資源環(huán)境承載力變化的根源進(jìn)行識別，旨在為江蘇省優(yōu)化資源配置，推動綠色發(fā)展，促進(jìn)江蘇省經(jīng)濟(jì)社會環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展提供理論支撐。

1　評價指標(biāo)體系與研究方法

1.1　評價指標(biāo)體系建立

資源環(huán)境承載力是一個多目標(biāo)復(fù)雜系統(tǒng)，反映了區(qū)域資源、環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)程度[1]，其中資源子系統(tǒng)是決定承載力大小的基礎(chǔ)，反映區(qū)域資源狀況對人口規(guī)模和社會經(jīng)濟(jì)總量的支撐能力，可用耕地資源、水資源、能源資源等進(jìn)行量化；環(huán)境子系統(tǒng)反映環(huán)境對人類活動的容納能力和環(huán)境自身的修護(hù)力度，和環(huán)境結(jié)構(gòu)及污染治理有關(guān)；經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和社會子系統(tǒng)一方面反映人類活動給資源、環(huán)境帶來的壓力，如人口增長、人口密度增大等，另一方面，人類也可通過自身的活動提高資源、環(huán)境子系統(tǒng)的承壓能力，如產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整、資源環(huán)境保護(hù)投資水平增強(qiáng)、人口素質(zhì)提高等?；谝陨戏治觯梃b相關(guān)研究成果[17-20]，遵循系統(tǒng)性、科學(xué)性、代表性和可操作性等原則，從資源供給子系統(tǒng)、環(huán)境支撐子系統(tǒng)，經(jīng)濟(jì)壓力子系統(tǒng)、社會壓力子系統(tǒng)4個維度，選取16項指標(biāo)，構(gòu)建了江蘇省資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系(表1)。

表1　江蘇省資源環(huán)境承載力評價指標(biāo)體系

1.2　數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)資料主要來源于中國統(tǒng)計年鑒(2005—2015年)、中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒(2005—2015年)、江蘇統(tǒng)計年鑒(2005—2015年)。其中，人均GDP、地均固定資產(chǎn)投資、第三產(chǎn)業(yè)比重、城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人口自然增長率、城鎮(zhèn)化水平、人口密度、人均水資源量、人均耕地面積、人均能源占有量來源于《江蘇統(tǒng)計年鑒》，除了城鎮(zhèn)居民人均可支配收入、人口自然增長率及人口密度三項指標(biāo)直接獲取外，其他指標(biāo)均為經(jīng)處理后獲?。淮髮＜耙陨先丝谡伎?cè)丝诒戎貋碓从凇吨袊y(tǒng)計年鑒》，為經(jīng)處理后獲取的指標(biāo)；森林覆蓋率、城市污水處理率、工業(yè)固體廢物綜合利用率、環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資總額來源于《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》；萬元GDP工業(yè)廢氣排放量由來源于《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》的工業(yè)廢氣排放量指標(biāo)和來源于《江蘇統(tǒng)計年鑒》的GDP總量指標(biāo)經(jīng)處理后獲取。

1.3　基于突變級數(shù)法的資源環(huán)境承載力評價方法

突變級數(shù)法的理論基礎(chǔ)是突變理論[21]，是用突變數(shù)學(xué)模型進(jìn)行多目標(biāo)評價決策的管理技術(shù)。其核心思想是將評價目標(biāo)進(jìn)行逐級分解，將突變理論運用到模糊數(shù)學(xué)中，產(chǎn)生突變模糊隸屬函數(shù)，通過分歧集的歸一化處理，將多目標(biāo)參數(shù)歸一為一個參數(shù)，即求出總的隸屬度，從而進(jìn)行評價目標(biāo)的綜合評價。

運用突變級數(shù)法進(jìn)行資源環(huán)境承載力評價時要明確以下幾點：一是突變模型的研究對象是勢函數(shù)，勢函數(shù)是描述系統(tǒng)控制變量與狀態(tài)變量之間相互關(guān)系的函數(shù)。根據(jù)突變理論，如果1個指標(biāo)(系統(tǒng)狀態(tài)變量)包含1個對應(yīng)的下級指標(biāo)(系統(tǒng)控制變量)可視為折疊突變。由此可推出，當(dāng)1個指標(biāo)分別含有2，3，4個下級指標(biāo)時，可依次根據(jù)尖點、燕尾、蝴蝶突變模型進(jìn)行計算[22]。常見的突變模型見表2。二是在利用突變級數(shù)法的計算過程中，要求對每個層次中各個指標(biāo)的相對重要性進(jìn)行排序，重要程度相對大的排在前面，相對次要的指標(biāo)排在后面。熵值法是客觀賦權(quán)相對精準(zhǔn)的一種方法，克服了人為排序的主觀性，因此，本文采用熵值法[23]確定各級指標(biāo)的相對重要性(表1)。三是利用突變級數(shù)法進(jìn)行綜合評價時必須遵循兩個評價準(zhǔn)則：(1) 互補(bǔ)準(zhǔn)則。若系統(tǒng)的諸控制變量間可相互彌補(bǔ)不足，對應(yīng)突變級數(shù)值按平均值法取值；(2) 非互補(bǔ)準(zhǔn)則。若系統(tǒng)的諸控制變量之間不存在明顯的相關(guān)性，則按“大中取小”的原則取值。根據(jù)上述方法構(gòu)建江蘇省資源環(huán)境承載力評價突變級數(shù)法結(jié)構(gòu)[18]，見圖1。

