全 文 ：海南岛土地资源人口承载力研究3
周兆德　谭垂谓　 (中国热带农业科学院, 儋州 571737)
【摘要】　以土地资源综合体为研究对象, 在生产力类型模糊区划的基础上, 从土地资源物
质能量投入与转化入手, 采用科学方法计算了海南岛的土地生产潜力、食物结构和人口承
载量. 结果表明, 海南岛 5 类土地资源的平均生物生产潜力为 5. 25×104kg·hm - 2, 折合
标准粮为 2. 36×104kg·hm - 2: 低中高 3 种食物结构方案的人口承载量分别为 1. 9573、1.
5481 和 1. 2957×107 人口, 供养人口为 5215、4210 和 3415 人·hm - 2. 目前人口占各方案
可供养人口的比例已分别达到 3412%、4313% 和 5118% , 按当前人口增长速度计算到
2010 年这个比例将达到 4415%、5715% 和 6817%.
关键词: 土地资源 模糊区划 生物生产潜力 食物结构优化 人口承载力
Population supporting capac ity of land resourees in Ha inan Island. Zhou Zaode and T an
Chuiw ei (Ch inese A cad em y of T rop ica l A g ricu ltu ra l S ciences, D anz hou 571737). 2Ch in.
J . A pp l. E col. , 1996, 7 (sup. ) : 67～ 72.
W ith the aggregates of land resources as the ob ject of study and based on the Fuzzy re2
gional division of various types of p roductive fo rces, the po ten tia l land p roductivety, food
structu re and populat ion suppo rt ing capacity on H ainan Island are com tu ted, w ith consid2
ering the inpu t and transfo rm ation of m ateria l and energy of land resources. T he resu lts
show that the average b io logical p roduction po ten tia l of 5 k inds of land resources is 5. 25
×104 kg·hm - 2, equ ivalen t to 2. 36×104kg·hm - 2 standard grain. T he populat ion sup2
po rt ing capacity based on low , m edium and h igh food structu re p rogramm es are 1. 9573×
107, 1. 5481×107and 1. 2957×107 populat ion, of 52. 5, 42. 0 and 34. 5 popu lat ion per2
hectare, respectively. A t p resen t, the p ropo rt ion of the popu lat ion to that be ab le to p ro2
vide fo r suppo rt is 34. 2, 43. 3 and 51. 8% , and by the year 2010, the p ropo rt ion w ill be
44. 5, 57. 5 and 68. 7% , respectively.
Key words: L and resources, Fuzzy regional division, B io logical p roduction po ten tia l,
Food structu re op tim ization, Popu lat ion suppo rt ing capacity.3 中国热带农业科学院科研基金资助项目 1
1995 年 9 月 6 日收到, 11 月 21 日改回 11　引　　言一个地区的土地资源人口承载力, 是指以一定的生产力水平及与此相适应的物质生活水平为依据, 在土地利用不致退化的前提下, 土地生产量所能供养的人口数量。它广泛涉及到资源、经济和社会等各个方面, 是一种在资源、生态和经济科学指导下, 立足于资源可能性, 以系统工程方法为工具的综合动态平衡研究[1 ]. 人类通过长期的与自然博斗, 已大大提高了农业生产 力, 在较大程度上摆脱了自然的制约。但时至今日, 由地质地貌、气候、植被、土壤、水文和人类作用等因素构成的土地综合体,仍然是人类赖以生存和发展的重要物质基础. 目前, 国内外对土地资源生产力及人口承载力进行了广泛研究[2, 4, 5, 7, 8 ]. 海南因建省较晚, 这方面的研究尚未见报导, 为解决好海南未来人口与生存空间的矛盾, 对其土地生产力和人口承载力进行研究是十分
应 用 生 态 学 报　1996 年 6 月　第 7 卷　增　刊 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
CH IN ESE JOU RNAL O F A PPL IED ECOLO GY, June 1996, 7 (sup. )∶67～ 72
必要的.
