基于GIS的四川省土地資源承載力時空差異研究

鐘旭珍，楊鈞森

(內(nèi)江師范學(xué)院 地理與資源科學(xué)學(xué)院，四川 內(nèi)江 641100)

0 引言

土地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].土地資源是人類賴以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，四川省素有“天府之國”的美譽，同時又是人口大省，但是隨著四川的城市化、工業(yè)化與人口的增長，引發(fā)了土地資源承載力降低和糧食安全等問題[2].因此，研究土地資源承載力、保護耕地成為了國家關(guān)注的重點.2018年4月，中共四川省委、四川省人民政府制定出臺了《關(guān)于加強耕地保護和改進占補平衡的實施意見》，文件指出四川省的人均耕地面積低于全國平均水平，耕地總體質(zhì)量不高，后備資源較少，分布不均衡，土地的生態(tài)環(huán)境較差等問題比較突出，建設(shè)占用耕地的壓力大，耕地保護和占補平衡任務(wù)十分艱巨等，基于此類問題，土地資源承載力的評價顯得十分必要.

目前，土地資源承載力的研究已經(jīng)取得了豐碩成果，其研究方法也多種多樣[3].如基于“人口-土地-經(jīng)濟”結(jié)構(gòu)計算土地資源承載力[4-5],基于人糧關(guān)系計算土地資源承載力[6-7],基于趨勢外推法模型和生態(tài)足跡法模型計算土地資源承載力等[8-10].典型的研究成果有：任家強等[11]基于遙感影像運用層次分析法及多因素加權(quán)求和法，對盤錦市土地資源承載力進行評價研究；汪金來等[12]基于人糧關(guān)系測算淮海經(jīng)濟區(qū)土地資源承載力；全江濤等[13]綜合運用糧食生產(chǎn)波動指數(shù)模型、土地資源承載指數(shù)模型、土地資源限制度模型和灰色預(yù)測模型GM(1,1)對河南省土地資源承載力進行動態(tài)分析和預(yù)測；蘇子龍等[14]基于改進三維生態(tài)足跡模型對安徽省的土地生態(tài)承載力進行評價；姜秋香等[15]基于粒子群優(yōu)化投影尋蹤模型評價土地資源承載力，解決土地資源承載力評價中指標(biāo)權(quán)重賦值客觀性差的問題；劉冬等[16]使用層次分析法對工業(yè)園區(qū)規(guī)劃環(huán)評的土地資源承載力進行研究.由于研究方法的多樣性，測評結(jié)果存在一定的空間差異性.

為了使研究能在不同時空尺度上具有一定的可比性，研究選用了《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中基于全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的具有統(tǒng)一規(guī)范化并且被廣泛運用的土地資源承載力(LCC)和土地資源承載指數(shù)(LCCI)測評模型，基于GIS空間分析功能，以“十五”“十一五”“十二五”和“十三五”規(guī)劃年四個時間段為評價時段，對四川省全省、分市兩個尺度對土地資源承載力進行了測評，研究結(jié)果反應(yīng)了在不考慮糧食貿(mào)易的前提下，各市域土地糧食產(chǎn)量所能供養(yǎng)的人口數(shù)量，以期為各地區(qū)調(diào)整土地利用結(jié)構(gòu)和區(qū)域間糧食調(diào)配提供參考依據(jù).

1 研究區(qū)概況

四川省位于中國的西部，是連接西南、西北與中部地區(qū)的重要結(jié)合部及交通走廊，面積約為48.6×104km2，居中國第5位.現(xiàn)行行政區(qū)劃包括18個地級市和3個自治州，合計21個地級行政區(qū).其地貌東西差異較大并且地形復(fù)雜，處于青藏高原和長江中下游平原的過渡帶，高低懸殊.西部主要是高原、山地，海拔大多在3000 m以上，東部主要是盆地、丘陵，海拔多在500～2000 m之間.耕地集中分布于東部盆地和低山丘陵區(qū)，占全省耕地的85%以上，西部山地耕地資源短缺.對四川省土地資源承載力進行研究，有利于相關(guān)部門合理調(diào)整和規(guī)劃土地資源利用方向.

