山西省糧食生產(chǎn)發(fā)展特征及土地資源限制性研究

邢 力, 閆翠萍, 楊萍果, 李紅軍

(1.山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 山西 臨汾041000; 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西 臨汾 041000; 3.中國(guó)科學(xué)院 遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心, 石家莊050000)

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山西省糧食生產(chǎn)發(fā)展特征及土地資源限制性研究

邢 力1,3, 閆翠萍2, 楊萍果1, 李紅軍3

(1.山西師范大學(xué) 生命科學(xué)學(xué)院, 山西 臨汾041000; 2.山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院小麥研究所，山西 臨汾 041000; 3.中國(guó)科學(xué)院 遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所農(nóng)業(yè)資源研究中心, 石家莊050000)

基于山西省1949—2012年人口、耕地和糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)，以人糧關(guān)系為核心，構(gòu)建土地資源限制性模型，從省、市、縣三個(gè)不同尺度全面分析了山西省糧食發(fā)展特征及土地資源對(duì)人口分布的影響。結(jié)果表明：(1) 縣級(jí)尺度上，2003—2012年糧食盈余地區(qū)在增加，不受土地資源承載力限制的縣級(jí)單元由42.1%增至65%，人口超載的地區(qū)減少，其中，超載地區(qū)大部分位于山西省晉北地區(qū)，晉南地區(qū)的土地資源限制度較小，糧食盈余地區(qū)所占比例較大，中部地區(qū)偏向于人糧平衡。(2) 市級(jí)尺度上，土地資源承載力以人糧平衡和土地超載為基本特征，2012年與2003年相比全省糧食盈余市級(jí)地區(qū)增加，土地超載地區(qū)減少；(3) 全省尺度上，建國(guó)初期土地承載力指數(shù)整體大于1.13，土地處于超載狀態(tài)。近十年間人口分布的土地資源限制度從27.2下降到11.8，土地資源限制度降低，人糧關(guān)系好轉(zhuǎn)?？傮w來(lái)說(shuō)，2012年的土地資源限制與2003年相比有很大程度的降低，土地超載的地區(qū)減少，人糧關(guān)系趨向改善，糧食盈余地區(qū)增加。

土地利用; 土地資源限制性; 承載力; 山西省

中國(guó)是世界人口大國(guó)且土地資源相對(duì)短缺。人口數(shù)量超過(guò)世界人口的20%，但可利用的土地僅占世界總數(shù)的7%，土地可持續(xù)利用及糧食生產(chǎn)安全問(wèn)題一直制約著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的平穩(wěn)發(fā)展[1-2]。近年來(lái)，隨著山西省人口的劇增，人糧矛盾突出，各級(jí)政府對(duì)糧食生產(chǎn)及糧食安全問(wèn)題愈發(fā)關(guān)注。山西省的人口數(shù)量與土地資源承載力之間的關(guān)系長(zhǎng)期處于吃緊狀態(tài)?！渡轿魇∪丝诎l(fā)展研究報(bào)告》對(duì)山西省未來(lái)人口發(fā)展預(yù)測(cè)可知，2020年的總?cè)丝跀?shù)將達(dá)到3 654萬(wàn)人。因此，面臨著環(huán)境資源的緊缺，尤其是淡水資源匱乏及土地資源的持續(xù)利用問(wèn)題，嚴(yán)重制約了山西省人口數(shù)量與土地資源承載的可持續(xù)發(fā)展。當(dāng)前，國(guó)內(nèi)外學(xué)術(shù)界對(duì)于土地資源承載能力[3-4]和糧食生產(chǎn)潛力[5-6]以及土地資源的可持續(xù)利用問(wèn)題[7-8]備受關(guān)注，我國(guó)土地管理局、中科院地理科學(xué)與資源研究所等單位對(duì)我國(guó)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力及人口承載力開(kāi)展了不同時(shí)空尺度的評(píng)估研究[9]。其中關(guān)于山西省耕地資源及區(qū)域糧食安全問(wèn)題也有研究，楊苗就臨汾市近25 a的耕地資源與糧食生產(chǎn)動(dòng)態(tài)做了分析，研究表明總的耕地面積不斷增加，但人均耕地面積減少，耕地資源空間變化差異明顯[10]。本文依據(jù)山西省近60多年的糧食生產(chǎn)發(fā)展及不同尺度的土地資源承載力空間格局變化進(jìn)行了深入研究。以人糧發(fā)展關(guān)系為核心，首先討論1949—2012年山西省糧食生產(chǎn)特點(diǎn)，立足于土地資源對(duì)人口分布的約束問(wèn)題，構(gòu)建LCC土地資源承載力(land carrying capacity )和LCCI土地資源承載力指數(shù)(land carrying capacity)模型，從不同尺度分析山西省土地資源承載力空間格局的現(xiàn)狀，將為山西省人口與糧食可持續(xù)發(fā)展及區(qū)域糧食生產(chǎn)安全提供參考依據(jù)。

