环境科学研究的核心问题是

《环境科学研究》是由中华人民共和国环境保护部主管、中国环境科学研究院主办的综合性学术期刊，为中文核心期刊、中国科技论文统计源期刊、中国生物医学核心期刊。主要刊登环境科学领域的新成果、新技术、新方法，环境管理的新理论、新经验，以及反映环保领域热点问题的学术论文；通过特别约稿及时讨论环境重大问题及重要学术理论。为促进国际环保科技成果、科研项目与科技人员的交流服务，为相关政府机构、研究及教育部门、企业、各类环保团体、环保科技人员、管理干部、高等院校师生服务。 《环境科学研究》已被美国《化学文摘》(CA)、《剑桥科学文摘:自然科学》(CAS:NS),《日本科学技术社中国文献数据库》(JST),英国《国际农业与生物科学研究中心》（CABI, Centre for Agriculture and Bioscience International），波兰《哥白尼索引》(IC)等检索机构收录。 主办单位：中国环境科学研究院 主编：刘鸿亮 ISSN：1001-6929 CN：11-1827/X 地址：北京朝阳区安外大羊坊8号中国环境科学研究院 邮政编码：100012 在线投稿：

我学的是环境工程，主要研究方向是大气，水，固体废物以及物理性污染，环境科学差不多，不过更偏向于作环境影响评价而不是治理环境问题

齐亚彬（中国国土资源经济研究院，河北三河，101149）摘要　本文概述了环境承载力研究历史、概念及其与环境容量的区别，并进一步探讨了环境承载力衡量指标和各种类型的环境承载力的定义、范畴及其应用。关键词　环境承载力　区域环境承载力　环境要素承载力　环境承载力类型集合1　环境承载力研究的历史环境承载力是环境科学研究的一个重要范畴，它是衡量环境质量状况和环境容易受人类生产生活活动干扰能力的一个重要指标。早期的承载力研究首先与生态学的发展密切相关。1921年，帕克和伯吉斯就在有关的人类生态学杂志中提出了承载力的概念，即“某一特定环境条件下（主要指生存空间、营养物质、阳光等生态因子的组合），某种个体存在数量的最高极限。”[1]后来这一术语被应用于环境科学中，便形成了“环境承载力”的概念。国内较严格的“环境承载力”的概念最早出现在北京大学完成的《福建省湄洲湾开发区环境规划综合研究总报告》中，即“在某一时期、某种状态或条件下，某地区的环境所能承受的人类活动的阈值”[1]。这里“某种状态或条件”是指现实的或拟定的环境结构不发生明显向不利于人类生存的方向改变的前提条件。所谓“能承受”是指不影响环境系统正常功能的发挥。由于环境所承载的是人类的活动（主要指人类的经济活动），因而承载力的大小可以用人类活动的方向、强度、规模等来表示。环境承载力概念的提出及其深入研究，有着重大的理论意义和现实意义。随着研究的深入、环境定量技术的开发和信息技术的运用，特别是，系统动力学（SD）所具有的对环境承载力系统进行动态的定量化计算的优点，遥感技术（RS）所具有的快速、准确的数据采集能力，地理信息系统（GIS）技术所具有的对环境承载力进行空间分析的功能，使得环境承载力定量化研究更加深入。2　环境承载力研究的三要素进行环境承载力研究就必须分清环境承载体和环境承载对象，并计算出环境承载体的承载率，即承载体、承载对象[2]和承载率是进行环境承载力研究的三要素。1　承载体自然环境承载体，又叫第一环境承载体——由生命支持系统和物质生产支持系统组成。生命支持系统：空气、水、土壤、生物等；物质生产支持系统：矿产资源、水资源、土地资源、森林资源等。人造环境承载体，又称第二环境承载体——如社会物质技术基础、经济实力、公用设施、交通条件等。总之，某时刻某区域存在的全部有形、无形物质都可能作为载体。它们不但是生命存在的基础，而且为人类物质生产提供了劳动资料、劳动对象，以及生产过程得以进行的空间场所，还为人类的生产生活废料提供了排放的空间和净化条件。