于廣華，孫才志

遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 大連 116029

環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時空分異特征

于廣華，孫才志*

遼寧師范大學(xué)海洋經(jīng)濟與可持續(xù)發(fā)展研究中心， 大連 116029

沿海地區(qū)是中國未來社會經(jīng)濟發(fā)展的重點區(qū)域，近年來沿海地區(qū)人地矛盾越來越突出，研究沿海地區(qū)土地承載力具有重要意義。針對以往評價中的不足，采用韋伯-費希納定律確定指標評價標準；利用D-S證據(jù)理論進行主客觀綜合權(quán)重的計算，運用可變模糊集理論及模型對土地承載力進行綜合評價，并以環(huán)渤海沿海地區(qū)進行實例分析。研究結(jié)果表明，2000—2011年，環(huán)渤海地區(qū)土地承載力整體呈持續(xù)上升趨勢，但空間分布差異顯著，天津、唐山、大連、盤錦、青島、煙臺、東營、威海土地承載力相對較高，錦州、營口、秦皇島、濱州、濰坊、日照屬于中等水平，滄州、丹東、葫蘆島四市土地承載力相對較低?？勺兡：u價模型應(yīng)用于土地承載力評價，計算簡便，可操作性強，評價結(jié)果可信度高。

土地承載力；韋伯-費希納定律；可變模糊評價；D-S證據(jù)合成理論

與國際上其它沿海國家一樣，沿海地區(qū)是中國人口密度最大、經(jīng)濟、科技、文化最發(fā)達的地區(qū)。沿海地區(qū)是中國未來社會經(jīng)濟發(fā)展的重點區(qū)域，評價沿海地區(qū)的承載能力成為保證經(jīng)濟與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展的基礎(chǔ)[1]。隨著沿海地區(qū)城市化進程的加快，人口和經(jīng)濟活動在沿海地區(qū)高度集聚。在經(jīng)濟社會取得了長足發(fā)展的同時，沿海地區(qū)也出現(xiàn)了建設(shè)用地供需矛盾日益突出、不合理的過度建設(shè)利用破壞沿海地區(qū)的生態(tài)環(huán)境、沿海地區(qū)各種土地資源嚴重退化等問題。在這種背景下，對沿海地區(qū)土地承載力進行研究具有重要的現(xiàn)實意義。

國外20世紀70年代以前的土地承載力研究是和生態(tài)學(xué)結(jié)合在一起的。1948年，Vogot[2]首先提出了土地資源人口承載力的概念及計算公式。1949年英國的Allan[3]提出了以糧食為標志的土地資源人口承載力計算公式，給出了土地資源承載人口的上限。20世紀70年代，Millington等[4]應(yīng)用多目標決策分析法，從各種資源對人口的限制角度出發(fā)，計算了澳大利亞的土地資源承載力。70年代末，聯(lián)合國糧農(nóng)組織在主持的土地資源人口承載力研究，提供了確定土地生產(chǎn)潛力的新途徑，即農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法(Agricultural Ecology Zone, AEZ)。80年代，英國科學(xué)家Sleeser[5]設(shè)計了承載力研究的 ECCO (Evaluation of Capital Creation Options) 模型，即提高承載力的策略模型。1995年諾貝爾經(jīng)濟學(xué)獎得主 Arrow[6]在Science發(fā)表的《經(jīng)濟增長、承載力和環(huán)境》對土地承載力進行了系統(tǒng)論述，影響深遠。

國內(nèi)土地承載力研究興起于20世紀80年代后期，其中《中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究》[7]項目的研究成果最具代表性。目前土地承載力的研究方法主要有系統(tǒng)動力學(xué)、生態(tài)足跡、投影尋蹤、SPA (Set Pair Analysis) 集對分析等。如陳傳美等[8]建立了土地承載力系統(tǒng)動力學(xué)模型，模擬了鄭州市土地承載力系統(tǒng)的動態(tài)趨勢，并提出緩解人地矛盾的若干對策。周金星等[9]通過建立土地資源生產(chǎn)潛力和人口數(shù)量預(yù)測模型以及回歸模型方程，以宜賓市為例對長江流域低山丘陵區(qū)土地可承載人口及土地承載力進行了估算。許月卿[10]運用生態(tài)足跡模型計算了北京市的生態(tài)足跡和土地承載力。姜秋香等[11]提出了基于粒子群優(yōu)化投影尋蹤模型的土地資源承載力評價方法，并以三江平原進行實例研究。南彩艷等[12]建立了基于改進SPA的水土資源承載力綜合評價模型，并對關(guān)中地區(qū)水土資源承載力進行評價。高潔宇[13]提出基于生態(tài)環(huán)境敏感性的城市土地承載力評估方法，以指導(dǎo)城市建設(shè)用地開發(fā)。施開放等[14]應(yīng)用耕地生態(tài)足跡模型對重慶市的耕地生態(tài)承載力供需平衡狀況進行了系統(tǒng)的評價。

