潘昱奇, 李滿春, 姜朋輝, 陳登帥

(1.南京大學(xué) 地理與海洋科學(xué)學(xué)院, 江蘇 南京 210023; 2.江蘇省地理信息技術(shù)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 江蘇 南京 210023)

人口、資源與環(huán)境是可持續(xù)發(fā)展研究的核心主題，資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)是衡量人口、資源與環(huán)境配置合理性的重要方法，對(duì)于科學(xué)研判區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展?jié)摿?，?yōu)化國土空間格局等具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義[1]。隨著區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)不均衡發(fā)展，人類社會(huì)面臨著資源約束趨緊、環(huán)境污染嚴(yán)重、生態(tài)系統(tǒng)退化的嚴(yán)峻形勢(shì)[2]。我國作為全球最大的發(fā)展中國家，已逐步由過度依賴高資源消耗、高污染排放的粗放型發(fā)展方式，轉(zhuǎn)向形成以生態(tài)文明建設(shè)為核心的低消耗、高質(zhì)量的節(jié)約集約型發(fā)展方式[3]。因此，如何根據(jù)資源環(huán)境條件，協(xié)調(diào)資源、環(huán)境、生態(tài)、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系，統(tǒng)籌國土空間規(guī)劃建設(shè)，合理配置區(qū)域資源，促進(jìn)區(qū)域經(jīng)濟(jì)可持續(xù)綠色發(fā)展，已成為一個(gè)重要的熱點(diǎn)問題[4]。資源環(huán)境綜合承載力研究緣于20世紀(jì)70年代[5]，指在自然生態(tài)環(huán)境不受危害并維系良好生態(tài)系統(tǒng)前提下，一個(gè)區(qū)域資源稟賦和環(huán)境容量所能承載的經(jīng)濟(jì)社會(huì)活動(dòng)規(guī)模[6]，通過對(duì)資源環(huán)境承載力的判斷，來實(shí)現(xiàn)區(qū)域資源的優(yōu)化配置是解決區(qū)域發(fā)展現(xiàn)狀和發(fā)展要求之間矛盾的主要思路之一[7]，研究成果在區(qū)域資源、環(huán)境管理和國土空間規(guī)劃等工作中發(fā)揮了重要作用[8-10]。然而，資源環(huán)境承載力研究多為針對(duì)土地資源[11]、水資源[12]的單要素評(píng)價(jià)，環(huán)境承載力本身具有復(fù)雜性及影響因素多樣性等特點(diǎn)，傳統(tǒng)評(píng)價(jià)體系聚焦自然屬性，弱化社會(huì)要素，難以客觀反映區(qū)域資源環(huán)境綜合承載力，操作性低且涵蓋不全面[1]。此外，研究多以較小空間尺度評(píng)價(jià)居多[13]。綜上所述，資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)方法未統(tǒng)一；探索資源環(huán)境要素與社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素作用機(jī)理研究方面較為薄弱；資源環(huán)境承載力多要素綜合評(píng)價(jià)模型研究有待深化[14]。長三角地區(qū)是我國經(jīng)濟(jì)最活躍地區(qū)之一，隨著城市化迅速發(fā)展，土地資源供需矛盾日益凸顯[15]。江蘇省常州市地處長三角腹地的蘇南地區(qū)，近年來其經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅猛，城鎮(zhèn)化速度較快，資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展矛盾突出。因此，本研究基于對(duì)常州市區(qū)域概況的分析，選取可能影響常州市資源環(huán)境綜合承載力的各種自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素，構(gòu)建多因素多因子綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，結(jié)合層次分析法，計(jì)算常州市資源環(huán)境綜合承載力，揭示常州市資源環(huán)境綜合承載力的短板與約束。然后，測(cè)算常州市土地資源能夠持續(xù)支撐的2030年最大人口規(guī)模，以期為區(qū)域國土空間規(guī)劃提供有力的科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江蘇省常州市位于北緯31°09′—32°04′，東經(jīng)119°08′—120°12′之間，北臨長江，南部與安徽省交界，東瀕太湖與無錫市相連，西與南京、鎮(zhèn)江兩市接壤(圖1)，下轄天寧區(qū)、鐘樓區(qū)、武進(jìn)區(qū)、新北區(qū)、江蘇常州經(jīng)濟(jì)開發(fā)區(qū)、金壇區(qū)、溧陽市，總面積4 372 km2。截至2019年末，全市常住人口473.60萬人，城鎮(zhèn)化率達(dá)到73.27%。2019年實(shí)現(xiàn)地區(qū)生產(chǎn)總值(GDP)7 400.86億元，居全省第5位。其中，第一產(chǎn)業(yè)增加值157.00億元；第二產(chǎn)業(yè)增加值3 529.17億元，增長8.4%；第三產(chǎn)業(yè)增加值3 714.69億元，增長5.8%[16]。常州水陸空交通便利，滬寧鐵路、滬寧與寧杭高速公路、312國道、京杭大運(yùn)河穿境而過。常州市地貌類型屬高沙平原，山丘平圩兼有，處亞熱帶向北溫帶過渡氣候區(qū)域，季風(fēng)影響顯著，屬濕潤季風(fēng)氣候，境內(nèi)河道縱橫交織，湖塘星羅棋布[16]。