2　基本原理与方法
211　土地生产力类型划分[3 ]
生产力发展是不平衡的, 它受到自然与社会
等多方面的影响. 研究中需要根据不同的自然条
件和技术水平, 按土地类型区划原则与方法对地
区土地质量及生产力类型进行划分. 这里采用模
糊中心聚类方法进行生产力类型划分, 具体步骤
如下: 1) 指标选择: 根据海南岛热带农业生产实
践与经验, 从系统观点出发选取能客观综合反映
环境条件的热量、水分和风速等诸因子作为区划
指标. 2) 建立各指标隶属函数: 根据模糊数学法
则得到指标的隶属函数为下列形式:
相关指标:
(x i) =
1
X i- X im in
X im ax- X im in
　
X i≥X im ax
X im in< X i< X im ax
(1)
相关指标:
(x i) =
0
X im an- X i
X im ax- X im in
1
　
X i≥X im ax
X im in< X i< X im ax
X i≤X im in
(3)、计算各地间的模糊关系矩阵 (R 0) :
R 0= (rij )　　　　　　　　　　　　 (2)
r ij =
1
m ∑
m
k= 1
[Λ(x jk) - Λ(x ik) ]2
( i, j = 1, 2, ⋯, n 为样点数; k = 1, 2, ⋯,m 为 K 种
指标隶属度). 4) 求等价矩阵: 所谓等价矩阵就是
求满足对称性、自反性和传递性的矩阵. 由于一
般模糊矩阵都满足对称性, 其自反性和传递性可
通过下式得到满足:
R = (1- r ij )
R 2
t
= R 2
t
oR 2
t
( t= 0, 1, 2, ⋯⋯)
(3)
5)建立模糊中心聚类系统: 为使同一生产力类型
尽可能成片集中化, 可通过长期的农业生产实践
和资料分析, 选取环境指标在空间分布上差异明
显的若干个点为聚类中心, 然后把等价矩阵中与
各中心关系密切的点 (系数最大) 归为相应的中
心点.
S k= ∨
p
k= 1
r ik
r ij
r ij
3
r ij
　　
当 r- ij≥S - K
当 r- ij < S - K
(4)
(k = 1, 2, ⋯, p 为中心个数; ij = 1, 2, ⋯, m 为样
点数; 如果同列中有多个相等的最大值则根据实
际可能性选择之一注上“3 ”号)
212 土地生产潜力计算
根据作物生产力构成的阶乘模式和光合潜
力逐步修正的原则, 土地生产潜力可表为:
Y i= f 1 (S i)·f 2 (T i) f 3 (P i)
·f 4 (C i)·f 5 (M i) [4, 5 ] (5)
式中 Y i 为土地生产潜力 (kg·hm - 2) , f 1 (S i) 为光
合生产潜力, 是 (5)式的基本项, 取值在[a , b ]之间
(a , b 为大于零的任何数) , f 2 (T i)、f 3 (P i)、f 4 (C i)
和 f 5 (M i)分别为温度、降水、灾害和肥力对 (5) 式
的修正项, 取值均在[0, 1 ]之间。其中:
　
f 1 (S i) = 157135S i (kg·hm - 2)
f 2 (T i) = 1
n ∑
n
i= 1
T i
30
(当 T i> 30℃时, 取 T i= 30℃)
f 3 (P i) = P iöE i
(当 P i> E i 时, 取 P i= E i)
f 4 (C i) = 110159·e- 010039x 1i- 010006x 2i+ 010124x 3i
f 5 (M i) = ∏ (1- 10- k ix i)
式中 157135 是太阳能转化为产量的系数, S i 为 i
地年太阳辐射总量 (kJ·cm - 2) 1T i 为 i 地月平均
温度 (℃) , n 为 T i> 0 的月数, 30 为生物适温范
围 (25℃- 35℃) 的中值. P 为 i 地年降水量, E i 为
相应蒸发量. X 1i、X 2i和X 3i分别为 i 地的大风台风
年均次数、旱期长度和极端低温值。k 为 i 地土壤
N 、K、P 消长系数, 分别取 0105、0110 和 0107, Z
为 i 地土壤中 N 、P、K 速效养分含量 (kg ·
hm - 2).
