土地人口承載力研究

1、 土地人口承載力分析6.1 概述土地人口承載潛力：在一定生產(chǎn)條件下，土地資源的生產(chǎn)力承載一定生活水平下的人口限度。 即 在一定的區(qū)域范圍內(nèi)，根據(jù)其土地資源的自然生產(chǎn)潛力，用不同的投入（物質(zhì)的、技術(shù)的）水平所能生產(chǎn)的食物總量，可以供養(yǎng)一定生活水平的人口數(shù)量。單位面積土地人口承載潛力： 一定條件下，單位面積土地的生產(chǎn)潛力與一定生活水平下的人均消費標(biāo)準(zhǔn)之比。1 、土地承載力的四個要素：生產(chǎn)條件 土地生產(chǎn)力 被承載人口的生活水平 土地承載人口的限度 因此：影響土地人口承載潛力（ PSCL ）的因素為單位面積的生產(chǎn)潛力、土地面積和平均人口的基本糧食需求。PSCL=P（e）×A/N P（e）單位

2、面積的生產(chǎn)潛力；A土地面積；N平均人口的基本糧食需求。2、土地承載力的研究的必要前提：土地能夠而且也只有土地才能夠生產(chǎn)出人類賴以生存的食物；土地具有生物生產(chǎn)力，并且不同類型的土地其生產(chǎn)力不同，相同類型的土地生產(chǎn)不同生物產(chǎn)品的能力也不同；在一定生產(chǎn)條件下，土地生產(chǎn)力是有限的；不同社會文化背景的人口，其食物結(jié)構(gòu)及生活方式不同，對土地的需求利用不同，但對最低熱量和蛋白質(zhì)的生理需求是一致的，并且是可比的。 3、土地資源人口承載力研究的目的和意義查明不同的投入水平下土地的潛在人口承載能力；確定和預(yù)測區(qū)域性糧食安全；為合理的農(nóng)業(yè)政策和人口政策，指導(dǎo)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和經(jīng)濟建設(shè)，編制國民經(jīng)濟發(fā)展規(guī)劃，加強土地管理，合

3、理利用土地，保證土地資源的可持續(xù)利用提供科學(xué)依據(jù)。4、土地資源人口承載力研究研究概況（1）國外土地承載力研究可以簡單地劃分為兩個階段A)前期（1970年以前）的土地承載力研究:大多是生態(tài)學(xué)上承載力定義的直接延伸,較有影響的研究當(dāng)推威廉·福格特的生存之路和威廉·阿倫的計算方法。 威廉·福格特的生存之路于1948年出版后，曾一版再版。用作者的話說，他之所以撰著此書，是因為世界人口激增造成了人口過剩，全球及各國人口的數(shù)量已超越其土地負(fù)載能力。CB:E式中:C代表土地負(fù)載能力(土地能夠供養(yǎng)的人口數(shù)量);B代表土地可以提供的食物產(chǎn)量；E代表環(huán)境阻力(環(huán)境對土地生產(chǎn)能力所加的

4、限制)。福格特斷言:地球上土地的負(fù)載能力已達(dá)極限，耕地太少，已容納不了現(xiàn)存的世界人口數(shù)量。英國的威廉·阿倫的土地資源人口承載力研究在1965年提出了以糧食為標(biāo)志的土地資源人口承載力計算公式。其目的是計算出某個地區(qū)傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)所提供的糧食能夠養(yǎng)活多少人口，或者說給出承載人口的上限。主要考慮總土地面積、耕地面積和耕作要素等，它不考慮人口對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的反饋作用, 因此只能作粗略估計。B）后期（1970年以來）的土地資源人口承載力研究： 20世紀(jì)60年代以來，較具影響的研究有3個澳大利亞的土地承載力研究：澳大利亞1973年采用多目標(biāo)決策分析法，從各種資源對人口的限制角度出發(fā)，討論了土地承載力

