基于土地綜合承載力的西安市適度人口測度

范晨輝, 馬蓓蓓, 薛東前

(陜西師范大學 旅游與環境學院， 陜西 西安 710062)

基于土地綜合承載力的西安市適度人口測度

范晨輝, 馬蓓蓓, 薛東前

(陜西師范大學 旅游與環境學院， 陜西 西安 710062)

摘要：[目的] 測度和分析西安市2001—2011年的適度人口及其變化情況,探討人口承載力變化的特征與原因,提出優化對策。[方法] 食品承載力模型、生態足跡模型、改進的經濟承載力模型和改進的綜合承載力模型。[結果] 2001—2011年,西安市的適度人口數量及結構呈現出階段性變化;2004年開始,西安市人口承載赤字一直存在,并在經歷一個快速增長階段后出現緩和趨勢;西安市經濟人口承載力較強,而食品和生態人口承載力不足。[結論] 提高區域綜合承載力,土地承載是基礎,經濟承載是關鍵,生態承載是限制。

關鍵詞：土地綜合承載力; 適度人口; 人口承載赤字; 西安市

土地承載力是指在不同的時間尺度上，以可預見的技術、經濟和社會發展水平及與此相適應的物質生活水準為依據，一個國家或地區利用其自身的土地資源所能持續穩定供養的人口數量[1]。而適度人口，一般是指在一定目標和條件下區域能夠供養的最優人口數量，其規模取決于區域各種自然、經濟承載力和區域人口對這些承載力的需求水平之間的平衡[2]。

土地資源承載力與適度人口之間有著天然的聯系，從1948年William Vogt首先提出土地承載力的概念開始，土地承載力就以可承載人口的數量作為衡量標準[3]。最初的研究基本是圍繞耕地—食物—人口展開[4-6]，此后土地承載力和適度人口的內涵得到多次擴展，研究內容擴展到自然資源、經濟水平和生態等[7-15]。現在多數學者開始更多地從綜合的視角研究土地所能承載的適度人口。在研究方法上也不斷創新，ECCO數學模型及系統動力學的仿真方法都被應用到土地承載力的研究之中[16]。

隨著西部大開發政策的持續推進，西安市的社會經濟高速發展，區域環境變化顯著，由此引發的快速城市化過程中的土地承載力演變特征和規律是一個值得研究的問題。以往對西安土地承載力的研究多采用生態足跡法[7,17]，不能全面反映西安市的現實土地承載問題。本文通過改進的土地綜合承載力模型對西安市的適度人口進行研究，以便更全面科學地呈現西安市在快速城市化進程中的土地承載特征，并為未來西安市及類似區域的土地利用、城市化戰略等決策提供參考依據。

1研究方法

1.1　區域糧食人口承載力測算

食品是維持人類生存的基本保障。工業化和城市化帶來的耕地萎縮，促使保障食品安全成為最重要的國家命題之一。區域食品人口承載力計算公式為：

(1)

式中：Cri——區域食品可承載人口；G——耕地總面積；Wj——人均食品消費量；Ij——某作物單位面積產量；Kj——某作物復種指數。

1.2　區域經濟人口承載力測算

經濟發展水平的高低不止表現為地區絕對的經濟總量，而更多地表現為相對于其他地區的發展程度。所以，經濟人口承載力也不應局限于絕對經濟量的承載能力，而更應該是一個相對的概念。2000年黃寧生等人較早提出了相對承載力的概念，即“以比具體研究區更大的一個或數個區域(參照區)作為對比標準，根據參照區的人均資源擁有量或消費量、研究區的資源存量，計算出研究區域的各類相對資源承載力”[8]。此后，李澤紅等對相對資源承載力模型進行了改進[9]。在此，本文參考其思路設計出區域經濟人口承載力模型，計算公式為：

(2)

式中：Cre——區域經濟可承載人口；Cic——收入水平可承載人口；Ccs——消費水平可承載人口；Cgd——國內生產總值(GDP)可承載人口。其計算公式分別如下：

Cic=Pc×Qc/Qca+Pr×Qr/Qra

(3)

Ccs=Pc×Nc/Nca+Pr×Nr/Nra

(4)

Cgd=P×Mx/Mc

(5)

