長江三角洲地區資源環境承載力評價與分析

摘要：在全面推進長江三角洲一體化發展的關鍵時期，進行長江三角洲地區資源環境承載力評價，可為地區資源環境和經濟社會協調發展提供資源配置和空間優化的基本依據。在系統了解長江三角洲地區資源儲備、生態環境和社會發展狀況的前提下，分別從社會經濟、生態環境和水土資源3個層面選擇17個評價指標，完成資源環境承載力評價指標體系的構建。基于GIS技術，采用層次分析法和專家打分法得到各個指標的權重，通過線性加權求和法確立空間尺度的承載力評價模型，對長江三角洲地區資源環境承載力進行估算、等級劃分及空間特征分析。結果表明，2015年長江三角洲地區資源環境承載力在中東部的長三角城市群區域以較低、低等級為主，北部區域承載力以高等級為主，南部區域以較高、中等等級為主;受地形條件影響，平原農業區承載力高，山地、丘陵地區承載力以較高、中等為主。長江三角洲地區資源環境承載能力狀況不容樂觀，區域內資源、環境差異較大，部分地區資源環境承載力仍面臨較大壓力。加大生態環境保護和建設力度十分重要，以提高資源環境承載力水平。

關鍵詞：長江三角洲;評價指標;資源環境承載力;遙感與GIS

中圖分類號：F299.27;X24 " " " " 文獻標識碼：A

文章編號：0439-8114（2022）03-0047-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2022.03.010 開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Assessment and analysis of the carrying capacity of resources and environment

in Yangtze River Delta

ZHANG Xiang-wu1，2， ZHAO Xiao-li1， YI Ling1，ZHANG Zeng-xiang1，WANG Xiao1

（1.Aerospace Information Research Institute，Chinese Academy of Sciences，Beijing "100101，China; 2. University of Chinese Academy of Sciences，Beijing "100049，China）

Abstract：In the critical period of comprehensively promoting the integrated development of Yangtze River Delta，the evaluation of the carrying capacity of resources and environment in the Yangtze River Delta can provide the basic basis for resource allocation and spatial optimization for the coordinated development of regional resources， environment and economy. Based on a comprehensive understanding of the resource reserve， ecological environment and social development in the Yangtze River Delta region， 17 evaluation indexes were selected from the three levels of social economy， ecological environment and water and soil resources respectively to complete the construction of the evaluation index system of resource and environment carrying capacity. Based on GIS technology， AHP and expert scoring method were used to get the weight of each index and the linear weighting method was adopted with the method of sum， the evaluation model of resources and environment carrying capacity based on spatial scale was established， and the resource and environment carrying capacity of Yangtze River Delta was estimated， classified and analyzed. The results showed that the resources and environment carrying capacity of the Yangtze River Delta region in the middle and east of the Yangtze River Delta urban agglomeration was mainly low and low grade in 2015， the northern region was mainly high-grade， and the southern region was mainly high and medium grade; Affected by the terrain conditions， the value of plain agricultural area was high， and that of mountainous and hilly areas was mainly high and medium. The carrying capacity of resources and environment in the Yangtze River Delta was not optimistic. There were great differences in resources and environment in the region， and some areas were still facing greater pressure. It was very important to strengthen the protection and construction of ecological environment to improve the carrying capacity of resources and environment.

Key words： Yangtze River Delta; evaluation index; resource and environment carrying capacity; remote sensing and GIS

自然資源和生態環境是人類生存的基礎，是社會經濟持續發展的關鍵前提[1]。資源環境承載力是指在自然生態環境不受危害并維系良好生態系統前提下，一定國土空間內資源、環境、生態、災害等資源環境要素對人類活動的綜合支撐水平[2]，具有綜合性、系統性[3]。

資源環境承載力作為社會和自然環境平衡發展的重要依據之一，將社會環境和經濟系統相互銜接[4]。隨著人類對自然環境、資源儲備等情況認知的不斷加深，對資源環境承載力估算和分析逐漸成為綜合管理資源環境系統和推進社會不斷發展的重要方法之一[5]。

