劉國徽，甘 淑，呂思思(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

基于江川區(qū)GIS的資源環(huán)境承載力評價

劉國徽，甘 淑，呂思思
(昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093)

資源與環(huán)境是人類社會生存與發(fā)展的基礎。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展，資源消耗和環(huán)境需求也不段增加，資源短缺和環(huán)境問題也日益突出。經(jīng)過不斷研究，資源環(huán)境承載力逐步成為對某一區(qū)域發(fā)展限制程度的描述。本文運用GIS軟件，利用第二次全國土地調(diào)查數(shù)據(jù)和土地利用總體規(guī)劃數(shù)據(jù)及其江川區(qū)統(tǒng)計年鑒，對江川區(qū)在一定的社會、經(jīng)濟和生態(tài)環(huán)境條件下，考慮江川區(qū)區(qū)域資源生態(tài)綜合限制性的基礎上，分析評估其所能承受的人口數(shù)量和經(jīng)濟社會活動總量的能力。分析結(jié)果表明，江川區(qū)資源環(huán)境承載力中等的區(qū)域面積有53 233.49 hm2，占全區(qū)土地總面積的65.91%，主要分布在大街街道、江城鎮(zhèn)、九溪鎮(zhèn)、安化鄉(xiāng)和雄關鄉(xiāng)。江川區(qū)資源環(huán)境承載力較低的區(qū)域面積有17 081.02 hm2，占全區(qū)土地總面積的21.15%，主要分布在前衛(wèi)鎮(zhèn)和路居鎮(zhèn)。

GIS； 資源環(huán)境承載力； 評價； 江川區(qū)

資源環(huán)境承載力是一個綜合性概念[1]，是指在一定的時期和一定的空間區(qū)域范圍內(nèi)，在維持區(qū)域資源結(jié)構(gòu)符合可持續(xù)發(fā)展需要，區(qū)域環(huán)境功能仍具有維持其穩(wěn)態(tài)效應能力的條件下，區(qū)域資源環(huán)境系統(tǒng)所能承載的人口數(shù)量和社會經(jīng)濟活動總量的能力[2]。它從本質(zhì)上反映了資源、環(huán)境與人類經(jīng)濟活動之間的辯證影響關系，建立了社會系統(tǒng)、環(huán)境系統(tǒng)與經(jīng)濟之間的紐帶，為經(jīng)濟與環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展，提供理論依據(jù)[3]。

1 研究區(qū)概況與資源環(huán)境現(xiàn)狀

1.1研究區(qū)概況

江川區(qū)位于云南中部偏東，地跨102°35′～102°55′E，24°12′～24°32′N，地處滇中高原湖盆區(qū)，由湖泊、盆地、中低山脈組成，四周高、中部低，西部九溪略向玉溪傾斜。江川區(qū)屬中亞熱帶半濕潤高原季風氣候區(qū)，四季如春干濕季分明。區(qū)境內(nèi)還轄有全國第二大淡水深水湖泊撫仙湖。本文所用數(shù)據(jù)來源于江川區(qū)全國第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)和2006—2020年土地利用總體規(guī)劃及其江川區(qū)統(tǒng)計年鑒。研究ArcGIS10.1地理信息平臺對相應的數(shù)據(jù)進行分析。

1.2區(qū)域資源現(xiàn)狀

1.2.1 水資源

根據(jù)《玉溪市水資源公報2013年》數(shù)據(jù)，2013年江川區(qū)水資源總量為0.8523億m3，平均產(chǎn)水模數(shù)10.6萬m3·km-2，人均水資源量300 m3。人均水資源量低于國際公認的人均1 000 m3的缺水警戒線，缺水嚴重。

1.2.2 土地資源

根據(jù)2013年江川區(qū)土地變更調(diào)查數(shù)據(jù)，江川區(qū)土地總面積80 764.43 hm2，其中農(nóng)用地面積為61 699.48 hm2，占土地總面積的76.39%；建設用地面積4 791.67 hm2，占土地總面積的5.93%；其他土地面積14 273.28 hm2，占土地總面積的17.67%。土地利用以農(nóng)用地為主。

1.2.3 生物資源

江川區(qū)植被主要以草地、灌叢、針葉林等次生植被為主，現(xiàn)階段分布面積最大的是云南松、華山松、針葉林，其次是禾草灌叢及石灰?guī)r灌叢；森林植被垂直分布規(guī)律明顯，分為暖溫性植被、溫涼性植被、冷涼性植被3種類型。存在森林資源人均占有量少，分布不均的特點，多分布于湖盆邊緣山區(qū)，“兩湖”面山森林植被少，覆蓋率低。

