摘要：土地資源承載力是揭示人地關(guān)系、衡量區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)。采用遙感技術(shù)，參照生物生產(chǎn)性土地分類，以2009年TM遙感數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)對鄭州市土地資源進(jìn)行遙感解譯，獲得其土地利用/覆蓋現(xiàn)狀空間分布；同時(shí)，通過建立耕地承載力、生態(tài)承載力、建設(shè)用地承載力數(shù)學(xué)模型對土地資源承載力進(jìn)行比較，探索制約城市發(fā)展的決定性因素。結(jié)果表明，鄭州市建設(shè)用地承載力和規(guī)劃耕地承載力可滿足人口規(guī)模和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展的需求，但現(xiàn)狀耕地承載力及生態(tài)承載力存在不同程度的安全隱患。具體表現(xiàn)為鄭州市現(xiàn)狀耕地承載力存在不同程度的超載，其中中心區(qū)超載最為嚴(yán)重。達(dá)到耕生產(chǎn)潛力時(shí)的規(guī)劃耕地承載力閾值除了中心區(qū)和鞏義市處于滿載狀態(tài)外，其他各市（縣、區(qū)）承載力仍有很大的空間；各市（縣、區(qū)）人均生態(tài)承載力則遠(yuǎn)低于世界和全國人均水平，中心區(qū)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(yīng)人口和經(jīng)濟(jì)社會的發(fā)展，是制約經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的主導(dǎo)因素。

關(guān)鍵詞：土地資源承載力；遙感（RS）技術(shù)；土地利用/覆蓋；鄭州市

中圖分類號：F301.24 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2013）16-3799-06

隨著人口的不斷增長，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城市化進(jìn)程的加快使得土地資源更加緊缺，而發(fā)展對土地的需求卻不斷擴(kuò)大，由此產(chǎn)生一系列的地質(zhì)環(huán)境、社會問題，如生活空間減少、環(huán)境惡化等，導(dǎo)致資源、環(huán)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(xié)調(diào)人口、資源、環(huán)境之間的關(guān)系尤為重要。土地資源承載力最初是以土地—糧食—人口關(guān)系為主線研究區(qū)域經(jīng)濟(jì)、社會的可持續(xù)發(fā)展[1]。20世紀(jì)90年代以后，土地資源承載力研究范圍進(jìn)一步擴(kuò)大。一方面結(jié)合其他資源從原來單一的糧食指標(biāo)向綜合指標(biāo)發(fā)展[2]；另一方面根據(jù)研究主體的不同發(fā)展了城市土地承載力[3]、生態(tài)環(huán)境承載力[4]等?，F(xiàn)有的評價(jià)方法往往將耕地承載力、生態(tài)承載力和建設(shè)用地承載力分開研究，而區(qū)域的土地資源承載力本應(yīng)是一個有機(jī)的整體，并且對于開發(fā)強(qiáng)度大、工業(yè)化程度高的大城市應(yīng)更加注重土地資源能否滿足產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)和人口的發(fā)展規(guī)模。人類社會可持續(xù)發(fā)展是一個廣義的概念，包含有人類自身的可持續(xù)，與此同時(shí)還包括資源、生態(tài)、環(huán)境等的可持續(xù)，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(yǎng)能力，還應(yīng)包括環(huán)境、生態(tài)和城市空間等方面的內(nèi)容。

隨著中原城市群的建立，鄭州市將為區(qū)域的發(fā)展承擔(dān)更多的責(zé)任，對整個鄭州市的生態(tài)環(huán)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(guī)劃》中提出建立國家糧食戰(zhàn)略工程河南核心區(qū)，鄭州市作為全省經(jīng)濟(jì)政治文化的中心，首當(dāng)其沖成為核心區(qū)之一。作為載體的土地，又不僅僅局限于農(nóng)業(yè)用地，而應(yīng)該包括城鎮(zhèn)居民及工礦、水域、交通和未利用地在內(nèi)的廣義土地。為了能夠掌握鄭州市居民生產(chǎn)、生活需求對自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度，以對該區(qū)域的耕地承載力、生態(tài)承載力及建設(shè)用地承載力進(jìn)行分析，采用遙感技術(shù)，參照生物生產(chǎn)性土地分類對土地利用/覆蓋進(jìn)行遙感解譯，獲得鄭州市土地利用現(xiàn)狀空間分布；通過構(gòu)建農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法、生態(tài)足跡法以及基于城市基本生活空間的土地承載力評價(jià)模型，分析鄭州市土地利用結(jié)構(gòu)與承載力之間的相互關(guān)系；對3種土地承載力模型計(jì)算結(jié)果進(jìn)行對比分析，探討制約城市經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展的決定性因素，為區(qū)域城市生態(tài)建設(shè)和可持續(xù)發(fā)展提供參考依據(jù)。