式中：Pc，Qc，Pr，Qr，Nc，Nr，Mx——區域的城鎮人口數量、城鎮居民收入水平、農村人口數量、農村居民收入水平、城鎮居民消費水平、農村居民消費水平和GDP；Qca，Qra，Nca，Nra，P，Mc——全國城鎮居民收入水平、農村居民收入水平、城鎮居民消費水平、農村居民消費水平、人口數量和GDP。

1.3　區域生態人口承載力測算

生態足跡指標是通過測定人類為維持自身生存而利用自然的量來評估人類對生態系統的影響。因此，可以將任何已知人口的生態足跡表述為生產這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需要的生物生產土地的總面積和水域面積[10]。生態足跡通過跟蹤人類利用的多數消費品和產生的大部分廢棄物，估算生產和維持這些消費品和資源以及消化廢棄物所需要的生物生產性土地面積，并利用均衡因子將之轉化為相應的生物生產性空間。在生態足跡方法中，生態承載力是指一個區域實際提供給人類的所有生物生產土地面積(包括水域)的總和[11]。該定義實現了用同一指標(生物生產土地面積)來表示和評價生態足跡和生態承載力，使生態承載力與生態足跡具有可比性。所以本文選取生態足跡法來測度區域生態可承載人口，計算公式為：

Cra=Oa/La

(6)

式中：Cra——區域生態可承載人口；Oa——區域生態承載力；La——區域人均生態足跡。其中區域人均生態足跡的計算模型為：

(7)

式中：Ci——第i種商品的人均消費量；Pi——第i種消費商品的平均生產能力；i——消費商品和投入的類型；Rj——均衡因子。

區域生態總承載力計算模型為：

(8)

式中：AAj——不同類型的生態生產性土地面積； EQj——均衡因子； YFj——不同類型生態生產性土地產量調整系數，即產量因子。

1.4　區域適度人口測算

迄今為止，綜合人口承載力測算方法尚不成熟，目前普遍采用的是加權線性和法[8，12]，計算公式為Cs=W1Cri+W2Cre+W3Cra，其中：W1，W2，W3分別為食品、經濟和生態人口承載力的權重。現有模型最大缺陷在于權重確定的隨意性，忽視了不同因素之間的匹配關系，從而影響了模型的科學性。基于此，本文對土地綜合承載力模型進行了改進，改進后的模型表示為：

(9)

相比加權線性和模型，改進后的模型避免了權重的使用，同時一定程度上考慮了資源之間的匹配關系。例如，加權線性和法往往取W1=W2=W3=1/3，即CS=1/3(Cri+Crs+Cra)≥(Cri×Crs×Cra)1/3，當且僅當Cri=Crs=Cra時取等號。也就是說，當食品承載力、經濟承載力和生態承載力相等時，改進后的模型與加權模型計算的值才相等；而當土地、經濟和生態資源匹配性較差時，改進后的模型計算的理論值往往小于加權模型計算的值，這說明改進后的模型對資源的匹配性要求更高。

2結果與分析

本文利用《中國統計年鑒》(2002—2012)、《西安市統計年鑒》(2002—2012)以及《中國農業統計年鑒》的數據，分別對西安市2001—2011年的食品承載人口、經濟承載人口和生態承載人口進行了測算，在此基礎上得出西安市適度人口。復種指數根據西安市歷年種植情況計算得到。計算方法為年內農作物播種面積與耕地面積之比。近年來城鎮居民在外用餐增加而其消費量并未相應計入統計。人口赤字指區域的實際人口超過區域的可承載人口。

2.1　西安市食品人口承載力

食品可承載人口根據西安2001—2011年的人均需要食物標準、農作物單產、復種指數、耕地面積等數據計算得出。其中人均需要食物標準依照動物所需飼料將肉禽類及其制品的消費量按照一定比例轉換為糧食，本文采用周道瑋2013年提出的轉化比，即豬肉6，牛羊肉2，禽肉4，蛋類2，水產品0.8，奶類0.5[18]。西安市作物復種指數以1.87計算；工業、種子、儲運損耗按人均用糧的12%計[19]。

