基于资源环境承载力的泰州市耕地保有量预测研究

刘 向 南，林 晨，张 展，潘 金 华，王 晓 瑞，王 君 櫹

(1.中国科学院流域地理学重点实验室，中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；2.泰州市国土资源局，江苏 泰州 225300；3.南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210093)

基于资源环境承载力的泰州市耕地保有量预测研究

刘 向 南1，林 晨1，张 展2，潘 金 华2，王 晓 瑞3，王 君 櫹3

(1.中国科学院流域地理学重点实验室，中国科学院南京地理与湖泊研究所，江苏 南京 210008；2.泰州市国土资源局，江苏 泰州 225300；3.南京大学地理与海洋科学学院，江苏 南京 210093)

以泰州市为例，利用灰色系统模型和ARIMA模型，分别从土地资源、水资源及环境负荷角度对泰州市人口承载力进行评价和预测，并根据“木桶原理”，确定泰州市资源环境的最大人口承载规模，最终测算规划期内的最低耕地保有量。研究结果表明：泰州市粮食生产与水资源供给充足，土地资源、水资源不会限制人口增长，环境负荷将是未来人口增长最主要的制约因素；在保证资源环境均不超载的情况下，泰州市2020年最大人口规模541.61万人，2030年567.00万人；基于最大人口规模的最低耕地保有量2020年26.19万hm2，2030年28.26万hm2，均低于规划耕地保有量，表明泰州市粮食供给已达到自给水平。该文揭示了影响泰州市资源环境人口承载能力的短板与制约要素，确定了基于粮食安全的耕地资源最低警戒规模，为泰州市耕地资源保护与合理利用提供了科学依据。

资源环境；泰州市；人口承载力；耕地保有量

0 引言

资源环境是可持续发展的基础和刚性制约条件，随着经济的快速发展，局部地区资源环境承载能力已超过极限，造成了难于逆转的资源环境破坏，严重制约经济社会的发展，资源短缺、水污染严重、水生态环境恶化等问题日益突出。随着党的“十八大”召开，我国进入了工业化、信息化、城镇化、农业现代化同步快速推进的新时期，在经济社会发展的宏观背景推动下，保护资源和保障发展的矛盾将进一步加剧，区域资源环境承载力研究的重要性日益凸显。

资源环境承载力[1]是指在一定时期和范围内，在一定科学技术水平条件下资源环境的数量和质量对所辖空间区域内的人类社会生产、经济社会发展的支撑能力。近年来，随着人口骤增，环境恶化不断加剧，基于资源环境的承载力研究日趋受到政府和科学界广泛的重视和关注，在各类国土空间规划对资源环境承载力评价应用需求的推动下，围绕不同资源环境的人口承载力评价不断涌现。如在无锡市[2]、银川市[3]、长清县[4]、乌海市[5]、北京市[6]、广州市[7]、贵阳市[8]、武安市[9]等地区诸多学者已开展了基于不同资源环境的人口承载力评价与预测研究。上述研究通常选取某一单独要素如土地资源[2-5,8,10，11]、水资源[5-7,12，13]、生态环境[5,9,14，15]、能源[16]、产业就业人数[2,5,10,13,17,18]，采用指标体系法[5]、系统动力模型[8]、可能-满意度法[5]、灰色系统模型[3,11]、生态足迹法[9,19,20]、GIS空间分析法[18,21]等，极大地丰富了资源环境承载力的研究理论和方法。综合以上研究发现，已有研究在单要素(水资源、耕地资源)承载力方面相对完善，往往只从单一角度测算区域的承载力水平，而资源环境承载力属于综合性系统范畴，受诸多要素制约，所以基于资源环境的综合系统特征，根据不同区域资源禀赋的差异，综合考虑区域经济发展的同时不危害系统内部资源、环境、生态的可持续支撑能力，必须选取不同的资源环境要素，从多角度对区域资源环境的综合人口承载能力进行研究，基于某个单一要素的资源环境承载力研究，由于其片面性和单一性的制约，很难综合反映区域资源环境的真实承载力水平，计算结果代表性差，难以反映区域内部的多要素系统综合特征。

泰州市地处江苏省中部、长江下游北岸，位于长江三角洲和里下河平原交界处[22]。有史以来，泰州一直是我国著名的粮食生产基地，区域人口密度大，土地资源紧缺。随着泰州市经济、社会的迅猛发展，城镇人口不断增加，耕地资源锐减、环境污染日趋严重，泰州市正面临资源环境不断恶化、耕地资源锐减与人口规模急剧增长的多重矛盾，因此开展基于多要素的资源环境综合承载力研究迫在眉睫。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

