貴陽市土地人口承載力計(jì)算

貴陽市土地人口承載力計(jì)算

土地是人類生存、生存和財(cái)富的源泉。它不僅為人類提供了食物、水和美麗的景觀，也為人類提供了生物幫助。土地承載力是關(guān)乎人類社會生存和發(fā)展的重大課題,運(yùn)用多種方法、多角度深入研究區(qū)域土地承載力是制定區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用戰(zhàn)略的必然要求。農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法是1977年由Kassam提出的較早應(yīng)用于土地人口承載力研究的方法;生態(tài)足跡法則是1996年由加拿大生態(tài)經(jīng)濟(jì)學(xué)家William與其博士生Wackernagel提出的,最初用于可持續(xù)性評價方面,目前該方法的應(yīng)用已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出這一范圍。本文將生態(tài)足跡方法應(yīng)用于區(qū)域土地人口承載力研究,并選取貴陽市為研究區(qū)域,將其與農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法進(jìn)行比較分析。1漢單位土壤條件貴陽市是貴州省省會,地處東經(jīng)106°07′~107°17′,北緯26°11′~27°22′之間,轄6區(qū)、1市(縣級)、3縣,土地總面積8046km2。2005年末全市總?cè)丝?53.09萬人,國內(nèi)生產(chǎn)總值525.62億元。貴陽屬中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候,年太陽總輻射平均值為36.9萬J·cm-2,年平均氣溫15.3℃,年日照1278h左右,年平均降水量為1197mm。全市土壤總面積60.82萬hm2,有黃壤、黃棕壤、石灰土、紫色土、潮土、沼澤土、水稻土、草甸土等8個土類。區(qū)域內(nèi)坡地大量開墾,>15°坡耕地12.48萬hm2,占全市耕地面積的43.18%,>25°坡耕地5.68萬hm2,占全市耕地面積的19.66%,由此引起的水土流失面積達(dá)28.5萬hm2,占全市土地總面積的35.5%。2生物生產(chǎn)力水平的土地面積轉(zhuǎn)化為具有全球平均生物生產(chǎn)力水平的土地面積任何已知人口的生態(tài)足跡是指生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)性土地面積。全球平均生物生產(chǎn)性土地分為化石能源用地、可耕地、林地、牧草地、建成地和水域6種獨(dú)立類型。生態(tài)足跡大小以具有全球平均生物生產(chǎn)力水平的土地面積表示,由于區(qū)域間資源稟賦的差異性,土地生物生產(chǎn)力水平不同,土地面積不能進(jìn)行直接比較,因此,最終要將區(qū)域土地面積轉(zhuǎn)化為具有全球平均生物生產(chǎn)力水平的土地面積,這一過程通過引入均衡因子和產(chǎn)量因子來實(shí)現(xiàn)?；谏鷳B(tài)足跡的區(qū)域土地人口承載力通過區(qū)域內(nèi)總的生態(tài)足跡供給與區(qū)域內(nèi)人均生態(tài)足跡消費(fèi)之間的比值來求得。2.1生態(tài)行為模型根據(jù)生態(tài)足跡理論,生態(tài)足跡方法主要包括兩個部分,生態(tài)足跡消費(fèi)模型和生態(tài)足跡供給模型。2.1.1年生存率及生物生產(chǎn)力aai=ci/pi=(Pi+Ii-Ei)/pi。EF=∑(aai×γi)。ef=EF/N。