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第七章土地资源生态与功能了解土地生态系统、土地生态设计的概念，了解几种土地生态系统设计的模式，理解土地生态系统的功能表现目的要求掌握常用的土地生产力计算模型和土地资源人口承载力计算方法。12土地生产力计算土地资源人口承载力计算重点与难点第一节土地资源生态分类及设计一、土地资源的生态分类土地生态系统是指土地的组成要素（地貌、气候、土壤、水文、植被、动物等）之间以及与人类之间相互联系、相互作用、相互制约所构成的统一体。在这个统一体中，进行着物质迁移与能量转移，是一个动态开放系统，具有本身的结构功能和生态演替过程。土地生态系统具有多层结构，大系统中包含高级子系统及次一级的子系统。这些子系统，从类型上分，有农田生态系统、林地生态系统、草源生态系统等。•土地资源的生态分类是从生态学角度对土地资源的划分，其涵义是把各种不同的土地资源视为具有一定结构、执行特定功能的土地生态系统，这种生态系统主要是指地球表层一定地段以生物和人类为主的自然和人文多种要素组合而成的复杂有机组合体，不同于一般的生物生态系统。•德国学者W.海博最近也以自然度的减少或人文化的增加，提出主要土地系统或生态系统体系。首先区分为生物生态系统和技术生态系统两大类，又在生物生态系统中划分出自然生态系统、近自然生态系统、半自然生态系统及人类生态系统四个次级类型。并简单列举各个类型的基本特点。见表1表1海博划分的主要土地利用类型体系A生物生态系统自然组成要素和过程占主导A1自然生态系统无人类的直接影响，能够自调节A2近自然生态系统受人类影响近A1，撩荒后少有变化，能自调节A3半自然生态系统由人类利用A1、A2形成，但不是有目的的创造物A4人类生物生态系统人类有目的地创造物，完全依赖控制和管理B技术生态系统人类（技术）系统：技术结构和过程为主，人类有意识地用工业、经济或文化活动来创造，依靠人类控制，散布于周围生物生态系统中•美国著名景观生态学家RT.佛曼和M.高德润出版的《景观生态学》一书中,根据人类在景观中的地位和作用,把地表景观划分为自然景观、管理景观、耕作景观、城郊景观和城市景观五种类型。自然景观中没有人类的直接干预。管理景观中的自然物种由人管理和收获。耕作景观中散布有村庄和自然或管理的景观斑块。城郊景观是具有居住、商业、耕地、管理植被和自然地域的城镇及周围农村地区。城市景观是有少数受管理自然公园的建筑物密集区。•由此可见，上述生态分类的主要依据是人类在其中的作用和地位，注重的是类型的功能特征。这种分类进一步关注的重点，是针对一定区域建立更为细致和完善的、实用性更强的分类体系。二、土地资源的生态设计•土地资源的生态设计是根据生态学原理，规划设计土地生态系统的合理利用类型及其结构，从而稳定并提高土地生态系统的生物生产能力，保持良好的环境保护效益。•土地生态系统的合理利用，兼有自然和社会经济方面的内容。如何协调两者之间的关系就是说土地生态系统的设计要解决的问题，也就是说通过土地生态系统的设计既要充分利用土地生态系统的功能为人类造福，又要促进土地生态系统的正向演替，使人类与土地生态系统相得益彰。其标志是当前利用方式是否具有高水平的生产能力，是否破坏土地系统的生态平衡，土地系统的开发利用方式是否与其生态结构相匹配等。第二节土地资源生产潜力计算一、土地生产潜力的概念•土地生产潜力是指土地的生产力，它表明人们对资源利用的可程度，反映一个地区生产所能达到的最大水平。土地生产力又可分为土地自然生产力和土地经济生产力。二、土地生产潜力分析的方法•（一）土地自然生产潜力分析的方法•迈阿密模型是研究地球上不同地带大量生物生产量实测值与年降雨量、年均温之间的关系后得出的粗略计算公式，它反映大范围作物生物产量的地带性分布，它采用的指标主要是年均温和年降雨量，其计算方法如下：1、通过年平均气温计算光温生产潜力假设在作物生长期中，除光温条件外，不在受其它条件的限制，也就是说在土壤养分、水分等都能满足条件下的土地最大生产潜力。