環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時(shí)空分異特征

于廣華，孫才志

遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 大連 116029

環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時(shí)空分異特征

于廣華，孫才志*

遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟(jì)與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 大連 116029

沿海地區(qū)是中國(guó)未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，近年來(lái)沿海地區(qū)人地矛盾越來(lái)越突出，研究沿海地區(qū)土地承載力具有重要意義。針對(duì)以往評(píng)價(jià)中的不足，采用韋伯-費(fèi)希納定律確定指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；利用D-S證據(jù)理論進(jìn)行主客觀綜合權(quán)重的計(jì)算，運(yùn)用可變模糊集理論及模型對(duì)土地承載力進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)，并以環(huán)渤海沿海地區(qū)進(jìn)行實(shí)例分析。研究結(jié)果表明，2000—2011年，環(huán)渤海地區(qū)土地承載力整體呈持續(xù)上升趨勢(shì)，但空間分布差異顯著，天津、唐山、大連、盤(pán)錦、青島、煙臺(tái)、東營(yíng)、威海土地承載力相對(duì)較高，錦州、營(yíng)口、秦皇島、濱州、濰坊、日照屬于中等水平，滄州、丹東、葫蘆島四市土地承載力相對(duì)較低?？勺兡：u(píng)價(jià)模型應(yīng)用于土地承載力評(píng)價(jià)，計(jì)算簡(jiǎn)便，可操作性強(qiáng)，評(píng)價(jià)結(jié)果可信度高。

土地承載力；韋伯-費(fèi)希納定律；可變模糊評(píng)價(jià)；D-S證據(jù)合成理論

與國(guó)際上其它沿海國(guó)家一樣，沿海地區(qū)是中國(guó)人口密度最大、經(jīng)濟(jì)、科技、文化最發(fā)達(dá)的地區(qū)。沿海地區(qū)是中國(guó)未來(lái)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重點(diǎn)區(qū)域，評(píng)價(jià)沿海地區(qū)的承載能力成為保證經(jīng)濟(jì)與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。隨著沿海地區(qū)城市化進(jìn)程的加快，人口和經(jīng)濟(jì)活動(dòng)在沿海地區(qū)高度集聚。在經(jīng)濟(jì)社會(huì)取得了長(zhǎng)足發(fā)展的同時(shí)，沿海地區(qū)也出現(xiàn)了建設(shè)用地供需矛盾日益突出、不合理的過(guò)度建設(shè)利用破壞沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、沿海地區(qū)各種土地資源嚴(yán)重退化等問(wèn)題。在這種背景下，對(duì)沿海地區(qū)土地承載力進(jìn)行研究具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

國(guó)外20世紀(jì)70年代以前的土地承載力研究是和生態(tài)學(xué)結(jié)合在一起的。1948年，Vogot[2]首先提出了土地資源人口承載力的概念及計(jì)算公式。1949年英國(guó)的Allan[3]提出了以糧食為標(biāo)志的土地資源人口承載力計(jì)算公式，給出了土地資源承載人口的上限。20世紀(jì)70年代，Millington等[4]應(yīng)用多目標(biāo)決策分析法，從各種資源對(duì)人口的限制角度出發(fā)，計(jì)算了澳大利亞的土地資源承載力。70年代末，聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織在主持的土地資源人口承載力研究，提供了確定土地生產(chǎn)潛力的新途徑，即農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法(Agricultural Ecology Zone, AEZ)。80年代，英國(guó)科學(xué)家Sleeser[5]設(shè)計(jì)了承載力研究的 ECCO (Evaluation of Capital Creation Options) 模型，即提高承載力的策略模型。1995年諾貝爾經(jīng)濟(jì)學(xué)獎(jiǎng)得主 Arrow[6]在Science發(fā)表的《經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)、承載力和環(huán)境》對(duì)土地承載力進(jìn)行了系統(tǒng)論述，影響深遠(yuǎn)。

國(guó)內(nèi)土地承載力研究興起于20世紀(jì)80年代后期，其中《中國(guó)土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究》[7]項(xiàng)目的研究成果最具代表性。目前土地承載力的研究方法主要有系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、生態(tài)足跡、投影尋蹤、SPA (Set Pair Analysis) 集對(duì)分析等。如陳傳美等[8]建立了土地承載力系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)模型，模擬了鄭州市土地承載力系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)趨勢(shì)，并提出緩解人地矛盾的若干對(duì)策。周金星等[9]通過(guò)建立土地資源生產(chǎn)潛力和人口數(shù)量預(yù)測(cè)模型以及回歸模型方程，以宜賓市為例對(duì)長(zhǎng)江流域低山丘陵區(qū)土地可承載人口及土地承載力進(jìn)行了估算。許月卿[10]運(yùn)用生態(tài)足跡模型計(jì)算了北京市的生態(tài)足跡和土地承載力。姜秋香等[11]提出了基于粒子群優(yōu)化投影尋蹤模型的土地資源承載力評(píng)價(jià)方法，并以三江平原進(jìn)行實(shí)例研究。南彩艷等[12]建立了基于改進(jìn)SPA的水土資源承載力綜合評(píng)價(jià)模型，并對(duì)關(guān)中地區(qū)水土資源承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)。高潔宇[13]提出基于生態(tài)環(huán)境敏感性的城市土地承載力評(píng)估方法，以指導(dǎo)城市建設(shè)用地開(kāi)發(fā)。施開(kāi)放等[14]應(yīng)用耕地生態(tài)足跡模型對(duì)重慶市的耕地生態(tài)承載力供需平衡狀況進(jìn)行了系統(tǒng)的評(píng)價(jià)。

