張 靜, 秦公偉

(1.陜西理工學院 歷史文化與旅游學院, 陜西 漢中 723001; 2.陜西理工學院 生物與工程學院, 陜西 漢中 723001)

漢江水源地土地資源承載力時空格局研究

張 靜1, 秦公偉2

(1.陜西理工學院 歷史文化與旅游學院, 陜西 漢中 723001; 2.陜西理工學院 生物與工程學院, 陜西 漢中 723001)

從糧食、耕地、人口的角度出發(fā)，利用土地承載模型、土地承載指數(shù)和趨勢分析法，借助GIS技術(shù)，研究了漢中市縣域尺度土地承載力的時空變化特征，并預(yù)測了該市2020年耕地資源承載潛力。結(jié)果表明：(1) 從時間上來看，20世紀90年代漢中市土地承載處于人糧基本平衡狀態(tài)，2000年以后土地承載指數(shù)開始上升，人糧關(guān)系出現(xiàn)緊張，截至2010年表現(xiàn)為土地過載現(xiàn)象。(2) 空間來看，寧強、略陽、西鄉(xiāng)自20世紀90年代始人口就略顯超載，山區(qū)縣由農(nóng)業(yè)生產(chǎn)粗放的經(jīng)營轉(zhuǎn)為多種因素綜合作用下的區(qū)域糧食安全隱患。(3) 對比2020年全國糧食作物單產(chǎn)為5 370～5 810 kg/hm2,加快農(nóng)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強農(nóng)業(yè)科技投入力度，可在區(qū)域范圍內(nèi)保證糧食安全。

土地承載力; 時空差異; 漢江水源地; 漢中市

經(jīng)濟的飛速發(fā)展和城市化進程的加快，使人類賴以生存的耕地資源不斷向非農(nóng)用地進行轉(zhuǎn)移，耕地資源銳減，人地矛盾日益突出，表現(xiàn)為區(qū)域糧食安全問題加劇。耕地既是重要的生產(chǎn)要素，也是糧食安全保障的根基[1]，保證一定數(shù)量和質(zhì)量的耕地資源，是穩(wěn)定糧食生產(chǎn)和保障農(nóng)業(yè)發(fā)展的基礎(chǔ)。因此，糧食安全保障和土地資源承載力研究越來越受到廣泛關(guān)注。我國土地承載力研究源自20世紀80年代，其中最具代表性的是《中國土地資源生產(chǎn)能力及人口承載量研究》。其發(fā)展趨勢：(1) 由基于“耕地—糧食—人口”關(guān)系為主的土地承載力向土地生產(chǎn)潛力轉(zhuǎn)變；(2) 由單一指標的測算發(fā)展為綜合指標的測算。(3) 21世紀以來，RS和GIS技術(shù)廣泛應(yīng)用于土地承載力研究，既提高了土地承載力研究的技術(shù)手段和方法，又促進時空結(jié)合直觀地反映其變化特征[2-8]。漢江水源地位于秦巴山區(qū)，既是我國南水北調(diào)中線工程水源地，又是全國生態(tài)功能保障區(qū)。其自然災(zāi)害頻發(fā)，耕地資源有限。為了保證區(qū)域糧食安全和城市的可持續(xù)發(fā)展，有必要開展土地資源承載力的研究，以期為區(qū)域人口政策的制定和土地利用的優(yōu)化提供科學支撐，更好地實現(xiàn)水源涵養(yǎng)和生態(tài)環(huán)境保護功能，促進區(qū)域可持續(xù)發(fā)展。

1 研究區(qū)概況

漢中市位于陜西省西南部，地處秦巴山區(qū)西段，北依秦嶺，南屏巴山，屬川、陜、甘三省毗鄰地區(qū)。東西長258.6 km，南北寬192.9 km，土地總面積27 246 km2，漢中盆地海拔在500 m左右。地貌類型多樣，以山地為主，占總土地面積的75.2%(其中低山占18.2%，高中山占57.0%)，丘陵占14.6%，平壩占10.2%。氣候溫和濕潤，年平均氣溫14.2℃，年平均降水量952.8 mm。全市轄漢臺區(qū)和南鄭、城固、洋縣、勉縣、西鄉(xiāng)、略陽、寧強、鎮(zhèn)巴、留壩、佛坪十縣一區(qū)。截至2010年，總?cè)丝?81.53萬人，其中非農(nóng)人口76.90萬人。地區(qū)生產(chǎn)總值509.7億元，三次產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)21.66∶39.14∶39.20。年末實有耕地20.359萬hm2，人均占有耕地為0.053 4 hm2。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

