黑河中游地區(qū)內(nèi)陸河流域耕地壓力動態(tài)分析與預測

付士波++朱前濤++杜莖深

摘 要 以黑河中游地區(qū)為例，對內(nèi)陸河流域耕地壓力進行動態(tài)分析與預測。在對該流域2003-2012年耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎上，計算最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)，運用自回歸預測模型對該區(qū)域未來10 a的耕地壓力指數(shù)進行預測。研究結(jié)果表明：2003-2012年，該區(qū)域耕地壓力指數(shù)不斷降低，未來10 a進一步降低，但始終保持在1之上，糧食消費水平高于耕地生產(chǎn)力的供給水平，糧食安全形勢嚴峻，需進一步加強對耕地的保護。

關鍵詞 內(nèi)陸河流域；耕地壓力；動態(tài)分析；預測；黑河中游地區(qū)

中圖分類號：F301.21 文獻標志碼：A 文章編號：1673-890X（2014）12-0121-04

西北干旱區(qū)的內(nèi)陸河流域?qū)儆谏鷳B(tài)脆弱敏感地區(qū)，近年來，由于社會經(jīng)濟發(fā)展、人口急劇增長和非農(nóng)用地大量擠占耕地致使環(huán)境不斷惡化。耕地作為內(nèi)陸河流域最重要的生態(tài)資源，對糧食安全和保持生物多樣性發(fā)揮著重要的作用。黑河作為我國第2大內(nèi)陸河，其中游地區(qū)是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域的典型代表，由此，利用耕地壓力指數(shù)模型，對該地區(qū)的耕地壓力動態(tài)變化進行定量分析，以期為干旱半干旱地區(qū)的耕地預警和耕地保護政策的制定提供

依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

采用耕地壓力指數(shù)模型[1]，通過分析2002-2011年黑河中游地區(qū)的人口、耕地面積、糧食作物播種面積及糧食產(chǎn)量等指標的動態(tài)變化，計算出不同時期的最小人均耕地面積與耕地壓力指數(shù)，進而分析其面臨的耕地保護態(tài)勢。

最小人均耕地面積是在一定區(qū)域范圍內(nèi)，一定糧食自給水平和耕地生產(chǎn)力條件下，為了滿足人口正常生活的糧食消費所需的耕地面積，它是糧食自給率、糧食消費水平、耕地生產(chǎn)力水平等因子的函數(shù)，公式為：

式中：K為耕地壓力指數(shù)；Sa為實際人均耕地面積。

耕地壓力指數(shù)能夠客觀反映耕地壓力的動態(tài)變化趨勢，并給出了耕地保護的閥值。某一特定點的耕地壓力指數(shù)K值與1的偏離程度代表了人均耕地面積警戒值和實際值的偏離程度，偏離越大，表明耕地壓力越明顯[2]。

該模型顯示，最小人均耕地面積與人均食物需求量、食物自給率成正比，而與食物產(chǎn)量、食物播種面比重和復種指數(shù)成反比。因此，在耕地食物生產(chǎn)力不變而人均食物消費水平及食物自給水平較高時，要求有較大的最小人均耕地面積；在保持一定食物自給率和食物消費水平條件下，隨著食物產(chǎn)量水平提高及食物播耕地利用指數(shù)增大，所需最小人均耕地面積減小。

2.2 數(shù)據(jù)來源

該文數(shù)據(jù)主要來源于2002-2012年《甘肅統(tǒng)計年鑒》①、《中國縣（市）社會經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》《張掖市統(tǒng)計年鑒》《甘肅省第二次全國農(nóng)業(yè)普查資料匯編（農(nóng)村卷）》等相關統(tǒng)計

資料。

3 黑河中游地區(qū)耕地壓力動態(tài)變化的定量分析

3.1 數(shù)據(jù)的無量綱化處理

耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等各因子，具有不同的量綱和量綱單位，為了消除由此帶來的不可公度性，在對其進行多指標綜合評價分析時，作無量綱化處理，并繪制各因子變化的趨勢曲線圖（圖1）。由此，采用無量綱標準化法處理各因子，公式為：