1　研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來(lái)源

山西省地理坐標(biāo)為110°14′—114°33′E，34°34′—40°44′N,東部以太行山與河北省毗鄰,西南部與陜西、河南省隔黃河相望。北部以外長(zhǎng)城為界和內(nèi)蒙古相毗連，全境總面積為15.6萬(wàn)km2。山西省按地貌劃分，平原、丘陵和山區(qū)的比例大體是2∶4∶4。山西省現(xiàn)轄11個(gè)地級(jí)市，119個(gè)縣級(jí)行政單位。其中市轄區(qū)23個(gè)，縣級(jí)市11個(gè)，縣域單位85個(gè)。2012年總?cè)丝跀?shù)量已達(dá)3 610.83萬(wàn)，其中農(nóng)業(yè)人口已達(dá)2 326.73萬(wàn)，非農(nóng)業(yè)人口達(dá)1 171.99萬(wàn)，城鎮(zhèn)化率為49.68%，糧食總量為1 274.1萬(wàn)t，人均糧食占有量為547.6 kg。

本文的研究數(shù)據(jù)來(lái)源于《山西省統(tǒng)計(jì)年鑒》,包括1949—2012年山西省年末總?cè)丝跀?shù)、耕地面積及糧食產(chǎn)量等。由于自然因素和氣候因素對(duì)糧食總產(chǎn)量的影響，在研究分縣土地資源承載力的同時(shí)，對(duì)其進(jìn)行了3 a為一周期的處理，例如2010—2012年糧食總產(chǎn)量的平均值來(lái)代替2012年的糧食總產(chǎn)量。

2　研究方法

2.1土地資源承載力(LCC)模型及土地資源承載力指數(shù)(LCCI)模型

土地資源承載力又稱土地忍耐力，它是指某地區(qū)在維持相對(duì)穩(wěn)定的前提下，其土地資源所能容納的人口數(shù)量及經(jīng)濟(jì)規(guī)模的大小。其中包括人均消費(fèi)及糧食產(chǎn)量、人類需求及土地資源供給間的平衡關(guān)系[11]。本文中的糧食指山西省主要糧食產(chǎn)量，包括小麥、高粱、玉米、豆類等。

本文以山西省糧食產(chǎn)量為依據(jù)，以人糧關(guān)系為核心，將現(xiàn)實(shí)人口數(shù)量與理論人口承載數(shù)量作對(duì)比，構(gòu)建土地資源承載力(LCC)模型[3]和土地資源承載力指數(shù)(LCCI)模型[7]來(lái)計(jì)算山西省土地資源承載力水平,公式如下：

LCCi=Gi/Gpci

(1)

LCCIi=Pai/LCCi

(2)

Rpi=(Pai-LCCi)/LCCi×100%=(LCCIi-1)×100%

(3)

Rgi=(LCCi-Pai)/LCCi×100%=(1-LCCIi)×100%

(4)

