生态承载力常用研究方法

一生态承载力的概念、内涵二生态承载力的研究方法生态足迹法状态空间法生态承载力是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系的社会经济活动强度和具有一定生活水平的人口数量。生态承载力包括两层内涵，一为生态系统的支持部分，是指生态系统的自我维持与自我调节能力，以及资源与环境子系统的供容能力;二为生态承载力的压力部分，是指生态系统内社会经济子系统的发展能力。对于某一区域，生态承载力主要强调的是系统的承载功能，而突出的是对人类活动的承载能力，其内容包括资源子系统、环境子系统和社会子系统。一、生态承载力的概念、内涵生态承载力的特性：以包括人类在内的复合生态系统为研究对象；既考虑自然系统的自我维持和调节能力（即资源与环境的可持续供给与容纳能力），也考虑人类社会活动对系统的正负能动反馈；具有显著的时空尺度依赖性。1、常用的生态承载力研究方法净初级生产力估测法（自然植被第一性生产力法）生态足迹法状态空间法供需平衡法（资源与需求差量法）模型预估法综合评价法二、生态承载力的研究方法（1)生态足迹(ecologicalfootprint，EF)的基本思想是以具有等价生产力的生物生产性土地面积为衡量指标，定量表征人类活动的生态负荷和自然系统的承载能力，从而判断系统是否安全。其定义为:任何已知人口的生态足迹是生产这些人口所消费的所有资源和吸纳这些人口所产生的所有废弃物所需要的生物生产土地的总面积和水资源量。2、生态足迹法生态足迹法从一个全新的角度考虑人类及其发展与生态环境的关系，通过跟踪区域能源与资源消费，将它们转化为这种物质流所必需的各种生物生产土地的面积，即人类的生物生产面积需求。在计算中，不同的资源和能源消费类型均被折算为耕地、草地、林地、建筑用地、化石燃料用地和水域6种生物生产土地面积类型(这6种土地类型在空间上被假设是互斥的)。考虑到6类土地面积的生态生产力不同，因此将计算得到的各类土地面积乘以一个均衡因子。生态足迹分析的一个基本假设是：以上六类土地用途在空间上是互斥的。(2)传统生态足迹的计算：①生态承载力的计算计算生态生产性面积计算生产力系数计算均衡因子计算各类人均生态承载力加总六类人均生态承载力计算生态生产性面积，一般根据相关统计资料或实地测量，得出各类生态生产性面积。计算生产力系数，生态生产性面积不能直接比较，需先计算出一个参数以转化为全球平均水平。其计算公式为：某区域某类用地生产力系数=该地区单位平均产量该类用地全球平均产量均衡因子，也称等价因子。其计算公式为：某类生态生产性土地的等价因子=全球该类用地的平均生态生产力全球所有生态生产用地的平均生态生产力由于平均生态生产力用实物表达不能直接比较，故一般用货币价值体现。生态生产性土地类型等价因子耕地2.51草地0.46森林1.26水域0.37建筑用地2.51化石能源（森林）0.31注：建筑用地假设是占用了基本农业土地，因此建筑用地和耕地具有相同的等价因子。表1不同的等价因子表计算各类人均生态承载力，计算公式为：某类用地人均生态承载力=某区域某类用地生产力系数×某区域某类用地生产力系数×某类生态生产性土地的等价因子。加总六类用地人均生态承载力，得出人均生态承载力，再乘上该区域总人口，就得出总生态承载力。②生态足迹的计算计算各主要消费项目的人均消费量计算生产各种消费项目人均占用的生态生产性土地面积计算各类用地的人均生态足迹计算生态足迹对区域内的消费项目按生物资源类型进行划分，并计算区域内每一项的人均年消费量。某消费项目人均占用生态生产性土地面积=某消费项目人均年消费量（kg）/单位年均生产量（kg/hm2）汇总生产各种消费项目人均占用的各类生态生产性土地，然后六类生态生产性用地分别乘上等价因子。求和六类生态生产性用地的人均生态足迹，得出人均生态足迹。再乘以区域总人口，就得出总生态足迹。