泰州市地处江苏中部(32°01′57″～33°10′59″N，119°38′24″～120°32′20″E)，下辖海陵区、高港区、姜堰区、高新区、靖江市、泰兴市、兴化市。泰州市地层属第四纪地层，是江淮两大水系的冲积平原，位于北亚热带湿润气候区，受季风环流的影响，具有明显的季风性特征。2014年泰州市户籍人口达508.51万人，经济发展稳中有进，生产总值3 370.89亿元，增长10.8%，三次产业结构调整为6.4∶51.3∶42.3。泰州市土地总面积为57.87万 hm2，其中，农用地资源丰富，耕地比重高；随着工业化、城市化与交通基础设施建设进程的加快，泰州市建设用地也呈现快速扩张的趋势，但农村居民点比重过高，建设用地结构不合理，可用于土地开发的耕地后备资源极其贫乏且分布不均衡。

1.2 基于不同限制因素的人口承载力测算

本研究结合泰州市资源环境现状与社会经济发展特征，选取影响泰州市资源环境承载力的3个关键要素——土地资源、水资源和环境负荷进行人口承载力评价与预测，并根据“木桶原理”，将最大制约因素的人口承载力作为整个区域资源环境的人口承载规模，在此基础上，从保障耕地资源和粮食安全的角度进一步测算泰州市耕地保有量。本研究以2014年为基准年，依据2005-2014年共10年基础数据，评价目标年为2020年、2030年，评价范围为泰州市全部区域。

(1)土地资源。土地最重要、最基本的功能就是其生产功能，一个地区土地的生产潜力一定程度上决定了其所能够供养的人口数量。本研究利用灰色系统模型GM(1,1)在粮食总产量及人均粮食消费量预测的基础上，预测未来区域土地资源能够承载的人口规模，测算模型如下：

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

(1)

式中：P为人口承载力(人)；G为生活用粮总供给量(kg)；w为粮食自给率；Gpc为人均粮食消费量(kg/人)；L为人口承载力状态；R为现实人口数量(人)。

(2)水资源。采用ARIMA模型(差分整合移动平均自回归模型)对泰州市水资源供给总量及人均综合用水量进行预测，在此基础上测算水资源的人口承载力。测算模型如下：

P=X/N,L=R/P

(2)

式中：X为目标年供水规模(t)；N为目标年人均总用水量(t/人)。

(3)环境负荷。根据《泰州市统计年鉴》和《环境保护专项规划》，SO2是泰州市最主要的污染物，本研究以SO2排放为评价对象，在利用总量趋势与灰色系统模型GM(1,1)对人均排放量进行预测的基础上，计算环境负荷的人口承载规模。测算模型为：

P=S/M,L=R/P

(3)

式中：S为目标年SO2排放总量(t)；M为目标年人均SO2排放量(t/人)。

1.3 基于人口承载力的耕地保有量测算

“木桶原理”在资源环境的人口承载力水平上表现为整个区域综合人口承载能力即木桶最大容量，木板长短的差异反映了不同资源环境禀赋的地域差异，也是区域综合承载能力的制约要素。本研究利用最大制约要素(短板)的承载水平反映整个区域的人口综合承载能力，确定资源环境的最大人口承载规模并测算耕地保有量，既保证各要素均不超载，又能保障资源环境良好的可持续发展支撑能力。基于最大人口承载规模的最低耕地保有量测算公式如下：

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

(4)

式中：F为最低耕地保有量(hm2)；P为资源环境最大人口承载规模(人)；g为保证粮食安全的人均耕地保有量(hm2/人)；C为目标年粮食单产(kg/hm2)；V为粮食自给率；Gpc为人均粮食消费标准(kg/人)。

1.4 数据来源

本文用于模型计算与预测的数据主要为泰州市社会经济、土地利用及生态环境三方面的资料。具体如下：泰州市人口数量(2005-2014)；泰州市粮食播种面积(2005-2014)；泰州市粮食单产(2005-2014)；泰州市人均食物消费结构(2007-2013)；泰州市水资源供给量(2005-2014)；泰州市人均综合用水量(2005-2013)；泰州市环保统计数据(2005-2013)。其他数据来自泰州市统计年鉴(2005-2014)、泰州市土地利用总体规划(2006-2020)、泰州市水资源统计公报(2005-2014)。