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源于《四川省統(tǒng)計年鑒》，主要包括2001—2018年各市(州)的糧食總產(chǎn)量與人口數(shù)量.

2.2 研究方法

土地資源承載力(LCC)主要反映某一地區(qū)土地、糧食與人口之間的關(guān)系，使用在一定糧食消費水平下，區(qū)域土地生產(chǎn)力能夠持續(xù)供養(yǎng)的人口規(guī)模(104人)或承載密度(人/km2)來進行度量[2].其測評模型為：

LCC=G/GPC,

式中：LCC為土地資源承載力(人),G為區(qū)域糧食總產(chǎn)量(kg)，GPC為人均糧食消費標(biāo)準(zhǔn)，以 400 kg/人計[2].

土地資源承載指數(shù)(LCCI)是指區(qū)域人口規(guī)模(或人口密度)與土地資源承載力(或承載密度)之比，反映區(qū)域土地、糧食與人口之間的關(guān)系.土地資源承載指數(shù)及相關(guān)指標(biāo)的測評模型為[2]：

LCCI = Pa /LCC,
Rq = (Pa-LCC) /LCC×100%,
Rg =(LCC-Pa ) /LCC×100%,

式中：LCCI 為土地資源承載指數(shù),LCC為土地資源承載力,Pa為區(qū)域現(xiàn)實人口數(shù)量，Rq為土地資源超載率,Rg為糧食盈余率.人口承載指數(shù)與糧食盈余率成反比，人口承載指數(shù)越低，糧食盈余率就越高，表明區(qū)域人糧關(guān)系越平衡.反之，人口承載指數(shù)越高，區(qū)域人口超載就越嚴重.依據(jù)此公式，可計算出研究區(qū)各地區(qū)基于人均糧食消費標(biāo)準(zhǔn)(400 kg/人)的土地資源承載指數(shù)，并根據(jù) LCCI 的大小將各地區(qū)劃分為人口超載區(qū)、人糧平衡區(qū)和糧食盈余區(qū)等3種不同類型[2]，具體劃分標(biāo)準(zhǔn)如表1所示.

表1 基于土地資源承載指數(shù)(LCCI)的土地資源承載力(LCC)評價等級劃分

3 四川省土地資源承載力測評結(jié)果與分析

3.1 四川省近18年來土地資源承載力空間差異性

基于GIS空間分析技術(shù)，利用土地資源承載力和土地資源承載力指數(shù)測評模型，計算出了2001—2018年18年間四川省市域尺度的土地資源承載力和土地資源承載力指數(shù).18年間全省土地資源承載力變化情況如圖1所示.

圖1 2001—2018年四川省土地資源承載力變化

2001—2018年四川省的平均LCCI值為1.010，土地資源超載率為1%，總體上處于人口臨界超載狀態(tài).但從圖1可以看出，土地資源承載力總體波動不大.2006年土地資源承載力下降明顯，主要原因是糧食產(chǎn)量降低，之后整體呈逐漸提高趨勢，2018年四川省土地資源可承載人口數(shù)量達到8734萬人，LCCI值為0.955，屬于平衡有余狀態(tài)，表明全省的糧食可以供給目前的人口數(shù)量.根據(jù)計算結(jié)果，土地資源承載力最大的市(州)為南充市，LCC值約為7 266 552，最小的為阿壩藏族羌族自治州，LCC值約為376 692，最大值與最小值兩端LCC差值為6 889 860.

四川省土地資源承載力較高的市(州)主要分布于四川東部，2001-2018年各州(市)土地資源承載平均情況如見表2所示.

21個市(州)中有4個市(州)土地資源承載力處于嚴重超載狀態(tài)，分別為阿壩藏族羌族自治州、甘孜藏族自治州、攀枝花市和成都市，占市(州)總數(shù)的19%；土地資源承載力處于過載和超載的市(州)各有1個，分別為雅安市和樂山市；內(nèi)江市處于人口臨界超載狀態(tài)，占市(州)總數(shù)的5%.以上地區(qū)屬于土地資源承載力指數(shù)較高，人口承載壓力較大的地區(qū).有10個市(州)處于糧食平衡有余狀態(tài)，如自貢、瀘州、綿陽等市(州)，占市(州)總數(shù)的43%.有4個市(州)處于糧食盈余狀態(tài)，分別是德陽市、廣元市、達州市、巴中市，占市(州)總數(shù)的19%.這些地區(qū)土地資源承載力指數(shù)較低，糧食有盈余.

