河南省沿黃區(qū)域生態(tài)承載力分析

胡嬋娟， 郭 雷， 杜 軍

（河南省科學(xué)院地理研究所，鄭州 450052）

習(xí)近平總書(shū)記在黃河流域生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展座談會(huì)的講話(huà)［1］中指出，黃河流域是我國(guó)重要的生態(tài)屏障和重要的經(jīng)濟(jì)地帶，是打贏脫貧攻堅(jiān)戰(zhàn)的重要區(qū)域，在我國(guó)經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展和生態(tài)安全方面具有十分重要的地位，保護(hù)黃河是事關(guān)中華民族偉大復(fù)興的千秋大計(jì). 河南省位于黃河中下游的交界區(qū)域，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)地理的中心，處于絲綢之路經(jīng)濟(jì)帶西向、南向和連接海上絲綢之路的交匯點(diǎn)，也是我國(guó)東部產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移、西部資源輸出、南北經(jīng)貿(mào)交流的橋梁和紐帶. 河南省沿黃區(qū)域主要是指黃河干流流經(jīng)的所有省轄市縣，占全省總面積的35.5%，包括三門(mén)峽市、洛陽(yáng)市、濟(jì)源市、焦作市、鄭州市、新鄉(xiāng)市、開(kāi)封市、濮陽(yáng)市這8個(gè)省轄（管）市的所有縣市區(qū)和滑縣，共72個(gè)縣（市、區(qū)）. 根據(jù)2020年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，河南省沿黃區(qū)域8市1縣的常住人口占河南省常住人口的40.4%，地區(qū)生產(chǎn)總值占河南省GDP的53.0%. 因此，河南省沿黃區(qū)域的發(fā)展在黃河生態(tài)保護(hù)和高質(zhì)量發(fā)展中起著重要的作用.

生態(tài)承載力被廣泛認(rèn)為是在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能不受破壞的前提下，生態(tài)系統(tǒng)對(duì)外界干擾特別是人類(lèi)活動(dòng)的承受能力［2-3］. 生態(tài)承載力在某種程度上也是表征一個(gè)區(qū)域生態(tài)現(xiàn)狀與人類(lèi)社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)和諧程度的重要指標(biāo)［4-5］. 提高區(qū)域生態(tài)承載力已成為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的重要任務(wù). 已有較多學(xué)者分別采用經(jīng)典統(tǒng)計(jì)模型、過(guò)程模型、時(shí)空一體化模型等方法對(duì)生態(tài)承載力進(jìn)行了研究［6］. 近年來(lái)，隨著遙感（RS）技術(shù)、地理信息技術(shù)（GIS）和全球定位技術(shù)（GPS）的快速發(fā)展，高光譜和多時(shí)相遙感影像數(shù)據(jù)為生態(tài)承載力監(jiān)測(cè)提供了更加豐富、多元化的信息，且不間斷地常態(tài)化監(jiān)測(cè)有助于及時(shí)掌握生態(tài)承載力的發(fā)展變化，因此越來(lái)越多的學(xué)者采用RS技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS技術(shù)對(duì)區(qū)域生態(tài)承載力進(jìn)行研究［7-9］.

地理國(guó)情普查和監(jiān)測(cè)是基于3S技術(shù)（RS技術(shù)、GIS技術(shù)、GPS技術(shù)）對(duì)我國(guó)陸地國(guó)土范圍內(nèi)的地表自然和人文地理國(guó)情信息進(jìn)行的空間化、定量化普查. 目前，關(guān)于地理國(guó)情綜合統(tǒng)計(jì)分析的指標(biāo)設(shè)定、分析方法、評(píng)價(jià)模型的研究已有很多［10-13］. 同時(shí)，也有學(xué)者［14-17］將地理國(guó)情的統(tǒng)計(jì)分析引入到生態(tài)服務(wù)功能、農(nóng)業(yè)、城市發(fā)展等各個(gè)方面的研究當(dāng)中，為區(qū)域綜合規(guī)劃、決策、監(jiān)督等部門(mén)提供了獨(dú)立、客觀和現(xiàn)實(shí)的參考信息和科學(xué)數(shù)據(jù)［18］. 本研究基于河南省2015年地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)和2019年基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析了2015—2019年河南省沿黃區(qū)域不同地表覆蓋類(lèi)型的分布格局，同時(shí)結(jié)合生態(tài)承載力模型分析了2015—2019年河南省沿黃區(qū)域的生態(tài)現(xiàn)狀及變化趨勢(shì)，以期為河南省黃河流域生態(tài)保護(hù)與高質(zhì)量發(fā)展提供一定的科學(xué)依據(jù).

