摘要：受人類活動影響，水生態(tài)系統(tǒng)問題更加復(fù)雜，開展水生態(tài)承載力評估是實(shí)施水生態(tài)環(huán)境治理的基礎(chǔ)。本文結(jié)合水生態(tài)承載力評估的研究背景，介紹了水生態(tài)承載力評估的主要方法，包括生態(tài)足跡法、模糊綜合評價(jià)法、投影尋蹤模型法、系統(tǒng)動力學(xué)法等，分析了各種水生態(tài)承載力評估方法的優(yōu)缺點(diǎn)，以期為開展水生態(tài)承載力評估提供支撐。

關(guān)鍵詞：水生態(tài)；承載力；評估方法

中圖分類號：X826 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2023）02-00-03

DOI：10.3969/j.issn.1008-9500.2023.02.022

Review on Assessment methods of water ecological carrying capacity

HU Guozhong， TAN Yinyue， LI Jiayi

（Jiangsu Changhuan Environmental Technology Co.， Ltd.， Changzhou 213022， China）

Abstract： Affected by human activities， the problems of water ecosystem are more complex， and the assessment of water ecological carrying capacity is the basis for the implementation of water ecological environment treatment. Combined with the research background of water ecological carrying capacity assessment， this paper introduces the main methods of water ecological carrying capacity assessment， including ecological footprint method， fuzzy comprehensive evaluation method， projection pursuit model method， system dynamics method， etc.， and analyzes the advantages and disadvantages of various methods of water ecological carrying capacity assessment， in order to provide support for carrying out water ecological carrying capacity assessment.

Keywords： water ecology; carrying capacity; assessment method

人與環(huán)境和諧共生，已成為提高城市競爭力、改善城市生態(tài)環(huán)境、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要措施，而水環(huán)境治理已然成為構(gòu)建和諧水生態(tài)的重要一環(huán)，成為改善人居環(huán)境的重要舉措。隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和城鎮(zhèn)化進(jìn)程的加快，水生態(tài)系統(tǒng)問題更加復(fù)雜，國家對水生態(tài)系統(tǒng)綜合管理的需求也日益突出。開展水生態(tài)承載力評估是實(shí)施水生態(tài)環(huán)境治理的基礎(chǔ)，雖然國內(nèi)外學(xué)者做了大量研究，從不同角度對生態(tài)承載力進(jìn)行了深入分析[1]，但尚未形成統(tǒng)一的界定標(biāo)準(zhǔn)，水生態(tài)承載力研究成果較少，未形成用于統(tǒng)一管理的評估技術(shù)。

1 研究背景

1921年，國外學(xué)者首次將承載力概念引入生態(tài)學(xué)領(lǐng)域，并從種群數(shù)量角度提出生態(tài)承載力概念。國內(nèi)對生態(tài)承載力的研究晚于國外，開始于20世紀(jì)90年代，總體來說還處于探索完善階段。生態(tài)承載力評估技術(shù)的基礎(chǔ)是相關(guān)評估方法及指標(biāo)體系的選取，對于生態(tài)承載力相關(guān)評估方法，20世紀(jì)已經(jīng)開展研究，國內(nèi)外已有部分研究成果。生態(tài)足跡法可用于衡量人們對自然資源的利用程度和發(fā)展?fàn)顩r[2]。

許有鵬[3]著重分析了水資源承載力的綜合評價(jià)方法，并建立了一套適用于干旱地區(qū)水資源承載力綜合評價(jià)的模型和分析計(jì)算方法。為了更加合理地評價(jià)區(qū)域承載力，可以生態(tài)足跡法為基礎(chǔ)，參考耕地、林地、草場以及水域等不同土地利用類型的面積，合理構(gòu)建指標(biāo)體系。王家驥等[4]利用自然植被凈第一性生產(chǎn)力測算法進(jìn)行承載力評估，能夠反映自然體系的生產(chǎn)能力和受內(nèi)外干擾后的恢復(fù)能力。袁曉蘭等[5]綜合利用融合多種因素的狀態(tài)空間法，得出資源、環(huán)境與社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展的相互關(guān)系。酈建強(qiáng)等[6]克服多目標(biāo)決策-理想點(diǎn)法的缺陷，將其改進(jìn)為多目標(biāo)決策-理想?yún)^(qū)間模型，使其可應(yīng)用于各種水資源評價(jià)中。陳守煜等[7]開始將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法應(yīng)用于水環(huán)境評價(jià)模型中，得到長江支流沱江枯水期的水環(huán)境綜合評價(jià)結(jié)果。夏軍等[8]采用目標(biāo)綜合分析與多級灰關(guān)聯(lián)評價(jià)相結(jié)合的方法，建立城市區(qū)域水資源承載力評價(jià)模型。王儉等[9]建立基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)域水環(huán)境承載力評價(jià)模型，并將其應(yīng)用于遼寧省水環(huán)境承載力評價(jià)。邢有凱等[10]采用向量模擬法評價(jià)了北京市水環(huán)境承載力指數(shù)。王淑娟[11]利用投影尋蹤模型對區(qū)域水資源承載力進(jìn)行評價(jià)，避免人為賦權(quán)的干擾。

2 水生態(tài)承載力評估的主要方法

從近幾十年研究來看，水生態(tài)承載力評估的研究更加系統(tǒng)化，但尚未形成統(tǒng)一的評價(jià)體系。目前，水生態(tài)承載力評估方法主要有4種。一是綜合評價(jià)法，包括自然植被凈第一性生產(chǎn)力測算法、資源與需求差量法、生態(tài)足跡法、多指標(biāo)綜合評價(jià)法、模糊綜合評價(jià)法等。二是系統(tǒng)模型法，包括系統(tǒng)動力學(xué)模型法、多目標(biāo)規(guī)劃模型法等。三是統(tǒng)計(jì)學(xué)法，包括線性回歸法、聚類分析法、時(shí)間序列法、主成分分析法等。四是其他方法，包括人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)評價(jià)模型法、狀態(tài)空間法、投影尋蹤法、向量模法、專家評分法、層次分析法、灰色關(guān)聯(lián)度分析法等。