式中:Pi為第i種消費(fèi)商品的年生產(chǎn)量/kg,Ii為第i種消費(fèi)商品的年進(jìn)口量/kg,Ei為第i種消費(fèi)商品的年出口量/kg,aai為第i種交易商品折算的生物生產(chǎn)性土地面積/hm2,ci為第i種消費(fèi)商品的年消費(fèi)量/kg,pi為第i種消費(fèi)品全球年平均生產(chǎn)能力/(kg·hm-2),EF為總的生態(tài)足跡/hm2,γi為均衡因子,其大小等于全球某類生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力水平與全球土地平均生物生產(chǎn)力水平的比值;ef為人均生態(tài)足跡消費(fèi)/(hm2·人-1),N為參與消費(fèi)的人口數(shù)。2.1.2生態(tài)足跡消費(fèi)模型EC=∑aj×yj×γj。N=(1-0.12)EC/ef。式中:EC為區(qū)域生態(tài)足跡總供給/hm2;aj為某一國家或地區(qū)某類生物生產(chǎn)性土地總面積/hm2;yj為產(chǎn)量因子,用某個國家或地區(qū)某類生物生產(chǎn)性土地的平均生產(chǎn)力與世界該類土地的平均生產(chǎn)力的比值表示;N為土地人口承載力/人;其他參數(shù)含義同生態(tài)足跡消費(fèi)模型。在計(jì)算生態(tài)足跡供給的過程中,由于現(xiàn)實(shí)生活中世界各國并沒有預(yù)留土地用于吸收化石燃料燃燒釋放出的CO2,因此,只考慮除化石燃料地以外的5種土地類型。人類只是生態(tài)系統(tǒng)中的一員,不能將生態(tài)系統(tǒng)的供給能力全部霸占,應(yīng)預(yù)留出12%用于生物多樣性保護(hù),扣除后的生態(tài)足跡供給才是人類可以利用的。2.2貴陽市生態(tài)行為消費(fèi)與生態(tài)行為供應(yīng)2.2.1單位面積積算方法貴陽市生態(tài)足跡消費(fèi)的計(jì)算主要由生物資源消費(fèi)、能源消費(fèi)和貿(mào)易調(diào)整3個部分組成。生物資源消費(fèi)分為農(nóng)產(chǎn)品、動物產(chǎn)品、林產(chǎn)品、水果和木材等大類,各大類下面再分一些細(xì)目。在生物資源生產(chǎn)面積折算的具體計(jì)算中,采用聯(lián)合國糧農(nóng)組織1993年公布的有關(guān)生物資源的世界平均產(chǎn)量資料。在計(jì)算能源消費(fèi)足跡時,主要考慮原煤、焦碳、原油、汽油、煤油、柴油、燃料油、液化石油氣、焦?fàn)t煤氣、熱力和電力等幾種能源,以世界上單位化石燃料生產(chǎn)性土地面積的平均發(fā)熱量為標(biāo)準(zhǔn),將貴陽市能源消費(fèi)所消耗的熱量折算成化石燃料型生產(chǎn)性土地面積。貿(mào)易調(diào)整部分,由于受資料的限制,只考慮了國際貿(mào)易部分,對于與國內(nèi)其他地區(qū)之間的貿(mào)易未作調(diào)整。生態(tài)足跡消費(fèi)計(jì)算所需數(shù)據(jù)主要來源于1997—2006年《貴陽市統(tǒng)計(jì)年鑒》,對年鑒中沒有的數(shù)據(jù)結(jié)合部門調(diào)查得出。2.2.2土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)各類生產(chǎn)性土地面積的數(shù)據(jù)來源于貴陽市國土資源局歷年土地利用現(xiàn)狀變更數(shù)據(jù),并按生態(tài)足跡理論中關(guān)于生物生產(chǎn)性土地的定義,對現(xiàn)狀數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。2.3表1表2根據(jù)生態(tài)足跡模型計(jì)算出貴陽市土地的生態(tài)足跡承載力(表1)。為了分析的方便,在人均生態(tài)足跡消費(fèi)中,分別列出含能源足跡消費(fèi)Ⅰ和不含能源足跡消費(fèi)Ⅱ兩種形式,相應(yīng)得到兩種形式的生態(tài)足跡人口承載力Ⅰ和人口承載力Ⅱ。3土地的人口承載潛力農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法由卡薩姆于1977提出,從1976年至1983年,該方法在非洲、西南亞、東南亞、南美洲、中美洲5大區(qū)117個發(fā)展中國家得到應(yīng)用和推廣,1989年開始的“中國土地的人口承載潛力”項(xiàng)目用的也是這一方法。