基于GIS的臨夏州資源環(huán)境承載力評價

張雪瑤 王平

摘要：依據(jù)環(huán)境承載力理論，選取臨夏州2016年數(shù)據(jù)，運用ArcGIS、層次分析等方法來確定各指標權(quán)重，構(gòu)建承載力評價模型。以廣河縣為例，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法研究承載力綜合指數(shù)影響因子。從整體看，全州資源環(huán)境承載力已超載；從各縣市看，永靖、積石山和和政縣承載能力尚有盈余；廣河縣、康樂縣嚴重超載；廣河縣只有城關(guān)鎮(zhèn)承載力略有盈余，其余都已超載。灰色關(guān)聯(lián)分析表明，環(huán)境承載力影響因素大小為：資源需求>環(huán)境壓力>資源稟賦>環(huán)境容量。

關(guān)鍵詞：臨夏回族自治州；資源環(huán)境承載力；GIS；灰色關(guān)聯(lián)分析

17世紀“承載力（Carrying Capacity）”的相關(guān)概念已經(jīng)被提出，在“低碳革命”時代背景下如何評價和監(jiān)測一個國家或區(qū)域的資源環(huán)境承載力現(xiàn)狀是區(qū)域社會和經(jīng)濟發(fā)展的目標之一。自改革開放以來，我國的經(jīng)濟飛速增長，經(jīng)濟增長和環(huán)境保護的矛盾已十分突出。臨夏州資源集中，又存在生態(tài)環(huán)境脆弱的問題，有必要對該地區(qū)進行環(huán)境承載力的研究。

一、資源環(huán)境承載力基本理論與技術(shù)支持

（一）資源環(huán)境承載力基本理論

承載力作為一個動態(tài)概念，在理論體系基礎(chǔ)上，也衍生出了越來越多的分支，如土地資源承載力、水資源承載力。某研究區(qū)域在特定的時段內(nèi)，各種自然資源可以支撐社會經(jīng)濟發(fā)展的能力，就叫資源承載力。北大環(huán)境科學(xué)專家首次提出了環(huán)境承載力的概念，指某個區(qū)域在滿足一定環(huán)境質(zhì)量和生活狀態(tài)條件下，在生態(tài)系統(tǒng)允許的極限程度以內(nèi)，生態(tài)系統(tǒng)對污染物的容納量。資源環(huán)境綜合承載力指某區(qū)域在某時區(qū)內(nèi)，該地區(qū)的資源環(huán)境條件能夠維持本地社會經(jīng)濟發(fā)展和支撐人口增長穩(wěn)定化態(tài)的能力，資源環(huán)境系統(tǒng)能夠正常維持的社會經(jīng)濟規(guī)模及具有一定生活質(zhì)量的人口數(shù)目是經(jīng)濟和社會子系統(tǒng)的發(fā)展能力。

（二）資源環(huán)境承載力的技術(shù)與方法支持

1.GIS與相關(guān)技術(shù)

地理信息系統(tǒng)（Geographic Information System，GIS）伴隨計算機和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展起來，在這近20多年被各國學(xué)者普遍接受。據(jù)統(tǒng)計，在人們所能接觸到的信息中，75%～80%的數(shù)據(jù)均來源于空間分析。

2. 層次分析法確定各指標權(quán)重

建立“目標-制約-要素-指標”的框架模式，這種模式具有遞階多層次結(jié)構(gòu)特征，特別適用于層分析法（The Analytic Hierarchy Process，縮寫AHP）來確定各指標權(quán)重。通過判斷能夠確定每一個結(jié)構(gòu)層次的相對重要程度，并對他們進行合成來得到相對重要性的總的順序。

3. 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是灰色系統(tǒng)分析、預(yù)測和決策的理論根據(jù)。對于樣本量的多少、樣本有沒有規(guī)律都一樣適用，而且計算量較小，應(yīng)用方便。樣本要求低，計算量小，廣泛應(yīng)用于社會、自然科學(xué)以及經(jīng)濟管理等廣大領(lǐng)域。本文對灰色關(guān)聯(lián)度按照強弱程度進行分類：弱關(guān)聯(lián)度（0，0.35）、中關(guān)聯(lián)度（0.35，0.7）、強關(guān)聯(lián)度（0.7，1.00）。

