滁州市耕地承載定量分析

張灑灑，李 霞，樊榮榮，陳 財(cái)，余俞寒

(滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽滁州 239000)

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滁州市耕地承載定量分析

張灑灑，李 霞*，樊榮榮，陳 財(cái)，余俞寒

(滁州學(xué)院地理信息與旅游學(xué)院，安徽滁州 239000)

基于2000—2010年滁州市TM數(shù)據(jù)，結(jié)合研究區(qū)耕地生物資源數(shù)據(jù)，運(yùn)用生態(tài)足跡方法，對滁州市耕地承載進(jìn)行定量分析。結(jié)果表明：2000—2010年滁州市人均耕地減少16.4%，人均耕地面積明顯低于聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的人均耕地警戒線；2010年滁州市人均耕地生態(tài)承載力遠(yuǎn)低于全球水平，人均耕地生態(tài)承載力減少與人口數(shù)量增長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系；2000—2010年滁州市耕地生態(tài)承載等級從富富有余轉(zhuǎn)變?yōu)槌d與平衡臨界狀態(tài)，瑯琊區(qū)耕地生態(tài)承載等級由富富有余轉(zhuǎn)化為過載，南譙區(qū)耕地生態(tài)超載等級變化較小。劃定基本農(nóng)田范圍，嚴(yán)守耕地保護(hù)紅線，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高耕地整體性和機(jī)械化水平，是緩解滁州市耕地生態(tài)超載的基本措施。

土地利用；耕地；生態(tài)足跡；生態(tài)承載力；生態(tài)超載指數(shù)；滁州市

“生態(tài)足跡”概念是由Rees于1992年提出的，之后他與Wackernagel于1996年提出生態(tài)足跡計(jì)算模型[1]，將每人消耗的資源折合成全球統(tǒng)一、具有生產(chǎn)力的地域面積，通過計(jì)算區(qū)域生態(tài)足跡總供給與總需求間的差值——生態(tài)赤字或生態(tài)盈余，準(zhǔn)確地反映不同區(qū)域?qū)θ蛏鷳B(tài)環(huán)境的貢獻(xiàn)[2]?？梢姡鷳B(tài)足跡既能夠反映出個(gè)人或地區(qū)的資源消耗強(qiáng)度，又能夠反映出區(qū)域的資源供給能力和資源消耗總量，也可揭示人類持續(xù)生存的生態(tài)閾值[3]。將生態(tài)足跡需求與自然生態(tài)系統(tǒng)承載力進(jìn)行比較可定量判斷某一國家或地區(qū)目前可持續(xù)發(fā)展的狀態(tài)，以便對未來生存和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出科學(xué)規(guī)劃和建議[4]。在我國，羅璐琴等[5]以武漢市為例，應(yīng)用偏最小二乘法，在時(shí)間序列計(jì)算的基礎(chǔ)上得出1978—2004年武漢市生態(tài)足跡，構(gòu)建生態(tài)足跡動(dòng)態(tài)預(yù)測模型；牟格格等[6]利用生態(tài)足跡模型對2002—2012年安徽省生態(tài)足跡變化進(jìn)行了分析。近期對耕地生態(tài)足跡的研究主要有：施開放等[7]應(yīng)用耕地生態(tài)足跡模型和GIS 方法，確定耕地生態(tài)承載力供需平衡指數(shù)，對重慶市耕地生態(tài)承載力供需平衡狀況進(jìn)行了系統(tǒng)評價(jià)；孫秀鋒等[8]對2000—2009年重慶市耕地生態(tài)承載力時(shí)空差異進(jìn)行分析?；谏鷳B(tài)足跡與生態(tài)承載力方法對耕地生態(tài)承載進(jìn)行定量分析，可準(zhǔn)確了解區(qū)域耕地生態(tài)狀況，是進(jìn)行區(qū)域耕地生態(tài)評價(jià)的科學(xué)依據(jù)。近10年來，滁州市經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，城區(qū)范圍不斷增加，耕地面積逐漸縮小[9]，但針對滁州市的耕地承載定量研究鮮有報(bào)道。筆者以耕地承載定量分析為切入點(diǎn)，運(yùn)用生態(tài)足跡模型，結(jié)合GIS技術(shù)，對2000—2010年滁州市耕地承載時(shí)空變化進(jìn)行定量分析，為研究區(qū)生產(chǎn)、生態(tài)、經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 研究區(qū)概況 滁州市位于我國中東部，地處皖東江淮間的丘陵地帶(117°10′～119°13′ E，31°51′～33°13′ N)，地勢西高東低，多為低山丘陵。該區(qū)屬亞熱帶季風(fēng)氣候，四季分明，溫暖濕潤。年平均氣溫15.4 ℃，年均降水量1 035.5 mm。年日照總時(shí)數(shù)2 073.4 h，年無霜期210 d。研究區(qū)為滁州市瑯琊、南譙2區(qū)，總面積14.04萬km2，2010年全市總?cè)丝?5.9萬，其中農(nóng)業(yè)人口29.3萬，占總?cè)丝诒戎氐?0.7%，比2000年城市總?cè)丝谠黾?.2萬，但農(nóng)業(yè)人口占總?cè)丝诒戎販p少8%[10]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 土地利用數(shù)據(jù)來源與處理。土地利用數(shù)據(jù)來源于2000和2010年滁州市Landsat TM遙感影像，影像空間分辨率為30 m×30 m。根據(jù)滁州市土地利用情況，參照國土資源部土地利用現(xiàn)狀分類體系，將研究區(qū)土地利用劃分為耕地、林地、草地、園地、水域、建設(shè)用地和其他用地7種類型。在ArcGIS 10.0 中進(jìn)行影像解譯和編輯處理，獲得滁州市各土地利用類型數(shù)據(jù)。

