基于GIS的济南市土地生产潜力和人口承载力分析

基于GIS的济南市土地生产潜力和人口承载力分析 发布时间：2009-03-05 浏览次数： 【字体调整：大 中 小】来源：国土资源情报 作者：贾伟洁 张继贤 许瑞波 肖兴媛 摘要：土地生产潜力和人口承载力的计算是对土地资源质量的评价，是寻求解决人地矛盾途径的前提和基础。本文选择生产潜力评价模型，运用地理信息系统软件构建模型，对济南市的土地生产潜力进行了计算和评价。以GIS为平台建立了土地生产潜力评价模型。利用迈阿密模型，以济南市的土地生产潜力为背景，以所得出的济南市社会经济发展水平为基础，衡量指标采用中国人均热量消费不同生活水平下的耗值，计算济南市目前生活水平下的土地人口承载力。最后提出了济南市今后在土地利用和缓解人地矛盾方面的对策和应采用的措施。 关键词：济南市 土地生产潜力 土地人口承载力 迈阿密模型 GIS 一、引言 本文研究了济南市的土地生产潜力及人口承载力。人口资源环境和发展是当今世界面临的最重大的全球问题。人口的骤增引发的资源短缺、环境恶化等问题日趋严重。其中土地资源的短缺已成为许多国家尤其是广大发展中国家的严重问题，因为土地是人口承载的基础，无论是从事何种生产的人口，总要靠土地生产的粮食养活。对于我国来说，土地、粮食、人口长期以来处于紧张状态，近几年居高不下的人口基数使得人口态势更为严峻。山东省是中国的粮食生产大省，物产丰富。但近年来，由于人口激增、城市扩展，山东省的土地资源和生态环境面临严重压力。作为省会的济南市，土地资源同样面临一要吃饭、二要发展的双重需求压力，土地资源不足将是济南市长期无法回避的重要矛盾。 济南市南靠泰山余脉、北靠黄河，地域发展空间受到限制。特别是最近20年间，济南市耕地资源总量持续下降，相反的是，人口却处于持续增长态势，两者的逆向发展造成了人均耕地面积急剧减少。1995-2005年间，人均耕地面积递减速率为1.57%，人均耕地面积减少0.027公顷。济南市的粮食自给率呈不断下降的趋势，这在一定程度上阻碍了济南市的经济发展和人民生活水平的提高。因此，进行济南市土地生产潜力和土地承载力的研究，可以使决策者了解土地生产潜力及人口承载力现状，为提高现有土地的生产力水平，制定土地利用政策以及保护耕地提供参考和依据。 二、济南市土地生产潜力模型的选择及计算 （一）土地生产潜力评价模型 在土地生产潜力评价中，反映气候要素的主要是水热条件。水热条件是自然地理环境中最活跃的因素，是系统能量的源泉，决定着自然地理环境要素的复合、顶级群落的形成。农业生产的潜在水平和实际水平，在某种程度上，都与土壤的分布及其自然肥力和水热条件有关。因此，以气候要素为主的潜力评价都是从温度、降水、蒸发等水热条件出发，揭示土地的生产潜力1。主要模型有迈阿密模型主要模型有迈阿密模型（Miami Maul）2，桑斯维特纪念模型（Thorn Thwarted Model）3，瓦格宁根（Wakening）模型。 1迈阿密模型（Miami Maul) 根据年平均温度和降水量来估算生物生产量，其公式是： Y=3000（1+e1.315-0.119t） Y=3000*（1-e-0.000664p） Y：生物生产量克/（平方米年）;t：年平均气温（）;p是降水量。 使用上述公式时，计算一个地点的资料会出现不同的数值。根据Liebig定律，最小因子制约生产力水平，因此，选用两个生产数值中的最低值作为生物生产量。 2桑斯维特纪念模型（Thorn Thwarted Ammonal) 这个模型1972年在加拿大蒙特尔举行的第22届闰际地理学大会为纪念C.W桑斯维特（Torah waive）的讨论会上，由H莱斯和E，博克斯提出。模型通过蒸散量模拟陆地生物生产量，公式： P=30001-e0.00969(E-20) P：生物生长量克/（平方米年）;E：年平均蒸散量（毫米）;e：自然对数底。 3瓦格宁根模型 适用于进行模型作物或某一种作物生产力估算，由莱斯波斯（slabbers）提出，适用于计算小麦、玉米、高粱、苜蓿产量的模型，公式为： Ym=Pm*K*CT*CH*N*ETM/(ea-eb) Ym：作物的光温生产力（千克/公顷）;ETM：生育期间日平均潜在蒸散；ea:生育期内平均饱和水汽压；eb：实际水汽压；K：作物种类订正系数；CT：温度订正系数；CH：收获指数；N：生育期天数；Pm：标准作物的总干物质生长率千克/（公顷天）。 