目前土地資源承載力研究多局限于內(nèi)陸、生態(tài)脆弱地區(qū)，對沿海地區(qū)土地資源承載力研究成果尚不多見。與一般的土地資源承載力相比，沿海地區(qū)土地承載力有其獨特的特點。如海岸線及淺海灘涂是沿海地區(qū)獨有的資源。灘涂是重要的后備土地資源，具有面積大、分布集中、區(qū)位條件好、農(nóng)牧漁業(yè)綜合開發(fā)潛力大等特點，對沿海地區(qū)發(fā)展具有重要影響。土地承載力不同于傳統(tǒng)的土地人口承載力，土地不僅指耕地，承載對象也不僅是人口數(shù)量，還包括社會發(fā)展規(guī)模、經(jīng)濟技術(shù)水平等人類的各種社會經(jīng)濟活動。本文認為土地承載力是指在一定時期，在一定的物質(zhì)文化生活水平及生產(chǎn)條件下，以土地資源的可持續(xù)利用，土地生態(tài)系統(tǒng)不被破壞為原則，一個地區(qū)的土地所能支持人口、環(huán)境和社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展的能力或限度。由于土地資源系統(tǒng)是具有社會性、開放性、動態(tài)性的復(fù)雜巨系統(tǒng)，難以準確定量計算其所能支持的人口、環(huán)境和社會經(jīng)濟發(fā)展的能力或限度，但可以通過構(gòu)建指標體系，測度土地承載力的動態(tài)變化趨勢及相對水平，指導(dǎo)土地開發(fā)利用實踐活動。

土地承載力評價是一個涉及到多因素的綜合評價問題，各因素間關(guān)系錯綜復(fù)雜，具有模糊性、不確定性，且在一定時空條件下具有相對性和動態(tài)可變性，因此可以應(yīng)用可變模糊集理論進行土地承載力評價。由于實際用于評價的因素指標評價標準是區(qū)間的概念，所以大多數(shù)的評價方法將評價標準或參照標準處理成點的形式還存在一定的不足[15]。應(yīng)用可變模糊集理論，可以很好地解決評價指標標準為區(qū)間形式的評價識別問題[16]?？勺兡：u價應(yīng)用過程中主要存在兩個問題：一是評價標準的確定，目前研究成果較多的是參考相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和已有標準確定分級情況，存在不準確性和不適用性；二是合理地確定評價指標的權(quán)重，目前常用的有主觀性較強的層次分析法，客觀性較強的熵值法，或者將二者簡單加權(quán)，影響評價結(jié)果的可靠性；本文采用韋伯-費希納定律確定指標評價標準；利用D-S證據(jù)合成理論將主觀性較強的AHP (Analytical Hierarchy Process) 法和客觀性較強的熵值法相結(jié)合確定綜合權(quán)重；應(yīng)用可變模糊評價模型[17]對環(huán)渤海17個沿海城市土地承載力進行評價，并分析其時空分異規(guī)律。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 可變模糊評價模型

設(shè)有對土地承載力作識別的n個樣本集合X={x1,x2,…,xn}，第j個樣本的特性用m個指標特征值表示xj=(x1j,x2j,…,xmj)T，則樣本集可用m×n階指標特征值矩陣表示：X=(xij)m×n,式中xij為樣本xj指標i的特征值(i=1,2,…,m, j=1,2,…,n)。若樣本集依據(jù)m個指標c個級別指標標準特征值進行識別，則指標標準特征值矩陣為Y=(yih)m×c。式中，yih為指標i級別h的標準特征值(h=1,2,…,c)。

(1)

式中，uhj′為非歸一化的綜合相對隸屬度，wi為指標權(quán)重，α為模型優(yōu)化準則參數(shù)，α=1為最小一乘方準則，α=2為最小二乘方準則；p為距離參數(shù)，p=1為海明距離，p=2為歐氏距離。

由式(1)可得到非歸一化的綜合相對隸屬度矩陣:

U′=(uhj′)

(2)

將式(2)進行歸一化處理得到綜合相對隸屬度矩陣：

(3)

根據(jù)模糊概念在分級條件下最大隸屬度原則的不適用性，采用級別特征值方法對樣本進行級別評價。級別特征值矩陣為：

(4)

級別特征值判斷準則公式[16]為：

(5)

級別特征值方法利用全部相對隸屬度信息，其評價結(jié)果比最大隸屬度原則得到的結(jié)果更加客觀全面，可信度更高。

1.1.2 D-S證據(jù)合成理論

設(shè)M1,M2,…,Mn是n個概率分配函數(shù)，則其正交和M=M1⊕M2⊕...⊕Mn為：

M(Φ)=0

(6)

D-S證據(jù)理論適用于互補、不確定信息的融合，它能夠?qū)⒋罅糠彪s的主觀不確定信息，通過D-S證據(jù)理論信息融合原理有效地轉(zhuǎn)化為確定性的決策結(jié)果。已有研究成果將主客觀權(quán)重相結(jié)合時多采用線性加權(quán)法，運用D-S證據(jù)理論合成不確定的主觀權(quán)重和確定的客觀權(quán)重，能提高權(quán)重的準確性和科學(xué)性。本文采用D-S證據(jù)合成理論將主觀性較強的AHP法和客觀性較強的熵值法相結(jié)合確定綜合權(quán)重。