213　食物结构优化
根据人口承载力概念, 在照顾当地饮食习惯
的同时, 根据国家有关部门确定的营养水平不同
方案, 利用线性规划数学方法, 对地区人均粮食
总需求和食物结构进行优化, 其模型为:
86 应　用　生　态　学　报 7 卷
约束条件
a11x 1+ a12x 2+ ⋯+ a1nx n≥b1
(热量约束项)
a21x 1+ a22x 2+ ⋯+ a2nx n≥b2
(蛋白质约束项)
a31x 1+ a32x 2+ ⋯+ a3nx n≥b3
(脂肪约束项)
d i1≤x i≤d i2 ( i= 1, 2, ⋯, n)
(食物结构约束项)
x 1’x 2’⋯, x n≥0
(非负约束项)
目标函数m inf (x i) =
C 1X 1+ C 2X 2+ ⋯
C nX n (在满足所需
求的营养水平条件
下, 使消耗的粮食
总量达最小)
(6)
式中 a ij为 1 kg 食物含热量、蛋白质和脂肪的数
量, b1、b2、b3 为不同方案的热量、蛋白质和脂肪需
求值 (限制值) , X i为第 i 种食物的数量, C i为第 i
种食物转化成标准粮的转化系数, d i1和 d i2分别为
各食物数量的上下限值.
214　人口承载量计算
P j =
s·∑
m
j= 1
l j y j
m inf (x i) =
s·∑
m
j= 1
l jy j
∑
n
i= 1
ci·x i
(7)
式中 S 为可利用土地净面积总量 (hm 2) , l j 为第 j
类土地面积的比例 (% ) , y j 为第 j 类土地生产潜
力 (kg·hm - 2) , C i 和X i 同上.
3　结　　果
311　土地类型模糊区划
首先, 根据上述指标选取原则, 选取热
量、水分和风速三要素中的年日照时数、年
均温、≥10℃年积温、最冷月均温、年极端
低温、年雨量、年干燥度、年均风速、≥6
级台风大风年均次数、年最长旱期等 10 个
因子作为指标 (从略). 其次, 选取指标空间
分布差异显著的琼海 (代表水热条件配合
最优的点)、儋州 (代表水热条件配合良好
的点)、保亭 (代表水热条件配合一般的
点)、琼中 (代表水分条件最优和热量条件
最差的点)、东方 (代表热量最优和水分条
件最差的点) 5 个点作为聚类中心. 最后,
由公式 (1)～ (3) 计算各地模糊等价矩阵
数, 并从等价矩阵中列出各地与中心的模
糊聚类系数 (表 1) , 按公式 (4) 原则把表 1
中同一行有“3 ”号的点归为同一类. 模糊
区域性划分表明, 由气候资源所决定的海
南岛生产力类型为 5 个区. 其中生产力最
高区 (É 区)包括万宁、琼海、文昌、定安、琼
山和澄迈 6 县市, 约占总面积的 25◊ ; 次
高区 (Ê 区) 包括屯昌、儋州、临高、白沙和
昌江 5 县市, 约占总面积的 30◊ ; 一般区
(Ë 区) 包括陵水、保亭、通什、乐东和三亚
5 个县市, 约占总面积的 25◊ ; 较差区 (Ì、Í 区)分别包括东方和琼中 2 县市, 约占总
面积的 20◊ (图 1).
312　 各土地类型生产潜力
在海南岛土地类型划分的基础上, 根
据各类型区的自然条件 (表 2) 和公式 (5)
计算其生产力为表 3 所示.
