全 文 ：环 境 承 载 力 研 究 进 展 3
王　俭1 ,2 3 3 　孙铁珩2 　李培军2 　李法云1
(1辽宁大学环境科学系 ,沈阳 110036 ;2中国科学院沈阳应用生态研究所 ,沈阳 110016)
【摘要】　进行环境承载力理论与量化方法的研究 ,对于指导人类社会经济活动 ,协调人类发展与环境的关
系 ,具有十分重要而迫切的现实意义. 本文论述了环境承载力概念的发展过程 ,并从“容量”、“阈值”和“能
力”三方面介绍了环境承载力定义 ,指出了环境承载力具有客观性和主观性、区域性和时间性、动态性和可
调控性的主要特征. 在此基础上 ,对目前国内外用于环境承载力定量化研究的指数评价法、承载率评价法、
系统动力学方法和多目标模型最优化等方法进行了分析 ,最后对环境承载力研究的发展趋势进行了讨论.
关键词 　环境承载力 　量化方法 　发展趋势
文章编号 　1001 - 9332 (2005) 04 - 0768 - 05 　中图分类号 　X26 　文献标识码 　A
Research progress on environmental carrying capacity. WAN G Jian1 ,2 , SUN Tieheng2 ,L I Peijun2 ,L I Fayun1
(1 Depart ment of Envi ronmental Sciences , L iaoning U niversity , S henyang 110036 , China ; 2 Institute of A p2
plied Ecology , Chinese Academy of Sciences , S henyang 110016 , China) . 2Chin. J . A ppl . Ecol . ,2005 ,16 (4) :
768～772.
To study the theories and quantification methods of environmental carrying capacity is of significance in reality
for directing human beings economic behaviors and harmonizing the relationships between social development and
environment . In this paper ,the definition of environmental carrying capacity was introduced from the aspects of
“capacity”,“threshold”and“capability”,with the main characteristics of objective and subjective ,regional and
temporal ,and dynamic and adjustable ,and its research progress was reviewed. On the basis of these ,the quantifi2
cation methods of environmental carrying capacity ,including exponential assessment ,carrying rate assessment ,
system dynamics ,and multi2objective optimization ,were analyzed ,and the research perspectives of environmental
carrying capacity were discussed.
Key words 　Environmental carrying capacity , Quantificational method , Perspective.
3 国家重点基础研究发展规划项目 (2004CB418503) 、国家自然科学
基金重点资助项目 (20337010)和沈阳大学环境工程重点实验室基金
资助项目.3 3 通讯联系人.
2004 - 09 - 18 收稿 ,2005 - 01 - 11 接受.
1 　引 　　言
日益严峻的环境污染问题 ,对人类生存构成了严重威
胁 ,这促使了人们对环境问题的重新评估 ,于是环境自净能
力、环境容量、环境承载力等概念相继被提出 ,并受到世界各
国的普遍重视. 环境承载力的概念在环境与人类活动之间建
立了联系桥梁 ,使环境与社会经济的协调有了宏观准则 [35 ] .
进行环境承载力相关问题的研究对于调节人类自身的社会
经济活动 ,实现自然2经济2社会的可持续发展具有重要的指
导意义和现实意义. 近年来 ,国内外学者对环境承载力的研
究主要包括综合环境承载力研究和环境要素 (包括土
地[18 ,36 ] 、水环境、大气环境、旅游环境[16 ,29 ]等) 承载力研究
两个方面 ,也提出了相应的概念与量化研究方法. 国内较严
格的环境承载力概念最早出现于 1991 年的中国科研项目
《我国沿海经济技术开发区环境的综合研究 —福建省湄洲湾
开发区环境规划综合研究总报告》中 [32 ] . 国外对环境承载力
的研究大多集中在环境要素承载力方面 ,如水环境承载
力[3 ,8 ] 、土地承载力[14 ] 、旅游环境承载力[2 ]的研究等. 由于
环境要素承载力的研究在很多文献中 [3 ]已有论述 ,所以本文
主要针对国内外综合环境承载力的研究现状 ,从环境承载力
理论研究与定量化研究两个方面来论述环境承载力研究进
展.具体论述了环境承载力概念的发展和环境承载力的主要
特征 ,分析比较了目前用于环境承载力量化研究的指数评价
法、承载率评价法、系统动力学方法和多目标模型最优化方
法等主要方法 ,最后对环境承载力研究发展趋势作一展望.