式中，為標準觀測值；為觀測值；為樣本均值；為樣本標準差。

圖1 耕地壓力指數(shù)各因子變化趨勢

3.2 耕地壓力指標動態(tài)變化

人口數(shù)量的時空分布和動態(tài)變化。黑河流域普遍存在不同程度的生態(tài)環(huán)境惡化問題，其中主要表現(xiàn)為，上游天然林草退化導致生物多樣性減少；中游水資源短缺、水土流失嚴重；下游旱災頻發(fā)，河流湖泊干涸。上下游地區(qū)生態(tài)問題最為突出，故黑河流域的人口分布不均且密度低，上、下游人口僅占流域人口的13.44%，絕大部分人口居住在水資源相對豐富的中游地區(qū)[3]。2003年該地區(qū)總?cè)丝?26.91萬，2012年120.46萬，占流域人口的86.56%，人口增長總體趨于穩(wěn)定。

耕地面積的時空分布和動態(tài)變化。2012年末，黑河中游地區(qū)土地面積419.38萬 hm2，耕地面積

21.4萬 hm2，占5.1%。該區(qū)域耕地面積逐年增加，隨著黑河中游人口劇增，受干旱區(qū)綠洲土地生產(chǎn)力的限制，只有通過開發(fā)未利用土地中的灘涂、荒草地等來增加耕地面積來滿足當?shù)厝丝趯Z食的需求。人均耕地面積的變化趨勢與耕地面積的變化趨勢基本吻合[4]。

糧食總產(chǎn)量呈現(xiàn)出波浪式增加的趨勢，由74.38萬 t增長到119.24萬 t。受報酬遞減規(guī)律制約，2009年以后糧食產(chǎn)量的增幅放緩。

3.3 耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

最小人均耕地面積是保障該區(qū)域糧食安全的底線。為計算最小人均耕地面積，需確定各相關因子的數(shù)值。中國農(nóng)業(yè)科學院唐華俊[5]基于平衡膳食模式提出人均糧食需求量為386.6 kg/人，糧食自給率可以根據(jù)歷年糧食消耗量與糧食產(chǎn)量比值得到，復種指數(shù)為耕地上全年內(nèi)農(nóng)作物的總播種面積與耕地面積之比。據(jù)此，結(jié)合相關統(tǒng)計資料，得到各指標統(tǒng)計數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 2003年-2013年耕地壓力指數(shù)變化曲線圖

自2003年以來，歷年的耕地壓力指數(shù)均大于1，表明該區(qū)域的糧食供給小于需求，糧食處于不安全狀態(tài)。近年來，隨著人口增加、人均糧食需求量增加、建設用地擴大、生態(tài)退耕等因素的影響，該區(qū)域的人均耕地面積不斷減少，耕地保護形勢嚴峻。2010年以來，隨著退耕還林還草工程的進行，耕地面積有所減少，但通過土地復墾和嚴格限制建設用地占用耕地[6]，該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)逐年

降低。

4 耕地壓力指數(shù)的趨勢預測

根據(jù)表2，變量耕地壓力指數(shù)值按時間序列呈自相關性，可建立該變量的自回歸模型，并由此對其發(fā)展變化趨勢進行預測。endprint

4.1 時間序列的自相關性判斷

自相關性是建立自回歸模型的基礎，只有具有顯著相關性的時間序列才可以建立自回歸模型，所以需對耕地壓力指數(shù)時間序列的自相關性進行判斷。

其i階自相關系數(shù)ri[7]為：

4.3 耕地壓力指數(shù)預測

運用該模型進行預測計算，可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖（如圖3所示）。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預測趨勢圖