其計(jì)算步驟為:①計(jì)算一定土地利用方式(如作物種類和種植制度、投入水平)下土地生產(chǎn)潛力,②確定人口營養(yǎng)條件,③計(jì)算不同營養(yǎng)條件下土地所能承載的人口。3.1計(jì)算耕地生產(chǎn)潛力3.1.1u3000來源Ⅰ:當(dāng)Ym≥20kg·hm-2時,YT=CL·CN·CH·N[F(0.8+0.01Ym)Y0+(1-F)·(0.5+0.025Ym)Y0]。Ⅱ:當(dāng)Ym≤20kg·hm-2時,YT=CL·CN·CH·N[F(0.5+0.025Ym)Y0+(1-F)·(0.05Ym)Y0]。F=(Rse-0.5Rs)/0.8Rse。式中:YT為光溫潛力/(kg·hm-2);CL為葉面積訂正系數(shù),一般令葉面指數(shù)(LAI)為5時,CL=1;CN為作物呼吸強(qiáng)度訂正系數(shù);CH為收獲系數(shù);N為生育期天數(shù);F為陰天訂正系數(shù);Rse為晴天最大有效短波輻射量/J;Rs為實(shí)際測得的短波輻射量/J;Y0為作物全陰天干物質(zhì)生產(chǎn)量/kg;Yc為作物全晴天干物質(zhì)生產(chǎn)量/kg;Ym為作物光合干物質(zhì)總產(chǎn)量/kg。3.1.2第1階段etmYW=YT·In。(n=1,2,…,m)。In=1-Kn(∑ETAn/∑ETMn)。ETM=KC·PET。式中:YW為氣候生產(chǎn)潛力/(kg·hm-2);In為第n生育階段水分減產(chǎn)率/%;m為生育階段數(shù);Kn為第n生育階段作物產(chǎn)量的水分反映系數(shù);ETA為實(shí)際蒸散量/mm;ETM為最大蒸散量/mm;KC為作物需水系數(shù);PET為最大可能蒸散量/mm。3.1.3土壤理化性質(zhì)利用貴陽市國土資源局在土地適宜性評價的基礎(chǔ)上分旱地和水田建立的土壤性狀因素與常年糧食單產(chǎn)多元回歸模型對土地氣候潛力進(jìn)行修正。水田:Y=44.4+1675.65X1+46.05X2+166.65X3+4858.35X4+3.45X5+10.95X6。其中:Y為土壤單產(chǎn)/(kg·hm-2);X1為水源保證等級;X2為耕層厚度/cm;X3為土壤有機(jī)質(zhì)含量/%;X4為土壤全磷含量/%;X5為土壤速效鉀含量/(mg·kg-1);X6為復(fù)種指數(shù)/%。旱地:Y=-1766.10+881.10X1+54.75X2+164.55X3+5377.20X4+82.20X5+316.95X6+7.05X7。其中:Y為土壤單產(chǎn)/(kg·hm-2);X1為土壤母質(zhì)等級;X2為耕層厚度/cm;X3為土壤有機(jī)質(zhì)含量/%;X4為土壤全磷含量/%;X5為土壤pH值;X6為土壤質(zhì)地等級;X7為復(fù)種指數(shù)/%。3.2主要作物的生產(chǎn)潛力根據(jù)貴陽市農(nóng)業(yè)氣象、土壤資料及作物的適宜性,運(yùn)用農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算出該市主要作物生產(chǎn)潛力(表2)。3.3海域生產(chǎn)潛力的確定貴陽市耕地總生產(chǎn)潛力根據(jù)作物單位面積土壤生產(chǎn)潛力與歷年播種面積相乘求出。園地、林地、牧草地生產(chǎn)潛力根據(jù)土地適宜性評價、投入水平及投入生產(chǎn)的土地面積得出。水域生產(chǎn)潛力根據(jù)養(yǎng)殖制度、養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)、投入水平及水域生產(chǎn)面積確定。土地生產(chǎn)潛力以總產(chǎn)量表示,畜產(chǎn)品中,豬肉、禽肉和禽蛋基本上由糧食飼料轉(zhuǎn)化而來,為避免重復(fù),不再單獨(dú)計(jì)算。貴陽市1996—2005年糧食及其它主要食物產(chǎn)品生產(chǎn)潛力見表3。