1.3區(qū)域環(huán)境現(xiàn)狀

撫仙湖流域內(nèi)人口稠密，村莊密集，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不合理，屬傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，森林植被覆蓋率低，生態(tài)環(huán)境脆弱，流域污染負荷排放量大幅上升，入湖污染負荷大幅增加，主要污染因子是N、P，已超出Ⅰ類水標準的水環(huán)境承載力，沿岸局部水域污染嚴重，總體已處于臨近Ⅱ類水的危險邊緣。

1.4人口規(guī)模預測

采用2009—2013年《江川縣統(tǒng)計年鑒》人口規(guī)模數(shù)據(jù)，綜合預測江川區(qū)2020年人口規(guī)模，再通過比較分析，確定2020年人口規(guī)模。

1.4.1 綜合增長率法

參考歷年自然增長率及機械增長率，確定預測期內(nèi)的年平均綜合增長率，再根據(jù)對應的公式預測出目標年的人口規(guī)模。

Pn=P0×[1+(α+β)]n。

式中：Pn為預測末期總?cè)丝跀?shù)(2020年)；P0為基期總?cè)丝跀?shù)(2013年)；α為自然增長率；β為機械增長率；α+β為綜合增長率；n為預測年限。

預測結(jié)果。根據(jù)《江川縣統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，江川區(qū)2009年總?cè)丝跀?shù)為273 211人，2013年總?cè)丝?76 657人，計算得到2009—2013年的綜合增長率為31.4%。隨著江川區(qū)撤縣設區(qū)發(fā)展定位的轉(zhuǎn)變、計劃生育政策的適度放開，預計未來人口增長速度將略高于2009—2013年，適當調(diào)整綜合增長率，本專題綜合增長率采用51.4%預測2020年江川區(qū)總?cè)丝谝?guī)模，結(jié)果為286 766人。

1.4.2 線性回歸模型法

本專題采用一元線性回歸模型預測人口增長，通過對2009—2013年江川區(qū)人口數(shù)據(jù)進行分析，建立預測模型(圖1)，y=905.80x+272 114.00(其中x為年份順序)，該模型的擬合優(yōu)度較高(R2=0.98)。

圖1 人口增長預測模型

根據(jù)以上模型計算出2020年江川區(qū)總?cè)丝跒?82 984人。通過綜合對比分析，結(jié)合江川區(qū)未來經(jīng)濟社會發(fā)展處于加快的趨勢，考慮計劃生育政策的適度放開等方面，采用2種方法預測的平均值，即江川區(qū)2020年總?cè)丝陬A計為284 875人。

2 主要承載力評價

2.1資源承載力

2.1.1 耕地資源承載力計算方法

采用糧食指數(shù)衡量江川區(qū)的耕地資源承載力。計算公式：

式中：R為耕地資源的承載力，即為耕地資源所能承載的人口數(shù)量(人)；G為耕地面積(667 m2)；S為667 m2區(qū)域糧食單產(chǎn)(kg)；k為復種指數(shù)(%)；P為人均糧食消費標準(kg·人-1)。

2.1.2 農(nóng)村生活空間承載力評價

農(nóng)村生活空間承載力計算公式：

式中：R為農(nóng)村生活空間承載力，即為農(nóng)村居民點用地所能承載的農(nóng)村人口數(shù)量(人)；N為農(nóng)村居民點用地面積(hm2)；P為人均農(nóng)村居民點用地標準(m2·人-1)。

根據(jù)江川縣土地利用總體規(guī)劃(2010—2020年)目標數(shù)據(jù)，確定2020年江川區(qū)農(nóng)村居民點用地面積為2 176.18 hm2，結(jié)合人均農(nóng)村居民點用地(140 m2·人-1)的標準，計算出2020年農(nóng)村生活空間承載力為155 441人，再結(jié)合前文預測的2020年江川區(qū)農(nóng)村人口135 157人，通過比較得到，到2020年江川區(qū)農(nóng)村生活空間承載力能承載2020年預測農(nóng)村人口(表1)。鄉(xiāng)鎮(zhèn)中，除前衛(wèi)鎮(zhèn)和路居鎮(zhèn)2020年農(nóng)村生活空間承載力不能承載2020年農(nóng)村人口外，其余鄉(xiāng)鎮(zhèn)2020年農(nóng)村生活空間承載力均能承載2020年農(nóng)村人口。

表1 江川區(qū)2020年農(nóng)村生活空間承載力潛力分析

2.1.3 水資源承載力評價

水資源承載力是指某一區(qū)域在特定歷史階段的特定技術和社會經(jīng)濟發(fā)展水平下，以維護生態(tài)良性循環(huán)和可持續(xù)發(fā)展為前提，當?shù)厮Y源系統(tǒng)可支撐的社會經(jīng)濟活動規(guī)模和具有一定收獲水平的人口數(shù)量。