2 　环境承载力的理论研究
211 　概念的提出及其发展
环境承载力这一概念是由承载力的概念派生而来的 . 承
载力的概念最早来源于力学 ,是指物体在不产生任何破坏时
的最大荷载 ,19 世纪 80 年代后期 ,开始在畜牧场管理中得
到应用 ,如美国农业部 1906 年年鉴就曾采用这一概念. Park
和 Burgess 于 1921 年在有关研究中应用了承载力概念 ,认为
可根据某一地区的食物资源来确定该地区的人口数量 ,带动
了土地承载力领域的研究. 1953 年 ,Odum 在《生态学原理》
(Fundamentals of Ecology)中 ,赋予承载力概念较精确的数学
形式[17 ,24 ] . 承载力一词也总是与环境退化、生态破坏、人口
应 用 生 态 学 报 　2005 年 4 月 　第 16 卷 　第 4 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CHIN ESE JOURNAL OF APPL IED ECOLO GY ,Apr. 2005 ,16 (4)∶768～772
增加、资源减少、经济发展相联系在一起的 ,承载力概念的外
延也不断发生着相应的变化 [4 ,20 ] . 20 世纪 60、70 年代 ,自然
资源耗竭和环境恶化等全球性环境问题的爆发 ,引起了地球
承载能力及相关问题的广泛开展 ,1968 年 ,日本学者将环境
容量的概念引入到环境科学中 ,可以认为 ,环境容量就是环
境承载力概念的理论雏形 [13 ] ,但环境容量只反映了环境消
纳污染物一个功能 ,不能全面表述环境系统对人类活动的支
持功能. 随着世界各国经济的迅速发展 ,资源短缺与环境污
染问题日益突出. 根据世界资源报告[28 ] ,在 20 世纪 80 年
代 ,全球森林、疏林和灌木丛覆盖面积减少了 32 %. 在全球
许多地区 ,淡水压力越来越大 ,不少地区甚至缺乏足够的饮
用水供应. 其它资源如矿产资源、渔业资源都在不断减少. 在
这种情况下 ,资源承载力的概念应运而生. 在人类面临资源
短缺的同时 ,大气、水体、土壤、固体废弃物的污染对人类生
存构成了严重威胁. 于是 ,人们在充分认识环境系统与人类
社会经济活动的关系 ,并在承载力和环境容量概念基础上 ,
提出了环境承载力的概念. 环境承载力的概念被提出后 ,受
到了世界各国的普遍重视 [21 ] ,并将其应用到实际环境管理
与规划之中. 1992 年 ,叶文虎[35 ]等学者进行了环境承载力
理论及其科学意义的研究. Daily[7 ]等也进行了人口、可持续
发展和地球承载力的关系研究. 1995 年 ,诺贝尔经济学奖获
得者 Arrow 与其他国际知名的经济学家和生态学家一起 ,在
《Science》上发表了“经济增长、承载力和环境”一文[1 ] ,在学
界和政界均产生了极大的反响 ,进一步引起了人们对环境承
载力相关问题的关注. 此后大量的环境承载力理论及实例研
究的成果不断出现. 1996 年 ,彭再德[26 ]等进行了环境承载
力理论及量化方法的研究. 1997 年 ,唐剑武[31 ]等学者分析
了环境承载力的概念、本质和特点 ,并将其应用于福建省湄
洲湾开发区环境规划和山东省临淄地区的水环境规划中 ,进
一步用环境承载力理论研究了在不同人类政策行为作用下
环境承载力的大小. 2000 年 , Saveriades[30 ] 对塞浦路斯
(Cyprus)东海岸的旅游承载力进行了研究. 2002 年 ,《中国大
