土地人口承载力分析

1、第六章 土地人口承载力分析6.1 概述土地人口承载潜力：在一定生产条件下，土地资源的生产力承载一定生活水平下的人口限度。 即 在一定的区域范围内，根据其土地资源的自然生产潜力，用不同的投入（物质的、技术的）水平所能生产的食物总量，可以供养一定生活水平的人口数量。单位面积土地人口承载潜力： 一定条件下，单位面积土地的生产潜力与一定生活水平下的人均消费标准之比。1 、土地承载力的四个要素：生产条件 土地生产力 被承载人口的生活水平 土地承载人口的限度 因此：影响土地人口承载潜力（ PSCL ）的因素为单位面积的生产潜力、土地面积和平均人口的基本粮食需求。PSCL=P（e）×A/N P（e

2、）单位面积的生产潜力；A土地面积；N平均人口的基本粮食需求。2、土地承载力的研究的必要前提：土地能够而且也只有土地才能够生产出人类赖以生存的食物；土地具有生物生产力，并且不同类型的土地其生产力不同，相同类型的土地生产不同生物产品的能力也不同；在一定生产条件下，土地生产力是有限的；不同社会文化背景的人口，其食物结构及生活方式不同，对土地的需求利用不同，但对最低热量和蛋白质的生理需求是一致的，并且是可比的。 3、土地资源人口承载力研究的目的和意义查明不同的投入水平下土地的潜在人口承载能力；确定和预测区域性粮食安全；为合理的农业政策和人口政策，指导农业生产和经济建设，编制国民经济发展规划，加强土地管

3、理，合理利用土地，保证土地资源的可持续利用提供科学依据。4、土地资源人口承载力研究研究概况（1）国外土地承载力研究可以简单地划分为两个阶段A)前期（1970年以前）的土地承载力研究:大多是生态学上承载力定义的直接延伸,较有影响的研究当推威廉·福格特的生存之路和威廉·阿伦的计算方法。 威廉·福格特的生存之路于1948年出版后，曾一版再版。用作者的话说，他之所以撰著此书，是因为世界人口激增造成了人口过剩，全球及各国人口的数量已超越其土地负载能力。CB:E式中:C代表土地负载能力(土地能够供养的人口数量);B代表土地可以提供的食物产量；E代表环境阻力(环境对土地生产能力

4、所加的限制)。福格特断言:地球上土地的负载能力已达极限，耕地太少，已容纳不了现存的世界人口数量。英国的威廉·阿伦的土地资源人口承载力研究在1965年提出了以粮食为标志的土地资源人口承载力计算公式。其目的是计算出某个地区传统的农业生产所提供的粮食能够养活多少人口，或者说给出承载人口的上限。主要考虑总土地面积、耕地面积和耕作要素等，它不考虑人口对农业生产的反馈作用, 因此只能作粗略估计。B）后期（1970年以来）的土地资源人口承载力研究： 20世纪60年代以来，较具影响的研究有3个澳大利亚的土地承载力研究：澳大利亚1973年采用多目标决策分析法，从各种资源对人口的限制角度出发，讨论了土地

5、承载力，提出了可以养活2亿人；若让每个人都生活在高于当时中等以上水平，能养活的人口将不超过1200万人。 发展中国家土地的潜在人口承载能力 研 究联合国粮农组织（FAO）与教科文组织（UNESCO）在19711981年间，合作完成并出版了全套世界土壤图（1978年）。同时，粮农组织还制定了土地评价纲要，提出土地评价原则。在此基础上粮农组织尝试把评价原则应用于世界土壤图，以估算发展中国家适合于生产各种特定作物的土地资源数量，这就可以评估作物产量和投入水平。这是一种综合探讨农业规划和人口发展的方法，它将气候生产潜力和土壤生产潜力相结合，来反映土地用于农业生产的实际潜力，并考虑了对土地的投人水平和社

6、会经济条件，对人口、资源和发展之间的关系进行了定量评价。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载量。资源承载力研究的ECCO模型提高承载力的策略模型Enhancement of Carrying Capacity Options20世纪80年代初，在联合国教科文组织的资助下，ECCO模型开始设计，并在非洲试运行。它是由英国科学家斯莱瑟教授提出的一种承载力估算的综合资源计量技术，它采用系统动力学方法，综合考虑人口、资源、环境与发展之间的关系，可以模拟不同发展策略下，人口变化与承载力之间的动态变化。（2） 国内土地资源承载力的研究土地资源的人口承载能力问题在我国也受到广泛的关注。