PLIi=PRIi/Pai×100%

(5)式中：LCCi為i分市的土地資源承載力；Gi為糧食總產(chǎn)量，也可以表示該地的土地生產(chǎn)力；Gpci為人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(400kg/人)[12-13]；LCCIi表示土地資源承載指數(shù)，Pai為現(xiàn)實(shí)人口數(shù)量；Rpi為人口超載率；Rgi為糧食盈余率；PLIi為土地資源承載限度；PRIi為人口超載數(shù)量，即現(xiàn)實(shí)人口數(shù)量與土地資源承載力的差值[14-16]。

根據(jù)LCCi和Pai的大小可以將土地資源承載力劃分為3種類型：當(dāng)LCCiPai時(shí)，糧食盈余(即區(qū)域的糧食總量超過(guò)現(xiàn)實(shí)人口總量)?；贚CCI的土地資源承載力分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，可以將土地資源承載力細(xì)分為8個(gè)級(jí)別，在此基礎(chǔ)上本文首先以縣級(jí)為單元，定量分析2003—2012年近10 a分縣、市、省人口分布的土地資源限制性，評(píng)價(jià)山西省10 a來(lái)土地資源限制度的空間變化趨勢(shì)。

表1　基于LCCI的土地資源承載力分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

注:表中數(shù)據(jù)來(lái)源于文獻(xiàn)[17]；Rp為人口超載率；Rg為糧食盈余率。

2.2糧食生產(chǎn)波動(dòng)及波動(dòng)指數(shù)

糧食生產(chǎn)波動(dòng)是指該地區(qū)糧食年度總產(chǎn)量的實(shí)際變化偏離正常糧食產(chǎn)量的變動(dòng)趨勢(shì)，用GYFI波動(dòng)指數(shù)(Grain yield fluctuation index )[18-20]來(lái)表示。公式如下：

(6)

3　結(jié)果與分析

3.1山西省的土地資源限制性及糧食生產(chǎn)發(fā)展的態(tài)勢(shì)分析

3.1.1縣級(jí)尺度縣級(jí)尺度的土地資源承載力研究表明：2012年與2003年相比，山西省糧食盈余的縣區(qū)明顯增加，土地超載地區(qū)逐漸減少，人糧關(guān)系明顯趨于改善(圖1、表2、表3)。

2003年的糧食盈余地區(qū)共包括17個(gè)縣域，人口數(shù)量與土地面積分別占山西省人口總數(shù)及總面積的11.9%和15.8%，其中糧食盈余的地區(qū)最多，占山西省總縣域數(shù)量的7.5%，糧食充裕地區(qū)次之(占6.5%)，富富有余的地區(qū)最少(占1.9%)；人口超載地區(qū)共62個(gè)縣域，人口數(shù)量與土地面積分別占到山西省總?cè)丝谂c總面積數(shù)的67.6%和57.2%，這些地區(qū)表現(xiàn)為人糧關(guān)系緊張，糧食較為虧缺，急需改善緊張關(guān)系；28個(gè)縣處于人糧平衡狀態(tài)，人口與土地面積分別占20.6%和27.0%，這些地區(qū)大體分布較為分散，在人口超載地區(qū)和糧食盈余地區(qū)中交叉出現(xiàn)。

2012年的糧食盈余地區(qū)比2003年大大增多，共有53個(gè)縣，人口數(shù)量與土地面積分別占山西省總?cè)丝跀?shù)和總面積數(shù)的44.5%和48.4%，其中富富有余的縣域出現(xiàn)12個(gè)，富裕的縣域出現(xiàn)29個(gè)，盈余縣域出現(xiàn)12個(gè)，糧食盈余縣域數(shù)占山西省總縣域數(shù)的49.5%，表明這些縣為人糧關(guān)系良好，糧食尚有結(jié)余。人口超載地區(qū)共有35個(gè)縣，人口與土地面積分別占山西省總?cè)丝跀?shù)和總面積數(shù)的40.2%和16.1%，與2003年相比縣域數(shù)量減少了一半，說(shuō)明人糧關(guān)系有所改善，但這些縣人口處于超載狀態(tài)，需進(jìn)行調(diào)整。人糧平衡的地區(qū)包括19個(gè)，人口數(shù)量和土地面積分別占山西省人口總數(shù)及總面積數(shù)的15.3%和18.1%，這些地區(qū)表現(xiàn)為人口糧食關(guān)系較好，糧食有余或臨界超載，人口與糧食發(fā)展較為均衡，分布空間比較集中。