目前土地資源承載力研究多局限于內(nèi)陸、生態(tài)脆弱地區(qū)，對(duì)沿海地區(qū)土地資源承載力研究成果尚不多見(jiàn)。與一般的土地資源承載力相比，沿海地區(qū)土地承載力有其獨(dú)特的特點(diǎn)。如海岸線(xiàn)及淺海灘涂是沿海地區(qū)獨(dú)有的資源。灘涂是重要的后備土地資源，具有面積大、分布集中、區(qū)位條件好、農(nóng)牧漁業(yè)綜合開(kāi)發(fā)潛力大等特點(diǎn)，對(duì)沿海地區(qū)發(fā)展具有重要影響。土地承載力不同于傳統(tǒng)的土地人口承載力，土地不僅指耕地，承載對(duì)象也不僅是人口數(shù)量，還包括社會(huì)發(fā)展規(guī)模、經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平等人類(lèi)的各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)。本文認(rèn)為土地承載力是指在一定時(shí)期，在一定的物質(zhì)文化生活水平及生產(chǎn)條件下，以土地資源的可持續(xù)利用，土地生態(tài)系統(tǒng)不被破壞為原則，一個(gè)地區(qū)的土地所能支持人口、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)協(xié)調(diào)發(fā)展的能力或限度。由于土地資源系統(tǒng)是具有社會(huì)性、開(kāi)放性、動(dòng)態(tài)性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，難以準(zhǔn)確定量計(jì)算其所能支持的人口、環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力或限度，但可以通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)體系，測(cè)度土地承載力的動(dòng)態(tài)變化趨勢(shì)及相對(duì)水平，指導(dǎo)土地開(kāi)發(fā)利用實(shí)踐活動(dòng)。

土地承載力評(píng)價(jià)是一個(gè)涉及到多因素的綜合評(píng)價(jià)問(wèn)題，各因素間關(guān)系錯(cuò)綜復(fù)雜，具有模糊性、不確定性，且在一定時(shí)空條件下具有相對(duì)性和動(dòng)態(tài)可變性，因此可以應(yīng)用可變模糊集理論進(jìn)行土地承載力評(píng)價(jià)。由于實(shí)際用于評(píng)價(jià)的因素指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是區(qū)間的概念，所以大多數(shù)的評(píng)價(jià)方法將評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)或參照標(biāo)準(zhǔn)處理成點(diǎn)的形式還存在一定的不足[15]。應(yīng)用可變模糊集理論，可以很好地解決評(píng)價(jià)指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)為區(qū)間形式的評(píng)價(jià)識(shí)別問(wèn)題[16]?？勺兡：u(píng)價(jià)應(yīng)用過(guò)程中主要存在兩個(gè)問(wèn)題：一是評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確定，目前研究成果較多的是參考相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和已有標(biāo)準(zhǔn)確定分級(jí)情況，存在不準(zhǔn)確性和不適用性；二是合理地確定評(píng)價(jià)指標(biāo)的權(quán)重，目前常用的有主觀性較強(qiáng)的層次分析法，客觀性較強(qiáng)的熵值法，或者將二者簡(jiǎn)單加權(quán)，影響評(píng)價(jià)結(jié)果的可靠性；本文采用韋伯-費(fèi)希納定律確定指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)；利用D-S證據(jù)合成理論將主觀性較強(qiáng)的AHP (Analytical Hierarchy Process) 法和客觀性較強(qiáng)的熵值法相結(jié)合確定綜合權(quán)重；應(yīng)用可變模糊評(píng)價(jià)模型[17]對(duì)環(huán)渤海17個(gè)沿海城市土地承載力進(jìn)行評(píng)價(jià)，并分析其時(shí)空分異規(guī)律。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1 研究方法

1.1.1 可變模糊評(píng)價(jià)模型

設(shè)有對(duì)土地承載力作識(shí)別的n個(gè)樣本集合X={x1,x2,…,xn}，第j個(gè)樣本的特性用m個(gè)指標(biāo)特征值表示xj=(x1j,x2j,…,xmj)T，則樣本集可用m×n階指標(biāo)特征值矩陣表示：X=(xij)m×n,式中xij為樣本xj指標(biāo)i的特征值(i=1,2,…,m, j=1,2,…,n)。若樣本集依據(jù)m個(gè)指標(biāo)c個(gè)級(jí)別指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值進(jìn)行識(shí)別，則指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)特征值矩陣為Y=(yih)m×c。式中，yih為指標(biāo)i級(jí)別h的標(biāo)準(zhǔn)特征值(h=1,2,…,c)。

(1)

式中，uhj′為非歸一化的綜合相對(duì)隸屬度，wi為指標(biāo)權(quán)重，α為模型優(yōu)化準(zhǔn)則參數(shù)，α=1為最小一乘方準(zhǔn)則，α=2為最小二乘方準(zhǔn)則；p為距離參數(shù)，p=1為海明距離，p=2為歐氏距離。

由式(1)可得到非歸一化的綜合相對(duì)隸屬度矩陣:

U′=(uhj′)

(2)

將式(2)進(jìn)行歸一化處理得到綜合相對(duì)隸屬度矩陣：

(3)

根據(jù)模糊概念在分級(jí)條件下最大隸屬度原則的不適用性，采用級(jí)別特征值方法對(duì)樣本進(jìn)行級(jí)別評(píng)價(jià)。級(jí)別特征值矩陣為：

(4)

級(jí)別特征值判斷準(zhǔn)則公式[16]為：

(5)

級(jí)別特征值方法利用全部相對(duì)隸屬度信息，其評(píng)價(jià)結(jié)果比最大隸屬度原則得到的結(jié)果更加客觀全面，可信度更高。

1.1.2 D-S證據(jù)合成理論

設(shè)M1,M2,…,Mn是n個(gè)概率分配函數(shù)，則其正交和M=M1⊕M2⊕...⊕Mn為：

M(Φ)=0

(6)

D-S證據(jù)理論適用于互補(bǔ)、不確定信息的融合，它能夠?qū)⒋罅糠彪s的主觀不確定信息，通過(guò)D-S證據(jù)理論信息融合原理有效地轉(zhuǎn)化為確定性的決策結(jié)果。已有研究成果將主客觀權(quán)重相結(jié)合時(shí)多采用線(xiàn)性加權(quán)法，運(yùn)用D-S證據(jù)理論合成不確定的主觀權(quán)重和確定的客觀權(quán)重，能提高權(quán)重的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。本文采用D-S證據(jù)合成理論將主觀性較強(qiáng)的AHP法和客觀性較強(qiáng)的熵值法相結(jié)合確定綜合權(quán)重。

1.1.3 韋伯-費(fèi)希納定律

德國(guó)生理學(xué)家韋伯和物理學(xué)家費(fèi)希納提出韋伯-費(fèi)希納定律用于揭示心理量與物理量之間數(shù)量關(guān)系的定律，可以確定各種感覺(jué)閾限和測(cè)量刺激的物理量和心理學(xué)的關(guān)系[21]。W-F能夠確切表達(dá)人體產(chǎn)生的反應(yīng)量k與客觀環(huán)境刺激量c之間的函數(shù)關(guān)系：

(7)

近年來(lái)，韋伯-費(fèi)希納定律逐漸被一些學(xué)者引用到環(huán)境影響評(píng)價(jià)研究中[22-23]，考慮到資源環(huán)境等對(duì)土地承載力的影響類(lèi)似于環(huán)境污染因素對(duì)環(huán)境質(zhì)量的影響，本文根據(jù)韋伯-費(fèi)希納的基本原理，將資源、環(huán)境等各項(xiàng)影響因素作為外界刺激強(qiáng)度，進(jìn)行指標(biāo)分級(jí)。

W-F定律應(yīng)用到土地承載力評(píng)價(jià)中基于以下3點(diǎn)假設(shè)：c為影響土地承載力的外部因素即評(píng)價(jià)指標(biāo)；把人體產(chǎn)生的反應(yīng)量k視為外部影響因素即評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)土地承載力的影響程度；α為韋伯常數(shù)。

對(duì)公式(7)兩邊求差分可得：

(8)

公式(8)表明當(dāng)影響土地承載力的外部因素c成等比變化時(shí)，對(duì)土地承載力的影響程度成等差變化。

因此在計(jì)算分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)值時(shí)，雖然影響因素各相鄰標(biāo)準(zhǔn)級(jí)別之間的值成等比變化，但這一影響因素對(duì)土地承載力造成的影響程度變化應(yīng)是等差分級(jí)。將i指標(biāo)的等級(jí)劃分為5級(jí)，k=1對(duì)應(yīng)于ci0的級(jí)別，k=6對(duì)應(yīng)于cid的級(jí)別?？芍猧指標(biāo)任意兩級(jí)k、l之間的客觀重要性比率為：

(9)

取l=0，上式變?yōu)椋?/p>

(10)

公式中：

αi=(cid/ci0)1/6

(11)

式中，αi定義為i指標(biāo)相鄰兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的影響程度比率。

本文運(yùn)用韋伯-費(fèi)希納定律計(jì)算環(huán)渤海17個(gè)沿海城市各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)研究期間同一指標(biāo)所有地區(qū)數(shù)據(jù)的最大值與最小值計(jì)算相鄰兩級(jí)標(biāo)準(zhǔn)確定分級(jí)情況，具有整體性，改善了參考相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和已有標(biāo)準(zhǔn)確定評(píng)價(jià)等級(jí)的不足，提高了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和合理性。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文以環(huán)渤海沿海地區(qū)17個(gè)沿海城市為研究區(qū)域，數(shù)據(jù)主要來(lái)源于2000—2012年間的《中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)環(huán)境統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)城市(鎮(zhèn))生活與價(jià)格年鑒》及各省市統(tǒng)計(jì)年鑒和統(tǒng)計(jì)公報(bào)。