5、，提出了可以養(yǎng)活2億人；若讓每個人都生活在高于當(dāng)時中等以上水平，能養(yǎng)活的人口將不超過1200萬人。 發(fā)展中國家土地的潛在人口承載能力 研 究聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）與教科文組織（UNESCO）在19711981年間，合作完成并出版了全套世界土壤圖（1978年）。同時，糧農(nóng)組織還制定了土地評價綱要，提出土地評價原則。在此基礎(chǔ)上糧農(nóng)組織嘗試把評價原則應(yīng)用于世界土壤圖，以估算發(fā)展中國家適合于生產(chǎn)各種特定作物的土地資源數(shù)量，這就可以評估作物產(chǎn)量和投入水平。這是一種綜合探討農(nóng)業(yè)規(guī)劃和人口發(fā)展的方法，它將氣候生產(chǎn)潛力和土壤生產(chǎn)潛力相結(jié)合，來反映土地用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實際潛力，并考慮了對土地的投人水平和社會經(jīng)濟

6、條件，對人口、資源和發(fā)展之間的關(guān)系進行了定量評價。指出不同的土地利用方式（投人水平）下，可以有不同的人口承載量。資源承載力研究的ECCO模型提高承載力的策略模型Enhancement of Carrying Capacity Options20世紀(jì)80年代初，在聯(lián)合國教科文組織的資助下，ECCO模型開始設(shè)計，并在非洲試運行。它是由英國科學(xué)家斯萊瑟教授提出的一種承載力估算的綜合資源計量技術(shù)，它采用系統(tǒng)動力學(xué)方法，綜合考慮人口、資源、環(huán)境與發(fā)展之間的關(guān)系，可以模擬不同發(fā)展策略下，人口變化與承載力之間的動態(tài)變化。（2） 國內(nèi)土地資源承載力的研究土地資源的人口承載能力問題在我國也受到廣泛的關(guān)注。全國農(nóng)

7、業(yè)區(qū)劃委員會于1986年9月委托中國科學(xué)院自然資源綜合考察委員會主持“中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究”項目，在此項目的帶動下，國內(nèi)眾多學(xué)者紛紛開展不同區(qū)域不同層次的土地資源人口承載力研究，最有影響的當(dāng)推中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究6.2 土地資源人口承載力的研究方法第一步是根據(jù)“一定的生產(chǎn)條件”計算出土地生產(chǎn)力；第二步根據(jù)“一定的生活水平”計算出土地資源人口承載數(shù)量，即土地資源承載力。因此：從土地資源承載力與土地生產(chǎn)力的關(guān)系出發(fā)，可以認(rèn)為土地資源承載力的核心就是土地生產(chǎn)力。公認(rèn)方法聯(lián)合國糧農(nóng)組織（FAO）所執(zhí)行的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法（Agricultural Ecology Zone，簡

8、稱 AEZ）1、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的內(nèi)涵(AEZ法)按比例尺，通過氣候圖、土壤圖、地形圖、水文圖和土地利用現(xiàn)狀圖件的疊加或借助于地理信息系統(tǒng)軟件完成。 土地劃分為農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)（單元） 土地評價單元和制圖單元特征 ：生產(chǎn)條件、氣候、土壤、地形、水文等相對一致，作物種類與種植制度相似,自然生產(chǎn)潛力相似。人口承載力取決于農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)內(nèi)，自然生產(chǎn)潛力、灌溉條件、投入水平和人均糧食消耗。2、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的步驟(AEZ法)（1）土地資源調(diào)查包括氣候資源、土壤資源、土地數(shù)量、作物種植制度、土地利用現(xiàn)狀等。（2）劃分農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)包括光溫土生態(tài)區(qū)圖和光溫水土生態(tài)區(qū)圖 由氣候圖、土壤圖、地貌圖和行政界線圖手工或計算機軟件疊加