表2 2001—2018年四川省各州(市)土地資源承載情況

3.2 四川省近18年來土地資源承載力時間差異性

3.2.1 各階段土地資源承載力狀況

四川省2001—2018年間各市(州)不同規(guī)劃年土地資源承載狀況，如表3所示.

表3 四川省2001-2018年市域尺度四個“規(guī)劃年”LCCI變化

“十五”規(guī)劃年即2001—2005年間，四川省21個市(州)中處于糧食盈余類型的市(州)有1個，占全省市(州)總數(shù)的5%.處于人糧平衡類型的市(州)有14個，占全省市(州)總數(shù)的67%.處于人口超載類型的市(州)有6個，占全省市(州)總數(shù)的29%.人口超載類型的市(州)所占比重較小.“十五”規(guī)劃年有3個市(州)處于人口嚴重超載狀態(tài)，有2個市(州的市(州)處于人口過載狀態(tài)，有1個市(州)處于人口超載狀態(tài)，有8個市(州)處于人口臨界超載狀態(tài)，有6個市(州)處于糧食平衡有余狀態(tài)，只有1個市(州)處于糧食盈余狀態(tài).

“十一五”規(guī)劃年即2006—2010年間，四川省21個市(州)中糧食盈余類型的市(州)有1個，占全省市(州)總數(shù)的5%.人糧平衡類型的市(州)有13個，占全省市(州)總數(shù)的62%.人口超載的市(州)有7個，占全省市(州)總數(shù)的34%.全省有4個市(州)處于人口嚴重超載狀態(tài)，有2個市(州)處于人口過載狀態(tài)，有1個市(州)處于人口超載狀態(tài)，有3個市(州)處于人口臨界超載狀態(tài)，有10個市(州)處于糧食平衡有余狀態(tài)，有1個市(州)處于糧食盈余狀態(tài).相比上一個規(guī)劃年，人口超載和人糧平衡的市(州)個數(shù)所占比重變化不大.成都市的人口增長較快，進入了人口嚴重超載的狀態(tài)，所以人口嚴重超載的市(州)個數(shù)增加了1個，人口臨界超載的市(州)個數(shù)減少了5個，糧食平衡有余的市(州)個數(shù)增加了4個.

“十二五”規(guī)劃年即2011—2015年間，四川省21個市(州)中處于糧食盈余類型的市(州)有8個,占全省市(州)總數(shù)的38%.處于人口超載類型的市(州)有6個,占全省市(州)總數(shù)的29%，相比上一個規(guī)劃年，糧食盈余的市(州)有所上升.有5個市(州)處于人口嚴重超載狀態(tài).雅安市在“十二五”規(guī)劃年間糧食產(chǎn)量相較于上一個規(guī)劃年繼續(xù)下降，進而成為人口嚴重超載的狀態(tài)，所以在“十二五”規(guī)劃年處于人口過載狀態(tài)的市(州)為0，有1個市(州)處于人口超載狀態(tài)，處于人口臨界超載狀態(tài)的市(州)為0，有7個市(州)處于糧食平衡有余狀態(tài)，有5個市(州)處于糧食盈余狀態(tài)，有3個市(州)處于糧食富裕狀態(tài).人口嚴重超載的市(州)個數(shù)增加了1個，但人口過載的市(州)個數(shù)減少了2個，人口臨界超載的市(州)個數(shù)減少了3個，糧食平衡有余的市(州)個數(shù)減少3個，糧食盈余的市(州)個數(shù)增加了4個，糧食富裕的市(州)個數(shù)增加了3個.

