孟 玫，李秀霞，孟祥健

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林·四平 136000）

四平市自然資源綜合承載力評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)研究

孟 玫，李秀霞*，孟祥健

（吉林師范大學(xué)旅游與地理科學(xué)學(xué)院，吉林·四平 136000）

運(yùn)用狀態(tài)空間法構(gòu)建綜合承載力模型，對(duì)吉林省四平市2000~2014年自然資源綜合承載力進(jìn)行了評(píng)價(jià)，用灰色預(yù)測(cè)GM(1,1)模型對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，并針對(duì)存在問(wèn)題提出了合理化建議。結(jié)果顯示：四平市自然資源綜合承載力呈現(xiàn)出W型波動(dòng)式上升，但始終處于嚴(yán)重超載狀態(tài)；未來(lái)10年四平市自然資源綜合承載力雖然呈現(xiàn)上升趨勢(shì)，但仍將處于嚴(yán)重超載狀態(tài)；四平市土地資源比較豐富，但水資源和能源相對(duì)不足，是制約該市經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。文章最后從提高資源的利用率、保護(hù)水資源、優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等方面給出合理化建議，以期為四平市經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展提供技術(shù)參考。

自然資源；綜合承載力；評(píng)價(jià)與預(yù)測(cè)；狀態(tài)空間法；主成分分析；灰色預(yù)測(cè)模型

1921年，人類生態(tài)學(xué)家帕克（Park）和伯吉斯（Burgess）提出承載力（Carrying Capacity）概念[1]，隨后相繼出現(xiàn)了草地承載力、土地資源承載力、水資源承載力等，內(nèi)涵不斷豐富，測(cè)算方法也逐步完善，尤以土地資源和水資源承載力等方面取得的成果較多[2]。

國(guó)內(nèi)關(guān)于承載力的研究始于20世紀(jì)80年代，雖起步較晚但研究成果豐富，并主要集中于絕對(duì)資源承載力方面[3]。而由于我國(guó)人口總量大，資源總量有限，故利用傳統(tǒng)的絕對(duì)資源承載力方法并以國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)來(lái)衡量資源的可承載人口數(shù)量時(shí)，幾乎總是得到實(shí)際人口超載甚至嚴(yán)重超載的結(jié)論，顯然這一結(jié)論對(duì)實(shí)踐的指導(dǎo)意義有限。因此，2000年黃寧生等人提出了相對(duì)資源承載力的概念，并以廣東省為例進(jìn)行了實(shí)證研究[4]，之后景躍軍從研究單一的水土資源相對(duì)承載力向綜合資源承載力轉(zhuǎn)變[5]。另有學(xué)者分別采用空間差異分析、系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)、生態(tài)足跡法等，構(gòu)建相應(yīng)的評(píng)價(jià)模型并進(jìn)行實(shí)證分析與測(cè)算，為定量化分析承載力作了有益探討[6~12]。本文在回顧相對(duì)資源承載力研究進(jìn)展基礎(chǔ)上，嘗試對(duì)現(xiàn)有測(cè)算模型進(jìn)行改進(jìn)，并運(yùn)用狀態(tài)空間法構(gòu)建綜合承載力模型，對(duì)吉林省四平市2000~2014年自然資源綜合承載力予以評(píng)價(jià)，并用灰色預(yù)測(cè)GM（1,1）模型對(duì)其進(jìn)行預(yù)測(cè)，針對(duì)存在問(wèn)題提出合理化建議。

1 研究方法

本文通過(guò)構(gòu)建狀態(tài)空間模型來(lái)分析評(píng)價(jià)自然資源綜合承載力。狀態(tài)空間是歐氏幾何空間用于定量描述系統(tǒng)狀態(tài)的一種有效方法，通常由表示系統(tǒng)各要素狀態(tài)向量的狀態(tài)空間軸組成。表示向量的空間軸分別代表土地、水資源、能源，狀態(tài)空間中的原點(diǎn)與系統(tǒng)狀態(tài)中的其它點(diǎn)所構(gòu)成的矢量模代表區(qū)域承載力大小。但是不同時(shí)期、不同地區(qū)的資源環(huán)境各要素對(duì)綜合承載力的影響不同，因此狀態(tài)軸的權(quán)重大小不一樣，故自然資源綜合承載力測(cè)算模型不是此三種力的簡(jiǎn)單相加，而是各種作用的合力，是一個(gè)有機(jī)的綜合體。因此，自然資源綜合承載力公式為：

式中：ZCC是一定時(shí)期一定區(qū)域的自然資源綜合承載力；CT、CS、CN分別代表土地資源承載力、水資源承載力、能源承載力；WT、WS、WN則分別是土地資源承載力、水資源承載力、能源承載力所在狀態(tài)軸的權(quán)重值。