資源環境承載力研究發展經歷了資源環境單要素承載力研究到資源環境綜合承載力研究，以及利用統計方法的以行政單元為最小單元的研究到基于GIS的格網化研究。已有許多學者在資源環境承載力評價領域做了研究，主要圍繞資源環境承載力評價指標體系構建、資源環境承載力評價模型展開相關研究。王學軍[6]從自然、社會、經濟3個層面就中國省、市（區）的地理環境承載潛力進行了評判;洪陽等[7]探討了環境承載力的概念和模型，將環境承載力指標體系分解為自然資源支持力、環境生產支持力和社會經濟技術水平3類指標;劉寅等[8]以四川省瀘州市為例，采用空間模糊綜合評價方法研究瀘州市資源環境承載力的分布特點;歐弢等[9]以云南省永德縣為例，基于GIS空間分析技術支持，采用均方差決策分析法分別計算和預估了研究區2013年和2020年的綜合承載力。但目前針對資源環境承載力的研究大多集中在省市縣域范圍內，針對多個省市的自然地理區域開展研究較少;以行政單元為最小單元的研究居多;且針對資源環境承載力時空變化特征分析較少。

長江三角洲位于中國大陸東部沿海的長江下游地區。包括上海市、江蘇省、浙江省、安徽省，區域面積為35.8×104 km2。長江三角洲地區礦產資源豐富，生態系統類型復雜，地表覆蓋多樣。同時，作為中國經濟實力最強的經濟區域，長江三角洲人口密度較大，人地矛盾突出，據統計2015年區域內人均土地面積僅1 591.11 m2，不足全國水平的1/4。近年來隨著社會經濟的快速發展，區域城鎮化加速，人口逐漸向經濟發達的大城市集中;隨著人們生活水平的提高，加劇了資源的消耗，一些生產建設活動的不科學性導致了局部自然環境惡化，區域內生態環境系統的壓力日益增強。已有研究證明，對區域資源環境承載力評價研究有助于為地區可持續發展戰略及發展規劃的制定提供理論依據[10-12]。

因此，本研究根據長江三角洲地區自然地理稟賦條件、社會經濟發展狀況等條件以及資源儲備狀況，選擇合適的評價指標，采用層次分析法結合區域條件得到各個指標指數和權重，通過線性加權求和法確立空間尺度的承載力評價模型，完成資源環境承載力評價和分析。研究區域方面，打破資源環境承載力評價研究較為集中的單一省市域范圍，就長江三角洲地區開展研究。評價指標方面，引入農田生產潛力指標增強農業資源方面的刻畫，引入地質災害高易發率指標增強地質條件方面的刻畫，引入三產占比、地均GDP等指標增強經濟條件的刻畫。采用1∶10萬土地利用數據進行評價指標的網格化，能夠更為精準地展現資源環境承載力在空間上的分布狀態與差異，借助GIS便捷的空間分析能力處理數據獲取新數據，利于后續對空間數據的分析和研究，能夠更為精準地展現資源環境承載力在空間上的分布狀態與差異[13]。故采用網格化方法，應用GIS技術結合統計分析，對長江三角洲地區資源環境承載力空間分布特征進行定量研究，為長江三角洲地區可持續發展戰略提供科學的理論依據和決策支撐。

1 數據與方法

1.1 研究區概況與數據源

1.1.1 研究區概況 長江三角洲地區包括上海市、江蘇省、浙江省、安徽省（根據國務院2019年批準的《長江三角洲區域一體化發展規劃綱要》），區域面積為35.8×104 km2，其地理位置處于北緯27°12′—35°20′，東經114°54′—122°12′。長江三角洲主要為亞熱帶季風氣候，夏季高溫多雨，雨熱同期，年均氣溫為16 ℃左右，年均降雨量為1 166 mm;區域內河湖眾多，水網密布，水資源豐富，多年平均水資源量為537.79×108 m3。地貌上北部、中部以平原為主，南部地區多為丘陵、山地。

1.1.2 數據源與預處理 研究時段為2015年，所用數據為土地利用專題數據、MOD13A3數據和社會經濟數據。

土地利用專題數據來自中國科學院空天信息創新研究院等單位利用遙感監測方法構建的1∶10萬比例尺長時序中國土地利用柵格數據[14]（1 km× " " 1 km柵格數據，2015年）。通過中國科學院資源環境科學數據中心收集得到社會經濟數據中的中國GDP空間分布公里格網數據集（1 km格網，2015年）、中國人口空間分布公里格網數據集（1 km格網，2015年）、中國地質災害點空間分布數據（1 km格網，2015年）、中國地震災害點空間分布等數據 （1 km格網，2015年）。社會經濟類數據中關于人口、經濟類指標數據均源于2015年中國及長江三角洲地區各省及地級市統計年鑒[15]。研究區歸一化植被指數數據通過MOD13A3數據（1 km格網，2015年每月一幅）計算得到。

投影：采用雙標準緯線等面積割圓錐投影。采用全國統一的中央經線和雙標準緯線，中央經線為東經105°，雙標準緯線為北緯25°和北緯47°。所采用的橢球體是KRASOVSKY橢球體。