9、，或用地理信息系統(tǒng)軟件在計算機上生成。（3）計算生態(tài)區(qū)的生產(chǎn)力在農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)圖的基礎(chǔ)上，疊加作物種類與種植制度分區(qū)圖，以便匹配、修正與計算出兩個生態(tài)區(qū)圖的某個生態(tài)單元的作物產(chǎn)量，即光溫生產(chǎn)力（灌溉農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力）與光溫水生產(chǎn)力（旱作農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力）。（4）統(tǒng)計出每個行政區(qū)內(nèi)的土地生產(chǎn)力在光溫土生態(tài)區(qū)圖與光溫水土生態(tài)區(qū)圖及其生產(chǎn)力計算的基礎(chǔ)上，分別疊加耕地資源調(diào)查圖，一方面是在生態(tài)區(qū)圖中輸入了行政區(qū)的內(nèi)容，另一方面是在每個基礎(chǔ)行政區(qū)內(nèi)，根據(jù)其灌溉地（水澆地、水田）、非灌溉地（旱地）、草地、水域等的面積統(tǒng)計，以及相應(yīng)生態(tài)單元的匹配而計算出耕地、草地、水域等的土地生產(chǎn)力，最后可以統(tǒng)計出每一個行政區(qū)的土地生產(chǎn)力

10、。（5）確定投入水平進一步考慮經(jīng)濟投人的水平，使土地生產(chǎn)潛力的計算與一定的社會經(jīng)濟條件緊密聯(lián)系。 （6）計算一定行政區(qū)內(nèi)的土地人口 承 載 力按人均（含不同年齡、性別、不同工種）統(tǒng)計每人每年所需熱量、蛋白質(zhì)折合為平均糧食量，并按一定行政區(qū)內(nèi)的土地生產(chǎn)潛力，并通過投入水平系數(shù)修正來計算所能承載的人口數(shù)量。 3、農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的特點及應(yīng)用中需注意的問題(AEZ法) （1）農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法的特點農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法方法先進，結(jié)果比較準(zhǔn)確 ； 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法機制合理、思路嚴(yán)謹(jǐn)； 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法簡便易行，可操作性強 。（2）農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法在應(yīng)用中需注意的問題 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法所需的有關(guān)參數(shù)要根據(jù)實際情況修訂； 我國目前的土地資

11、源評價結(jié)果不能滿足土地資源 承載力研究的要求； 投入水平只是生產(chǎn)條件的標(biāo)志，而不同于一般意義上試驗田式的投人產(chǎn)出。6.3、土地生產(chǎn)潛力的測算 1、土地資源生產(chǎn)潛力的層次光合生產(chǎn)潛力：作物的光合潛力是在假設(shè)各種環(huán)境因素均處于最適宜條件下高光合效能作用組成的群體所能產(chǎn)生的生物量（干物質(zhì)），即僅把光照作為惟一的考察因素，而假設(shè)其他因素都不起任何限制作用。（1）光溫生產(chǎn)潛力 是土地生產(chǎn)潛力的上限，需要在光合生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上進行溫度衰減，即乘以溫度訂正系數(shù)，得到光溫生產(chǎn)潛力。（2）光溫水生產(chǎn)潛力（氣候生產(chǎn)潛力） 光溫生產(chǎn)潛力進行水分衰減，乘以水分訂正系數(shù)，得到光溫水生產(chǎn)潛力 （3）光溫水土生產(chǎn)潛力 農(nóng)業(yè)

12、生產(chǎn)潛力 氣候土壤生 產(chǎn) 潛 力 光溫水生產(chǎn)潛力進行土壤衰減，即乘以土壤訂正系數(shù)，得到光溫水土生產(chǎn)潛力。 是土地自然生產(chǎn)力，即現(xiàn)實條件下人類對土地植物生長無負(fù)作用，亦無正作用條件下的土地生產(chǎn)力，它是現(xiàn)實條件下可達(dá)到的最低生產(chǎn)力，是土地生產(chǎn)潛力的下限。2、土地資源生產(chǎn)潛力的測算方法（1）實 驗 法根據(jù)某一作物生長發(fā)育的生理需求，人為地創(chuàng)造作物生長的最佳環(huán)境，通過田間實際栽培，來取得作物最高產(chǎn)量；再通過對該地區(qū)土地生態(tài)條件（包括輻射平衡、熱量平衡、水分平衡、養(yǎng)分平衡等）的定位觀測，研究各種因素對作物產(chǎn)量的影響，推算出一定地區(qū)土地的生產(chǎn)潛力。 （2）典型調(diào)查分析是通過廣泛的社會經(jīng)濟調(diào)查和自然綜合考察