式中：R為水資源承載力，即為水資源所能承載的人口數(shù)量(人)；Q為水資源可用量(萬m3)；P為人均水資源量(m3·人-1)。

由于江川區(qū)水資源集中分布于撫仙湖和星云湖，分配到各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的水資源量難以測算，因此本研究在不考慮調(diào)水等工程措施的前提下，利用江川區(qū)的平均產(chǎn)水模數(shù)測算各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)的水資源量。

各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)水資源量=平均產(chǎn)水模數(shù)×轄區(qū)面積

根據(jù)《玉溪市水資源公報2013年》數(shù)據(jù)，2013年江川區(qū)的水資源量為8 523萬m3，平均產(chǎn)水模數(shù)(10.6萬m3·km-2)。

2.2水環(huán)境評價

目前撫仙湖流域污染負荷產(chǎn)生量較大，污染物負荷量已經(jīng)大大超過撫仙湖的I類水質(zhì)的承載能力，對撫仙湖保持I類水質(zhì)的目標極為不利；而近幾年星云湖水質(zhì)呈不斷惡化趨勢，主要污染物呈顯著增加趨勢，水體透明度明顯降低。

2.3地質(zhì)環(huán)境評價

本次地質(zhì)環(huán)境承載力評價選取主要地質(zhì)斷裂周邊500 m范圍參與評價，通過緩沖分析，江川區(qū)主要地質(zhì)斷裂周邊500 m范圍面積為10 010.96 hm2，其中涉及主要地質(zhì)斷裂周邊500 m范圍最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為江城鎮(zhèn)，涉及主要地質(zhì)斷裂周邊500 m范圍最小的鄉(xiāng)鎮(zhèn)為前衛(wèi)鎮(zhèn)。

根據(jù)江川區(qū)主要地質(zhì)斷裂周邊500 m范圍、地質(zhì)災害中易發(fā)區(qū)和坡度≥25°的土地分布情況，重疊的面積只計入1次。以上3項面積相加得出江川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)受地質(zhì)環(huán)境制約較大的土地面積。然后用江川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)受地質(zhì)環(huán)境制約較大的土地面積除以其土地總面積，得到評價結(jié)果(表2)。

表2 江川區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力評價

根據(jù)江川區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力評價結(jié)果，其比例越高，表明受地質(zhì)環(huán)境制約越大，地質(zhì)環(huán)境承載能力越低。將評價值在0～20%的區(qū)域劃分為“高”承載力區(qū)域，將評價值在20%～40%的區(qū)域劃分為“較高”承載力區(qū)域，將評價值在40%～60%的區(qū)域劃分為“中等”承載力區(qū)域，將評價值在60%～80%的區(qū)域劃分為“較低”承載力區(qū)域，將評價值在80%～100%的區(qū)域劃分為“低”承載力區(qū)域。

將江川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)地質(zhì)環(huán)境承載力評價結(jié)果值與評價值等級劃分標準進行比較，得到江川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)(街道)地質(zhì)環(huán)境承載力評價等級結(jié)果(表3)。

表3 江川區(qū)環(huán)境承載力等級劃分結(jié)果

由上表可以看出，綜合來看江川區(qū)地質(zhì)環(huán)境承載力為較高承載力，表明地質(zhì)環(huán)境對于江川區(qū)的資源環(huán)境承載力制約相對不太大。從鄉(xiāng)鎮(zhèn)分布來看，處于中等承載水平以上。

2.4生態(tài)環(huán)境評價

按滿足一個人對氧氣的正常需要所需的平均綠地面積一般應不低于200 m2。據(jù)此推算，江川區(qū)2020年綠當量可以容納的人口規(guī)模的上限為2 609 824人，江川區(qū)生態(tài)環(huán)境承載力較好，能夠滿足現(xiàn)狀和未來到2020年的生態(tài)需求。

3 評價指標體系

3.1確定評價單元

目前，評價單元劃分方法主要有疊置法、地塊法、多邊形法和網(wǎng)格法等。評價單元的確定會影響到在評價中的應用價值和評價結(jié)果的精度。結(jié)合江川區(qū)實際情況，本文選取江川區(qū)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政區(qū)為評價單元，江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價共有7個評價單元。

3.2評價指標體系的構(gòu)建

結(jié)合前文中的主要資源承載力評價，選取耕地資源承載力系數(shù)、農(nóng)村生活空間承載力系數(shù)、耕地資源承載力指數(shù)反映江川區(qū)的資源情況，本文選取這五個指標作為資源環(huán)境承載力評價的資源條件指標。