2 數(shù)據(jù)來源

本研究主要采用常州市2010—2019年多源國土空間數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，各類數(shù)據(jù)的具體名稱、屬性及其來源詳見表1。

表1 研究數(shù)據(jù)來源

3 研究方法

3.1 多因素多因子判別模型構(gòu)建

本文以人地關(guān)系學(xué)說為理論基礎(chǔ)，綜合相關(guān)數(shù)理知識(shí)，采用層次分析法(AHP)對(duì)資源環(huán)境綜合承載力進(jìn)行定量和定性評(píng)價(jià)。層次分析法是一種基于數(shù)學(xué)和心理學(xué)的結(jié)構(gòu)化技術(shù)，用于組織和分析復(fù)雜的決策[17]，它將待評(píng)估問題分為3個(gè)層次，最上層為目標(biāo)層、中間層為準(zhǔn)則層、最下層為影響因素層。多因素多因子判別模型的建立主要包括在資源環(huán)境現(xiàn)狀分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)行指標(biāo)體系構(gòu)建、指標(biāo)權(quán)重確定、評(píng)價(jià)結(jié)果與分析3個(gè)步驟(圖1)。

圖1 資源環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的多因素多因子綜合判別模型

3.1.1 資源環(huán)境分析[16]①土地資源。常州市耕地資源豐富，建設(shè)用地?cái)U(kuò)張較快且結(jié)構(gòu)有待優(yōu)化，耕地后備資源貧乏且分布不均衡； ②水資源。水質(zhì)型缺水嚴(yán)重，水資源開發(fā)利用程度低且配置不合理，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水環(huán)境承載力關(guān)系不協(xié)調(diào)； ③礦產(chǎn)資源。礦產(chǎn)主要分布在低山丘陵地帶，資源利用待進(jìn)一步整合，礦山地質(zhì)環(huán)境保護(hù)和治理任務(wù)艱巨； ④大氣。空氣質(zhì)量較好，常年達(dá)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)； ⑤水環(huán)境。水質(zhì)逐步改善，主要湖庫存在不同程度營養(yǎng)化； ⑥地質(zhì)。地下水資源大規(guī)模開采、工業(yè)廢棄物排放及長期開山采石活動(dòng)，造成了一系列崩塌、滑坡等地質(zhì)問題。