土地資源承載力CT、水資源承載力CS、能源承載力CN的計(jì)算式為：

式中：IT為土地資源承載力指數(shù)，Qt為研究區(qū)耕地面積，QT為參照區(qū)耕地面積，Po為參照區(qū)人口數(shù)量；IS為水資源承載力指數(shù)，Wt為研究區(qū)水資源總量，WT為參照區(qū)水資源總量；IN為能源承載力指數(shù)，Et為研究區(qū)能源總量，ET為參照區(qū)能源總量。而能源承載力是指在一個(gè)可預(yù)見(jiàn)的時(shí)期內(nèi)，在當(dāng)時(shí)科技、自然環(huán)境和社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件下，能源總量所能供養(yǎng)的人口數(shù)量。在選取分析的對(duì)象上選擇了能源中較常見(jiàn)的三種類型，分別是原煤、石油、風(fēng)電。

采用主成分分析方法求取權(quán)重值，也即將多個(gè)有一定相關(guān)性的復(fù)雜指標(biāo)的數(shù)據(jù)通過(guò)“降維”處理之后，轉(zhuǎn)換成少數(shù)幾個(gè)互不相關(guān)的綜合指標(biāo)來(lái)代替的一種多元素統(tǒng)計(jì)簡(jiǎn)化的分析方法，權(quán)重的求取就是主成分分析求綜合評(píng)價(jià)函數(shù)的過(guò)程。

主成分分析的數(shù)學(xué)模型為:

其中，Z1、Z2、…、Zp為p個(gè)主成分。

計(jì)算線性組合中的系數(shù)，對(duì)系數(shù)做加權(quán)平均，得到綜合得分模型，最后對(duì)綜合得分模型的系數(shù)進(jìn)行歸一化，得到相應(yīng)權(quán)重。

而自然資源綜合承載力的預(yù)測(cè)則利用灰色系統(tǒng)理論中的GM(1,1)模型。

2 實(shí)證研究

2.1 研究區(qū)概況

吉林省四平市地處北緯42 31~44 09 N、東經(jīng)123 17 ~12549之間，總面積1.4萬(wàn)km2，其中市區(qū)面積1075.5km2，總?cè)丝?41萬(wàn)，其中市區(qū)人口62.5萬(wàn)。該市是我國(guó)著名的商品糧基地之一，以玉米、大豆、水稻著稱。2015年，全市實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值1622.2億元，比上年增長(zhǎng)6.4%。一二三產(chǎn)業(yè)比例為25.1:44.8:30.1，經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化。

2.2 自然資源綜合承載力測(cè)算

本文數(shù)據(jù)來(lái)源于《吉林省統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000~2015）、《四平統(tǒng)計(jì)年鑒》（2000~2015）、吉林省水資源公報(bào)等。

根據(jù)前述，分別計(jì)算出四平市土地資源承載力、水資源承載力、能源承載力，結(jié)果見(jiàn)表1、表2。

表1 四平市2000~2014年土地資源承載力與水資源承載力變化Table 1 The carrying capacity of land resources and water resources in Siping city during 2000-2014

構(gòu)建影響自然資源綜合承載力指標(biāo)體系（表3），并對(duì)收集到的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理。利用spss22軟件，對(duì)其進(jìn)行KMO和Bartlett的球形度檢驗(yàn)。檢驗(yàn)結(jié)果顯示KMO統(tǒng)計(jì)量為0.79，說(shuō)明各變量之間的相關(guān)程度無(wú)太大差異，數(shù)據(jù)適合做主成分分析。為了保證提取主成分后，減少變量的信息丟失，一般用特征根值1、累計(jì)方差貢獻(xiàn)率不小于80%，因此得出的2個(gè)主成分基本可以反映全部指標(biāo)信息（表4）。

由于原有指標(biāo)基本可以用前兩個(gè)主成分代替，因此指標(biāo)系數(shù)可以看成是以這兩個(gè)主成分方差貢獻(xiàn)率為權(quán)重。由此求取的土地資源承載力、水資源承載力、能源承載力的權(quán)重分別為0.47、0.03、0.50，據(jù)此獲得四平市自然資源綜合承載力的測(cè)算結(jié)果（表5）。

表3 自然資源承載力指標(biāo)體系Table 3 The index system of carrying capacity of natural resources

表4 主成分分析因子貢獻(xiàn)率Table 4 Factor contribution rate table from principal component analysis

表5 四平市2000~2014自然資源綜合承載力與承載狀態(tài)變化Table 5 The comprehensive carrying capacity of natural resources and its change in Siping city during 2000-2014.

