carrying capacity

《生態人文辭典》

承載力

承載力(Carrying capacity)

承載力(carry capacity)的概念源自於物理學上的力學，是指物體在不產生任 何破壞時所能承受的最大負荷量。而後此一概念被應用在生物學及生態學上，用 來描述生物與環境之間的關係。韋氏字典對承載力的定義為：一個區域內不使環 境惡化而能支持的最大族群數量。美國南加大人類生態學系教授 G. Hardin 在 1977 年為承載力下了一個明確而完整的定義為：在一個棲地中能夠永久支持某 一生物的最大數量，使能有季節與逢機的變化，而不會造成環境劣化及未來承載 力的下降。

The maximum number of a species that can be supported indefinitely by a particular habitat, allowing for seasonal and random changes, without degradation of the environment and without diminishing carrying capacity in the future.

承載力在發展的過程中，其應用範圍愈來愈廣，在考量不同因子時出不同類 別的承載力。可歸於下列四個面向： (1) 物理承載力(physical carrying capacity)或稱生物物理承載力(biophysical carrying capacity)：用來測量一個地區內空間的限制，通常以區域內空間能容 納的數量來表示。 (2) 生態承載力(ecological carrying capacity)：一個生態系統能夠維持的族群數量。 (3) 社會承載力(social carrying capacity)、人類承載力(human carrying capacity)或 文化承載力(cultural carrying capacity)：指在估計人類的承載力時，在不同的 社會系統下能夠支持的最大人口數。 (4) 經濟承載力(economic carrying capacity)：一個區域內的可以承受的經濟活動 而不會對區域造成其負面影響。

一、承載力概念的起源及理論基礎 英國學者馬爾薩斯(Thomas R. Malthus)在 1798 年發表了「人口論(An Essay on the Principle of Population)」，其中關於人口成長的理論被視為是承載力概念的基 礎，他的理論中有三個主要的假設，一是糧食是人口成長唯一的限制因數；二是 人口是以幾何速度成長；三是糧食是呈現線性的增加。在這些條件下，糧食的線 性增長將會趕不上人口的幾何增長，造成食物短缺而對人口數量產生抑制作用。 此觀點即為承載力理論的基本要素，也就是生物具有無限增長的趨勢，但自然環 境是有限的，因此生物的增長必然受到自然環境的約束。 承載力理論另一重要基礎則是數學模型的建立。比利時數學家 Pierre F. Verhulst 在 1838 年用邏輯斯方程式(Logistic equation)來表示馬爾薩斯人口理論的 數學模型，用來描述一個有成長限制的族群，使其族群成長率隨族群的大小變 1

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承載力

化，且受到環境的限制，族群總數不會再無限制地增加 (Seidl and Tisdell, 1999)。

dN KN  rN ( ) dt K

其中，N 是族群大小，r 是族群成長率，又稱為馬爾薩斯係數；K 則是棲地所能 負荷族群數量的上限。在近一世紀後，美國 Raymond Pearl 及 Lowell J. Reed 教授 在 1920 年也提出了邏輯斯成長曲線方程式，並套用在美國的調查資料中。馬爾 薩斯的人口論和 Verhulst 的數學模式，為承載力理論中最重要的基石。 然而，「承載力」一詞最早在生物及生態學上提出則是在 19 世紀末至 20 世 紀初。在美國西部畜牧業因快速發展而使牧場開始惡化，美國農業部的研究人員 開始使用承載力一詞來表示「在一個有限的放牧區域和時間內不對牧場資源產生 危害時的最大牲畜數量」(Young, 1998)。但直到 1953 年，Odum 在「生態學原理 (Fundamentals of Ecology)」一書中，才將承載力和邏輯斯曲線連結在一起，將承 載力視為族群數量增長的上限，賦予精確的數學形式，亦即為邏輯斯方程中的常 數 K (Seidl and Tisdell, 1999)。