2 研究區(qū)概況

環(huán)渤海沿海地區(qū)是指環(huán)繞著渤海全部及黃海的部分沿岸地區(qū)而組成的廣大經(jīng)濟(jì)區(qū)域，與長(zhǎng)三角、珠三角一起構(gòu)成我國(guó)沿海經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的“三極”，它與華東、華南沿海地區(qū)共同構(gòu)成中國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的“黃金海岸”[24]。在行政區(qū)上，它包括1個(gè)直轄市天津和16個(gè)地級(jí)行政區(qū)(遼寧省的丹東、大連、營(yíng)口、盤(pán)錦、錦州和葫蘆島，河北省的秦皇島、唐山和滄州，山東省的東營(yíng)、濱州、濰坊、煙臺(tái)、威海、青島和日照)。環(huán)渤海沿海地區(qū)是人地矛盾尖銳的典型區(qū)域，近年來(lái)在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展的同時(shí)，城市化進(jìn)程加快，生態(tài)環(huán)境壓力增大，不斷膨脹的城市建設(shè)用地需求與有限的土地資源矛盾越來(lái)越尖銳。研究環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力，對(duì)于緩解環(huán)渤海沿海地區(qū)土地資源的供需矛盾，實(shí)現(xiàn)土地資源和社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展具有深遠(yuǎn)的意義。

3 綜合評(píng)價(jià)

3.1 土地承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

本文遵照選取指標(biāo)的綜合性、系統(tǒng)性、可操作性以及區(qū)域特殊性原則，參考前人的研究成果，結(jié)合環(huán)渤海地區(qū)實(shí)際情況以及當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展特點(diǎn)，從水土資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟(jì)技術(shù)及社會(huì)4個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行詳細(xì)分析，構(gòu)建了環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，并運(yùn)用D-S證據(jù)理論科學(xué)確定綜合權(quán)重(表1)。

表1 土地承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系及權(quán)重

3.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

利用韋伯-費(fèi)希納拓廣定律，結(jié)合環(huán)渤海地區(qū)實(shí)際情況，制定各評(píng)價(jià)指標(biāo)的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表2)。

表2 評(píng)價(jià)指標(biāo)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

表中正指效益型指標(biāo)，逆指成本型指標(biāo);其中C5人均建設(shè)用地、C6人均居住用地、C7建筑容積率、C8工業(yè)用地比例，應(yīng)該屬于適度型，但是鑒于《城市用地分類(lèi)與規(guī)劃建設(shè)用地標(biāo)準(zhǔn)(GB 50137—2011)》的規(guī)定、區(qū)域土地利用特征及現(xiàn)有資料的缺失，將上述指標(biāo)歸為正指標(biāo)計(jì)算

3.3 評(píng)價(jià)結(jié)果

應(yīng)用可變模糊評(píng)價(jià)模型(式(1))計(jì)算環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力綜合相對(duì)隸屬度，根據(jù)綜合相對(duì)隸屬度計(jì)算級(jí)別特征值(表3)。土地承載力級(jí)別特征值代表土地承載力的相對(duì)大小，通過(guò)級(jí)別特征值按照式(5)可以判定土地承載力的評(píng)價(jià)等級(jí)，級(jí)別特征值越大，則土地承載力相對(duì)越低；按照級(jí)別特征值大小可以對(duì)評(píng)價(jià)地區(qū)進(jìn)行排序以及分類(lèi)，從而更好地評(píng)價(jià)分析土地承載力的時(shí)空分異。

4 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時(shí)空分異分析

4.1 土地承載力時(shí)間分異分析

從表3可以看出，環(huán)渤海17沿海城市2000—2011年土地承載力級(jí)別特征值整體呈減小趨勢(shì)，各地土地承載力總體上隨時(shí)間而不斷提高，說(shuō)明各地區(qū)在2000—2011年期間，土地資源逐漸向集約、高效方向發(fā)展。各地積極編制土地利用總體規(guī)劃，結(jié)合區(qū)域特點(diǎn)，嚴(yán)格保護(hù)耕地，加強(qiáng)基本農(nóng)田的保護(hù)，統(tǒng)籌安排各類(lèi)各業(yè)用地，不斷優(yōu)化土地利用布局，加強(qiáng)土地集約利用，協(xié)調(diào)土地利用和生態(tài)建設(shè)，提高了土地承載力。這主要表現(xiàn)在各地區(qū)經(jīng)濟(jì)總量逐年增長(zhǎng)的同時(shí)，土地生產(chǎn)效率也在不斷提高。隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展、人口不斷增長(zhǎng)，雖然部分地區(qū)人均耕地面積有所減少，但是由于技術(shù)進(jìn)步，糧食單產(chǎn)及糧食自給率不斷提高，在一定程度上彌補(bǔ)了耕地減少的不足，提高了土地資源的人口承載力。人均GDP、地均GDP、單位建設(shè)用地面積GDP等呈不斷增長(zhǎng)趨勢(shì)，說(shuō)明土地集約利用程度有所加強(qiáng)，土地經(jīng)濟(jì)承載力逐年提高。建筑容積率、人均建設(shè)用地面積、工業(yè)用地比例等波動(dòng)增長(zhǎng)，反映了土地建設(shè)規(guī)模承載力的提高。各地生態(tài)環(huán)境保護(hù)投入增多、生活垃圾無(wú)害化處理率、工業(yè)廢水排放達(dá)標(biāo)率等不斷提高，人均公共綠地面積有所增加，除個(gè)別地區(qū)外均達(dá)到國(guó)家規(guī)劃標(biāo)準(zhǔn)，使土地生態(tài)承載力水平提高。

