湯萌萌，曾微波,2，張貝爾，孫京祿

（1.滁州學院 地理信息與旅游學院，安徽 滁州 239000；2.安徽地理信息集成應(yīng)用協(xié)同創(chuàng)新中心，安徽 滁州 239000；3.安徽省經(jīng)濟研究院，安徽 合肥 230001）

承載力最早出現(xiàn)在生態(tài)學領(lǐng)域，意指生態(tài)系統(tǒng)中的種群可承載數(shù)量.20世紀70年代，承載力被用于對土地、水、礦產(chǎn)等資源的研究，其中土地資源承載力的研究最為深入[1].

黨的十八屆三中全會通過的《中共中央關(guān)于全面深化改革若干重大問題的決定》[2]明確指出：“建立資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警機制,對水土資源、環(huán)境容量和海洋資源超載區(qū)域?qū)嵭邢拗菩源胧?承載力監(jiān)測預(yù)警機制的建立成為全面深化體制改革的一項重大任務(wù),在而后出臺的生態(tài)文明體制改革總體方案中也成為一項重要舉措.

20世紀末，隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，資源環(huán)境問題凸顯，資源環(huán)境承載力應(yīng)運而生.資源環(huán)境承載力主要研究資源環(huán)境對人類社會經(jīng)濟活動的綜合承載能力，綜合考量人口、資源、環(huán)境、社會經(jīng)濟等因素[3]，國內(nèi)外主要采用狀態(tài)空間法[4]、生態(tài)足跡法[5]等方法對資源環(huán)境承載力進行評價.柴國平[6]等運用GIS技術(shù)，對資源環(huán)境承載力評價中的各個指標進行定量化、系統(tǒng)化的分析，實現(xiàn)了資源環(huán)境承載力評價模型在網(wǎng)格單元的運算.馮歡[7]等利用灰色關(guān)聯(lián)定權(quán)Topsis法，從社會經(jīng)濟子系統(tǒng)、資源子系統(tǒng)和環(huán)境子系統(tǒng)三個維度分析比較重慶市資源環(huán)境承載力的縣域變化.劉明[8]等從資源環(huán)境約束系統(tǒng)和保障系統(tǒng)兩個方面，探討基于資源環(huán)境承載力評價的土地利用功能分區(qū)研究.石月珍[9]等提出：衡量區(qū)域生態(tài)環(huán)境承載力應(yīng)從該地區(qū)現(xiàn)有的各種資源量與當前發(fā)展模式下社會經(jīng)濟對各種資源的需求量之間的差量關(guān)系，以及該地區(qū)現(xiàn)有的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與當前人們所需求的生態(tài)環(huán)境質(zhì)量之間的差量關(guān)系[10].本文在總結(jié)國內(nèi)外資源環(huán)境承載力研究成果的基礎(chǔ)上，參照《資源環(huán)境承載能力監(jiān)測預(yù)警技術(shù)方法（試行）》的評價方法和指標體系，考慮安徽實際情況和資源環(huán)境特征，構(gòu)建資源環(huán)境承載力評價指標體系，結(jié)合GIS對空間信息的分析和處理功能，對某一時間跨度內(nèi)的資源環(huán)境承載力的時空動態(tài)變化過程進行評價和分析，進行區(qū)域資源環(huán)境承載力的定量研究，并展示資源環(huán)境承載力水平和空間分布情況，為區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展提供了有益的參考.

1 數(shù)據(jù)來源與處理

1.1 數(shù)據(jù)來源與評價指標體系

本文所用的數(shù)據(jù)主要包含空間數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)，其中空間數(shù)據(jù)包括安徽省DEM、安徽省近五年NDVI、1：5萬土地利用、安徽省農(nóng)用地分等數(shù)據(jù)、地質(zhì)災(zāi)害風險點分布圖、中國土壤質(zhì)地空間分布數(shù)據(jù)等;統(tǒng)計數(shù)據(jù)主要為近五年來的《安徽省水資源公報》《安徽統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》《中國環(huán)境統(tǒng)計年鑒》等.

根據(jù)安徽省的實際情況和資源環(huán)境特征，選取土地資源、水資源、大氣環(huán)境、水環(huán)境、生態(tài)系統(tǒng)健康性、污染物排放強度、耕地生產(chǎn)潛力、生態(tài)功能、資源耗損速度變化、環(huán)境污染程度變化、生態(tài)質(zhì)量變化等因子，建立適用于安徽省的資源環(huán)境承載力評價指標體系，如表1所示.

表1 資源環(huán)境承載力評價指標體系

1.2 數(shù)據(jù)處理

空間數(shù)據(jù)利用GIS軟件中的配準工具，對行政區(qū)劃、地形地貌、土地利用等空間地圖數(shù)據(jù)進行有效配準，根據(jù)統(tǒng)一的空間參考、投影方式和橢球體整合數(shù)據(jù)，按照數(shù)據(jù)的層次存入File Geodatabase.本文所用的空間數(shù)據(jù)采取2000國家大地坐標系（GCS2000）.空間數(shù)據(jù)中的柵格數(shù)據(jù)根據(jù)后續(xù)的評價方法要求，使用柵格化、重采樣、重分類、領(lǐng)域分析等工具，將不同的柵格數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)換、分類、統(tǒng)計處理.

