劉 向 南，林 晨，張 展，潘 金 華，王 曉 瑞，王 君 櫹

(1.中國科學院流域地理學重點實驗室，中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008；2.泰州市國土資源局，江蘇 泰州 225300；3.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210093)

基于資源環(huán)境承載力的泰州市耕地保有量預測研究

劉 向 南1，林 晨1，張 展2，潘 金 華2，王 曉 瑞3，王 君 櫹3

(1.中國科學院流域地理學重點實驗室，中國科學院南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008；2.泰州市國土資源局，江蘇 泰州 225300；3.南京大學地理與海洋科學學院，江蘇 南京 210093)

以泰州市為例，利用灰色系統(tǒng)模型和ARIMA模型，分別從土地資源、水資源及環(huán)境負荷角度對泰州市人口承載力進行評價和預測，并根據(jù)“木桶原理”，確定泰州市資源環(huán)境的最大人口承載規(guī)模，最終測算規(guī)劃期內的最低耕地保有量。研究結果表明：泰州市糧食生產與水資源供給充足，土地資源、水資源不會限制人口增長，環(huán)境負荷將是未來人口增長最主要的制約因素；在保證資源環(huán)境均不超載的情況下，泰州市2020年最大人口規(guī)模541.61萬人，2030年567.00萬人；基于最大人口規(guī)模的最低耕地保有量2020年26.19萬hm2，2030年28.26萬hm2，均低于規(guī)劃耕地保有量，表明泰州市糧食供給已達到自給水平。該文揭示了影響泰州市資源環(huán)境人口承載能力的短板與制約要素，確定了基于糧食安全的耕地資源最低警戒規(guī)模，為泰州市耕地資源保護與合理利用提供了科學依據(jù)。

資源環(huán)境；泰州市；人口承載力；耕地保有量

0 引言

資源環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展的基礎和剛性制約條件，隨著經濟的快速發(fā)展，局部地區(qū)資源環(huán)境承載能力已超過極限，造成了難于逆轉的資源環(huán)境破壞，嚴重制約經濟社會的發(fā)展，資源短缺、水污染嚴重、水生態(tài)環(huán)境惡化等問題日益突出。隨著黨的“十八大”召開，我國進入了工業(yè)化、信息化、城鎮(zhèn)化、農業(yè)現(xiàn)代化同步快速推進的新時期，在經濟社會發(fā)展的宏觀背景推動下，保護資源和保障發(fā)展的矛盾將進一步加劇，區(qū)域資源環(huán)境承載力研究的重要性日益凸顯。

資源環(huán)境承載力[1]是指在一定時期和范圍內，在一定科學技術水平條件下資源環(huán)境的數(shù)量和質量對所轄空間區(qū)域內的人類社會生產、經濟社會發(fā)展的支撐能力。近年來，隨著人口驟增，環(huán)境惡化不斷加劇，基于資源環(huán)境的承載力研究日趨受到政府和科學界廣泛的重視和關注，在各類國土空間規(guī)劃對資源環(huán)境承載力評價應用需求的推動下，圍繞不同資源環(huán)境的人口承載力評價不斷涌現(xiàn)。如在無錫市[2]、銀川市[3]、長清縣[4]、烏海市[5]、北京市[6]、廣州市[7]、貴陽市[8]、武安市[9]等地區(qū)諸多學者已開展了基于不同資源環(huán)境的人口承載力評價與預測研究。上述研究通常選取某一單獨要素如土地資源[2-5,8,10，11]、水資源[5-7,12，13]、生態(tài)環(huán)境[5,9,14，15]、能源[16]、產業(yè)就業(yè)人數(shù)[2,5,10,13,17,18]，采用指標體系法[5]、系統(tǒng)動力模型[8]、可能-滿意度法[5]、灰色系統(tǒng)模型[3,11]、生態(tài)足跡法[9,19,20]、GIS空間分析法[18,21]等，極大地豐富了資源環(huán)境承載力的研究理論和方法。綜合以上研究發(fā)現(xiàn)，已有研究在單要素(水資源、耕地資源)承載力方面相對完善，往往只從單一角度測算區(qū)域的承載力水平，而資源環(huán)境承載力屬于綜合性系統(tǒng)范疇，受諸多要素制約，所以基于資源環(huán)境的綜合系統(tǒng)特征，根據(jù)不同區(qū)域資源稟賦的差異，綜合考慮區(qū)域經濟發(fā)展的同時不危害系統(tǒng)內部資源、環(huán)境、生態(tài)的可持續(xù)支撐能力，必須選取不同的資源環(huán)境要素，從多角度對區(qū)域資源環(huán)境的綜合人口承載能力進行研究，基于某個單一要素的資源環(huán)境承載力研究，由于其片面性和單一性的制約，很難綜合反映區(qū)域資源環(huán)境的真實承載力水平，計算結果代表性差，難以反映區(qū)域內部的多要素系統(tǒng)綜合特征。

