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、衡量區域可持續發展的重要指標。采用遙感技術，參照生物生產性土地分類，以2009年TM遙感數據為基礎對鄭州市土地資源進行遙感解譯，獲得其土地利用/覆蓋現狀空間分布；同時，通過建立耕地承載力、生態承載力、建設用地承載力數學模型對土地資源承載力進行比較，探索制約城市發展的決定性因素。結果表明，鄭州市建設用地承載力和規劃耕地承載力可滿足人口規模和經濟社會發展的需求，但現狀耕地承載力及生態承載力存在不同程度的安全隱患。具體表現為鄭州市現狀耕地承載力存在不同程度的超載，其中中心區超載最為嚴重。達到耕生產潛力時的規劃耕地承載力閾值除了中心區和鞏義市處于滿載狀態外，其他各市（縣、區）承載力仍有很大的空間；各市（縣、區）人均生態承載力則遠低于世界和全國人均水平，中心區最低，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濟社會的發展，是制約經濟社會可持續發展的主導因素。

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，經濟發展和城市化進程的加快使得土地資源更加緊缺，而發展對土地的需求卻不斷擴大，由此產生一系列的地質環境、社會問題，如生活空間減少、環境惡化等，導致資源、環境、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調人口、資源、環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域經濟、社會的可持續發展[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展[2]；另一方面根據研究主體的不同發展了城市土地承載力[3]、生態環境承載力[4]等。現有的評價方法往往將耕地承載力、生態承載力和建設用地承載力分開研究，而區域的土地資源承載力本應是一個有機的整體，并且對于開發強度大、工業化程度高的大城市應更加注重土地資源能否滿足產業結構和人口的發展規模。人類社會可持續發展是一個廣義的概念，包含有人類自身的可持續，與此同時還包括資源、生態、環境等的可持續，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能力，還應包括環境、生態和城市空間等方面的內容。

隨著中原城市群的建立，鄭州市將為區域的發展承擔更多的責任，對整個鄭州市的生態環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劃》中提出建立國家糧食戰略工程河南核心區，鄭州市作為全省經濟政治文化的中心，首當其沖成為核心區之一。作為載體的土地，又不僅僅局限于農業用地，而應該包括城鎮居民及工礦、水域、交通和未利用地在內的廣義土地。為了能夠掌握鄭州市居民生產、生活需求對自然生態系統的影響程度，以對該區域的耕地承載力、生態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狀空間分布；通過構建農業生態區域法、生態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，探討制約城市經濟社會可持續發展的決定性因素，為區域城市生態建設和可持續發展提供參考依據。

1 土地利用/覆蓋分析

以2009年Landsat TM遙感影像為數據源，參考生物生產性土地分類，把土地利用/覆蓋數據劃分為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 農業生態區域法耕地承載力

農業生態區域法（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容：其一，依據一定的生產條件測算耕地生產潛力；其二，在生產潛力基礎上根據一定生活水平計算承載人口的數量。本文以耕地生產潛力作為上限，農作物實際產量為下限，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、耕地生產力和人口數據來自《鄭州市統計年鑒（2010）》[6]。

根據模型計算各地區的光合生產潛力，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。其中光合生產潛力指作物在水分、養分和溫度等外界條件下保持最適宜狀態，由太陽輻射資源所決定的產量，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，并參考邁阿密模型對氣候生產力進行計算[7]，公式為：Yw=Y（Q，T）·（1-e-0.055r），其中Yw為氣候生產潛力，r為降水量；土壤肥力修正系數取決于該地區耕地質量的等級，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，依據土壤質量等級由專家評分得到。區內土壤質量等級，可根據速效磷、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法模型評價得到。其中一級土壤可得到氣候潛在生產力的60%，二級土壤可得30%，三級土壤得15%[7]；最終作物生產潛力利用公式Y（Q，T，W，S）=Yw×Ks計算得到（表2）。

2.2 生態足跡模型土地承載力

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

生態承載力是某地區在一定時期內生態系統對外界干擾特別是人類活動干擾的承受能力[15-17]。生態足跡的核心思想是通過對比一個地區的生態承載力需求和供給之間的差距，以此來判斷該地區可持續發展的情況[11，18，19]。隨著地區經濟的快速發展，人口穩步增加，人類對自然資源的不合理開發和過度利用不斷加劇，由此帶來的生態環境問題日益突出。因此，通過對城市生態足跡的分析，可以量度城市人類活動對整個區域生態系統產生的壓力和影響程度。

2.2.1 生態足跡模型 根據生態足跡理論，生態足跡法包含有兩大部分：生態足跡消費和生態足跡供給。其中生態足跡消費指的是，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生存必需的生態生產性土地；生態足跡供給則指，一定區域實際所能提供給人類的資源和產品折合為所有生物生產性土地面積的總和[20-23]。

2.2.2 鄭州市生態足跡計算 生態足跡消費計算由生物資源消費和能源消費兩部分組成。生物資源主要有農產品、動物產品、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。這兩大類數據均來自《鄭州市統計年鑒（2010）》[6]。在生物資源生產面積折算時，采用聯合國糧農組織1993年公布的有關生物資源的世界平均產量資料，能源消費計算時以世界單位化石燃料生產性土地面積的平均發熱量為標準。

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

2.3 建設用地承載力

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

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狀條件下鄭州各市（縣、區）建設用地承載力（表5）。由表5可知，鄭州各市（縣、區）的建設用地承載力均在可承載范圍內，且登封市承載剩余量最大，中心區最小。建設用地承載力主要決定于一個地區的經濟發展和人口規模，對于中心區而言，要注意合理規劃土地利用結構，提高整個區域內現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）耕地承載力、生態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展的最佳人口，結合實際人口數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，農業生態區域法計算的耕地人口承載力在空間上呈現一定的異質性，從西部到東部整體呈上升趨勢；生態足跡法計算得到的生態承載力空間上雖然變化趨勢不明顯，但也表現為西高東低的分布格局。兩種土地資源承載力的分析結果，表現為受地形地貌特征、土地利用/覆蓋和環境資源稟賦制約的特點。與此同時也呈現了鄭州市經濟的空間發展特征，西部市縣由于礦產資源豐富成為鄭州市主要的能源工業基地，與此相反東部的黃淮平原地區則因為地形平坦、土壤肥沃而成為重要的糧食生產基地。

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

區域土地資源承載力的空間異質性是整個土地資源系統固有的性質，但其時空格局的變化往往通過人類的經濟社會活動表現出來。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，對提升區域土地資源承載力起到促進作用。在制定國土規劃和經濟社會發展戰略時，可將3種土地資源承載力進行對比分析，農業生態區域法能夠預測耕地承載力上限；生態承載力則體現人類經濟社會發展帶給區域自然生態系統的影響程度和壓力大小，反映城市的可持續發展狀態；基于城市基本生活空間得到的建設用地承載力是區域經濟發展條件下城市建設用地能夠容納的合理人口規模。

4 結論

區域土地資源承載力研究可為地區經濟社會的持續發展和合理利用土地資源提供依據。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濟、資源環境的相互作用，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域經濟社會可持續發展評價方法均還需要不斷完善。

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