3.1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建 結(jié)合常州市資源環(huán)境本底現(xiàn)狀分析，按照客觀真實(shí)、可操作及可應(yīng)用等原則，以常州市資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)為目標(biāo)，從自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)角度出發(fā)，確定資源環(huán)境綜合承載力準(zhǔn)則層，提出包括土地資源、水資源承、礦產(chǎn)資源等資源單要素承載力和包括大氣環(huán)境、土壤環(huán)境等的環(huán)境單要素承載力，構(gòu)建了面向資源環(huán)境、社會(huì)經(jīng)濟(jì)等要素的評(píng)價(jià)準(zhǔn)則層(表2)?；跍?zhǔn)則層，通過文獻(xiàn)綜合等方法[18-19]，分析選取能夠表征準(zhǔn)則層的因子數(shù)據(jù)，基于多重共線性評(píng)估法篩選評(píng)價(jià)因子數(shù)據(jù)，任意兩個(gè)因素相關(guān)系數(shù)大于0.7即被剔除，根據(jù)篩選結(jié)果構(gòu)建常州市資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)指標(biāo)體系(表2)。

3.1.3 指標(biāo)權(quán)重確定 層次分析法的指標(biāo)權(quán)重確定流程如圖2所示，利用層次分析法[23]，結(jié)合基礎(chǔ)權(quán)重，即可得到各評(píng)價(jià)指標(biāo)的變權(quán)權(quán)重(表2)?；谒x25個(gè)評(píng)價(jià)因子的權(quán)重，將不同量綱指標(biāo)轉(zhuǎn)化為無量綱作用分值，綜合判斷評(píng)價(jià)對(duì)象屬性，從而構(gòu)建常州市資源綜合環(huán)境承載力評(píng)價(jià)的多因素多因子綜合判別模型。綜合考慮數(shù)據(jù)可獲得性及研究區(qū)面積，以1 km格網(wǎng)為基準(zhǔn)評(píng)價(jià)單元，基于資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)的多因素多因子綜合判別模型，通過無量綱因子加權(quán)疊加分析，即可得到常州市資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)結(jié)果。

圖2 層次分析法的指標(biāo)權(quán)重確定流程

表2 評(píng)價(jià)因子權(quán)重及數(shù)據(jù)說明[20-22]

3.2 土地資源支撐的人口承載力測(cè)算模型

為滿足當(dāng)前及未來人口高峰時(shí)期糧食安全，依據(jù)未來糧食供給及糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)，確定未來區(qū)域糧食供給能夠支撐的最大人口規(guī)模[24]。測(cè)算模型為：

(1)

(2)

式中：LCC為耕地資源人口承載力(人);G為區(qū)域生活用糧總產(chǎn)量(kg);W為糧食自給率(%);Gpc為人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(kg/人); LCCI為人口承載力指數(shù);P為現(xiàn)實(shí)人口數(shù)(人)。人口承載力指數(shù)越低，糧食盈余率就越高，表明區(qū)域人口數(shù)量與糧食供給的關(guān)系越平衡；反之，人口承載力指數(shù)越高，區(qū)域人口超載就越嚴(yán)重。

4 結(jié)果與分析

4.1 資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)