表3 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力級(jí)別特征值

決定這種不斷提高趨勢(shì)的根本原因在于經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平的不斷提高。經(jīng)濟(jì)發(fā)展可以使人民生活水平不斷提高，土地的投入產(chǎn)出效率也更高。經(jīng)濟(jì)發(fā)展使政府有更多的資金來(lái)改善城市公共基礎(chǔ)設(shè)施以及公共環(huán)境，經(jīng)濟(jì)發(fā)展也會(huì)促進(jìn)科技進(jìn)步。技術(shù)的發(fā)展使土地的生產(chǎn)能力得到提高，如相關(guān)的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)、病蟲(chóng)防治技術(shù)等可以提高土地的糧食產(chǎn)量；由于技術(shù)的發(fā)展廢水廢物的排放得到更有效處理，減少了對(duì)環(huán)境的污染、保護(hù)了土地生態(tài)穩(wěn)定。隨著環(huán)渤海沿海地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，也將會(huì)對(duì)土地承載力提出更高的要求。

4.2 土地承載力空間分異分析

圖1 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力聚類(lèi)圖

為了更形象地說(shuō)明環(huán)渤海17個(gè)沿海城市土地承載力的空間分異情況，根據(jù)土地承載力級(jí)別特征值(表3)，采用模糊迭代自組織聚類(lèi)算法[25]將環(huán)渤海地區(qū)17個(gè)城市分為3類(lèi)(圖1)。第一類(lèi)土地承載力相對(duì)較高，包括：天津、唐山、大連、盤(pán)錦、青島、煙臺(tái)、東營(yíng)、威海。第二類(lèi)土地承載力中等，包括：錦州、營(yíng)口、秦皇島、濱州、濰坊、日照。第三類(lèi)土地承載力相對(duì)較低，包括：滄州、丹東、葫蘆島。

4.2.1 土地承載力相對(duì)較高地區(qū)

天津、唐山、大連、盤(pán)錦、青島、煙臺(tái)、東營(yíng)、威海分別是所屬省份沿海發(fā)達(dá)城市，無(wú)論是經(jīng)濟(jì)技術(shù)水平、生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度、土地集約利用程度等均相對(duì)較高，土地承載力水平整體相對(duì)較高。到2011年，以上地區(qū)人均GDP均大于70000 元，地均GDP也都處于1級(jí)或2級(jí)，其中天津、大連、青島屬于1級(jí)，唐山、盤(pán)錦、東營(yíng)、煙臺(tái)、威海屬于2級(jí)，天津更是高達(dá)9000 萬(wàn)元/km2。近年來(lái)生活垃圾無(wú)害化處理率均保持在90%以上，人均公共綠地面積均達(dá)到2級(jí)，其中威海人均公共綠地面積最高，人均約25 m2。

天津、唐山、大連、青島、煙臺(tái)，威海6市人多地少，地理區(qū)位優(yōu)越，經(jīng)濟(jì)技術(shù)發(fā)達(dá)，土地集約利用程度較高，在一定程度上彌補(bǔ)了土地資源不足的問(wèn)題。天津堅(jiān)持可持續(xù)與節(jié)約集約利用土地資源，遵循“耕地與基本農(nóng)田嚴(yán)格保護(hù)，城鄉(xiāng)建設(shè)用地優(yōu)化整合，基礎(chǔ)設(shè)施用地合理保障，生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護(hù)用地維護(hù)養(yǎng)育”的基本原則，不斷提高土地資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)的承載能力。唐山大力推進(jìn)土地整理復(fù)墾，確保補(bǔ)充耕地質(zhì)量，嚴(yán)格保護(hù)耕地，人均耕地面積比較穩(wěn)定，變化幅度較小，維持在人均0.11 hm2左右。唐山是資源型重工業(yè)城市，工業(yè)用地比例較高，近年著力優(yōu)化土地空間布局，加大區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)用地空間管制，加強(qiáng)土地綜合整治，打造綠色港口城市，加快由資源型城市向生態(tài)型城市的轉(zhuǎn)型。

大連、青島、煙臺(tái)，威海4市地形以山地丘陵為主，建設(shè)用地布局分散，工業(yè)用地比例最高數(shù)值分別為22%、24%、23%、30%。第一產(chǎn)業(yè)比重較低，大連、煙臺(tái)、威海低于10%，青島已低于5%。大連對(duì)土地進(jìn)行綜合分區(qū)，實(shí)施差別化的土地利用政策，逐步形成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理、分工明確、優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的用地格局。青島確定“環(huán)灣保護(hù)，擁灣發(fā)展”的城市發(fā)展戰(zhàn)略，按照保護(hù)耕地，優(yōu)先安排農(nóng)業(yè)用地，嚴(yán)格控制各類(lèi)農(nóng)業(yè)建設(shè)規(guī)模擴(kuò)大及保護(hù)生態(tài)環(huán)境的原則調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌安排各業(yè)用地，轉(zhuǎn)變土地利用方式，促進(jìn)了土地資源優(yōu)化配置和集約利用。煙臺(tái)優(yōu)質(zhì)耕地少，全市三分之二的耕地是中低產(chǎn)田，通過(guò)合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，保證耕地總量動(dòng)態(tài)平衡，逐步提高耕地質(zhì)量，糧食單產(chǎn)已由2000年的4480 kg/hm2提高到2011年的5850 kg/hm2；通過(guò)高效利用海岸、科學(xué)發(fā)展海島、統(tǒng)籌海陸發(fā)展，強(qiáng)化了城市用地的集聚規(guī)模和效益。威海市生態(tài)環(huán)境較好，2011年建城區(qū)綠化覆蓋率為47.6%。威海是一個(gè)新興工業(yè)城市，土地利用率高達(dá)95%，但基本農(nóng)田質(zhì)量呈下降趨勢(shì)，復(fù)種指數(shù)由173%下降到138%；通過(guò)加強(qiáng)土地利用的宏觀調(diào)控和微觀管理、實(shí)施嚴(yán)格的土地轉(zhuǎn)用和“占補(bǔ)”掛鉤制度、強(qiáng)化基本農(nóng)田保護(hù)和加強(qiáng)土地利用環(huán)境管理等措施，耕地保護(hù)體系初步健全。