對于社會經濟類的統計數據先統一錄入數據庫，然后在GIS軟件支持下，完成按地級市單位與行政區劃矢量數據屬性庫的關聯，實現統計數據的空間數據化，為后續定量評價做好數據準備工作。

1.2 研究方法

1.2.1 評價指標體系構建 在資源環境承載力評價中，評價指標的選取對評價結果影響很大[16]。目前全球還未構建國際通用的評價系統刻畫評價指標以估算研究區資源環境承載力[17]。評價指標體系構建在承載力評價中十分關鍵，合適的評價指標體系可以有效提高承載力估算的精度。空間上，合理的評價指標體系更利于承載力區域分布分析[18]。評價指標體系的建立依據功能性、綜合性、代表性、層次性、可操作性等原則[19]。根據長江三角洲地區自然地理稟賦條件、社會經濟發展狀況等人文條件以及資源儲備狀況，深入探究與資源環境承載力相關的密切因素，分別從水土資源、生態環境和社會經濟3個子系統選取17個評價指標因子，綜合評價長江三角洲地區資源環境承載力情況。

1）水土資源子系統。水土資源子系統選取人均水資源量、耕地有效灌溉率、農田生產潛力、國土開發強度、年降水量、人均耕地面積等指標。人均水資源量為某地方某時段每個人的平均水資源量，代表了人口和水資源之間的壓力，數值越大，對承載力限制越低。耕地有效灌溉率代表在耕地中水資源的貢獻，數值越大，體現了地區內農作物生長狀況越好，承載能力越強。農田生產潛力是表征耕地在現有農業技術環境下最大的生產能力，采用耕地分布、土壤、高程等數據得到，數值越大，資源和環境承載能力就越大。國土開發強度為區域內土地總面積中建設用地的比例，數值越大，資源環境承載能力越低。年降水量是地區氣候重要指標之一，區域年降水量越大，更利于人類的生產活動，承載能力越大。人均耕地面積指區域每個人占據的耕地面積，表示人和土地之間的壓力，數值越大，承載能力越強。

2）生態環境子系統。生態環境子系統選取生態用地面積比率、歸一化植被指數、單位面積廢水排放量、水資源化學需氧量、地質災害高易發率等指標。生態用地面積比率指的是生態用地占研究區域的比例大小，其值越高，說明地區的生態環境越好，資源環境承載力越高。歸一化植被指數（NDVI）可以體現出植物生長狀態，地區植物覆被程度展現了資源環境承載力水平，NDVI越大，資源環境承載力越大。單位面積廢水排放量反映污染水的數量，是土地綜合承載力評價的負向影響因子，即單位面積廢水排放量=廢水排放總量/區域土地面積，單位面積廢水排放量越高，環境污染更惡化，資源環境承載力越低。水資源化學需氧量是指需要通過化學方法氧化的還原性物質的量，數值越大，表征區域內水環境質量越低，資源環境承載能力就越低。地質災害高易發率表征地區內地質、地震災害的易發程度，通過對區域內地質災害點空間分布數據、地震災害點空間分布數據空間核密度值賦予不同權重疊加得到，地質災害高易發率越高，對于資源環境承載力的限制越大。

3）社會經濟子系統。社會經濟子系統選取人口密度、人口自然增長率、城鎮化水平、糧食單產、地均GDP、第三產業占GDP比重等指標。人口密度代表區域內人的稀疏程度，指單位面積的人數，值越大，資源環境承載力越大。人口自然增長率為一定時段人口增量在總人數中所占比例大小，代表人口增加的趨勢。城鎮化水平是判斷城市發展水平的指標，體現了區域經濟、社會水平，用區域內城市人口在區域總人口中占比表示，城鎮化水平越高，資源環境承載力越大。糧食單產指耕地中單位面積收獲的作物的均量，數值越大，資源環境承載力越高。地均GDP表征區域內單位面積產出的GDP均值，地均GDP代表區域經濟水平，體現區域內經濟聚集程度，數值越大，資源環境承載力越大。第三產業占GDP比重表征區域內經濟產出中其貢獻程度，數值越高，代表產業結構越好，資源環境承載力越高。

1.2.2 評價指標權重確定 資源環境承載力中評價指標的作用不同，故明確不同的評價指標占比十分關鍵。主觀賦值法為定性分析方法，就研究區域實際情況，相關專家根據專業知識儲備及經驗判斷指標權重，然后通過數學方法得到權重，如生態足跡法[20]、層次分析法[21]、模糊綜合評價法等[22]。本研究采用層次分析法將與決策有關的元素分解成目標、準則、方案等層次，在此基礎之上進行定性和定量分析，根據長江三角洲地區實際情況，將評價指標分為3個子系統，更有利于承載力評價;同時相關專家根據專業知識儲備及相關經驗判斷評價指標權重，具有很強的實效性。