1.2.2 其他數(shù)據(jù)資料的獲取。滁州市小麥、稻谷、大豆、玉米、棉花、油料、蔬菜、糖料以及人口、GDP、其他自然地理狀況數(shù)據(jù)來源于2001、2011年《滁州統(tǒng)計(jì)年鑒》和滁州市統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)庫；全球小麥、稻谷、大豆、玉米、棉花、油料、蔬菜以及糖料等相關(guān)數(shù)據(jù)來源于2001、2011 年《國際統(tǒng)計(jì)年鑒》[11]。

1.3 研究方法。

1.3.1 耕地生態(tài)足跡。生態(tài)足跡的計(jì)算基于以下2個(gè)基本事實(shí)：①人類可確定自身消費(fèi)絕大多數(shù)資源及其所產(chǎn)生廢棄物的數(shù)量；②這些資源和廢棄物流能轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的生物生產(chǎn)面積。因此，任何已知人口(一個(gè)國家、一個(gè)地方或某個(gè)人)的生態(tài)足跡是生產(chǎn)這些人口所消費(fèi)的所有資源和吸納這些人口所產(chǎn)生的所有廢棄物所需要的生物生產(chǎn)面積。

耕地生態(tài)足跡是指生產(chǎn)其消費(fèi)的資源和吸納其消費(fèi)引起的廢棄物所需要的耕地資源的空間面積。它通過測量人類對耕地生態(tài)服務(wù)的需求與區(qū)域所能提供的耕地生態(tài)服務(wù)之間的差距來比較人類對耕地資源的消費(fèi)量和耕地資源的承載量[7-8]。計(jì)算公式為：

EF=N×ef

(1)

(2)

式中，N為區(qū)域內(nèi)總?cè)丝跀?shù)；EF為區(qū)域內(nèi)耕地總生態(tài)足跡；ef為區(qū)域人均耕地生態(tài)足跡；Ai為區(qū)域人均第i種消費(fèi)項(xiàng)目折算的生物生產(chǎn)性耕地面積；i為消費(fèi)項(xiàng)目類型；Ci為區(qū)域內(nèi)第i種消費(fèi)項(xiàng)目人均消費(fèi)量；Pi為第i種消費(fèi)項(xiàng)目的全球平均生產(chǎn)力；r為耕地均衡因子(查閱文獻(xiàn)得到r=2.17[2])。