3.1.2市級(jí)尺度分市土地資源承載力研究表明，土地資源承載力以人糧平衡和土地超載為主要特征。2012年與2003年相比糧食盈余地區(qū)增加了6個(gè)，比例達(dá)到了54.5%，人糧平衡與土地超載地區(qū)均有所減少(表4)。

2003年山西省人糧關(guān)系非常緊張，未出現(xiàn)糧食盈余地區(qū)，人糧平衡地區(qū)只有朔州市、忻州市、長(zhǎng)治市、臨汾市4個(gè)，共占山西省11個(gè)市區(qū)的36.4%，表現(xiàn)為人口與糧食發(fā)展比較均衡,糧食平衡有余或臨界超載。大同市、晉中市、晉城市、太原市、陽(yáng)泉市、呂梁市和運(yùn)城市，這7個(gè)地區(qū)處于土地超載狀態(tài),共占山西省總市區(qū)的63.6%，表現(xiàn)為人糧關(guān)系突出，人口超載。

2012年分市土地承載力以糧食盈余和土地超載為基本特征。其中，糧食盈余地區(qū)出現(xiàn)6個(gè)市，分別是：朔州市、忻州市、長(zhǎng)治市、臨汾市、晉中市、運(yùn)城市，占全省市區(qū)總數(shù)的54.5%，比2003年增加了6個(gè)地區(qū)；人糧平衡的市區(qū)僅有晉城市，占全省市區(qū)總數(shù)的9.1%，與2003年相比，減少了3個(gè)地區(qū)；土地超載地區(qū)出現(xiàn)了4個(gè)，分別是：大同市、太原市、陽(yáng)泉市、呂梁市，占市區(qū)總數(shù)的36.4%，與2003年相比減少了3個(gè)地區(qū)，人糧關(guān)系趨于改善。

圖1　山西省土地資源承載力空間格局表2　2003年山西省分縣土地資源承載力評(píng)價(jià)

類型土地承載狀況分縣數(shù)量/個(gè)比例/%土地面積/104km2比例/%人口數(shù)量/萬(wàn)人比例/%糧食盈余或虧缺數(shù)量/萬(wàn)t富富有余21.90.42.628.90.925.3糧食盈余富裕76.50.85.4158.64.8101.3盈余87.51.27.7203.96.2100.3小計(jì)1715.92.515.8391.411.9226.9平衡有余1211.21.811.82367.198.9人糧平衡臨界超載1614.62.415.2445.113.4170.5小計(jì)2826.24.227681.120.6269.4超載76.51.16.8207.16.268.3過(guò)載109.31.59.6298.1988.6人口超載嚴(yán)重超載4542.16.340.81736.652.4305.7小計(jì)6257.98.957.22241.867.6462.6總計(jì)10710015.51003314.3100958.9

表3　2012年山西省分縣土地資源承載力評(píng)價(jià)

表4　2003年和2012年山西省分市土地資源承載力評(píng)價(jià)

3.1.3全省尺度通過(guò)分析山西省的土地資源承載力，結(jié)果表明1949—2012年土地資源承載力趨于增強(qiáng)，人口與糧食關(guān)系也趨于平衡，但由于人口數(shù)量不斷增加，人糧關(guān)系仍處于緊張狀態(tài)(圖2)。具體來(lái)看：建國(guó)以后山西省的土地承載力指數(shù)LCCI大于1.13，土地資源承載力水平表現(xiàn)為糧食短缺，土地超載的狀態(tài)。2009—2012年，土地資源承載力與人口規(guī)模的緊張狀態(tài)略有好轉(zhuǎn)。