結(jié)果顯示，在未來10 a，該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢，但壓力指數(shù)仍然大于1，說明實際人均耕地面積小于最小人均耕地面積，此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟活動的加強和生態(tài)環(huán)境的約束，建設用地的擴張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強對耕地的保護，提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年，黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進行預測，也呈降低趨勢，但耕地壓力指數(shù)始終在1之上，2022年最低值為1.20。這表明，2003-2022年，該區(qū)域的耕地壓力十分明顯，加上生態(tài)環(huán)境脆弱，特別是水資源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平，減輕耕地壓力，保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎上，對耕地壓力指數(shù)進行的預測，其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多，因而在預測方法上有待完善，在研究內(nèi)容上尚需進一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計年鑒》更名為《甘肅年鑒》，2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

參考文獻

[1] 蔡運龍，傅澤強，戴爾阜.區(qū)域最小人均耕地面積與耕地資源調(diào)控[J].地理學報，2002，57（2）：127-134.

[2] 李晶，任志遠，周自翔.區(qū)域糧食安全性分析與預測[J].資源科學，2005，27（4）：89-94.

[3] 高新才，趙玲.黑河流域人口承載力預測分析[J].西北人口，2010（3）：119-123.

[4] 居玲化，石培基，等.張掖綠洲耕地和建設用地變化驅(qū)動力比較研究[J].水土保持通報，2009，29（5）：156-159.

[5] 唐華俊.基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學，2012，45（11）：2315-2327.

[6] 馮金.張掖市糧食產(chǎn)量波動分析[J].河西學院學報.2010（2）：64-68.

[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

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4.1 時間序列的自相關性判斷

自相關性是建立自回歸模型的基礎，只有具有顯著相關性的時間序列才可以建立自回歸模型，所以需對耕地壓力指數(shù)時間序列的自相關性進行判斷。

其i階自相關系數(shù)ri[7]為：

4.3 耕地壓力指數(shù)預測

運用該模型進行預測計算，可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖（如圖3所示）。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預測趨勢圖

結(jié)果顯示，在未來10 a，該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢，但壓力指數(shù)仍然大于1，說明實際人均耕地面積小于最小人均耕地面積，此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟活動的加強和生態(tài)環(huán)境的約束，建設用地的擴張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強對耕地的保護，提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年，黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進行預測，也呈降低趨勢，但耕地壓力指數(shù)始終在1之上，2022年最低值為1.20。這表明，2003-2022年，該區(qū)域的耕地壓力十分明顯，加上生態(tài)環(huán)境脆弱，特別是水資源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平，減輕耕地壓力，保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎上，對耕地壓力指數(shù)進行的預測，其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多，因而在預測方法上有待完善，在研究內(nèi)容上尚需進一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計年鑒》更名為《甘肅年鑒》，2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

參考文獻

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[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

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4.1 時間序列的自相關性判斷

自相關性是建立自回歸模型的基礎，只有具有顯著相關性的時間序列才可以建立自回歸模型，所以需對耕地壓力指數(shù)時間序列的自相關性進行判斷。

其i階自相關系數(shù)ri[7]為：

4.3 耕地壓力指數(shù)預測

運用該模型進行預測計算，可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖（如圖3所示）。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預測趨勢圖

結(jié)果顯示，在未來10 a，該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢，但壓力指數(shù)仍然大于1，說明實際人均耕地面積小于最小人均耕地面積，此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟活動的加強和生態(tài)環(huán)境的約束，建設用地的擴張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強對耕地的保護，提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年，黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進行預測，也呈降低趨勢，但耕地壓力指數(shù)始終在1之上，2022年最低值為1.20。這表明，2003-2022年，該區(qū)域的耕地壓力十分明顯，加上生態(tài)環(huán)境脆弱，特別是水資源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平，減輕耕地壓力，保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎上，對耕地壓力指數(shù)進行的預測，其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多，因而在預測方法上有待完善，在研究內(nèi)容上尚需進一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計年鑒》更名為《甘肅年鑒》，2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

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[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學中的數(shù)學方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

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