全文如下：

服务于“生态优先 绿色发展”的生态承载能力监控预警机制研究

Study on the Monitoring and Early Warning Mechanism of Ecological Carrying Capacity Serving "Ecological Priority and Green Development"

      摘要：生态承载能力是衡量区域可持续发展的重要基础和落实生态文明理念的关键依据，开展生态承载能力监控预警研究对于规范完善生态环境空间管控，优化国土空间开发和保护格局，提升国土空间治理能力具有重要意义。为推进生态承载能力监控预警机制研究的标准化和系统化，本文在文献调研的基础上，结合国家生态环境管控的核心任务和重点，探索并辨析生态承载能力的战略需求、影响因素和监测评价方法；采用“目标层—系统层—指标层”框架结构，构建了生态承载能力监测评价体系；建立了以服务于“生态优先，绿色发展”为目标的生态承载能力监测预警机制，提出了生态承载能力的重点管控方向。本文提出的生态承载能力预警监控预警机制体系，可为全国及区域生态承载能力的评估和管理提供参考。

     关键词：生态承载能力；评价；监控预警；生态文明；可持续发展

     随着我国城市化和工业化进程的加快，资源约束、环境污染、生态恶化问题日益突出。以生态优先、绿色发展为导向的高质量发展道路为我国生态文明建设指明了方向。随着长江大保护等国家战略的深入实施，“坚持人与自然和谐共生”的基本方略已牢固树立，“共抓大保护，不搞大开发”的战略导向已愈发清晰，正确把握整体推进和重点突破、生态环境保护和经济发展、总体谋划和久久为功、破除旧动能和培育新动能、自我发展和协同发展的关系，把修复长江生态环境放在首要位置，已成为推动长江经济带高质量发展的基本共识。

     长江环境保护与修复仍面临着化工围江、生态功能退化、生态环境协同保护体制不健全、流域发展不平衡不协调等问题，严重制约着我国社会经济可持续发展。生态承载能力是实现区域协调绿色发展和推进生态文明建设的重要抓手，我国愈发强调生态承载能力在国土空间治理体系现代化方面的约束性作用。开展生态承载能力监控预警与成因解析，完善差异化的生态环境管理体制创新，是优化调控国土空间布局、促进空间均衡发展的基础，可有效服务于维护重点生态功能区生态系统功能与生态安全地位，促进引导、激励、约束和调控主体功能区制度建设和建立以国家公园为主体的自然保护地体系，对于推动实施长江大保护等国家战略和贯彻落实生态文明建设具有关键意义。

     生态承载能力作为度量生态系统所能承受的利用强度的核心工具之一，其理论及方法备受国内外学者的关注，但目前对于生态承载能力的定义仍未达成一致。早期生态承载能力的研究主要从种群生态学角度出发，不少学者认为生态系统中任何种群的数量均存在一个阈值，如若超过此阈值，生态系统将因失去平衡而遭到不可逆的破坏，而这一阈值被视为生态承载能力[1-2]。随着复合生态系统理论的逐步完善，人类的主导能动作用在生态承载能力研究愈渐被关注。高吉喜[3]定义生态承载能力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。

     生态承载能力是资源环境承载能力的重要组成部分，关注生态系统的完整性、可持续性和协调性，为促进生态系统和谐发展奠定了基础。生态承载能力是国土空间提供水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护和洪水调蓄等生态系统服务功能的综合反映，是对自然生态系统自身所能承受的利用强度的表征。生态承载能力也是评判生态系统与社会经济是否协调发展的重要依据，可以为构建人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的可持续发展模式提供参考。

     生态承载能力进一步对接的是联防联治、共同治理、深度合作的生态补偿，生态资产定量核算及其价值评估体系的健全，以及生态环境监管重点强调落实的生态保护红线。我国正着力以“三区三线”六类空间（三区指城镇、生态、农业三类空间，三线指城镇开发边界、永久基本农田、生态保护红线三条控制线）为底图，规范和完善生态空间管控、生态承载能力调控、环境质量底线控制等生态引导和管控要求，把推进生态文明建设和经济发展绿色化统一到主体功能区建设，形成人与自然和谐发展的现代化建设新格局，但是尚未形成统一明晰的生态承载能力监控预警机制体系。实现生态优先和绿色发展，监控预警机制是保障。生态承载能力对于生态环境监管的政策、规划、标准、监测、执法、督查“六大体系”支撑力度还不够，在贯彻创新、协调、绿色、开放、共享的“五大发展理念”，落实经济、政治、文化、社会和生态文明建设“五位一体”总体布局中的关键作用尚未凸显。