泰州市地處江蘇省中部、長江下游北岸，位于長江三角洲和里下河平原交界處[22]。有史以來，泰州一直是我國著名的糧食生產基地，區(qū)域人口密度大，土地資源緊缺。隨著泰州市經濟、社會的迅猛發(fā)展，城鎮(zhèn)人口不斷增加，耕地資源銳減、環(huán)境污染日趨嚴重，泰州市正面臨資源環(huán)境不斷惡化、耕地資源銳減與人口規(guī)模急劇增長的多重矛盾，因此開展基于多要素的資源環(huán)境綜合承載力研究迫在眉睫。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

泰州市地處江蘇中部(32°01′57″～33°10′59″N，119°38′24″～120°32′20″E)，下轄海陵區(qū)、高港區(qū)、姜堰區(qū)、高新區(qū)、靖江市、泰興市、興化市。泰州市地層屬第四紀地層，是江淮兩大水系的沖積平原，位于北亞熱帶濕潤氣候區(qū)，受季風環(huán)流的影響，具有明顯的季風性特征。2014年泰州市戶籍人口達508.51萬人，經濟發(fā)展穩(wěn)中有進，生產總值3 370.89億元，增長10.8%，三次產業(yè)結構調整為6.4∶51.3∶42.3。泰州市土地總面積為57.87萬 hm2，其中，農用地資源豐富，耕地比重高；隨著工業(yè)化、城市化與交通基礎設施建設進程的加快，泰州市建設用地也呈現(xiàn)快速擴張的趨勢，但農村居民點比重過高，建設用地結構不合理，可用于土地開發(fā)的耕地后備資源極其貧乏且分布不均衡。

1.2 基于不同限制因素的人口承載力測算

本研究結合泰州市資源環(huán)境現(xiàn)狀與社會經濟發(fā)展特征，選取影響泰州市資源環(huán)境承載力的3個關鍵要素——土地資源、水資源和環(huán)境負荷進行人口承載力評價與預測，并根據(jù)“木桶原理”，將最大制約因素的人口承載力作為整個區(qū)域資源環(huán)境的人口承載規(guī)模，在此基礎上，從保障耕地資源和糧食安全的角度進一步測算泰州市耕地保有量。本研究以2014年為基準年，依據(jù)2005-2014年共10年基礎數(shù)據(jù)，評價目標年為2020年、2030年，評價范圍為泰州市全部區(qū)域。

(1)土地資源。土地最重要、最基本的功能就是其生產功能，一個地區(qū)土地的生產潛力一定程度上決定了其所能夠供養(yǎng)的人口數(shù)量。本研究利用灰色系統(tǒng)模型GM(1,1)在糧食總產量及人均糧食消費量預測的基礎上，預測未來區(qū)域土地資源能夠承載的人口規(guī)模，測算模型如下：

P=G/(w*Gpc),L=R/P

(1)