統(tǒng)計數(shù)據(jù)根據(jù)資源環(huán)境承載力評價指標的需要，分年度、區(qū)縣錄入數(shù)據(jù)庫.在GIS軟件的支持下，以縣區(qū)為單位，與存有行政區(qū)劃數(shù)據(jù)、土地利用數(shù)據(jù)、自然生態(tài)數(shù)據(jù)的文件地理數(shù)據(jù)庫關(guān)聯(lián)，將空間數(shù)據(jù)和統(tǒng)計數(shù)據(jù)空間掛接賦值，實現(xiàn)統(tǒng)計數(shù)據(jù)和空間地圖數(shù)據(jù)的一體化.

2 評價與分析

應(yīng)用統(tǒng)計學的基本原理和方法，結(jié)合GIS技術(shù)，對安徽省資源環(huán)境承載力的時空動態(tài)變化過程進行分析.首先，分別對評價區(qū)域的土地資源、水資源、污染情況、生態(tài)資源進行基礎(chǔ)評價；其次，根據(jù)評價區(qū)域的功能區(qū)類型，進行專項評價；再次，對評價區(qū)域近五年來的資源利用效率變化、污染物排放強度變化、生態(tài)質(zhì)量變化進行承載力過程評價；最后，在基礎(chǔ)評價、專項評價的基礎(chǔ)上，采取“短板效應(yīng)”進行綜合集成，確定超載類型，由過程評價確定資源環(huán)境損耗趨勢，將超載類型和資源環(huán)境耗損趨勢集成評價，最終確定資源環(huán)境承載力評價結(jié)果，具體流程如圖1所示.

圖1 資源環(huán)境承載力評價過程

2.1 土地資源評價

資源環(huán)境承載力評價中土地資源的評價采用土地資源壓力指數(shù)作為評價指標.土地資源壓力指數(shù)(D)反映評價區(qū)域的現(xiàn)狀開發(fā)程度(P)與適宜開發(fā)閾值(T)的偏離情況.資源環(huán)境承載力評價以縣區(qū)為單位進行評價.

圖2 土地資源壓力指數(shù)計算過程

現(xiàn)狀建設(shè)開發(fā)程度是指現(xiàn)狀建設(shè)用地占適宜建設(shè)用地比例.將現(xiàn)狀建設(shè)用地和適宜建設(shè)用地數(shù)據(jù)進行鑲嵌處理，獲得兩者的空間并集（S∪E）后，使用柵格數(shù)據(jù)統(tǒng)計工具，計算兩者面積的并集，得到研究區(qū)的現(xiàn)狀建設(shè)用地分布情況.

適宜開發(fā)閾值根據(jù)《安徽省主體功能區(qū)規(guī)劃》對各縣區(qū)的主體功能定位，將重點開發(fā)區(qū)域、農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)和生態(tài)功能區(qū)的開發(fā)程度基準閾值分別設(shè)定為85%，75%和65%，采用鄰域分析方法對現(xiàn)狀建設(shè)用地進行集聚程度分析，對基準閾值進行5%微調(diào)，其中高度聚集區(qū)域閾值上浮5%，一般集聚區(qū)域閾值不變，離散區(qū)域閾值下浮5%.利用ArcGIS柵格計算器將重分類賦值后強限制因子柵格圖層和較強限制因子柵格圖層相乘，獲得土地開發(fā)適宜性評價因子結(jié)果，并按照表2進行分等.適宜性評價因子為0，評價結(jié)果為特別不適宜；評價因子介于0到60之間，評價結(jié)果為不適宜；評價因子介于60到80之間為基本適宜；評價因子大于90為最適宜.

表2 土地開發(fā)適宜性評價分等

2.2 水土保持型功能區(qū)評價

水土保持型功能區(qū)評價主要是針對安徽省各縣區(qū)中的水土保持型功能區(qū)，采用水土流失指數(shù)的進行評價.計算單位面積土壤侵蝕量，與該區(qū)域的容許土壤流失量（《中華人民共和國水利行業(yè)標準（SL 190-2007）》的有關(guān)標準）相比較，根據(jù)值的大小進行分級，進而確定水土保持型功能區(qū)評價結(jié)果.單位面積土壤侵蝕量的計算需要用到降雨侵蝕力因子、土壤可蝕性因子、地形因子和植被覆蓋因子四個參數(shù).

降雨侵蝕力因子對安徽省日降雨量的數(shù)據(jù)進行預(yù)處理 (日降雨量大于12mm即為侵蝕性降雨日)，得到侵蝕性降雨日的天數(shù)j和侵蝕性日降雨量Pi,j,k，根據(jù)公式(1)和(2)計算，公式如下：

式(1)、式(2)中，R半月k為第 k 個半月的降雨侵蝕力（MJ·mm/2h·a），k=1,2，…，24；i為所用降雨資料的年份；j為第i年第k個半月侵蝕性降雨日的天數(shù)；Pi,j,k為第i年第k個半月第j個侵蝕性日降雨量mm；α為參數(shù)，暖季時α=0.3937，冷季時α=0.3101.