1.1.3 韋伯-費希納定律

德國生理學(xué)家韋伯和物理學(xué)家費希納提出韋伯-費希納定律用于揭示心理量與物理量之間數(shù)量關(guān)系的定律，可以確定各種感覺閾限和測量刺激的物理量和心理學(xué)的關(guān)系[21]。W-F能夠確切表達人體產(chǎn)生的反應(yīng)量k與客觀環(huán)境刺激量c之間的函數(shù)關(guān)系：

(7)

近年來，韋伯-費希納定律逐漸被一些學(xué)者引用到環(huán)境影響評價研究中[22-23]，考慮到資源環(huán)境等對土地承載力的影響類似于環(huán)境污染因素對環(huán)境質(zhì)量的影響，本文根據(jù)韋伯-費希納的基本原理，將資源、環(huán)境等各項影響因素作為外界刺激強度，進行指標分級。

W-F定律應(yīng)用到土地承載力評價中基于以下3點假設(shè)：c為影響土地承載力的外部因素即評價指標；把人體產(chǎn)生的反應(yīng)量k視為外部影響因素即評價指標對土地承載力的影響程度；α為韋伯常數(shù)。

對公式(7)兩邊求差分可得：

(8)

公式(8)表明當影響土地承載力的外部因素c成等比變化時，對土地承載力的影響程度成等差變化。

因此在計算分級標準值時，雖然影響因素各相鄰標準級別之間的值成等比變化，但這一影響因素對土地承載力造成的影響程度變化應(yīng)是等差分級。將i指標的等級劃分為5級，k=1對應(yīng)于ci0的級別，k=6對應(yīng)于cid的級別?？芍猧指標任意兩級k、l之間的客觀重要性比率為：

(9)

取l=0，上式變?yōu)椋?/p>

(10)

公式中：

αi=(cid/ci0)1/6

(11)

式中，αi定義為i指標相鄰兩級標準的影響程度比率。

本文運用韋伯-費希納定律計算環(huán)渤海17個沿海城市各評價指標的分級標準，通過研究期間同一指標所有地區(qū)數(shù)據(jù)的最大值與最小值計算相鄰兩級標準確定分級情況，具有整體性，改善了參考相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和已有標準確定評價等級的不足，提高了分級標準的科學(xué)性和合理性。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文以環(huán)渤海沿海地區(qū)17個沿海城市為研究區(qū)域，數(shù)據(jù)主要來源于2000—2012年間的《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》、《中國城市統(tǒng)計年鑒》、《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》、《中國城市(鎮(zhèn))生活與價格年鑒》及各省市統(tǒng)計年鑒和統(tǒng)計公報。

2 研究區(qū)概況

環(huán)渤海沿海地區(qū)是指環(huán)繞著渤海全部及黃海的部分沿岸地區(qū)而組成的廣大經(jīng)濟區(qū)域，與長三角、珠三角一起構(gòu)成我國沿海經(jīng)濟增長的“三極”，它與華東、華南沿海地區(qū)共同構(gòu)成中國經(jīng)濟發(fā)展的“黃金海岸”[24]。在行政區(qū)上，它包括1個直轄市天津和16個地級行政區(qū)(遼寧省的丹東、大連、營口、盤錦、錦州和葫蘆島，河北省的秦皇島、唐山和滄州，山東省的東營、濱州、濰坊、煙臺、威海、青島和日照)。環(huán)渤海沿海地區(qū)是人地矛盾尖銳的典型區(qū)域，近年來在經(jīng)濟快速發(fā)展的同時，城市化進程加快，生態(tài)環(huán)境壓力增大，不斷膨脹的城市建設(shè)用地需求與有限的土地資源矛盾越來越尖銳。研究環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力，對于緩解環(huán)渤海沿海地區(qū)土地資源的供需矛盾，實現(xiàn)土地資源和社會經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展具有深遠的意義。

3 綜合評價

3.1 土地承載力評價指標體系及權(quán)重

本文遵照選取指標的綜合性、系統(tǒng)性、可操作性以及區(qū)域特殊性原則，參考前人的研究成果，結(jié)合環(huán)渤海地區(qū)實際情況以及當前經(jīng)濟社會發(fā)展特點，從水土資源、生態(tài)環(huán)境、經(jīng)濟技術(shù)及社會4個系統(tǒng)進行詳細分析，構(gòu)建了環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力評價指標體系，并運用D-S證據(jù)理論科學(xué)確定綜合權(quán)重(表1)。

表1 土地承載力評價指標體系及權(quán)重

3.2 評價指標分級標準

利用韋伯-費希納拓廣定律，結(jié)合環(huán)渤海地區(qū)實際情況，制定各評價指標的分級標準(表2)。

表2 評價指標分級標準

表中正指效益型指標，逆指成本型指標;其中C5人均建設(shè)用地、C6人均居住用地、C7建筑容積率、C8工業(yè)用地比例，應(yīng)該屬于適度型，但是鑒于《城市用地分類與規(guī)劃建設(shè)用地標準(GB 50137—2011)》的規(guī)定、區(qū)域土地利用特征及現(xiàn)有資料的缺失，將上述指標歸為正指標計算