生态承载力和生态足迹的计算公式如下：𝐄𝐅=𝒘𝒊(𝒄𝒄𝒊𝒏𝒊=𝟏)=(𝒂𝒄𝒊/𝒑𝒊)𝒏𝒊=𝟏𝐄𝐂=𝒘𝒊(𝒆𝒑𝒊)𝒏𝒊=𝟏=(𝒂𝒆𝒊/𝒑𝒊)𝒏𝒊=𝟏式中:n为消费商品或生产生物的类型;𝑐𝑐𝑖为第i种消费商品的生产足迹;𝑎𝑐𝑖为第i种消费商品的消费总量;𝑝𝑖为第i种商品的生物生产单位面积产量;𝑒𝑝𝑖为第i种生物资源的生产足迹;𝑎𝑒𝑖为第i种资源生物生产总量;𝑤𝑖为第i种消费品或生物资源土地类型生产力权值;EF为某一地区的生态足迹总量;EC为地区生态承载力供给。③生态赤字/盈余的计算人均生态赤字=人均生态承载力−人均生态足迹若数字大于0，则为人均生态盈余。总生态赤字=总生态承载力−总生态足迹。（3）生态足迹法的优缺点：生态足迹法应用的范围广,计算结果直观明了,且具有区域对比性,但该法动态评估还不成熟,只注重区域生态的可持续性,而不关注经济、社会、技术方面的可持续性,即存在生态偏向性,在生态足迹计算中缺少由于水资源所造成的附加的生态足迹面积,所以计算结果是乐观的最小值。（1）状态空间法的基本原理状态空间是一种时域分析法,是欧氏几何空间用于定量描述系统状态的一种有效方法。通常由表示系统各要素状态向量的三维状态空间轴组成。利用状态空间法中的承载状态点,可表示一定时间尺度内区域的不同承载状况。利用状态空间中的原点同系统状态点所构成的矢量模数表示区域承载力的大小。由承载状态点构成承载曲面,高于承载曲面的点表示超载,低于承载曲面的点表示可载,在承载曲面上的点表示满载。此法可以定量的描述和测度区域承载力及其承载状态。2、状态空间法图1区域承载力概念模型示意图图1所表示的三维状态空间包括作为受载体的人口及其经济社会活动和作为承载体的区域资源环境三个轴。图中A、B、C三个点为承载状态点，可表示一定时间尺度内区域的不同承载状况。D、E两点代表了两种资源环境组合下的区域承载力。所有这些状态空间中由不同资源环境组合形成的区域承载力点构成了区域承载力曲面DYmax和CXmax。根据区域承载力在状态空间中的含义,任何低于该曲面的点(如A点)代表某一特定资源环境组合下,人类的经济社会活动低于其承载能力,而任何高于该曲面的点(如B点)则表明人类的经济社会活动已超出该特定资源环境组合的承载能力。据此,可采用状态空间中的原点同系统状态点所构成的矢量模表示其大小,如图1中的OC和OD。由此得出区域承载力的数学表达式为:RCC=𝑀=𝑥𝑖𝑟2𝑛𝑖=1式中:RCC为区域承载力的大小;M为区域承载力的有向矢量的模数;𝑥𝑖𝑟为区域人类活动与资源处于理想状态时在状态空间中的坐标值(i=1，2，…，n)。考虑到人类活动与资源环境各要素对区域承载力所起的作用不同，状态轴的权重也不一样，当考虑到状态轴的权重时，承载力的数学表达式为:RCC=𝑀=𝑤𝑖𝑥𝑖𝑟2𝑛𝑖=1式中：𝑤𝑖为𝑥𝑖𝑟轴的权重。（2）状态空间法对区域承载力状况的定量描述由于现实的区域承载状况同状态空间中理想的区域承载力并不完全吻合,通常会有一定的偏差,从而导致区域承载状况出现超载、满载与可载3种情况。区域承载状况的计算公式为:𝑅𝐶𝑆=𝑅𝐶𝐶×cos𝜃式中:RCS为现实的区域承载状况;RCC为区域承载力;θ为现实的区域承载状况矢量与该资源环境承载体组合状态下的区域承载力矢量之间的夹角(即图1中OA与OD的夹角)。根据矢量夹角计算公式可求得:cos𝜃=𝑎,𝑏𝑎𝑏=𝑥𝑖𝑎𝑥𝑖𝑏𝑛𝑖=1𝑥𝑖𝑎2𝑛𝑖=1×𝑥𝑖𝑏2𝑛𝑖=1式中，a、b分别代表状态空间中的两个向量，假设其顶点分别为A、B，𝑥𝑖𝑎和𝑥𝑖𝑏则代表顶点A、B在状态空间中的坐标值(i=1,2,...,n)，n代表状态空间的维数。根据上述概念模型分析可得出如下结论:超载时的区域承载状况的矢量的模必然大于区域承载力矢量的模;反之,可载时区域承载状况矢量的模则小于区域承载力矢量的模。据此,可对夹角θ的符号及现实的区域承载状况与区域承载力的关系用下式表明:𝜃0，∀𝑅𝐶𝑆𝑅𝐶𝐶超载=0，∀𝑅𝐶𝑆𝑅𝐶𝐶满载0，∀𝑅𝐶𝑆𝑅𝐶𝐶可载式中,|RCS|表示现实的区域承载力矢量的模;|RCC|表示理想状态时的区域承载力矢量的模;θ为两者的夹角。