式(3)中，K 為土壤可蝕性因子，mc、msilt、ms、orgC分別為粘粒（＜0.002mm）、粉粒（0.002mm～0.05mm）、砂粒（0.05mm～2mm）、有機碳的百分含量.利用ArcGIS掩膜工具，按照行政區(qū)裁剪中國土壤質(zhì)地空間分布數(shù)據(jù)，獲得粘粒、粉粒、砂粒和有機碳的百分含量代入上述公式計算.

地形因子是指坡長、坡度等對土壤侵蝕的影響，使用ArcGIS提取坡度工具，對DEM進行處理，得到坡度θ代入公式(7)計算坡度因子.計算坡長因子需要用到ArcGIS填洼工具、流向工具、流量工具，處理DEM數(shù)據(jù)得出坡長λ代入公式(5).計算公式為：

式中，L為坡長因子，S為坡度因子，θ為坡度，λ為坡長.

植被覆蓋因子根據(jù)生態(tài)系統(tǒng)類型，使用ArcGIS重分類工具，對土地利用數(shù)據(jù)進行重分類賦值，水田、濕地、城鎮(zhèn)和荒漠參照N-SPECT中的參數(shù)分別賦值 0、0、0.01、0.7，其余生態(tài)類型按照不同植被覆蓋度進行賦值.

2.3 實驗結(jié)果與分析

以安徽省滁州市瑯琊區(qū)為例，計算資源環(huán)境承載力的各項指標，指標計算結(jié)果如表3所示.計算結(jié)果中有部分數(shù)值為負數(shù)，負數(shù)大多出現(xiàn)在資源環(huán)境承載力過程評價中的污染物排放強度變化，若強度變化為負值，則反映出近五年內(nèi)的污染物排放量正在減少.

根據(jù)基礎(chǔ)評價、專項評價進行現(xiàn)狀超載類型判斷，由過程評價的各項指標計算結(jié)果，與近五年來全國平均水平作比較，得出資源環(huán)境耗損趨勢.結(jié)合現(xiàn)狀超載類型和超載變化趨勢，進行瑯琊區(qū)資源環(huán)境承載能力綜合評判，形成集成評價結(jié)果.在現(xiàn)狀超載的區(qū)域內(nèi)，超載趨勢加劇定義為紅色預(yù)警，超載趨勢趨緩定義為橙色預(yù)警.在臨界超載區(qū)域內(nèi)，超載趨勢加劇定義為黃色預(yù)警，超載趨勢趨緩定義為藍色預(yù)警.不超載區(qū)域定義為綠色無警.

表3 瑯琊區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標計算結(jié)果

依照本文所述方法，得出2011-2016年安徽省滁州市瑯琊區(qū)及周邊縣區(qū)的資源環(huán)境承載力等級，評價結(jié)果如表4所示.評價結(jié)果顯示，參與評價的十四個縣區(qū)中，定遠縣、肥東縣、長豐縣、居巢區(qū)資源環(huán)境承載力較高，明光市和來安縣的資源環(huán)境承載力水平僅次其后，承載力水平居中的是和縣、鳳陽縣，南譙區(qū)和全椒縣的資源環(huán)境承載力處于超載狀態(tài)，瑯琊區(qū)、天長市、含山縣的資源環(huán)境承載力水平較南譙區(qū)和全椒縣情況偏好，但仍處于超載狀態(tài).根據(jù)上述的資源環(huán)境承載力評價結(jié)果分析，資源環(huán)境承載力水平較高的縣區(qū)，資源賦稟較好、開發(fā)強度小且環(huán)境保護意識強，污染物排放少；資源環(huán)境承載力處于超載狀態(tài)的縣區(qū)，大多經(jīng)濟發(fā)達，人口稠密，開發(fā)程度高，污染物排放強度高.

表4 瑯琊區(qū)及周邊地區(qū)資源環(huán)境承載力評價結(jié)果

3 結(jié)語

基于GIS的資源環(huán)境承載力評價方法，對安徽省的地形地貌、土地利用、生態(tài)環(huán)境、社會經(jīng)濟等資料進行分析和處理，建立包括十二個評價指標在內(nèi)的資源環(huán)境承載力評價指標體系及承載力評價數(shù)據(jù)庫.在GIS軟件的支持下，實現(xiàn)行政區(qū)劃、地形地貌、土地利用等空間地圖數(shù)據(jù)的有效配準、統(tǒng)計分析以及資源環(huán)境承載力評價的地圖代數(shù)模型運算.將資源環(huán)境承載力評價結(jié)果與地圖集成，更加直觀地展示出安徽省的資源環(huán)境承載力狀況和空間分布情況，綜合反映了安徽省各縣區(qū)資源環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展的協(xié)調(diào)程度，為資源環(huán)境承載力監(jiān)測預(yù)警機制的建立和生態(tài)文明體制改革提供了科學依據(jù).