2　承载对象（1）承载污染物。承载污染物的概念既是经典的，又是狭隘的。（2）承载人口规模。由于不同群体间的人均消费水平有差别，很难找到一个统一的标准，用承载人口规模表达难免失之偏颇，甚至不公平。（3）承载人口消费压力。即I=P×A×T。式中，I为人口消费对环境影响；P为人口规模；A为人均能源消费量；T为每一消费单位所造成的环境消耗量。这样，以人的消费为最终衡量数据，概念简单明了。但它只是一个独立性的、静态的量，只体现了人对环境的消耗作用，无法表现出人对环境积极的、能动作用的一面。（4）人类社会、经济活动。由于环境问题主要是由人类社会、经济活动所造成的，环境规划的目标是使人类社会、经济活动与相应的环境相协调，使人类生存、发展基础的环境得到保护和改善。所以，承载对象应是“人类社会、经济活动”。这就体现了环境承载力是社会、经济、环境协调作用的中介。3　环境承载率（EBR）环境承载率（EBR）＝环境承载量（EBQ）/环境承载力（EBC）≤1环境承载率（EBR）是客观和科学地反映一定时期内区域（或城市）环境系统对社会经济活动的承受能力的实际情况的指标。其中，环境承载量是指某一时期环境系统实际承受的人类系统的作用量值，可通过实际调查或监测得出；环境承载量数值分为两类：一类是能较容易得到的理论最佳值（如地下水最佳开采量），则采用此数值；另一类是不容易直接得到的理论最佳值，则采用预定要达到的目标值（标准值）来间接表示。根据环境承载力的定义和特点，从环境的本质出发，其可量性的指标体系应当包括：自然资源指标（淡水、土地、矿产、生物等）、社会条件指标（人口、交通、能源、经济状况等）和污染承受能力指标。如果一个区域，0＜EBR≤80，表示开发强度不足，适宜大量开发；81≤EBR＜0，表示达到开发平衡，需注意控制开发；EBR≥0，表示开发强度过度，不宜进一步开发。所以环境综合承载力分析是进行宏观调控，促进区域经济与环境协调发展的重要措施之一。3　环境容量和环境承载力的区别环境容量与环境承载力是两个不同的概念。环境容量是指在人类生存和自然不致受害的前提下，某一环境所能容纳的污染物的最大负荷量。环境容量只反映环境消纳污染物的一个功能。环境容量原来是一个生物学术语，指某给定生态系统所能容纳（养活）某物种的最大个体数，1968年被日本学者首先借用到环境科学中，目的是为制定某一区域环境的污染物控制总量提供可量化的依据。在实际操作中，一般避开环境的自净机理，把环境系统当作一个黑箱来研究。环境容量Wa=Ws-B式中，Ws为环境目标，B为环境污染物背景值。它以污染的允许排放量作为简化定义并大量应用于环境影响评价、环境规划中。这种理论上的简单化处理有很大的局限性。首先，它直观的表述了以牺牲环境质量为代价来发展经济，这不但违背了“在不降低环境质量的基础上求发展”的原则，而且给公众以不好的影响。其次，它掩盖了环境是一个复杂的自我组织、自我调节系统，仅仅表述了环境有容纳污染物的一个功能，并且机械地把环境当作一个藏污纳垢的“容器”。这虽然方便了工作，但弊端有：①不足以涵盖环境对人类发展的全面支持功能；②客观上鼓励末端治理，夸大背景值；③规避了人类对环境自净机制的深入研究，从而影响人们对环境生产力的认识和利用；④以环境容量作为环境规划理论核心，不能全面地协调环境与经济、社会的发展。我们知道，环境系统结构指环境要素（大气、水、土壤、生物）及其相互之间的联系和作用方式，包括各环境要素的赋存量及其有规律的运动变化。环境系统功能指环境与外部介质（主要依靠能量、物质和信息的输入、输出维持其自身稳定运动的远离平衡态的开放系统。环境容量只反映了环境消纳污染物的一个功能，环境承载力将在此基础上全面表述环境系统对人类活动的支持功能，可以认为前者是后者概念的理论雏形。环境承载力（EBC）的科学定义可表达为：在某一时期，某种状态或条件下，某地区的环境所能承受的人类活动的阈值。