      本文从生态承载能力的战略需求、影响因素、监控预警方法和管控方向等进行研究。立足生态环境监管六大体系核心需求，考虑国土空间生态环境的结构—过程—功能特征，系统评估分析生态要素在国土空间的传导、影响和承载关系，采用“目标层—系统层—指标层”框架结构，构建了生态承载能力监测评价体系；建立了以服务于“生态优先，绿色发展”为目标的生态承载能力监测预警机制，提出了生态承载能力的重点管控方向。为服务于建立健全生态环境治理体系，强化以“三线一单”为基础的空间、总量、准入环境管理，协同推动经济高质量发展和生态环境高水平保护提供重要抓手，对开展统筹兼顾、整体施策、多措并举，全方位、全过程的生态文明建设具有重要意义。

     一、生态承载能力理论基础

    （一）生态承载能力管控的战略需求                    

     支撑生态文明建设的需求。开展生态文明建设亟需建立体现生态文明要求的目标体系、考核办法、奖惩机制，形成推进生态文明理念的重要导向和约束，以实现生态系统的良性循环和生态风险的有效管控。生态承载能力监控预警是我国空间治理的重要技术支持手段，可有效反映资源消耗、环境损害、生态效益等生态文明建设状况，对接体现自然价值和代际补偿的资源有偿使用和生态补偿制度，以及生态资产定量核算机制的健全。亟需把生态承载能力纳入地方各级政府经济社会发展评价体系，推进形成节约资源和保护环境的空间格局、产业结构、生产方式、生活方式，构建产权清晰、多元参与、激励约束并重、系统完整的生态文明制度体系，才能使建设美丽中国的宏伟蓝图变为美好现实。

     维护国家生态安全的需求。构建结构完整、功能完备、分布连续的国家生态安全格局需要统筹山水林田湖草生命共同体，按生态系统服务功能重要性、生态环境敏感性划定并严格保护生态保护红线，优化国土空间开发格局，以满足人类长期生存发展的需要，保障人民生活和健康不受生态破坏损害，从而维护国家及区域生态安全。生态承载能力统筹考虑自然生态系统提供的生态环境条件与水源涵养、水土保持、防风固沙、生物多样性维护等生态系统服务功能，评价分析生态环境对生态退化的敏感程度，对接生态环境差异化管控机制。亟需将生态承载能力作为划定生态保护红线的参考依据，为健全主体功能区战略与制度，建立以国家公园为主体的自然保护地体系，维护国家生态安全提供有力支撑。

     改善生态环境质量的需求。生态环境质量的改善需要以“生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线和环境准入负面清单”(“三线一单”)为手段，制定严格的管理措施与环境准入制度，强化空间、总量、准入环境管理，从区域环境质量、环境功能维护的要求出发，提出影响生态承载能力的资源和环境限制因素，将环境污染控制、环境质量改善和环境风险防范有机衔接起来，以确保环境质量不降级，从源头上扭转生态环境恶化的趋势。生态承载能力监控预警以精细化控制单元为基础，结合生态环境监管的政策、规划、标准、监测、执法、督查“六大体系”的核心任务，体现国土空间生态产品质量。亟需以生态承载能力不超载为要求，推动建立以改善生态环境质量为核心的目标责任体系，促进提升国土空间治理治理能力现代化。

     增强经济社会可持续发展能力的需求。保持社会经济全面协调可持续发展，需要顺应社会经济发展趋势，促进各类资源集约节约利用，引导人口分布、经济布局与当前监管能力相适应。经济发展总是伴随着自然资源和生态产品的大量消耗，随着工业化和城市化进程的加速，生态环境已成为制约社会经济可持续发展的“瓶颈”。只有把生态环境优势转化为经济社会发展优势，才可以实现“绿水青山”向“金山银山”的转换。生态承载能力水平能精准反映区域生态环境优劣程度，是评判生态系统与社会经济是否协调发展的重要依据。因此，亟需以流域生态承载能力监控预警机制为基础，促进构建人口资源环境相均衡、经济社会生态效益相统一的可持续发展模式，支撑区域社会经济全面协调可持续发展。

     （二）生态承载能力影响因素

     国内外对生态承载能力影响因素的研究较为丰富。影响因素可大致归纳为六类：自然因素、社会经济因素、科技研发及政策因素、景观格局因素、区域—国际贸易因素和大型建设项目影响因素。