1 土地利用/覆蓋分析

以2009年Landsat TM遙感影像為數(shù)據(jù)源，參考生物生產(chǎn)性土地分類，把土地利用/覆蓋數(shù)據(jù)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(jìn)行裁剪、幾何校正等預(yù)處理，采用最大似然監(jiān)督分類法對影像進(jìn)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(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法耕地承載力

農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法（AEZ）是最早應(yīng)用于耕地承載力研究的方法[5]。其計(jì)算過程包含有兩方面內(nèi)容：其一，依據(jù)一定的生產(chǎn)條件測算耕地生產(chǎn)潛力；其二，在生產(chǎn)潛力基礎(chǔ)上根據(jù)一定生活水平計(jì)算承載人口的數(shù)量。本文以耕地生產(chǎn)潛力作為上限，農(nóng)作物實(shí)際產(chǎn)量為下限，結(jié)合糧食消費(fèi)水平分別計(jì)算出耕地資源承載力閾值。其中耕地面積、耕地生產(chǎn)力和人口數(shù)據(jù)來自《鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒（2010）》[6]。

根據(jù)模型計(jì)算各地區(qū)的光合生產(chǎn)潛力，在此基礎(chǔ)上利用光溫因子、氣候因子、土壤因子進(jìn)行修正得到。其中光合生產(chǎn)潛力指作物在水分、養(yǎng)分和溫度等外界條件下保持最適宜狀態(tài)，由太陽輻射資源所決定的產(chǎn)量，計(jì)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(shù)，并參考邁阿密模型對氣候生產(chǎn)力進(jìn)行計(jì)算[7]，公式為：Yw=Y（Q，T）·（1-e-0.055r），其中Yw為氣候生產(chǎn)潛力，r為降水量；土壤肥力修正系數(shù)取決于該地區(qū)耕地質(zhì)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(shù)，依據(jù)土壤質(zhì)量等級由專家評分得到。區(qū)內(nèi)土壤質(zhì)量等級，可根據(jù)速效磷、速效鉀、全氮、有機(jī)質(zhì)、質(zhì)地、地貌、年降水量等分布圖賦予相應(yīng)的權(quán)值并通過綜合指數(shù)法模型評價(jià)得到。其中一級土壤可得到氣候潛在生產(chǎn)力的60%，二級土壤可得30%，三級土壤得15%[7]；最終作物生產(chǎn)潛力利用公式Y(jié)（Q，T，W，S）=Yw×Ks計(jì)算得到（表2）。

2.2 生態(tài)足跡模型土地承載力

生態(tài)足跡法廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外生態(tài)承載力計(jì)算[11-14]。生態(tài)承載力的大小取決于土地利用/覆蓋面積和土地生產(chǎn)力，它們的變化會直接引發(fā)生態(tài)承載力值的變化，與此同時(shí)決定了生態(tài)承載力的空間格局。

生態(tài)承載力是某地區(qū)在一定時(shí)期內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)對外界干擾特別是人類活動干擾的承受能力[15-17]。生態(tài)足跡的核心思想是通過對比一個地區(qū)的生態(tài)承載力需求和供給之間的差距，以此來判斷該地區(qū)可持續(xù)發(fā)展的情況[11，18，19]。隨著地區(qū)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人口穩(wěn)步增加，人類對自然資源的不合理開發(fā)和過度利用不斷加劇，由此帶來的生態(tài)環(huán)境問題日益突出。因此，通過對城市生態(tài)足跡的分析，可以量度城市人類活動對整個區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力和影響程度。