本文主要基于2010—2019年資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)的多因素多因子綜合判別模型，常州市資源環(huán)境綜合承載力狀況如圖3所示。常州市資源環(huán)境綜合承載力總體較高，具有明顯東高西低，平原高，山區(qū)丘陵低等特征，該評(píng)價(jià)結(jié)果與蘇偉忠等[23]對(duì)常州市城市承載力空間分級(jí)分區(qū)結(jié)果、龔媛等[25]對(duì)常州市城市承載力空間分級(jí)分區(qū)結(jié)果及張小飛等[26]基于功能網(wǎng)絡(luò)評(píng)價(jià)的常州市城市生態(tài)安全格局研究等研究結(jié)果相契合。由于地處太湖和沿江平原，毗鄰中心城區(qū)，基礎(chǔ)設(shè)施條件完備，自然與區(qū)位條件優(yōu)越，使新北區(qū)和武進(jìn)區(qū)成為資源環(huán)境高等級(jí)綜合承載力集中分布區(qū)。相反，溧陽市和金壇區(qū)，由于遠(yuǎn)離中心城區(qū)，交通等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)薄弱，且多山地丘陵，雖具備優(yōu)質(zhì)生態(tài)環(huán)境，但生態(tài)脆弱，一經(jīng)開發(fā)破壞，難以實(shí)現(xiàn)可持續(xù)利用。因此，金壇區(qū)和溧陽市資源環(huán)境綜合承載力相對(duì)低于其他區(qū)域。而地處中心城區(qū)的鐘樓、天寧、經(jīng)開等區(qū)，由于多年的建設(shè)開發(fā)，雖然具備完善的基礎(chǔ)設(shè)施條件，但是由于生態(tài)環(huán)境質(zhì)量差、人口和建設(shè)密度高，已難以承載更多的建設(shè)開發(fā)活動(dòng)。因此，中心城區(qū)資源環(huán)境綜合承載力同屬于低等級(jí)承載力區(qū)。

圖3 常州市資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)結(jié)果

4.2 基于土地資源的人口承載規(guī)模測(cè)算

本研究土地資源人口承載力評(píng)價(jià)在糧食總產(chǎn)量預(yù)測(cè)基礎(chǔ)上，綜合考慮種子用糧、工業(yè)用糧需求，預(yù)測(cè)2030年生活用糧總供給量；由歷史居民生活糧食消費(fèi)狀況及相關(guān)規(guī)劃，確定2030年人均糧食消費(fèi)量，由此測(cè)算未來區(qū)域人口承載力。

4.2.1 生活用糧總供給量

(1) 糧食播種面積預(yù)測(cè)。根據(jù)常州市2010—2019年糧食播種面積，以多年平均值作為評(píng)價(jià)目標(biāo)年2030年糧食播種面積，為136 810.00 hm2。

(2) 糧食單產(chǎn)預(yù)測(cè)。由常州市2010—2019年統(tǒng)計(jì)年鑒的糧食總產(chǎn)量和糧食播種面積得糧食單產(chǎn)(表3)。2010—2019年，常州市糧食單產(chǎn)穩(wěn)步增加，糧食單產(chǎn)處于較高水平，在可預(yù)測(cè)的糧食生產(chǎn)條件下，未來糧食單產(chǎn)不可能明顯提升。因此，2030年糧食單產(chǎn)取近10 a單產(chǎn)平均值作為預(yù)測(cè)值，為7 316.44 kg/hm2。

表3 常州市糧食單產(chǎn)及工業(yè)用糧折算量

(3) 糧食總產(chǎn)量預(yù)測(cè)。根據(jù)以上由2010—2019年統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得到的2030年常州市糧食播種面積及糧食單產(chǎn)預(yù)測(cè)結(jié)果，預(yù)測(cè)得常州市2030年糧食總產(chǎn)量為1.00×106t。

(4) 種子用糧預(yù)測(cè)。種子需要量主要取決于糧食播種面積和單位面積用種量。由于單位面積用種量年度間變化不大，因此本文采用已有研究成果[27]中的113.00 kg/hm2來計(jì)算種子用量需求量，即已知1 hm2平均所需種子用糧，結(jié)合上文常州市2030年糧食播種面積預(yù)測(cè)結(jié)果136 810.00 hm2，計(jì)算得到2030年常州市種子用糧需求量為1.55×104t。

(5) 工業(yè)用糧預(yù)測(cè)。工業(yè)用糧主要含釀酒、制作調(diào)味品、飼料生產(chǎn)等，不含制作食品、糕點(diǎn)等。根據(jù)常州市統(tǒng)計(jì)年鑒(2010—2019年)中工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)情況，借鑒已有研究[22]，不同工業(yè)產(chǎn)品生產(chǎn)量與糧食用量的換算比例，將白酒、啤酒及飼料生產(chǎn)量折算為相應(yīng)的工業(yè)用糧，換算比例白酒1∶2.3，啤酒1∶0.172，味精1∶24，飼料1∶0.7。常州市2010—2019年工業(yè)用糧折算結(jié)果見表3。