该方法虽然机理性比较强，但对作物生长与环境的关系定量化不够，主要表现在没有真实地反映出温度条件对作物干物质生长率的影响，只是使用作物种类校正系数来确定标准作物的干物质总产量和作物干物质总产量之间的关系。而且，该模式所适用的作物比较少，不利于推广。 4.FAO模型4 类似瓦格宁根法，但适用范围更广 计算标准作物干物质产量（Y0) Y0=F*y0+(1-F)YC F=(Re-0.5R)/0.8Re Y0：标准物质的干物质产量；F：白天?y0：生育期间完全阴天时间标准作物干物质产量（公斤/（公顷日）;Yc:生育期间完全晴天时的标准干物质产量（公斤/（公顷日）); R:：晴天最大的短波辐射。 作物种类与生育期间的温度订正（CT) 作物的干物质生产率（Ym）取决于作物种类与温度。YM可能大于或小于标准作物假定的20千克/（公顷时）。 当YM20时： Y0F(0 .8+O.01YM)Y0(l一F)(0.5+O.O25YM)Yc 当YM20时： Y0F（0.5+0.25YM)Y0(l一F)(0.05一YM)( Yc) 叶面积订正（CL) 上面计算的Y0为叶面积指数LAI=5时的最大干物质产量。在LAI5时，对Y0的影响不大。 FAO模型虽较瓦格宁根方法更先进一步5,但是在计算标准作物产量时，需要有大量实地实测数据，尤其是作物生育期阴天、晴天标准干物质产量数据的获得。非农林科研工作者是不易获得这些数据的，本文限于物力与人力，无法取得如此详细的专业资料。因此从资料获取的难易度上考虑，排除了FAO方法。 （二）模型选 济南地处中纬度地带的山东内陆，其气候特点属温带大陆季风气候区。位于黄河中下游，黄河从境内穿过，地势平坦，土壤肥沃。但是人口密度较大，自然增长率高，人口、土地、粮食长期以来处于紧张状态。济南现有耕地623600公顷，仅占国土面积的6%，其中高产、稳产田比例大约1/2。脆弱的生态环境是农业发展的不利因素，土地退化现象特别严重。在进人20世纪80年代以后，在工业化、城市化的进程中，人口激增，而耕地面积不断地减少，近10年来，每年耕地面积都在减少。所以进行土地生产潜力方面的研究很有必要。 土地生产潜力是指在某种土地利用状况下和自然、地理、气候条件下，土地所具有的潜在生产能力，它是土地资源最重要、最本质的属性，是衡量土地资源的最主要指标。根据济南市的基本概况以及资料搜集结果，在本研究中采用迈阿密模型进行土地生产潜力的估算。 （三）土地生产潜力计算 1计算流程设计 在本文作图像处理时，根据软件的特点，我们应用MAPINFO软件主要做上壤图的数字化和土壤类型、面积等属性数据的获取上而用ARCVIEW做气温图和降水量图的内差，以及图形之间的叠加运算。 应用CIS软件进行计算的过程设计如图1所示。 2济南市土地生产潜力计算 根据党安荣等的土壤性状分级评分体系 6，对济南市各土壤赋予权重如表1所示。 运用公式： Km：m类土壤的平均初级生产力；K：土壤斑块i的土地生产潜力；tm：m类土壤的权重；A：土壤斑块i的面积比重。 经计算可得每种土壤类型的平均生产潜力如表2所示。 把计算结果制成济南地区土地生产潜力的专题图，如图2。 三、济南市土地人口承载力研究 1济南市土地人口承载力概况 济南市由于自然条件的约束，土地的扩展空间有限，而人口激增，使粮食问题成为影响区域发展的一个重要问题，如果粮食无法自给，大量外调粮食将对济南市财政形成巨大的压力，影响济南市的经济和社会发展。1995-2005年，虽然粮食总产量变化不是很大（图3)，从1995年的252.49吨到2005年的259.27吨，略有增加，但总体趋势递减。但这10年间济南市的人口数量却有极大增加，如图4所示，几乎呈直线递增。粮食增长速度始终无法赶上人日增长速度。人口、土地问题，在济南市显得十分突出，所以研究济南市土地人口承载力是很有必要的，这可为其土地开发利用、结构调整、制定人口政策等长远规划提供科学的依据。 2土地人口承载力研究方法 总体来说，对于人口承载力的研究主要从3个方面人手。 （1）资源途径：通过某种资源的总量、人均占有需求量关系，来计算某地区某项资源的人日承载力。如：邹超亚对贵州的粮食资源作了人口承载力计算7，徐强以矿区人日承载力为衡量该地区人口承载力的标准8。 （2）环境途径：通过环境污染量，环境的自净能力，人类排污、制污力的平衡来计算区域对人口的承受能力。典型的有高志强等通过量化分析手段，分析社会发展与环境限制的关系，研究区域环境承载力，进而为区域卜业布局提供依据9 。 （3）潜力途径：这是目前全国评价区域人日承载力常用的方法。如石玉林、李建牢等通过土地生产潜力以及土地生产力现状，计算区域粮食人口承载指数、系统资源平衡系数，以此来计算黄河流域内环境容量指数。 在本文研究中，我们采用了途径（l）与途径（3）相?展，虽然济南市的其他工业建设已经达到了相当的水平，但人日增长和城市化水平的增加对济南市的粮食生产和供给以及生态环境带来相当大的压力，如果不能合理解决的话势必影响济南社会经济发展的进程结合当地土地生产潜力与社会生产水平，研究当地土地人口承载力，是研究济南地区社会可持续发展所面临诸问题的关键。 3计算流程 根据济南市社会发展状况评价结果，济南市的社会发展水平在全国处于中等偏上水平，截至2005年，居民的生活水平已经达到了中等发达水平。根据社会 发展水平，居民生活消费采用中等发达型热量消费标准，见图5。 4济南市土地人口承载力现状评价 1995-2005年期问，济南市耕地变化情况为：从1995年的374270.20公顷减少到2005年的372753.68公顷，人口却由5421248人增加到5974363人。由上面步骤可以求出济南市在现有经济自然条件下可承载的人口只687976人，所以济南市的土地承载力现状已经大大超过了能承受的限度，并且已经产生了严重的后果：在生态上，济南市的人口过度增长给生态环境造成了极大的压力，水土流失和生态环境破坏严重，造成了严重的环境污染；在社会发展上，济南市的粮食自给率呈逐年递减趋势，在一定程度上阻碍了济南市社会经济的和谐发展和人民生活水平的提高。总之，济南市人口、土地和社会发展之间的矛盾日益突出，采取必要的措施进行土地利用结构调整、制定有效的人口政策势在必行。 四、对策与措施 通过以上讨论，针对日渐尖锐的济南市人口、土地和社会发展之间的矛盾，本文提出了几点缓和矛盾、保护耕地、控制人口增长、提高粮食生产的措施。 1控制人口增长，缓解人地矛盾，保护生态平衡 济南市的人口密度大，为726.19人/平方公里，土地承载量高。由于人口过快增长，造成了耕地、粮食、能源、交通、文教卫生等各方面的压力，导致生态失衡、环境污染、资源短缺等一系列问题。因此，必须清醒地认识到人口、耕地、粮食问题的严重性，采取坚决措施，走可持续发展的道路，严格控制人口增长，以缓解日趋紧张的人地关系。为此要切实可行地做好计划生育工作，将人口自然增长率控制在10以内，并建立流动人口管理的法律法规，控制人口的过度增长。同时要加快发展文化教育事业，尽快提高劳动者的素质。 2切实保护耕地，确保耕地总量动态平衡 在市场经济的条件下，各级政府更应加强对土地的管理，认真贯彻执行“十分珍惜和合理利用每一寸土地，切实保护耕地”的基本国策，必须采取世界上最严格的措施管理土地和保护耕地，以扭转人口大量增加、耕地大量减少的失衡趋势，为此要做好以下几点：重视土地利用总体规划的编制和实施；加强土地管理，建立基本农田保护区；严格控制非农建设占用耕地；实行农业保护政策，强化农户对耕地的保护意识；加强法制建设及动态监测，改革土地使用制度，强化土地保护中的政府行为。 3改善农业生产条件，提高集约水平 转变农业生产经营方式，提高集约水平。建立完善农业机械化服务体系，在耕、种、收等主要生产环节逐步实现机械化；加快农业技术进步，稳定和健全农业科技队伍，增加农业科技投人，积极研究与推广应用优良品种以及立体种植、节水灌溉等技术，提高农业的科技含量，从而提高农业的粮食产量。 参考文献 1郭建平，高素华，刘玲.中国北方地区牧草气候生产潜力及限制因子中国农业生态学报，2002,10(3),44-46 2陈国南用迈阿密模型测算我国生产量的初步尝试自然资源学报，1987,2(3):27-25 3吴志杰基于GIS的漳州市土地气候生产潜力分析龙岩学院学报，2006,27(3):72-77 4FAO.Report on the Agro-Ecological Zones Project.World Soil Resources Raports,1982