2 结果与讨论

2.1 不同人口承载力测算结果

(1)土地资源。根据生活用粮、人均粮食消费及粮食自给率的土地资源人口承载力测算结果(表1)显示，2020年泰州市粮食供给可养活745.19万人，2030年831.23万人，均高于预测人口规模。其中，兴化市可承载人口数量达预测人口的两倍，且兴化市粮食总产量占泰州市粮食总量的45%以上，可承载人口规模也最大，其次是泰兴市、姜堰区。人口承载力状态表明，泰州市2020年、2030年的承载力状态整体处于粮食盈余状态，其中主城区(海陵区、高港区及高新区)人口承载力已达到临界超载，主城区粮食总产量低，可承载人口数量相对较少。靖江市、姜堰区、泰兴市、兴化市未来土地资源的人口承载力状态为盈余，粮食生产量除满足本区域的消费需求外，还有大量的余粮供调配出售，可以作为未来泰州市的主要商品粮区域，该区域粮食可大量调配至主城区的海陵区、高港区及高新区。

表1 泰州市各区(市)2020年、2030年土地资源人口承载力

(2)水资源。基于水资源供给总量与人均需水量的人口承载力评价预测结果(表2)显示，2020年、2030年泰州市各区(市)水资源可承载人口规模整体不断增加，且显著高于预测人口。其中，泰兴市、靖江市水资源承载人口达到预测人口的两倍，表明这两个地区具有丰富的水资源。从人口承载力状态看出，泰州市2020年、2030年的水资源承载状况整体处于盈余状态，表明泰州市水资源供给充足，水资源可持续承载的人口规模较大。其中姜堰区的水资源承载力已达到临界超载，该区人口众多，水资源相对匮乏；高新区、高港区、泰兴市、兴化市、靖江市水资源盈余，供给量除满足本区域的消费需求外，还有大量剩余，可作为未来泰州市的主要取水区域，或安排需水量较大的工农业生产活动。

表2 泰州市各区(市)2020年、2030 年水资源人口承载力

(3)环境负荷。基于人均SO2排放量的环境负荷可承载人口预测结果(表3)显示，2020年、2030年泰州市环境负荷所承载的人口分别为541.61万人、567万人，均略高于预测人口。其中，主城区(海陵区、高港区以及高新区)所承载人口略低于预测人口，说明在经济发达、工业较为集中的地区环境污染加剧，环境负荷可承载的人口相对于泰兴市、兴化市、靖江市要少，而在工业不是特别集中的地区所能承载人口数大于预测人口数。基于环境负荷的人口承载力状态表明，2020年、2030年泰州市的人口承载力处于平衡状态，环境负荷适中。泰兴市、兴化市、靖江市环境负荷平衡状态相对较小，可承载人口数量较多。位于主城区的海陵区、高港区、姜堰区、高新区环境负荷承载已达到超载状态，地区环境负荷压力增加。环境负荷将成为3个主城区未来人口承载规模的主要限制因素。

表3 泰州市各区(市)2020年、2030年环境负荷人口承载力

2.2 最大人口承载规模

通过对泰州市各区(市)人口承载力的不同要素(土地资源、水资源、环境负荷)承载力水平预测结果对比分析可知，泰州市未来水资源供给量大，水资源可承载的人口规模最大，显著高于预测人口。其次是土地资源，表明泰州市用于农业生产的土地资源丰富，粮食供给充足，粮食生产量可充分满足现有的人口增长速度。最大的制约因素是环境负荷，可见在泰州市环境污染不断加剧，在未来环境保护的严格要求下，环境负荷将成为限制人口增长的最主要障碍。因此根据“木桶原理”，将最大制约限制因素(环境负荷)的人口承载力水平作为泰州市区域资源环境的综合人口承载规模，即最大人口承载规模(表4)。

表4 泰州市各区(市)2020年、2030年最大人口规模(万人)

Table 4 Most population in 2020 and 2030 of Taizhou City

年份海陵区高港区姜堰区高新区泰兴市兴化市靖江市泰州市2020203038.1740.8211.2213.1452.1154.1014.0912.87121.61127.76170.21182.7570.0180.21541.61567.00