式中：P為人口承載力(人)；G為生活用糧總供給量(kg)；w為糧食自給率；Gpc為人均糧食消費量(kg/人)；L為人口承載力狀態(tài)；R為現(xiàn)實人口數(shù)量(人)。

(2)水資源。采用ARIMA模型(差分整合移動平均自回歸模型)對泰州市水資源供給總量及人均綜合用水量進行預測，在此基礎上測算水資源的人口承載力。測算模型如下：

P=X/N,L=R/P

(2)

式中：X為目標年供水規(guī)模(t)；N為目標年人均總用水量(t/人)。

(3)環(huán)境負荷。根據(jù)《泰州市統(tǒng)計年鑒》和《環(huán)境保護專項規(guī)劃》，SO2是泰州市最主要的污染物，本研究以SO2排放為評價對象，在利用總量趨勢與灰色系統(tǒng)模型GM(1,1)對人均排放量進行預測的基礎上，計算環(huán)境負荷的人口承載規(guī)模。測算模型為：

P=S/M,L=R/P

(3)

式中：S為目標年SO2排放總量(t)；M為目標年人均SO2排放量(t/人)。

1.3 基于人口承載力的耕地保有量測算

“木桶原理”在資源環(huán)境的人口承載力水平上表現(xiàn)為整個區(qū)域綜合人口承載能力即木桶最大容量，木板長短的差異反映了不同資源環(huán)境稟賦的地域差異，也是區(qū)域綜合承載能力的制約要素。本研究利用最大制約要素(短板)的承載水平反映整個區(qū)域的人口綜合承載能力，確定資源環(huán)境的最大人口承載規(guī)模并測算耕地保有量，既保證各要素均不超載，又能保障資源環(huán)境良好的可持續(xù)發(fā)展支撐能力。基于最大人口承載規(guī)模的最低耕地保有量測算公式如下：

F=P*g,g=(V*Gpc)/C

(4)

式中：F為最低耕地保有量(hm2)；P為資源環(huán)境最大人口承載規(guī)模(人)；g為保證糧食安全的人均耕地保有量(hm2/人)；C為目標年糧食單產(kg/hm2)；V為糧食自給率；Gpc為人均糧食消費標準(kg/人)。

1.4 數(shù)據(jù)來源

本文用于模型計算與預測的數(shù)據(jù)主要為泰州市社會經濟、土地利用及生態(tài)環(huán)境三方面的資料。具體如下：泰州市人口數(shù)量(2005-2014)；泰州市糧食播種面積(2005-2014)；泰州市糧食單產(2005-2014)；泰州市人均食物消費結構(2007-2013)；泰州市水資源供給量(2005-2014)；泰州市人均綜合用水量(2005-2013)；泰州市環(huán)保統(tǒng)計數(shù)據(jù)(2005-2013)。其他數(shù)據(jù)來自泰州市統(tǒng)計年鑒(2005-2014)、泰州市土地利用總體規(guī)劃(2006-2020)、泰州市水資源統(tǒng)計公報(2005-2014)。

2 結果與討論

2.1 不同人口承載力測算結果

(1)土地資源。根據(jù)生活用糧、人均糧食消費及糧食自給率的土地資源人口承載力測算結果(表1)顯示，2020年泰州市糧食供給可養(yǎng)活745.19萬人，2030年831.23萬人，均高于預測人口規(guī)模。其中，興化市可承載人口數(shù)量達預測人口的兩倍，且興化市糧食總產量占泰州市糧食總量的45%以上，可承載人口規(guī)模也最大，其次是泰興市、姜堰區(qū)。人口承載力狀態(tài)表明，泰州市2020年、2030年的承載力狀態(tài)整體處于糧食盈余狀態(tài)，其中主城區(qū)(海陵區(qū)、高港區(qū)及高新區(qū))人口承載力已達到臨界超載，主城區(qū)糧食總產量低，可承載人口數(shù)量相對較少。靖江市、姜堰區(qū)、泰興市、興化市未來土地資源的人口承載力狀態(tài)為盈余，糧食生產量除滿足本區(qū)域的消費需求外，還有大量的余糧供調配出售，可以作為未來泰州市的主要商品糧區(qū)域，該區(qū)域糧食可大量調配至主城區(qū)的海陵區(qū)、高港區(qū)及高新區(qū)。