     自然因素。自然因素对生态承载力起决定性作用，主要包含平均气温、日照时间、降水量、森林覆盖率、水域面积占比、年造林（草）面积、资源丰富程度、生态系统稳定性、灾害频度、碳水通量等[4]。

     社会经济因素。主要包含GDP、人口密度、工业废物排放、城镇居民消费等。Gu等（2015）通过对长江中游城市群可持续发展的生态足迹进行分析，发现生态承载能力与GDP、人口密度、工业废物排放呈负相关，与第三产业比重呈正相关[5]。

     科技研发及政策因素。社会经济的快速发展，区域既存在经济持续增长、人口增加、资源环境条件约束趋紧等造成的生态超载问题，同时，也会激发环境投入、科技研发、区际交流等因素，缓解生态压力，使区域生态超载状况趋于改善[6]。

     景观格局因素。景观格局和植被变化因素作为评价因子，能够体现生态系统受干扰程度及演化过程。刘世梁等（2019）在生态承载能力评价中引入景观格局与植被变化因子来体现生态系统受干扰程度，需通过生态空间的格局优化提升生态系统服务提供能力，从而提高国土空间综合承载力[7]。

     区域—国际贸易因素。国际贸易整体上改善了发达国家的生态承载能力，但恶化了发展中国家的生态承载能力，各国要保持发展的可持续性，应在全球可持续性尺度范围内增加自己的全球足迹份额，而不是简单的减少生态足迹。Lei等（2009）使用生态足迹分析框架研究承载能力与贸易之间的关系。结果表明通过商品或服务的经济交换，区域生态足迹盈余交易可以弥补当地生态资源的短缺并扩大承载能力[8]。

     大型建设项目影响因素。大型建设项目在对社会经济产生积极影响的同时，通过建设实施改变地表现状，改变区域生态环境，影响区域生态承载能力。Li等（2018）利用省级公顷模型计算了三峡工程建设期间的生态足迹和生态承载能力的变化，结果表明地方项目影响净效果是积极的，减少了当地的生态赤字 [9]。

     （三） 生态承载能力监测方法

     生态承载能力监测主要通过区域监测数据、网络公开数据、遥感影像数据以及其他数据，集成县级行政单位生态和社会经济各项指标数据库，形成一体化监测网络。目前主要采用遥感监测技术和大数据技术获取监测指标。遥感技术是实现大范围内信息快速提取的高新技术，基于遥感影像、DEM高程数据，通过遥感技术、地理空间分析技术，获取建设用地比例[10]、森林覆盖率[11]、自然保护区覆盖率等地理信息指标。大数据技术是数据挖掘和智慧应用的前沿技术，通过数学统计、标准化处理、回归预测插值等方法，获取人均耕地面积、人均林地面积[12]、人均GDP、人口密度[13]、生态水位、水土流失指数、水源涵养功能指数[14]、气候条件、水资源状况[15]等数据。

     （四）生态承载能力评价方法

     生态承载能力评价方法主要包括指标体系法、供需平衡法和系统模型法三大类。

     指标体系法。指标体系法通过选取反映区域复合系统特征以及自然系统与人类社会经济系统相互作用的关键指标，建立模拟区域复合系统层次结构的指标体系，根据指标间的关联性和重要程度，逐层累加得到反映区域的承载力指数。指标体系法可以分为累加求和[16-17]、短板效应[18]和单指标评价法[19]。随着PSR、DPSIR等模型的完善和成熟，指标体系法迅速发展成为承载力评估中最常见的方法。

     供需平衡法。供需平衡法通过计算承载主体的功效，分析承载主体和承载对象之间的供需对比，从而对区域承载状况进行评估的方法。此类方法主要包括生态足迹法[20]、差量对比法[21]以及能值分析法[22-23]。生态足迹法是最常用的方法，但缺少对人为因素影响的考虑，计算结果准确度有待提高。

     系统模型法。系统模型法主要有系统动力学模型和优化模型两大类，通过分析区域复合系统内部的运行机制，建立各要素的耦合关系，借助模型的输入输出对区域复合系统承载状况进行模拟和预测。优势在于擅长处理区域复合系统的不确定性、动态及复杂非线性等过程，能够反映系统内部的信息反馈机制；但系统动力学模型中的闭合系统与区域复合系统的开放性相悖，优化目标的确定等因素受决策者主观影响较大，各系统模型的参变量难以科学率定，求解复杂[24-25]。

