基于產(chǎn)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(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)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(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最基本要素,但隨著近年來工業(yè)化、城市化進(jìn)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(yán)峻,我國(guó)政府和有關(guān)學(xué)者愈來愈關(guān)心耕地資源是否具有足夠的生產(chǎn)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(yīng)運(yùn)而生。耕地資源人口承載力的研究,即研究可預(yù)見的時(shí)期內(nèi),充分利用耕地資源及其相關(guān)的自然資源智力、技術(shù)等條件,在保證符合社會(huì)文化準(zhǔn)則的物質(zhì)生活水平條件下,同時(shí)避免耕地退化和生態(tài)環(huán)境的破壞,在此前提下耕地資源所能持續(xù)供養(yǎng)的人口數(shù)量[1]。其研究目的不在于獲取耕地資源能養(yǎng)活人口的精確數(shù)據(jù),而是揭示人口、糧食、耕地三者之間的復(fù)雜關(guān)系及其地域差異[2-3],為新一輪土地利用規(guī)劃修編中的資源區(qū)域配置、耕地保護(hù)和人口政策提供科學(xué)依據(jù)。

目前,人口承載力的研究主要通過聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織(FAO)提供的農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法(AEZ)來計(jì)算[4-6]。該方法機(jī)制合理、思路嚴(yán)謹(jǐn),能夠全面考慮影響作物生長(zhǎng)發(fā)育的因素[7],但難以確定合適的參數(shù)和訂正函數(shù),尤其是若不能采用有實(shí)驗(yàn)依據(jù)的參數(shù)將影響研究的科學(xué)性和精度[8],而且計(jì)算過程較為繁瑣。耕地產(chǎn)能是各種自然因素、社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素綜合作用的結(jié)果,是在農(nóng)用地分等的基礎(chǔ)上把全國(guó)耕地系統(tǒng)內(nèi)部相對(duì)差異的每個(gè)梯級(jí)的絕對(duì)值水平精確地表達(dá)出來,該值能夠體現(xiàn)耕地的自然差異、利用差異及其區(qū)域差異,因此,以耕地產(chǎn)能核算方法為基礎(chǔ)測(cè)算規(guī)劃期耕地生產(chǎn)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(xué)性和可行性?；诖?本文擬以農(nóng)用地產(chǎn)能核算為切入點(diǎn),以盧龍縣為研究區(qū),進(jìn)行人口承載力測(cè)算方法研究,為實(shí)施耕地保護(hù)戰(zhàn)略和確保糧食安全提供相應(yīng)的決策依據(jù),為研究區(qū)制定人口與資源環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的人口政策提供理論依據(jù)[9]。

1 耕地資源人口承載力計(jì)算方法步驟

人口承載力反映的是區(qū)域人口與糧食的關(guān)系。本文主要研究思路為以耕地產(chǎn)能核算理論為核心,采用理論產(chǎn)能和實(shí)際產(chǎn)能核算模型測(cè)算研究區(qū)耕地產(chǎn)能,進(jìn)而估算規(guī)劃期耕地生產(chǎn)能力,最后結(jié)合人口預(yù)測(cè)模型,建立人口承載力計(jì)算方法,測(cè)算研究區(qū)耕地資源人口承載力。

1.1 耕地的理論產(chǎn)能測(cè)算

耕地理論產(chǎn)能體現(xiàn)農(nóng)業(yè)糧食生產(chǎn)的遠(yuǎn)景目標(biāo),是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件得到充分保證,光、熱、水、土等環(huán)境因素均處于最優(yōu)狀態(tài),技術(shù)因素所決定的農(nóng)作物所能達(dá)到的最高產(chǎn)量,是耕地資源最大生產(chǎn)潛力。模型構(gòu)建中樣點(diǎn)的選取來源于試驗(yàn)田數(shù)據(jù),通過補(bǔ)充調(diào)查指定作物審定品種的區(qū)域試驗(yàn)單產(chǎn),將其視作理論單產(chǎn)的樣本值,對(duì)區(qū)域重新進(jìn)行分等,計(jì)算自然質(zhì)量等指數(shù),建立理論樣本值和相應(yīng)的自然質(zhì)量等指數(shù)的函數(shù)關(guān)系為

