李林汉

(河北金融学院 科技金融协同创新中心/科技金融重点实验室，河北保定 071051)

一、研究文献综述

承载力概念起源于力学，是指物体本身不产生物理和化学变化的前提下所能承载的最大外力施压[1]。对于环境资源承载力概念的最早研究，可以参考1798 年Malthus[2]关于人口增长原理的研究，他以人口无限制增长将会导致地球资源供给不足为基础，阐述了环境承载力概念的雏形。Verhulst[3]受人口增长模型启发，提出了环境承载力的最早数学模型。Parker[4]等从极限的角度将此概念拓展到人类生态学，Hawden[5]以植物生态学为研究载体，提出了植物生态上的承载力概念。此阶段由于人类生产生活条件的限制，环境承载力概念只是处于起步阶段，但人们开始意识到资源环境的有限性和局限性。工业革命以后，环境破坏严重，此时人们开始思考环境资源与人类共处生存的问题，相应的承载力概念也发生了变化，主要表现为将以往的静态分析改为动态分析，进而深化到系统可持续发展。Meadows[6]以资源和人口之间的关系为出发点，详细叙述了环境的重要性，创造性地提出可持续发展思想。同时，联合国教科文组织也组织了一系列的生态文明与可持续发展的论坛和研究，主要着眼于环境承载力方面的新定义和新方法，以此为契机，国内外的专家学者正式开启了环境承载力的研究分析[7-8]。

从国内来看，对于环境承载力的研究起步较晚，1988 年，原华荣[9]以干旱地区为例，提出了环境承载力与人口之间的互相关系，这是比较早涉及环境承载力的国内文献，但此文献更多是从理论和概念上阐述，并无定量的研究方法。接下来不同的学者分别拓展了承载力的概念与内涵，对此课题进行了深入研究，综合来看大致可以分为以下四个方面:

(1)流域承载力概念以及衡量方法。王栋[10]基于水资源承载力和水环境承载力角度，对长江三角洲水资源进行了系统剖析，结果表明:长江三角洲属于水资源紧缺地区。曾晨[11]运用生态足迹法对流域水生态承载力进行了测度和评价，认为我国对于流域水生态承载力的研究尚处于起步阶段。郑微微[12]运用数理方法评价了农业生产水的环境承载力，表明我国目前的水资源能够承载农业生产需求。黄敬军[13]和汪自书[14]从城市发展的角度对水资源承载力进行了研究。

(2)土地承载力概念以及衡量方法。以1986年下半年关于«中国土地资源生产能力及人口承载量研究»[15]项目为依托，国内关于土地承载力的研究正式开始，李久明[16]运用系统动态学法对黄淮海平原土地资源承载能力进行动态分析，认为该地区的土地资源承载能力能适应人口的发展需要，但需建立在生活水平不提高的前提下。吴月良[17]从人口数量与发展速度等六方面阐述了土地资源承载力的影响因素。高志强[18]借用地理信息系统工具，测算出我国土地资源承载最大人口量为18.86 亿。祝秀芝[19]将理论和实证相结合，运用系统动力学方法，评价了上海市未来十年的社会经济发展状态，得出上海市土地资源承载力能满足城市发展需求。

(3)环境资源承载力概念以及衡量方法。曾维华[20]建立了环境承载力指标体系，得出区域环境承载力的强度指数，并将其运用到具体实例中，为规划的完善提出合理建议。张子龙[21]运用能值分析法，构建了评价环境承载力的定量分析模型，认为新疆和宁夏地区的环境承载力接近临界值。陆亚琴[22]采用相对资源法，对西部12 省环境承载力进行了分析，结果表明:西部地区的人口数量低于环境资源承载力所能容纳的极限值，西部地区的可持续发展潜力巨大。

(4)综合承载力概念以及衡量方法。宋冬林[23]阐述了综合承载力的含义，认为提高经济转型的难点和重点在于提高综合承载力。王树强[24]认为综合承载力是土地资源、水资源、环境容量、能源、交通设施、市政设施和社会的综合容纳，并运用秩和比方法进行了测算。吕一河[25]认为综合承载力概念涵括了资源、环境、生态、灾害、社会、经济等多种因素，研究方法有生态足迹法、能值分析法等，且未来的研究方向仍然是以完善指标体系为主。