这里讲的“某种状态或条件”，是指现实的生态环境条件；“能承受的阈值”是指不影响其生态环境系统正常功能发挥的外界作用强度极限；“人类活动”是指人类的经济和社会活动，特别是指人类的生产和消费活动。环境承载力表示的是环境系统对人类活动的支持功能。某一环境所能支持人类活动的能力是有限的，即环境承载力应是一个客观存在的确定的量。环境承载力派生于牧场对家畜的合理承载量，后被引用来表示土地、环境对人口的承载力，初期如杜享（Durham）和加恩佩特曼（Giampietro）都强调其“可长期持续性”，倾向以“在不损害环境的条件下，地球可长期支持的人口规模”作为定义。[3,4,5]4　衡量环境承载力的指标对环境承载力的量化研究，实质上就是对环境承载力值进行计算和分析，并提出相应的保持或提高的方法与措施。一般来说，环境承载力指标与经济开发活动、环境质量状况之间的数量关系是非常复杂的，因此是很难确定的。另外，所选取的指标不仅与人类的经济活动有关，而且还受到许多偶然因素的影响。这些都给环境承载力的研究带来了一定困难。目前，对环境承载力科学性和普遍性的量化研究仍未有突破性进展。人们一般是针对某一具体的区域来进行环境承载力的量化研究。[5,6]一般来说，环境承载力实际是一个由N维向量支起的N维空间，它的矢量形式可以表示为ECC=（E1,E2，…，En）。在理论上而言，这个N维空间的体积实际上就是对环境承载力的范围度量，该承载空间包含了无穷多个状态点。环境承载力要体现环境系统和社会经济系统之间在物质、能量和信息方面的联系，要表示这样复杂的多维矢量，必须要有一套指标体系。北京大学的洪阳、叶文虎等专家对环境承载力的体系做了大量研究。他们认为环境承载力的指标体系可以分为三类[2]:（1）自然资源支持力指标。自然资源支持力指标包括不可再生资源以及在生产周期内不能更新的可再生资源，如化石燃料、金属矿产资源、土地资源等。（2）环境生产支持力指标。环境生产支持力指标包括生产周期内可更新资源的再生量，如生物资源、水、空气等、污染物的迁移、扩散能力、环境消纳污染物的能力。（3）社会经济技术支持水平指标。社会经济技术支持水平指标包括社会物质基础、产业结构、经济综合水平、技术支持系统等。因此，某区域的环境承载力（ECC）可以表示为ECC=F（R,P,N）式中，R为自然资源支持力变量；P为环境生产支持力变量；N为社会经济技术支持力水平变量。R、P是内生变量，N是外生变量。可以认为外生变量（社会经济技术水平）是其中最活跃、最革命的因子，其作用机制也最为复杂，它不但是可持续发展的重要保证手段，而且还可以通过它改变R、P的组合范围和程度，进而来改变环境承载力的大小，使其产生质的跃降。如在同一区域，即自然资源本底值和环境生产力相同的情况下，由于外生变量如资金技术、物质基础设施、人口条件的不同，环境承载力可能有较大差异。5　环境承载力的类型集合目前，根据各种实际情况和研究对象，研究人员提出了各种各样环境承载力的概念和内涵，这些环境承载力范畴有的互相独立，有的互相交叉，但不完全重合，这些不同的环境承载力又不能互相代替，在实践中都有自己的用途，因此，可以说，各种类型的环境承载力形成了一个环境承载力集合，从而丰富和发展了环境承载力理论。总结一下，目前最重要的环境承载力研究主要集中在以下方面：1　区域环境承载力1　区域环境承载力及其研究内容区域环境承载力是指在一定的时期和一定的区域范围内，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，它可看作是区域环境系统结构与区域社会经济活动的适宜程度的一种表示。区域环境承载力具有客观性和可变性的两重性。对某一区域来说，在某一时段内它的环境承载力是客观存在的量，同时，区域环境承载力会随着科技的进步以及人们对环境质量的不同要求而变化。