“十三五”規(guī)劃年即2016—2020，受時間限制，本次測評時段為2016—2018年的數(shù)據(jù)，四川省21個市(州)中處于糧食盈余類型的市(州)有12個,占全省市(州)總數(shù)的57%，處于人口超載類型的市(州)有5個,占全省市(州)總數(shù)的24%.全省有5個市(州)處于人口嚴重超載狀態(tài).沒有人口過載或超載狀態(tài)的市(州)，有1個市(州)處于人口臨界超載狀態(tài)，有3個市(州)處于糧食平衡有余狀態(tài)，有5個市(州)處于糧食盈余狀態(tài)，有7個市(州)處于糧食富裕狀態(tài).樂山市糧食產(chǎn)量相比上一個規(guī)劃年有所上升，所以樂山市從上一個規(guī)劃年的人口超載的市(州)變?yōu)槿丝谂R界超載的市(州)，故人口超載的市(州)個數(shù)減少了1個，人口臨界超載的市(州)個數(shù)增加了1個.糧食平衡有余的市(州) 個數(shù)減少4個，糧食盈余的市(州)個數(shù)沒有變化.相比上一個規(guī)劃年，糧食盈余的市(州)與人口超載的市(州)所占比重沒有變化，但糧食富裕的市(州)個數(shù)增加了4個，在“十三五”規(guī)劃年，糧食富裕的市(州)一共達到了7個，說明土地資源承載力逐漸提高.

3.2.2 各階段土地資源承載力對比評價

四川省各市(州)的土地資源承載力在各“規(guī)劃年”的變化如圖2所示.土地資源承載指數(shù)變化差值如表4所示.LCCI 差值等于后一個規(guī)劃年的LCCI值減去前一個規(guī)劃年的LCCI值.

圖2 四個規(guī)劃年LCC變化情況

從圖2可以看出，四個規(guī)劃年全省各市(州)土地資源可承載人口數(shù)持續(xù)減少的有成都市和眉山市，土地資源可承載人口數(shù)持續(xù)增加的有廣元市、巴中市和涼山彝族自治州.結(jié)合表4具體分析如下：

對比“十一五”規(guī)劃年與“十五”規(guī)劃年，四川省土地資源承載力提高的市(州)有3個，占全省21個市(州)的14%，主要分布在四川省東北部和西南部，包括了廣元市、巴中市、涼山彝族自治州.降低的市(州)有18個，占全省市(州)的86%，主要分布在四川中部、南部、東部和西北部.土地資源承載力提升最大的為廣元市，LCC提升了108 009.降低最大的市為資陽市，LCC降低了648 061.“十一五”規(guī)劃年四川省大部分市(州)的土地資源承載力相較與上一個規(guī)劃年有所下降.

對比“十二五”規(guī)劃年與“十一五”規(guī)劃年，四川省土地資源承載力提高的市(州)有17個，占全省21個市(州)的81%，主要分布在四川省東部、西部和南部.降低的市(州)有4個，占全省市(州)的19%，主要分布在四川中部，降低的市(州)為成都市、雅安市、眉山市、阿壩.隨著城鎮(zhèn)化進程等因素，如成都等市人口大幅度上漲，這四個市的糧食產(chǎn)量相較與上一個規(guī)劃年有所降低，導(dǎo)致土地資源承載力有所下降.土地資源承載力提升最大的為達州市，LCC提升了1 158 500.降低最大的市為資陽市，LCC降低了674 500 .相較與上一個規(guī)劃年全省土地資源承載力提升的市(州)所占比重大幅度增加，全省的土地資源承載力得到了提升.

對比“十三五”規(guī)劃年與“十二五”規(guī)劃年，四川省土地資源承載力提高的市(州)有18個，占全省21個市(州)的86%，主要圍繞成都、眉山呈環(huán)狀分布.降低的市(州)有3個，占全省市(州)的14%，主要分布在四川中部的成都市、眉山市和西部的甘孜州.成都、眉山兩市因為城鎮(zhèn)化率不斷提高等多方因素，土地資源承載力持續(xù)下降.土地資源承載力提升最大的為宜賓市，LCC提升了794 167.降低最大的市為成都市，LCC降低了368 333.相較與上一個規(guī)劃年全省土地資源承載力提升的市(州)所占比重繼續(xù)增加，全省的土地資源承載力進一步得到了提升.