二、承載力的應用及發展 在 1920 至 1950 年代承載力被提出的初期，相關的研究是以非人類生物種群 增長規律的理論探討為主。此一時期由於農業技術的進步，人類糧食生產基本與 全球人口緩慢的增長相配合，並沒有出現嚴重的人口問題，承載力研究多僅侷限 自然的環境和實驗室中，研究人員分別利用實驗室或野外條件下的生物族群資料 開展了邏輯斯方程擬合與實證研究。例如 Scheffer 在 1951 年對美國阿拉斯加州 白令海峽 Pribilof Islands 中 St. Paul 和 St. George 兩個島上馴鹿種群的研究。 在 1950 年 1980 年代中後期之間，爆發了全球環境資源危機，生態學開始積 極參與解決人類發展與自然界之間的關係問題，承載力研究也逐漸轉向以研究資 源環境限制下的人類經濟社會發展問題為主。1972 年羅馬俱樂部(The Club of Rome)發表一份「增長的極限(The Limits to Growth)」的報告，認為地球生產糧食 的土地、可供開採的資源和容納環境污染能力的有限性，不能支援人類經濟的無 限增長。此為對人類承載力研究過程中一個極為重要的里程牌，不僅延續了馬爾 薩斯人口論的思想脈絡，並加入除了糧食以外的自然資源、農業生產、工業生產 和環境污染等多種因素對人類的限制。此份報告也對於地球人口是否存在增長極 限，引發了激烈爭論(Seidl and Tisdell, 1999)。 樂觀派的經濟學家認為人類經濟社會的增長是無限的，其中以美國馬里蘭大 學 Julian L. Simon 教授是這一時期技術樂觀派的代表，認為人類社會現在面臨的 和未來將要遇到的所有資源環境問題，都可以通過技術進步加以解決(Simon, 1980)。而另一方面，同時期的生態學家則認為，從地球的封閉性、自然界動物 承載力超載的實例，以及人類所造成的生態影響等推論，人類社會經濟的增長是 2

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承載力

存在極限的，地球承載力是確實存在的，如 Hardin 等一些學者則將地球比喻為 人類的生命之舟，與外界完全無法進行物質能量交換的封閉系統，人口和經濟的 增長最终將會使封閉系統內的有限資源消耗怠盡(Seidl and Tisdell, 1999)。 從 1980 年代後期，研究人員開始意識到人類承載力除受資源環境等自然因 素的影響外，人類自身文化社會因素也對承載力產生巨大影響，如科技發展、社 會制度、道德和倫理價值、生活方式、經濟發展及文化差異等，並嘗試著將這些 因素納入到承載力方法之中，提出文化承載力(cultural carrying capacity)或社會承 載力(social carrying capacity)概念，成為真正意義上的人類承載力(human carrying capacity)研究(Hardin, 1986; Daily and Ehrlich, 1992)。

三、承載力的測量—生態足跡(ecological footpring) 承載力的評估有許多不同量化方式，如生態足跡分析法、植被淨初級生產力 估算法、供需平衡法、狀態空間法等；此外，近年來在電腦的支援下，多種數理 模型如線性規劃、系統動力學模型(system dynamics models)等，也都被應用在承 載力定量的評估上。其中生態足跡分析法是近年來提出並應用於評價生態承載力 的一種新方法，得到許多學者的肯定和採用。 加拿大生態經濟學教授 William Rees 及其博士生 Wackernagel 在 1992 年提出 生態足跡法，以土地面積為基本的量化指標。其計算模式為：任何個人或區域人 口的生態足跡，是生產這些人口所消費的所有資源，以及吸收納這些人口所產生 的廢棄物所需要的陸域及水域面積總和。計算時，將不同的資源和能源消費類型 均被轉換為農耕地、牧地、森林、建築地、能源地和水域六種生物生產土地類型， 將每個人所需各類土地面積乘以加權值再予以加總，便可得到每個人需要的土地 總面積。生態足跡分析法從需求面計算生態足跡的大小，再由供給面計算便可得 到生態承載力(李永展及李欣漢，2000)。

