基于人糧關系的土地資源承載力動態分析與預測
——以廣西壯族自治區為例

韓振鋒，龐蕓芳，韋燕飛，童新華

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

0 引言

土地資源承載力是指一定地區的土地所能持續供養的人口數量,即土地資源人口承載量,其實質是研究人口消費與食物生產、人類需求與資源供給間的平衡關系問題[1]。隨著人口的增長和城市化的發展，土地資源承載力和糧食安全問題備受學者們的廣泛關注，有部分學者基于人糧關系，在國家、省(自治區)、市、縣等尺度下對土地資源承載力展開了系統研究[2-7]，而針對廣西壯族自治區的相關研究鮮有報道。廣西作為較落后的少數民族自治區、也是西部邊疆貧困區，隨著工業化、產業化、城鎮化的飛速發展，加之自身生態環境較脆弱，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內人口、資源與社會經濟之間的關系。

基于此，本文以廣西人糧關系為切入點，根據人口和糧食關系，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，并根據其變化趨勢對2016～2026年進行預測，系統分析出廣西土地資源承載力動態變化與未來發展趨勢，旨在為廣西可持續發展、地區脫貧攻堅提供科學依據。

1 研究區概況

廣西壯族自治區，地處北緯20°54′～26°24′，東經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、高原環繞，呈盆地狀，全區山多平原少，巖溶廣布。據區測繪局量算，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，全區糧食生產總量1521.30萬t，油料產量68.95萬t，甘蔗產量7461.32萬t，水果產量1525.20萬t。廣西按城鄉人口分，市鎮人口總量2326萬人，同比增加69萬人；鄉村總人口2512萬人，同比減少27萬人。市鎮人口占常住人口的48.08%，同比增長1.02%；總人口為4838萬人，增長速率1.11%。廣西完成GDP總值18317.64億元，人均GDP總值達38027元。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

本文所采用的數據主要來源于廣西2005～2015年總人口、農業人口、非農業人口、糧食總產量數據，該部分數據來自2006-2016年《廣西統計年鑒》；2005、2015年土地利用現狀數據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準下，土地資源承載力表示為區域的糧食總產量所能供養的人口數量[2,8]，公式為：

LCC=G/GPC

(1)

式中：LCC為土地承載數量(人)，G為糧食生產總量(kg)，GPC為人均消費標準(kg/人)。根據眾多研究及結合中國基本國情確定，每年人均糧食消費標準為400 kg[9-10]。

2.3 土地承載力指數(LCCI)模型

土地資源承載指數表示現實人口數量與承載力的比值，表示土地、人口和糧食的關系[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；Pa為現實人口數量(人)；Rp為人口超載率；Rg糧食盈余率。根據LCCI值、人口及糧食平衡間的關系，將廣西劃分為糧食盈余地區、人糧平衡地區、人口超載地區3種類型[11]。糧食盈余區，LCCI值小于0.875，表明糧食有所剩余，可以承載更多的人口，存在發展空間。人糧平衡區，LCCI值介于0.875～1.125之間，區域的糧食生產總量剛好滿足當前的人口數量，發展能力較小甚至不具備發展能力。LCCI值大于1.125，區域糧食總量無法滿足人口的需求，糧食不足，人口超載。

2.4 灰色預測GM(1,1)模型

灰色預測是分析系統內各相關因素的發展趨勢，根據一次性累加原始數據來獲取系統變動規律的模型。其原始數據可以生成具有規律性的數據數列，根據數據數列可以建立微分方程模型，即灰色GM(1,1)預測模型[12]。該模型起到了解事物未來發展趨勢的作用。本研究以模型計算得到的2005～2015年廣西LCC值和LCCI值作為原始數據，構建LCC和LCCI的灰色預測模型。對2016～2025年未來10年的土地資源承載力及承載指數進行預測分析。GM(1,1)模型構建過程如下：

(2)構造累加矩陣B與常數向量Y：

為確保結果的準確度和可靠性，對結果進行檢驗。檢驗結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 結果與分析

3.1 廣西土地利用及人口發展現狀

3.1.1 廣西土地利用現狀 土地利用現狀是表示各類現狀用地的數量、質量、分布等的情況，受自然環境和人類活動的影響。不同層次的經濟環境、科技水平和社會需求形成不同土地利用現狀。根據廣西土地利用數據，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<建設用地<其他土地<耕地<林地。其中耕地、建設用地均表現出明顯的上升趨勢，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：廣西正處于城鎮化快速推進時期，建設用地在不斷擴張；另一方面政府加大了耕地的保護力度和農村經濟政策的實施力度，因此，耕地面積得以增加，農作物產量得以提高，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年廣西土地利用構成及其變化情況

注：數據來自廣西土地資源公報。

3.1.2 廣西人口現狀分析 人口數量的變化是影響土地資源承載力變化的一個重要因素，人口的組成結構及動態變化狀態是了解地區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年間廣西地區年末總人口、農業人口、非農業人口總體上表現出上升趨勢，2015年比2005年分別增加了593萬人、450萬人、169萬人。2005～2015年間，農業人口的比重有所波動，總體上呈下降趨勢，比重下降了0.64%，非農業人口比重有所上升，上升了2.72%。表明廣西土地結構正在逐漸發生轉型，隨著城鎮化的快速發展，總人口在不斷增長過程中，非農業人口比重有所上升；農業人口比重略微下降，但農業人口在廣西占比較大，對農業發展影響甚微。