一般地区难以达到，但在灌溉条件下有可能实现。计算模型为：Yt=3000/(1+e1.42-0.141t)式中：Yt是光温生产潜力（g/m2·年）；t是年平均气温（℃）；e是自然对数的底数，为2.7182818282、通过年平均降雨量计算降雨气候生产潜力它是在光温和土壤养分都能在整个作物生长周期满足需要的情况下，只受降雨量的限制而计算土地自然生产潜力的一种方法。计算模型为：Yp=3000/(1-e-0.00065p)式中：Yp是土地生产潜力（g/m2·年）p是年平均降雨量（毫米）选取若干年降雨量的平均值代入公式计算，即可得到降雨条件下的土地生产潜力。（二）土地经济生产潜力分析的方法1、气候灌溉生产潜力计算计算模型为：Yw=g(wi)·Yt式中：Yw是土地经济生产潜力（g/m2·年）Yt是光温生产潜力g(wi)是灌溉条件下水分影响函数g(wi)=(Ws+Wi)/E0式中：Wi－农田灌溉水量E0－土壤水分年平均蒸发量Ws－土地水资源量Ws＝P-(Rs+Rg)式中：P－年平均降雨量Rs－地表水年平均径流量Rg－地下水年平均径流量2、气候土壤生产潜力计算它是在自然生产潜力的基础上，又考虑到土壤因素的影响而形成的一种生产潜力。在光、温、水、肥、气综合作用下的土地生产潜力，是比较接近实际产量的一种生产潜力。计算模型为：Ys=K·Yt或Ys=K·Yp式中：Ys是土地生产潜力（g/m2·年）K是土壤修正系数土壤主要是通过土壤肥力对作物发生作用，土壤肥力的高低是土壤水、肥、气、热综合用的结果。因此，土壤修正系数K应尽量反映土壤肥力的综合状况。土壤修正系数K的求取，可以是首先确定不同土壤类型对作物的适宜程度，最好的土壤适宜度为1，其他土壤类型按其对作物的适宜度不同逐渐降低，从而确定所有土壤类型对作物的适宜度，然后把不同土壤类型的面积与总土壤面积的比值作权重系数，土壤类型对作物的适宜度为基值，采用加权平均的方法，计算出该地区土壤修正系数K。第三节土地资源人口承载力计算一、土地人口承载力的概念、目的及意义土地人口载力是在一定时期，不同消费水平下，单位面积的土地所能持续供养的人口数量。它反映一个地区，在一定消费水平下，单位面积的土地所能供养的最大人口数量。•目的：•（1）在土地资源调查的基础上，查明发展中国家不同的投入水平下土地的潜在人口承载力。•（2）将这些估算资料与现在的和预测的人口资料进行比较，以便确定出有问题的地区。•（3）土地资源及其潜力的数量资料是提出合理的农业政策和人口政策得先决条件。•意义：土地资源人口承载力对于土地、人口、食物与发展均有一定的预警功能。进行土地人口载力研究，测算出区域内不同消费水平下所能持续供养的人口数量，对指导农业生产和经济建设，编制国民经济发展规划，加强土地管理，合理利用土地，保证土地资源的永续利用具有重要意义二、测算的方式具体计算土地人口承载力有两种方式：一种方式是按每年人均消费多少千克粮食计算。另一种方式是按每人每天需要多少卡的热量和多少克蛋白质，并将按不同的年龄、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潜力。表7－1主要粮食作物卡／蛋白质的千克转换系数表作物热量（kcal/kg）蛋白质（g/kg）水稻347073玉米362085小麦345099大豆4120363高梁364077谷子262097甘薯127018马铃薯77023表7－2人体各种营养物质的日消耗量类别热量（cal）蛋白质（g）成年男子（65公斤）轻体力劳动260075中体力劳动300080重体力劳动360090成年女子（55公斤）轻体力劳动240070中体力劳动280075重体力劳动340085少年（13－16男260080女250070儿童7－10岁2000603－5岁140045三、土地人口承载力的概算方法1、粮食型：（1）计算粮食生总量Y=P·A·R式中：Y是粮食生产总量P是土地生产潜力（亩产）水平A是耕地面积R是粮食用地占耕地的百分数•（2）计算人均社会粮食占有量人均社会粮食占有量应包括人口口粮、种子粮、饲料粮、本地工业用粮及仓储等其他用粮。