四、人類的承載力 雖然承載力的概念在 1960 年代才開始應用在人類族群上，但最早估計地球 的可支持的人口數量是微生物學家 Anton van Leeuwenhoek。他在 1679 年根據荷 蘭的人口密度，以及荷蘭與其他地區相比較結果，粗略估算約為 134 億人口。對 於人口承載力的估計較其他生物更加困難，主要是因為人類對於資源的消耗變異 極大，且具有改變環境的能力。人口的承載力取決於人們對於生活水平的選擇以 及自然環境的限制(Cohen, 1995)。因此，在加入文化或社會考量所估計的人類承 載力，往往低於物理承載力。 人口統計學家估計現在全球人口已超過 70 億，並在 2200 會加倍。Rockefeller University 族群生態學家 Joel E. Cohen 在 1995 年回顧了 8 個在不同假設下人口承 載力的估值的研究，發現這 8 個估值差異可達到千倍。其中 DeWit 在 1966 年的 研究設定以綠色植物的光合作用為人口成長的主要的限制因素，他估計全球綠色 植物潛在的生產力及每人每年的能量需求，得出地球初級生產力足以供給 1 兆 3

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(1013)的人口生活；而若進一步考量每個人需要的最少活動與生長作物的土地面 積，則人口的承載力下降至 1460 億。而 Hulett 在 1970 年研究以美國人平均的舒 適生活及物質需求為標準，估計最適的全球人口上限為 10 億(Smith and Smith, 2012)。

五、結語 環境支援生態族群之發展是有一定的限度，其資源可提供一定族群數量之所 需，其污染涵容能力可承受一定污染排放。就環境的永續性(sustainability)發展 上，童慶斌教授對永續發展定義為「永續發展為在不超過環境承載力下可持續滿 足現在與下一世代之需求；採取之措施必須是社會可行、經濟可行、及技術可 行」。資源使用及環境污染將影響永續性，有限資源及環境可承受污染將決定發 展之承載力，若超過承載力則將失去永續性。 承載力的概念在發展過程中，由一個單純生態科學命題提升到了關係到人類 未來命運的哲學問題。G. Hardin 教授在 1968 的論文「公地悲劇(The Tragedy of the Commons)」即點出，人類若不能瞭解這個地球及其資源是有限的，那麼人們所 受的苦將會持續增加；人類沒有權利將資源消耗到會影響到後世的子孫。在探究 地球承載力時，其真實的議題往往不在於我們能夠多支持多少人，而在於我們想 要居住在怎麼樣的地球上。

六、參考文獻 李永展，李欣漢譯。2000。生態足跡—減低人類對地球的衝擊。Wackernagel, M., and W. E. Rees 著。創興出版社。台北。 Cohen, J. E. 1995. Population growth and earth's human carrying capacity. Science 341‐346.

Daily, G. C., and P. R. Ehrlich. 1992. Population, sustainability, and Earth’s carrying capacity. a framework for estimating population sizes and lifestyles that could be sustained without undermining future generations. BioScience 42: 761‐771.

Hardin, G. 1986. Cultural carrying capacity: a biological approach to human problems.

BioScience 36(9): 599‐606.

Seidl, I, and C. A. Tisdell. 1998 Carrying capacity reconsidered: from Malthus′ population theory to cultural carrying capacity. Ecological Economics 31(3): 395‐408.

Simon, J. L. 1980. Resources, population, environment: an oversupply of false bad news. Science 208: 1431‐1437.

Smith, T. M., and R. L. Smith. 2012. Elements of Ecology. 8th ed. Pearson Benjamin Cummings, New York, NY. Young, C. C. 1998. Defining the range: the development of carrying capacity in management practice. Journal of History of Biology 31: 61‐83.

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承載力

徐崇斌 靜宜大學生態人文學系 助理教授 靜宜大學生態人文學系「生態人文學家咖啡館」 20120918

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