表1 泰州市各區(qū)(市)2020年、2030年土地資源人口承載力

(2)水資源?；谒Y源供給總量與人均需水量的人口承載力評價預測結果(表2)顯示，2020年、2030年泰州市各區(qū)(市)水資源可承載人口規(guī)模整體不斷增加，且顯著高于預測人口。其中，泰興市、靖江市水資源承載人口達到預測人口的兩倍，表明這兩個地區(qū)具有豐富的水資源。從人口承載力狀態(tài)看出，泰州市2020年、2030年的水資源承載狀況整體處于盈余狀態(tài)，表明泰州市水資源供給充足，水資源可持續(xù)承載的人口規(guī)模較大。其中姜堰區(qū)的水資源承載力已達到臨界超載，該區(qū)人口眾多，水資源相對匱乏；高新區(qū)、高港區(qū)、泰興市、興化市、靖江市水資源盈余，供給量除滿足本區(qū)域的消費需求外，還有大量剩余，可作為未來泰州市的主要取水區(qū)域，或安排需水量較大的工農業(yè)生產活動。

表2 泰州市各區(qū)(市)2020年、2030 年水資源人口承載力

(3)環(huán)境負荷?；谌司鵖O2排放量的環(huán)境負荷可承載人口預測結果(表3)顯示，2020年、2030年泰州市環(huán)境負荷所承載的人口分別為541.61萬人、567萬人，均略高于預測人口。其中，主城區(qū)(海陵區(qū)、高港區(qū)以及高新區(qū))所承載人口略低于預測人口，說明在經濟發(fā)達、工業(yè)較為集中的地區(qū)環(huán)境污染加劇，環(huán)境負荷可承載的人口相對于泰興市、興化市、靖江市要少，而在工業(yè)不是特別集中的地區(qū)所能承載人口數(shù)大于預測人口數(shù)?；诃h(huán)境負荷的人口承載力狀態(tài)表明，2020年、2030年泰州市的人口承載力處于平衡狀態(tài)，環(huán)境負荷適中。泰興市、興化市、靖江市環(huán)境負荷平衡狀態(tài)相對較小，可承載人口數(shù)量較多。位于主城區(qū)的海陵區(qū)、高港區(qū)、姜堰區(qū)、高新區(qū)環(huán)境負荷承載已達到超載狀態(tài)，地區(qū)環(huán)境負荷壓力增加。環(huán)境負荷將成為3個主城區(qū)未來人口承載規(guī)模的主要限制因素。

表3 泰州市各區(qū)(市)2020年、2030年環(huán)境負荷人口承載力

2.2 最大人口承載規(guī)模

通過對泰州市各區(qū)(市)人口承載力的不同要素(土地資源、水資源、環(huán)境負荷)承載力水平預測結果對比分析可知，泰州市未來水資源供給量大，水資源可承載的人口規(guī)模最大，顯著高于預測人口。其次是土地資源，表明泰州市用于農業(yè)生產的土地資源豐富，糧食供給充足，糧食生產量可充分滿足現(xiàn)有的人口增長速度。最大的制約因素是環(huán)境負荷，可見在泰州市環(huán)境污染不斷加劇，在未來環(huán)境保護的嚴格要求下，環(huán)境負荷將成為限制人口增長的最主要障礙。因此根據(jù)“木桶原理”，將最大制約限制因素(環(huán)境負荷)的人口承載力水平作為泰州市區(qū)域資源環(huán)境的綜合人口承載規(guī)模，即最大人口承載規(guī)模(表4)。

表4 泰州市各區(qū)(市)2020年、2030年最大人口規(guī)模(萬人)