表2　突變模型

注：a，b，c，d為外部控制變量；xa，xb，xc，xd為各控制變量相應(yīng)的突變級數(shù)值

圖1　江蘇省資源環(huán)境承載力突變級數(shù)法結(jié)構(gòu)

1.4　評價標(biāo)準(zhǔn)的確定

根據(jù)突變級數(shù)法計算結(jié)果的特點，在常規(guī)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，制定出適合突變級數(shù)法的等級標(biāo)準(zhǔn)，可以使資源環(huán)境承載力評價更具有使用價值[24]。參考已有研究，將資源環(huán)境承載力評價標(biāo)準(zhǔn)分為弱承載力(Ⅰ)、較弱承載力(Ⅱ)、適中承載力(Ⅲ)、較高承載力(Ⅳ)和高承載力(Ⅴ)5個等級[25]。設(shè)底層控制指標(biāo)相對隸屬度均取為xi(xi=0.2，0.4，0.6，0.8)時，根據(jù)圖1的突變級數(shù)模型，由下至上逐級計算各層次隸屬度值，最終得出總隸屬度值，由此得出基于突變級數(shù)法的資源環(huán)境承載力等級標(biāo)準(zhǔn)(表3)。

1.5　障礙因素診斷模型

在分析資源環(huán)境承載力的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究制約資源環(huán)境承載力提高的障礙因子，引入“因子貢獻(xiàn)率”、“指標(biāo)偏離度”和“障礙度”構(gòu)建障礙度模型[26]，對障礙因子進(jìn)行診斷。相關(guān)計算公式如下：

qj=wi×wij

(1)

(2)

(3)

(4)

2　結(jié)果與分析

2.1　江蘇省資源環(huán)境承載力動態(tài)評價

原始數(shù)據(jù)通過直接取值或簡單運算得到江蘇省2004—2014年16項指標(biāo)數(shù)據(jù)。根據(jù)突變級數(shù)法的計算規(guī)則，運用極值法[27]將控制變量的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，將原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化到[0，1]之間，使不同指標(biāo)間具有可比性，且對于正向指標(biāo)和逆向指標(biāo)分別采用不同的公式進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。然后，運用突變級數(shù)法逐級計算得出2004—2014年江蘇省資源環(huán)境承載力(表4)。根據(jù)表4繪制出江蘇省資源環(huán)境承載力變化趨勢(圖2)，以及經(jīng)濟(jì)、社會、資源、環(huán)境4個子目標(biāo)層的承載力變化趨勢(圖3)。

表3　資源環(huán)境承載力評價等級標(biāo)準(zhǔn)

表4　江蘇省2004-2014年資源環(huán)境承載力測度結(jié)果

2.1.1資源環(huán)境承載力總體變化趨勢由圖2可知，2004—2014年江蘇省資源環(huán)境承載力水平總體呈小幅波動上升趨勢，數(shù)值從2004年的0.829 0上升到2014年的0.967 8，資源環(huán)境承載能力從較弱承載力發(fā)展到較高承載力。資源環(huán)境承載力水平在11 a間存在小幅波動，2008年，江蘇省資源環(huán)境承載力水平較2007年下降了0.12%，但并未影響承載力等級的變化，2009年又上升了2.52%，此后2010—2012年資源環(huán)境承載力水平連續(xù)三年下降，特別是資源環(huán)境承載力等級在2011—2012年由較高承載力(Ⅳ)調(diào)整到適中承載力(Ⅲ)。