4 討論與結(jié)論

4.1 討論

研究基于GIS空間分析功能，以國家“五年規(guī)劃”為時間尺度，根據(jù)《國家人口發(fā)展功能區(qū)工作技術(shù)導(dǎo)則》中的土地資源承載力和承載指數(shù)測評模型，從全省、分市兩個空間尺度測評了四川省2001-2018年土地資源承載力演變規(guī)律.本研究重點是從人糧關(guān)系的角度定量評價了研究區(qū)全省和各市土地資源承載力，并與現(xiàn)實人口進行比對，分析得出各地區(qū)糧食盈余或虧缺的本底狀況，從測評結(jié)果可知，四川省土地資源承載力整體在變好.這主要是與近年來耕地保護政策、糧食保護政策、鄉(xiāng)村振興戰(zhàn)略等的實施，及土地利用結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整、人們節(jié)約糧食意識的提高和技術(shù)的進步等有關(guān).為了更好的提高土地資源承載力，保障糧食安全，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)本地區(qū)的主體功能，充分發(fā)揮本地區(qū)的優(yōu)勢，因地制宜，發(fā)展適宜本地區(qū)的農(nóng)產(chǎn)品和產(chǎn)業(yè)，在提高糧食產(chǎn)量的同時保護生態(tài)系統(tǒng)，比如川西地區(qū)，應(yīng)該著重保護生態(tài)環(huán)境，退耕還林，減少水土流失，四川盆地等土壤肥沃、灌溉便利的地區(qū)應(yīng)注重農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，提高糧食產(chǎn)量，將適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)地區(qū)生產(chǎn)的多余糧食補給給糧食虧缺的地區(qū)，使糧食在區(qū)域內(nèi)外進行調(diào)配，實現(xiàn)土地資源的可持續(xù)發(fā)展.

需要指出的是由于數(shù)據(jù)的缺失，第四個規(guī)劃年的只測評了2016—2018年三年的數(shù)據(jù)，計算結(jié)果不能全面反映“十三五”規(guī)劃年的土地資源承載狀況，后期將補齊“十三五”規(guī)劃年數(shù)據(jù)，進行更加精確的比對研究，提升測評結(jié)果的參考性，以彌補現(xiàn)研究的不足.另外，研究采用基于全國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的土地資源承載力測評模型，測評結(jié)果具有統(tǒng)一規(guī)范性，但該模型考慮因素較為單一，現(xiàn)實中如何綜合考慮影響土地承載力的因素，如畜牧業(yè)、蔬菜、果肉等的影響以提高土地資產(chǎn)承載力精度是需要進一步探索的問題.

4.2 結(jié)論

(1)2001—2018年四川省的平均LCCI值為1.010，土地資源超載率為1%，總體處于人口臨界超載的狀態(tài).土地資源承載力最大的市(州)為南充市，LCC值為7 689 135，最小的為阿壩藏族羌族自治州，LCC值為406 233，兩個市(州)LCC差值為7 282 902.18年來四川省人口超載的市(州)個數(shù)大幅度減少，糧食盈余市(州)個數(shù)大幅度增加.總體上土地資源承載力逐漸提高.成都等少部分市(州)，由于人口不斷增長，土地資源承載力持續(xù)下降.

(2)從“十五”規(guī)劃年到“十三五”規(guī)劃年，四川省土地資源承載力下降的市(州)有6個，占全省21個市(州)的29%，主要分布于四川省中部與北部，分別是成都市、遂寧市、眉山市、雅安市、資陽市和阿壩藏族羌族自治州.土地資源承載力上升的市(州)有15個，占全省21個市(州)的71%，大部分市(州)的土地資源承載力有所提高，LCC提高最大的是涼山彝族自治州.對于土地資源承載力下降的市(州)，應(yīng)當(dāng)適當(dāng)控制人口，保護耕地.對于土地資源承載力提高的市(州)，可以適當(dāng)發(fā)展人口，將盈余糧食調(diào)配給糧食虧缺的地區(qū).