盤(pán)錦、東營(yíng)土地資源豐富，人均耕地較充足，2011年分別為0.38、0.21 hm2，境內(nèi)均有廣闊的灘涂濕地，油氣資源豐富，人均灘涂面積分別達(dá)300、500 m2。盤(pán)錦地表水域廣闊，土壤肥沃，擁有世界最大的濱海沼澤濕地；遼河三角洲位于盤(pán)錦境內(nèi)，魚(yú)米產(chǎn)量豐富。盤(pán)錦是石油化工城市，境內(nèi)蘊(yùn)藏著豐富的石油、天然氣等礦產(chǎn)資源，石油工礦用地遍布全市。東營(yíng)位于黃河入?？?，灘涂面積1019 km2，淺海油田及鹽礦資源豐富，境內(nèi)有“東方濕地”之稱(chēng)的黃河三角洲國(guó)家級(jí)自然保護(hù)區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)。兩市在發(fā)展過(guò)程中應(yīng)注意保護(hù)耕地，加強(qiáng)土地集約利用，注意環(huán)境保護(hù)，減少石油開(kāi)采對(duì)土地資源的污染破壞。

4.2.2 土地承載力中等地區(qū)

錦州耕地?cái)?shù)量多，分布相對(duì)集中，耕地占土地總面積的比重為39.50%，2011年人均耕地面積為0.23 hm2，糧食單產(chǎn)6236 kg/hm2；耕地后備資源充足，多為荒草地和灘涂，水源條件較好，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施完備，開(kāi)墾難度??；建設(shè)用地效率較高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為74710 萬(wàn)元/km2，處于2級(jí)。但錦州也存在現(xiàn)有耕地減少過(guò)快，局部出現(xiàn)退化，農(nóng)村居民點(diǎn)及交通用地規(guī)模較大等問(wèn)題。

營(yíng)口土地利用程度較高，土地利用率達(dá)到90%，但耕地后備資源匱乏，建設(shè)用地利用效率總體不高，土地退化和破壞以及海侵現(xiàn)象比較嚴(yán)重。2011年人均耕地面積為0.1 hm2，糧食自給率較低為81.3%，復(fù)種指數(shù)不到90%，單位建設(shè)用地面積GDP為68000 萬(wàn)元/km2屬于2級(jí)。營(yíng)口通過(guò)加強(qiáng)耕地保護(hù)，發(fā)展優(yōu)質(zhì)園地，提高了糧食綜合生產(chǎn)能力，由2000年的4250 kg/hm2提高到2011年的6180 kg/hm2；統(tǒng)籌安排各類(lèi)各區(qū)域用地，切實(shí)轉(zhuǎn)變用地觀念，不斷提高了土地資源對(duì)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的支撐和保障能力。

秦皇島第三產(chǎn)業(yè)比重較高，耕地質(zhì)量較差，單位耕地化肥施用量高且持續(xù)增長(zhǎng)，2000年為545 kg/hm2，2011年增加到928 kg/hm2，加重了對(duì)土地的污染；建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平不高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為61700 萬(wàn)元/km2。通過(guò)充分貫徹落實(shí)“兩保一優(yōu)一統(tǒng)籌”的土地利用戰(zhàn)略，逐步構(gòu)建“三帶四田四軸多中心”的土地利用格局，土地利用率和集約利用水平有所提高。

濰坊土地利用率達(dá)90.34%，耕地面積約占土地面積的50%，2011年人均耕地面積為0.19 hm2，但耕地灌溉率不足70%，化肥施用量常年在750 kg/hm2上下浮動(dòng)，耕地保護(hù)壓力大。濰坊目前正處于新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的進(jìn)程中，建設(shè)用地需求較大，建設(shè)用地中居民點(diǎn)及工礦用地約占85%。濰坊通過(guò)統(tǒng)籌城鄉(xiāng)土地利用，重點(diǎn)發(fā)展北部沿海地區(qū)，突出農(nóng)用地特別是耕地保護(hù)，推動(dòng)集體建設(shè)用地使用權(quán)流轉(zhuǎn)，提高建設(shè)用地集約利用水平，促進(jìn)土地承載力不斷提高。