2.2.1 生態(tài)足跡模型 根據(jù)生態(tài)足跡理論，生態(tài)足跡法包含有兩大部分：生態(tài)足跡消費(fèi)和生態(tài)足跡供給。其中生態(tài)足跡消費(fèi)指的是，在一定技術(shù)條件下，要維持某一物質(zhì)消費(fèi)水平下的某一人口的持續(xù)生存必需的生態(tài)生產(chǎn)性土地；生態(tài)足跡供給則指，一定區(qū)域?qū)嶋H所能提供給人類的資源和產(chǎn)品折合為所有生物生產(chǎn)性土地面積的總和[20-23]。

2.2.2 鄭州市生態(tài)足跡計(jì)算 生態(tài)足跡消費(fèi)計(jì)算由生物資源消費(fèi)和能源消費(fèi)兩部分組成。生物資源主要有農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、水果和蔬菜等構(gòu)成，各大類下面進(jìn)一步細(xì)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(shù)據(jù)均來自《鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒（2010）》[6]。在生物資源生產(chǎn)面積折算時(shí)，采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年公布的有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量資料，能源消費(fèi)計(jì)算時(shí)以世界單位化石燃料生產(chǎn)性土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn)。

對比世界人均生態(tài)足跡供給（2.2 hm2/人）、全國人均生態(tài)足跡供給（0.9 hm2/人）[25]，鄭州市人均生態(tài)足跡供給總體偏低（平均為0.432 hm2/人），且空間上表現(xiàn)為不均勻的分布趨勢。對比生態(tài)承載指數(shù)可以看出，鄭州各市（縣、區(qū)）存在不同程度的人口超載，以中心區(qū)最為嚴(yán)重。這體現(xiàn)了隨著國內(nèi)和國際貿(mào)易的進(jìn)行，大量消耗資源，從而導(dǎo)致較高的生態(tài)足跡。為了滿足當(dāng)?shù)厝丝诂F(xiàn)有生活水平下的消費(fèi)需求，很大程度上需要從經(jīng)濟(jì)欠發(fā)達(dá)地區(qū)輸入生態(tài)足跡來彌補(bǔ)自身發(fā)展所帶來的生態(tài)赤字，而這一行為同時(shí)也加劇了不發(fā)達(dá)地區(qū)的生態(tài)惡化。因此從可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，各市（縣、區(qū)）應(yīng)該盡可能減少占有的生態(tài)足跡面積，減少對資源的消耗和不發(fā)達(dá)地區(qū)生態(tài)足跡的輸入，推進(jìn)經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

2.3 建設(shè)用地承載力

對于發(fā)達(dá)的大城市而言，土地的功能除了糧食生產(chǎn)、生態(tài)環(huán)境保護(hù)之外，更主要的是城市建設(shè)用地的供給。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市人口規(guī)模不斷擴(kuò)大，由此產(chǎn)生越來越多的生態(tài)問題，因此城市發(fā)展必定存在人口容量極限。鑒于此，從城市發(fā)展對建設(shè)用地的需求和各類用地合理配置角度出發(fā)研究大城市的土地對人口的承載力更有現(xiàn)實(shí)意義，并且能更好地把握城市的發(fā)展空間。

采用2009年鄭州市土地利用/覆蓋遙感解譯中的建設(shè)用地面積，結(jié)合人均建設(shè)用地面積計(jì)算現(xiàn)狀條件下鄭州各市（縣、區(qū)）建設(shè)用地承載力（表5）。由表5可知，鄭州各市（縣、區(qū)）的建設(shè)用地承載力均在可承載范圍內(nèi)，且登封市承載剩余量最大，中心區(qū)最小。建設(shè)用地承載力主要決定于一個地區(qū)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口規(guī)模，對于中心區(qū)而言，要注意合理規(guī)劃土地利用結(jié)構(gòu)，提高整個區(qū)域內(nèi)現(xiàn)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(qū)）耕地承載力、生態(tài)足跡承載力和建設(shè)用地承載力之間的關(guān)系以及掌握適合城市發(fā)展的最佳人口，結(jié)合實(shí)際人口數(shù)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(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算的耕地人口承載力在空間上呈現(xiàn)一定的異質(zhì)性，從西部到東部整體呈上升趨勢；生態(tài)足跡法計(jì)算得到的生態(tài)承載力空間上雖然變化趨勢不明顯，但也表現(xiàn)為西高東低的分布格局。兩種土地資源承載力的分析結(jié)果，表現(xiàn)為受地形地貌特征、土地利用/覆蓋和環(huán)境資源稟賦制約的特點(diǎn)。與此同時(shí)也呈現(xiàn)了鄭州市經(jīng)濟(jì)的空間發(fā)展特征，西部市縣由于礦產(chǎn)資源豐富成為鄭州市主要的能源工業(yè)基地，與此相反東部的黃淮平原地區(qū)則因?yàn)榈匦纹教?、土壤肥沃而成為重要的糧食生產(chǎn)基地。