圖2　山西省歷年來(lái)土地資源承載能力分析

圖3　1949-2012年山西省糧食產(chǎn)量波動(dòng)情況

3.2基于人口分布的土地資源限制度

(1) 分縣和分市的土地資源限制度研究表明，2003年和2012年大部分地區(qū)人口分布的土地資源限制度差異較大。具體說(shuō)來(lái)，2003年生活在超載地區(qū)的人口總數(shù)占全省總?cè)丝跀?shù)的67.6%，超載人口已達(dá)2 241.8萬(wàn)人。2012年生活在土地超載地區(qū)的人口比2003年下降了870.5萬(wàn)人，占全省總?cè)丝跀?shù)量的24.1%，糧食產(chǎn)量也比2003年增加了315.23萬(wàn)t。2003年出現(xiàn)的人口超載縣域有62個(gè)，其中臨界超載的縣域出現(xiàn)16個(gè)；超載的縣域出現(xiàn)6個(gè)；過(guò)載的縣域出現(xiàn)10個(gè)；嚴(yán)重超載的縣域出現(xiàn)45個(gè)，占超載人口總數(shù)量的59.1%。土地資源限制度已達(dá)到27.6%。2012年出現(xiàn)的人口超載縣域較2003年而言僅有35個(gè)，臨界超載的縣域減少了8個(gè)；超載縣域增加了2個(gè)；過(guò)載縣域減少了10個(gè)；嚴(yán)重超載縣域減少了25個(gè)，占超載總?cè)丝跀?shù)量的56.2%，比2003年減少了2.9個(gè)百分點(diǎn)，土地資源限制度也低至11.8%。

總體而言，從2003—2012年近十年來(lái)，山西省的土地資源限制度在降低，分市的人糧關(guān)系好轉(zhuǎn)。其中，大部分縣域人口分布的土地資源限制度處于較低水平，糧食盈余的縣域在增加，人口超載地區(qū)在減少，人糧關(guān)系趨于改善。

(2) 從全省的角度來(lái)看：建國(guó)以來(lái)，隨著土地資源承載力的穩(wěn)步上升，全省人口分布的土地資源限制度在逐步下降。就2003年，2012年相比較而言，2003年的土地資源限制度為27.2，約有68%的人口生活在土地資源超載區(qū)，超載人口達(dá)到0.2億，其中土地資源限制度為負(fù)值的地區(qū)有朔州市和長(zhǎng)治市，太原市的土地資源最為緊張，其土地資源限制度已達(dá)83%，急需對(duì)總?cè)丝谶M(jìn)行控制。2012年土地資源限制度較2003年相比約為11.8，土地資源限制度為負(fù)值的地區(qū)提高至7個(gè)，分別是朔州市、忻州市、晉中市、長(zhǎng)治市、晉城市、臨汾市、運(yùn)城市，其中太原市的土地資源限制度也有所控制，從83.1%下降至81%?？傮w說(shuō)來(lái)，限制度的下降表明從2003—2012年的人口與土地之間的適宜程度在提升，2012年超載地區(qū)的人口總數(shù)僅有0.1億人(圖4)。

圖4　2003年和2012年山西省土地資源限制度演化趨勢(shì)

4　結(jié) 論

(1) 山西省糧食盈余的縣市在增加，土地超載的地區(qū)在減少，人糧關(guān)系趨于改善,分縣的土地資源承載力以土地超載和糧食盈余為其特征。2003—2012年分縣糧食盈余地區(qū)增加，基本不受土地資源限制的分縣單元由42.1%增至65%，人口超載地區(qū)減少。其中，超載地區(qū)大部分位于山西省晉北地區(qū)，晉南地區(qū)的土地資源限制度較小，糧食盈余地區(qū)所占比例較大，中部地區(qū)偏向于人糧平衡。