本文以區(qū)縣為基本研究單元，利用土地資源承載力的數(shù)學模型和方法[9]，建立各縣區(qū)耕地—糧食—人口承載力數(shù)學模型；同時運用趨勢分析法，預(yù)測該市未來土地承載力狀況。其中，數(shù)據(jù)主要源自《漢中市統(tǒng)計年鑒》和《陜西省統(tǒng)計年鑒》。

2.1 耕地-糧食-人口承載力測算模型

(1) 土地資源承載力(Land Carrying Capacity，LCC)模型：LCC=G/Gpc

(2) 土地承載力指數(shù)(Index of Land Carrying Capacity，LCCI)模型：LCCI=Pa/LCC；

(3) 人糧關(guān)系模型：當LCCI≤1，Rg=(1-LCCI)×100%或當LCCI≥1，Rp=(LCCI-1)×100%

式中：LCC——土地資源現(xiàn)實承載力(人)；G——土地生產(chǎn)力(kg)，以各年糧食總量計；Gpc——人均糧食消費標準，1990—1999年為370 kg/人，2000—2010年為400 kg/人計[9-10]；LCCI——土地資源承載指數(shù)；Pa——當年人口總量(人)；Rp——土地超載率；Rg——糧食盈余率。

2.2 土地資源承載力評價標準

根據(jù)土地資源承載指數(shù)和人糧平衡關(guān)系，將其劃分為3個大類，共8個級別，如表1所示。

表1 基于LCCI的耕地產(chǎn)量承載力分級評價標準[9]

3 結(jié)果與分析

3.1 漢中市人口-糧食-耕地基本概況

20世紀90年代以來，漢中市人口逐年增加，城市城鎮(zhèn)用地開始擴張，隨之產(chǎn)生了耕地數(shù)量的持續(xù)遞減，糧食產(chǎn)量也出現(xiàn)波動性下降，如圖1所示。具體表現(xiàn)為：(1) 總?cè)丝趶?990年的358.91萬人增加到2010年的381.53萬人，凈增22.62萬人，年增長率為0.3%；(2) 耕地數(shù)量從1990年的26.498萬hm2減少到2010年的20.359萬hm2，凈減6.041萬hm2，年遞減率為1.08%；(3) 糧食產(chǎn)量從1990年的141.32萬t減少到2010年的114.13萬t，凈減27.19萬t，年遞減率為0.92%。人均擁有糧食由1990年的390 kg/人，下降為300 kg/人。這些數(shù)據(jù)表明：(1) 漢中市耕地減少速度明顯快于人口增加速度。隨著人口的持續(xù)增加，勢必加劇耕地資源短缺的壓力現(xiàn)狀。同時，在一定生產(chǎn)力水平下，耕地數(shù)量的絕對減少勢必引起糧食總量的減少，危及人均糧食占有量，導致耕地—糧食—人口之間的矛盾進一步激化。(2) 糧食產(chǎn)量遞減速度略低于耕地減少速度，快于人口增加速度，使人均糧食占有量急劇下降。為保障區(qū)域糧食產(chǎn)量，當耕地數(shù)量下降時，必須加大農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入，如提高農(nóng)業(yè)機械化水平和農(nóng)業(yè)科技含量、增加農(nóng)用化肥使用量等。當這一生產(chǎn)投入過大，勢必導致能源的消耗和生態(tài)環(huán)境質(zhì)量的下降，從而使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)走上了惡性循環(huán)之路。

