鄭州市土地資源承載力分析

摘要：土地資源承載力是揭示人地關系、衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要指標。采用遙感技術，參照生物生產(chǎn)性土地分類，以2009年TM遙感數(shù)據(jù)為基礎對鄭州市土地資源進行遙感解譯，獲得其土地利用/覆蓋現(xiàn)狀空間分布；同時，通過建立耕地承載力、生態(tài)承載力、建設用地承載力數(shù)學模型對土地資源承載力進行比較，探索制約城市發(fā)展的決定性因素。結果表明，鄭州市建設用地承載力和規(guī)劃耕地承載力可滿足人口規(guī)模和經(jīng)濟社會發(fā)展的需求，但現(xiàn)狀耕地承載力及生態(tài)承載力存在不同程度的安全隱患。具體表現(xiàn)為鄭州市現(xiàn)狀耕地承載力存在不同程度的超載，其中中心區(qū)超載最為嚴重。達到耕生產(chǎn)潛力時的規(guī)劃耕地承載力閾值除了中心區(qū)和鞏義市處于滿載狀態(tài)外，其他各市（縣、區(qū)）承載力仍有很大的空間；各市（縣、區(qū)）人均生態(tài)承載力則遠低于世界和全國人均水平，中心區(qū)最低，為0.106 60 hm2/人；中牟縣最高，為0.723 38 hm2/人。表明鄭州市土地利用格局不能很好地適應人口和經(jīng)濟社會的發(fā)展，是制約經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的主導因素。

關鍵詞：土地資源承載力；遙感（RS）技術；土地利用/覆蓋；鄭州市

中圖分類號：F301.24 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）16-3799-06

隨著人口的不斷增長，經(jīng)濟發(fā)展和城市化進程的加快使得土地資源更加緊缺，而發(fā)展對土地的需求卻不斷擴大，由此產(chǎn)生一系列的地質環(huán)境、社會問題，如生活空間減少、環(huán)境惡化等，導致資源、環(huán)境、人口之間的矛盾更加尖銳。因此，研究土地資源承載力對于協(xié)調人口、資源、環(huán)境之間的關系尤為重要。土地資源承載力最初是以土地—糧食—人口關系為主線研究區(qū)域經(jīng)濟、社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。20世紀90年代以后，土地資源承載力研究范圍進一步擴大。一方面結合其他資源從原來單一的糧食指標向綜合指標發(fā)展[2]；另一方面根據(jù)研究主體的不同發(fā)展了城市土地承載力[3]、生態(tài)環(huán)境承載力[4]等?，F(xiàn)有的評價方法往往將耕地承載力、生態(tài)承載力和建設用地承載力分開研究，而區(qū)域的土地資源承載力本應是一個有機的整體，并且對于開發(fā)強度大、工業(yè)化程度高的大城市應更加注重土地資源能否滿足產(chǎn)業(yè)結構和人口的發(fā)展規(guī)模。人類社會可持續(xù)發(fā)展是一個廣義的概念，包含有人類自身的可持續(xù)，與此同時還包括資源、生態(tài)、環(huán)境等的可持續(xù)，并且彼此互相制約和影響。因此，土地資源承載力不單單是土地的糧食供養(yǎng)能力，還應包括環(huán)境、生態(tài)和城市空間等方面的內(nèi)容。

隨著中原城市群的建立，鄭州市將為區(qū)域的發(fā)展承擔更多的責任，對整個鄭州市的生態(tài)環(huán)境也會帶來更大的影響。并且隨著2008年《河南省土地利用總體規(guī)劃》中提出建立國家糧食戰(zhàn)略工程河南核心區(qū)，鄭州市作為全省經(jīng)濟政治文化的中心，首當其沖成為核心區(qū)之一。作為載體的土地，又不僅僅局限于農(nóng)業(yè)用地，而應該包括城鎮(zhèn)居民及工礦、水域、交通和未利用地在內(nèi)的廣義土地。為了能夠掌握鄭州市居民生產(chǎn)、生活需求對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，以對該區(qū)域的耕地承載力、生態(tài)承載力及建設用地承載力進行分析，采用遙感技術，參照生物生產(chǎn)性土地分類對土地利用/覆蓋進行遙感解譯，獲得鄭州市土地利用現(xiàn)狀空間分布；通過構建農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法、生態(tài)足跡法以及基于城市基本生活空間的土地承載力評價模型，分析鄭州市土地利用結構與承載力之間的相互關系；對3種土地承載力模型計算結果進行對比分析，探討制約城市經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的決定性因素，為區(qū)域城市生態(tài)建設和可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 土地利用/覆蓋分析