表 1　各地与中心的模糊聚类系数
T ab11 Fuzzy cluster coefficien ts betw een every p lace and cen tre
地点 海口 文昌 临高 屯昌 定安 儋州 白沙 琼海 万宁 陵水 东方 三亚 琼中 保亭 乐东 昌江 澄迈
p lace H ai2
kou
W en2
chang
L ing2
gao
Tun2
chang
D in2
gan
D an2
zhou
Bai2
sha
Q ong2
hai
W an2
ning
L ing2
shui
Dong2
fang
San2
ya
Q ong2
zheng
Bao2
ting
L e2
deng
Chang2
jing
Cheng2
m al
A 0185 0185 01853 01813 0185 13 01863 0185 0185 0179 0166 0180 0180 0181 0181 01803 0185
B 01923 01873 0181 0181 13 0185 0185 13 01963 0179 0166 0180 0180 0181 0181 0180 01923
C 0180 0180 0180 0180 0180 0180 0180 0180 0180 0180 0166 0180 13 0180 0180 0180 0180
D 0166 0166 0166 0166 0166 0166 0166 0166 0166 0166 13 0166 0166 0166 0166 0166 0166
E 0181 0181 0181 0181 0181 0181 0181 0181 01810180ø+ 3 0166 01803 0180 13 01963 0180 0181
A : 儋州D anzhou; B: 琼海Q ionghai; C: 琼中Q iongzhong; D: 东方Dongfang; E: 保亭Bao ting.
96增刊　　　　　　　　周兆德等: 海南岛土地资源人口承载力研究　　　　
表 2　各类型区自然条件
Tab 2 Natura l condition of div ision s
类别 年辐射 年均温度 年降水 年蒸发 ≥6 级大风 年最长旱期 年极端低温 肥 力
T ype A nnual M ean annual A nnual A nnual 风次数 A nnual Ex trem e Fertility
radiation temperatu re rainfall evapo ration F requency longest low est kg·hm - 2
(kJ·cm 2) (℃) (mm ) (mm ) of strong drough t temperatu re
w ind≥6 class period (d) ℃
I 524. 6 23. 9 1897. 5 1298. 3 2. 7 183. 2 3. 8
II 531. 7 23. 4 1784. 0 1264. 0 1. 7 222. 4 1. 8 N = 132. 15
III 502. 4 24. 2 1612. 0 1332. 0 1. 5 237. 4 2. 8 P= 13. 95
IV 615. 5 24. 5 1012. 0 1400. 0 2. 7 333. 0 1. 4 K= 107. 10
V 464. 7 22. 4 2463. 0 1190. 0 1. 4 173. 0 0. 1
注: 表中资料为各区平均值, 由文献[ 3 ] 统计整理而得. 土壤肥力根据海南行政公署农业区划委员会等编, 土壤区划中
表 18、21 和 22 提供的各种水稻土N、P、K 含量平均计算, 土重按 2. 25×106kg·hm - 2计.
表 3　各类型区生产力水平
Tab 3 L evel of productiv ity of div ision s
类　别 占总面积的比例 生物生产力 耕地面积 生物产量 折合标准粮
T ype Percen tage to to tal B io logical Cu ltivation B io logicaly Equ ivaletn t to
area (% ) p roductivity area (104hm 2) yield (104kg) standard grain
(kg·hm - 2) (104kg)
I 25 59257. 5 9. 0 533317. 5 239992. 9
II 30 55755. 0 10. 8 602154. 4 270969. 3
III 25 54642. 0 9. 0 491778. 0 221300. 1
IV 11 47908. 5 4. 0 191634. 0 86235. 3
V 9 45012. 0 3. 2 144038. 4 64817. 3
合计 To tal 883314. 9
注: 耕地资料来源于海南行政公署农业区划委员会等编. 土地资源利用现状与合理开发问题.《海南岛农业区划报告
集》. 1981. 耕地面积为可利用净面积乘以 0. 8 而得. 标准粮为生物产量乘以 0. 45 (0. 45 为水稻经济系数)而得.