各市（縣、區(qū)）生態(tài)承載力低于實(shí)際人口，是制約城市可持續(xù)發(fā)展的決定性因素。并且在計(jì)算模型中由于忽略可降解廢棄物及水資源消費(fèi)，使得土地生態(tài)足跡人口承載力結(jié)果偏大。即便如此，生態(tài)承載力仍然小于實(shí)際人口，因此對土地生態(tài)承載力不容樂觀?，F(xiàn)狀條件下的耕地承載力中心區(qū)遠(yuǎn)低于實(shí)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(qū)）有一定剩余；農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算得到的規(guī)劃耕地承載力一般大于實(shí)際人口，完全能夠承載現(xiàn)有生活水平標(biāo)準(zhǔn)下人口的增長。對比現(xiàn)狀和規(guī)劃耕地承載力不難發(fā)現(xiàn)，按照現(xiàn)有的人口增長率，通過農(nóng)業(yè)科技水平的提高和充分利用可耕地資源，各市（縣、區(qū)）糧食生產(chǎn)完全能夠承載未來人口的發(fā)展規(guī)模。從滿足人類基本空間需求角度出發(fā)，各市（縣、區(qū)）建設(shè)用地人口承載力均有很大的剩余量，說明各市（縣、區(qū)）經(jīng)濟(jì)密度在合理范圍以內(nèi)，城市發(fā)展存有很大空間，能夠滿足地區(qū)人口規(guī)模的基本生活用地需求。

區(qū)域土地資源承載力的空間異質(zhì)性是整個土地資源系統(tǒng)固有的性質(zhì)，但其時(shí)空格局的變化往往通過人類的經(jīng)濟(jì)社會活動表現(xiàn)出來。土地資源承載力的影響因素眾多，主要有土地利用結(jié)構(gòu)、消費(fèi)水平和習(xí)慣、資源稟賦、科技水平等，通過提高和改變這些因素中的負(fù)面作用，對提升區(qū)域土地資源承載力起到促進(jìn)作用。在制定國土規(guī)劃和經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展戰(zhàn)略時(shí)，可將3種土地資源承載力進(jìn)行對比分析，農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法能夠預(yù)測耕地承載力上限；生態(tài)承載力則體現(xiàn)人類經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展帶給區(qū)域自然生態(tài)系統(tǒng)的影響程度和壓力大小，反映城市的可持續(xù)發(fā)展?fàn)顟B(tài)；基于城市基本生活空間得到的建設(shè)用地承載力是區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展條件下城市建設(shè)用地能夠容納的合理人口規(guī)模。

4 結(jié)論

區(qū)域土地資源承載力研究可為地區(qū)經(jīng)濟(jì)社會的持續(xù)發(fā)展和合理利用土地資源提供依據(jù)。基于RS分析土地利用空間分布并通過構(gòu)建不同的土地資源承載力模型研究區(qū)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(jīng)濟(jì)、資源環(huán)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(qū)域經(jīng)濟(jì)社會可持續(xù)發(fā)展評價(jià)方法均還需要不斷完善。

參考文獻(xiàn)：

[1] 封志明.土地人口承載力研究的過去、現(xiàn)在與未來[J].中國土地科學(xué)，1994，8（3）：1-9.

[2] 王書華，毛漢英.土地綜合人口承載力指標(biāo)體系設(shè)計(jì)及評價(jià)——中國東部沿海地區(qū)案例研究[J].自然資源學(xué)報(bào)，2001，16（3）：234-248.