Table 4 Most population in 2020 and 2030 of Taizhou City

年份海陵區(qū)高港區(qū)姜堰區(qū)高新區(qū)泰興市興化市靖江市泰州市2020203038.1740.8211.2213.1452.1154.1014.0912.87121.61127.76170.21182.7570.0180.21541.61567.00

2.3 最低耕地保有量測算

利用式(4)，根據(jù)中心城區(qū)及糧食主產區(qū)的功能定位，對不同區(qū)、市分別設定高、低兩種糧食自給率水平，分別測算泰州市各區(qū)(市)2020年、2030年的耕地保有量(表5)。由測算結果看出，到2020年泰州市中心城區(qū)達到0.2、其他區(qū)達到0.8的糧食自給率水平只需要21.30萬hm2的耕地，即能滿足糧食供給需求；而高糧食自給率水平時，耕地保有量為26.19萬hm2，除中心城區(qū)外，其他區(qū)、市可達到糧食自給?？紤]泰州市是江蘇省的糧食主產區(qū)之一，在糧食自給的情況下還需有部分商品糧供應省內其他區(qū)域，因此考慮以高糧食自給率水平作為測算耕地保有量的標準。

表5 泰州市各區(qū)(市)2020年、2030年的耕地保有量

泰州市2020年耕地保有量為26.19萬hm2，2030年為28.26萬hm2，其中興化市耕地保有量最大，其次是泰興市、姜堰區(qū)，說明上述區(qū)域作為泰州市未來的糧食主產區(qū)，糧食供給除滿足自身需求外，還可大量輸出到耕地保有量較低的海陵區(qū)、高新區(qū)、高港區(qū)3個主城區(qū)，緩解主城區(qū)由于經濟發(fā)展、建設用地規(guī)模不斷增加帶來的耕地不足、糧食稀缺的矛盾。根據(jù)《泰州市土地利用總體規(guī)劃(2006-2020)》，泰州市2020年耕地保有量為31.55萬hm2，本研究耕地保有量測算結果低于規(guī)劃值。

2.4 討論

本研究利用灰色系統(tǒng)模型和ARIMA模型進行評價和預測，可以實現(xiàn)諸多因素的耦合，從現(xiàn)有數(shù)據(jù)的變化趨勢預測未來數(shù)據(jù)，通過與規(guī)劃期的人口承載力相比較看出，各要素人口承載力預測與規(guī)劃值基本吻合，具有一定的科學性和實用性，適合市縣級人口及耕地保有量預測；缺點是對政府政策以及經濟發(fā)展等要素考慮不夠，預測值可作為規(guī)劃值的下限。采用“木桶原理”，將最大限制因素的承載力作為整個資源環(huán)境的綜合承載水平，確保其他資源環(huán)境均不超載，最大限度地維持了資源環(huán)境的可持續(xù)支撐能力，有利于資源環(huán)境與人口、經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，簡化了研究方法，克服了綜合系統(tǒng)模型發(fā)展尚不完善的問題。

對于開放區(qū)域，人口承載力狀況與區(qū)域資源環(huán)境、經濟發(fā)展、科技進步存在復雜的反饋機制，不完全受資源環(huán)境的限制，也與區(qū)域的經濟發(fā)展、產業(yè)結構密切相關。但從可持續(xù)發(fā)展的長遠角度而言，一個地區(qū)的人口承載規(guī)模主要取決于區(qū)域的資源環(huán)境稟賦程度[23]，尤其是土地資源。因此，要保障經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，必須切實提高區(qū)域資源環(huán)境的承載能力，落實嚴格的耕地保護制度，合理利用土地資源。