图 1　生产力类型区划图
F ig. 1 D ivision of p roductivity types.
3. 3　各方案食物结构
根据不同食物营养物质含量 (表 4) 、
农业部计划司张桐关于我国未来食物消费
与营养水平概算中不同阶段 (方案)营养水
平 (表 5) 和公式 (6) , 采用文献 [ 6 ]中提供
的线性规划源程序上机运算得海南食物结
构最佳方案为 (表 6).
表 4　各种食物营养成分含量
Tab 4 Con ten t of nutr ien t componen t of foods
食物 热量 蛋白质 脂肪 标准粮
Foods Energy P ro tein Fat 转化系数
(KJ·
kg- 1)
(g·
kg- 1)
(g·
kg- 1)
Conversion
coefficien t
of standard
grain (% )
大 米 15961. 34 83 5 97. 0
rice
猪肉 25938. 48 95 598 490. 2
Po rk
卷心白菜 1016. 56 11 2 6. 0
Cabbage
牛奶 3223. 63 33 40 111. 1
Cow m ilk
带鱼 7193. 97 181 74 160. 0
R ibbonfish
植物油 39355. 92 0 1000 217. 0
V egetab le o il
猪油 38962. 36 0 990 735. 3
Po rk o il
白沙糖 17272. 43 3 0 107. 0
Sugar
柑桔 2545. 78 9 1 16. 0
O range
鸡蛋 8320. 64 147 116 458. 7
H en egg
注: 表中热量、蛋白质和脂肪资料来自于刘天福等编,
《农业投资经济效果研究》, 农业出版社, 1985: 452- 494
页. 大米、蔬菜、水果、食糖和植物油标准粮转化系数由
热量、蛋白质、脂肪、碳水化合物和粗纤维加权折算. 肉
类、奶类、水产类、蛋类和动物油标准粮转化系数由《技
术经济手册》(农业卷) , 辽宁人民出版社, 1986: 777-
778 页提供, 动物油按肉类的 1. 5 倍计算.
07 应　用　生　态　学　报 7 卷
表 5　各方案营养标准 (每人每年需求量不得低于如下
水平) 3
Tab 5 Standard of nutr ition of programmes (Annual re-
quiremen t per person)
a b c d
热 量 4060379. 57 4187982. 77 4456178. 71
Energy (kJ)
蛋白质 25670. 45 27882. 55 3, 091. 00
P ro tein (g)
脂肪 Fat (g) 15220. 50 22042. 35 29784. 00
a: 营养和食物结构N utrit ion food structu re; b: 第 1 方
案 (本世纪 90 年代) P rogramm e 1 (1990′s) ; c: 第 2 方案
(本世纪末) P rogramm e 2 (T he end of 20th cen tu ry) ; d:
第 3 方案 (廿一世纪初) P rogramm e 3 (T he beginn ing of
21 st cen tu ry).3 国务院农村发展中心与中国农业科学院编. 1986.
2000 年我国粮食和经济作物发展问题研究 (上) , 129-
131. 其中第三方案则以日本 70 年代末 80 年代初生活
水平为参照.
3. 4　各方案人口承载量
根据前面计算的不同类型土地生产潜
力、不同方案食物结构和公式 (7) 计算海
南人口承载量为表 7 所示.
表 7　各方案土地人口承载力 (人)
Tab 7 Population supporting capac ity of land of pro-
grammes (person)
承载力 第 1 方案 第 2 方案 第 3 方案
Suppo rting
capacity
P rogramm e 1P rogramm e 2 P rogramm e 3É 19573 149 15 481 237 12 956 751Ê 52. 5 42. 8 34. 5É : 总人口承载量To tal popu lation suppo rting capacity;Ê : 每公顷人口承载量 popu lation suppo rting capacity
per hectarc.