2.3 預(yù)測(cè)

將2000~2014年的數(shù)據(jù)輸入到DPS系統(tǒng)中，在工具欄選擇GM(1,1)模型，根據(jù)提示建立GM(1,1)預(yù)測(cè)模型為：

X(t+1)=9874.417102e0.018638t-9669.547102

模型精確檢驗(yàn)值為C=0.5565、P=0.7857，表明上述模型可以預(yù)測(cè)，得到結(jié)果如表6、表7。

表6 參差擬合表Table 6 Stagger fitting table

表7 自然資源承載力預(yù)測(cè)結(jié)果Table 7 The predictive results of carrying capacity of natural resources

由此可以看出，未來(lái)十年四平市自然資源綜合承載力呈逐漸遞增的態(tài)勢(shì)，但在未來(lái)相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間仍舊處于嚴(yán)重超載的狀態(tài)，對(duì)四平市社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到一定的制約作用。

2.4 結(jié)果分析

由表5可知，四平市自然資源綜合承載力呈現(xiàn)出W型波動(dòng)式上升：從2000~2004年大體呈下降趨勢(shì)，2004年自然資源綜合承載力達(dá)到最低值為182.47萬(wàn)人；2004~2010年不斷上升，2010~2013年自然資源綜合承載力又有所下降，在2014年自然資源綜合承載力表現(xiàn)出上升態(tài)勢(shì)，并達(dá)到峰值為244.62萬(wàn)人。但與四平市實(shí)際人口相比，2000~2014年四平市始終處于嚴(yán)重超載狀態(tài)。

由表7可知，未來(lái)10年四平市綜合承載力呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，但仍然低于現(xiàn)實(shí)人口，說(shuō)明未來(lái)四平還是處于嚴(yán)重超載狀態(tài)

由表5可見(jiàn)，從其構(gòu)成上來(lái)看，土地資源承載力最大，雖然呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于現(xiàn)實(shí)人口，始終保持在可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)，但水資源承載力和能源承載力相對(duì)較小，且遠(yuǎn)低于現(xiàn)實(shí)人口，說(shuō)明四平市土地資源比較豐富，但水資源和能源相對(duì)不足。

從表5還可看出，水資源承載力呈穩(wěn)步上升態(tài)勢(shì)。而在2012年出現(xiàn)一個(gè)小波動(dòng)，由于該年為豐水年，全省水資源總量為歷年最高，但人口數(shù)比上年增長(zhǎng)了0.88%，由此導(dǎo)致水資源承載能力有所降低。四平市水資源承載力雖然持續(xù)增長(zhǎng)，但遠(yuǎn)不能滿足本地區(qū)需求，與中國(guó)人均水資源量2100m3/年的標(biāo)準(zhǔn)相差很遠(yuǎn)，僅只為其1/2，由此可見(jiàn)水資源承載力是制約四平市自然資源承載力的主要因素之一。

而能源承載力一直處于明顯上升的趨勢(shì)，2007年和2010年是兩個(gè)重要的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，從2000~2007年四平市能源總量中主要以原煤為主，從2007年開(kāi)始原油資源的出現(xiàn)和2010年風(fēng)電能源等新興的能源類型的出現(xiàn)對(duì)能源承載力起到重要的影響作用，因此2008年之后能源承載力大幅增長(zhǎng)。但能源承載的人口與實(shí)際相差較大，說(shuō)明能源是限制四平經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素。

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

（1）四平市自然資源綜合承載力呈現(xiàn)出W型波動(dòng)式上升，但始終處于嚴(yán)重超載狀態(tài)。

（2）未來(lái)10年四平市自然資源綜合承載力雖然呈現(xiàn)出上升趨勢(shì)，但仍然低于現(xiàn)實(shí)人口，說(shuō)明未來(lái)四平市還是處于嚴(yán)重超載狀態(tài)。

（3）從其構(gòu)成上來(lái)看，土地資源承載力最大，而水資源承載力和能源承載力相對(duì)比較小，而且遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)實(shí)人口，說(shuō)明四平市土地資源比較豐富，但水資源和能源相對(duì)不足，是制約四平經(jīng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。

3.2 建議

基于相對(duì)資源承載力的角度，對(duì)四平市自然資源承載力的研究表明，四平市自然資源承載力處于嚴(yán)重超載的狀態(tài)，其將制約四平市社會(huì)經(jīng)濟(jì)健康可持續(xù)發(fā)展。因此，該市在今后的發(fā)展中應(yīng)合理利用自然資源，提高資源的使用效率，加大對(duì)新興能源的研發(fā)力度，以促進(jìn)四平市更好發(fā)展。

