基于人糧關(guān)系的土地資源承載力動態(tài)分析與預(yù)測
——以廣西壯族自治區(qū)為例

韓振鋒，龐蕓芳，韋燕飛，童新華

(1.廣西師范學(xué)院 地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001；2.廣西師范學(xué)院 國土資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001)

0 引言

土地資源承載力是指一定地區(qū)的土地所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量,即土地資源人口承載量,其實質(zhì)是研究人口消費與食物生產(chǎn)、人類需求與資源供給間的平衡關(guān)系問題[1]。隨著人口的增長和城市化的發(fā)展，土地資源承載力和糧食安全問題備受學(xué)者們的廣泛關(guān)注，有部分學(xué)者基于人糧關(guān)系，在國家、省(自治區(qū))、市、縣等尺度下對土地資源承載力展開了系統(tǒng)研究[2-7]，而針對廣西壯族自治區(qū)的相關(guān)研究鮮有報道。廣西作為較落后的少數(shù)民族自治區(qū)、也是西部邊疆貧困區(qū)，隨著工業(yè)化、產(chǎn)業(yè)化、城鎮(zhèn)化的飛速發(fā)展，加之自身生態(tài)環(huán)境較脆弱，給土地資源帶來較大的壓力，亟待解決人口與糧食安全并分析出廣西地區(qū)內(nèi)人口、資源與社會經(jīng)濟之間的關(guān)系。

基于此，本文以廣西人糧關(guān)系為切入點，根據(jù)人口和糧食關(guān)系，參考封志明[2]、劉東[8]等建立的土地承載力、土地承載力指數(shù)模型，定量評價廣西2005～2015年土地承載力狀況。對2005～2015年廣西土地資源承載力變化分析，并根據(jù)其變化趨勢對2016～2026年進(jìn)行預(yù)測，系統(tǒng)分析出廣西土地資源承載力動態(tài)變化與未來發(fā)展趨勢，旨在為廣西可持續(xù)發(fā)展、地區(qū)脫貧攻堅提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣西壯族自治區(qū)，地處北緯20°54′～26°24′，東經(jīng)104°26′～112°04′，與廣東、湖南、貴州、云南相鄰。地勢西北高，東南低，四周多被山地、高原環(huán)繞，呈盆地狀，全區(qū)山多平原少，巖溶廣布。據(jù)區(qū)測繪局量算，平原占地14.6%，山地丘陵占總面積的76%，河湖塘庫水面占1.5%。截止2016年底，全區(qū)糧食生產(chǎn)總量1521.30萬t，油料產(chǎn)量68.95萬t，甘蔗產(chǎn)量7461.32萬t，水果產(chǎn)量1525.20萬t。廣西按城鄉(xiāng)人口分，市鎮(zhèn)人口總量2326萬人，同比增加69萬人；鄉(xiāng)村總?cè)丝?512萬人，同比減少27萬人。市鎮(zhèn)人口占常住人口的48.08%，同比增長1.02%；總?cè)丝跒?838萬人，增長速率1.11%。廣西完成GDP總值18317.64億元，人均GDP總值達(dá)38027元。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文所采用的數(shù)據(jù)主要來源于廣西2005～2015年總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)人口、非農(nóng)業(yè)人口、糧食總產(chǎn)量數(shù)據(jù)，該部分?jǐn)?shù)據(jù)來自2006-2016年《廣西統(tǒng)計年鑒》；2005、2015年土地利用現(xiàn)狀數(shù)據(jù)來自廣西土地資源公報。

2.2 土地承載力(LCC)模型

在一定的糧食消費標(biāo)準(zhǔn)下，土地資源承載力表示為區(qū)域的糧食總產(chǎn)量所能供養(yǎng)的人口數(shù)量[2,8]，公式為：

LCC=G/GPC

(1)

式中：LCC為土地承載數(shù)量(人)，G為糧食生產(chǎn)總量(kg)，GPC為人均消費標(biāo)準(zhǔn)(kg/人)。根據(jù)眾多研究及結(jié)合中國基本國情確定，每年人均糧食消費標(biāo)準(zhǔn)為400 kg[9-10]。

2.3 土地承載力指數(shù)(LCCI)模型

土地資源承載指數(shù)表示現(xiàn)實人口數(shù)量與承載力的比值，表示土地、人口和糧食的關(guān)系[2,8]，公式如下：

LCCI=Pa/LCC

(2)

Rp=(Pa-LCC)/LCC×100%=(LCCI-1)×

100%

(3)

Rg=(LCC-Pa)/LCC×100%=(1-LCCI)×

100%

(4)