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 區(qū)域界定

河南省沿黃區(qū)域主要是指黃河干流流經(jīng)的所有省轄（管）市和滑縣，包括三門(mén)峽市、洛陽(yáng)市、濟(jì)源市、焦作市、鄭州市、新鄉(xiāng)市、開(kāi)封市、濮陽(yáng)市這8 個(gè)省轄（管）市的所有縣市區(qū)和滑縣，共72 個(gè)縣（市、區(qū)），面積5 922 946 hm2，占全省總面積的35.5%.

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

2015年和2019年的地表覆蓋分類(lèi)數(shù)據(jù)來(lái)源于河南省2015年地理國(guó)情普查數(shù)據(jù)和2019年基礎(chǔ)性地理國(guó)情監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù). 地理國(guó)情地表覆蓋數(shù)據(jù)包括種植土地、林草覆蓋、房屋建筑（區(qū)）、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地、荒漠與裸露地、水域等類(lèi)型. 人口及地區(qū)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來(lái)源于河南統(tǒng)計(jì)年鑒.

1.3 模型的選取

人均生態(tài)承載力模型［19］如下式所示：

式中：ec為人均生態(tài)承載力，hm2/人；rj為均衡因子；yj為產(chǎn)量因子；aj為人均占有的第j類(lèi)生物生產(chǎn)性土地的面積，hm2/人.

生物生產(chǎn)性土地是指具有生物生產(chǎn)能力的土地或水體，主要包括6 種土地類(lèi)型：耕地、林地、草地、建筑用地、水域和化石燃料用地.公式中均衡因子和產(chǎn)量因子引用Wackernagel和Rees［20］的數(shù)據(jù)，詳見(jiàn)表1.

表1 均衡因子和產(chǎn)量因子Tab.1 Balance factor and yield factor

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用GIS、EXCEL、SPSS 等分析軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 河南省沿黃區(qū)域不同地表覆蓋類(lèi)型的分布格局及變化

如圖1所示，河南省沿黃區(qū)域8市1縣的種植土地、林地覆蓋和房屋建筑（區(qū)）在不同地表覆蓋類(lèi)型中的面積占比相對(duì)較大，2019年這3種地表覆蓋類(lèi)型的面積占不同市縣行政區(qū)域面積的比例均達(dá)到了75%以上，其中新鄉(xiāng)市、洛陽(yáng)市和開(kāi)封市的種植土地面積較大，分別為501 042、454 610、420 911 hm2，洛陽(yáng)市、三門(mén)峽市和鄭州市的林地面積較大，分別為856 003、663 426、205 071 hm2，新鄉(xiāng)市、鄭州市和洛陽(yáng)市的房屋建筑（區(qū)）面積較大，分別為94 444、91 994、80 195 hm2. 2015—2019年，河南省沿黃區(qū)域8市1縣的種植土地、林草覆蓋、荒漠與裸露地的面積整體呈減少趨勢(shì)，房屋建筑（區(qū)）、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地和水域的面積整體呈增加趨勢(shì). 2015—2019 年，除三門(mén)峽市的種植土地面積增加了4178 hm2之外，其他市縣的種植土地面積均有所減少，其中洛陽(yáng)市的種植土地面積減少的最多，共減少了20 557 hm2；除洛陽(yáng)市的林草覆蓋面積增加了1403 hm2之外，其他市縣的林草覆蓋面積均有所減少，其中鄭州市的林草覆蓋面積減少的最多，共減少了17 841 hm2；除了滑縣的荒漠與裸露地面積保持不變外，其他8個(gè)地市的荒漠與裸露地面積均有所減少，其中洛陽(yáng)市的荒漠與裸露地面積減少的最多，共減少了1872 hm2. 房屋建筑（區(qū)）、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地和水域面積增加較多的市縣包括鄭州市、洛陽(yáng)市和新鄉(xiāng)市，增加面積分別為38 453、21 026、19 929 hm2. 從不同的地表覆蓋類(lèi)型的面積變化可以看出，河南省沿黃區(qū)域8市1縣正處于城市化快速發(fā)展的過(guò)程中，且相較來(lái)看鄭州市和洛陽(yáng)市的城市化發(fā)展速度更快.