一般可根据近几年人均社会粮食占有量，并考虑到经济发展水平确定。可制定几个不同消费水平，以便求出几个人口承载力方案。（3）计算土地人口承载力T＝（Y－О）／SC＝T／L式中：T是土地所能承载的总人口数量Y是土地生产潜力О是国家下达的商品粮外调任务S是人均社会粮食占有量C是土地人口承载力（人／平方公里）L是土地总面积（平方公里）•2、能量型：将各种物质产品转化为蛋白质总量，求其与人均应消费量的比值。转化可参考表7－1、7－2。四、按行政区进行人口承载潜力的统计（1）方法首先，根据《土地利用总体规划》中专题研究“土地生产潜力分析”方法，计算出某一农业生态区不同的投入水平的土地生产潜力。再按不同生活标准计算出人均生活需要和人口承载数量。一般以行政单位进行统计，如以省、市或县，即能统计出不同行政区在不同投入水平、不同生活水平下所能养活的人口。（2）意义1)不同的投入水平与不同生活水平可以转化为时间和生产规划的要求，例如将它化为2010和2050年生产计划发展到什么水平（即什么样的投入水平），生活计划到什么水平（即什么样生活水平），相应的各承载多少人。这也就是生产规划的目标和依据。2）将不同行政区的现有人口与今后人口承载潜力进行对比，这就可以发现有的行政区的土地资源的人口承载量已接近饱和，或已经超载；而另一些行政区可能有较大的潜力。这对各行政区的经济与人口发展可以是一个重要的规划依据。3）在上述的各行政区人口统计中可以发现人口承载潜力在许多地区存在不平衡现象。特别是大城市人口集中之处就牵涉到国家的调运计划和粮食基地建设规划问题。第四节我国土地资源人口承载能力研究一、土地资源人口承载力研究的历史回顾1、前期的土地承载力研究早期的土地承载力研究，首先是与生态学密切相关的。早在1921年，帕克和伯吉斯就在有关的人类生态学研究中，提出了承载力的概念。1）威廉·府格特的《生存之路》于1948年出版后，曾一版再版。用作者的话说，他之所以撰写此书，是因为世界人口过剩，全球及各国人口的数量已超过其土地承载能力。用一个方程式来说明这一论据，即：C=B:E式中：C代表土地负载能力，即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，即环境对土地生产能力所加的限制。这与目前的标准公式基本一致。2）威廉·阿伦的土地资源人口承载力研究，他在1965年提出了以粮食为标志的人口承载力公式。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养活多少人口，即承载人口的上限。他主要考虑总土地面积，耕地面积和耕作要素等，不考虑人口对农业的反馈作用。2、后期（1970年以来）的土地资源人口承载力研究1）澳大利亚的土地承载力研究澳大利亚的科学工作者采用多目标决策分析法，从各种因素对人口的限制角度出发讨论了该国的土地承载力。他们的研究考虑了澳大利亚的土地资源，水资源，气候资源等限制因素，除种植业外还考虑了畜牧业的发展潜力，分析了集中发展策略和相应的发展前景。2）发展中国家土地的潜在人口承载能力研究FAO把评价原则应用于世界土壤图，提供了确定世界农业土地生产潜力的新途径，即农业生态区域法（AEZ）这是一种综合探讨农业规划和人口发展的方法，他将气候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土地的投入水平和社会经济条件，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下可以有不同的人口承载量。3）资源承载力研究的ECCO模型，即提高承载力的策略模型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。它把承载力研究与持续发展策略相结合，强调长期性和持续性，为制定切实可行的长期发展计划提供了一条行之有效的途径。（二）国内的土地承载力