综合上述文献可以看出，关于环境资源承载力的研究成果丰硕，研究者也不光局限于社会科学工作者，同样也有自然科学的工作人员[24]，表明这一课题确实是热点问题，而且无论是概念的界定还是数理测度都有了很大的进展，但仍然存在改进空间，主要表现在:第一，已有文献更多地是单方面因素的考量，比如大气承载力和水资源承载力，对于京津冀地区的综合承载力的研究较少。第二，京津冀作为我国区域经济发展重要的带群，有着特殊的政治和经济地位，习近平总书记多次就京津冀地区的发展发表重要讲话，2019 年新年伊始习近平总书记将考察的第一站就选择了京津冀地区，可见其地域重要性。但是已有文献更多地是长三角地区或者是单独的地级市研究，关于京津冀区域环境综合承载力研究较少。因此研究京津冀地区的环境资源综合承载力具有重大的现实和理论意义。本文将熵值法和TOPSIS 分析结相合，对京津冀地区2005—2017 年的综合承载力进行实证分析，旨在为京津冀三地的人口、资源和环境的协调发展提供理论支撑。

二、建模方法与指标体系构建

本部分首先介绍研究方法与建模过程，然后确定京津冀地区综合承载力的各项指标，构建评价指标体系，最后对数据的可信度进行检验，以供下一部分的实证分析。

1.基于熵权主成分分析方法的区域综合承载力评价模型

熵是来源于物理学中的概念，后来发展成多目标决策与评价中的常用方法。评价时首先搜集指标的原始数据，然后根据数据确定权重，此方法能避免因指标之间的差异导致的误差，同时也能客观显出数据中的隐藏信息，而且指标熵越小，熵权越大，即此指标越重要，反之则相反，具体的求解步骤如下:

(1)标准化评价矩阵构建

令A 为区域综合承载力的原始评价数据矩阵列表:

由于数据之间的度量不一，接下来需对原始矩阵进行标准化处理。数据标准化的方法众多，此处采用归一化进行处理，为了消除由此产生的指标不可度量，对于正向指标(越高越好)，公式如(2)所示；对于负向指标(越低越好)，公式如(3)所示，处理完以后即得到标准化矩阵(4)，其中公式(2)(3)中的k＝0.9。

上式中，A为原始数据矩阵，aij为第i个指标第j年的原始数据；B为标准化后的数据矩阵，bij为第i个指标第j年的标准化数据；i＝1，2，…，m，m为评价指标的个数；j＝1，2，…，n，n为评价年份数。

(2)指标权重确定

熵权法能够细致分析出指标之间的变异程度，客观反映出指标的重要性，计算公式见(5):

(3)基于熵权的评价矩阵构建

为了进一步客观评价京津冀地区综合承载力，借助加权的想法，运用熵权法得到的权重构建加权规范化评价矩阵D，具体计算公式为:

(4)正负理想解确定

正理想解是评价数据中第i个指标第j年中的最偏好的方案，也就是最大值记为E＋；负理想解是评价数据中第i个指标第j年中的最不偏好的方案，也就是最小值记为E-；计算公式如下:

(5)距离计算

在学术上有很多计算距离的方法，本文采用欧氏距离计算法，取为第i个指标和的距离，为第i个指标和的距离，计算公式如下所示:

(6)计算各地与理想解的配比度

取Gj为京津冀地区综合承载力与最优理想解的配比度，其取值范围介于[0，1]。取值越接近1，表明该地区当年的综合承载力越接近最优水平，也就是综合承载力越高，反之相反。本文即是以配比度Gj来衡量各地区各时期的综合承载力，计算公式如下:

2.京津冀地区综合承载力指标体系的构建

在经济学理论中，区域是人口、经济、资源和环境复合而成的完备系统，建立区域的综合承载力模型自然需要全面考察人口、资源、环境与发展之间的相互关系，遵循指标选取的可操作性、科学性、层次性和完备性等原则，同时借鉴李健等[26]、孟玫等[27]、雷勋平等[28]构建指标的方式，构建出本文综合承载力的评价指标体系(表1)。