日照未利用地面積350.8 km2，約占6.5%，土地利用率較高；建設(shè)用地集約利用水平較高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為106645 萬(wàn)元/km2。全市農(nóng)用地占較大比重，其中耕地面積2300 km2,占全市土地面積的43%，但耕地質(zhì)量呈下降趨勢(shì)，2000年至2011年糧食單產(chǎn)由6560 kg/hm2降低至5180 kg/hm2。日照應(yīng)加強(qiáng)對(duì)耕地特別是基本農(nóng)田的保護(hù)，保護(hù)和提高糧食生產(chǎn)力。

濱州地處黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)，區(qū)域內(nèi)土層深厚,土地資源較豐富,農(nóng)用地比重較大，2011年耕地面積比例約48%，人均耕地面積為0.18 hm2，人均灘涂面積為117 m2，糧食自給率達(dá)205%。人均建設(shè)用地較少，僅2011年達(dá)到2級(jí)，為79.6 m2，其余年份均處于3級(jí)或4級(jí)水平。濱州優(yōu)化調(diào)整城鄉(xiāng)建設(shè)用地結(jié)構(gòu)，動(dòng)態(tài)管理農(nóng)用地轉(zhuǎn)用計(jì)劃，將土地資源優(yōu)勢(shì)轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢(shì)，按照建設(shè)黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟(jì)區(qū)的要求，實(shí)施生態(tài)保育戰(zhàn)略，推進(jìn)土地生態(tài)建設(shè)，以實(shí)現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

4.2.3 土地承載力相對(duì)較低地區(qū)

滄州、丹東、葫蘆島在環(huán)渤海17個(gè)沿海城市中屬于經(jīng)濟(jì)不發(fā)達(dá)地區(qū)，土地集約利用水平較低。2011年人均GDP分別為35918、36858、23107 元，地均GDP分別為1840、581、625 萬(wàn)元/km2。除滄州外建設(shè)用地效率較低，丹東、葫蘆島單位建設(shè)用地面積GDP分別為51282、45887 萬(wàn)元/km2。三市耕地質(zhì)量總體偏低，滄州中低產(chǎn)田多、低洼易澇、鹽堿重，灌溉條件較差，滄州耕地灌溉率不到80%，丹東、葫蘆島均低于40%。生態(tài)環(huán)境保護(hù)力度相對(duì)較低，2011年建城區(qū)綠化覆蓋率均低于40%。

滄州耕地面積持續(xù)減少，后備資源不足，水資源極其匱乏，人均水資源量?jī)H有170 m3；開(kāi)發(fā)區(qū)、工業(yè)園多是先平整后建設(shè)，建設(shè)速度滯后，土地閑置現(xiàn)象顯著；城市和小城鎮(zhèn)過(guò)度膨脹，造成城區(qū)內(nèi)存在大量閑置土地且利用效率較低。丹東土地利用程度較高，水資源豐富，但可開(kāi)發(fā)利用的其他土地有限，耕地后備資源不足；耕地面積相對(duì)較少，耕地面積比例不足15%。滄州、丹東農(nóng)村居民點(diǎn)用地過(guò)多、利用粗放，應(yīng)加強(qiáng)農(nóng)用地及農(nóng)村居民點(diǎn)整理。葫蘆島局部地區(qū)土地退化較嚴(yán)重，土地整治補(bǔ)充耕地難度較大；城鄉(xiāng)建設(shè)用地布局分散，特殊用地比例大。

5 結(jié)語(yǔ)

(1)指標(biāo)權(quán)重的確定是否合理,直接關(guān)系到整個(gè)評(píng)價(jià)體系的科學(xué)性，本文改變以往常用的主客觀權(quán)重線(xiàn)性加權(quán)確定綜合權(quán)重的方法，運(yùn)用D-S證據(jù)理論合成客觀權(quán)重，提高了權(quán)重的準(zhǔn)確性和科學(xué)性。采用韋伯-費(fèi)希納定律確定指標(biāo)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，提高了分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)性和合理性。運(yùn)用可變模糊評(píng)價(jià)模型，對(duì)環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力進(jìn)行時(shí)空分異綜合評(píng)價(jià)，計(jì)算簡(jiǎn)便，取得了較好的評(píng)價(jià)效果。

(2)研究結(jié)果表明，2000—2011年，環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力整體不斷提高，但是空間分布差異明顯。天津、唐山、大連、盤(pán)錦、青島、煙臺(tái)、東營(yíng)、威海土地承載力相對(duì)較高，錦州、營(yíng)口、秦皇島、濱州、濰坊、日照屬于中等水平，滄州、丹東、葫蘆島土地承載力相對(duì)較低。

(3)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平對(duì)土地承載力有重要影響，土地承載力隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展而動(dòng)態(tài)變化，并伴隨逐步升高的趨勢(shì)。適度的經(jīng)濟(jì)規(guī)模和經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)有利于土地可持續(xù)集約利用。在追求經(jīng)濟(jì)效益最大化的同時(shí),應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布局調(diào)整，保證經(jīng)濟(jì)、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,最終達(dá)到綜合效益最大化，實(shí)現(xiàn)環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的快速崛起。各地應(yīng)針對(duì)地區(qū)實(shí)際情況，加強(qiáng)耕地保護(hù)，強(qiáng)化耕地質(zhì)量建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力；因地制宜改善土地生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)籌安排城鄉(xiāng)建設(shè)用地，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高建設(shè)用地利用效率；沿海地區(qū)應(yīng)積極推進(jìn)港口、灘涂等資源的開(kāi)發(fā)利用，調(diào)整陸域產(chǎn)業(yè)布局，實(shí)現(xiàn)海陸產(chǎn)業(yè)聯(lián)動(dòng)發(fā)展，堅(jiān)持陸海統(tǒng)籌，加強(qiáng)海陸一體化開(kāi)發(fā)。