区域环境承载力的研究包括：①区域环境承载力指标体系；②区域环境承载力大小表征模型及求解；③区域环境承载力综合评估；④与区域环境承载力相协调的区域社会经济活动的方向、规模和区域环境保护规划的对策措施等。区域环境承载力的量化研究使区域承载力理论研究深入，而建立合理的指标体系又是量化研究的基础。目前区域承载力的量化研究主要是对指标体系的研究。一般可以把指标体系中的指标因子分为两类：一类是发展类变量指标因子，即对区域社会经济活动起支持作用的环境资源条件，通常用这些环境资源条件的可开发利用量来描述；另一类是限制类变量指标因子，即对区域社会经济发展起限制作用的区域环境条件指标，通常用社会经济发展规模的大小来描述。在此基础上可以建立各项指标的灰色关联度模型及各项指标的灰色预测模型，并且应用它对某一区域环境承载力进行分析研究。[7,8,9]2　区域环境承载力的构成从可持续发展战略和促进经济与环境协调发展的高度看，区域（或城市）综合环境承载力的分析，实质上就是寻求在特定时空条件下，对区域（或城市）环境系统和社会经济进行深入研究，以定性和定量相结合的方法来表征区域（或城市）环境系统对社会经济的承受能力。目前人类所依存的环境是自然生态环境和经济社会发展所形成的人工生态环境（如城市生态环境、水利工程生态环境等）的复合环境系统，其环境承载力就成为这两种环境系统的复合承载力。[10,11]从区域可持续发展的角度理解环境承载力的概念和内涵，也不能只考虑区域自然生态环境所固有的自然环境承载能力，也要充分考虑由人类经济社会活动所产生的人工生态环境的环境承载力。（1）自然环境承载力。它是区域可持续发展的基础，其承载力是自然环境的固有属性，与自然资源的稀缺和环境容量的有限性紧密相关，因此就要求要根据自然环境条件来确定人类活动的方向、规模和速度。一般来讲，自然环境系统具有一定的自我调节能力，因而使自然环境系统具有较强的稳定性。但是，当人类活动对自然环境系统的作用超过一定的限度时，自然环境系统的结构和功能就会发生质的变化，它将反过来危及人类的生存与可持续发展。（2）由经济社会发展所形成的人工环境承载力。人类在经济社会发展等活动中，总要伴随着各种有利于人类自身的人工生态环境，如城市中的各种建筑物、园林绿化、各种交通、通信、电力等，均属于人工生态环境的组成部分。由于受自然、经济、技术等条件的影响，人工生态环境也有其固有的环境承载能力，超过了其极限，就会带来交通拥挤、噪声和汽车尾气排放等严重城市问题。环境承载力除包括自然环境承载力和人工环境承载力外，由于人类活动的影响，对生态环境需求和对环境变化的忍耐程度的不同，因而对环境承载力所形成的作用也不同。如现代城市居民大量使用空调设备后，对城市夏季高温的忍耐程度大大降低，同时，居民住宅大量使用空调设备，不但由于供电量的增长加重了发电厂污染，而且还由于大量空调设备把热量释放到城市中，加重了城市的热岛效应。这就要求人类的消费活动应保持在社会可持续发展所能承受的限度之内。2　资源与环境综合承载力资源与环境综合承载力可由一系列相互制约又相互对应的发展变量和制约变量构成。①自然资源变量：水资源、土地资源、矿产资源、生物资源的种类、数量和开发量；②社会条件变量：工业产值、能源、人口、交通、通讯等；③环境资源变量：水、气、土壤的自净能力。计算资源与环境综合承载力时可采用专家咨询法针对5个要素：大气、水质、生物、水资源、土地资源分别选取了发展变量和制约变量组成发展变量集和制约变量集，然后将发展变量集的单要素与相对应的制约变量集中的单要素相比较，得到单要素环境承载力，再将各要素进行加权平均，即得到资源与环境综合承载力值。3　环境要素承载力环境系统是由各个环境要素子系统组成的，因此环境承载力与环境要素承载力的研究密切相关。目前环境要素承载力研究有：土地资源承载力、矿产资源承载力、城市水环境承载力、大气环境承载力、生态环境承载力等。其中目前研究得最深入的是土地资源承载力研究。