滁州市耕地生態(tài)足跡和耕地生態(tài)承載力計(jì)算涉及到耕地的生物產(chǎn)品主要有：小麥、稻谷、大豆、玉米、棉、油、蔬菜、油料。

1.3.2 耕地生態(tài)承載力。耕地的生態(tài)承載能力是該區(qū)域內(nèi)真正擁有的生物生產(chǎn)性的耕地面積，反映耕地生態(tài)系統(tǒng)供給人類活動(dòng)的程度。計(jì)算公式為：

EC=N×ec

(3)

ec=a×r×y

(4)

式中，ec為區(qū)域內(nèi)人均耕地生態(tài)承載力；EC為區(qū)域內(nèi)耕地總生態(tài)承載力；a耕地生物生產(chǎn)性土地面積人均占有量；y為耕地的產(chǎn)量因子。對于耕地產(chǎn)量因子(作物產(chǎn)量因子是作物平均產(chǎn)量與作物全球平均產(chǎn)量的比值)，大多數(shù)學(xué)者采用的是 Wackernagel 等在計(jì)算中國生態(tài)足跡時(shí)所采用的產(chǎn)量因子，即耕地為1.66[12]。此外，按照世界環(huán)境與發(fā)展委員會《我們共同的未來》建議：總生物生態(tài)足跡模型在計(jì)算生物生態(tài)承載力時(shí)，應(yīng)扣除 12% 的總生物生產(chǎn)性面積，作為生物多樣性保護(hù)地。

1.3.3 耕地生態(tài)超載指數(shù)。在對滁州市耕地生態(tài)足跡與生態(tài)承載力研究的基礎(chǔ)上，引入了生態(tài)超載指數(shù)計(jì)算模型[13]，計(jì)算公式為：

EQI=(EF-EC)/EC

(5)

式中，EF為區(qū)域內(nèi)耕地總生態(tài)足跡；EC為區(qū)域內(nèi)耕地總生態(tài)承載力；EOI表示研究區(qū)域的生態(tài)超載指數(shù)。EOI<1表示研究區(qū)耕地生態(tài)承載力大于生態(tài)足跡供給，即生態(tài)環(huán)境處于生態(tài)盈余的狀態(tài)；EOI=1表示研究區(qū)耕地生態(tài)承載力等于耕地生態(tài)足跡供給，即生態(tài)環(huán)境處于生態(tài)平衡的狀態(tài)；EOI>1時(shí)，表示研究區(qū)生態(tài)承載力小于生態(tài)足跡供給，即生態(tài)環(huán)境處于超載狀態(tài)，且EOI值越大，表明研究區(qū)的生態(tài)超載程度越嚴(yán)重。理論上，當(dāng)EOI=1時(shí)，區(qū)域處于生態(tài)平衡的狀態(tài)，但現(xiàn)實(shí)中這種情況很少，因此，該研究將值域范圍上下浮動(dòng)0.2作為平衡區(qū)，即0.8

表1 基于EOI的滁州市耕地生態(tài)超載指數(shù)分級

Table 1 The classification of cultivated land ecological overload index based onEOIin Chuzhou City

類型Types生態(tài)承載等級EcologicalcarryingleverEOI生態(tài)超載嚴(yán)重超載EOI>1.6Ecologicaloverload過載 1.4

2 結(jié)果與分析

2.1 土地利用分析 依據(jù)滁州市實(shí)際情況，對遙感影像進(jìn)行拼接、裁剪、輻射校正等預(yù)處理后，將土地分為耕地、林地、草地、園地、水域、建設(shè)用地以及其他用地7類。2000—2010年滁州市土地利用變化見圖1。由圖1可知，2000—2010年滁州市土地利用以耕地、林地和建設(shè)用地為主，2000年3種地類占土地總面積百分比分別為41.26%、23.73%和14.30%，2010年3種地類面積比例為40.8%、27.50%和15.06%，耕地面積減少，林地和建設(shè)用地面積增加。

