基于產能的耕地資源人口承載力研究*

張曉燕,陳 影,門明新,李新旺,周亞鵬,許 皞

(河北農業大學資源與環境科學學院,河北保定071000)

耕地是土地的精華,是人類食物的主要來源地和社會經濟可持續發展的最基本要素,但隨著近年來工業化、城市化進程的加快,大量耕地被侵占,人地矛盾不斷加劇,糧食安全問題日益嚴峻,我國政府和有關學者愈來愈關心耕地資源是否具有足夠的生產力滿足未來人口的糧食需求,作為回答此問題的耕地資源人口承載力的研究應運而生。耕地資源人口承載力的研究,即研究可預見的時期內,充分利用耕地資源及其相關的自然資源智力、技術等條件,在保證符合社會文化準則的物質生活水平條件下,同時避免耕地退化和生態環境的破壞,在此前提下耕地資源所能持續供養的人口數量[1]。其研究目的不在于獲取耕地資源能養活人口的精確數據,而是揭示人口、糧食、耕地三者之間的復雜關系及其地域差異[2-3],為新一輪土地利用規劃修編中的資源區域配置、耕地保護和人口政策提供科學依據。

目前,人口承載力的研究主要通過聯合國糧農組織(FAO)提供的農業生態區域法(AEZ)來計算[4-6]。該方法機制合理、思路嚴謹,能夠全面考慮影響作物生長發育的因素[7],但難以確定合適的參數和訂正函數,尤其是若不能采用有實驗依據的參數將影響研究的科學性和精度[8],而且計算過程較為繁瑣。耕地產能是各種自然因素、社會經濟因素綜合作用的結果,是在農用地分等的基礎上把全國耕地系統內部相對差異的每個梯級的絕對值水平精確地表達出來,該值能夠體現耕地的自然差異、利用差異及其區域差異,因此,以耕地產能核算方法為基礎測算規劃期耕地生產能力,分析耕地資源人口承載力可以提高承載力研究的科學性和可行性。基于此,本文擬以農用地產能核算為切入點,以盧龍縣為研究區,進行人口承載力測算方法研究,為實施耕地保護戰略和確保糧食安全提供相應的決策依據,為研究區制定人口與資源環境可持續發展的人口政策提供理論依據[9]。

1 耕地資源人口承載力計算方法步驟

人口承載力反映的是區域人口與糧食的關系。本文主要研究思路為以耕地產能核算理論為核心,采用理論產能和實際產能核算模型測算研究區耕地產能,進而估算規劃期耕地生產能力,最后結合人口預測模型,建立人口承載力計算方法,測算研究區耕地資源人口承載力。

1.1 耕地的理論產能測算

耕地理論產能體現農業糧食生產的遠景目標,是在農業生產條件得到充分保證,光、熱、水、土等環境因素均處于最優狀態,技術因素所決定的農作物所能達到的最高產量,是耕地資源最大生產潛力。模型構建中樣點的選取來源于試驗田數據,通過補充調查指定作物審定品種的區域試驗單產,將其視作理論單產的樣本值,對區域重新進行分等,計算自然質量等指數,建立理論樣本值和相應的自然質量等指數的函數關系為

式中:y′——指定作物理論樣本地塊標準糧單產;Ri——樣本地塊新的自然質量等指數;a,b——回歸系數值。

將縣域內所有耕地分等單元的自然等指數代入式(1),可以獲得各單元的年均理論單產,分等單元理論單產乘以分等單元耕地面積可以獲得耕地分等單元理論總產。

1.2 耕地實際產能的測算

農用地實際產能是指目前實際實現的產能,即某年農作物已經達到的平均產量。本文在實際產能核算時采用研究區內農作物統計產量,按照《農用地分等規程》中的折算系數進行計算。折算過程如下:小麥、玉米、水稻等指定作物,按照折算系數折算為標準糧;棉花、花生等其它作物,按照小麥、玉米兩種作物折算后的平均標準糧單產進行計算。指定作物標準糧單產計算公式如下:

式中:Si,Si1,Si2,Si3——第i個縣(鄉)的農作物、小麥、玉米、水稻播種面積;P′i——第i個縣(鄉)其它作物(除小麥、玉米、水稻外)的平均糧食單產;Ti1,Ti2,Ti3——第 i個縣(鄉)的小麥、玉米、水稻的產量。

實際產能標準糧總產的計算公式如下:

式中:T′i——第 i個縣(鄉)其它(除小麥 、玉米、水稻外)作物轉化為標準糧時的產量。

該縣(鄉)總的標準糧產量即實際產能為:

1.3 耕地資源人口承載力計算方法

1.3.1 耕地資源承載力測算模型 耕地資源人口承載力用一定糧食消費水平下,區域耕地生產能力所能供養的人口規模來度量,以公式表示為

式中:LCC——耕地資源人口承載力(人);G——耕地生產能力;Gpc——人均糧食消費標準(kg/人)。參考聯合國糧農組織公布的人均營養熱值標準,結合研究區實際情況提出人均糧食消費標準在溫飽型、小康型、富裕型三級生活水平下分別為400,450,525 kg。

1.3.2 耕地資源承載比測算模型 為揭示規劃期間區域人口數量與耕地資源人口承載力之間的關系,用承載比(SR)表征未來預測人口與耕地承載能力的相關關系,計算公式如下:

式中:SR——人口承載比;Pa——規劃期間人口預測值(人);LCC——耕地資源人口承載力(人)。

人口承載比(SR)值愈小,潛力愈大;反之,其值愈大,潛力愈小。根據SR的大小將研究區內耕地資源的人口承載力分為承載良好、勉強承載、超載3種類型區:①承載良好區,人口承載比(SR)≤0.94,表示承載力人口大于預測人口為承載情況良好,具有一定的發展空間;②勉強承載區,人口承載比(SR)為0.95～1.05,表示耕地處于滿載狀態,發展潛力有限;③超載區,人口承載比(SR)≥1.06,表示耕地生產能力缺口較大,人口超載嚴重[10]。

2 盧龍縣耕地資源人口承載力研究

2.1 研究區概況與數據來源

盧龍縣位于河北省冀東山區,秦皇島市的西北部,地處東經 118°45′54″-119°08′06″,北緯 39°43′00″-40°08′42″,屬河北省農用地分等三級指標區的“燕山長城兩側低山丘陵冬小麥兩年三熟區”,主要地貌類型為低山、丘陵和盆地,土地總面積95 594.90 hm2。盧龍縣土地利用數據主要來源于土地利用現狀變更調查和農用地分等項目;社會經濟數據來源于1997-2006年《河北省國民經濟統計年鑒》,將耕地利用統計資料以及農業產出情況,建成盧龍縣農業經濟統計數據庫。此外通過調查和專家咨詢的方式獲得了一定的試驗田產量數據。

2.2 盧龍縣耕地糧食生產能力計算

根據農用地分等成果,2006年盧龍縣耕地面積40 652.79 hm2,劃分為6-14等9個自然質量等別,其中11等地所占的比例較大,占耕地總面積的24.75%,表明盧龍縣農用地的自然質量較高,基礎較好,耕地理論產能有較大的發揮潛力。

2.2.1 盧龍縣耕地理論產能 利用盧龍縣試驗田數據以及補充調查指定作物審定品種的區域試驗單產數據,建立理論樣本值和相應的自然質量等指數的函數關系為

式中:Y——理論標準糧單產(kg/hm);X——自然質量等指數。

根據以上理論產能核算模型,測算出盧龍縣理論產能結果(表1)。

2.2.2 盧龍縣耕地的實際產能 2006年盧龍縣農作物播種面積43 583.73 hm2,其中小麥播種面積966 hm2,玉米播種面積13 908.06 hm2,稻谷播種面積747.87 hm2,三種主要作物總產分別為5 283 t、108 499 t和4 591 t,利用農業統計數據及公式(2-4),得到盧龍縣實際產能結果,見表1。

表1 盧龍縣理論產能和實際產能 t

2.2.3 盧龍縣規劃期的耕地生產能力 由表1可知盧龍縣實際產能僅為理論產能的54.52%,增產潛力為194 669.07 t,按照溫飽型生活水平計算還能夠養活486 673人,可見盧龍縣耕地潛力很大。但是以盧龍縣現有經濟發展水平,規劃期間不可能使耕地潛力完全發揮,必須根據以往糧食作物產量資料計算實際產能,應用時間系列法外推預測近中期耕地生產能力。本文采用理論產能實現率增長速度法預測2010年、2020年耕地生產能力,其計算公式如下:

式中:Yi——預測年耕地生產能力;YL——耕地理論產能;a——基期年理論產能實現率;b——實現率年增長率;t——預測年與基期年的時間距離。

應用線性回歸方程對1996年以來實際產能進行回歸,得出理論產能實現率年增長率為1.105%,基期年理論產能實現率為54.52%,將此結果代人式(8)得到盧龍縣各鄉鎮2010年和2020年生產能力,見表2。

由表2可知,盧龍縣2010年耕地生產能力為256 826.96 t,2020年為29 9631.45 t。與 2006年相比,分別增加 23 451.1 t和66 255.59 t。其中盧龍縣南部地勢平坦,土壤條件較好,使南部鄉鎮耕地增產潛力較大。

2.3 盧龍縣人口承載力估算

2.3.1 人口預測 人口因素是制約土地人口承載力的重要因素之一[11],人口數量的多少對糧食的消耗量起決定性的作用,對人口預測的準確性,直接影響耕地資源的人口承載力水平。根據盧龍縣1997-2006年各年人口統計數據,利用Logistic生物模型以及人口發展方程模型預測盧龍縣未來的人口發展趨勢,得到規劃期人口數量分別為 2010年536 492人,2020年655 880人。

表2 盧龍縣2010年、2020年耕地生產能力 t

2.3.2 盧龍縣人口承載力 運用耕地資源承載力模型(式5),測算得出2010年、2020年盧龍縣人口承載力(表3)。由表3可知,2020年與2006年相比,全縣耕地生產能力僅有28.39%的增產潛力,增產潛力較小,人口承載量結果也不容樂觀。到2020年,若按小康型消費標準計算,可承載665 848人,有9 968人的承載潛力;若按富裕型標準計算,全縣可承載599 263人,超載56 617人。規劃期間耕地生產能力盧龍鎮和木井鄉最大,各消費標準下人口承載量最高;而劉家營鄉和下寨鄉生產能力和人口承載量最低,這種差異主要是其耕地數量、質量以及經濟條件的差別所致。

表3 2010年、2020年盧龍縣耕地人口承載力

根據承載比的大小,按照人口承載力類型區劃分標準,將盧龍縣12個鄉鎮的承載力進行分區(表4),分區結果顯示,除石門鎮外,規劃期盧龍縣各鄉鎮的耕地生產能力均能滿足溫飽型消費水平的需求;除石門鎮、盧龍鎮和劉田各莊外,其他各鄉鎮均能滿足小康型消費水平的需求;但在富裕型消費水平下近半數鄉鎮處于超載狀態,表明盧龍縣整體承載潛力較大,但各鄉鎮承載潛力差異明顯。表明若要在保證全縣糧食安全的同時又不斷提高人們生活水平,就必須深入挖掘耕地生產潛力,提高耕地生產能力。

表4 盧龍縣耕地資源人口承載力分區

3 結論

(1)以耕地產能核算為核心,以耕地理論產能和實際產能核算的測算方法為基礎,建立了未來耕地生產能力預測模型,形成了以Logistic生物模型和人口發展方程模型為人口預測方法,以寬裕型、小康型、富裕型3種消費水平為標準的耕地資源人口承載力計算方法。該方法具有傳統上以光溫生產力為基礎逐步修正計算糧食生產能力的優點,而且簡單易行,避免了傳統上把各種糧食作物分別進行預測的分散性和由于各種預測結果加和所帶來的差異性,使結果更加科學合理。

(2)運用構建的耕地人口承載力模型,以盧龍縣為例進行了耕地人口承載力實證研究,結果表明:①規劃期間盧龍縣人口承載量結果不容樂觀,到2020年,在小康型消費標準下勉強承載,而在富裕型消費標準下處于超載狀態。②除石門鎮外,各鄉鎮均能滿足溫飽型消費標準下的糧食需求,但在富裕型消費水平下近半數鄉鎮處于超載狀態,盧龍縣整體承載潛力較大,但各鄉鎮承載潛力差異明顯。因此,若要保證全縣的糧食安全又不斷提高生活水平,必須深入挖掘耕地生產潛力,提高耕地生產能力,同時控制人口增長速度。

(3)耕地產能核算是在農地分等成果的基礎上完成的,很好地反映了目前耕地生產能力,實證研究表明該方法測算結果符合當地實際發展情況,是一種較科學的人口承載力測算方法。但是由于當前科學技術的發展水平尚不能對農地分等的各影響因素進行動態變更,使得計算出來耕地產能與現實產量之間可能有一定的差異,有待進一步完善。

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