     现有研究多集中于生态承载能力现状评价，但预测预警及调控的研究仍相对缺乏。生态承载能力预警能够准确预测生态系统可能出现的生态破坏、生态功能退化等状况，可以有效地判断生态环境与社会经济发展的协调程度，进而为管理部门采取预警决策提供科学依据。如果人类的开发活动超过了生态系统的承受能力，导致生态系统破坏与生态功能退化，致使新的生态问题产生或原有生态问题的加剧，威胁区域生态安全，就需要进行预警。在构建生态承载能力预警系统过程中，一般包括影响因素识别及警度划分、警情根源分析、预警指标体系设计、承载力趋势预测评价及警度确定、调控及应对策略5个预警过程环节[26]。

     二、生态承载能力监控预警机制体系构建

     生态承载能力监控预警机制体系主要包括生态承载能力监测、评价和预警三个方面的内容（见图1）。通过优化监测方法，制定监测周期，实现生态承载能力动态监测；生态承载能力监测指标作为评价指标计算依据，为生态承载能力评价指标体系提供支撑；生态承载能力综合评价和过程评价，将生态承载能力预警划分不同等级，提出针对性管控措施。

图1 生态承载能力监控预警机制体系

     （一）生态承载能力监测内容及方法

     生态承载能力监测指标是生态承载能力评价指标计算依据，需综合反映区域生态状况，主要包括水资源、社会经济及生态环境的相关基础指标（见表1）。监测数据来源主要包括监测数据和统计数据。

表1 生态承载能力监测指标

     （二）生态承载能力评价方法

     1、多指标综合评价体系

     构建合理的生态环境承载力评价指标体系，是生态承载能力评价的前提和基础，本文遵循指标体系构建的基本原则——全面性、代表性、层次性、可比性、可操作性，从生态功能重要性和生态环境敏感性2方面相互依存和相互作用关系入手，建立了包括目标层—系统层—指标层3个层次结构的生态承载能力评价指标体系（见表2）。

表2 生态承载能力评价指标体系

     2、综合评价

     首先，数据标准化处理。对所有评价指标数据进行标准化处理（即确定指标的分数），以消除量纲，得到评价指标矩阵。计算公式为：

     （1）

     式中：表示标准化后的数据矩阵；表示标准化前的数据矩阵，表示标准化前数据矩阵的最大值；表示标准化前数据矩阵的最小值。

     其次，定评价指标体系权重。权重是指在评价过程中，被评价对象不同侧面程度的定量分配，是对各评价因子在总体评价中的作用进行区别对待。不同的评估指标对于综合评价的贡献率不同，在评估中应赋予不同的权重系数。本文采用熵值法来确定生态环境承载力评价指标的权重系数。

     本文采用熵值法确定权重，计算步骤如下所示：

     （1）原始数据的收集与整理。生态承载能力评价指标体系的原始数据由m个区县、n个指标的数据矩阵组成，形成评价系统判断矩阵。

     （2）基于标准化后的评价指标矩阵，计算指标信息熵值e。计算第j项指标的信息熵值的计算式如下：

      （2）

      式中：k为常数，

     （3）计算信息熵冗余度

             （3） 

     （4）计算评价指标的熵权重，计算公式如下：                                     

         （4）

     最后，确定分级标准。采用理想法确定生态承载能力的指标体系分级标准，计算步骤如下所示：

     （1）计算正负理想点，计算公式如下所示：               

     （5）

     式中：、分别表示第个指标的正、负理想点；表示第个指标的实际值，。

     （2）理想点的综合测度距离。综合测度距离表示评价指标与正理想点、负理想点之间的距离，与正理想点的综合测度距离越小，代表评价指标越优，反之则相反。本文采用如下方法定义综合测度距离：                               

     （6）

     （7）

     式中：表示贴近正理想点的综合测度距离；表示贴近负理想点的综合测度距离；表示各评价指标的权重。

     （3）理想点贴近度。生态承载能力状态通过理想点贴近度的大小来评价，理想点贴近度的计算公式如下所示：                                     

    （8）

     式中：理想点贴近度属于区间[0,1]，它越大，代表距离正理想点越近，距离反理想点越远。

     3、过程评价

     生态承载能力过程评价反映生态承载状态的变化和可持续性，通过对比现状水平年和规划水平年的生态状况支撑社会经济发展效率的变化，即通过判别生态功能指数的变化程度，分析生态承载能力的变化趋势。

     （三） 生态承载能力预警机制

     按照生态承载能力评价结果，将生态承载能力状况分为超载、临界和承载3个等级。另外，通过分析不同年份生态功能指数的变化趋势来进行过程评价。最终结合生态承载能力评价和过程评价，将生态承载能力预警划分为红色预警、橙色预警、黄色预警、蓝色预警、绿色无警5个等级（见图2）。