根據(jù)常州市2010—2019年工業(yè)用糧折算量，SPSS曲線估計(jì)線性回歸擬合良好，其R2為0.829，常州市2030年工業(yè)用糧水平預(yù)測(cè)模型為：

y= 6 203.60x-401 908.00

(3)

式中：x為2010—2019年時(shí)間序列,y為對(duì)應(yīng)年份工業(yè)用糧,預(yù)測(cè)得常州市2030年工業(yè)用糧為5.32×105t。

(6) 生活用糧測(cè)算。由上述測(cè)算結(jié)果，各鄉(xiāng)、鎮(zhèn)糧食總產(chǎn)量除去種子用糧以及工業(yè)用糧，剩余部分即為供應(yīng)區(qū)域人口消費(fèi)的生活用糧為4.53×104t。

4.2.2 人均糧食消費(fèi)量及糧食自給率

(1) 人均糧食消費(fèi)量。根據(jù)江蘇省全面建設(shè)小康社會(huì)的目標(biāo)安排，2015年江蘇省要以縣為單位實(shí)現(xiàn)全面小康，到2020年全省基本實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代化。按這一目標(biāo)要求及常州市目前發(fā)展?fàn)顩r，常州市2020年將全面達(dá)到富裕型生活水平。世界銀行發(fā)布的《中國經(jīng)濟(jì)簡報(bào)》預(yù)測(cè)，中國人均糧食消費(fèi)量2030年達(dá)到491 kg/人。因此，根據(jù)富裕型生活水平糧食消費(fèi)需求及世界銀行預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)，綜合確定常州市2030年人均糧食消費(fèi)量為483 kg/人。

(2) 糧食自給率預(yù)測(cè)。根據(jù)常州市2010—2018年的糧食自給率數(shù)據(jù)，從2010—2018年常州市糧食自給率呈現(xiàn)出減小的趨勢(shì)，年均減小2.5%。2016年由于洪澇災(zāi)害的影響，常州市糧食自給率降低最為明顯，達(dá)到8.41%?？紤]到國家糧食安全戰(zhàn)略以及區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展安全的戰(zhàn)略，未來常州市糧食自給率可降低程度較小。同時(shí)考慮未來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提高，糧食單產(chǎn)的提高，根據(jù)常州市近10 a糧食自給率的平均值及糧食自給率回歸預(yù)測(cè)模型，預(yù)測(cè)得常州市2030年糧食自給率為0.25。至2030年，隨著城市的擴(kuò)展及人口的增加，糧食自給率明顯下降，區(qū)域糧食供給依賴其他區(qū)域的調(diào)配供給。

4.2.3 人口承載力測(cè)算 根據(jù)常州市2010—2019年常住人口數(shù)統(tǒng)計(jì)狀況可知，10 a來常州市常住人口數(shù)量總體呈平穩(wěn)增長趨勢(shì)。常州全市常住人口10 a間增加28.42萬人，年均增長率為0.62%。

根據(jù)常州市2010—2019年人口數(shù)量，使用SPSS軟件，進(jìn)行曲線估計(jì)，由計(jì)算結(jié)果得知對(duì)數(shù)模型擬合效果最佳，其R2為0.954，由此構(gòu)建常州市人口數(shù)量預(yù)測(cè)模型：

y=5.5904lnx+460.66

(4)

由預(yù)測(cè)模型得常州市評(píng)價(jià)目標(biāo)年2030年常住人口數(shù)為477.68萬人。

根據(jù)生活用糧、人均糧食消費(fèi)及糧食自給率預(yù)測(cè)結(jié)果測(cè)算常州市人口承載力，由測(cè)算結(jié)果可知，2030年常州市糧食供給可支持人口達(dá)505.58萬人?；诩Z食供給的人口承載力測(cè)算結(jié)果，計(jì)算2030年常州市的人口承載力指數(shù)為1.27，2030年的承載力狀態(tài)級(jí)別整體處于人口過載狀態(tài)。