13、，發(fā)現(xiàn)土地高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)典型，以此作為參照系，來計算作物的生產(chǎn)潛力。（3）機制法即根據(jù)作物生產(chǎn)力形成的機理，考慮光、溫、水、土等生態(tài)因子及作物截光持征和光合途徑的綜合作用來估算作物生產(chǎn)潛力。它一般根據(jù)作物將自然界和人工投入的能源轉(zhuǎn)化為化學(xué)潛能的層次，進行逐步“衰減”計算PaPf·T·W·S= PT·W·S = PW·S式中：Pa為土地生產(chǎn)潛力；T，W，S分別為溫度、水分與土壤有效系數(shù)；Pf是光合潛力；PT是光溫潛力；PW為光溫水生產(chǎn)潛力或稱氣候生產(chǎn)潛力。3、 土地生產(chǎn)潛力的計算（1）光溫潛力(PT Y或P)的計算 A)統(tǒng)計型模型：適用于全球

14、范圍估算綜合的生物生產(chǎn)量的數(shù)學(xué)模型 用降水量和平均溫度估算生物產(chǎn)量的邁阿密模型（miamimodel）：或 式中：y生物生產(chǎn)量（gm2·y） t年平均溫度（） p年降水量(mm)。 計算同一地點的資料，會出現(xiàn)不同的數(shù)值。根據(jù)Liebig 定律，最小量因子制約生產(chǎn)水平，因此要選用生產(chǎn)力數(shù)值中最低的值。 用實際蒸散量估算生物生產(chǎn)力的桑斯韋特紀(jì)念模型（蒙特利爾模型）式中：P生物生產(chǎn)量（gm2·y）E年實際蒸散量（mm）e自然對數(shù)的底。 B)機理型模型：適用于小范圍的估算某些或某種作物產(chǎn)量的數(shù)學(xué)模型 瓦赫寧根（Wageningen）方法：其中： 主要適用于估算小麥、玉米、高粱、苜蓿

15、等作物的產(chǎn)量式中：yo標(biāo)準(zhǔn)作物干物質(zhì)產(chǎn)量毛重（Kghm2·d）；F白日的陰天部分（小數(shù)）；yc給定地區(qū)的全天陰天時的標(biāo)準(zhǔn)作物下物質(zhì)產(chǎn)量毛重（ Kghm2·d ），ye給定地區(qū)的全晴天時的標(biāo)準(zhǔn)作物干物質(zhì)的毛重；Rse植彼地面在晴天里吸收的短波幅射最大值（卡/cm2·d）；Rs植被地面實際吸收的短波幅射值（卡cm2·d）；ETM生育期內(nèi)日平均最大蒸散量（mm/d）CT溫度訂正系數(shù)；CH經(jīng)濟系數(shù);G為生長期（天）；Y為光溫生產(chǎn)潛力。 農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法其基本思路與瓦赫寧恨法相同，但比其適用的作物面廣，是求算生產(chǎn)潛力應(yīng)用最廣泛的方法 當(dāng)ym20時 當(dāng)ym20時 式中

16、：Y為光溫潛力（千克公頃）； ym為一定溫度下的干物質(zhì)生產(chǎn)率（千克公頃.小時）； CL為葉面積訂正系數(shù)； CN為干物質(zhì)產(chǎn)量訂正系數(shù)； 其他符號表征意義與赫寧根法公式相同。 C)混合模型：綜合生物生產(chǎn)光溫潛力計算的公式（國內(nèi)學(xué)者提出）： 式中：Y為光溫生產(chǎn)潛力(0.5千克畝)；n為無霜期(天)；Q為太陽總輻射(4.18焦耳厘米2)。 或式中： Y為光溫生產(chǎn)潛力(05千克畝)； q為呼吸作用率(溫度t時呼吸損失光合產(chǎn)物的百分?jǐn)?shù))；Pt為相對光合速率(Pt×10-4t2， t為氣溫()； Q為太陽總輻射。 光合生產(chǎn)潛力加溫度訂正法光合生產(chǎn)潛力NPP=0.29exp（-0.216 RDI2）