式中，LCCI為土地資源承載指數(shù)；Pa為現(xiàn)實人口數(shù)量(人)；Rp為人口超載率；Rg糧食盈余率。根據(jù)LCCI值、人口及糧食平衡間的關(guān)系，將廣西劃分為糧食盈余地區(qū)、人糧平衡地區(qū)、人口超載地區(qū)3種類型[11]。糧食盈余區(qū)，LCCI值小于0.875，表明糧食有所剩余，可以承載更多的人口，存在發(fā)展空間。人糧平衡區(qū)，LCCI值介于0.875～1.125之間，區(qū)域的糧食生產(chǎn)總量剛好滿足當(dāng)前的人口數(shù)量，發(fā)展能力較小甚至不具備發(fā)展能力。LCCI值大于1.125，區(qū)域糧食總量無法滿足人口的需求，糧食不足，人口超載。

2.4 灰色預(yù)測GM(1,1)模型

灰色預(yù)測是分析系統(tǒng)內(nèi)各相關(guān)因素的發(fā)展趨勢，根據(jù)一次性累加原始數(shù)據(jù)來獲取系統(tǒng)變動規(guī)律的模型。其原始數(shù)據(jù)可以生成具有規(guī)律性的數(shù)據(jù)數(shù)列，根據(jù)數(shù)據(jù)數(shù)列可以建立微分方程模型，即灰色GM(1,1)預(yù)測模型[12]。該模型起到了解事物未來發(fā)展趨勢的作用。本研究以模型計算得到的2005～2015年廣西LCC值和LCCI值作為原始數(shù)據(jù)，構(gòu)建LCC和LCCI的灰色預(yù)測模型。對2016～2025年未來10年的土地資源承載力及承載指數(shù)進(jìn)行預(yù)測分析。GM(1,1)模型構(gòu)建過程如下：

(2)構(gòu)造累加矩陣B與常數(shù)向量Y：

為確保結(jié)果的準(zhǔn)確度和可靠性，對結(jié)果進(jìn)行檢驗。檢驗結(jié)果的方法一般采用后驗差和小誤差概率P。C表示后驗差的比值，C、P計算公式表示為：

(5)

3 結(jié)果與分析

3.1 廣西土地利用及人口發(fā)展現(xiàn)狀

3.1.1 廣西土地利用現(xiàn)狀 土地利用現(xiàn)狀是表示各類現(xiàn)狀用地的數(shù)量、質(zhì)量、分布等的情況，受自然環(huán)境和人類活動的影響。不同層次的經(jīng)濟環(huán)境、科技水平和社會需求形成不同土地利用現(xiàn)狀。根據(jù)廣西土地利用數(shù)據(jù)，將2005～2015年廣西土地分為7類，具體分類、總量及其變化量如表1所示。

從表1可知，2005～2015年廣西區(qū)域各類土地利用情況。廣西各類土地面積的順序由小到大排列為：未利用地<園地<牧草地<建設(shè)用地<其他土地<耕地<林地。其中耕地、建設(shè)用地均表現(xiàn)出明顯的上升趨勢，分別從2005年的17.88%、3.83%上升到2015年20.56%、5.77%，變化量為63.78萬hm2、46.12萬hm2，變化率為15.02%、50.70%；未利用地和其他土地表現(xiàn)下降的趨勢，變化量變化最大的是其他土地，下降了304.20萬hm2。從表1可以看出：廣西正處于城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)時期，建設(shè)用地在不斷擴張；另一方面政府加大了耕地的保護(hù)力度和農(nóng)村經(jīng)濟政策的實施力度，因此，耕地面積得以增加，農(nóng)作物產(chǎn)量得以提高，這是廣西土地資源承載力得以略微提高的一個重要因素。

表1 2005～2015年廣西土地利用構(gòu)成及其變化情況

注：數(shù)據(jù)來自廣西土地資源公報。

3.1.2 廣西人口現(xiàn)狀分析 人口數(shù)量的變化是影響土地資源承載力變化的一個重要因素，人口的組成結(jié)構(gòu)及動態(tài)變化狀態(tài)是了解地區(qū)土地資源承載變化情況的核心要素。廣西2005～2015年人口變化情況如下表2所示。

從表2可以看出，2005～2015年間廣西地區(qū)年末總?cè)丝凇⑥r(nóng)業(yè)人口、非農(nóng)業(yè)人口總體上表現(xiàn)出上升趨勢，2015年比2005年分別增加了593萬人、450萬人、169萬人。2005～2015年間，農(nóng)業(yè)人口的比重有所波動，總體上呈下降趨勢，比重下降了0.64%，非農(nóng)業(yè)人口比重有所上升，上升了2.72%。表明廣西土地結(jié)構(gòu)正在逐漸發(fā)生轉(zhuǎn)型，隨著城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，總?cè)丝谠诓粩嘣鲩L過程中，非農(nóng)業(yè)人口比重有所上升；農(nóng)業(yè)人口比重略微下降，但農(nóng)業(yè)人口在廣西占比較大，對農(nóng)業(yè)發(fā)展影響甚微。

