生态承载力与产业一致性评价技术研究

第1章 绪论 本章将重点介绍生态承载力、生态安全及预警、产业等相关概念与模型方法，辨析模型方法的适用性，为下一步生态承载力与产业一致性评价及预警研究提供理论基础。 1.1 生态承载力 1.1.1 演变历程 承载力理论起源于人口统计学、应用生态学和种群生物学（张林波等，2009），*早可追溯到1798年英国学者马尔萨斯提出的人口理论（Malthus，1798）和1838年比利时数学家Verhulst提出的逻辑斯蒂方程（Verhulst，1838）。20世纪早期，世界各地科研人员开展了大量非人类生物种群的生长规律研究，但多数没有明确提出承载力的概念（张林波等，2009；谢高地等，2011），通常以“饱和水平”（saturation level）（Verhulst，1838）、“上限”（upper limits）、“*大种群数量”（maximum populations）或者“S形曲线渐近线”（asymptotes）（Pearl and Reed，1920；Pearl，1925）来表示（Young，1998；Monte-Luna et al.，2004）。通常认为，是1922年美国的Hawden和Palmer在观察阿拉斯加州引入驯鹿种群的生态影响时*早明确提出承载力的概念（Seidl and Tisdell，1999），他们认为，承载力是在不损害牧场的情况下所能供养牲畜的*大数量。1953年，Odum**次将承载力的概念和逻辑斯蒂曲线的理论*大值常数联系起来，将承载力定义为“种群数量增长的上限”（Odum，1953）。以上定义均是种群承载力的概念，即在某一环境条件下，某种生物个体可存活的*大数量（高吉喜，2001）。 从20世纪60年代开始，全球性资源环境危机爆发，承载力的研究领域逐渐扩展到人类经济社会发展普遍面临的土地资源、水资源、矿产资源、能源、环境污染、生态系统退化等多个方面，因而也衍生出一系列人类承载力的概念，包括土地承载力、资源承载力、水资源承载力、矿产资源承载力、能源承载力、环境承载力、生态弹性力、生态系统承载力等，促使承载力的概念不断深化并由单要素承载力发展到多要素制约的系统综合承载力（高吉喜，2001；张林波等，2009）。 20世纪80年代中后期至今，人类承载力研究继续发展深化，由以往单纯基于自然因素制约向综合考虑经济社会因素转变（谢高地等，2011），通过引入科技进步、生活方式、社会制度、消费模式等社会经济因素，促使承载力概念具备“双向作用”特征，即除了考虑人类社会对自然生态系统的压力外，更加重视人类社会系统的管理弹性力作用。 承载力的概念从提出至今，已在形式和含义上发生了较大变化（表1-1），在当前全球资源、生态、环境约束日益趋紧的背景下，承载力研究仍是未来生态学领域的长期研究热点和难点，并将更加趋向于面向地方实践应用的综合人类承载力研究。 表1-1 承载力概念的演化及代表性定义 1.1.2 基本概念 生态承载力是承载力概念在生态学领域中的应用，以生态系统为承载体，以外部干扰为承载对象。生态承载力关注的是生态系统对外界干扰的承受限度，这种限度不仅局限于资源数量，更重要的是生态系统自身的稳定性是否受到破坏，生态系统的结构与功能是否发生根本性改变（沈渭寿等，2010），即生态系统自身的结构与功能是生态承载力的决定因素。 因此，仅从承载体即生态系统自身角度出发，可将生态承载力定义为：“自然体系自我维持生态平衡功能与自我调节能力的客观反映，但这种维持能力和调节能力有一定限度，超过这个限度自然体系将失去维持平衡的能力，由高一级的自然体系（如绿洲）降为低一级的自然体系（如荒漠）”（王家骥等，2000）。仅从承载对象即人类活动干扰的角度出发，可将生态承载力定义为：“在生态系统结构和功能不受破坏的前提下，生态系统对外界干扰特别是人类活动的承受能力”（沈渭寿等，2010）。 高吉喜（2001）首次从承载体和承载对象两个方面出发，将生态承载力定义为“生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境的供容能力及其可维育的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量”，它是目前应用较为广泛的概念之一。但生态承载力不是固定不变的，它与某一具体历史发展阶段和社会经济发展水平直接相关（Harris and Kennedy，1999；沈渭寿等，2010），因此，生态承载力还应充分考虑人类社会经济因素，以及由此造成的动态性，并与管理目标紧密结合，以包括人口总量、经济规模及发展速度在内的*大人类经济社会发展负荷为承载对象（张林波等，2009）。此外，由于生态系统的结构、功能与过程存在空间差异性，因此生态承载力还具有明显的空间尺度性（王开运，2007；向芸芸和蒙吉军，2012）。 综上所述，虽然学者对生态承载力的定义各有不同，但其根本内涵是相同的：①生态承载力的载体为生态系统，承载对象为人类经济社会子系统，生态承载力是描述人类活动与生态系统相互作用的界面。②既考虑生态系统的支持部分，即生态系统的自我维持、自我调节能力，资源与环境的供容能力；也考虑人类压力部分，即人类社会经济发展强度，包括具有一定生活水平的人口总量、经济规模及发展速度等。③生态承载力离不开某一特定区域，即具有明显的空间尺度依赖性。④人类具有主观能动性，是提高区域生态承载力、实现可持续发展的关键。 1.2 生态安全及预警 1.2.1 生态安全 生态安全是国家安全的重要组成部分，是经济社会持续健康发展的重要保障，是人类生存和发展的**条件。