百科全书·环境科学》中正式给出了环境承载力的定义. 国外
很多国家也一直在用环境承载力的理论来指导本国的社会
经济活动. 如 2002 年 ,美国环保局 ( United States Environ2
mental Protection) 进行了 4 个镇区环境承载力研究 ( Four
Township Environmental Carrying Capacity Study) ,具体计算
了 4 个湖泊的环境承载力 ,并提出了保护和改善湖泊水质的
建议[33 ] . 2003 年 ,Furuya[9 ]进行了日本北部水产业环境承载
力的研究. 由此可见 ,环境承载力从概念的提出到现在 ,在不
到 30 年的发展时间里 ,已广泛地应用于国内外的环境管理
与环境规划中. 环境承载力概念的提出是人类对其自身发展
过程中出现的环境问题所做出的反应 ,但由于其本身的复杂
性以及影响因素的多样性 ,人们对环境承载力尚未取得公认
的定义和认识.
212 　环境承载力的定义
关于环境承载力目前大致主要有 3 种类型的定义方式 :
①从“容量”角度的定义 ,如高吉喜 [10 ]在《可持续发展理论探
索》一书中指出“环境承载力是指在一定生活水平和环境质
量要求下 ,在不超出生态系统弹性限度条件下环境子系统所
能承纳的污染物数量 ,以及可支撑的经济规模与相应人口数
量”. ②从“阈值”角度的定义 ,如“环境承载力是指在某一时
期 ,某种环境状态下 ,某一区域环境对人类社会经济活动的
支持能力的阈值”[31 ] ;中国大百科全书 [34 ]中 ,环境承载力的
定义是“在维持环境系统功能与结构不发生变化的前提下 ,
整个地球生物圈或某一区域所能承受的人类作用在规模、强
度和速度上的限值”;郭秀锐等 [12 ]学者认为“环境承载力是
指在一定时期、一定状态或条件下 ,一定环境系统所能承受
的生物和人文系统正常运行的最大支持阈值”. ③从“能力”
角度的定义 ,彭再德等 [23 ]学者将环境承载力定义为 :“在一
定的时期和一定区域范围内 ,在维持区域环境系统结构不发
生质的改变 ,区域环境功能不朝恶性方向转变的条件下 ,区
域环境系统所能承受的人类各种社会经济活动的能力”;
Schneider[26 ]强调 ,“环境承载力是自然或人造环境系统在不
会遭到严重退化的前提下 ,对人口增长的容纳能力”.
通过以上分析可以看出 ,目前的定义方式虽然不同 ,但
是各种定义都注重区域环境系统结构和功能的完整 ,而由于
定义中对环境泛指过大 ,涉及范围广 ,在一定程度上导致了
环境承载力可操作性较差 ,不易于量化 ,这也是目前没有能
够形成公认的环境承载力量化方法的重要原因之一.
213 　环境承载力的主要特征
环境承载力作为判断人类社会经济活动与环境是否协
调的依据 ,具有以下主要特征 : (1) 客观性和主观性. 客观性
体现在一定时期、一定状态下的环境承载力是客观存在的 ,
是可以衡量和评价的 ,它是该区域环境结构和功能的一种表
征 ;主观性体现在人们用怎样的判断标准和量化方法去衡量
它 ,也就是人们对环境承载力的评价分析具有主观性. (2) 区
域性和时间性. 环境承载力的区域性和时间性是指不同时
期、不同区域的环境承载力是不同的 ,相应的评价指标的选
取和量化评价方法也应有所不同. (3)动态性和可调控性. 环
境承载力的动态性和可调控性是指其大小是随着时间、空间
和生产力水平的变化而变化的. 人类可以通过改变经济增长
方式、提高技术水平等手段来提高区域环境承载力 ,使其向
有利于人类的方向发展.