2001—2011年西安市實際人口均超過食品可承載的人口，超載人口的數量總體上呈現出先增加再減少的趨勢(表1)。由于西安市城市化水平較高，耕地較少，人均耕地面積更是常年只有全國平均水平的35%左右，故西安市歷年均表現出食品承載力不足。超載人口也呈現出一定的階段性特征，2001—2008年，人均糧食需求量的增加及耕地面積的持續減少使得超載人口持續增加；而2008年后超載人口的減少趨勢得益于土地整理和耕地保護的加強、耕地面積減速放緩以及單產提高。

上述結論的得出是建立在封閉系統的西安市域范圍內，未考慮區際間的流通。事實上，任何一個區域都是在一個相對開放的環境下發展，這樣才能保證物質和能量的交換，因此，當在一個相對開放條件的環境下，區域內土地食品承載力不足的問題將在很大程度上得以解決。把區域作為封閉系統來研究其土地資源承載力，只是暫時解決問題的一個方法，而對于開放系統中的土地資源承載力研究還需要大大加強。

表1　西安市2001-2011年食品人口承載力

西安市食品人口承載力表現出有所提升趨勢的一個主要原因是人均糧食消費量減少。人均糧食消費量減少的主要原因是本文在折算過程中只包括了口糧、豬肉、牛羊肉、禽肉、蛋類、水產品、奶類7種(類)，而隨著居民的食品消費更加個性化多樣化以及外出用餐次數增多，折算后的糧食消費要小于實際消費量，食品承載力可能并不容樂觀。在耕地面積不斷減少而人口不斷增加的大背景下，食品的承載能力不足更應該得到應有的重視。如果不對人口的增長和耕地的減少加以控制，將會威脅到未來地區的糧食安全。

2.2　西安市經濟人口承載力

通過計算2001—2011年期間西安市居民收支和GDP的承載能力，并作幾何平均，得到了西安市經濟人口承載力(表2)。從表2可以看出，2001—2011年，西安市經濟人口承載能力較強，未出現人口超載狀況。其中2001—2007年經濟人口承載盈余處于穩定水平，約50萬人左右；從2007開始，經濟人口承載能力出現大幅增長，人口承載盈余也快速增長，達到實際人口的30.45%。究其原因，西安市的經濟發展水平一直高于全國平均水平，且2007年前經濟增速與全國平均水平相仿；自2007年起西安市的經濟發展速度持續快速增長。從貢獻率來看，雖然GDP對經濟人口承載力的貢獻率最大，達到35.49%，但是自2008年起的承載盈余的大幅增長卻更多地得益于居民收入和消費水平的大幅提高，收入和消費對人口承載力增長的貢獻率分別達到38.67%和34.61%。

表2　西安市2001-2011年經濟人口承載力　　　萬人

2.3　西安市生態人口承載力

本文均衡因子的確定參考了Lenin和Murray的指標，確定耕地和建筑用地2.8，森林1.1，草地0.5，水域0.2[13]，產量因子采用中國耕地、林地、草地、水域、建設用地的平均值，分別為1.66，0.91，0.19，1.66，1[14]。生物資源消費主要包括農產品、林產品、動物產品以及水產品等，能源消費部分包括煤、原油、柴油、汽油、天然氣、熱能、電力等。生態足跡扣除12%的面積用于生物多樣性保護[15]。

2001—2011年西安市生態人口承載力不斷下降，從2004年開始人口出現超載，且超載人口數量逐年增加(表3)。2001—2011年西安市的生態承載力雖有小幅上升，但與人均生態足跡的增加相比增幅有限，這也導致西安市生態可承載人口大幅下降，人口對生態的壓力逐漸增大。西安市生態人口超載的根本原因是人均生態足跡的增加。把人均生態足跡分解來看，能源消費的人均生態足跡一直占絕對主導地位，而且主導地位不斷加強；而生物資源消費的人均生態足跡雖然有所減少，但由于其所占比重過小，對增加土地承載力的作用有限。能源消費的人均生態足跡的增加主要來自與煤炭和原油消費量的急速增長，人均煤炭和石油的消費量在2001—2011年分別增長了139%和240%。