二、研究區(qū)域概況與研究資料

（一） 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于甘肅省中部西南地區(qū)，東經(jīng)103°22′，北緯35°62′。北鄰蘭州，南靠甘南州，東連定西，西接青海，州府僅距離省會蘭州150km（圖1）。全州共有土地面積約8169km2，平均海拔達到2000m。屬溫帶大陸性氣候，年平均氣溫不到9℃，年平均降雨量達到517mm。水利資源、礦產(chǎn)資源豐富。全州共有8個縣市，總?cè)丝?20.51萬，少數(shù)民族占全州人口的60.3%，東鄉(xiāng)族和保安族是臨夏州獨有的民族。

（二）研究資料

自然社會經(jīng)濟發(fā)展數(shù)據(jù)來源于《臨夏州社會經(jīng)濟發(fā)展統(tǒng)計年鑒》及臨夏州水務(wù)水利局和統(tǒng)計局。矢量數(shù)據(jù)包括臨夏州地形坡度等圖，柵格圖件包括DEM，來源于GIS制圖。

（三）數(shù)據(jù)空間化處理

運用ArcGIS 10.2軟件，對所獲取的數(shù)據(jù)資料進行預(yù)處理，將基礎(chǔ)圖件進行配準矯正等操作。運用AHP層次分析軟件和SPSS軟件對數(shù)據(jù)進行處理與分析。

三、構(gòu)建資源環(huán)境承載力評價指標體系

（一）構(gòu)建資源環(huán)境承載力評價指標體系

本文根據(jù)資源環(huán)境承載力的基本定義，以資源稟賦、環(huán)境容量作為標準來設(shè)計指標體系。同時相應(yīng)設(shè)計一個指標體系來衡量現(xiàn)有的經(jīng)濟社會活動規(guī)模下對資源環(huán)境承載力的需求，即承載力需求量。本研究采用層次分析法，結(jié)合專家打分，綜合確定各個指標的權(quán)重。

（二）臨夏州資源環(huán)境承載力分析與評價

1. 各評價指標指數(shù)說明及計算方法

（1）資源環(huán)境承載力供給量

人均水資源量表示在一個流域或地區(qū)內(nèi)，某時期按人口來算，平均每個人占有的水資源量，是某一地區(qū)自產(chǎn)水資源量和當?shù)厝丝诳倲?shù)的比值；人均耕地面積即一個國家或一個地區(qū)平均每人擁有的耕地數(shù)量。墾殖指數(shù)表示一地區(qū)的耕地面積所占其土地總面積的比例。

（2）資源環(huán)境承載力需求量

人口聚集度用人口密度來表示，即人口數(shù)與區(qū)域面積的比值；城鎮(zhèn)化率指一個地區(qū)城鎮(zhèn)常住人口占該地區(qū)常住總?cè)丝诘谋壤?；人均國民生產(chǎn)總值（GDP）表示經(jīng)濟發(fā)展水平；農(nóng)民人均純收入越高，對資源的依賴性就越弱。

2. 資源環(huán)境承載力評價方法與計算模型

為了消除各指標的不同量綱影響，必須對原始數(shù)據(jù)進行量化的處理。當指標為正向指標時，即：

Ai=Xo/Xi

當指標為負向指標時，即：

Ai=Xi/Xo

Ai為各指標與該指標理想值（全國平均值）的比值，Xo為指標原始值，Xi為各指標數(shù)據(jù)的標準值。

基于單因子評價的基礎(chǔ)，憑借GIS技術(shù)平臺，采用多因素分析等方法，來評價臨夏州的環(huán)境承載力。評價模型如下：

P=∑Wi×Ai

式中：P為綜合評價值；Ai為單個指標量化得分值；Wi為各單項指標權(quán)重值。

3. 評價結(jié)果分析

（1）臨夏州整體及各市縣分析

從整體看，臨夏州資源環(huán)境承載力已處于超載狀態(tài)；永靖縣、和政縣和積石山縣的資源環(huán)境承載能力相對較大，承載力尚有盈余；臨夏市、東鄉(xiāng)縣和臨夏縣的資源環(huán)境承載力、開發(fā)力度過強，資源環(huán)境承載力已經(jīng)超載；廣河縣和康樂縣的資源環(huán)境承載力超載情況最為嚴重。

通過縣（市）級行政單元資源環(huán)境承載力的綜合評價值和劃分結(jié)果，利用GIS軟件可以制作臨夏州縣級行政區(qū)資源環(huán)境承載力盈余量分級圖。2016年臨夏回族自治州的超載區(qū)域占到了全州的54.29%，嚴重超載地區(qū)占到全州13.27%。承載力尚有盈余的區(qū)域不到整個面積的一半。