圖1 2000—2010年滁州市土地利用變化Fig.1 Land use change in Chuzhou City during 2000-2010

從土地利用變化幅度來看，2000—2010年滁州市耕地、草地、園地、水域的面積在不斷減少，林地、建設(shè)用地和其他用地面積呈增加趨勢。面積變化幅度最大的是水域，2000—2010年水域面積所占比例從11.48%減少到3.62%，減幅達(dá)7.86%，減少速度較快；其次為草地、耕地，減幅分別為0.18%和0.46%。林地、建設(shè)用地和其他用地分別增加3.77%、0.76%和4.30%。

從耕地角度看，2000—2010年滁州市土地利用中耕地所占比例最大，但人均耕地面積小，2000年人均耕地面積0.061 hm2，2010年下降到0.051 hm2，明顯低于安徽省人均耕地面積(0.087 hm2)和全國人均耕地面積(0.101 hm2)。也低于聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的人均耕地面積0.053 hm2警戒線，耕地壓力較大。隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增加，建設(shè)用地將持續(xù)增長，耕地面積不斷縮小，這將加劇人地矛盾。滁州市瑯琊區(qū)是主城區(qū)，城區(qū)土地改造難度較大，因此，應(yīng)重點(diǎn)對南譙區(qū)進(jìn)行科學(xué)規(guī)劃，提高土地使用效率，嚴(yán)控建設(shè)用地使用，確保人均耕地面積的穩(wěn)定。

2.2 耕地生態(tài)足跡變化分析 2000、2010年滁州市耕地生態(tài)足跡計(jì)算結(jié)果見表2。由表2可知，2000年滁州市耕地生態(tài)足跡總量144 503.920 hm2，耕地生態(tài)足跡人均占有量0.297 hm2；2010年滁州市耕地生態(tài)足跡總量為223 603.816 hm2，耕地生態(tài)足跡人均占有量為0.542 hm2。

2000—2010年，滁州市耕地生態(tài)足跡增加79 099.896 hm2，其中瑯琊區(qū)、南譙區(qū)分別增加11 509.1、67 590.795 hm2，人均耕地生態(tài)足跡增加0.245 hm2，瑯琊區(qū)、南譙區(qū)分別增加0.027、0.256 hm2。根據(jù)區(qū)域人口數(shù)量與區(qū)域耕地總量計(jì)算區(qū)域人均耕地面積，結(jié)合滁州市耕地生態(tài)足跡數(shù)據(jù)可知，人均耕地生態(tài)足跡占有量與人口數(shù)量正相關(guān)，2010年滁州市人口數(shù)量高于2000年，人均耕地生態(tài)足跡占有量也高于2000年。

2010年滁州市人均耕地生態(tài)足跡為0.542 hm2，高于安徽省耕地生態(tài)足跡人均占有量(0.343 hm2)[14]和全國人均耕地生態(tài)足跡(0.500 hm2)，略低于全球人均耕地生態(tài)足跡(0.600 hm2)。局部來看，瑯琊區(qū)人均耕地生態(tài)足跡0.075 hm2，遠(yuǎn)低于安徽省、全國及全球人均水平，差距較大；南譙區(qū)人均耕地生態(tài)足跡0.800 hm2，遠(yuǎn)高于安徽省、全國乃至全球人均耕地生態(tài)足跡。滁州市人均耕地生態(tài)足跡呈現(xiàn)空間分布不均衡性。

表2 2000、2010年滁州市耕地生態(tài)足跡

2.3 耕地生態(tài)承載力變化分析 2000—2010年滁州市耕地生態(tài)承載力計(jì)算結(jié)果見表3。由表3可知，2000年滁州市耕地總生態(tài)承載力為107 558.090 hm2，耕地生態(tài)承載力人均占有量為0.221 hm2；2010年滁州市耕地總生態(tài)承載力為101 895.431 hm2，人均耕地生態(tài)承載力為0.182 hm2。