从上述的环境承载力的定义和特征可以看出 ,环境承载
力既不是一个纯粹描述自然环境特征的量 ,又不是一个描述
人类社会的量 ,它与环境容量是有区别的. 环境容量是指某
区域环境系统对该区域发展规模及各类活动要素的最大容
纳阈值[19 ] . 这些活动要素包括自然环境的各种要素 (大气、
水、土壤、生物等)和社会环境的各种要素 (人口、经济、建筑、
交通等) . 环境容量侧重反映环境系统的自然属性 ,即内在的
秉赋和性质 ;环境承载力则侧重体现和反映环境系统的社会
属性 ,即外在的社会禀赋和性质 ,环境系统的结构和功能是
其承载力的根源. 在科学技术和社会关系发展的一定历史阶
段 ,环境容量具有相对的确定性 ,有限性 [5 ] ;而一定时期 ,一
定状态下的环境承载力也是有限的. 这是两者的共同之处.
9674 期 　　　　　　　　　　　　　　　　　王 　俭等 :环境承载力研究进展 　　　　　　　　　　　
为了将环境容量和环境承载力统一起来 ,李辛琪 [19 ]等学者
提出了环境容载力的概念.
环境承载力反映了人类与环境相互作用的界面特征 ,是
研究环境与经济是否协调发展的一个重要判据 ,它与生态承
载力也是有区别的. 生态承载力可以概括为生态系统的自我
维持、自我调节能力 ,资源与环境子系统的供容能力及其可
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[28 ] .从这个定义可以看出 ,生态承载力取决于生态系统的
弹性能力、资源承载能力和环境承载能力 ;而环境承载力则
取决于环境系统本身的结构和功能. 生态承载力的“施力者”
是整个生态系统 ;环境承载力的“施力者”是环境系统. 可以
认为生态承载力比环境承载力更复杂 ,环境承载力比生态承
载力更具体、针对性更强.
3 　环境承载力定量化研究
环境承载力定量化评价主要是在理论研究的基础上 ,针
对环境承载力评价指标的具体数值 ,采用统计学方法、系统
动力学方法等对环境承载力进行综合分析. 概括起来 ,目前
主要有指数评价法、承载率评价法、系统动力学方法和多目
标模型最优化方法等.
311 　指数评价法
指数评价是目前环境承载力量化评价中应用较多的一
种.该种评价法需要根据各项评价指标的具体数值 ,应用统
计学方法或其它数学方法计算出综合环境承载力指数 ,进而
实现环境承载力的评价. 目前用于计算环境承载力指数的方
法主要有矢量模法、模糊评价法、主成分分析法等.
矢量模法是将环境承载力视为 n 维空间的一个矢量 ,
这一矢量随人类社会经济活动方向和大小的不同而不同. 设
有 m 个发展方案或 m 个时期的发展状态 ,分别对应着 m 个
环境承载力 ,对每个环境承载力的 n 个指标进行归一化 ,则
归一化后向量的模即是相应方案或时期的环境承载力. 通过
比较各矢量模的大小来比较不同发展方案或发展状态下的
环境承载力的大小. 曾维华[37 ]等从大气环境、水环境、水生
生态稳定性、水资源和土地资源五个方面 ,选取 5 项指标 ,应
用矢量模法对湄洲湾各规划小区的环境承载力进行了系统
分析与评价 ,进而提出该地区经济发展与环境保护的总体战
略.应用矢量模法进行环境承载力指数计算简单易行 ,但在
各项指标权重确定方面 ,一般采用均权数法或其它人为方
法 ,这样势必会受主观人为因素的影响 ,可能使计算结果产
生一定偏差.