图2 生态资源承载能力类型与预警等级关系

     三、生态承载能力管控方向展望

     生态承载能力研究不仅是关注生态系统承载极限的科学命题，同时是具有广泛实践价值的人类经济社会与生态系统协调发展的管理议题。为深入实施长江大保护等国家战略、助力生态文明建设、促进空间均衡发展，不仅需要深入研究生态承载能力的概念及监控预警机制体系，也需要准确把控生态承载能力的管控方向。本文基于当前研究进展，以服务于“生态优先，绿色发展”、保障国家生态环境安全为目标，对生态环境承载力的管控方向进行展望。

     第一，建立生态承载能力评价与监测预警标准规范。在国家生态文明先行示范区或生态压力突出或敏感区（如长江经济带）开展生态承载能力评价与监测预警示范，建立动态评价与监测预警系统，并与管理业务有机衔接，支撑流域/区域生态环境管理方案制定、生态补偿、干部责任绩效考核等监管机制落实，促进生态承载能力监测预警向标准化、数字化、系统化转变[27]。

     第二，实施以控制单元为基础的生态承载能力精细化管理。依据主体功能区规划和行政区划，科学开展网格化生态承载能力评价，划定陆域和水域控制单元，集成生态保护红线、环境质量底线、资源利用上线（“三大红线”）的环境管控要求，形成以管控单元为基础的生态承载能力空间管控体系。在长江经济带等战略性区域率先实施以控制单元为空间基础、以生态服务功能为管理目标的生态承载能力目标管理。

     第三，提升生态承载能力的动态监测与预警信息化水平。构建集监测、评估、预警、调控、管理等为一体的信息平台，形成以数据库、知识库、方法库等为载体的生态承载能力决策支持系统，建立健全生态风险防控体系，提升突发生态环境事件应对能力。根据不同区域的自然资源禀赋与环境条件，划定生态承载能力红线。预测未来生态承载能力发展变化趋势及时空分布，当开发强度接近红线时，提出警告警示，对超载地区实行限制性措施，防止过度开发后造成不可逆的严重后果，有效保障国家生态安全。

     第四，关注重点区域生态承载能力的可持续恢复与提升。生态承载能力强的区县，往往通过各种充满活力的权衡，实现资源的高效配置和可持续利用，协调区域发展。针对生态承载能力较低区域，应分析各地区环境、生态、资源的受损程度，确定一批生态承载能力退化区，针对性构建基于生态承载能力的国土功能空间调控技术和适应策略，如严格重点生态功能区的环境准入机制，实现生态承载能力的可持续恢复或提升[28]。如针对长江经济带等重大战略区域，应基于生态承载能力现状特征、问题和可持续发展要求，以生态环境综合治理为抓手，加快形成开发集约、生态自然开敞的生态保护格局，加大生态系统完整性和连通性建设保护力度，率先建立和完善生态承载能力监控预警机制体系，为全国其他区域提供可靠经验。

     第五，推进现行生态环境执法体制改革。对立法者而言，研究总量控制的操作程序和具体方法，将生态承载能力规定为社会主体行使自由经济权利的界限；对执法者而言，严格遵循生态系统规律，将生态承载能力作为制定决策和执行法律的重要依据；对于社会公众而言，以生态承载能力为依据约束自己的行为，保障自己基于生态承载能力的合法权益不受他人侵害。

     第六，加强生态承载能力持续承载的制度激励。一是率先试行绿色GDP核算制度，建立区域自然资本核算体系。二是完善生态制度创新的激励机制。主要包括生态产权制度激励、生态企业制度激励、市场生态制度激励、政府生态引导制度激励等。三是建立健全相关管理制度。如探索多样化的生态补偿模式，建立不同地区间横向的生态补偿机制。全面落实污染者付费原则，健全排污权有偿取得和使用制度，发展排污权交易市场。

     第七，调整和优化产业结构，发展生态特色产业。根据生态承载能力区划方案，利用不同区域的资源比较优势确定生态产业发展方向，逐步形成与生态环境相协调的产业结构和生产方式[29]。促进产业结构升级，大幅压缩高能耗、高污染的传统产业，发展新兴产业。

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     作者简介：

     张万顺：武汉大学中国发展战略与规划研究院副院长、武汉大学资源与环境科学学院教授、水资源与水电工程科学国家重点实验室成员

     夏函、马蒙越、申诗嘉、李琳： 武汉大学资源与环境科学学院博士研究生、硕士研究生