圖1 2015—2019年河南省沿黃區(qū)域不同市縣不同地表覆蓋類(lèi)型的面積變化Fig.1 Area changes of different land coverage types in different cities and counties along the Yellow River in Henan Province during 2015 to 2019

2.2 河南省沿黃區(qū)域生態(tài)承載力的變化

根據(jù)人均生態(tài)承載力的通用計(jì)算模型，將地表覆蓋類(lèi)型中的種植土地歸為耕地，草地覆蓋歸為草地，林地覆蓋歸為林地，水域歸為水域，房屋建筑（區(qū)）和道路歸為建筑用地，同時(shí)扣除12%的生物生產(chǎn)性土地面積，然后根據(jù)表1 中給出的均衡因子和產(chǎn)量因子計(jì)算2015 年和2019 年河南省沿黃區(qū)域不同市縣的人均生態(tài)承載力. 如圖2 所示，河南省沿黃區(qū)域8 市1 縣的人均生態(tài)承載力以三門(mén)峽市最高，2015 年和2019 年分別為0.756 hm2/人和0.753 hm2/人；鄭州市最低，2015年和2019年分別為0.193 hm2/人和0.173 hm2/人. 2015和2019 年河南省沿黃區(qū)域的人均生態(tài)承載力均值分別為0.399 hm2/人和0.383 hm2/人，除鄭州市、焦作市外，其他市縣的人均生態(tài)承載力均超過(guò)河南省沿黃區(qū)域人均生態(tài)承載力的均值. 除滑縣外，2015—2019年河南省沿黃區(qū)域其他市縣的人均生態(tài)承載力均呈下降趨勢(shì)，其中洛陽(yáng)市、鄭州市和新鄉(xiāng)市的下降幅度較大，分別降低了0.021、0.020、0.011 hm2/人.

圖2 2015—2019年河南省沿黃區(qū)域不同市縣的人均生態(tài)承載力Fig.2 Per capita ecological carrying capacity of different cities and counties along the Yellow River in Henan Province during 2015 to 2019

2.3 河南省沿黃區(qū)域生態(tài)承載力變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的關(guān)系分析

從表2 中可以看出，2015—2019 年河南省沿黃區(qū)域不同市縣的人均GDP 均呈增加趨勢(shì)，其中鄭州市人均GDP 的增長(zhǎng)超過(guò)3萬(wàn)元/人，濟(jì)源市、焦作市、洛陽(yáng)市人均GDP 的增長(zhǎng)超過(guò)2萬(wàn)元/人. 從2015—2019 年河南省沿黃區(qū)域人均生態(tài)承載力和人均GDP的變化趨勢(shì)可以看出，2015—2019年河南省沿黃區(qū)域經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展在一定程度上導(dǎo)致了其人均生態(tài)承載力的降低，長(zhǎng)期來(lái)看這種發(fā)展是不可持續(xù)的. 以人均生態(tài)承載力的降低量與人均GDP的增加量的比值來(lái)表征經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與生態(tài)發(fā)展之間的關(guān)系，其值越高，代表隨著單位人均GDP的增加犧牲的人均生態(tài)承載力的量越大. 從表2中可以看出，河南省沿黃區(qū)域的不同市縣中，滑縣在發(fā)展社會(huì)經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，沒(méi)有以犧牲生態(tài)為代價(jià)，濟(jì)源市和三門(mén)峽市雖然在經(jīng)濟(jì)發(fā)展的同時(shí)生態(tài)承載力也出現(xiàn)了一定程度的下降，但其人均生態(tài)承載力的降低量與人均GDP的增加量的比率相對(duì)較低. 綜合河南省沿黃區(qū)域各個(gè)市縣人均生態(tài)承載力的現(xiàn)狀及人均生態(tài)承載力的變化與經(jīng)濟(jì)發(fā)展之間的關(guān)系可知，相對(duì)于其他幾個(gè)地市而言，滑縣、濟(jì)源市和三門(mén)峽市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性相對(duì)較好.

表2 2015—2019年河南省沿黃區(qū)域人均生態(tài)承載力和人均GDP的變化Tab.2 Changes of per capita ecological carrying capacity and per capita GDP in the region along the Yellow River in Henan Province during 2015 to 2019

3 結(jié)論

通過(guò)分析2015—2019 年河南省沿黃區(qū)域8市1縣不同地表覆蓋類(lèi)型的分布格局及其生態(tài)承載力的變化，得到如下結(jié)論：

1）河南省沿黃區(qū)域正處于城市化快速發(fā)展的過(guò)程中，2015—2019 年河南省沿黃區(qū)域的種植土地、林草覆蓋、荒漠與裸露地的面積整體呈減少趨勢(shì)，房屋建筑（區(qū)）、道路、構(gòu)筑物、人工堆掘地和水域的面積整體呈增加趨勢(shì).

2）除滑縣外，2015—2019年河南省沿黃區(qū)域其他市縣的人均生態(tài)承載力均呈下降趨勢(shì)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)承載力之間的矛盾依然顯著. 8市1縣中，滑縣、濟(jì)源市和三門(mén)峽市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展的可持續(xù)性相對(duì)較好.