以2009年Landsat TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，參考生物生產(chǎn)性土地分類，把土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)劃分為6種類型：耕地、草地、林地、建筑用地、水域和未利用地。利用遙感軟件ENVI4.7對遙感影像進行裁剪、幾何校正等預處理，采用最大似然監(jiān)督分類法對影像進行解譯，獲得鄭州市土地利用/覆蓋各類型面積（表1）及土地利用/覆蓋遙感解譯圖（圖1）。

2 土地資源承載力研究

2.1 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法耕地承載力

農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法（AEZ）是最早應用于耕地承載力研究的方法[5]。其計算過程包含有兩方面內(nèi)容：其一，依據(jù)一定的生產(chǎn)條件測算耕地生產(chǎn)潛力；其二，在生產(chǎn)潛力基礎上根據(jù)一定生活水平計算承載人口的數(shù)量。本文以耕地生產(chǎn)潛力作為上限，農(nóng)作物實際產(chǎn)量為下限，結合糧食消費水平分別計算出耕地資源承載力閾值。其中耕地面積、耕地生產(chǎn)力和人口數(shù)據(jù)來自《鄭州市統(tǒng)計年鑒（2010）》[6]。

根據(jù)模型計算各地區(qū)的光合生產(chǎn)潛力，在此基礎上利用光溫因子、氣候因子、土壤因子進行修正得到。其中光合生產(chǎn)潛力指作物在水分、養(yǎng)分和溫度等外界條件下保持最適宜狀態(tài)，由太陽輻射資源所決定的產(chǎn)量，計算模型為：Y（Q）=62.748×Q，Q是太陽總輻射，單位是kJ/cm2；溫度因子采用方光迪提出的溫度修正系數(shù)，并參考邁阿密模型對氣候生產(chǎn)力進行計算[7]，公式為：Yw=Y（Q，T）·（1-e-0.055r），其中Yw為氣候生產(chǎn)潛力，r為降水量；土壤肥力修正系數(shù)取決于該地區(qū)耕地質量的等級，其公式為[8]：Ks=∑fi·ksi，其中，fi為第i級耕地占總耕地比例；ksi為第i級耕地土壤肥力修正系數(shù)，依據(jù)土壤質量等級由專家評分得到。區(qū)內(nèi)土壤質量等級，可根據(jù)速效磷、速效鉀、全氮、有機質、質地、地貌、年降水量等分布圖賦予相應的權值并通過綜合指數(shù)法模型評價得到。其中一級土壤可得到氣候潛在生產(chǎn)力的60%，二級土壤可得30%，三級土壤得15%[7]；最終作物生產(chǎn)潛力利用公式Y（Q，T，W，S）=Yw×Ks計算得到（表2）。

2.2 生態(tài)足跡模型土地承載力

生態(tài)足跡法廣泛應用于國內(nèi)外生態(tài)承載力計算[11-14]。生態(tài)承載力的大小取決于土地利用/覆蓋面積和土地生產(chǎn)力，它們的變化會直接引發(fā)生態(tài)承載力值的變化，與此同時決定了生態(tài)承載力的空間格局。