通過層次分析法將各評價指標分級歸類;各評價指標根據當地實際情況，采用專家打分確定，且各指標權重之和為1。按照下式計算權重值。

[Wi=j=1nEijn] （1）

式中，[Wi]為第i項評價指標的權重;[Eij]為專家j對于第i項評價指標的打分;n為專家總數。參與打分的專家為資源環境遙感領域的專家，共計10人。通過打分情況，得出各評價指標權重值（表1）。

1.2.3 評價指標空間化 由于各指標在空間分布上具有連續性和漸變性的特點，考慮到原始數據的空間分辨率和研究區域的面積[23]，本研究采用網格化的方法進行資源環境承載力研究，網格大小為1 km×1 km，有助于更小尺度地進行承載力評價。單因子評價指標劃分情況如下。

國土開發強度、生態用地面積比率指標是通過將對應要素矢量圖層與評價單元疊加，統計每一評價單元內各要素的面積比例實現網格化;糧食單產、第三產業占GDP比重、水資源化學需氧量、耕地有效灌溉率都有與之關系最密切的土地利用類型，除該關系密切土地利用類型外，該類指標在其他非密切土地利用類型上的值都設為0;對該類指標網格化前，首先將土地利用數據與評價單元進行疊加實現土地利用數據的網格化，再在屬性表中將每一指標的統計數據與評價單元中與其關系最密切的土地利用類型面積相乘實現這4個指標的網格化，即糧食單產統計數據與耕地，第三產業占GDP比重與城鎮用地，水資源化學需氧量與水域，耕地有效灌溉率與耕地;城鎮化水平、人口自然增長率、單位面積廢水排放量、人均耕地面積、人均水資源量評價指標按照地級市行政區劃分，再采用矢量數據轉柵格方法將數據網格化;人口密度、地均GDP、耕地潛力指數、年降雨量指標可通過中國科學院資源環境科學數據中心得到1 km×1 km格網化數據;歸一化植被指數數據（1 km格網，2015年）利用研究區MOD13A3數據（1 km格網，2015年每月一幅）計算各月的歸一化植被指數，再取全年12個月平均值得到。地質災害高易發率采用空間核密度方法得到。計算要素點在一定鄰域內單位密度，表征離散點在區域內連續分布狀況。

1.2.4 評價指標標準化 資源環境承載力評價指標能夠較全面地刻畫承載力情況，由于各指標存在含義不同、單位不同，直接分析比較困難。為了便于評價體系建立及承載力估算，需要對評價指標標準化[24]。運用標準化處理方法將不同指標因子進行歸一化變換，并進行整理和統計分析，用于多要素的長江三角洲資源環境承載力評價。無量綱化處理后的標準化矩陣為[Y1，Y2，Y3，…，YK]，其中，對于正向指標因子，有式（2）。

[Yj=Xj-min（Xj）max（Xj）-min（Xj）] （2）

對于負向指標因子，有式（3）。

[Yj=max（Xi）-Xjmax（Xi）-min（Xi）] （3）

式中，[Xj]為第j個指標的原始值;[Yj]為第j個指標無量綱化后的值;max（[Xj]）為第j個指標的最大值;min（[Xj]）第j個指標的最小值。

1.2.5 承載力評價模型 資源環境承載力評價模型的選擇中，線性加權求和法是較常用的。在應用中該方法得到了不斷改進[25]。線性加權求和法是將各指標數乘以各自權重，再進行加和，得到評價指標指數值。該方法在承載力評價中具有較強的實用性，故長三角資源環境承載力評價模型采用該方法計算。計算公式如下。

[Mj=i=1n（Wi×Vij）] （4）

式中，[Mj]為第j個像元承載力指數，[Vij]為第j個像元第i個指標標準化后的值，[Wi]為各指標權重，通過該評價模型利用GIS軟件估算長江三角洲地區資源環境承載力值。