2000—2010年，滁州市耕地生態(tài)承載力減少5 662.658 hm2，其中瑯琊區(qū)、南譙區(qū)分別減少3 213.162、2 449.496 hm2；人均耕地生態(tài)承載力減少0.039 hm2，瑯琊區(qū)、南譙區(qū)人均耕地生態(tài)承載力分別減少0.019、0.020 hm2。耕地生態(tài)承載力與滁州市人口分布數(shù)據(jù)顯示，人均耕地生態(tài)承載力與人口的數(shù)量呈現(xiàn)一定負(fù)相關(guān)關(guān)系，隨著人口數(shù)量的增加，人均耕地生態(tài)承載力不斷減少。

截至2010年，滁州市的人均耕地承載力0.182 hm2，低于安徽省人均耕地承載力(0.410 hm2)和全國人均耕地承載力(0.350 hm2)，遠(yuǎn)低于全球人均耕地承載力(0.720 hm2)；從局部看，瑯琊區(qū)、南譙區(qū)人均耕地生態(tài)承載力均低于安徽省、全國及全球人均耕地生態(tài)承載力水平。

表3 2000、2010年滁州市耕地生態(tài)承載力

2.4 耕地生態(tài)超載指數(shù)分析 2000、2010年滁州市耕地生態(tài)超載指數(shù)計(jì)算結(jié)果見表4。由表4可知，2000年滁州市耕地生態(tài)超載指數(shù)為0.343，瑯琊區(qū)和南譙區(qū)耕地生態(tài)超載指數(shù)分別為0.180、0.360，耕地生態(tài)均處于富富有余狀態(tài)。2010年滁州市整體耕地生態(tài)超載指數(shù)1.194，處于平衡與臨界超載狀態(tài)；瑯琊區(qū)耕地生態(tài)超載指數(shù)為2.449，處于嚴(yán)重超載狀態(tài)，南譙區(qū)EOI值為1.106，處于平衡與臨界超載狀態(tài)。

耕地生態(tài)超載指數(shù)值大小與人口數(shù)量、土地面積密切相關(guān)。2000年瑯琊區(qū)人口24.29萬，占全市總?cè)丝诘?9.87%，耕地面積2 764 hm2，僅占全市耕地面積的9.26%；南譙區(qū)人口24.42萬，占全市人口的50.13%，耕地面積27 095 hm2，占全市耕地面積的90.74%。2010年瑯琊區(qū)人口30.90萬，占全市總?cè)丝诘?5.24%，耕地面積1 872 hm2，占全市耕地面積的6.62%；南譙區(qū)人口25.04萬，占全市人口的44.76%，耕地面積26 405 hm2，占全市耕地面積的93.38%?？梢?，耕地生態(tài)超載指數(shù)的大小與單位面積人口數(shù)量、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平具一定相關(guān)性，人口越多，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平越高，耕地生態(tài)超載越嚴(yán)重。

2000—2010年，滁州市耕地面積減少1 582 hm2，人口增加7.23萬，耕地生態(tài)超載指數(shù)從0.343上升到1.194，增加了0.851；瑯琊區(qū)耕地面積減少892 hm2，人口增加6.61萬，南譙區(qū)耕地面積減少690 hm2，人口增加0.63萬，耕地生態(tài)超載指數(shù)分別增加2.269和0.746?，樼饏^(qū)人口數(shù)量增加5.36%，耕地面積減少2.64%，耕地生態(tài)超載指數(shù)增加35.56%。

從空間上，瑯琊區(qū)是滁州市主城區(qū)，人口密度大，工業(yè)化和城市化水平高，耕地面積少，耕地生態(tài)壓力大，耕地生態(tài)過載明顯。

表4 2000、2010年滁州市耕地生態(tài)超載指數(shù)