(4)土地承載力還受其他一些自然資源和環(huán)境要素(太陽(yáng)能、水環(huán)境等)的限制和影響，還受到人口流動(dòng)、政策、地區(qū)間貿(mào)易等的影響。由于區(qū)域間可以自由貿(mào)易，一個(gè)地區(qū)可以在保護(hù)耕地資源的同時(shí)，充分發(fā)揮當(dāng)?shù)氐谋容^優(yōu)勢(shì)，發(fā)展與當(dāng)?shù)氐耐恋刭Y源類(lèi)型相適宜的產(chǎn)業(yè)，而不是必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來(lái)保障人口對(duì)糧食的需求，這更符合當(dāng)前的社會(huì)現(xiàn)實(shí)。在海洋的作用下，為了應(yīng)對(duì)海洋的壓力，沿海地區(qū)土地系統(tǒng)也做出了相應(yīng)變化(利用海洋資源、防范海洋災(zāi)害等)，新的土地利用類(lèi)型在沿海地區(qū)不斷出現(xiàn)；圍海造田等也會(huì)改變土地資源的格局。在研究沿海地區(qū)的土地承載力時(shí)還應(yīng)更多的考慮海洋開(kāi)發(fā)對(duì)海岸地區(qū)土地利用的影響。由于資料有限，以上問(wèn)題本文并未完全考慮到。在以后的研究中應(yīng)加以綜合考慮，建立更為完善的土地承載力綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系。

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Land carrying capacity spatiotemporal differentiation in the Bohai Sea Coastal Areas

YU Guanghua，SUN Caizhi*

ThecenterforStudiesofMarineEconomyandSustainableDevelopment,LiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China

The study of land carrying capacity is important for coordinating the development of resources, environment, and the economy. This carrying capacity is an important element in the study of regional sustainable development. Coastal areas have the greatest populations, highest population densities, rich resources, and convenient transportation. As in other coastal countries, the coastal area of China is the most developed part of the country. With the acceleration of urbanization, population and economic activity are strongly agglomerating in these coastal areas, resulting in a series of land use conflicts. With such tremendous growth of the economy and society, the conflict between supply and demand of land resources has become increasingly acute. Unreasonable and excessive use of land resources has caused serious damage to the ecological environment of coastal areas and a degradation of land resources. Study on the land carrying capacity of the Bohai Sea coastal areas has great significance for the sustainable development of the Bohai Sea economic circle. The land resource system is complex and has openness, dynamics, social and other characteristics. Therefore, it is difficult to accurately quantify the population, environment, and socioeconomic development. It is also difficult to quantify limits on the land carrying capacity. However, by constructing an indicator system, we can measure dynamic trends and relative land carrying capacity, thereby guiding land use activities. Land carrying capacity assessment is a comprehensive evaluation that involves multiple factors, including natural, social, economic, technological, and others. These factors are interconnected and place mutual restrictions on each other. Relationships between these factors are complex. There is vagueness and uncertainty, as well as dynamic variability under certain temporal and spatial conditions. To date, studies on land carrying capacity have mostly concentrated on inland and ecologically vulnerable areas. There is little research on land carrying capacity in coastal areas. Further, classification standards of assessment indexes in variable fuzzy assessment are mostly determined with reference to relevant statistical data and existing standards. There is a certain subjectivity and arbitrariness, along with inaccuracies. In view of the limitations of prior studies, this work applied the Weber-Fischna law to determine classification standards of assessment indexes. We also used D-S evidential theory to combine subjective factor weights and objective weights to make integrated weights more reliable and accurate. The variable fuzzy assessment method was used to assess comprehensive land carrying capacity in the Bohai Sea coastal areas. Results for those areas show that the land carrying capacity of seventeen cities from 2000 to 2011 had an upward trend on the whole, along with obvious spatial distribution differences. There were higher land carrying capacities at Tianjin, Tangshan, Dalian, Panjin, Qingdao, Dongying, Yantai, and Weihai. Those capacities at Jinzhou, Yingkou, Qinhuangdao, Binzhou, Weifang, and Rizhao were at a medium level, and those at Cangzhou, Dandong, and Huludao were relatively low. The economic development level had strong effects on land carrying capacity. An appropriate economic scale and structure is conducive to sustainable and intensive land use. Application of the variable fuzzy assessment model to land carrying capacity is characterized by simple calculation, ease of operation, and reliable results.

land carrying capacity; Weber-Fischna law; variable fuzzy assessment method; D-S evidential theory

教育部人文社會(huì)科學(xué)重點(diǎn)研究基地項(xiàng)目(12JJD790032)

2013-11-30;

2014-12-05

10.5846/stxb201311302853

*通訊作者Corresponding author.E-mail: suncaizhi@lnnu.edu.cn

于廣華，孫才志.環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時(shí)空分異特征.生態(tài)學(xué)報(bào),2015,35(14):4860-4870.

Yu G H，Sun C Z.Land carrying capacity spatiotemporal differentiation in the Bohai Sea Coastal Areas.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4860-4870.