3.4長沙生活消費(fèi)物質(zhì)成本根據(jù)中國營養(yǎng)學(xué)會2000年?duì)I養(yǎng)標(biāo)準(zhǔn):熱量10017kJ·人-1·日-1、蛋白質(zhì)70.6g·人-1·日-1、脂肪65.9g·人-1·日-1,利用貴陽市主要生活消費(fèi)物質(zhì)的生產(chǎn)潛力及其各物質(zhì)熱量、蛋白質(zhì)和脂肪折算標(biāo)準(zhǔn),計(jì)算出1996—2005年各年的土地?zé)崃砍休d力、蛋白質(zhì)承載力和脂肪承載力。計(jì)算結(jié)果見表4。4生態(tài)足跡與年際綜合資源量為便于比較,將表1和表4中的各種人口承載力及相應(yīng)年份貴陽市的實(shí)際人口繪制成圖1。對數(shù)據(jù)進(jìn)行對比后發(fā)現(xiàn),農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算的貴陽市土地人口承載力整體呈上升趨勢;生態(tài)足跡承載力則呈下降趨勢。熱量承載力從1996年的442.94萬人增加到2005年的540.68萬人,期間平均承載力為495.37萬人;蛋白質(zhì)承載力從1996年的280.55萬人上升到2005年的285.60萬人,期間平均承載力為284.90萬人;脂肪承載力從1996年的269.41萬人上升到2005年的345.98萬人,期間平均承載力為315.78萬人。生態(tài)足跡承載力Ⅰ從1996年的118.25萬人下降到2005年的94.60萬人,期間平均承載力為95.34萬人;生態(tài)足跡承載力Ⅱ從1996年的343.12萬人下降到2005年的291.98萬人,期間平均承載力為300.58萬人。以10年的平均值進(jìn)行對比,生態(tài)足跡承載力Ⅰ與熱量承載力、蛋白質(zhì)承載力及脂肪承載力之間相差非常懸殊,分別只有熱量承載力的19.25%、蛋白質(zhì)承載力的33.46%和脂肪承載力的30.18%;生態(tài)足跡承載力Ⅱ與其他承載力之間的差別相對較小,分別為熱量承載力的60.68%,蛋白質(zhì)承載力的105.50%和脂肪承載力的95.18%?；茉吹倪^度消費(fèi)是引起生態(tài)足跡承載力Ⅰ與生態(tài)足跡承載力Ⅱ巨大差異的根本原因,10年平均的能源足跡占到了總足跡的68.69%。與實(shí)際人口比較,熱量承載力均高于當(dāng)年實(shí)際人口;蛋白質(zhì)承載力、生態(tài)足跡承載力Ⅰ均低于當(dāng)年實(shí)際人口;除2000年外,脂肪承載力均低于當(dāng)年實(shí)際人口;生態(tài)足跡承載力Ⅱ在1999年以前高于當(dāng)年實(shí)際人口,在此之后則低于當(dāng)年實(shí)際人口。以10年的平均值進(jìn)行對比,熱量承載力是實(shí)際人口的1.49倍,處于臨界狀態(tài);蛋白質(zhì)承載力、脂肪承載力、生態(tài)足跡承載力Ⅰ、生態(tài)足跡承載力Ⅱ分別只有實(shí)際人口的85.84%、95.15%、28.73%、90.57%,土地處于超載狀態(tài)。圖1中數(shù)據(jù)還顯示,從2003年開始,貴陽市生態(tài)足跡承載力開始向良性方向發(fā)展,在生態(tài)足跡Ⅱ略有上升的情況下,總的生態(tài)足跡消費(fèi)開始下降。這說明貴陽市在平均生活水平提高的情況下,人均化石能源的消耗量開始降低,經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的質(zhì)量和環(huán)境質(zhì)量開始好轉(zhuǎn)。這是貴陽市發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的成果初現(xiàn)。