基于土壤環境承載力的鄭州市經濟發展模式研究

計 琳，趙 林，方東明

（天津大學環境科學與工程學院，天津 300072）

鄭州市位于黃土丘陵與黃淮海平原的過渡帶，土壤類型多樣。由于鄭州處于東引西進、城市化進程快速發展的地區，城市化引發的土壤質量和環境問題十分突出[1]。經濟建設的快速發展，客觀上造成土壤生態環境壓力日益增大，污染程度漸趨加重。為緩解人地關系日益緊張的尖銳矛盾，尋求一條既能保障鄭州市經濟發展對土地的需求又能使土壤環境承載力得到提高的有效途徑[2]是迫在眉睫的任務。系統動力學是一門基于系統論、控制論、信息論和計算機仿真技術的新興學科,用于研究與規劃復雜系統的未來行為和相應的長期戰略決策，具有獨特的優點[3]。利用系統動力學的理論和方法,建立鄭州市土壤環境承載力的系統動力學模型（SD模型），通過對鄭州市城市社會經濟系統的詳細考察和分析，提出多種優化配置方案，并對每個方案的動態變化趨勢進行比較分析,找出最優化發展方案，從而為鄭州市產業結構優化提供科學的決策依據。

1 模型設計

1.1 系統辨識

系統包括人口、經濟、環境共3個子系統。人口子系統，主要研究人口增長動態機制以及城市人口結構。以總人口作為人口子系統的水平變量，其存量主要由自然增長率（出生率－死亡率）、凈遷入率決定。

經濟子系統，主要研究城市各產業發展速度，經濟總量的動態變化。分別以第一產業產值、第二產業產值作為水平變量，GDP作為輔助變量，變量GDP與變量第二產業產值通過變量第二產業產值比重聯系起來。

環境子系統，主要研究廢水排放總量、工業煙塵排放總量以及固廢排放總量。

1.2 系統流程圖設計

根據對系統整體分析，識別出描述系統特征的狀態變量、速率變量和輔助變量，按照系統動力學流程圖的畫法規則，逐漸增添模型細節，得出系統的流程圖如圖1。

圖1 人口-經濟-環境耦合的系統動力學流程圖

根據人口、經濟、環境耦合的系統結構特點，并考慮到主要變量數據變化的穩定性及變量間依存的特征，在借鑒相關文獻及國家標準的基礎上，參數的處理方法主要概括為三大類：第一類，對于已有參考模式且穩定性較強的單變量的參數確定，采用歷史統計資料做算術平均、趨勢外推及經驗值法。這一類變量主要有：出生率（0.009 4）、死亡率（0.004 6）、第一產業增長率（0.08）、第二產業增長率（0.20）等；第二類，對于變量間的關系不明顯或數據不完全的參數采用表函數的方式確定，變量間的關系是非線性的，這類參數主要有城鎮化率、人均生活污水排放量、人均生活垃圾排放量、工業廢水排放量、工業固體廢物排放量等；第三類，變量間的關系可以用函數表達式表示，這類變量之間存在比較明顯的函數關系，或者采用常用的方法進行模擬，求得其中的函數關系表達式，例如本研究中總人口=出生人口+死亡人口+遷移人口，城鎮人口=總人口×城鎮化率等。

2 土壤環境承載力SD模型情景分析

2.1 設定情景模式

通過對鄭州市城市社會經濟系統的詳細考察和分析，設定了4種發展情景。情景一，假定鄭州市按照現有發展模式發展；情景二，將大規模人口集聚反映到模型中；情景三，將較低規模人口集聚、產業結構調整反映到模型中；情景四，將較低規模人口集聚、較低經濟增長速度、產業結構調整以及環境治理反映到模型中。主要參數如表1所示。

表1 4種發展情景主要參數設置 （%）

2.2 情景模擬對比分析

2.2.1 人口子系統 通過調節（人口）凈遷入率來控制人口集聚規模。模擬結果如圖2所示,總人口仿真計算結果如表2所示。依情景二，2020、2030年鄭州市人口將分別超過1 000萬和1 500萬。

2.2.2 經濟子系統 圖3是在不同的第二產業增長率及第二產業產值比重的條件下，人均GDP隨時間變化圖。依情景四，2020、2030年鄭州市人均GDP將分別達到15萬元和66萬元。

表2 總人口仿真計算結果 （萬人）

圖2 不同情景下總人口的模擬

2.2.3 環境子系統 圖4是不同情景下，生活垃圾和生活污水排放量模擬值。依情景一，2020、2030年鄭州市生活污水排放量將分別達到36 894萬m3和67 833萬m3，分別為2008年生活污水排放量（27 374萬m3）的1.35倍和2.48倍。

圖3 不同情景下人均GDP的模擬

4種情景下鄭州市土壤環境承載狀態評價如圖5所示。情景一與情景二對比顯示，新增集聚人口會對土壤環境產生較大壓力，如產生更多的生活垃圾，排放更多的生活污水等，從而導致土壤環境承載力的下降。情景二與情景三對比顯示，調整產業結構，降低工業產值比重有助于改善這種狀況（人口增加導致土壤環境承載力下降）。情景四與情景一對比顯示，進一步采取改善措施，如降低第二產業增長率，提高工業固廢綜合利用率等將會抵消新增集聚人口對土壤環境承載力產生的不利影響。

圖4 不同情景下的生活垃圾與生活污水排放量模擬

圖5 不同情景下鄭州市土壤環境承載力

3 結論

通過對比分析認為情景4為最優化方案，即聚集較低人口規模，將人口凈遷入率控制在1.5%左右，適度降低第二產業增長率，優化產業結構，同時提高城市生活垃圾和污水處理率，提高工業固廢綜合利用率，加大環境治理力度，2020年以后空氣質量達標率將達到92%以上。2020、2030年鄭州市人均GDP將分別達到15萬元和66萬元，生態環境明顯改善，人與社會、環境和諧發展。在土壤環境承載力保持良好的發展趨勢下，經濟和社會持續、健康發展。

[1]孫志英.城市化對土壤質量演變的影響研究——以鄭州市為例[D].鄭州：河南農業大學，2004.

[2]王 倩.中原城市群土地綜合承載力研究[D].開封：河南大學，2009.

[3]喻理飛.人為干擾與喀斯特森林群落退化及評價研究[J].應用生態學報，2002，13（5）：529-532.