3 結論

本研究結合泰州市資源環(huán)境現(xiàn)狀與社會經濟發(fā)展特征，選取了影響泰州市資源環(huán)境承載力的3個關鍵要素——土地資源、水資源和環(huán)境負荷進行資源環(huán)境的人口承載力評價與預測，可實現(xiàn)諸多因素的耦合，從現(xiàn)有數(shù)據(jù)的變化趨勢預測未來數(shù)據(jù)；根據(jù)“木桶原理”，將最大制約限制因素的人口承載力作為整個區(qū)域資源環(huán)境的人口承載規(guī)模，既保證其他制約要素均不超載，又可以確保資源環(huán)境具備長期可持續(xù)的支撐發(fā)展能力，有利于資源環(huán)境與人口、經濟社會的可持續(xù)發(fā)展，簡化了研究方法，克服了綜合系統(tǒng)模型發(fā)展尚不完善的問題。在此基礎上，基于資源環(huán)境的最大人口承載規(guī)模，從保障耕地資源和糧食安全角度出發(fā)，測算泰州市耕地保有量。

基于土地資源、水資源和環(huán)境負荷的泰州市2020年、2030年人口承載規(guī)模均高于規(guī)劃人口規(guī)模，其中水資源、土地資源人口承載規(guī)模較大，遠遠大于規(guī)劃人口，表明泰州市水資源豐富，糧食供給充足，未來水資源、土地資源可持續(xù)承載人口能力較強。環(huán)境負荷是泰州市未來人口規(guī)模增長的最主要制約因素，可承載人口能力持續(xù)性最差，未來環(huán)境負荷壓力較大，環(huán)境污染將不斷加劇，嚴重制約泰州市人口、經濟、社會的可持續(xù)發(fā)展。建議在區(qū)域資源環(huán)境承載力評價預測的基礎上，建立相對統(tǒng)一的分級響應機制，區(qū)分不同區(qū)域的發(fā)展態(tài)勢，起到重要的導向作用；同時改變傳統(tǒng)經濟發(fā)展模式，大力發(fā)展循環(huán)經濟，堅持走新型工業(yè)化道路，實現(xiàn)工業(yè)“綠色化”，堅決杜絕“先污染、后治理”的傳統(tǒng)粗放經濟模式。

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Study on Cultivated Land Quantity of Taizhou City Based on Resources and Environment Carrying Capability

LIU Xiang-nan1，LIN Chen1，ZHANG Zhan2，PAN Jin-hua2，WANG Xiao-rui3，WANG Jun-xiao3

(1.KeyLaboratoryofWatershedGeographicSciences,NanjingInstituteofGeographyandLimnology,CAS,Nanjing210008;2.TaizhouBureauofLandandResources,Taizhou225300;3.CollegeofGeographyOceanographyScience,NanjingUniversity,Nanjing210093,China)

Cultivated land quantity is one of the key factors which affect regional economic by influencing industrial and resource environment limits,research on cultivated land quantity based on resources and environment carrying capacity is significant to sustainable development of population,economy and society.This paper constructs Grey and ARIMA model to evaluate and forecast population carrying capacity of resources and environment in Taizhou City based on land resources,water resources and environment load.According to "cask effect",the largest population carrying capacity and the least cultivated land quantity is identified.It is concluded that the grain production and water resources is at great supply.Land resources and water resources will not be the limiting factor of population growth,but environment load will be.Under the limit of resources and environment,the largest population size is 5.4161 million and 5.6700 million people in 2020 and 2030.The least cultivated land quantity is 0.2619 million hm2and 0.2826 million hm2until 2020 and 2030,which is both less than land preservation quantity.It shows that food provision service is at abundant self-supply.This study reveals the "short cask" and restriction factor of population carrying capacity based on resources and environment of Taizhou.The results confirmed the least cultivated land quantity considering grain security,which can be served as reference to cultivated land resources protection and reasonable utilization of Taizhou City.

resources and environment;Taizhou City;population carrying capacity;cultivated land quantity

2016-03-01；

2016-05-19

劉向南(1989-)，女，碩士研究生，主要從事土地資源利用與海岸帶研究。E-mail：lxngis1002@163.com

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.04.015

F301.21

A

1672-0504(2016)04-0090-05