7、全国农业区划委员会于1986年9月委托中国科学院自然资源综合考察委员会主持“中国土地资源生产能力及人口承载量研究”项目，在此项目的带动下，国内众多学者纷纷开展不同区域不同层次的土地资源人口承载力研究，最有影响的当推中国土地资源生产能力及人口承载量研究6.2 土地资源人口承载力的研究方法第一步是根据“一定的生产条件”计算出土地生产力；第二步根据“一定的生活水平”计算出土地资源人口承载数量，即土地资源承载力。因此：从土地资源承载力与土地生产力的关系出发，可以认为土地资源承载力的核心就是土地生产力。公认方法联合国粮农组织（FAO）所执行的农业生态区法（Agricultural Ecology Zon

8、e，简称 AEZ）1、农业生态区法的内涵(AEZ法)按比例尺，通过气候图、土壤图、地形图、水文图和土地利用现状图件的叠加或借助于地理信息系统软件完成。 土地划分为农业生态区（单元） 土地评价单元和制图单元特征 ：生产条件、气候、土壤、地形、水文等相对一致，作物种类与种植制度相似,自然生产潜力相似。人口承载力取决于农业生态区内，自然生产潜力、灌溉条件、投入水平和人均粮食消耗。2、农业生态区法的步骤(AEZ法)（1）土地资源调查包括气候资源、土壤资源、土地数量、作物种植制度、土地利用现状等。（2）划分农业生态区包括光温土生态区图和光温水土生态区图 由气候图、土壤图、地貌图和行政界线图手工或计算机软

9、件叠加，或用地理信息系统软件在计算机上生成。（3）计算生态区的生产力在农业生态区图的基础上，叠加作物种类与种植制度分区图，以便匹配、修正与计算出两个生态区图的某个生态单元的作物产量，即光温生产力（灌溉农业生产力）与光温水生产力（旱作农业生产力）。（4）统计出每个行政区内的土地生产力在光温土生态区图与光温水土生态区图及其生产力计算的基础上，分别叠加耕地资源调查图，一方面是在生态区图中输入了行政区的内容，另一方面是在每个基础行政区内，根据其灌溉地（水浇地、水田）、非灌溉地（旱地）、草地、水域等的面积统计，以及相应生态单元的匹配而计算出耕地、草地、水域等的土地生产力，最后可以统计出每一个行政区的土地

10、生产力。（5）确定投入水平进一步考虑经济投人的水平，使土地生产潜力的计算与一定的社会经济条件紧密联系。 （6）计算一定行政区内的土地人口 承 载 力按人均（含不同年龄、性别、不同工种）统计每人每年所需热量、蛋白质折合为平均粮食量，并按一定行政区内的土地生产潜力，并通过投入水平系数修正来计算所能承载的人口数量。 3、农业生态区法的特点及应用中需注意的问题(AEZ法) （1）农业生态区法的特点农业生态区法方法先进，结果比较准确 ； 农业生态区法机制合理、思路严谨； 农业生态区法简便易行，可操作性强 。（2）农业生态区法在应用中需注意的问题 农业生态区法所需的有关参数要根据实际情况修订； 我国目前的

11、土地资源评价结果不能满足土地资源 承载力研究的要求； 投入水平只是生产条件的标志，而不同于一般意义上试验田式的投人产出。6.3、土地生产潜力的测算 1、土地资源生产潜力的层次光合生产潜力：作物的光合潜力是在假设各种环境因素均处于最适宜条件下高光合效能作用组成的群体所能产生的生物量（干物质），即仅把光照作为惟一的考察因素，而假设其他因素都不起任何限制作用。（1）光温生产潜力 是土地生产潜力的上限，需要在光合生产能力的基础上进行温度衰减，即乘以温度订正系数，得到光温生产潜力。（2）光温水生产潜力（气候生产潜力） 光温生产潜力进行水分衰减，乘以水分订正系数，得到光温水生产潜力 （3）光温水土生产潜力

12、 农业生产潜力 气候土壤生 产 潜 力 光温水生产潜力进行土壤衰减，即乘以土壤订正系数，得到光温水土生产潜力。 是土地自然生产力，即现实条件下人类对土地植物生长无负作用，亦无正作用条件下的土地生产力，它是现实条件下可达到的最低生产力，是土地生产潜力的下限。2、土地资源生产潜力的测算方法（1）实 验 法根据某一作物生长发育的生理需求，人为地创造作物生长的最佳环境，通过田间实际栽培，来取得作物最高产量；再通过对该地区土地生态条件（包括辐射平衡、热量平衡、水分平衡、养分平衡等）的定位观测，研究各种因素对作物产量的影响，推算出一定地区土地的生产潜力。 （2）典型调查分析是通过广泛的社会经济调查和自然综

