基于江川區GIS的資源環境承載力評價

劉國徽，甘 淑，呂思思(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

基于江川區GIS的資源環境承載力評價

劉國徽，甘 淑，呂思思
(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

資源與環境是人類社會生存與發展的基礎。隨著社會經濟的發展，資源消耗和環境需求也不段增加，資源短缺和環境問題也日益突出。經過不斷研究，資源環境承載力逐步成為對某一區域發展限制程度的描述。本文運用GIS軟件，利用第二次全國土地調查數據和土地利用總體規劃數據及其江川區統計年鑒，對江川區在一定的社會、經濟和生態環境條件下，考慮江川區區域資源生態綜合限制性的基礎上，分析評估其所能承受的人口數量和經濟社會活動總量的能力。分析結果表明，江川區資源環境承載力中等的區域面積有53 233.49 hm2，占全區土地總面積的65.91%，主要分布在大街街道、江城鎮、九溪鎮、安化鄉和雄關鄉。江川區資源環境承載力較低的區域面積有17 081.02 hm2，占全區土地總面積的21.15%，主要分布在前衛鎮和路居鎮。

GIS； 資源環境承載力； 評價； 江川區

資源環境承載力是一個綜合性概念[1]，是指在一定的時期和一定的空間區域范圍內，在維持區域資源結構符合可持續發展需要，區域環境功能仍具有維持其穩態效應能力的條件下，區域資源環境系統所能承載的人口數量和社會經濟活動總量的能力[2]。它從本質上反映了資源、環境與人類經濟活動之間的辯證影響關系，建立了社會系統、環境系統與經濟之間的紐帶，為經濟與環境協調發展，提供理論依據[3]。

1 研究區概況與資源環境現狀

1.1研究區概況

江川區位于云南中部偏東，地跨102°35′～102°55′E，24°12′～24°32′N，地處滇中高原湖盆區，由湖泊、盆地、中低山脈組成，四周高、中部低，西部九溪略向玉溪傾斜。江川區屬中亞熱帶半濕潤高原季風氣候區，四季如春干濕季分明。區境內還轄有全國第二大淡水深水湖泊撫仙湖。本文所用數據來源于江川區全國第二次土地調查數據和2006—2020年土地利用總體規劃及其江川區統計年鑒。研究ArcGIS10.1地理信息平臺對相應的數據進行分析。

1.2區域資源現狀

1.2.1 水資源

根據《玉溪市水資源公報2013年》數據，2013年江川區水資源總量為0.8523億m3，平均產水模數10.6萬m3·km-2，人均水資源量300 m3。人均水資源量低于國際公認的人均1 000 m3的缺水警戒線，缺水嚴重。

1.2.2 土地資源

根據2013年江川區土地變更調查數據，江川區土地總面積80 764.43 hm2，其中農用地面積為61 699.48 hm2，占土地總面積的76.39%；建設用地面積4 791.67 hm2，占土地總面積的5.93%；其他土地面積14 273.28 hm2，占土地總面積的17.67%。土地利用以農用地為主。

1.2.3 生物資源

江川區植被主要以草地、灌叢、針葉林等次生植被為主，現階段分布面積最大的是云南松、華山松、針葉林，其次是禾草灌叢及石灰巖灌叢；森林植被垂直分布規律明顯，分為暖溫性植被、溫涼性植被、冷涼性植被3種類型。存在森林資源人均占有量少，分布不均的特點，多分布于湖盆邊緣山區，“兩湖”面山森林植被少，覆蓋率低。

1.3區域環境現狀

撫仙湖流域內人口稠密，村莊密集，產業結構不合理，屬傳統農業區，森林植被覆蓋率低，生態環境脆弱，流域污染負荷排放量大幅上升，入湖污染負荷大幅增加，主要污染因子是N、P，已超出Ⅰ類水標準的水環境承載力，沿岸局部水域污染嚴重，總體已處于臨近Ⅱ類水的危險邊緣。

1.4人口規模預測

采用2009—2013年《江川縣統計年鑒》人口規模數據，綜合預測江川區2020年人口規模，再通過比較分析，確定2020年人口規模。

1.4.1 綜合增長率法

參考歷年自然增長率及機械增長率，確定預測期內的年平均綜合增長率，再根據對應的公式預測出目標年的人口規模。

Pn=P0×[1+(α+β)]n。

式中：Pn為預測末期總人口數(2020年)；P0為基期總人口數(2013年)；α為自然增長率；β為機械增長率；α+β為綜合增長率；n為預測年限。

預測結果。根據《江川縣統計年鑒》數據，江川區2009年總人口數為273 211人，2013年總人口276 657人，計算得到2009—2013年的綜合增長率為31.4%。隨著江川區撤縣設區發展定位的轉變、計劃生育政策的適度放開，預計未來人口增長速度將略高于2009—2013年，適當調整綜合增長率，本專題綜合增長率采用51.4%預測2020年江川區總人口規模，結果為286 766人。