圖1 漢中市1990-2000年總?cè)丝?、耕地面積、人均糧食產(chǎn)量變化情況

3.2土地承載力的時間變化特征

根據(jù)耕地—糧食—人口承載力測算模型，所得如表2所示。20世紀90年代初，漢中市土地資源承載力0.875

表2 1990-2000年漢中市土地資源承載力指數(shù)和評價結(jié)果

如圖2所示，結(jié)果表明：(1) 在2000年以前漢中市土地承載力(LCC)曲線比實際總?cè)丝?Total Population，TP)曲線高，說明漢中市耕地—糧食—人口處于相對平衡狀態(tài)，且人均擁有糧食比現(xiàn)實承載力370 kg/人略高。(2) 2000年以后，漢中市實際總?cè)丝?TP)曲線比土地承載力(LCC)曲線明顯高，說明耕地—糧食—人口失衡，人地、人糧矛盾開始出現(xiàn)。(3) 土地承載力指數(shù)(LCCI)曲線持續(xù)上升，近年來有所下降。總體表現(xiàn)為5個階段：1990—1994年的平穩(wěn)階段，1995—1997年的突變階段，1997—2003年的持續(xù)上升階段，2004—2005年的突變階段，2006年至今的持續(xù)下降階段。LCCI的突變點和糧食產(chǎn)量、人均擁有糧食產(chǎn)量的突變點剛好是吻合的。說明糧食產(chǎn)量的變化直接影響土地承載的人口規(guī)模。但糧食產(chǎn)量的變化除了受生產(chǎn)投入的影響外，還受氣候變化與自然災(zāi)害的影響，已有成果證明了此觀點[11-12]。

圖2 漢中市1990-2010年總?cè)丝?、土地承載力和土地承載力指數(shù)變化情況

3.3土地承載力的空間變化特征

如圖3所示，其空間表現(xiàn)為：(1) 在20世紀90年代初，城固、勉縣、南鄭的LCCI位于0.8～0.875之間，糧食處于盈余狀態(tài)，人們有足夠的糧食滿足生活需求，漢中盆地區(qū)主要分布于漢臺區(qū)和與其相連的這三縣之處，地勢平坦，水資源豐富，土壤肥沃，具有悠久的農(nóng)耕歷史，且經(jīng)濟在各縣中較好，所以農(nóng)業(yè)發(fā)達，發(fā)展?jié)摿^大。略陽、鎮(zhèn)巴、寧強、佛坪、西鄉(xiāng)的LCCI值分別為1.34，1.32，1.22，1.17，1.14，表現(xiàn)為土地超載現(xiàn)象，糧食缺口出現(xiàn)，人口部分超載突出，人口—糧食—土地之間的矛盾開始出現(xiàn)。這些地區(qū)位于漢中市邊遠山區(qū)，自然災(zāi)害多，耕地面積少，土壤貧瘠，且受山區(qū)氣候影響，農(nóng)作物生長周期短，大部分處于廣種薄收的狀態(tài)，糧食明顯不足，生活質(zhì)量差，社會條件差。市政府所在地漢臺區(qū)LCCI為1.06，該區(qū)是政治、經(jīng)濟、文化中心，但地處西部省際毗鄰地區(qū)，經(jīng)濟不發(fā)達。由于該區(qū)域位于漢中盆地核心，土地質(zhì)量好，在90年代人口、土地和糧食相對平衡，處于臨界超載狀態(tài)。留壩的LCCI為1.09，位于山區(qū)，人少、地少、經(jīng)濟差，在當時人口—土地—糧食相對均衡發(fā)展。(2) 自1999年西部大開發(fā)以后，各縣區(qū)的LCCI都明顯上升，漢臺區(qū)土地嚴重超載，經(jīng)濟的發(fā)展和非農(nóng)業(yè)人口的增加，城市建設(shè)占用農(nóng)地，致使糧食播種面積和糧食總量下降。城固和南鄭比其他各縣經(jīng)濟發(fā)展速度快和人口的增加幅度也大，致使土地超載。截至2010年，漢臺區(qū)、略陽和西鄉(xiāng)土地嚴重超載，只有洋縣和勉縣糧食產(chǎn)量基本能夠保障當?shù)鼐用竦纳钚枨?。其他各縣已出現(xiàn)不同程度的土地過載現(xiàn)象，如附圖4所示。