模糊评价法是将环境承载力视为一个模糊综合评价过
程 ,通过合成运算 ,可得出评价对象从整体上对于各评语等
级的隶属度 ,再通过取大或取小运算就可确定评价对象的最
终评语. 高彦春等[11 ]学者应用模糊评价法进行了区域水资
源承载力的研究. 这种方法的局限性来自于模型本身 ,因其
取大取小的运算法则会遗失大量有用信息 ,当评价因素越
多 ,遗失有用信息就越多 ,信息利用率就越低 ,误判可能性越
大.
主成分分析法在一定程度上克服矢量模法和模糊评价
法的缺陷 ,它是在力保数据信息丢失最小的原则下 ,对高维
变量进行降维处理. 即在保证数据信息损失最小的前提下 ,
经线性变换和舍弃一小部分信息 ,以少数综合变量取代原始
采用的多维变量. 其本质目的是对高维变量系统进行最佳综
合与简化 ,同时也客观地确定各个指标的权重 ,避免了主观
随意性. 潘东旭等[22 ]学者从消耗类指标、支撑类指标和区际
交流类指标三个方面确定了区域承载力评价因子体系 ,并采
用主成分分析方法研究了徐州市资源环境承载力现状、变化
与原因 ,提出了增强区域承载力 ,实施可持续发展战略的对
策措施.
312 　承载率评价法
承载率评价也是目前比较流行的一种评价环境承载力
的方法. 该种方法需要通过计算环境承载率 ,来评价环境承
载力的大小. 承载率 (有的文章称为承载力饱和度)是指区域
环境承载量 (环境承载力指标体系中各项指标的现实取值)
与该区域环境承载量阈值 (各项指标上限值)的比值 ,环境承
载量阈值可以是容易得到的理论最佳值或者是预期要达到
的目标值 (标准值) . 唐剑武 [32 ]在对山东某市的环境承载力
进行分析时 ,用污染承受类的 SO2 、TSP、COD、总 P 浓度、噪
声 ,以及自然资源类的地下水开采量 ,社会条件类的单位绿
地面积人群数 (1/ 人均绿地面积) 、单位居住面积人群数 (1/
人均居住面积)等共 8 项指标组成指标体系. 通过计算环境
承载率 ,来评判当地环境承载量和环境承载力的匹配程度.
还有彭再德[23 ] 、洪阳[13 ]等都对承载率评价法进行了研究.
应用该种方法进行环境承载力评价 ,可以从评价结果清晰地
看出某地区环境发展现状与理想值或目标值的差距 ,具有一
定的现实意义.
313 　系统动力学方法
系统动力学方法也是目前使用的一种重要的进行环境
承载力评价的量化方法. 这种方法的主要特点是通过一阶微
分方程组来反映系统各个模块变量之间的因果反馈关系. 在
实用中 ,对不同发展方案采用系统动力学模型进行模拟 ,并
对决策变量进行预测 ,然后将这些决策变量视为环境承载力
的指标体系 ,再运用前述的指数评价方法进行比较 ,得到最
佳的发展方案及相应的承载能力. 英国的 Slesser [27 ]提出采
用 ECCO 模型作为资源环境承载力的计算方法 ,该模型在
“一切都是能量”的假设前提下 ,综合考虑人口2资源2环境2发
展之间的相互关系 ,以能量为折算标准 ,建立系统动力学模
型 ,模拟不同发展策略下 ,人口与资源环境承载力之间的弹
性关系 ,从而确定以长远发展为目标的区域发展优选方案.
该模型在一些国家应用取得了较好的效果 ,并得到联合国开
发计划署的认可. 我国的陈传美等 [6 ]学者应用系统动力学方
法进行了郑州市土地承载力研究. 但应用该方法对长期发展
情况进行模拟时由于参变量不好掌握 ,有时易导致不合理的
结论.