3.2 土地資源承載力動態變化及預測

3.2.1 土地資源承載力的動態變化 土地資源承載力表示土地能供養的人口數量，即土地資源人口承載量。主要研究人口、資源、環境三者之間的平衡關系[12]。在2005～2015年廣西地區人口數據和糧食生產總量數據的基礎上，運用土地承載力評估模型，計算土地資源承載力，進而得出廣西2005～2015年土地資源承載力動態變化情況，如表3所示。

表2 2005～2015年廣西人口變化情況

注：數據來源于2006～2016年《廣西壯族自治區統計年鑒》，下同。

根據表3可以得出：(1)2005～2015年間，廣西土地資源承載力指數、人口超載率表現波動上升態勢，糧食盈余率負增長。(2)糧食生產總量、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量上升相關。

表3 2005～2015年廣西LCC動態變化

從圖1分析可得：(1)2010年LCCI值出現最大值1.46，最小值出現在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45%，通過2007和2008年糧食生產總量的比較，2008年比2007年減產了10.1%，人糧矛盾突出，這主要是受自然災害(雪災)影響。(3)2005～2015年間，廣西土地資源承載力指數值均大于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，糧食嚴重不足，表現為人口超載狀態。

圖1 2005～2015年廣西區土地資源承載指數變化

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

(1)對土地資源承載力數據進行初步處理。由2005～2015年廣西土地資源承載力動態變化統計分析數據作為土地資源承載力的原始數據序列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)

由原始數據序列(1)生成數據序列X(0)(k)，X(0)(k)的形成主要是對原始數據進行一次性累加。

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)土地資源承載力預測模型的建立。由微分方程計算出灰色預測參數，進而得到土地資源承載力灰色預測模型

(8)

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

-539072.225

(9)

(3)同理，構建承載指數灰色預測模型，得到土地資源承載力灰色預測模型為

(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的預測值(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預測表

(4)結果和分析。由于預測模型是在歷年數據的基礎上，推測出的具有相關性的數據，因此需要對預測模型得出的預測結果進行精度檢驗，確認構建的預測模型是否符合實際、具有科學性。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預測精度為2級，LCCI預測精度為1級。在此基礎上，對2016年現實數據進行驗證，表明預測結果較準確，結果可信。由圖2可得，2016～2025年LCC值表現出逐年上升的趨勢，從2016年的3805萬人上升到2025年的4036萬人,10年間將上升6.07%，一方面是社會經濟的發展，加大對農業的投入。另一方面是在保護18億畝耕地紅線的警示下，廣西政府積極保護耕地面積，耕地面積總量有所增加，進而提高廣西區的糧食總產量。從圖2還可以看出，2016～2025年，廣西LCCI值的走勢表現為逐年上升，由2016年的1.55上升到2025年1.75，上升12.90%。主要原因是廣西區人口眾多且增速較快，生態環境脆弱、資金短缺、科技水平低、糧食產量雖有所上升但仍無法滿足持續增長的人口需求，揭示未來10年廣西區土地資源承載力仍處于超載態勢，將會引發各種危機，經濟社會的可持續發展受到嚴重制約。

圖2 2016～2025年廣西壯族自治區土地資源承載力及承載指數預測

4 結論

本研究通過分析2005～2015年廣西土地利用現狀動態變化，利用2006～2016年廣西統計數據和廣西土地資源公報數據，結合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行了系統研究，并構建了預測模型，對土地資源承載力及承載指數進行預測。主要結論如下。

(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。建設用地的增加說明廣西城市用地加大，具有一定的發展能力。2015年底，廣西地區總人口達到了5518萬人，主要以農業人口為主，非農業人口所占比例為19.63%。人口分析表明，2005～2015年廣西年末總人口、非農業人口和農業人口均表現出上升趨勢，2015年比2005年分別增長了593萬人、169萬人、450萬人。非農業人口的增加，表明城市化發展進程加快。城鎮化的發展，離不開農村勞動力進城務工，人們生活水平的提高，從而進一步導致城市人口增加。

(2)2005～2015年間，廣西土地資源承載力、承載指數表現為上升態勢。糧食生產總量和人口超載率表現為波動上升的趨勢，糧食盈余率表現出波動下降的趨勢。表明廣西所能承載的人口遠遠低于現實總人口，處于超載狀態。這10年間，土地資源承載力的變化呈現為上升—下降—上升的趨勢，但現實人口數量遠超于土地承載力的閾值。糧食盈余率均為負，表現為負增長，揭示了人口的快速增長對糧食的極度需求，糧食虧缺嚴重。土地資源承載指數變化范圍在1.29～1.46之間，表現出波動上升的趨勢，糧食自給率低，人口糧食關系矛盾，在人口持續增長的基礎上，土地資源承載力處于過載狀態。

(3)灰色預測模型預測結果表明：2016～2025年間廣西土地資源承載力表現出波動上升的趨勢，2025年比2016年上升231萬人，10年間上升6.07%；土地資源承載指數表現出波動上升的趨勢，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，但廣西人口數量大、增長速度快，糧食產量較低、科技水平不高，土地資源承載力長期一段時間內仍將處于人口超載級別，影響廣西社會經濟可持續發展，人糧矛盾依然存在。