3.3 評價結(jié)果

應(yīng)用可變模糊評價模型(式(1))計算環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力綜合相對隸屬度，根據(jù)綜合相對隸屬度計算級別特征值(表3)。土地承載力級別特征值代表土地承載力的相對大小，通過級別特征值按照式(5)可以判定土地承載力的評價等級，級別特征值越大，則土地承載力相對越低；按照級別特征值大小可以對評價地區(qū)進行排序以及分類，從而更好地評價分析土地承載力的時空分異。

4 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時空分異分析

4.1 土地承載力時間分異分析

從表3可以看出，環(huán)渤海17沿海城市2000—2011年土地承載力級別特征值整體呈減小趨勢，各地土地承載力總體上隨時間而不斷提高，說明各地區(qū)在2000—2011年期間，土地資源逐漸向集約、高效方向發(fā)展。各地積極編制土地利用總體規(guī)劃，結(jié)合區(qū)域特點，嚴格保護耕地，加強基本農(nóng)田的保護，統(tǒng)籌安排各類各業(yè)用地，不斷優(yōu)化土地利用布局，加強土地集約利用，協(xié)調(diào)土地利用和生態(tài)建設(shè)，提高了土地承載力。這主要表現(xiàn)在各地區(qū)經(jīng)濟總量逐年增長的同時，土地生產(chǎn)效率也在不斷提高。隨著經(jīng)濟社會發(fā)展、人口不斷增長，雖然部分地區(qū)人均耕地面積有所減少，但是由于技術(shù)進步，糧食單產(chǎn)及糧食自給率不斷提高，在一定程度上彌補了耕地減少的不足，提高了土地資源的人口承載力。人均GDP、地均GDP、單位建設(shè)用地面積GDP等呈不斷增長趨勢，說明土地集約利用程度有所加強，土地經(jīng)濟承載力逐年提高。建筑容積率、人均建設(shè)用地面積、工業(yè)用地比例等波動增長，反映了土地建設(shè)規(guī)模承載力的提高。各地生態(tài)環(huán)境保護投入增多、生活垃圾無害化處理率、工業(yè)廢水排放達標率等不斷提高，人均公共綠地面積有所增加，除個別地區(qū)外均達到國家規(guī)劃標準，使土地生態(tài)承載力水平提高。

表3 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力級別特征值

決定這種不斷提高趨勢的根本原因在于經(jīng)濟技術(shù)水平的不斷提高。經(jīng)濟發(fā)展可以使人民生活水平不斷提高，土地的投入產(chǎn)出效率也更高。經(jīng)濟發(fā)展使政府有更多的資金來改善城市公共基礎(chǔ)設(shè)施以及公共環(huán)境，經(jīng)濟發(fā)展也會促進科技進步。技術(shù)的發(fā)展使土地的生產(chǎn)能力得到提高，如相關(guān)的農(nóng)業(yè)種植技術(shù)、病蟲防治技術(shù)等可以提高土地的糧食產(chǎn)量；由于技術(shù)的發(fā)展廢水廢物的排放得到更有效處理，減少了對環(huán)境的污染、保護了土地生態(tài)穩(wěn)定。隨著環(huán)渤海沿海地區(qū)社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，也將會對土地承載力提出更高的要求。

4.2 土地承載力空間分異分析

圖1 環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力聚類圖

為了更形象地說明環(huán)渤海17個沿海城市土地承載力的空間分異情況，根據(jù)土地承載力級別特征值(表3)，采用模糊迭代自組織聚類算法[25]將環(huán)渤海地區(qū)17個城市分為3類(圖1)。第一類土地承載力相對較高，包括：天津、唐山、大連、盤錦、青島、煙臺、東營、威海。第二類土地承載力中等，包括：錦州、營口、秦皇島、濱州、濰坊、日照。第三類土地承載力相對較低，包括：滄州、丹東、葫蘆島。

4.2.1 土地承載力相對較高地區(qū)

天津、唐山、大連、盤錦、青島、煙臺、東營、威海分別是所屬省份沿海發(fā)達城市，無論是經(jīng)濟技術(shù)水平、生態(tài)環(huán)境保護力度、土地集約利用程度等均相對較高，土地承載力水平整體相對較高。到2011年，以上地區(qū)人均GDP均大于70000 元，地均GDP也都處于1級或2級，其中天津、大連、青島屬于1級，唐山、盤錦、東營、煙臺、威海屬于2級，天津更是高達9000 萬元/km2。近年來生活垃圾無害化處理率均保持在90%以上，人均公共綠地面積均達到2級，其中威海人均公共綠地面積最高，人均約25 m2。

天津、唐山、大連、青島、煙臺，威海6市人多地少，地理區(qū)位優(yōu)越，經(jīng)濟技術(shù)發(fā)達，土地集約利用程度較高，在一定程度上彌補了土地資源不足的問題。天津堅持可持續(xù)與節(jié)約集約利用土地資源，遵循“耕地與基本農(nóng)田嚴格保護，城鄉(xiāng)建設(shè)用地優(yōu)化整合，基礎(chǔ)設(shè)施用地合理保障，生態(tài)建設(shè)和環(huán)境保護用地維護養(yǎng)育”的基本原則，不斷提高土地資源對經(jīng)濟社會的承載能力。唐山大力推進土地整理復(fù)墾，確保補充耕地質(zhì)量，嚴格保護耕地，人均耕地面積比較穩(wěn)定，變化幅度較小，維持在人均0.11 hm2左右。唐山是資源型重工業(yè)城市，工業(yè)用地比例較高，近年著力優(yōu)化土地空間布局，加大區(qū)域土地利用結(jié)構(gòu)調(diào)整和建設(shè)用地空間管制，加強土地綜合整治，打造綠色港口城市，加快由資源型城市向生態(tài)型城市的轉(zhuǎn)型。