5 討 論

本研究引入多因素多因子綜合評(píng)價(jià)模型對(duì)常州市資源環(huán)境綜合承載力進(jìn)行定量分析，利用多重共線性評(píng)估法科學(xué)全面選取自然、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)因素因子，基于單要素承載力計(jì)算和分析，評(píng)價(jià)多要素約束下的資源環(huán)境綜合承載力，模型構(gòu)建客觀、真實(shí)且可操作強(qiáng)。研究針對(duì)影響資源環(huán)境綜合承載力的土地資源要素，基于糧食安全約束下的人口承載規(guī)模測(cè)算模型，全面分析了中國典型快速城鎮(zhèn)化地區(qū)國土空間開發(fā)所面臨的資源環(huán)境限制。

本研究利用量化數(shù)值計(jì)算、借助ArcGIS可視化表達(dá)顯示，使結(jié)果更直觀清晰地展現(xiàn)了常州市資源環(huán)境綜合承載力空間分異情況。在科學(xué)研究層面，彌補(bǔ)因素因子選取不全面及研究尺度的空白，保證模型因子能夠準(zhǔn)確反映區(qū)域?qū)嶋H。本研究利用文獻(xiàn)綜合法、多重共線性評(píng)估法篩選評(píng)價(jià)因子，同時(shí)利用層次分析法確定因子權(quán)重，能夠更加凸顯指標(biāo)因子的區(qū)域代表性。但是，各類資源、社會(huì)和人口評(píng)價(jià)指標(biāo)之間及其與資源環(huán)境綜合承載力之間的復(fù)雜機(jī)理還需分析總結(jié)，進(jìn)一步全面因地制宜選取指標(biāo)是下一步的研究方向。實(shí)際決策層面，本文的資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)更側(cè)重于資源、環(huán)境和人口3個(gè)方面，在模型推廣應(yīng)用時(shí)還需充分考慮地域差異性構(gòu)建體系，這就要求強(qiáng)化對(duì)指標(biāo)要素之間及其與區(qū)域客觀實(shí)際之間的權(quán)衡分析，從而為區(qū)域發(fā)展和資源保護(hù)提供決策依據(jù)。具體應(yīng)用層面，構(gòu)建多因素多因子綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系計(jì)算常州市資源環(huán)境綜合承載力，完善和補(bǔ)充了傳統(tǒng)評(píng)價(jià)方法體系，具有很好的可操作性和普適性，但評(píng)價(jià)體系未考慮政策要素作用，可能會(huì)影響實(shí)際應(yīng)用。最后，研究測(cè)算常州市土地資源能夠持續(xù)支撐的2030年最大人口規(guī)模，為區(qū)域發(fā)展規(guī)劃提供有力的科學(xué)依據(jù)。

6 結(jié) 論

對(duì)江蘇省常州市資源環(huán)境綜合承載力評(píng)價(jià)結(jié)果顯示，常州市資源環(huán)境綜合承載力呈現(xiàn)出顯著的東高西低，平原高山地丘陵區(qū)低等空間分異特征，體現(xiàn)出空間開發(fā)程度、自然本底和基礎(chǔ)設(shè)施條件對(duì)于區(qū)域資源環(huán)境綜合承載力水平所具有得顯著約束。此外，基于常州市未來土地資源的糧食安全保障水平，2030年常州市人口承載指數(shù)高達(dá)1.27，顯著高于國際警戒水平，處于超載狀態(tài)。因此，常州市亟需對(duì)國土資源空間結(jié)構(gòu)與布局進(jìn)行調(diào)整，走可持續(xù)的綠色發(fā)展道路。