1.4.2 線性回歸模型法

本專題采用一元線性回歸模型預測人口增長，通過對2009—2013年江川區人口數據進行分析，建立預測模型(圖1)，y=905.80x+272 114.00(其中x為年份順序)，該模型的擬合優度較高(R2=0.98)。

圖1 人口增長預測模型

根據以上模型計算出2020年江川區總人口為282 984人。通過綜合對比分析，結合江川區未來經濟社會發展處于加快的趨勢，考慮計劃生育政策的適度放開等方面，采用2種方法預測的平均值，即江川區2020年總人口預計為284 875人。

2 主要承載力評價

2.1資源承載力

2.1.1 耕地資源承載力計算方法

采用糧食指數衡量江川區的耕地資源承載力。計算公式：

式中：R為耕地資源的承載力，即為耕地資源所能承載的人口數量(人)；G為耕地面積(667 m2)；S為667 m2區域糧食單產(kg)；k為復種指數(%)；P為人均糧食消費標準(kg·人-1)。

2.1.2 農村生活空間承載力評價

農村生活空間承載力計算公式：

式中：R為農村生活空間承載力，即為農村居民點用地所能承載的農村人口數量(人)；N為農村居民點用地面積(hm2)；P為人均農村居民點用地標準(m2·人-1)。

根據江川縣土地利用總體規劃(2010—2020年)目標數據，確定2020年江川區農村居民點用地面積為2 176.18 hm2，結合人均農村居民點用地(140 m2·人-1)的標準，計算出2020年農村生活空間承載力為155 441人，再結合前文預測的2020年江川區農村人口135 157人，通過比較得到，到2020年江川區農村生活空間承載力能承載2020年預測農村人口(表1)。鄉鎮中，除前衛鎮和路居鎮2020年農村生活空間承載力不能承載2020年農村人口外，其余鄉鎮2020年農村生活空間承載力均能承載2020年農村人口。

表1 江川區2020年農村生活空間承載力潛力分析

2.1.3 水資源承載力評價

水資源承載力是指某一區域在特定歷史階段的特定技術和社會經濟發展水平下，以維護生態良性循環和可持續發展為前提，當地水資源系統可支撐的社會經濟活動規模和具有一定收獲水平的人口數量。

式中：R為水資源承載力，即為水資源所能承載的人口數量(人)；Q為水資源可用量(萬m3)；P為人均水資源量(m3·人-1)。

由于江川區水資源集中分布于撫仙湖和星云湖，分配到各鄉鎮(街道)的水資源量難以測算，因此本研究在不考慮調水等工程措施的前提下，利用江川區的平均產水模數測算各鄉鎮(街道)的水資源量。

各鄉鎮(街道)水資源量=平均產水模數×轄區面積

根據《玉溪市水資源公報2013年》數據，2013年江川區的水資源量為8 523萬m3，平均產水模數(10.6萬m3·km-2)。

2.2水環境評價

目前撫仙湖流域污染負荷產生量較大，污染物負荷量已經大大超過撫仙湖的I類水質的承載能力，對撫仙湖保持I類水質的目標極為不利；而近幾年星云湖水質呈不斷惡化趨勢，主要污染物呈顯著增加趨勢，水體透明度明顯降低。

2.3地質環境評價

本次地質環境承載力評價選取主要地質斷裂周邊500 m范圍參與評價，通過緩沖分析，江川區主要地質斷裂周邊500 m范圍面積為10 010.96 hm2，其中涉及主要地質斷裂周邊500 m范圍最大的鄉鎮為江城鎮，涉及主要地質斷裂周邊500 m范圍最小的鄉鎮為前衛鎮。

根據江川區主要地質斷裂周邊500 m范圍、地質災害中易發區和坡度≥25°的土地分布情況，重疊的面積只計入1次。以上3項面積相加得出江川區各鄉鎮受地質環境制約較大的土地面積。然后用江川區各鄉鎮(街道)受地質環境制約較大的土地面積除以其土地總面積，得到評價結果(表2)。

表2 江川區地質環境承載力評價

根據江川區地質環境承載力評價結果，其比例越高，表明受地質環境制約越大，地質環境承載能力越低。將評價值在0～20%的區域劃分為“高”承載力區域，將評價值在20%～40%的區域劃分為“較高”承載力區域，將評價值在40%～60%的區域劃分為“中等”承載力區域，將評價值在60%～80%的區域劃分為“較低”承載力區域，將評價值在80%～100%的區域劃分為“低”承載力區域。

將江川區各鄉鎮(街道)地質環境承載力評價結果值與評價值等級劃分標準進行比較，得到江川區各鄉鎮(街道)地質環境承載力評價等級結果(表3)。

表3 江川區環境承載力等級劃分結果

由上表可以看出，綜合來看江川區地質環境承載力為較高承載力，表明地質環境對于江川區的資源環境承載力制約相對不太大。從鄉鎮分布來看，處于中等承載水平以上。

2.4生態環境評價

按滿足一個人對氧氣的正常需要所需的平均綠地面積一般應不低于200 m2。據此推算，江川區2020年綠當量可以容納的人口規模的上限為2 609 824人，江川區生態環境承載力較好，能夠滿足現狀和未來到2020年的生態需求。