2002年貴陽市率先在全國提出和著手實(shí)施以循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式構(gòu)建生態(tài)城市,是國家環(huán)保總局確定的全國循環(huán)經(jīng)濟(jì)生態(tài)城市首家試點(diǎn)單位,也是聯(lián)合國環(huán)境規(guī)劃署全球唯一的循環(huán)經(jīng)濟(jì)試點(diǎn)城市;為加強(qiáng)循環(huán)經(jīng)濟(jì)建設(shè)的制度保障,貴陽市還于2004年11月1日頒布實(shí)施了我國第一部循環(huán)經(jīng)濟(jì)方面的地方性法規(guī)——《貴陽市循環(huán)經(jīng)濟(jì)城市條例》。循環(huán)經(jīng)濟(jì)以“減量化、再循環(huán)、再利用”為原則和宗旨,提高了資源的利用效率,減少了廢棄物的排放,減輕了生態(tài)系統(tǒng)的壓力。貴陽市的例子說明提高土地承載力,發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)是必由之路。5生態(tài)足跡法與土地承載力區(qū)域土地人口承載力是進(jìn)行區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展和土地利用戰(zhàn)略決策的重要依據(jù),從運(yùn)用生態(tài)足跡法和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算的貴陽市土地人口承載力結(jié)果來看,二者的差異較大,因此,選擇不同的土地承載力計(jì)算方法,對戰(zhàn)略決策的制定和實(shí)施都將產(chǎn)生重大影響。農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法,從能量轉(zhuǎn)化角度來考察土地人口承載力,能量轉(zhuǎn)化的效率、轉(zhuǎn)化的途徑以及理論應(yīng)用中的假設(shè)條件發(fā)生變化時都會影響計(jì)算結(jié)果。根據(jù)以往一些土地承載力研究,預(yù)期某一時期的土地生產(chǎn)潛力,到期后并沒有實(shí)現(xiàn);相反,我們看到的事實(shí)卻是大量土地的生產(chǎn)能力在下降;土地生產(chǎn)潛力往往要大于實(shí)際生產(chǎn)力很多,由此計(jì)算的土地人口承載力趨于樂觀。生態(tài)足跡方法以實(shí)際消費(fèi)可再生資源所需要的生產(chǎn)這些資源的土地面積來計(jì)算土地人口承載力,其可靠性依賴于世界生物生產(chǎn)性土地面積及生產(chǎn)能力數(shù)據(jù)的真實(shí)性和實(shí)際消費(fèi)統(tǒng)計(jì)的完備性及真實(shí)性,文章中生態(tài)足跡的計(jì)算還沒有將可降解廢棄物及水資源消費(fèi)納入其模型,計(jì)算出的生態(tài)足跡消費(fèi)往往要比實(shí)際值小,使得土地生態(tài)足跡承載力偏大。即便如此,生態(tài)承載力也要比農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算的承載力小得多,這將警示我們對土地的人口承載力不能過于樂觀。農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法計(jì)算的是區(qū)域封閉土地生態(tài)系統(tǒng)的承載力,沒有考慮貿(mào)易對區(qū)域土地承載力的影響。生態(tài)足跡考慮了資源的流動性,生態(tài)足跡可以超越地域界線,最終用于計(jì)算土地人口承載力的是區(qū)域人口消費(fèi)的凈生態(tài)足跡。生態(tài)足跡法將環(huán)境及生物多樣性因素對土地承載力的影響納入其模型,化石燃料足跡和維持生物多樣性土地面積的扣除體現(xiàn)了人類對土地生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)懷,掠奪式的利用資源將最終影響土地承載力;而這些思想在農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法中未能體現(xiàn)。