表3　西安市2001-2011年生態人口承載力

2.4　基于土地綜合承載力的西安市適度人口測度

綜合西安市食品、經濟和生態的人口承載力，得出西安市的適度人口(圖1)。2001—2011西安市的適度人口以2007年為界經歷了一個先下降再增長的過程，而實際人口一直處于增長狀態。西安市從2004年開始實際人口超過適度人口，出現人口承載赤字，以2007年為界，人口承載赤字先持續上升再波動下降。

圖1　西安市2001-2011年人口變化趨勢

從西安市適度人口的構成來看，經濟承載人口比重最大，而生態和食品人口承載能力不足。經濟、食品和生態人口承載力對適度人口的年均貢獻率分別為38.60%，29.09%和32.31%。分年份來看，2001年經濟、食品和生態人口承載力對適度人口的貢獻率分別為32.39%，26.87%和40.74%；此后經濟人口承載力貢獻率不斷提高，食品人口承載力保持相對平穩，而生態人口承載力貢獻率不斷降低；至2011年，經濟人口承載力貢獻率達到43.80%，而生態承載力的貢獻率降為最低，只有25.42%。

從西安市食品、經濟和生態人口承載力的變化趨勢看，西安市經濟承載力不斷上升，食品承載力呈現出上升趨勢，而生態承載力卻不斷下降。西安市超載人口先上升再下降，表明2007年前西安市由于經濟發展使承載人口增加的能力被生態環境破壞所蠶食；2007年后情況開始好轉，經濟發展向良性發展軌道邁進，但是生態承載力的持續下降及人口赤字的持續存在突顯出西安市生態承載能力的不足，表明西安市經濟發展可持續性依舊較差，是以耗竭自身的自然資源為基礎的。

分析西安市長期存在人口赤字的原因，一是西安市城市化率較高，但是城市人口密度卻較低，西安市的人口密度不僅大大低于京滬廣深等東部城市，而且低于成都、重慶、武漢等中西部同級城市，這導致相同的人口會占據更多的城市建成區；二是隨著工業化和城市化進程的加快，開發強度的加大和化石燃料的消費不斷增加促使了人均生態足跡的快速增加，使得生態人口承載力持續弱化；三是區域實際人口的不斷增加，2001—2011年西安市實際人口增加了96.99萬人，年均增長率達到11.95‰，是同期全國人口年均增長率4.94‰的2.4倍。

3結 論

(1) 2001—2011年，西安市的適度人口數量及結構呈現出階段性變化。2007年以前適度人口不斷減少，2007年后適度人口呈現波動增長趨勢；西安適度人口的構成結構由“生態人口承載力>經濟人口承載力>食品人口承載力”變為“經濟人口承載力>生態人口承載力>食品人口承載力”再變為“經濟人口承載力>食品人口承載力>生態人口承載力”。

(2) 2004年開始，西安市人口承載赤字一直存在，并在經歷一個快速增長階段后出現緩和趨勢。人口赤字出現的最主要原因是人均生態足跡增加引起的生態人口承載力不足。這說明西安市人口、資源與環境已處于一種不協調狀態。

(3) 要實現西安市的可持續發展，必須繼續推進經濟發展方式的轉變，促使經濟發展與資源環境系統的生產能力和供養能力相互協調；持續推進城市化進程并提高建設用地的利用效率，提高城市容積率；嚴格控制人口增長，尤其是人口的自然增長；開發和采用先進科學技術，提高資源的利用效率，提高土地的綜合承載能力。

(4) 西安要在2020實現建設“擁有1000萬人口的國際化大都市圈”的宏偉目標，必須提高區域的綜合承載力。其中，土地承載是基礎，經濟承載是關鍵，生態承載是限制。

[參考文獻]

[1]石玉林,陳百明.中國土地資源生產能力及人口承載量研究[M].北京:中國人民大學出版社,1991.

[2]彭希哲,劉宇輝.生態足跡與區域生態適度人口:以西部12省市為例[J].市場與人口分析,2004,10(4):9-15.

[3]Vogt W. Road to survival[J]. Soil Science, 1949,67(1):75.

[4]FAO. Potential population supporting capacities of lands in the developing world[M]. Roma: Food and Agriculture Organization of the United Nations, 1982.

