生态承載力的概念最早來自于生态學(xué)。1921年，Park和Burgess在生态學(xué)領域中首次應用了生态承載力的概念，即在某一特定環境條件下（主要指生存空間、營養物質、陽光等生态因子的組合），某種(zhǒng)個體存在數量的最高極限。生态承載力是生态系統整體水平的主要特征之一，其定量分析已成(chéng)爲生态環境管理和區域可持續發(fā)展決策的有效依據。

       數字空間利用Landsat TM/ETM+等遙感影像數據及統計年鑒數據，建立了生态承載力評價指标體系。利用遙感和GIS技術對(duì)主要指标（如NDVI 指數等）進(jìn)行空間數據分析處理，通過(guò)主成(chéng)分分析法篩選指标、層次分析法（AHP）獲得各指标權重，從定性和定量的角度分析研究區生态承載力，并提出實現該區良性發(fā)展的對(duì)策與措施。具體技術路線圖如下：

圖1 生态承載力評價技術路線

1、數據準備及預處理

      數字高程模型（digital elevation model，DEM）數據；土壤類型數據。

      植被(bèi)覆蓋度以多年歸一化植被(bèi)指數（NDVI）求平均計算得到，公式如下：

      式中：f爲多年旬平均植被(bèi)覆蓋度；NDVI爲多年旬平均歸一化植被(bèi)指數；NDVImax、NDVImin分别多年旬平均NDVI的最大值和最小值。

      氣象數據包括年均降水量、年均氣溫等，通過(guò)氣象站多年數據求平均，借助ANUSPLIN4.36軟件完成(chéng)插值工作；人口密度、經(jīng)濟密度和GDP密度等數據來自統計年鑒。所有數據均栅格化爲1 km。

2、研究方法

2.1 評價指标的選擇

       評價體系包括3個指标：資源環境指标、生态彈性力指标和人類社會(huì)影響力指标。資源環境指标包含人均耕地面(miàn)積、人均草地面(miàn)積、人均林地面(miàn)積、人均糧食占有量、人均水域面(miàn)積和人均牲畜占有量；生态彈性力指标由平均海拔、起(qǐ)伏度、年均氣溫、年均江水、景觀多樣(yàng)性指标、平均植被(bèi)覆蓋度、草地植被(bèi)覆蓋度和水域面(miàn)積比構成(chéng)；人類社會(huì)影響力指标包括草地放牧超載率、年造林面(miàn)積、人均居民地面(miàn)積、勞動力比重、經(jīng)濟密度和人口密度等。

2.2 指标歸一化處理

       在進(jìn)行總體評價之前, 由于原始指标數據間存在的量綱不同, 需要指标間各數量級差異。本研究使用極差正規化法, 對(duì)第i個評價值進(jìn)行極差正規化處理:

       通過(guò)計算後(hòu), 將(jiāng)原始數據有效歸一化在[ 0, 1] 之間, 使離散度具有一緻性。

2.3 因子篩選和權重确定

       采用主成(chéng)分分析篩選指标、AHP确定綜合評價指标的權重。首先，根據各主成(chéng)分的貢獻率，确定各主成(chéng)分之間的重要性。依據層次分析法1-9的重要性标度方法，對(duì)各主成(chéng)分的評比給出數量标度。然後(hòu)，利用統計軟件通過(guò)AHP計算出各評價指标的權重并檢驗權重的合理性。

2.4 基于生态健康的生态承載力模型

       根據各評價指标及其權重，參照狀态空間法，建立研究區生态承載力的數學(xué)模型，計算研究區每個像元的承載力指數，計算公式如下：

       式中，ECCr爲r 區域生态承載力；Mr爲生态承載力空間向(xiàng)量的模；Eir爲r區域第i個資源環境指标在空間坐标軸上的投影；Rjr爲r區域第j個生态彈性力指标在空間坐标軸上的投影；Hkr爲r區域第k個人類社會(huì)影響力指标在空間坐标軸上的投影；Wi、Wj和Wk爲第i，j ，k個指标對(duì)應的權重。

3、模拟結果與分析

      基于以上分析，得到研究區生态承載力評價的模拟結果并進(jìn)行結果分析。主要分析如下：

      （1）研究區生态承載力分級

      （2）研究區資源環境承載力評價

      （3）研究區生态彈性力評價

      （4）研究區人類社會(huì)影響力評價

      （5）研究區基于生态健康的生态承載力綜合分析評價