大連、青島、煙臺，威海4市地形以山地丘陵為主，建設(shè)用地布局分散，工業(yè)用地比例最高數(shù)值分別為22%、24%、23%、30%。第一產(chǎn)業(yè)比重較低，大連、煙臺、威海低于10%，青島已低于5%。大連對土地進行綜合分區(qū)，實施差別化的土地利用政策，逐步形成了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)合理、分工明確、優(yōu)勢互補的用地格局。青島確定“環(huán)灣保護，擁灣發(fā)展”的城市發(fā)展戰(zhàn)略，按照保護耕地，優(yōu)先安排農(nóng)業(yè)用地，嚴格控制各類農(nóng)業(yè)建設(shè)規(guī)模擴大及保護生態(tài)環(huán)境的原則調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，統(tǒng)籌安排各業(yè)用地，轉(zhuǎn)變土地利用方式，促進了土地資源優(yōu)化配置和集約利用。煙臺優(yōu)質(zhì)耕地少，全市三分之二的耕地是中低產(chǎn)田，通過合理調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)，保證耕地總量動態(tài)平衡，逐步提高耕地質(zhì)量，糧食單產(chǎn)已由2000年的4480 kg/hm2提高到2011年的5850 kg/hm2；通過高效利用海岸、科學(xué)發(fā)展海島、統(tǒng)籌海陸發(fā)展，強化了城市用地的集聚規(guī)模和效益。威海市生態(tài)環(huán)境較好，2011年建城區(qū)綠化覆蓋率為47.6%。威海是一個新興工業(yè)城市，土地利用率高達95%，但基本農(nóng)田質(zhì)量呈下降趨勢，復(fù)種指數(shù)由173%下降到138%；通過加強土地利用的宏觀調(diào)控和微觀管理、實施嚴格的土地轉(zhuǎn)用和“占補”掛鉤制度、強化基本農(nóng)田保護和加強土地利用環(huán)境管理等措施，耕地保護體系初步健全。

盤錦、東營土地資源豐富，人均耕地較充足，2011年分別為0.38、0.21 hm2，境內(nèi)均有廣闊的灘涂濕地，油氣資源豐富，人均灘涂面積分別達300、500 m2。盤錦地表水域廣闊，土壤肥沃，擁有世界最大的濱海沼澤濕地；遼河三角洲位于盤錦境內(nèi)，魚米產(chǎn)量豐富。盤錦是石油化工城市，境內(nèi)蘊藏著豐富的石油、天然氣等礦產(chǎn)資源，石油工礦用地遍布全市。東營位于黃河入海口，灘涂面積1019 km2，淺海油田及鹽礦資源豐富，境內(nèi)有“東方濕地”之稱的黃河三角洲國家級自然保護區(qū)濕地生態(tài)系統(tǒng)。兩市在發(fā)展過程中應(yīng)注意保護耕地，加強土地集約利用，注意環(huán)境保護，減少石油開采對土地資源的污染破壞。

4.2.2 土地承載力中等地區(qū)

錦州耕地數(shù)量多，分布相對集中，耕地占土地總面積的比重為39.50%，2011年人均耕地面積為0.23 hm2，糧食單產(chǎn)6236 kg/hm2；耕地后備資源充足，多為荒草地和灘涂，水源條件較好，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施完備，開墾難度??；建設(shè)用地效率較高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為74710 萬元/km2，處于2級。但錦州也存在現(xiàn)有耕地減少過快，局部出現(xiàn)退化，農(nóng)村居民點及交通用地規(guī)模較大等問題。

營口土地利用程度較高，土地利用率達到90%，但耕地后備資源匱乏，建設(shè)用地利用效率總體不高，土地退化和破壞以及海侵現(xiàn)象比較嚴重。2011年人均耕地面積為0.1 hm2，糧食自給率較低為81.3%，復(fù)種指數(shù)不到90%，單位建設(shè)用地面積GDP為68000 萬元/km2屬于2級。營口通過加強耕地保護，發(fā)展優(yōu)質(zhì)園地，提高了糧食綜合生產(chǎn)能力，由2000年的4250 kg/hm2提高到2011年的6180 kg/hm2；統(tǒng)籌安排各類各區(qū)域用地，切實轉(zhuǎn)變用地觀念，不斷提高了土地資源對經(jīng)濟社會發(fā)展的支撐和保障能力。

秦皇島第三產(chǎn)業(yè)比重較高，耕地質(zhì)量較差，單位耕地化肥施用量高且持續(xù)增長，2000年為545 kg/hm2，2011年增加到928 kg/hm2，加重了對土地的污染；建設(shè)用地節(jié)約集約利用水平不高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為61700 萬元/km2。通過充分貫徹落實“兩保一優(yōu)一統(tǒng)籌”的土地利用戰(zhàn)略，逐步構(gòu)建“三帶四田四軸多中心”的土地利用格局，土地利用率和集約利用水平有所提高。