(2) 分市人口的土地資源限制程度呈下降趨勢(shì),以人糧平衡和土地超載為其特征。2012年與2003年相比糧食盈余地區(qū)增加了6個(gè)，比例達(dá)到了54.5%，人糧平衡與土地超載地區(qū)均有所減少?？傮w來(lái)說(shuō)，2012年的土地資源限制度與2003年相比有很大程度降低，土地超載地區(qū)減少，糧食盈余地區(qū)增加，人糧關(guān)系趨于改善。

(3) 全省角度來(lái)看：自1949年以來(lái)，土地資源承載力趨于增強(qiáng)，土地承載力指數(shù)整體大于1.13，土地仍處于超載狀態(tài)。從2003—2012年，人口分布的土地資源限制度從27.2下降到11.8，人口分布的土地資源限制度降低，人糧關(guān)系好轉(zhuǎn)。在此基礎(chǔ)上，全省應(yīng)對(duì)已開(kāi)發(fā)利用的土地資源進(jìn)行合理耕種、節(jié)約用地、控制人口數(shù)量增長(zhǎng)，因地制宜的全面規(guī)劃，使得全省土地資源利用更為合理，人糧關(guān)系更為和諧。

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Development of Grain Production and Research on Land Resources Restriction Constraints in Shanxi Province

XING Li1,2, YAN Cuiping2, YANG Pingguo1, LI Hongjun2

(1.SchoolofLifeScience,ShanxiNormalUniversity,Linfen,Shanxi041000,China; 2.CenterforAgriculturalResourcesResearchInstituteofGeneticsandDevelopmentalBiology,ChineseAcademyOfSciences,Shijiazhuang050000,China)

With the growth of population, the issues of land carrying capacity and food safety have attracted worldwide attention. Based on the relationship between population and grain production and the impact of land resources on population，we established a land resources constraint model series of index system and models to evaluate the capacity of land resources restriction for human population distribution in Shanxi Province using the data of grain production and population during the period from 1949 to 2012. In addition, the spatiotemporal features patterns of land resources restriction on population distribution in Shanxi Province were assessed comprehensively in the period from 2003 to 2012 at province, city prefecture and county levels with the goal of providing scientific foundation for the sustainable development of food and population. Limited degree, spatial pattern and changing pattern of land resources restriction on population pattern were also quantitatively revealed. The results showed that: (1) at the county level, the relationship between population and grain production tended to be improved from 2003 to 2012, about 42.2% and 65% of the counties in Shanxi Province were unaffected by land resources restriction respectively in 2003 and 2012; (2) at the city prefecture level, the relationship between population and grain production was improved from 2003 to 2012, the land resources constraints of land resources on production distribution had significant differences on provincial scale, and were at low level in the most of cities prefectures, the restriction degree of land resources on population distribution overall showed a downward trend at the city level during the period from 2003 to 2012; (3) at provincial level, the carrying capacity of land resources has been enhanced since 1949, the limited constraints degree of land resources on population distribution in Shanxi Province declined during the period from 2003 to 2012, down to 11.8 from 27.2 to 11.8 during the peripd from 2003 to 2012. On the whole, land resource constraints in 2012 were much smaller than those in 2003 compared to a great degree of reduction, as food surplus areas increased and overloaded land areas reduced during the period from 2003 to 2012, people tended to harmony.

land use; land resources constraints; land carrying capacity; Shanxi Province

2015-05-28

2015-07-20

國(guó)家自然科學(xué)面上基金“農(nóng)田土壤磁化率與微量金屬含量相關(guān)性及空間格局研究”(31272258)

邢力(1989—),女,山西襄汾人,碩士研究生,主要從事農(nóng)田土壤資源利用研究。E-mail:sxlfxl3304@163.com

楊萍果(1974—),女,山西襄汾人,博士,副教授,主要從事農(nóng)田土壤資源利用研究。E-mail:lfypg@126.com,15135350928

F062.1

A

1005-3409(2016)04-0185-06