一般來說，水生態(tài)承載力評估方法又可分為兩大類。一類是以目標(biāo)導(dǎo)向?yàn)樵瓌t的評估方法，選擇能夠反映水生態(tài)承載力的指標(biāo)，將影響因素作為輸入變量，決策變量作為輸出變量，以表征水生態(tài)承載力的大小。另一類是選取能夠表征水生態(tài)承載力的評價(jià)指標(biāo)，一般使用多指標(biāo)綜合評價(jià)法，對表征指標(biāo)進(jìn)行篩選，開展水生態(tài)承載力評價(jià)。

2.1 生態(tài)足跡法

生態(tài)足跡是指在一定技術(shù)條件下，要維持某一物質(zhì)消費(fèi)水平下某一區(qū)域人口的持續(xù)生存所必需的生產(chǎn)性土地或者水體。生態(tài)足跡法可用于分析不同類型的生物生產(chǎn)量，對人類可利用的生態(tài)空間和生態(tài)占用空間進(jìn)行測算，以建立較為完整的生態(tài)足跡模型，進(jìn)而評價(jià)研究對象的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顩r。生態(tài)足跡法簡便易行，便于區(qū)域間的比較，在許多國家得到廣泛應(yīng)用。生態(tài)足跡法可以應(yīng)用于水生態(tài)承載力評估中，但它沒有描述完全自然系統(tǒng)提供資源、消納廢物的功能，也沒有考慮污染對生態(tài)環(huán)境的影響?？傮w來說，目前對水生態(tài)足跡構(gòu)成還沒有形成統(tǒng)一意見。生態(tài)足跡法簡單實(shí)用，適用于工業(yè)不發(fā)達(dá)地區(qū)的相互比較，不能用于衡量工業(yè)發(fā)達(dá)地區(qū)的生態(tài)承載力。

2.2 模糊綜合評價(jià)法

模糊綜合評價(jià)法是利用模糊數(shù)學(xué)對受到多種因素制約的事物和現(xiàn)象作出總體評價(jià)。該方法采用指標(biāo)體系對水生態(tài)承載力進(jìn)行綜合評價(jià)，克服了常規(guī)趨勢法中承載因子相互獨(dú)立的局限性，常用于評估區(qū)域和流域水生態(tài)承載力總體情況，綜合性較強(qiáng)。模糊綜合評價(jià)法可用于水生態(tài)承載力評估，其實(shí)質(zhì)是對主觀產(chǎn)生的離散過程進(jìn)行綜合處理，評價(jià)因素越多，遺失的有用信息越多，誤判的可能性越大。

2.3 投影尋蹤模型法

投影尋蹤模型是近年來比較受到學(xué)者關(guān)注的水生態(tài)承載力評估模型。它是一種由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動的探索性數(shù)據(jù)分析方法，把高維數(shù)據(jù)通過某種組合投影到低維子空間上，對于投影到的構(gòu)形，采用相關(guān)指標(biāo)函數(shù)來確定最佳投影值，根據(jù)該投影值分析高維數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)特征。該方法直接由樣本數(shù)據(jù)驅(qū)動來探索數(shù)據(jù)，避免人為干擾，同時(shí)直觀性和可操作性強(qiáng)。在水生態(tài)承載力評價(jià)中，該方法具有分辨率高、賦權(quán)客觀、人為干擾小和結(jié)果穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)，但是其最優(yōu)投影方向的選擇是模型構(gòu)建的難題，評價(jià)指標(biāo)體系的差異也容易造成評價(jià)結(jié)果不相容。

2.4 系統(tǒng)動力學(xué)法

系統(tǒng)動力學(xué)法是一種動態(tài)系統(tǒng)分析的數(shù)學(xué)方法，于20世紀(jì)50年代創(chuàng)立，系統(tǒng)動力學(xué)理論基礎(chǔ)是控制論、信息論和系統(tǒng)論，其關(guān)鍵在于從系統(tǒng)內(nèi)部結(jié)構(gòu)入手，建立一階微分方程組來反映系統(tǒng)內(nèi)各變量的因果反饋關(guān)系，從而構(gòu)建系統(tǒng)動力學(xué)仿真模型，并結(jié)合指數(shù)評價(jià)法進(jìn)行計(jì)算分析，得出最佳發(fā)展方案。系統(tǒng)動力學(xué)法可應(yīng)用于不同情景的承載力研究中，該方法能夠動態(tài)模擬復(fù)雜系統(tǒng)內(nèi)部各個環(huán)節(jié)時(shí)空行為變化和響應(yīng)機(jī)制，適用于較為復(fù)雜的水生態(tài)系統(tǒng)研究。但是，模型受建模者主觀影響較大，可能導(dǎo)致論斷不合理。

3 水生態(tài)承載力評估方法比較

為進(jìn)一步明確各水生態(tài)承載力評估方法的適用性，對其做出詳細(xì)比較，如表1所示。

4 結(jié)論

準(zhǔn)確評估水生態(tài)承載力是開展水生態(tài)環(huán)境治理的基礎(chǔ)。水生態(tài)承載力評估方法有很多，每種方法都存在短板。當(dāng)前，要加大相關(guān)模型的應(yīng)用案例研究，合理確定水生態(tài)承載力評估方法，提升評估結(jié)果的可信度，更好地為政府管理工作服務(wù)。

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