1　土地资源承载力中国科学院综合考察委员会对土地资源人口承载力的定义是：在一定生产条件下土地资源的生产能力和一定生活水平下所承载的人口限度。这一定义明确了土地承载力的四个要素：生产条件、土地生产力、人的生活水平和被承载人口的限度。国内计算土地承载力的方法主要有经验模型法、遥感方法、系统动力学方法等。经验模型法主要包括：陈国南测算我国生物生产量时所采用的迈阿密模型；周白、郑剑非在内蒙古武川旱农实验区自然降水生产潜力的研究中采用的瓦赫宁根法、联合国粮农组织农业生态区域项目研制的模式是：农业生态区域（AEZ）法；聂庆华、戴进分别进行的陕西省洛川县土地生产潜力及人口容量研究；陕北黄土高原土地生产力与人口适宜容量研究采用的模式是：Doorenbos模型等。利用遥感技术建立一定的估产模型估算作物产量的研究也十分丰富，如：李付琴以北京顺义县为例，建立了冬小麦遥感信息——气象因子综合模型；杨星卫的研究将遥感与动力估产相结合来估算水稻总干物质重和产量；池宏康利用叶面积持久期（LAD）建立了LAD——产量模型；王乃斌提出了以绿度指数、温度和绿度变化速率等因子，构建出大面积冬小麦遥感估产模型。张志良、童玉芬、范小琴等运用系统动力学方法，在西北五省区，包括新疆、宁夏、青海、甘肃、陕西等进行了土地承载力和城市人口承载量研究的实践。[12,13,14]2　矿产资源承载力矿产资源的承载力主要是指在可以预见的时期内，通过利用矿产资源，在保证正常的社会文化准则的物质生活条件下，用直接或间接的方式表现的资源所能持续供养的人口数量。[15]3　城市水环境承载力崔凤军采用系统研究方法，对城市水环境承载力的概念、实质、功能及定量表达方法作出了分析，他认为，城市水环境承载力是指某一城市、某一时期内在某种状态下的水环境条件对该区域的经济发展和生活需求的支持能力，它是该区域水环境系统结构性的一种抽象表示方法。它具有时空分布上的不均衡性和客观性、变动性、可调性的特征。作者选择了8个变量指标构建了水环境承载力，利用系统动力学模拟手段进行了实证研究，利用水环境承载力指数变化对拟定的调整策略变量作出了预测、优化。[16,17]4　大气环境承载力王民良对大气环境承载能力的理解局限在大气环境对污染物的消纳能力。他认为，“在一定标准下，某一环境单元大气所能承纳的污染物最大排放量”。他以SO2为代表污染物，对上海市的现有大气污染源进行归类，应用大气扩散模型，计算出在不同环境质量目标下全市范围大气污染物的环境承载能力。5　旅游环境承载力崔凤军对旅游环境承载力的定义为，“在某一旅游环境的现有状态和结构组合不发生对当代人及未来人有坏变化的前提下，在一定时期内旅游地所能承受的旅游活动强度”。它由环境生态承载量、资源空间承载量、心理承载量、经济承载量四项组成，具有客观性和可量性、变易性与可控性，存在最适值和最大值等特征。作者设定了三类旅游环境承载力的影响因子：社会文化环境因子——游客密度指数；社会经济环境因子——旅游经济收益指数；生态环境因子——土地利用强度指数。并在此基础上建立了旅游环境承载力指数的数学表达式，对泰山风景区进行了实例研究。[18]6　生态环境承载力生态环境承载力是指在某一时期某种环境状态下，某区域生态环境对人类社会经济活动的支持能力，它是生态环境系统物质组成和结构的综合反映。生态环境系统的物质资源以及其特定的抗干扰能力与恢复能力具有一定的限度，即一定组成和结构的生态环境系统对社会经济发展的支持能力有一个“阈值”。这个“阈值”的大小取决生态环境系统与社会经济系统两方面因素，在不同时间、不同区间、不同生态环境、不同社会经济状况下，“阈值”的取值是不同的。生态环境承载力体现了一定时期、一定区间的生态环境系统，对区域社会经济发展和人类各种需求（生存需求、发展需求和享乐需求）在量（各种资源量）与质（生态环境质量）方面的满足程度。