濰坊土地利用率達90.34%，耕地面積約占土地面積的50%，2011年人均耕地面積為0.19 hm2，但耕地灌溉率不足70%，化肥施用量常年在750 kg/hm2上下浮動，耕地保護壓力大。濰坊目前正處于新型工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加速發(fā)展的進程中，建設(shè)用地需求較大，建設(shè)用地中居民點及工礦用地約占85%。濰坊通過統(tǒng)籌城鄉(xiāng)土地利用，重點發(fā)展北部沿海地區(qū)，突出農(nóng)用地特別是耕地保護，推動集體建設(shè)用地使用權(quán)流轉(zhuǎn)，提高建設(shè)用地集約利用水平，促進土地承載力不斷提高。

日照未利用地面積350.8 km2，約占6.5%，土地利用率較高；建設(shè)用地集約利用水平較高，2011年單位建設(shè)用地面積GDP為106645 萬元/km2。全市農(nóng)用地占較大比重，其中耕地面積2300 km2,占全市土地面積的43%，但耕地質(zhì)量呈下降趨勢，2000年至2011年糧食單產(chǎn)由6560 kg/hm2降低至5180 kg/hm2。日照應(yīng)加強對耕地特別是基本農(nóng)田的保護，保護和提高糧食生產(chǎn)力。

濱州地處黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)，區(qū)域內(nèi)土層深厚,土地資源較豐富,農(nóng)用地比重較大，2011年耕地面積比例約48%，人均耕地面積為0.18 hm2，人均灘涂面積為117 m2，糧食自給率達205%。人均建設(shè)用地較少，僅2011年達到2級，為79.6 m2，其余年份均處于3級或4級水平。濱州優(yōu)化調(diào)整城鄉(xiāng)建設(shè)用地結(jié)構(gòu)，動態(tài)管理農(nóng)用地轉(zhuǎn)用計劃，將土地資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為產(chǎn)業(yè)優(yōu)勢，按照建設(shè)黃河三角洲高效生態(tài)經(jīng)濟區(qū)的要求，實施生態(tài)保育戰(zhàn)略，推進土地生態(tài)建設(shè)，以實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)利用。

4.2.3 土地承載力相對較低地區(qū)

滄州、丹東、葫蘆島在環(huán)渤海17個沿海城市中屬于經(jīng)濟不發(fā)達地區(qū)，土地集約利用水平較低。2011年人均GDP分別為35918、36858、23107 元，地均GDP分別為1840、581、625 萬元/km2。除滄州外建設(shè)用地效率較低，丹東、葫蘆島單位建設(shè)用地面積GDP分別為51282、45887 萬元/km2。三市耕地質(zhì)量總體偏低，滄州中低產(chǎn)田多、低洼易澇、鹽堿重，灌溉條件較差，滄州耕地灌溉率不到80%，丹東、葫蘆島均低于40%。生態(tài)環(huán)境保護力度相對較低，2011年建城區(qū)綠化覆蓋率均低于40%。

滄州耕地面積持續(xù)減少，后備資源不足，水資源極其匱乏，人均水資源量僅有170 m3；開發(fā)區(qū)、工業(yè)園多是先平整后建設(shè)，建設(shè)速度滯后，土地閑置現(xiàn)象顯著；城市和小城鎮(zhèn)過度膨脹，造成城區(qū)內(nèi)存在大量閑置土地且利用效率較低。丹東土地利用程度較高，水資源豐富，但可開發(fā)利用的其他土地有限，耕地后備資源不足；耕地面積相對較少，耕地面積比例不足15%。滄州、丹東農(nóng)村居民點用地過多、利用粗放，應(yīng)加強農(nóng)用地及農(nóng)村居民點整理。葫蘆島局部地區(qū)土地退化較嚴重，土地整治補充耕地難度較大；城鄉(xiāng)建設(shè)用地布局分散，特殊用地比例大。

5 結(jié)語

(1)指標權(quán)重的確定是否合理,直接關(guān)系到整個評價體系的科學(xué)性，本文改變以往常用的主客觀權(quán)重線性加權(quán)確定綜合權(quán)重的方法，運用D-S證據(jù)理論合成客觀權(quán)重，提高了權(quán)重的準確性和科學(xué)性。采用韋伯-費希納定律確定指標評價標準，提高了分級標準的科學(xué)性和合理性。運用可變模糊評價模型，對環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力進行時空分異綜合評價，計算簡便，取得了較好的評價效果。

(2)研究結(jié)果表明，2000—2011年，環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力整體不斷提高，但是空間分布差異明顯。天津、唐山、大連、盤錦、青島、煙臺、東營、威海土地承載力相對較高，錦州、營口、秦皇島、濱州、濰坊、日照屬于中等水平，滄州、丹東、葫蘆島土地承載力相對較低。