[5]Millington R, Gifford R. Energy and how we live[C]∥Australian UNESCO Seminar, Committee for Man and Biosphere.1973.

[6]宋建,孫以萍.從食品資源看我國現代化后所能養育的最高人口數[J].人口與經濟, 1981(2):2-10.

[7]王建洪,任志遠,蘇雅麗.基于生態足跡的1997—2009年西安市土地生態承載力評價[J].干旱地區農業研究,2012,30(1):224-229.

[8]黃寧生,匡耀求.廣東相對資源承載力與可持續發展問題[J].經濟地理,2000,20(2):52-56.

[9]李澤紅,董鎖成,湯尚穎.相對資源承載力模型的改進及其實證分析[J].資源科學,2008,30(9):1336-1342.

[10]張志強,徐中民.生態足跡的概念及計算模型[J].生態經濟,2000(10):8-10.

[11]岳東霞,李自珍,惠蒼.甘肅省生態足跡和生態承載力發展趨勢研究[J].西北植物學報,2004,24(3):454-463.

[12]韓書成,濮勵杰.江蘇土地綜合承載能力空間分異研究[J].水土保持通報,2009,29(5):146-150.

[13]Lenzen M, Murray S A. A modified ecological footprint method and its application to Australia[J]. Ecological Economics, 2001,37(2):229-255.

[14]Wackernagel M, Onisto L, Bello P, et al. National natural capital accounting with the ecological footprint concept[J]. Ecological Economics, 1999,29(3):375-390.

[15]徐中民,張志強,程國棟.甘肅省1998 年生態足跡計算與分析[J].地理學報,2000,55(5):607-616.

[16]Meadows D H, Goldsmith E I, Meadow P. The limits to growth[M]. London: Earth Island Limited, 1972.

[17]王建洪,任志遠,蘇雅麗.西安市土地承載力定量評價與動態分析[J].水土保持通報,2012,32(2):233-236.

[18]周道瑋,劉華偉,孫海霞,等.中國肉品供給安全及其生產保障途徑[J].中國科學院院刊,2013,28(6):733-739.

[19]李波,張俊飚,李海鵬.我國中長期糧食需求分析及預測[J].中國稻米,2008(3):23-25.

Optimum Population Measure on Basis of Land Comprehensive Carrying Capacity in Xi’an City

FAN Chenhui, MA Beibei, XUE Dongqian

(CollegeofTourismandEnvironment,ShaanxiNormalUniversity,Xi’an,Shaanxi710062,China)

Abstract：[Objective] Measure and analyze the optimum population of Xi’an City from 2001 to 2011, in order to discuss the characteristics and the cause of the change in the population carrying capacity, and to put forward the optimization countermeasures.[Methods] Four models, which are food carrying capacity, ecological footprint, improved economy carrying capacity and improved comprehensive carrying capacity were used.[Results] The population size and structure of Xi’an City presented periodic characteristics in different phases from 2001 to 2011. Since 2004, population carrying deficit has always existed, and with this situation, the trend of it became smooth after a rapid growth stage. The economy carrying capacity of Xi’an City was stronger, however, the food and ecological population carrying capacity was insufficient.[Conclusion] In the process of improving the area comprehensive carrying capacity of Xi’an City, the land carrying capacity is the base, the economy carrying capacity is the key point, and the ecology carrying capacity is the limitation.

Keywords:land comprehensive carrying capacity; optimum population; population carrying deficit; Xi’an City

文獻標識碼：B

文章編號：1000-288X(2015)01-0205-05

中圖分類號：K901.3

通信作者：馬蓓蓓(1983—)，女(漢族),河南省信陽市人,博士,副教授,主要從事城市化與區域資源環境研究。E-mail:mabb@snnu.edu.cn。

收稿日期：2014-02-21修回日期：2014-03-03

資助項目：國家自然科學基金項目“轉型期西安市新城市貧困的時空分異與效益評價研究”(41171142); 國家自然科學基金青年項目“文化產業空間集聚及其與城市微觀功能格局的耦合規律研究：以西安市為例”(41301170)

第一作者：范晨輝(1990—),男(漢族),河北省衡水市人,碩士研究生,研究方向為城市與區域發展。E-mail:fanchenhui1990@163.com。