其中，鎮(zhèn)巴縣糧食安全由1990年的土地過載轉(zhuǎn)為2000年的臨界超載。該年耕地2.228萬hm2，糧食總產(chǎn)量10.40萬t，人口總量27.37萬人。相比其他年份耕地減少幅度較大，人口總量不增反減，人均擁有糧食379.90 kg/人比當年平均水平337.45 kg/人還高，致使該年轉(zhuǎn)為臨界超載。主要在于1999年漢中開始實施退耕還林工程，以生態(tài)環(huán)境建設(shè)優(yōu)先，加強了水土保持工作，雖然耕地面積數(shù)量減少，但耕地質(zhì)量有所提高，受災(zāi)面積減少[13]。還有西鄉(xiāng)和略陽在2001—2002年耕地資源也大幅減少，這兩年分別減少了0.773萬hm2和0.791萬hm2，此后緩慢下降。

圖3 漢中市1990-2010年各縣區(qū)超載人口數(shù)量趨勢

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的自然條件差異使各縣農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力差異較大，土地承載力差異時空格局變化明顯。20世紀90年代漢中市經(jīng)濟發(fā)展較慢，人口增長壓力較小。自西部開發(fā)，只有經(jīng)濟發(fā)達的漢臺、城固、南鄭依次表現(xiàn)為較強的人口增長壓力。耕地面積的大幅減少主要是在陜西省實施退耕還林還草政策時期，之后逐年減少的幅度較小。糧食總產(chǎn)量在20世紀90年代末期到2003年以前經(jīng)歷了一次大幅度減少，2004年一系列有關(guān)農(nóng)業(yè)、農(nóng)村、農(nóng)民政策的實施，促進農(nóng)民種糧積極性的提高，2006年以后又小幅度上升。從以上分析得出：(1) 20世紀90年代初期，經(jīng)濟發(fā)展較慢，為了保證糧食需求，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大部分廣種薄收；(2) 20世紀90年代末，生態(tài)環(huán)境的建設(shè)使耕地數(shù)量減少，但一定程度上加強了糧食生產(chǎn)保障；(3) 21世紀以來，人口的增加和城鎮(zhèn)化的推進使耕地數(shù)量減少，但農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的科學化和農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)在保障一定耕地數(shù)量的情況下，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平有所提高。

4 預(yù)測模型和分析

4.1 預(yù)測模型的選取

考慮到區(qū)域糧食的內(nèi)部平衡和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的功能分區(qū)，本文只進行區(qū)域人口、耕地、糧食的模擬和預(yù)測，以便衡量未來區(qū)域糧食安全問題，其預(yù)測模型如下：

(1) 人口預(yù)測模型：Y=355.833×1.0033t，Y為理論人口總數(shù)，R=0.9818，t為自然數(shù)1，2，…，n，表示時間序列。

(2) 耕地預(yù)測模型：Y=278.3698×e-0.0177t，Y為理論耕地總量，R=0.9418，t為自然數(shù)1，2，…，n，表

示時間序列。

(3) 糧食產(chǎn)量預(yù)測模型：Y=150.788-4.341t+t2，Y為理論糧食產(chǎn)量，R=0.7637，t為自然數(shù)1，2，…，n，表示時間序列。

4.2 預(yù)測結(jié)果

據(jù)相關(guān)研究表明[10,14-15]，2020年我國人均糧食消費水平為400～450 kg/人，按照這樣的消費水平，計算出漢中市實際承載人口范圍。同時按照國際人均耕地警戒線0.053 3 hm2/人的水平，結(jié)合占補平衡原則，計算出在相應(yīng)人口數(shù)量下耕地資源總需求量，其結(jié)果如表3所示。

表3 漢中市2011-2020年可承載人口數(shù)量和耕地需求量的預(yù)測

對漢中市未來的土地承載力指數(shù)進行計算，其值為1.41～1.67，其人均糧食擁有量為265～285 kg/人。結(jié)果表明：未來土地處于過載狀態(tài)，甚至超載狀態(tài)，糧食缺口較大，人口超載嚴重，人口—糧食—耕地之間的關(guān)系進一步激化。目前漢中市單位耕地產(chǎn)量為5 148 kg/hm2，對比2020年全國糧食作物單產(chǎn)為5 370～5 810 kg/hm2[14]，有待農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的進一步提高。同時在現(xiàn)有土地資源利用狀態(tài)下，必須嚴格控制城市建設(shè)用地，保護基本農(nóng)田不征用，有序開展土地整治工作，加強土地管理和執(zhí)法力度。