（2）特例分析——以廣河縣為例

廣河縣是資源環(huán)境承載力超載最為嚴重的兩個縣之一，綜合少數(shù)民族、貧困和承載力超載嚴重三個特殊性，因此有必要進行單獨的分析。借助GIS對廣河縣的資源環(huán)境承載力綜合指數(shù)進行分級，共分為五級（圖2）。

廣河縣只有城關(guān)鎮(zhèn)承載力略有盈余，其余八鄉(xiāng)鎮(zhèn)都已超載，面積占全縣89.16%。其中水泉鄉(xiāng)和官坊鄉(xiāng)超載最嚴重。相關(guān)研究這兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)的絕大多數(shù)村同時也存在耕地低效且不協(xié)調(diào)的問題。兩鄉(xiāng)均位于山區(qū)，交通不便，農(nóng)民大多靠自給自足的耕作，環(huán)境遭到嚴重破壞。

通過灰色關(guān)聯(lián)分析來確定評價因素的關(guān)聯(lián)程度，結(jié)合廣河縣2014～2016年三年指標數(shù)據(jù)，分析所選取指標對于環(huán)境承載力的關(guān)聯(lián)程度，繪制柱狀圖直觀表示（圖3）。

將指標分為資源稟賦、環(huán)境容量、資源需求和環(huán)境壓力四大類，可以看出13個影響指標與資源環(huán)境承載力均屬于強度和中度關(guān)聯(lián)，排序依次為資源需求>環(huán)境壓力>資源稟賦>環(huán)境容量。

資源需求方面。人口密度和農(nóng)民人均純收入基本為強度關(guān)聯(lián)，且關(guān)聯(lián)度多在0.8以上，甚至達到0.9。人口密度的增長可能導(dǎo)致環(huán)境壓力的加大，人口城鎮(zhèn)化進程中人為作用也可能導(dǎo)致資源的不合理利用。

環(huán)境壓力方面。廢氣、廢水和固體廢棄物的排放量對環(huán)境承載力的影響也比較大，臨夏州主要發(fā)展的水泥制造、氮肥制造等產(chǎn)業(yè)三廢的排放量巨大，生產(chǎn)制造的粗放不集約，加劇了環(huán)境承載壓力。

資源稟賦方面。人均水資源量和耕地面積均為強度關(guān)聯(lián)，我國是水資源短缺國家，人均水資源量僅有約2000m3，水資源量和耕地面積的多少直接關(guān)系到一個區(qū)域的環(huán)境是否能夠支撐人類的活動和發(fā)展。

環(huán)境容量方面。墾殖指數(shù)與資源環(huán)境承載力為強度關(guān)聯(lián)，森林覆蓋率、地下水水質(zhì)達標率大部分也都是強關(guān)聯(lián)。墾殖指數(shù)、土地資源的開發(fā)利用一定程度上依存于區(qū)域的資源環(huán)境承載能力

四、總結(jié)與建議

針對此現(xiàn)狀，提出以下幾點建議：

1. 制定各規(guī)劃要以以資源環(huán)境承載力為“底線”。各縣區(qū)只是一味做大規(guī)模，忽略了經(jīng)濟、人口的發(fā)展對于環(huán)境容量和生態(tài)生存空間的要求。

2. 構(gòu)建有效的資源環(huán)境承載力監(jiān)測機制。臨夏作為資源環(huán)境承載力超載地區(qū)，應(yīng)當建立資源環(huán)境承載力動態(tài)監(jiān)測機制，并以此作為各地安排發(fā)展戰(zhàn)略的科學(xué)依據(jù)。

3. 因地制宜，區(qū)別治理。對于資源環(huán)境承載力較大的地區(qū)，在已有建設(shè)基礎(chǔ)上，適度開發(fā)旅游、水利、礦產(chǎn)等資源；對于環(huán)境承載力發(fā)展?jié)摿^弱的地區(qū)應(yīng)及時調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)。

4. 發(fā)展旅游業(yè)。臨夏回族自治區(qū)獨特的自然條件和少數(shù)民族風情的旅游資源和旅游業(yè)本身具備的低污染、低投入、高收效特點，大力推進旅游業(yè)的發(fā)展對于促進臨夏地區(qū)的第三產(chǎn)業(yè)和環(huán)境保護防治都具有至關(guān)重要的意義。

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（作者單位：甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)）