13、合考察，发现土地高产稳产典型，以此作为参照系，来计算作物的生产潜力。（3）机制法即根据作物生产力形成的机理，考虑光、温、水、土等生态因子及作物截光持征和光合途径的综合作用来估算作物生产潜力。它一般根据作物将自然界和人工投入的能源转化为化学潜能的层次，进行逐步“衰减”计算PaPf·T·W·S= PT·W·S = PW·S式中：Pa为土地生产潜力；T，W，S分别为温度、水分与土壤有效系数；Pf是光合潜力；PT是光温潜力；PW为光温水生产潜力或称气候生产潜力。3、 土地生产潜力的计算（1）光温潜力(PT Y或P)的计算 A)统计型模型：适用

14、于全球范围估算综合的生物生产量的数学模型 用降水量和平均温度估算生物产量的迈阿密模型（miamimodel）：或 式中：y生物生产量（gm2·y） t年平均温度（） p年降水量(mm)。 计算同一地点的资料，会出现不同的数值。根据Liebig 定律，最小量因子制约生产水平，因此要选用生产力数值中最低的值。 用实际蒸散量估算生物生产力的桑斯韦特纪念模型（蒙特利尔模型）式中：P生物生产量（gm2·y）E年实际蒸散量（mm）e自然对数的底。 B)机理型模型：适用于小范围的估算某些或某种作物产量的数学模型 瓦赫宁根（Wageningen）方法：其中： 主要适用于估算小麦、玉米、高粱

15、、苜蓿等作物的产量式中：yo标准作物干物质产量毛重（Kghm2·d）；F白日的阴天部分（小数）；yc给定地区的全天阴天时的标准作物下物质产量毛重（ Kghm2·d ），ye给定地区的全晴天时的标准作物干物质的毛重；Rse植彼地面在晴天里吸收的短波幅射最大值（卡/cm2·d）；Rs植被地面实际吸收的短波幅射值（卡cm2·d）；ETM生育期内日平均最大蒸散量（mm/d）CT温度订正系数；CH经济系数;G为生长期（天）；Y为光温生产潜力。 农业生态区域法其基本思路与瓦赫宁恨法相同，但比其适用的作物面广，是求算生产潜力应用最广泛的方法 当ym20时 当ym20时

16、 式中：Y为光温潜力（千克公顷）； ym为一定温度下的干物质生产率（千克公顷.小时）； CL为叶面积订正系数； CN为干物质产量订正系数； 其他符号表征意义与赫宁根法公式相同。 C)混合模型：综合生物生产光温潜力计算的公式（国内学者提出）： 式中：Y为光温生产潜力(0.5千克亩)；n为无霜期(天)；Q为太阳总辐射(4.18焦耳厘米2)。 或式中： Y为光温生产潜力(05千克亩)； q为呼吸作用率(温度t时呼吸损失光合产物的百分数)；Pt为相对光合速率(Pt0.492t-6.6×10-4t2， t为气温()； Q为太阳总辐射。 光合生产潜力加温度订正法光合生产潜力NPP=0.29exp

17、（-0.216 RDI2）Rn 日本的筑后模型：式中：NPP为植物气候生产力t（hm2·a）；RDI为辐射干燥度；Rn为净辐射量。NPP是在植物群体自身、土壤、气候环境等均处在最佳情况下的最大产量，实际上相当于光合生产潜力。温度订正系数f（t）= Pt = 4.03l×102t5.771×104t2 日本长谷川史郎等式中：t为作物生育期的平均温度（）； Pt为相对光合速率； t为温度。PT= NPP × Pt（2）气候生产潜力(Pw）的计算是光温生产潜力受水分条件限制而出现衰减的结果。作物生产与水分的关系是确定气候生产潜力的关键。 根据降水量（R ）、蒸

18、发力（E）和 径流量（F）确定 。R/E 当ER时1 当ER，FR-E时W= 当ER，FR-E时计算时段内作物耗水量与需水量的比率或其因数来确定。W= 1 当Cg. RE时 当OCg RE时 式中：R为作物全育期内的降水量；E为作物需水量；Cg为降水截流系数； 为局地坡度对截流系数订正项；为局地植被对截流系数的订正项；a为全地域植被的平均截流系数；为某一植被类型的截流系数；b为降水强度订正系数；c为某地的年平均径流系数。 作物实际耗水量和农田可能蒸散量确定W= 1 当 RET时 当RET时式中： ES为作物实际耗水量； ET为农田可能蒸散量。 联合国粮农组织提出的计算方法（常用）：f（w）W1