3 結(jié)論

(1)2000—2010年，滁州市人均耕地減少16.4%，人均耕地面積僅0.051 hm2，明顯低于安徽省、全國平均水平及聯(lián)合國糧農(nóng)組織規(guī)定的人均耕地警戒線，科學(xué)、合理地使用土地資源，嚴(yán)格把控耕地使用紅線，合理規(guī)劃建設(shè)用地是滁州市今后土地利用的基本原則。

(2)2000—2010年，滁州市耕地生態(tài)足跡總量增加54.74%，人均耕地生態(tài)足跡增加82.50%；到2010年，滁州市人均耕地生態(tài)足跡占有量0.542 hm2，略高于安徽省人均占有量水平，低于全國和全球人均占有量水平。局部看，南譙區(qū)的人均耕地生態(tài)足跡占有量0.800 hm2，是瑯琊區(qū)的人均耕地生態(tài)足跡的10倍，高于安徽省、全國和全球水平。

(3)2000—2010年，滁州市耕地總生態(tài)承載力減少5.27%，人均耕地生態(tài)承載減少17.65%；至2010年，滁州市人均耕地生態(tài)承載力0.182 hm2，遠(yuǎn)低于安徽省、全國及全球人均耕地生態(tài)承載力水平。相較于2000年，2010年瑯琊區(qū)、南譙區(qū)人均耕地生態(tài)承載力分別減少46.34%和5.00%，人均耕地生態(tài)承載力減少與人口數(shù)量增長呈負(fù)相關(guān)關(guān)系。

(4)對滁州市耕地生態(tài)超載指數(shù)的計(jì)算表明，2000—2010年，研究區(qū)耕地生態(tài)承載等級從富富有余轉(zhuǎn)變?yōu)槌d與平衡臨界狀態(tài)；在人多地少的瑯琊區(qū)，耕地生態(tài)承載等級由富富有余轉(zhuǎn)化為過載，耕地超載嚴(yán)重，在相對人少地多的南譙區(qū)耕地生態(tài)超載等級變化較小。在劃定的基本農(nóng)田范圍，應(yīng)嚴(yán)格控制建設(shè)用地，發(fā)展現(xiàn)代農(nóng)業(yè)，提高耕地整體性和機(jī)械化水平，以便有效地緩解耕地生態(tài)超載。

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Quantitative Analysis of Cultivated Land Carrying Capacity in Chuzhou City

ZHANG Sa-sa，LI Xia*，F(xiàn)AN Rong-rong et al

(School of Geographic Information and Tourism，Chuzhou University, Chuzhou，Anhui 239000)

Based on TM data in Chuzhou during 2000-2010, combined with data of biological resources of cultivated land in the study area, adopting ecological footprint method, the cultivated land carring capacity in Chuzhou City were quantitatively analyzed. The results showed that: 2000-2010, the per capita cultivated land in Chuzhou decrease of 16.4%, significantly lower than the per capita cultivated land cordon FAO regulations.Per capita ecological carrying capacity of cultivate land in Chuzhou City in 2010 far below the level of the world. Per capita ecological carring capacity of cultivated land reduce and population growth was a negative correlation. 2000-2010, the ecological carrying level of cultivated land in Chuzhou transfered from more than enough to overload and balanced critical state; ecological carrying level of cultivated land in Langya District transfered from more than enough to overload; ecological overload level of cultivated land in Nangiao District changed smaller. Delimiting the scope of basic farmland,protecting the red line of cultivated land strictly,developing modern agriculture, and improving the overall level of mechanization of cultivated land, were the basic principles of alleviate ecological overload of culti vated land in Chuzhou City.

Land use；Cultivated land；Ecological footprint；Ecological carrying capacity；Ecological overload index；Chuzhou City

全國大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練項(xiàng)目(201510377012)。

張灑灑(1995- )，女，安徽太和人，本科生，專業(yè)：地理科學(xué)。*通訊作者，教授，博士生導(dǎo)師，從事遙感技術(shù)應(yīng)用及森林資源監(jiān)測研究。

2016-10-28

S 28；F 301

A

0517-6611(2016)36-0224-04