314 　多目标模型最优化方法
多目标模型最优化方法是采用大系统分解2协调的思路
077　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　应 　用 　生 　态 　学 　报 　　　　　　　　　　　　　　　　　　16 卷
将整个系统分解为若干个子系统 ,各子系统模型即可单独运
行 ,又可配合运行. 多目标核心模型为总控模型 ,它是将各子
系统模型中的主要关系提炼出来 ,根据变量之间的相互关
系 ,对整个大系统内的各种关系进行分析和协调 ,而子系统
模型对系统局部状态进行较详细的分析 ,子系统模型之间通
过多目标核心模型的协调关联变量相连接. 冉圣宏等 [25 ]学
者采用多目标模型最优化方法对北海市在不同发展方式下
的区域环境承载力进行了计算 ,得出了相应的环境承载力指
数 ,提出了提高区域环境承载力的建议. 蒋晓辉等 [15 ]学者应
用多目标模型优化法对陕西关中地区水环境承载力进行了
研究. 多目标模型最优化方法为环境承载力的量化研究提供
了一种新的思路 ,但要求数据量大 ,且模型求解存在一定难
度.
通过以上分析可知 ,当前可用于环境承载力量化评价的
方法很多 ,它们各有利弊 ,但由于环境承载力本身的复杂性、
模糊性以及影响因素的多样性 ,对于环境承载力的客观分析
与科学评价还有待于进一步研究.
4 　环境承载力研究展望
目前关于环境承载力研究还尚未形成公认的理论方法
体系 ,缺乏能够同时描述环境承载力客观性、区域性及动态
性的科学、系统的指标体系和综合评价模型. 另外 ,以环境承
载力为依据 ,合理调整产业结构和生产力布局 ,科学的制定
社会经济发展目标 ,协调人类发展与环境关系的实际应用略
显不足. 根据环境承载力研究进展及发展要求 ,笔者认为今
后这方面研究将呈现以下趋势.
(1)理论体系将更加完善
目前 ,虽然很多学者都提出了环境承载力的概念、研究
对象和研究内容 ,但是能够很好地将区域环境系统和区域社
会经济活动的方向、规模相结合的环境承载力理论体系的研
究还很少见到报道. 随着人类社会经济活动与环境之间的矛
盾日益突出 ,必将有更多的、各领域的学者 ,如社会学领域、
经济学领域的学者 ,投入到环境承载力的研究 ,这种多学科
交叉的研究优势必将促进环境承载力的理论体系更加完善.
(2)指标体系和量化方法的研究将不断深入
目前关于环境承载力的指标体系过于简单 ,很少有学者
提出具体的筛选依据和指标体系框架 ,而建立科学合理的指
标体系是进行环境承载力量化评价的基础 ,所以以环境承载
力理论研究为基础 ,相应的环境承载力指标体系的研究将不
断深入. 同时在已有研究方法基础上 ,现代的计算机技术、人
工智能技术、遥感 (RS)技术和地理信息系统 ( GIS) 技术等将
进一步应用于环境承载力的研究 ,这都将促进环境承载力量
化方法的发展 ,使环境承载力在定量化研究的基础上向数字
化、空间可视化方向发展.
(3)环境承载力的研究将向可操作性、实用性发展
环境承载力是衡量人类社会经济活动与环境是否协调
的重要指标 ,环境承载力的研究成果将直接用于指导人类社
会经济活动. 目前有关环境承载力研究虽然很多 ,但是能够
真正将环境承载力研究成果用于指导人类社会经济活动的
实例还很少 ,而只有建立在这一基础上的环境承载力的研究
才更有意义、更有生命力. 所以 ,环境承载力研究将在理论研
究的基础上同可持续发展规划紧密结合 ,将向可操作性、实
用性发展 ,以更好地指导人类社会经济活动.
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作者简介 　王 　俭 ,男 ,1974 年生 ,博士 ,讲师 ,中国科学院
沈阳应用生态研究所博士后. 研究方向为生态学、环境信息
技术等 ,发表论文 6 篇. E2mail :neuwangjian @sina. com
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