表1 京津冀地区综合承载力评价指标体系

本文数据选取的样本区为京津冀三地，时间为2005—2017 年，数据来源主要有«中国统计年鉴»«中国环境统计年鉴»«北京统计年鉴»«天津统计年鉴»«河北统计年鉴»以及各地政府的年度报告。

3.指标可信度分析

将数据收集完毕以后，需对数据的完整性和可信度进行检验。本部分将京津冀三地的数据按照公式(2)(3)进行标准化，利用SPSS 软件对标准化的指标进行可信度分析，结果如表2 所示，其中Ⅰ类指标体系为经济承载力指标体系，Ⅱ类指标体系为自然资源承载力指标体系，Ⅲ类指标体系为环境承载力指标体系。结果表明各项指标的可信度较高，能够较客观地反映出京津冀三地综合承载力。

表2 指标可信度分析结果

三、京津冀地区综合承载力实证分析

本部分将所得数据按照第二部分所示方法进行实证分析，并分析结果背后可能的原因。

1.实证结果

按照上文所述的步骤，可以算出各地综合承载力的指数分别如表3、表4、表5 所示。

表3 河北省综合承载力的各个指数

表4 天津综合承载力的各个指数

表5 北京市综合承载力的各个指数

2.评价结果分析

就表3 和图1 来看，河北省的综合承载力曲线呈现出V 字型曲线，总体变化幅度较小。其中2017 年达到最高水平(0.571 2)，2011 年达到最低，仅为0.407 8。其中在2005—2011 年基本呈下降趋势，2011—2017 年呈逐年上升趋势，深入分析发现，2005—2011 年河北省的耕地面积逐年下降，使得人均资源占有变小，以人均农作物可种植面积来讲，从2005 年的1.92 亩每人下降到2011 年的1.77 亩每人，而人口密度却由2005年的362 人每平方千米上升到392 人每平方千米，同样，人均水资源也略有下降。另外河北省的工业化和第三产业水平较低，单纯依靠资源去发展经济的同时带来了一系列的环境和经济问题，也会致使河北省的综合承载力呈现下降趋势。自2011 年以来，河北省地区的综合承载力逐年上升，也没有出现反复波动的情况，究其原因，一方面在于十二五规划以来，政府注重污染治理、节能减排，另一方面河北省也积极寻求产业的多样化，以摆脱过去粗放型的发展模式，为经济的发展找寻长久的思路等，同时也积极引进新技术，并没有一刀切将资源产业关停，而是通过新技术的引进加大资源的进一步转化率。具体来讲，工业污染治理投资额从2005 年的252 519 万元下降到2011 年的243 399万元，自2011年以后又迅速增加到2017 年的342 738万元，在大力发展经济的同时，也尽力留住青山绿水，避免由于污染带来的连锁事件产生。第三产业占GDP 的比重由2005 年的33.36%增加到2011 年的34.60%，仅仅上升1 个百分点而且中间还有波动，但自2011 年以后一直到2017 年稳步上升，直到2017 年的44.21%，上升了近十个百分点。新技术方面，河北省的单位能源产出在2011至2017 年也较2005 至2011 年多上升了近25%。但与北京和天津相比，河北省的综合承载力还处于弱势，如何在服务京津冀协同发展的基础上提高自身的综合承载力是下一阶段河北省的主要任务。就子系统来说，河北省的经济承载力系统处于连年上升的趋势，这与河北省注重产业转变，积极引入新技术发展新产业有很大关系。但经济发展对河北省的自然资源承载力也造成了一定破坏，导致河北省的自然资源承载力逐年下降。环境承载力系统在2005 年至2008 年处于下降趋势，由于北京2008 年奥运会的原因，在接下来的一年里河北省的环境承载力系统出现了大幅上升，之后一直处于稳定但有略微上升的状态中。2005—2009 年之间河北省的自然资源承载力子系统对于整个承载力系统的贡献值最大，说明河北省在2009 年之前的发展还是依靠自然资源的支撑，2009—2015 年环境承载力子系统对于整个承载力系统的贡献值最大，说明此时河北省开始寻求摆脱单纯依靠自然资源发展的单一路径，对应的此时经济子系统也发展稍慢，2015—2017 年经济承载力对于整个承载力系统的贡献值最大。