3.2 土地資源承載力動態(tài)變化及預(yù)測

3.2.1 土地資源承載力的動態(tài)變化 土地資源承載力表示土地能供養(yǎng)的人口數(shù)量，即土地資源人口承載量。主要研究人口、資源、環(huán)境三者之間的平衡關(guān)系[12]。在2005～2015年廣西地區(qū)人口數(shù)據(jù)和糧食生產(chǎn)總量數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，運用土地承載力評估模型，計算土地資源承載力，進(jìn)而得出廣西2005～2015年土地資源承載力動態(tài)變化情況，如表3所示。

表2 2005～2015年廣西人口變化情況

注：數(shù)據(jù)來源于2006～2016年《廣西壯族自治區(qū)統(tǒng)計年鑒》，下同。

根據(jù)表3可以得出：(1)2005～2015年間，廣西土地資源承載力指數(shù)、人口超載率表現(xiàn)波動上升態(tài)勢，糧食盈余率負(fù)增長。(2)糧食生產(chǎn)總量、土地資源承載力變化趨勢一致，均為先減少后增加，整體呈上升趨勢，土地資源承載力的略微增長與糧食產(chǎn)量上升相關(guān)。

表3 2005～2015年廣西LCC動態(tài)變化

從圖1分析可得：(1)2010年LCCI值出現(xiàn)最大值1.46，最小值出現(xiàn)在2006年與2007年。(2)2007～2008年LCCI的變化幅度最大，2008年人口超載率達(dá)45%，通過2007和2008年糧食生產(chǎn)總量的比較，2008年比2007年減產(chǎn)了10.1%，人糧矛盾突出，這主要是受自然災(zāi)害(雪災(zāi))影響。(3)2005～2015年間，廣西土地資源承載力指數(shù)值均大于1.125，并呈增長趨勢，說明廣西糧食總量無法滿足實際人口的需求，糧食嚴(yán)重不足，表現(xiàn)為人口超載狀態(tài)。

圖1 2005～2015年廣西區(qū)土地資源承載指數(shù)變化

3.2.2 土地資源承載力的預(yù)測 建立土地資源承載力預(yù)測模型，具體步驟如下：

(1)對土地資源承載力數(shù)據(jù)進(jìn)行初步處理。由2005～2015年廣西土地資源承載力動態(tài)變化統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)作為土地資源承載力的原始數(shù)據(jù)序列X(0)(k)。

X(0)(k)={3790.73，3847.48，3491.50，3486.75，3658，3530.80，3574.83，3712.25，3804.50，3836.03，3811.88}

(6)

由原始數(shù)據(jù)序列(1)生成數(shù)據(jù)序列X(0)(k)，X(0)(k)的形成主要是對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一次性累加。

X(1)(k)={3790.73，7638.21，11129.71，14616.46，18274.46，21805.26，25380.09，29092.34，3432896.84，36732.87，40544.75}

(7)

(2)土地資源承載力預(yù)測模型的建立。由微分方程計算出灰色預(yù)測參數(shù)，進(jìn)而得到土地資源承載力灰色預(yù)測模型

(8)

X(1)(k+1)=[542862.955e0.00654483134k

-539072.225

(9)

(3)同理，構(gòu)建承載指數(shù)灰色預(yù)測模型，得到土地資源承載力灰色預(yù)測模型為

(10)

X(1)(k+1)=[99.8851852e0.0135k-98.5851852

(11)

將k=(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)代入式(9)和式(11)，推算出廣西2016～2025年土地資源承載力和土地承載力指數(shù)的預(yù)測值(表4和圖2)。

表4 2016～2025年廣西土地資源承載力和土地資源承載指數(shù)預(yù)測表

(4)結(jié)果和分析。由于預(yù)測模型是在歷年數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，推測出的具有相關(guān)性的數(shù)據(jù)，因此需要對預(yù)測模型得出的預(yù)測結(jié)果進(jìn)行精度檢驗，確認(rèn)構(gòu)建的預(yù)測模型是否符合實際、具有科學(xué)性。精度檢驗方法為后驗差和最小誤差概率。通過計算可以得到：LCC預(yù)測精度為2級，LCCI預(yù)測精度為1級。在此基礎(chǔ)上，對2016年現(xiàn)實數(shù)據(jù)進(jìn)行驗證，表明預(yù)測結(jié)果較準(zhǔn)確，結(jié)果可信。由圖2可得，2016～2025年LCC值表現(xiàn)出逐年上升的趨勢，從2016年的3805萬人上升到2025年的4036萬人,10年間將上升6.07%，一方面是社會經(jīng)濟的發(fā)展，加大對農(nóng)業(yè)的投入。另一方面是在保護(hù)18億畝耕地紅線的警示下，廣西政府積極保護(hù)耕地面積，耕地面積總量有所增加，進(jìn)而提高廣西區(qū)的糧食總產(chǎn)量。從圖2還可以看出，2016～2025年，廣西LCCI值的走勢表現(xiàn)為逐年上升，由2016年的1.55上升到2025年1.75，上升12.90%。主要原因是廣西區(qū)人口眾多且增速較快，生態(tài)環(huán)境脆弱、資金短缺、科技水平低、糧食產(chǎn)量雖有所上升但仍無法滿足持續(xù)增長的人口需求，揭示未來10年廣西區(qū)土地資源承載力仍處于超載態(tài)勢，將會引發(fā)各種危機，經(jīng)濟社會的可持續(xù)發(fā)展受到嚴(yán)重制約。