17、Rn 日本的筑后模型：式中：NPP為植物氣候生產(chǎn)力t（hm2·a）；RDI為輻射干燥度；Rn為凈輻射量。NPP是在植物群體自身、土壤、氣候環(huán)境等均處在最佳情況下的最大產(chǎn)量，實際上相當(dāng)于光合生產(chǎn)潛力。溫度訂正系數(shù)f（t）= Pt = 4.03l×102t5.771×104t2 日本長谷川史郎等式中：t為作物生育期的平均溫度（）； Pt為相對光合速率； t為溫度。PT= NPP × Pt（2）氣候生產(chǎn)潛力(Pw）的計算是光溫生產(chǎn)潛力受水分條件限制而出現(xiàn)衰減的結(jié)果。作物生產(chǎn)與水分的關(guān)系是確定氣候生產(chǎn)潛力的關(guān)鍵。 根據(jù)降水量（R ）、蒸發(fā)力（E）和 徑流量（F）

18、確定 。R/E 當(dāng)ER時1 當(dāng)ER，F(xiàn)R-E時W= 當(dāng)ER，F(xiàn)R-E時計算時段內(nèi)作物耗水量與需水量的比率或其因數(shù)來確定。W= 1 當(dāng)Cg. RE時 當(dāng)OCg RE時 式中：R為作物全育期內(nèi)的降水量；E為作物需水量；Cg為降水截流系數(shù)； 為局地坡度對截流系數(shù)訂正項；為局地植被對截流系數(shù)的訂正項；a為全地域植被的平均截流系數(shù)；為某一植被類型的截流系數(shù)；b為降水強度訂正系數(shù)；c為某地的年平均徑流系數(shù)。 作物實際耗水量和農(nóng)田可能蒸散量確定W= 1 當(dāng) RET時 當(dāng)RET時式中： ES為作物實際耗水量； ET為農(nóng)田可能蒸散量。 聯(lián)合國糧農(nóng)組織提出的計算方法（常用）：f（w）W1Ky（1ETaETm）式中

19、：Ky為產(chǎn)量反應(yīng)系數(shù)，ETm為最大蒸散量，即供水充足條件下作物的最大蒸散量，ETa為實際蒸散量(需要在既無徑流又無地下滲漏的情況下才能實現(xiàn))。氣候生產(chǎn)潛力PwPT·W(3)土地生產(chǎn)潛力(氣候土壤生產(chǎn)潛力)的計算 是指理想土壤和社會技術(shù)經(jīng)濟條件下取得的土地生產(chǎn)潛力。主要是在氣候生產(chǎn)潛力的基礎(chǔ)上再分層衰減確定的。土壤有效系數(shù)的確定成為土地生產(chǎn)潛力計算的關(guān)鍵。 土壤有效系數(shù)的確定 是以土壤或土地質(zhì)量評價為基礎(chǔ)，土地(或土壤)的質(zhì)量等級越高，則其限制性越小，土地有效系數(shù)也就越大。反之則土壤有效系數(shù)越小。 土壤有效系數(shù)的計算： 氣候土壤生產(chǎn)潛力法（加拿大圭爾夫大學(xué)莫斯教授）以生態(tài)土地分類單位生