表 6　海南食物结构优化方案
Tab 6 Optimum programmes food structure in Ha inan Island (Un it: kg)
方　案 大米 蔬菜 水果 食糖 植物油 肉类 奶类 水产类 蛋类 动物油 折合粮食总量
P ro
gramm e
R ice V egta
b les
F ru its Sugar V egetab le
o il
M eats M ilk s A quatic
p roduce
Eggs A nim al Converting in to to tal
ou tpu t of grain
1 219. 5 148. 0 12. 5 5. 9 3. 5 26. 5 15. 4 7. 9 8. 4 2. 0 450. 6
2 196. 5 165. 0 22. 0 7. 5 4. 8 40. 0 25. 0 12. 1 18. 5 2. 6 559. 7
3 175. 8 187. 0 35. 5 9. 1 6. 1 51. 7 40. 0 16. 3 26. 6 4. 1 680. 7
4　讨　　论
从能量转换角度计算的土地生产潜
力. É 区为 5. 93×104kg·hm - 2Ê 区为 5.
58×104kg·hm - 2, Ë 区为 5. 46×104kg·
hm - 2, Ì 区为 4. 79×104kg·hm - 2, Í 区
为 4. 50×104kg·hm - 2, 平均生产潜力为
5. 25×104kg·hm - 2, 折合标准粮 (谷物)
为 2. 36×104kg·hm - 2, 比较符合客观实
际, 目前小面积种植 (稻稻薯) 已达 3. 06×
104kg·hm - 2 (东方县农科所). 但实际生
产力普遍约为 4. 5×104kg·hm - 2, 与可能
值相差甚远, 发挥潜力极大.
按土地生产潜力和食物最优化结构计
算, 第 1 方案 (初级水平) 可承载 1. 9573
×107 人, 每公顷可供养 52. 5 人·hm - 2,
第 2 方案 (中级水平) 可承载 1. 5481×107
人口, 每公顷可供养 42. 8 人·hm - 2, 第 3
方案 (高级水平) 可承载 1. 2953×107 人
口, 每公顷可供养 34. 5 人·hm - 2, 现在占
各方案可供养人口的比例已分别达到 34.
3%、43. 3%、和 51. 8% , 按目前人口增长
速度预算, 到 2010 年人口将达到 8. 90×
106 人, 届时人口占各方案可供养人口的
比例分别达到 45. 5%、57. 5%、68. 7%.
按海南岛总面积 3. 391×106hm 2, 宜
农地 1. 071×106hm 2, 可利用面积 4. 49×
105hm 2, 若按 80% 计算粮作可植面积仅为
3. 59×105hm 2, 且这些土地多为山地、丘陵
和台地, 在热带季风气候下, 土壤冲刷淋溶
严重, 生态环境比较脆弱. 因此, 实际人口
占可供养人口的比例不宜达 100% , 一般
以 70- 80% 为宜. 若以第三方案作为今后
食物标准结构的话, 到 2010 此比例将达到
68. 7% , 已基本近饱和状态。虽然工业的发
展和产品的出口可以突破土地人口的实际
承载能力, 但海南由于长期来一直是一个
17增刊　　　　　　　　周兆德等: 海南岛土地资源人口承载力研究　　　　
农业地区或省份, 工业基础十分薄弱,
1952- 1994 年 42 年中工业产值平均仅占
工农业产值的 42% , 以农业为主导的国民
经济在近 10- 15 年内不会发生根本性变
化, 通过工业进步增加人口承载量的幅度
不会太大. 因此, 控制人口增长, 保护资源
与环境仍然是海南今后的迫切任务.
本文采用的生产潜力、食物结构优化
和人口承载量计算方法具有较强的理论基
础, 所考虑的因子较为全面、合理, 计算结
果与实际及现实可能性比较吻合, 效果良
好.
参考文献
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