就表4 和图2 来看，天津市的综合承载力总体上呈现上升趋势，其中，2005—2008 年变化平稳，在2009 年出现迅速增长的拐点，此后一直到2013 年涨势良好，一直位于高位，但2013 年以后涨势减缓，直到最后达到最大值。究其原因来说，天津市作为我国的直辖市，无论是经济结构还是发展模式相对河北省来说都是比较成熟的，但作为北部城市，与南方沿海城市相比又具有一些弱势，比如天津市是以重工业为主的发展模式，随着时代的发展，天津市也一直在积极寻求更加成熟和可持续的发展模式，为综合发展提供强大支撑。虽然天津是以重工业发展为主的经济模式，但是就第三产业所占比重来讲，从2005 年的42.45%稳定增加到2017 年的58.15%，人均GDP 也从2005 年的357 83 元每人增加到了118 944 元每人，在全国排名中位于前列；为了保护环境，天津市的工业污染治理投资额从2005 年的78 305 万元增加到2017 年的186 316 万元，增加了两倍多，在重工业给本市带来破坏的同时也及时给予了治理；自然资源方面，水资源总量从2005 年的10.63亿立方米增加到了2017 年的13.00 亿立方米。虽然相对于河北来说，天津市的优势明显，但是作为直辖市，天津市的优势就略微薄弱了，如何在京津冀协同发展的基础上带动河北，服务北京，然后借助京津冀协同发展争取赶超同类直辖市是下一阶段天津市的主要任务。

就子系统来说，天津市的经济承载力系统处于连年上升的趋势，这与天津市积极推动产业结构优化，保持自身优势的政策有关，与河北省类似，天津市的重工业产业发展也给天津市的自然资源带来了巨大破坏。前文提到天津市的水资源总量有所提升，但是不容忽视的是天津市的森林覆盖率也从2005 年的9.9%下降到2017 年的8.1%，而且农业用水量也在持续增加，基本和水资源的增加数值一致，如果考虑到天津的总人口由2005 年的1 043 万人增加到了2015 年的1 557 万人，人均水资源实际上是呈现明显的下降的。环境承载力子系统总体上呈现上升的趋势，但总体波动不大，以建成区绿化率为例，天津市只从2005年的36.8%增加到了2017 年的37%，而且在中间的年份中还出现了不同程度的下降然后再上升，总体形势不容乐观。就子系统对整个系统贡献的比重来说，天津市在2005—2009 年中自然资源子系统的贡献值最大，这也与天津重视重工业发展的模式保持一致。在2012—2017 年中经济子系统对于整个系统贡献的比重最大，此阶段天津地区注重从资源消耗式的发展模式向提升效率的模式转变，尤其是第三产业的比重持续加重，经济结构持续优化，体制机制改革效果明显，社会财富增加和群众收入提高明显。

就表5 和图3 来看，北京的综合承载力曲线呈现逐年上升的趋势，中间年份没有任何的反复，尤其是在2008—2009 年有一个明显增加的趋势，这可能说明北京奥运会带给北京很多的发展契机，也给北京留下了很多的财富，在2011—2012年份中出现了一段零增长，即承载力数值不变，其后到2017 年承载力趋势逐年上升。下面选取几组有代表性的数据来进行解释说明:第三产业所占GDP 的比重从2005 年的69.65%稳步增加到2017 年的80.55%，说明北京的经济结构合理，没有过度依赖自然资源来进行经济发展；农作物可种植面积从2005 年的120.94 千公顷增加到2017年的318 千公顷，在全国可耕面积都在下降的同时，北京市仍然保持了高位增加；废水排放总量从2005 年的133 187.89 万吨减少到2017 年的101 009万吨，说明北京市的资源保护工作非常出色。但是北京作为我国的政治中心，仍然有很多的问题，比如常住人口总量持续增加等，为了解决这一问题，党中央在2017 年提出设立雄安新区，可为北京市疏解非首都功能排忧解难，为首都的承载力做出贡献。