5 結(jié)論與討論

漢中是漢水流域上游城市，對該區(qū)域土地承載力的研究，有助于區(qū)域土地資源的合理開發(fā)和利用，有助于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整、生態(tài)環(huán)境的建設(shè)及相關(guān)人口政策的實施。從上述研究顯示：

(1) 根據(jù)不同時期人均糧食需求標準，20世紀90年代漢中市耕地—糧食—人口之間處于人糧平衡狀態(tài)，截至2010年該區(qū)域人均擁有耕地0.053 4 hm2/人，瀕臨國際人均耕地警戒線，耕地—糧食—人口間的矛盾越來越激化。

(2) 從空間上來看，漢中盆地區(qū)自然條件優(yōu)越，已由糧食盈余轉(zhuǎn)為人口超載狀態(tài)，山區(qū)縣由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)粗放，農(nóng)業(yè)產(chǎn)量不高，人口承載力過高轉(zhuǎn)為多種因素綜合作用下的區(qū)域糧食安全隱患。

(3) 對比2020年全國糧食作物單產(chǎn)為5 370～5 810 kg/hm2，該區(qū)域應(yīng)加快農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)內(nèi)部結(jié)構(gòu)調(diào)整，加強農(nóng)業(yè)科技投入力度，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)率，將在區(qū)域范圍內(nèi)保證糧食安全。

漢中市具備優(yōu)越的自然環(huán)境，堅持積極“發(fā)展綠色產(chǎn)業(yè)”的戰(zhàn)略。一是遵循循環(huán)經(jīng)濟發(fā)展理念，加強高科技、低污染、高經(jīng)濟的工業(yè)生產(chǎn)；二是加強山區(qū)環(huán)境治理，有序穩(wěn)步地進行生態(tài)移民工程，落實生態(tài)補償經(jīng)費，保護區(qū)域生態(tài)環(huán)境，保障國家生態(tài)屏障效益；三是加快交通建設(shè)，積極發(fā)展第三產(chǎn)業(yè)，提高服務(wù)質(zhì)量，建立區(qū)域經(jīng)濟網(wǎng)絡(luò)鏈；四是在人口政策的有效實施下，嚴格保護耕地，重視對土地資源的保護與修復(fù)，既提高糧食產(chǎn)量，滿足區(qū)域人口糧食需求，又達到了土地資源合理利用的目標，最終實現(xiàn)經(jīng)濟—社會—生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。

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StudyonSpatiotemporalVariationofLandCarryingCapacityintheUpperBasinofHanjiangRiver

ZHANG Jing1, QIN Gong-wei2

(1.SchoolofHistoryandTourism,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China; 2.SchoolofBiologicalScienceandEngineering,ShaanxiUniversityofTechnology,Hanzhong,Shaanxi723001,China)

Hanzhong was taken as the example. From the view of population, cultivated land and yield of grain, LCC and LCCI were used to study the temporal and spatial variation of land carrying capacity based on the dimension of the county and pre-estimated the production potential of land in 2020. The results showed that: (1) from time perspective, 1990′s LCC of Hanzhong was adequate yield of grain. LCCI of Hanzhong had increased since 2000 and the status quo of LCC was overloaded till 2011; (2) from space perspective, Ningqiang, Lueyang, Xixiang County have been a little of insufficient amount since 1990, extensive production in agriculture was converted into hidden danger of food security under comprehensive effect of many factors in mountainous area; (3) compared to 5 370～5 810 kg/hm2of grain yield in 2020, speeding up the adjustment of agricultural structure, strengthening the agricultural investment in science and technology will ensure food security in this region.

land carrying capacity; spatiotemporal variation; source region of Hanjiang River; Hanzhong City

2013-12-17

：2014-01-14

陜西省教育廳專項科研計劃項目自然科學類(12JK0847);校級項目(slgky13-13);2013年國內(nèi)訪問學者項目

張靜(1981—),女,陜西漢中人,理學碩士,講師,主要研究土地資源開發(fā)與規(guī)劃利用。E-mail:zj2003y@126.com

F301.24

：A

：1005-3409(2014)05-0106-05