（1）集約節(jié)約土地資源，提高利用效率

四平市的耕地資源富足，土地資源尚有很大的挖掘潛力，所以應(yīng)提高土地資源的利用效率。在城市土地利用方面，要充分盤活存量土地，控制規(guī)劃擴(kuò)張，做到人口城市化與土地城市化協(xié)調(diào)發(fā)展。在農(nóng)業(yè)用地方面，加大基本農(nóng)田的保護(hù)力度，加強(qiáng)相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，構(gòu)建高效、高產(chǎn)、節(jié)能的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)；在農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)方面，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，改造中低產(chǎn)田，積極培育良種，降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的消耗水平，發(fā)展生態(tài)農(nóng)業(yè)，推廣先進(jìn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，在提高農(nóng)業(yè)科學(xué)管理水平的同時(shí)，積極治理土壤和水污染，提高土地單位產(chǎn)量。

（2）調(diào)水節(jié)水治污，提高水資源承載能力

四平市屬于中度缺水地區(qū)，人口和生態(tài)雙重缺水，雖然水資源承載力穩(wěn)步上升，但遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足四平市的需求。要從源頭解決這一問(wèn)題就要完善水利設(shè)施，引松供水工程能大大地緩解四平市的水資源緊張的局面，轉(zhuǎn)山湖、二龍湖引水工程也能減緩水資源供需的壓力。同時(shí)應(yīng)提高保護(hù)水資源意識(shí)，在工業(yè)方面，提高水資源的重復(fù)利用率；在農(nóng)業(yè)方面，提高農(nóng)業(yè)的灌溉技術(shù)增加有效的灌溉面積；在居民生活方面，要完善用水節(jié)水管理辦法，對(duì)超額用水實(shí)施等級(jí)價(jià)格收費(fèi)的體質(zhì)，引入市場(chǎng)方法進(jìn)行節(jié)水調(diào)節(jié)[16]。加強(qiáng)污染治理，加大投資，建立污水治理廠，制定并實(shí)施有關(guān)規(guī)章制度，使四平市水資源承載力進(jìn)一步提升。

（3）開(kāi)發(fā)新能源，提高能源利用率

四平市的能源總產(chǎn)量不足以滿足城市發(fā)展的需要，能源匱乏問(wèn)題嚴(yán)重，這也是制約經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要原因。為解決能源供應(yīng)緊張的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，從長(zhǎng)遠(yuǎn)看最有效的辦法就是開(kāi)發(fā)新能源，加大資金投入，積極引進(jìn)和推廣國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的清潔能源技術(shù)，如太陽(yáng)能、風(fēng)能等可再生能源。面對(duì)當(dāng)前局面，應(yīng)先提高能源的利用效率，控制高耗能產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)，提高節(jié)約能源的意識(shí)，提高綜合承載力。

（3）優(yōu)化產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)

從總體上，水資源和能源是限制四平經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素，因此，要優(yōu)化四平市的產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，大力發(fā)展節(jié)能低碳、高新技術(shù)等產(chǎn)業(yè)，改變粗放型的能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展模式。政府應(yīng)鼓勵(lì)發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)，加快產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和產(chǎn)業(yè)布局的調(diào)整，推進(jìn)清潔能源的使用，著力發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)，大力發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)。要抓住“振興東北”的戰(zhàn)略契機(jī)，利用好四平市的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建現(xiàn)代化的產(chǎn)業(yè)體系，使傳統(tǒng)粗放式向集約式發(fā)展，全面提升四平市自然資源綜合承載力。

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Evaluation and forecast of comprehensive carrying capacity of natural resources in Siping city

MENG Mei, LI Xiu-Xia, MENG Xiang-Jian
(School of Tourism and Geography Science, Jilin Normal University, Jilin Siping 136000, China)

The article uses state space model to construct the comprehensive carrying capacity model in order to evaluate the comprehensive carrying capacity of natural resources in Siping from the year 2000 to 2014. Then, by using the grey forecasting models GM(1,1), the article makes forecasts of the above topic, and proposes feasible solution for the existing problems. Results reveal: (1) In the past 10 years, the comprehensive carrying capacity of narual resources in Siping increases with fluctuations of an S shape, but has always been in a state of overload. (2) In the next 10 years, the comprehensive carrying capacity of narual resources in Siping will continue to increase, and will stay overlaoded. (3) Siping has adundant land resource, but lack water resource and energyresources, which is the main factor that restricts the development of local developement. Finally, the article will put forward some suggestions regarding improving resource utilization rate, protecting water resource and optimizing industrial structures.

natural resources; comprehensive carrying capacity; evaluation and forecast; state space method; principal component analysis; grey prediction model

F124.5

A

2095-1329(2017)01-0074-05

10.3969/j.issn.2095-1329.2017.01.017

2016-12-19

修回日期: 2017-03-05

孟玫(1991-),女,碩士生,自然地理學(xué)專業(yè),主要從事土地利用研究.

電子郵箱: 18643003322@163.com

聯(lián)系電話: 0434-3291130基金項(xiàng)目: 吉林省科技廳科研項(xiàng)目(20120691; 20130420044FG)

*通信作者: 李秀霞(博士/教授):jykxzz@163.com