圖2 2016～2025年廣西壯族自治區(qū)土地資源承載力及承載指數(shù)預(yù)測

4 結(jié)論

本研究通過分析2005～2015年廣西土地利用現(xiàn)狀動態(tài)變化，利用2006～2016年廣西統(tǒng)計數(shù)據(jù)和廣西土地資源公報數(shù)據(jù)，結(jié)合LCC模型、LCCI模型，對廣西2005～2015年土地資源承載力的變化情況進(jìn)行了系統(tǒng)研究，并構(gòu)建了預(yù)測模型，對土地資源承載力及承載指數(shù)進(jìn)行預(yù)測。主要結(jié)論如下。

(1)2015年底，廣西土地總面積為23755800 m2，占國土面積的2.5%。其中，在各類用地中，林地面積最大，占總面積56.39%，耕地占總面積的20.56%，建設(shè)用地占總面積的5.8%，未利用地占總面積的1.71%。總的來說，林地面積最大，其次是耕地、其他土地、建設(shè)用地、牧草地、園地，面積最小的為未利用地。說明廣西土地開發(fā)較全面，后備土地資源較少。2005～2015年這10年間，其他土地減少304.20萬hm2，未利用地減少2.93萬hm2。耕地、園地、林地和建設(shè)用地有所增加，分別增加了63.78萬、59.45萬、178.08萬、46.12萬hm2。建設(shè)用地的增加說明廣西城市用地加大，具有一定的發(fā)展能力。2015年底，廣西地區(qū)總?cè)丝谶_(dá)到了5518萬人，主要以農(nóng)業(yè)人口為主，非農(nóng)業(yè)人口所占比例為19.63%。人口分析表明，2005～2015年廣西年末總?cè)丝凇⒎寝r(nóng)業(yè)人口和農(nóng)業(yè)人口均表現(xiàn)出上升趨勢，2015年比2005年分別增長了593萬人、169萬人、450萬人。非農(nóng)業(yè)人口的增加，表明城市化發(fā)展進(jìn)程加快。城鎮(zhèn)化的發(fā)展，離不開農(nóng)村勞動力進(jìn)城務(wù)工，人們生活水平的提高，從而進(jìn)一步導(dǎo)致城市人口增加。

(2)2005～2015年間，廣西土地資源承載力、承載指數(shù)表現(xiàn)為上升態(tài)勢。糧食生產(chǎn)總量和人口超載率表現(xiàn)為波動上升的趨勢，糧食盈余率表現(xiàn)出波動下降的趨勢。表明廣西所能承載的人口遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于現(xiàn)實總?cè)丝?，處于超載狀態(tài)。這10年間，土地資源承載力的變化呈現(xiàn)為上升—下降—上升的趨勢，但現(xiàn)實人口數(shù)量遠(yuǎn)超于土地承載力的閾值。糧食盈余率均為負(fù)，表現(xiàn)為負(fù)增長，揭示了人口的快速增長對糧食的極度需求，糧食虧缺嚴(yán)重。土地資源承載指數(shù)變化范圍在1.29～1.46之間，表現(xiàn)出波動上升的趨勢，糧食自給率低，人口糧食關(guān)系矛盾，在人口持續(xù)增長的基礎(chǔ)上，土地資源承載力處于過載狀態(tài)。

(3)灰色預(yù)測模型預(yù)測結(jié)果表明：2016～2025年間廣西土地資源承載力表現(xiàn)出波動上升的趨勢，2025年比2016年上升231萬人，10年間上升6.07%；土地資源承載指數(shù)表現(xiàn)出波動上升的趨勢，從2016年的1.55上升到1.75，10年間上升12.90%，表明即使土地資源承載能力有所提高，但廣西人口數(shù)量大、增長速度快，糧食產(chǎn)量較低、科技水平不高，土地資源承載力長期一段時間內(nèi)仍將處于人口超載級別，影響廣西社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展，人糧矛盾依然存在。