(3)經(jīng)濟發(fā)展水平對土地承載力有重要影響，土地承載力隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展而動態(tài)變化，并伴隨逐步升高的趨勢。適度的經(jīng)濟規(guī)模和經(jīng)濟結(jié)構(gòu)有利于土地可持續(xù)集約利用。在追求經(jīng)濟效益最大化的同時,應(yīng)轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，加快產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化和布局調(diào)整，保證經(jīng)濟、資源、環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展,最終達到綜合效益最大化，實現(xiàn)環(huán)渤海經(jīng)濟區(qū)的快速崛起。各地應(yīng)針對地區(qū)實際情況，加強耕地保護，強化耕地質(zhì)量建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力；因地制宜改善土地生態(tài)環(huán)境，統(tǒng)籌安排城鄉(xiāng)建設(shè)用地，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高建設(shè)用地利用效率；沿海地區(qū)應(yīng)積極推進港口、灘涂等資源的開發(fā)利用，調(diào)整陸域產(chǎn)業(yè)布局，實現(xiàn)海陸產(chǎn)業(yè)聯(lián)動發(fā)展，堅持陸海統(tǒng)籌，加強海陸一體化開發(fā)。

(4)土地承載力還受其他一些自然資源和環(huán)境要素(太陽能、水環(huán)境等)的限制和影響，還受到人口流動、政策、地區(qū)間貿(mào)易等的影響。由于區(qū)域間可以自由貿(mào)易，一個地區(qū)可以在保護耕地資源的同時，充分發(fā)揮當?shù)氐谋容^優(yōu)勢，發(fā)展與當?shù)氐耐恋刭Y源類型相適宜的產(chǎn)業(yè)，而不是必須大力發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)來保障人口對糧食的需求，這更符合當前的社會現(xiàn)實。在海洋的作用下，為了應(yīng)對海洋的壓力，沿海地區(qū)土地系統(tǒng)也做出了相應(yīng)變化(利用海洋資源、防范海洋災(zāi)害等)，新的土地利用類型在沿海地區(qū)不斷出現(xiàn)；圍海造田等也會改變土地資源的格局。在研究沿海地區(qū)的土地承載力時還應(yīng)更多的考慮海洋開發(fā)對海岸地區(qū)土地利用的影響。由于資料有限，以上問題本文并未完全考慮到。在以后的研究中應(yīng)加以綜合考慮，建立更為完善的土地承載力綜合評價指標體系。

[1] 魏超, 葉屬峰, 過仲陽, 劉漢奇, 鄧邦平, 劉星. 海岸帶區(qū)域綜合承載力評估指標體系的構(gòu)建與應(yīng)用——以南通市為例. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(18): 5893-5904.

[2] Vogot W. The Way of Subsistence. Chicago: Chicago University Press, 1949: 256-342.

[3] Allan W. Studies in African Land Usage in Northern Rhodesia, Rhodes Livingstone Papers and No. 15. Cape Town: Oxford University Press, 1949.

[4] Millington R, Gifford R. Energy and How We Live. Australian UNESCO Seminar, Committee for Man and Biosphere, 1973.

[5] Slesser M. Enhancement of Carrying Capacity Option ECCO. London: The Resource Use Institute, 1990.

[6] Arrow K, Bolin B, Costanza R, Dasgupta P, Folke C, Holling C S, Jansson B O, Levin S, M?ler K G, Perrings C, Pimentel D. Economic growth, carrying capacity, and the environment. Science, 1995, 268(5210): 520-521.

[7] 陳百明. “中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量”項目研究方法概論. 自然資源學(xué)報, 1991, 6(3): 197-205.

[8] 陳傳美, 鄭垂勇, 馬彩霞. 鄭州市土地承載力系統(tǒng)動力學(xué)研究. 河海大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 1999, 27(1): 53-56.

[9] 周金星, 李冬雪, 漆良華, 張旭東, 楊祎. 長江流域低山丘陵區(qū)土地承載力評價. 資源科學(xué), 2006, 28(5): 164-170.

[10] 許月卿. 基于生態(tài)足跡的北京市土地生態(tài)承載力評價. 資源科學(xué), 2007, 29(5): 37-42.

[11] 姜秋香, 付強, 王子龍. 基于粒子群優(yōu)化投影尋蹤模型的區(qū)域土地資源承載力綜合評價. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報, 2011, 27(11): 319-324.

[12] 南彩艷, 粟曉玲. 基于改進SPA 的關(guān)中地區(qū)水土資源承載力綜合評價. 自然資源學(xué)報, 2012, 27(1): 104-114.

[13] 高潔宇. 基于生態(tài)敏感性的城市土地承載力評估. 城市規(guī)劃, 2013, 37(3): 39-42.

[14] 施開放, 刁承泰, 孫秀鋒, 左太安. 基于耕地生態(tài)足跡的重慶市耕地生態(tài)承載力供需平衡研究. 生態(tài)學(xué)報, 2013, 33(6): 1872-1880.

[15] 陳守煜, 胡吉敏. 可變模糊評價法及在水資源承載能力評價中的應(yīng)用. 水利學(xué)報, 2006, 37(3): 264-271.

[16] 陳守煜, 李敏. 基于可變模糊集理論的水資源可再生能力評價模型. 水利學(xué)報, 2006, 37(4): 431-435.

[17] 陳守煜. 可變模糊集理論與模型及其應(yīng)用. 大連: 大連理工大學(xué)出版社, 2009.