就子系统来说，北京所呈现出来的形态并不具有天津和河北的特点，其中自然资源承载力并没有呈现下降的趋势，这与北京的环境保护政策有重要关联，例如北京首钢集团的整体搬迁工程。就各个子系统所占比重来说，三个子系统所呈现的状态也与天津、河北不同，并没有明显的优势和劣势，而是互相耦合，互相影响，在2015 年以后才呈现出经济系统的优势，究其原因，可能是由于北京作为首都，在发展经济的同时也更加注重环境和自然资源的协调发展，并没有以破坏环境的代价来发展经济。

图4 将京津冀三地的综合承载力进行了对比，可以看出，随着时间的推移，北京的综合承载力>天津综合承载力>河北综合承载力。

四、结论与建议

1.结论

(1)综合承载力是一个错综复杂的概念，本文构建了以经济承载力、自然资源承载力和环境承载力为子系统的综合承载力系统，其中经济是综合承载力的前进要素，资源是综合承载力的基础要素，环境承载力是综合承载力的空间要素，三者相互关联，相互影响。

(2)北京、天津的综合承载力逐年呈上升趋势，河北地区的综合承载力系数呈V 字型且北京综合承载力>天津综合承载力>河北综合承载力，这说明北京和天津地区的经济、资源和环境之间协调发展，相互呈促进的形态，但是河北地区经济、资源和环境之间呈现不协调发展态势。

(3)京津冀三地的经济承载力子系统均逐年呈上升趋势，且京津冀三地的经济承载力子系统变化趋势与各自的综合承载力大致一致，对整个系统的贡献值也基本是最大的，充分印证了经济是综合承载力的前进要素。

(4)河北、天津的自然资源承载力子系统呈现下降趋势，北京地区的自然资源承载力子系统呈现上升趋势，但是幅度较小；虽然各地污染治理投入都在逐年提升，但是河北和天津的产业结构过于偏重传统重工业，导致两地的自然资源破坏严重。

(5)京津冀三地的环境承载子系统均呈现上升趋势，但是幅度小波动趋势不大，说明各地都在重视环境保护工作，但是囿于产业结构、经济发展等原因，稍有成效但效果甚微。

2.建议

基于京津冀三地综合承载力现状，可以看出三地的综合承载力以及子系统均出现地域不协调的特点，尤其是河北省的承载力现状堪忧。因此，在今后的发展中应继续保持经济发展，为地区的综合承载力提供前进动力，合理利用自然资源，保护生态环境，加大新能源开发，深化体制改革，吸引外资、技术与人才。

(1)优化产业结构，发展经济

从前文的结果来看，经济子系统是综合承载力系统的前进要素，河北、天津两地的产业结构是以石化和能源为主要支柱，经济也得到了发展，但同时也导致两地的自然资源破坏严重。因此，各地应加快产业结构和产品布局的调整，发展可持续经济，包括节能低碳、高新技术产业，在制定政策的时候充分考虑地方因素，决不能一刀切。加速河北、天津两地从传统的消耗大的粗放型发展模式转向集约型的低碳型发展模式，优化产业布局，提高科学技术，合理利用自然资源。

(2)研发新能源，加大能源利用率

资源是经济发展的重要基础因素，河北、天津的自然资源破坏严重，呈现连年下降的局面，虽然北京的自然资源呈上升趋势，但是数值偏小。因此，各地应积极研发新能源，提高能源的利用率和转化率，改变以煤、石油、天然气为主的能源消费结构，取而代之的是风能和太阳能等清洁能源的使用。加大科技研发投入，支持各地积极开展能源的开发和利用研究，引进能源技术带动本地能源的转化。提高能源节约意识，降低经济单纯对能源的需求，合理布局生产计划，政府牵头积极落实能源的合理配置，实现各地经济的健康发展。

(3)发挥地域优势，协同发展

要抓紧落实首都经济圈一体化的相关规划，完善设施配套、交通体系一体化等重大问题；摒弃三地各自为战的思维，为协同发展积极做出自己的贡献；优化空间结构，积极疏解北京地区的非首都功能，提高城市一体化水平，注重内涵发展和可持续发展；破除三地在资本、产权、人才等生产要素流动中的限制，推动各种要素按照市场规律在三地优化配置和自由流动。