20、態(tài)區(qū)作為土地評價單元，計算生態(tài)區(qū)的平均潛在凈第一性生產(chǎn)力（ANNP）是每種土壤類型占生態(tài)區(qū)的總面積的百分比；是每一等級 NNP值的中數(shù)；分析有機質(zhì)腐爛和分解率 Y=1.127+0.0018X確定各類土壤的等級值(Vi)Y為每年枯枝落葉分解的百分率，X為年實際蒸散量(毫米)，求土壤特性指數(shù)（PI） n為土壤類型； 是i類土壤所占面積的百分比。土地生產(chǎn)潛力(ANNP*)為: ANNP* ANPP*PI 我國學(xué)者對土壤有效系數(shù)的確定，多是設(shè)理想土壤狀態(tài)，其土壤有效系數(shù)為1，然后根據(jù)土壤的實際情況與理想土壤的差距，具體賦值，用數(shù)學(xué)公式表示為： S= 1 當(dāng)TrTL時 當(dāng)TrTL時0 當(dāng)Tr=0時式中：

21、 TL為理想土壤狀態(tài)肥力特征值； Tr為土壤實際情況特征值。 例如，中國科學(xué)院地理所孫惠南在計算我國土地生產(chǎn)潛力時，便是首先設(shè)想一般土壤比理想至少要減少10，即將土壤有效系數(shù)確定為0.9；其次考慮到南方丘陵山地，大小興安嶺，黃土高原，均有較大的起伏，保水保肥條件較差，有的pH值偏小、偏大，又要衰減15，取值0.85；青藏高原海拔高度太大，成土條件差，取值0.7；橫斷山脈南端的云貴高原則取0.8，這樣以上地區(qū)土壤的有效系數(shù)就可能分別為0.77，O.63和0.72。 土壤有效系數(shù)也可按照土壤或土地評價等級而分要素或綜合賦值計算確定。 S(F1a1十 F2a2十 F3a3)(Fia1)式中： F1一

22、等地面積；F2二等地面積；F3三等地面積； Fi耕地總面積，a1，a2，a3分別為一、二、三等在一定條件下的產(chǎn)量；i為耕地評價的等級。 土地生產(chǎn)潛力的計算主要受制于氣候、土壤和土地質(zhì)量，但自然災(zāi)害的突發(fā)性危害、栽培技術(shù)、農(nóng)田管理措施、耕作制度等對其也有所影響，這也是土地生產(chǎn)潛力中應(yīng)予重視的因素。 （4）投入水平訂正系數(shù) 投入水平訂正系數(shù)尚未見特定的計算公式。一般考慮一些主要的投入因素（如化肥投入量）由于不能滿足作物生長要求而造成減產(chǎn)的程度，主要依靠投入因素與產(chǎn)量的相關(guān)分析，生產(chǎn)經(jīng)驗或?qū)＜掖蚍值确绞酱_定訂正系數(shù)。 4、土地利用結(jié)構(gòu)與土地資源生產(chǎn)潛力 土地利用結(jié)構(gòu) 密切相關(guān) 土地資源承載力 5、土

23、地投入水平與土地資源生產(chǎn)潛力勞動、技術(shù) 投 入 土地儲存 提高 土地資源承載力質(zhì)量和生產(chǎn)能力提高6.4 土地資源人口承載力的測算1、測算方式(1)按糧食生產(chǎn)總量與每年人均消費糧食的數(shù)量來計算不考慮年齡、性別、職業(yè)和糧食品種，是一種概算(2)按每人每天需要多少焦耳的熱量和多少克蛋白質(zhì)計算 將按不同的年齡、勞動強度和性別的人折合為一個“平均人”，并將不同糧食品種的產(chǎn)品分別折合成熱量與蛋白量并計算為相應(yīng)的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)的單位面積的生產(chǎn)量，兩者相除即得到單位面積土地所承載的人口數(shù)量上限。2、計算標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)：一般糧食的熱量轉(zhuǎn)換系數(shù)與蛋白質(zhì)含量和人均需要 根據(jù)我國的實際情況，可以將人均消耗水平標(biāo)準(zhǔn)分為溫飽型、營養(yǎng)型、能量型三類3、土地資源人口承載力計算（1）計算糧食生產(chǎn)總量 YP·A·R式中：Y是糧食生