4　可持续环境承载力与可持续环境承载率1　可持续环境承载力根据前面的论述可知，某区域的实际环境承载力（ECC实）指在某一时期、某种环境状态下、某区域人类社会经济活动实际利用的环境承载力。即ECC实＝F（R实，P实，N实）。式中：R实为自然资源实际支持力数量；P实为环境生产实际支持力数量；N实为社会经济技术实际支持力水平。这样，在R、P、N三变量不同的组合水平下，一般可将环境承载力分级为（R为自然资源支持力变量；P为环境生产支持力变量；N为社会经济技术支持力水平变量）。（1）弱载——不完全利用环境生产支持力时，P取0～Pmax的一个量，R、N取适应量；（2）满载——完全利用环境生产力，P取最大可能量，R、N取适应量；（3）强载——完全利用环境生产力和自然资源支持力，R、P均取最大量，N取适应量；可见，对于一个区域来说，环境承载力存在一个是否可持续的阈值——可持续环境承载力（ECCs）。在可更新自然资源的再生产力和不可再生资源的开发替代能力建设方面取得综合平衡的前提下，选用可持续发展模式对R、P、N进行组合所产生的环境承载力的大小，称为可持续环境承载力ECCs。即ECCs=F（Rs,Ps,Ns）式中：Rs为不可再生资源的替代技术开发能力和可持续利用量；Ps为污染物允许排放量、环境纳污能力、可再生资源的持续利用量；Ns为环境无害经济技术体系，如清洁生产工艺、生态农业技术、环境友好技术等。可持续环境承载力是研究环境、经济、社会是否协调发展的一个重要判据。当今环境问题多是由于人类社会经济活动所产生的压力超过此阈值造成的，即所利用的环境承载力超过了可持续的界限。那么，可持续环境承载力的特点有：（1）利用现在实际的环境承载力减去可持续环境承载力的差值来判断某区域的发展是否可持续。即，ECC实－ECCs＞0，发展不可持续；≤0，发展可持续。2　可持续环境承载率（ECP）可持续环境承载率ECP＝实际环境承载力/可持续环境承载力＝ECC实/ECCsECP＞1，超载；＝1，全载；＜1，弱载。环境系统是具有负反馈的自我调节系统。在人类的保护和建设下，全载可取得较快的经济效益，可以为急于经济腾飞的发展中国家所采用的，但前提是在一定的环境基底条件下[2]。参考文献[1]毛显强，冉圣宏国内环境承载力研究进展中国人口·资源与环境，2000,10（3）[2]洪阳，叶文虎可持续环境承载力的度量及其应用中国人口·资源与环境，1998,8（3）[3]唐剑武环境承载力的理论雏形—环境容量北大研究生学刊（自然科学版），1995,（2）[4]叶文虎等走可持续发展之路北京：北京大学出版社，[5]王中根，夏军区域生态环境承载力的量化方法研究长江职工大学学报，2003,16（4）[6]王中根，夏军等多级灰关联评价方法在宁夏生态环境质量评价中的应用生态学研究，1998,[7]夏军，王中根生态环境质量评价指标体系及多级灰关联评价方法生态学研究，1998,4（2）[8]陈加兵，章宪福州市辖区综合环境承载力研究福建地理，2002,17（4）[9]夏军，王中根生态环境质量评价指标体系及多级灰关联评价方法生态学研究，1998,4（2）[10]彭再德等区域环境承载力研究初探中国环境科学，1996,16（1）:6～[11]胡晓林生态环境系统结构模型解析及其应用生态学研究，1991,10（1）[12]石玉林主编中国土地资源的人口承载能力研究北京：中国科学技术出版社，[13]王乃斌等大面积小麦遥感估产模型的构建与调试方法的研究环境遥感，1993,8（4）:[14]刘湘南，黄方农业信息系统支持下的玉米遥感估产模型研究地理科学，1992,12（4）:[15]徐强区域矿产资源承载能力分析几个问题的探讨自然资源学报，1996,11（2）:136～[16]崔凤军城市水环境承载力及其实证研究自然资源学报，1998,13（1）:58～[17]邢大韦等干旱地区水资源承载力评价武汉水利电力大学学报，[18]崔凤军，刘家明旅游环境承载力理论及其实践意义地理科学进展，1998,17（1）:86～