3.3評價模型評價指標標準化

在資源環(huán)境承載力評價過程中，所涉及指標較多，而且每個指標的單位存在著一定差異，使得不能進行比較和分析，為了使評價結(jié)果具有準確性，因此需對指標的實際值進行標準化處理[4]，關于數(shù)據(jù)標準化的方法較多，每種方法各有其優(yōu)缺點，選用不同的方法，結(jié)果也會有所差別。結(jié)合本文數(shù)據(jù)特征考慮，采用極差標準化的方法對原始數(shù)據(jù)進行標準化。

對于正趨向指標計算公式：

對于負趨向指標計算公式：

式中：Nij為指標標準化后的值；Mij為標準化前指標的原始值；max(Mi)為標準化前某指標的最大值；min(Mi)為標準化前某指標的最小值。

將計算得到的原始數(shù)據(jù)按照極差標準化的方法，運用正趨向和負趨向指標計算公式，將原始數(shù)據(jù)進行標準化處理，得到江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標標準化結(jié)果(表4)。

表4 江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標標準化

評價指標權(quán)重的確定。目前確定指標權(quán)重的方法大致分為兩類：主觀賦權(quán)法、客觀賦權(quán)法[4]。常用的主觀賦權(quán)法主要包括專家調(diào)查法、層次分析法[5]、二項系數(shù)法；常用的客觀賦權(quán)法主要包括主成分分析法[6]、熵值法[7]、多目標規(guī)劃法、離差及均方差決策法等。為了體現(xiàn)各指標在評價體系中的重要程度，本文按照AHP法的計算，得到各單項指標的權(quán)重(表5)。

表5 江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價因子權(quán)重

3.4綜合評價值的求解

加權(quán)求和法是常用的綜合評價模型，并在實踐應用中得到檢驗或改進。本文采用線性加權(quán)求和函數(shù)法[4]，即將各級指數(shù)乘以各自權(quán)重，再進行1次求和，得出上一級綜合評價的指數(shù)值。

式中：LS為資源環(huán)境承載力；Ni為指標指數(shù)值；Wi為指標的權(quán)重；n為該級指標的項數(shù)。根據(jù)上式計算江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標綜合分值結(jié)果(表6)。

表6 江川區(qū)資源環(huán)境承載力綜合評價分值結(jié)果

4 綜合評價結(jié)果

依據(jù)相關資料對區(qū)域資源環(huán)境承載力的研究，結(jié)合江川自身情況，對江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價結(jié)果等級標準劃分。將綜合評價值在[0.8，1.0]的區(qū)域劃分為高承載力區(qū)域，將綜合評價值在[0.6，0.8]的區(qū)域劃分為較高承載力區(qū)域，將綜合評價值在[0.4，0.6]的區(qū)域劃分為中等承載力區(qū)域，將綜合評價值在[0.2，0.4]的區(qū)域劃分為較低承載力區(qū)域，將綜合評價值在[0，0.2]的區(qū)域劃分為低承載力區(qū)域。

將江川區(qū)各評價單元資源環(huán)境承載力綜合評價結(jié)果值與綜合評價值等級劃分標準進行比較，得到江川區(qū)各評價單元資源環(huán)境承載力綜合評價等級結(jié)果(表7)，江川區(qū)各評價單元資源環(huán)境承載力等級為中等和較低2個類型區(qū)。

表7 江川區(qū)資源環(huán)境承載力評價指標綜合分值及等級

根據(jù)所得數(shù)據(jù)，應用GIS分析功能，可得到江川區(qū)資源環(huán)境承載力綜合評價圖2。

圖2 江川區(qū)資源環(huán)境承載力綜合評價

5 小結(jié)

本文以江川區(qū)為例，利用GIS技術，通過分析資源現(xiàn)狀及對耕地承載力、農(nóng)村生活空間承載力、地質(zhì)環(huán)境承載力、坡度指數(shù)和生態(tài)空間承載力對江川區(qū)資源環(huán)境承載力的綜合評價顯示，資源環(huán)境承載力中等的區(qū)域面積有53 233.49 hm2，占全區(qū)土地總面積的65.91%，主要分布在大街街道、江城鎮(zhèn)、九溪鎮(zhèn)、安化鄉(xiāng)和雄關鄉(xiāng)；資源環(huán)境承載力較低的區(qū)域面積有17 081.02 hm2，占全區(qū)土地總面積的21.15%，主要分布在前衛(wèi)鎮(zhèn)和路居鎮(zhèn)。

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(責任編輯：張瑞麟)

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：A

：0528- 9017(2017)09- 1633- 05

2017- 07- 06

劉國徽(1992—)，彝族，云南臨滄人，GIS與土地利用規(guī)劃方向在讀碩士,E- mail：786921527@qq.com。

文獻著錄格式：劉國徽，甘淑，呂思思. 基于江川區(qū)GIS的資源環(huán)境承載力評價[J].浙江農(nóng)業(yè)科學，2017，58(9)：1633- 1637.

10.16178/j.issn.0528- 9017.20170943