2.1.2經(jīng)濟(jì)社會復(fù)合系統(tǒng)變化趨勢由圖2可知，經(jīng)濟(jì)社會復(fù)合系統(tǒng)承載力存在一個穩(wěn)定上升的過程，承載力水平由2004年的0.682 7上升到2014年的0.993 1，年均增速達(dá)3.82%。由圖3可知，2004—2012年江蘇省經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)承載力指數(shù)總體呈線性增長趨勢，年平均增長速度達(dá)14.39%，居各子系統(tǒng)之首，這與近年來江蘇省實施“富民強(qiáng)省”的戰(zhàn)略目標(biāo)，倡導(dǎo)“綠色增長”，加快經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)調(diào)整的發(fā)展方式有密切的關(guān)系。2004—2014年，江蘇省GDP總量由15 003.6億元增加到65 088.32億元，年均增長4 553.16億元。隨著經(jīng)濟(jì)總量的快速增長，地均GDP持續(xù)增長，第三產(chǎn)業(yè)加速發(fā)展，城鎮(zhèn)居民人均可支配收入穩(wěn)步提升，直接促進(jìn)經(jīng)濟(jì)承載力的提升。

社會子系統(tǒng)承載力指數(shù)呈現(xiàn)一個波動上升的態(tài)勢，由2004年的0.631 5上升到2014年的0.954 2，但2008年、2009年和2010年的社會子系統(tǒng)承載力指數(shù)分別較上一年有一定幅度回落，其中2008年社會子系統(tǒng)承載力指數(shù)較2007年下降了3.25%，主要原因是大專及以上人口比重在這一年有所下降；而2009年和2010年社會子系統(tǒng)承載力指數(shù)較上一年度分別下降了3.95%和9.78%，原因在于這兩年人口自然增長率和人口密度這兩項逆向指標(biāo)值大大增加，其中，人口自然增長率這一指標(biāo)達(dá)到11 a間的最大值，為2.85%，人口的增長大大加劇了社會子系統(tǒng)的壓力。但經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)與社會子系統(tǒng)的協(xié)同作用，使得經(jīng)濟(jì)社會復(fù)合系統(tǒng)承載力呈穩(wěn)步上升趨勢。

圖2　江蘇省兩大復(fù)合系統(tǒng)與資源環(huán)境承載力變化趨勢(2004-2014年)

2.1.3資源環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)變化趨勢由圖2可知，江蘇省2004—2014年的資源環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)承載力呈波動上升趨勢，指數(shù)變化于0.687 3～0.936 6。由圖3可知，資源子系統(tǒng)承載力在11 a間的波動更為明顯，主要是由于江蘇省人均耕地面積較少，且耕地后備資源潛力有限，隨著人口的增長，人均耕地面積逐年減小，同時，由于人們生活水平的提高，能源消費量持續(xù)增加，而水資源量具有年際變化大的特點，從而使得江蘇省資源子系統(tǒng)承載力隨時間呈波動變化趨勢。2004—2014年期間，江蘇省環(huán)境子系統(tǒng)承載力水平總體也呈增加趨勢，2010年和2012年的承載力指數(shù)較上一年有所下降，是由這兩年的工業(yè)固體廢棄物綜合利用率水平相對降低導(dǎo)致的。環(huán)境子系統(tǒng)承載力反映了環(huán)境對于人類活動的包容能力，而人類活動具有雙向性，人類通過提高城市污水處理率、工業(yè)固體廢棄物處理率，加大環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資，減少單位GDP的廢物排放等行為可以有效地增加環(huán)境子系統(tǒng)承載力。

圖3　2004-2014年江蘇省各子系統(tǒng)承載力變化趨勢

2.2　障礙因素分析

為深入了解制約江蘇省資源環(huán)境承載力提高的障礙因素，根據(jù)障礙因素計算模型，得到江蘇省資源環(huán)境承載力平均障礙因子(表5)，且進(jìn)一步從指標(biāo)層厘清主要障礙因子及其隨時間的變化(表6)。

2.2.1障礙因素總體分析由表5可知，江蘇省資源環(huán)境承載力平均障礙因素最大是森林覆蓋率，其值達(dá)到16.64%；第二障礙因素和第三障礙因素分別是人均耕地面積和環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資總額，平均障礙度分別達(dá)14.99%和10.05%。第四到第七障礙因素全都是社會經(jīng)濟(jì)復(fù)合系統(tǒng)中的因素，依次是人口密度、地均固定資產(chǎn)投資、第三產(chǎn)業(yè)比重和人均GDP。依據(jù)表5，從中選取障礙度排名前八位的因素為重點研究對象(障礙度均大于5%)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)占4個，資源子系統(tǒng)占2個(排名前兩位)、環(huán)境子系統(tǒng)占1個，社會子系統(tǒng)占1個。說明經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和資源子系統(tǒng)是阻礙江蘇省資源環(huán)境承載力提高的兩大障礙因素。雖然2004—2014年江蘇省經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長、資源利用效率逐漸提高、生態(tài)環(huán)境不斷改善，但經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)、經(jīng)濟(jì)增長方式及質(zhì)量仍有提升的巨大潛能，經(jīng)濟(jì)發(fā)展中對資源的利用率、環(huán)境的保護(hù)力度有待進(jìn)一步提高。