19、Ky（1ETaETm）式中：Ky为产量反应系数，ETm为最大蒸散量，即供水充足条件下作物的最大蒸散量，ETa为实际蒸散量(需要在既无径流又无地下渗漏的情况下才能实现)。气候生产潜力PwPT·W(3)土地生产潜力(气候土壤生产潜力)的计算 是指理想土壤和社会技术经济条件下取得的土地生产潜力。主要是在气候生产潜力的基础上再分层衰减确定的。土壤有效系数的确定成为土地生产潜力计算的关键。 土壤有效系数的确定 是以土壤或土地质量评价为基础，土地(或土壤)的质量等级越高，则其限制性越小，土地有效系数也就越大。反之则土壤有效系数越小。 土壤有效系数的计算： 气候土壤生产潜力法（加拿大圭尔夫大学莫斯

20、教授）以生态土地分类单位生态区作为土地评价单元，计算生态区的平均潜在净第一性生产力（ANNP）是每种土壤类型占生态区的总面积的百分比；是每一等级 NNP值的中数；分析有机质腐烂和分解率 Y=1.127+0.0018X确定各类土壤的等级值(Vi)Y为每年枯枝落叶分解的百分率，X为年实际蒸散量(毫米)，求土壤特性指数（PI） n为土壤类型； 是i类土壤所占面积的百分比。土地生产潜力(ANNP*)为: ANNP* ANPP*PI 我国学者对土壤有效系数的确定，多是设理想土壤状态，其土壤有效系数为1，然后根据土壤的实际情况与理想土壤的差距，具体赋值，用数学公式表示为： S= 1 当TrTL时 当TrT

21、L时0 当Tr=0时式中： TL为理想土壤状态肥力特征值； Tr为土壤实际情况特征值。 例如，中国科学院地理所孙惠南在计算我国土地生产潜力时，便是首先设想一般土壤比理想至少要减少10，即将土壤有效系数确定为0.9；其次考虑到南方丘陵山地，大小兴安岭，黄土高原，均有较大的起伏，保水保肥条件较差，有的pH值偏小、偏大，又要衰减15，取值0.85；青藏高原海拔高度太大，成土条件差，取值0.7；横断山脉南端的云贵高原则取0.8，这样以上地区土壤的有效系数就可能分别为0.77，O.63和0.72。 土壤有效系数也可按照土壤或土地评价等级而分要素或综合赋值计算确定。 S(F1a1十 F2a2十 F3a3)

22、(Fia1)式中： F1一等地面积；F2二等地面积；F3三等地面积； Fi耕地总面积，a1，a2，a3分别为一、二、三等在一定条件下的产量；i为耕地评价的等级。 土地生产潜力的计算主要受制于气候、土壤和土地质量，但自然灾害的突发性危害、栽培技术、农田管理措施、耕作制度等对其也有所影响，这也是土地生产潜力中应予重视的因素。 （4）投入水平订正系数 投入水平订正系数尚未见特定的计算公式。一般考虑一些主要的投入因素（如化肥投入量）由于不能满足作物生长要求而造成减产的程度，主要依靠投入因素与产量的相关分析，生产经验或专家打分等方式确定订正系数。 4、土地利用结构与土地资源生产潜力 土地利用结构 密切相

23、关 土地资源承载力 5、土地投入水平与土地资源生产潜力劳动、技术 投 入 土地储存 提高 土地资源承载力质量和生产能力提高6.4 土地资源人口承载力的测算1、测算方式(1)按粮食生产总量与每年人均消费粮食的数量来计算不考虑年龄、性别、职业和粮食品种，是一种概算(2)按每人每天需要多少焦耳的热量和多少克蛋白质计算 将按不同的年龄、劳动强度和性别的人折合为一个“平均人”，并将不同粮食品种的产品分别折合成热量与蛋白量并计算为相应的农业生态区的单位面积的生产量，两者相除即得到单位面积土地所承载的人口数量上限。2、计算标准依据：一般粮食的热量转换系数与蛋白质含量和人均需要 根据我国的实际情况，可以将人均消耗水平标准分为温饱型、营养型、能量型三类3、土地资源人口承载力计算（1）计算粮食生产总量 YP·A·R式中：Y是粮食