“生态安全”（ecological security）一词从有明确定义提出至今，有30多年的历史，但目前尚缺乏一个公认的概念定义。有的从自然生态系统对人类生存发展、生活与健康保障程度方面进行定义，属于对生态安全的广义理解。例如，国际应用系统分析研究所将生态安全定义为：在人的生活健康安乐基本权利、生活保障来源、必要的资源、社会秩序和人类适应环境变化的能力等方面不受威胁的状态，包括自然生态安全、经济生态安全和社会生态安全。肖笃宁等（2002）将其定义为：人类在生产、生活和健康等方面不受生态破坏与环境污染等影响的保障程度，包括饮用水与食物安全、空气质量与绿色环境等基本要素。欧阳志云和郑华（2014）将其定义为：生态环境条件与生态系统服务功能可以有效支撑经济发展和社会安定、保障人民生活和健康不受环境污染与生态破坏损害的状态与能力。 有的研究从生态系统本身的健康角度进行定义，属于对生态安全的狭义理解。一般指自然和半自然生态系统的安全，即生态系统的结构是否受到破坏、生态功能是否受到损害（郭中伟，2001），是一个国家生存和发展所需的生态环境处于不受或少受迫害与威胁的状态（周卫，2009），也是生态系统完整性和健康的整体水平反映（肖笃宁等，2002）。 也有研究关注自然生态系统对经济社会发展的支撑能力和人类社会对生态环境的需求，如曲格平（2004）在《关注中国生态安全》中从两个方面对生态安全进行解释：一是防止生态环境退化对经济基础构成威胁，主要指环境质量状况和自然资源减少、退化削弱了经济可持续发展的支撑能力；二是防止环境破坏和自然资源短缺等问题引发人民群众的不满，特别是环境难民的大量产生，影响社会稳定。 综上所述，生态安全的本质仍是人的安全（欧阳志云等，2015），生态安全研究的*终目的仍是在维持自然生态系统结构与功能稳定的基础上，有效保障人类生存与健康发展。因此，“生态安全”包含两重含义：一是从供体角度看，指生态系统自身是否安全，即自身结构与功能是否受到破坏；二是从受体角度看，指生态系统对于人类生存发展是否安全，即生态系统所提供的产品与服务是否满足人类的生存发展需要（邹长新和沈渭寿，2003）。 1.2.2 生态安全预警 在生态安全评价的基础上开展生态安全预警，对于维护和保障区域生态安全具有重要现实意义。 “预警”一词多是指在灾害或灾难、危险发生前，根据以往总结规律或观测到的可能前兆，发出紧急信号、报告危险情况，从而*大程度减轻危害及损失的行为（樊杰等，2017），可以理解为对危机或危险状态的一种预前警报或警告。狭义的预警仅指对自然资源或生态安全可能出现的衰竭或危机而建立的报警，而广义的预警则涵盖了对生态安全维护、防止危机发生的过程，从发现警情、分析警兆、寻找警源、判断警度以及采取正确的预警方法将警情排除的全过程预警（傅伯杰，1991）。 陈国阶和何锦峰（1999）将生态环境预警定义为对人类活动造成的生态环境退化甚至恶化进行及时预报和警告。沈渭寿等（2010）认为，区域生态安全预警要以生态安全评价为基础，对某一特定时期（或时段）内的区域生态安全状态出现的恶化情况进行预报和预测。张琨等（2018）从生态、资源、环境三个方面定义生态安全预警，指对区域社会经济发展与生态保护的失调程度、资源开发强度超过生态承载力的程度、生态环境的恶化趋势等进行预测和警告。樊杰等（2017）的定义强调了资源环境超载状况的监测评价，认为预警应是对承载力各构成要素及其组合变化规律的预言预判，对未来可能出现的危险进行报告、以避免或缩小因承载力临界超载或超载带来的损失。 综上所述，生态安全预警具有较强的前瞻性和警示性，是基于生态承载力和生态安全评价，对未来某一区域内因人类经济社会发展等影响导致的资源能源消耗、生态系统退化、环境质量恶化等变化趋势的科学预测或预判，尤其是要确定资源、环境、生态等要素达到关键超载阈值的时间点与空间范围，以便尽早制定应对策略，有效遏制生态环境恶化趋势，维护国家和区域生态安全，保障人类经济社会可持续发展。 1.3 产业 产业属于产业经济学领域的范畴，它受国家和地方政府政策、市场规律、供求关系、自然禀赋等多种因素影响。但产业作为生态承载力的受体之一，正确理解其概念、内涵与发展规律，尤其是其发展过程中对生态环境的影响机制，对深入开展生态承载力与产业一致性评价及预警、从源头防控生态环境风险、保障区域生态安全具有重要意义。 1.3.1 产业发展 产业发展是指产业的产生、成长和演进。产业发展的内容较为广泛，既包括单个产业的进化，又包括产业总体的演进；既包括产业类型、产业结构、产业关联、产业布局的演进，又包括产业组织的变化、产业规模的扩大、技术进步、效益提高（简新华和魏珊，2001）。经济发展包括产业发展，产业发展又是经济发展的必要条件、关键因素和强大动力，产业发展的状况直接决定整个国民经济发展的状况。 1.3.2 产业结构 （1）定义 产业结构是指国民经济中各产业之间和各产业内部的联系和比例关系，是一个地区各种生产要素在该地区各产业部门之间的比例构成及它们之间相互依存和相互制约的关系。它包括三个层次，一是**、第二、第三次产业构成；二是三次产业各自的内部构成；三是三次产业内部的行业构成，即产品结构。 （2）影响因素 一般而言，影响产业结构演进和转换的因素很多，主要有技术创新能力、需求能力、供给能力、对外贸易发展、经济政策、生态环境和其他因素。其中生态环境因素的影响越来越受到政府和公众的关注。 区域优势、特色产业的发展是以比较优势为前提的。具有较强的生存力与