2.2.2指標(biāo)層障礙因素分析為進(jìn)一步探究制約江蘇省資源環(huán)境承載力提高的主要障礙因素，按照指標(biāo)層指標(biāo)障礙度的大小，選取障礙度排序在前5位的障礙因素作為重點分析對象(表6)。由表6可知，障礙因素頻率超過一半(出現(xiàn)6年)的因素有環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資總額、森林覆蓋率、地均固定資產(chǎn)投資、人口密度和人均耕地面積5個方面的因素，且每一個障礙因素在研究期間均連續(xù)出現(xiàn)。環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資總額雖然出現(xiàn)的頻率最多(90.91%)，但從2011年開始障礙度排序已由第二位降為第四位，說明江蘇省逐步加大環(huán)保投入，意識到環(huán)境建設(shè)對于提高區(qū)域資源環(huán)境承載力的重要性。森林覆蓋率障礙因素出現(xiàn)的頻率為81.82%，且在2004—2012年期間均為第一障礙因素，因為森林資源作為一種自然資源，森林面積的多與少與生態(tài)功能、環(huán)境容量的大小有密切的關(guān)系，因此，森林覆蓋率必然成為制約區(qū)域資源環(huán)境承載力的第一因素。研究時段內(nèi)，經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)中的地均固定資產(chǎn)投資出現(xiàn)的頻率也較高，達(dá)72.73%，但障礙度排序逐漸由第三位過渡到第五位，說明地均固定資產(chǎn)投資雖然是影響區(qū)域資源環(huán)境承載力的主要障礙因素，但隨著江蘇省經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)的逐步調(diào)整，該障礙因素的作用在不斷弱化。人均耕地面積與人口密度兩個指標(biāo)的障礙度出現(xiàn)頻率均為54.55%，但人均耕地面積作為主要的障礙因素從2009年開始連續(xù)出現(xiàn)，且障礙度排序由第三位逐漸躍升到第一位，說明江蘇省作為經(jīng)濟(jì)相對發(fā)達(dá)地區(qū)，經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、人口的增多擠占了大量的耕地資源，而耕地資源直接影響到一個區(qū)域的糧食安全，因此，保護(hù)耕地資源成為提高區(qū)域資源環(huán)境承載力的第一要務(wù)。

表5　資源環(huán)境承載力平均障礙因素排序

表6　江蘇省資源環(huán)境承載力主要障礙因素排序

注：羅馬字母的大小代表障礙因素的排序，如：Ⅰ表示某指標(biāo)障礙度排序第一，依次類推。

3　結(jié)論與討論

(1) 在構(gòu)建適用于省級的資源環(huán)境承載力指標(biāo)體系的基礎(chǔ)上，運用突變級數(shù)法對2004—2014年江蘇省的資源環(huán)境承載力進(jìn)行實證研究。結(jié)果表明：江蘇省的資源環(huán)境承載力在波動中不斷上升，資源環(huán)境承載能力從較弱承載力(Ⅱ)發(fā)展到較高承載力(Ⅳ)，這是經(jīng)濟(jì)社會復(fù)合系統(tǒng)與資源環(huán)境復(fù)合系統(tǒng)共同作用的結(jié)果。

(2) 為了進(jìn)一步研究制約江蘇省資源環(huán)境承載力的因素，引入障礙因素模型對江蘇省資源環(huán)境承載力的障礙度進(jìn)行測算，結(jié)果表明：經(jīng)濟(jì)子系統(tǒng)和資源子系統(tǒng)是影響江蘇省資源環(huán)境承載力提高的主要因素，而其中人均耕地面積是最重要的障礙因素。主要障礙因素的影響力和影響時間隨時間會發(fā)生不斷變化，如地均固定資產(chǎn)投資和環(huán)境基礎(chǔ)設(shè)施投資總額兩項障礙因素對資源環(huán)境的影響力在逐步降低，而人均耕地面積因素對資源環(huán)境的影響力卻在不斷提高。

本文基于突變級數(shù)模型從時間尺度探討了江蘇省資源環(huán)境承載力大小的演變并進(jìn)行了障礙因子的識別，但本文未從空間尺度進(jìn)行資源環(huán)境承載力的計算與探討，江蘇省各市資源環(huán)境承載力如何，空間演化規(guī)律如何還有待進(jìn)一步研究與探討。

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