3 評價指標體系

3.1確定評價單元

目前，評價單元劃分方法主要有疊置法、地塊法、多邊形法和網格法等。評價單元的確定會影響到在評價中的應用價值和評價結果的精度。結合江川區實際情況，本文選取江川區各鄉鎮行政區為評價單元，江川區資源環境承載力評價共有7個評價單元。

3.2評價指標體系的構建

結合前文中的主要資源承載力評價，選取耕地資源承載力系數、農村生活空間承載力系數、耕地資源承載力指數反映江川區的資源情況，本文選取這五個指標作為資源環境承載力評價的資源條件指標。

3.3評價模型評價指標標準化

在資源環境承載力評價過程中，所涉及指標較多，而且每個指標的單位存在著一定差異，使得不能進行比較和分析，為了使評價結果具有準確性，因此需對指標的實際值進行標準化處理[4]，關于數據標準化的方法較多，每種方法各有其優缺點，選用不同的方法，結果也會有所差別。結合本文數據特征考慮，采用極差標準化的方法對原始數據進行標準化。

對于正趨向指標計算公式：

對于負趨向指標計算公式：

式中：Nij為指標標準化后的值；Mij為標準化前指標的原始值；max(Mi)為標準化前某指標的最大值；min(Mi)為標準化前某指標的最小值。

將計算得到的原始數據按照極差標準化的方法，運用正趨向和負趨向指標計算公式，將原始數據進行標準化處理，得到江川區資源環境承載力評價指標標準化結果(表4)。

表4 江川區資源環境承載力評價指標標準化

評價指標權重的確定。目前確定指標權重的方法大致分為兩類：主觀賦權法、客觀賦權法[4]。常用的主觀賦權法主要包括專家調查法、層次分析法[5]、二項系數法；常用的客觀賦權法主要包括主成分分析法[6]、熵值法[7]、多目標規劃法、離差及均方差決策法等。為了體現各指標在評價體系中的重要程度，本文按照AHP法的計算，得到各單項指標的權重(表5)。

表5 江川區資源環境承載力評價因子權重

3.4綜合評價值的求解

加權求和法是常用的綜合評價模型，并在實踐應用中得到檢驗或改進。本文采用線性加權求和函數法[4]，即將各級指數乘以各自權重，再進行1次求和，得出上一級綜合評價的指數值。

式中：LS為資源環境承載力；Ni為指標指數值；Wi為指標的權重；n為該級指標的項數。根據上式計算江川區資源環境承載力評價指標綜合分值結果(表6)。

表6 江川區資源環境承載力綜合評價分值結果

4 綜合評價結果

依據相關資料對區域資源環境承載力的研究，結合江川自身情況，對江川區資源環境承載力評價結果等級標準劃分。將綜合評價值在[0.8，1.0]的區域劃分為高承載力區域，將綜合評價值在[0.6，0.8]的區域劃分為較高承載力區域，將綜合評價值在[0.4，0.6]的區域劃分為中等承載力區域，將綜合評價值在[0.2，0.4]的區域劃分為較低承載力區域，將綜合評價值在[0，0.2]的區域劃分為低承載力區域。

將江川區各評價單元資源環境承載力綜合評價結果值與綜合評價值等級劃分標準進行比較，得到江川區各評價單元資源環境承載力綜合評價等級結果(表7)，江川區各評價單元資源環境承載力等級為中等和較低2個類型區。

表7 江川區資源環境承載力評價指標綜合分值及等級

根據所得數據，應用GIS分析功能，可得到江川區資源環境承載力綜合評價圖2。

圖2 江川區資源環境承載力綜合評價

5 小結

本文以江川區為例，利用GIS技術，通過分析資源現狀及對耕地承載力、農村生活空間承載力、地質環境承載力、坡度指數和生態空間承載力對江川區資源環境承載力的綜合評價顯示，資源環境承載力中等的區域面積有53 233.49 hm2，占全區土地總面積的65.91%，主要分布在大街街道、江城鎮、九溪鎮、安化鄉和雄關鄉；資源環境承載力較低的區域面積有17 081.02 hm2，占全區土地總面積的21.15%，主要分布在前衛鎮和路居鎮。

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(責任編輯：張瑞麟)

P237

：A

：0528- 9017(2017)09- 1633- 05

2017- 07- 06

劉國徽(1992—)，彝族，云南臨滄人，GIS與土地利用規劃方向在讀碩士,E- mail：786921527@qq.com。

文獻著錄格式：劉國徽，甘淑，呂思思. 基于江川區GIS的資源環境承載力評價[J].浙江農業科學，2017，58(9)：1633- 1637.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170943