[18] Dempster A P. Upper and lower probabilities induced by a multivalued mapping. The Annals of Mathematical Statistics, 1967, 38(2): 325-339.

[19] Dempster A P. A generalization of bayesian inference. Journal of the Royal Statistical Society, 1968, 30(2): 205-247.

[20] Shafer G. A Mathematical Theory of Evidence. Princeton University Press, 1976: 1-150.

[21] 李祚泳, 彭荔紅. 基于韋伯-費希納拓廣定律的環(huán)境空氣質(zhì)量標準. 中國環(huán)境監(jiān)測, 2003, 19(4): 17-19.

[22] 張寶, 劉靜玲, 陳秋穎, 李永麗, 林超, 曹寅白. 基于韋伯-費希納定律的海河流域水庫水環(huán)境預(yù)警評價. 環(huán)境科學(xué)學(xué)報, 2010, 30(2): 268-274.

[23] 李小燕, 王菲鳳, 張江山. 基于韋伯-費希納定律的湖泊富營養(yǎng)化評價. 水電能源科學(xué), 2011, 29(3): 37-39.

[24] 孫才志, 韓建, 高揚. 基于AHP-NRCA模型的環(huán)渤海地區(qū)海洋功能評價. 經(jīng)濟地理, 2012, 32(10): 95-101.

[25] 孫才志, 林學(xué)鈺. 模糊劃分有效性函數(shù)的構(gòu)建與應(yīng)用. 系統(tǒng)工程理論與實踐, 2004, 24(2): 106-110.

Land carrying capacity spatiotemporal differentiation in the Bohai Sea Coastal Areas

YU Guanghua，SUN Caizhi*

ThecenterforStudiesofMarineEconomyandSustainableDevelopment,LiaoningNormalUniversity,Dalian116029,China

The study of land carrying capacity is important for coordinating the development of resources, environment, and the economy. This carrying capacity is an important element in the study of regional sustainable development. Coastal areas have the greatest populations, highest population densities, rich resources, and convenient transportation. As in other coastal countries, the coastal area of China is the most developed part of the country. With the acceleration of urbanization, population and economic activity are strongly agglomerating in these coastal areas, resulting in a series of land use conflicts. With such tremendous growth of the economy and society, the conflict between supply and demand of land resources has become increasingly acute. Unreasonable and excessive use of land resources has caused serious damage to the ecological environment of coastal areas and a degradation of land resources. Study on the land carrying capacity of the Bohai Sea coastal areas has great significance for the sustainable development of the Bohai Sea economic circle. The land resource system is complex and has openness, dynamics, social and other characteristics. Therefore, it is difficult to accurately quantify the population, environment, and socioeconomic development. It is also difficult to quantify limits on the land carrying capacity. However, by constructing an indicator system, we can measure dynamic trends and relative land carrying capacity, thereby guiding land use activities. Land carrying capacity assessment is a comprehensive evaluation that involves multiple factors, including natural, social, economic, technological, and others. These factors are interconnected and place mutual restrictions on each other. Relationships between these factors are complex. There is vagueness and uncertainty, as well as dynamic variability under certain temporal and spatial conditions. To date, studies on land carrying capacity have mostly concentrated on inland and ecologically vulnerable areas. There is little research on land carrying capacity in coastal areas. Further, classification standards of assessment indexes in variable fuzzy assessment are mostly determined with reference to relevant statistical data and existing standards. There is a certain subjectivity and arbitrariness, along with inaccuracies. In view of the limitations of prior studies, this work applied the Weber-Fischna law to determine classification standards of assessment indexes. We also used D-S evidential theory to combine subjective factor weights and objective weights to make integrated weights more reliable and accurate. The variable fuzzy assessment method was used to assess comprehensive land carrying capacity in the Bohai Sea coastal areas. Results for those areas show that the land carrying capacity of seventeen cities from 2000 to 2011 had an upward trend on the whole, along with obvious spatial distribution differences. There were higher land carrying capacities at Tianjin, Tangshan, Dalian, Panjin, Qingdao, Dongying, Yantai, and Weihai. Those capacities at Jinzhou, Yingkou, Qinhuangdao, Binzhou, Weifang, and Rizhao were at a medium level, and those at Cangzhou, Dandong, and Huludao were relatively low. The economic development level had strong effects on land carrying capacity. An appropriate economic scale and structure is conducive to sustainable and intensive land use. Application of the variable fuzzy assessment model to land carrying capacity is characterized by simple calculation, ease of operation, and reliable results.

land carrying capacity; Weber-Fischna law; variable fuzzy assessment method; D-S evidential theory

教育部人文社會科學(xué)重點研究基地項目(12JJD790032)

2013-11-30;

2014-12-05

10.5846/stxb201311302853

*通訊作者Corresponding author.E-mail: suncaizhi@lnnu.edu.cn

于廣華，孫才志.環(huán)渤海沿海地區(qū)土地承載力時空分異特征.生態(tài)學(xué)報,2015,35(14):4860-4870.

Yu G H，Sun C Z.Land carrying capacity spatiotemporal differentiation in the Bohai Sea Coastal Areas.Acta Ecologica Sinica,2015,35(14):4860-4870.