[3] 楊 亮，呂 耀，鄭華玉.城市土地人口承載力研究進(jìn)展[J].地理科學(xué)進(jìn)展，2010，29（5）：593-600.

[4] 張瑜英，李占斌.基于生態(tài)足跡模型的陜西省生態(tài)人口承載力定量評估[J].干旱區(qū)資源與環(huán)境， 2007，21（1）： 6-11.

[5] 陳百明.土地資源學(xué)概論[M]. 北京： 中國環(huán)境科學(xué)出版社，1996.

[6] 鄭州市統(tǒng)計(jì)局.鄭州市統(tǒng)計(jì)年鑒（2010）[M].北京：中國統(tǒng)計(jì)出版社，2010.

[7] 羅雁文，魏 曉，王 良，等.湖南省各市（縣、區(qū)）（州）土地資源人口承載力評價(jià)[J].經(jīng)濟(jì)地理，2009，29（2）：284-289.

[8] 張軍連.土地生產(chǎn)潛力評價(jià)中土壤修正系數(shù)模型的研究——以河北省琢鹿縣為例[J].自然資源學(xué)報(bào)，1994，6（3）：260-270.

[9] 封志明，陳百明.中國未來人口的膳食營養(yǎng)水平[J].中國科學(xué)院院刊，1992（1）：21-26.

[10] 倪 琳.老河口市土地人口承載力研究[D].武漢：華中師范大學(xué)，2009.

[11] WACKERNAGEL M， GALLI A. An overview on ecological footprint and sustainable development： a chat with Mathis Wackernagel[J]. International Journal of Ecodynamics，2007， 2（1）：1-9.

[12] KITZES J， GALLI A， BAGLIANI M， et al. A research agenda for improving national ecological footprint accounts[J]. Ecological Economics，2009，68（7）：1991-2007.

[13] 徐中民，程國棟，張志強(qiáng).生態(tài)足跡方法：可持續(xù)性定量研究的新方法——以張掖地區(qū)1995年的生態(tài)足跡計(jì)算為例[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2001，21（9）：1484-1493.

[14] 熊春梅，楊立中，賀玉龍，等.生態(tài)足跡模型在黔東南州生態(tài)可持續(xù)性評價(jià)中的應(yīng)用[J].環(huán)境科學(xué)與技術(shù)，2009，32（10）：179-184.

[15] 劉宇輝，彭希析.中國歷年生態(tài)足跡計(jì)算與發(fā)展可持續(xù)性評估[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2004，24（10）：2257-2262.

[16] 蔡海生，朱德海，張學(xué)玲，等.鄱陽湖自然保護(hù)區(qū)生態(tài)人口承載力[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2007，27（11）：4751-4757.

[17] 岳東霞，馬金輝，鞏 杰，等.中國西北地區(qū)基于GIS的生態(tài)人口承載力定量評價(jià)與空間格局[J]. 蘭州大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，45（6）：68-75.

[18] REES W E. Ecological footprint and appropriated carrying capacity： what urban economics leaves out[J]. Environment Urbanization，1992，4（2）：121-130.

[19] 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.

[20] WACKERNAGEL M， LEWAN L， HANSSON C B. Evaluating the use of natural capital with the ecological footprint； application in Sweden and Subregions[J]. AMBIO，1999，28（7）：604-612.

[21] YANG K Z，YANG Y，CHEN J. Ecological footprint analysis： concept， method and cases [J].Advance in Earth Sciences，2000，15（6）：630-636.

[22] 郭秀銳，楊居榮，毛顯強(qiáng).城市生態(tài)足跡計(jì)算與分析——以廣州為例[J].地理研究，2003，22（5）：655-662.

[23] 蒲 鵬，傅瓦利.基于生態(tài)足跡法的開縣土地人口承載力研究[J].西南師范大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2011，36（2）：163-168.

[24] 余萬軍，吳次芳.基于生態(tài)足跡和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法的土地人口承載力比較研究——以貴陽市為例[J].浙江大學(xué)學(xué)報(bào)（農(nóng)業(yè)與生命科學(xué)版），2007，33（4）：466-472.

[25] 張 芳，徐偉峰，李光明，等.上海市2003年生態(tài)足跡與生態(tài)人口承載力分析[J].同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2006，34（1）：80-84.