2 結果與分析

2.1 長江三角洲地區資源環境承載力評價結果

通過GIS軟件，對收集的基礎數據進行空間化、標準化處理，得到長江三角洲地區各評價指標結果標準化值，在GIS系統支持下，根據各個評價指標權重采用線性加權求和法評價模型，得到長江三角洲地區資源環境承載力情況。采用自然間斷法將評價結果分為低、較低、中、較高、高5個等級（表2），使得不同類之間具有差異最大化的特點，得到2015年長江三角洲地區資源環境承載力分級結果（圖1）。結果表明，2015年長江三角洲地區資源環境承載力低區域面積為2.33×104 km2，占區域總面積的6.52%，主要分布在上海、蘇州、無錫、南京、合肥、杭州、寧波等城鎮區域及蘇北灘涂區域。資源環境承載力較低區域面積為1.80×104 km2，占區域總面積的5.04%，主要分布在江蘇宿遷東南部及北部、蘇州無錫交界部分地區、部分城市城郊地帶，如上海、南京、杭州等，在蘇北、徽中北部散點式分布。資源環境承載力中等區域面積為5.60×104 km2，占區域總面積的15.65%，主要分布在浙江麗水、臺州、溫州中部、衢州大部、杭州西北部、紹興東南部及宣城東南部、江蘇中部等地區。資源環境承載力較高區域面積為11.72×104 km2，占區域總面積的32.70%，主要分布在浙江大部分地區、安徽南部，于江蘇省呈散點式分布。資源環境承載力高區域面積為14.35×104 km2，占區域總面積的40.09%，主要分布在安徽省中北部及江蘇少部地區。

2.2 長江三角洲地區資源環境承載力空間特征分析

長江三角洲地區資源環境承載力在中東部的長三角城市群區域以較低、低等級為主，北部區域承載力以高等級為主，南部區域以較高、中等等級為主。隨著經濟社會迅速發展，大量人口聚集于長三角城市群區域，區域內人口密度、地均GDP、城鎮化水平、第三產占GDP比重等指標值均較高，社會經濟承載力相對較高;但資源消耗、環境污染等問題日漸顯著，生態面積比率、人均耕地面積等指標值極低且占比相對較大，區域資源環境承載力加重，人地矛盾突出，需要加強生態環境保護力度，制定相關資源節約政策。長三角平原農業區、丘陵地區人口較為分散，經濟社會活動相對較少，社會經濟承載力較低;但在生態環境、水土資源方面，人均耕地面積、耕地有效灌溉率、生態面積比率等評價指標值較高且占比較大，該區域資源環境承載力相對較高。

由于地形條件的影響，浙江省中南部、安徽省南部資源環境承載力值較低區域呈現山谷處的城市建成區零星分布特點，山區資源環境承載力較平原地區存在更為顯著的空間分異特點[26]，山地、丘陵區由于人口密度相對較低且農業、工商業活動較少，生態環境較為良好，資源相對充足，資源環境承載力普遍較高。安徽省中北部、江蘇省大部分、上海市，由于地形平坦，且有長江橫貫，東臨黃海和東海，西臨長江中下游平原，地理條件十分優越，經濟建設呈現聚集性分布，人口眾多，隨著社會經濟發展，區域自然資源、生態環境面臨巨大壓力，資源環境承載力低值呈現連綿分布。

長江三角洲地區資源環境承載力形勢仍不容樂觀。2015年資源環境承載力以較高、高等級為主，多分布在平原、丘陵地區;區域資源環境承載力在城市建成區最為嚴峻，承載力值比較低;空間分布上，上海、蘇州、無錫、南京、杭州等為代表的長江三角洲城市群區域資源環境承載力低值尤為顯著，該區域是長江三角洲經濟發展的引擎，城市發展迅速，城市擴展明顯，區域內聚集了大量的二三產業，吸引眾多人口，雖然由于經濟社會的高速發展帶來的社會經濟承載力較高，但資源環境、水土資源方面承載力均較低，區域社會經濟發展更容易給資源環境帶來極大負擔，需要引起高度重視。

3 小結與討論

基于GIS技術和資源環境承載力評價方法，對長江三角洲地區社會經濟、生態環境、水土資源等相關數據進行分析處理，構建了資源環境評價指標體系。

在GIS技術的支持下，實現了城鎮化水平、第三產占GDP比重、歸一化植被指數、耕地生產力等評價指標統計分析和地圖代數運算。評價結果顯示，長江三角洲地區資源環境承載力狀況不容樂觀，區域內資源、環境差異較大，部分地區資源環境承載力仍面臨較大壓力。因此，加大生態環境保護和建設，以提高資源環境承載力水平。

評價結果準確地描述了長江三角洲地區各省市的資源環境承載力情況，全面反映了各省市人口、資源、環境與經濟發展的協調程度，為長江三角洲地區各省市的發展提供了科學的理論依據和生態環境發展的保護對策。本研究為今后不同區域、不同規模的資源環境承載力評價提供了參考方法。

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