生態(tài)承載力是某地區(qū)在一定時期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾特別是人類活動干擾的承受能力[15-17]。生態(tài)足跡的核心思想是通過對比一個地區(qū)的生態(tài)承載力需求和供給之間的差距，以此來判斷該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的情況[11，18，19]。隨著地區(qū)經(jīng)濟的快速發(fā)展，人口穩(wěn)步增加，人類對自然資源的不合理開發(fā)和過度利用不斷加劇，由此帶來的生態(tài)環(huán)境問題日益突出。因此，通過對城市生態(tài)足跡的分析，可以量度城市人類活動對整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力和影響程度。

2.2.1 生態(tài)足跡模型 根據(jù)生態(tài)足跡理論，生態(tài)足跡法包含有兩大部分：生態(tài)足跡消費和生態(tài)足跡供給。其中生態(tài)足跡消費指的是，在一定技術條件下，要維持某一物質消費水平下的某一人口的持續(xù)生存必需的生態(tài)生產(chǎn)性土地；生態(tài)足跡供給則指，一定區(qū)域實際所能提供給人類的資源和產(chǎn)品折合為所有生物生產(chǎn)性土地面積的總和[20-23]。

2.2.2 鄭州市生態(tài)足跡計算 生態(tài)足跡消費計算由生物資源消費和能源消費兩部分組成。生物資源主要有農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、水果和蔬菜等構成，各大類下面進一步細分；能源可分為燃料油、液化石油氣、其他石油制品、電力、原煤、洗精煤、焦炭、液化天然氣、原油、汽油、煤油和柴油。這兩大類數(shù)據(jù)均來自《鄭州市統(tǒng)計年鑒（2010）》[6]。在生物資源生產(chǎn)面積折算時，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年公布的有關生物資源的世界平均產(chǎn)量資料，能源消費計算時以世界單位化石燃料生產(chǎn)性土地面積的平均發(fā)熱量為標準。

對比世界人均生態(tài)足跡供給（2.2 hm2/人）、全國人均生態(tài)足跡供給（0.9 hm2/人）[25]，鄭州市人均生態(tài)足跡供給總體偏低（平均為0.432 hm2/人），且空間上表現(xiàn)為不均勻的分布趨勢。對比生態(tài)承載指數(shù)可以看出，鄭州各市（縣、區(qū)）存在不同程度的人口超載，以中心區(qū)最為嚴重。這體現(xiàn)了隨著國內(nèi)和國際貿(mào)易的進行，大量消耗資源，從而導致較高的生態(tài)足跡。為了滿足當?shù)厝丝诂F(xiàn)有生活水平下的消費需求，很大程度上需要從經(jīng)濟欠發(fā)達地區(qū)輸入生態(tài)足跡來彌補自身發(fā)展所帶來的生態(tài)赤字，而這一行為同時也加劇了不發(fā)達地區(qū)的生態(tài)惡化。因此從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，各市（縣、區(qū)）應該盡可能減少占有的生態(tài)足跡面積，減少對資源的消耗和不發(fā)達地區(qū)生態(tài)足跡的輸入，推進經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 建設用地承載力

對于發(fā)達的大城市而言，土地的功能除了糧食生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護之外，更主要的是城市建設用地的供給。隨著經(jīng)濟發(fā)展、城市人口規(guī)模不斷擴大，由此產(chǎn)生越來越多的生態(tài)問題，因此城市發(fā)展必定存在人口容量極限。鑒于此，從城市發(fā)展對建設用地的需求和各類用地合理配置角度出發(fā)研究大城市的土地對人口的承載力更有現(xiàn)實意義，并且能更好地把握城市的發(fā)展空間。

采用2009年鄭州市土地利用/覆蓋遙感解譯中的建設用地面積，結合人均建設用地面積計算現(xiàn)狀條件下鄭州各市（縣、區(qū)）建設用地承載力（表5）。由表5可知，鄭州各市（縣、區(qū)）的建設用地承載力均在可承載范圍內(nèi)，且登封市承載剩余量最大，中心區(qū)最小。建設用地承載力主要決定于一個地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展和人口規(guī)模，對于中心區(qū)而言，要注意合理規(guī)劃土地利用結構，提高整個區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有可利用土地的利用率和努力挖掘潛在可利用土地。