2.3 最低耕地保有量测算

利用式(4)，根据中心城区及粮食主产区的功能定位，对不同区、市分别设定高、低两种粮食自给率水平，分别测算泰州市各区(市)2020年、2030年的耕地保有量(表5)。由测算结果看出，到2020年泰州市中心城区达到0.2、其他区达到0.8的粮食自给率水平只需要21.30万hm2的耕地，即能满足粮食供给需求；而高粮食自给率水平时，耕地保有量为26.19万hm2，除中心城区外，其他区、市可达到粮食自给。考虑泰州市是江苏省的粮食主产区之一，在粮食自给的情况下还需有部分商品粮供应省内其他区域，因此考虑以高粮食自给率水平作为测算耕地保有量的标准。

表5 泰州市各区(市)2020年、2030年的耕地保有量

泰州市2020年耕地保有量为26.19万hm2，2030年为28.26万hm2，其中兴化市耕地保有量最大，其次是泰兴市、姜堰区，说明上述区域作为泰州市未来的粮食主产区，粮食供给除满足自身需求外，还可大量输出到耕地保有量较低的海陵区、高新区、高港区3个主城区，缓解主城区由于经济发展、建设用地规模不断增加带来的耕地不足、粮食稀缺的矛盾。根据《泰州市土地利用总体规划(2006-2020)》，泰州市2020年耕地保有量为31.55万hm2，本研究耕地保有量测算结果低于规划值。

2.4 讨论

本研究利用灰色系统模型和ARIMA模型进行评价和预测，可以实现诸多因素的耦合，从现有数据的变化趋势预测未来数据，通过与规划期的人口承载力相比较看出，各要素人口承载力预测与规划值基本吻合，具有一定的科学性和实用性，适合市县级人口及耕地保有量预测；缺点是对政府政策以及经济发展等要素考虑不够，预测值可作为规划值的下限。采用“木桶原理”，将最大限制因素的承载力作为整个资源环境的综合承载水平，确保其他资源环境均不超载，最大限度地维持了资源环境的可持续支撑能力，有利于资源环境与人口、经济社会的可持续发展，简化了研究方法，克服了综合系统模型发展尚不完善的问题。

对于开放区域，人口承载力状况与区域资源环境、经济发展、科技进步存在复杂的反馈机制，不完全受资源环境的限制，也与区域的经济发展、产业结构密切相关。但从可持续发展的长远角度而言，一个地区的人口承载规模主要取决于区域的资源环境禀赋程度[23]，尤其是土地资源。因此，要保障经济社会的可持续发展，必须切实提高区域资源环境的承载能力，落实严格的耕地保护制度，合理利用土地资源。

3 结论

本研究结合泰州市资源环境现状与社会经济发展特征，选取了影响泰州市资源环境承载力的3个关键要素——土地资源、水资源和环境负荷进行资源环境的人口承载力评价与预测，可实现诸多因素的耦合，从现有数据的变化趋势预测未来数据；根据“木桶原理”，将最大制约限制因素的人口承载力作为整个区域资源环境的人口承载规模，既保证其他制约要素均不超载，又可以确保资源环境具备长期可持续的支撑发展能力，有利于资源环境与人口、经济社会的可持续发展，简化了研究方法，克服了综合系统模型发展尚不完善的问题。在此基础上，基于资源环境的最大人口承载规模，从保障耕地资源和粮食安全角度出发，测算泰州市耕地保有量。

基于土地资源、水资源和环境负荷的泰州市2020年、2030年人口承载规模均高于规划人口规模，其中水资源、土地资源人口承载规模较大，远远大于规划人口，表明泰州市水资源丰富，粮食供给充足，未来水资源、土地资源可持续承载人口能力较强。环境负荷是泰州市未来人口规模增长的最主要制约因素，可承载人口能力持续性最差，未来环境负荷压力较大，环境污染将不断加剧，严重制约泰州市人口、经济、社会的可持续发展。建议在区域资源环境承载力评价预测的基础上，建立相对统一的分级响应机制，区分不同区域的发展态势，起到重要的导向作用；同时改变传统经济发展模式，大力发展循环经济，坚持走新型工业化道路，实现工业“绿色化”，坚决杜绝“先污染、后治理”的传统粗放经济模式。

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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

刘向南(1989-)，女，硕士研究生，主要从事土地资源利用与海岸带研究。E-mail：lxngis1002@163.com

10.3969/j.issn.1672-0504.2016.04.015

F301.21

A

1672-0504(2016)04-0090-05