3 土地承載力對比分析

為了便于比較鄭州各市（縣、區(qū)）耕地承載力、生態(tài)足跡承載力和建設用地承載力之間的關系以及掌握適合城市發(fā)展的最佳人口，結合實際人口數(shù)量繪制鄭州市土地資源承載力對比分析圖如圖2。

由圖2可知，農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計算的耕地人口承載力在空間上呈現(xiàn)一定的異質性，從西部到東部整體呈上升趨勢；生態(tài)足跡法計算得到的生態(tài)承載力空間上雖然變化趨勢不明顯，但也表現(xiàn)為西高東低的分布格局。兩種土地資源承載力的分析結果，表現(xiàn)為受地形地貌特征、土地利用/覆蓋和環(huán)境資源稟賦制約的特點。與此同時也呈現(xiàn)了鄭州市經(jīng)濟的空間發(fā)展特征，西部市縣由于礦產(chǎn)資源豐富成為鄭州市主要的能源工業(yè)基地，與此相反東部的黃淮平原地區(qū)則因為地形平坦、土壤肥沃而成為重要的糧食生產(chǎn)基地。

各市（縣、區(qū)）生態(tài)承載力低于實際人口，是制約城市可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。并且在計算模型中由于忽略可降解廢棄物及水資源消費，使得土地生態(tài)足跡人口承載力結果偏大。即便如此，生態(tài)承載力仍然小于實際人口，因此對土地生態(tài)承載力不容樂觀?，F(xiàn)狀條件下的耕地承載力中心區(qū)遠低于實際人口，登封、鞏義和新密也存在不同程度的超載，其他市（縣、區(qū)）有一定剩余；農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計算得到的規(guī)劃耕地承載力一般大于實際人口，完全能夠承載現(xiàn)有生活水平標準下人口的增長。對比現(xiàn)狀和規(guī)劃耕地承載力不難發(fā)現(xiàn)，按照現(xiàn)有的人口增長率，通過農(nóng)業(yè)科技水平的提高和充分利用可耕地資源，各市（縣、區(qū)）糧食生產(chǎn)完全能夠承載未來人口的發(fā)展規(guī)模。從滿足人類基本空間需求角度出發(fā)，各市（縣、區(qū)）建設用地人口承載力均有很大的剩余量，說明各市（縣、區(qū)）經(jīng)濟密度在合理范圍以內(nèi)，城市發(fā)展存有很大空間，能夠滿足地區(qū)人口規(guī)模的基本生活用地需求。

區(qū)域土地資源承載力的空間異質性是整個土地資源系統(tǒng)固有的性質，但其時空格局的變化往往通過人類的經(jīng)濟社會活動表現(xiàn)出來。土地資源承載力的影響因素眾多，主要有土地利用結構、消費水平和習慣、資源稟賦、科技水平等，通過提高和改變這些因素中的負面作用，對提升區(qū)域土地資源承載力起到促進作用。在制定國土規(guī)劃和經(jīng)濟社會發(fā)展戰(zhàn)略時，可將3種土地資源承載力進行對比分析，農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法能夠預測耕地承載力上限；生態(tài)承載力則體現(xiàn)人類經(jīng)濟社會發(fā)展帶給區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度和壓力大小，反映城市的可持續(xù)發(fā)展狀態(tài)；基于城市基本生活空間得到的建設用地承載力是區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展條件下城市建設用地能夠容納的合理人口規(guī)模。

4 結論

區(qū)域土地資源承載力研究可為地區(qū)經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展和合理利用土地資源提供依據(jù)。基于RS分析土地利用空間分布并通過構建不同的土地資源承載力模型研究區(qū)域土地資源承載力，獲得鄭州市土地資源利用的空間分布特征，掌握制約土地資源承載力的決定性因素。但其中任意一種土地資源承載力模型都沒有能夠完全考慮到社會經(jīng)濟、資源環(huán)境的相互作用，從而弱化了該承載力模型的代表性。因此，土地資源承載力模型作為區(qū)域經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展評價方法均還需要不斷完善。

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