式中:y′——指定作物理論樣本地塊標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn);Ri——樣本地塊新的自然質(zhì)量等指數(shù);a,b——回歸系數(shù)值。

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

1.2 耕地實(shí)際產(chǎn)能的測(cè)算

農(nóng)用地實(shí)際產(chǎn)能是指目前實(shí)際實(shí)現(xiàn)的產(chǎn)能,即某年農(nóng)作物已經(jīng)達(dá)到的平均產(chǎn)量。本文在實(shí)際產(chǎn)能核算時(shí)采用研究區(qū)內(nèi)農(nóng)作物統(tǒng)計(jì)產(chǎn)量,按照《農(nóng)用地分等規(guī)程》中的折算系數(shù)進(jìn)行計(jì)算。折算過程如下:小麥、玉米、水稻等指定作物,按照折算系數(shù)折算為標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn)進(jìn)行計(jì)算。指定作物標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn)計(jì)算公式如下:

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

實(shí)際產(chǎn)能標(biāo)準(zhǔn)糧總產(chǎn)的計(jì)算公式如下:

式中:T′i——第 i個(gè)縣(鄉(xiāng))其它(除小麥 、玉米、水稻外)作物轉(zhuǎn)化為標(biāo)準(zhǔn)糧時(shí)的產(chǎn)量。

該縣(鄉(xiāng))總的標(biāo)準(zhǔn)糧產(chǎn)量即實(shí)際產(chǎn)能為:

1.3 耕地資源人口承載力計(jì)算方法

1.3.1 耕地資源承載力測(cè)算模型 耕地資源人口承載力用一定糧食消費(fèi)水平下,區(qū)域耕地生產(chǎn)能力所能供養(yǎng)的人口規(guī)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(chǎn)能力;Gpc——人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(kg/人)。參考聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織公布的人均營(yíng)養(yǎng)熱值標(biāo)準(zhǔn),結(jié)合研究區(qū)實(shí)際情況提出人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)在溫飽型、小康型、富裕型三級(jí)生活水平下分別為400,450,525 kg。

1.3.2 耕地資源承載比測(cè)算模型 為揭示規(guī)劃期間區(qū)域人口數(shù)量與耕地資源人口承載力之間的關(guān)系,用承載比(SR)表征未來預(yù)測(cè)人口與耕地承載能力的相關(guān)關(guān)系,計(jì)算公式如下:

式中:SR——人口承載比;Pa——規(guī)劃期間人口預(yù)測(cè)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(jù)SR的大小將研究區(qū)內(nèi)耕地資源的人口承載力分為承載良好、勉強(qiáng)承載、超載3種類型區(qū):①承載良好區(qū),人口承載比(SR)≤0.94,表示承載力人口大于預(yù)測(cè)人口為承載情況良好,具有一定的發(fā)展空間;②勉強(qiáng)承載區(qū),人口承載比(SR)為0.95～1.05,表示耕地處于滿載狀態(tài),發(fā)展?jié)摿τ邢?③超載區(qū),人口承載比(SR)≥1.06,表示耕地生產(chǎn)能力缺口較大,人口超載嚴(yán)重[10]。

2 盧龍縣耕地資源人口承載力研究

2.1 研究區(qū)概況與數(shù)據(jù)來源

盧龍縣位于河北省冀東山區(qū),秦皇島市的西北部,地處東經(jīng) 118°45′54″-119°08′06″,北緯 39°43′00″-40°08′42″,屬河北省農(nóng)用地分等三級(jí)指標(biāo)區(qū)的“燕山長(zhǎng)城兩側(cè)低山丘陵冬小麥兩年三熟區(qū)”,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(shù)據(jù)主要來源于土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查和農(nóng)用地分等項(xiàng)目;社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來源于1997-2006年《河北省國(guó)民經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》,將耕地利用統(tǒng)計(jì)資料以及農(nóng)業(yè)產(chǎn)出情況,建成盧龍縣農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)庫(kù)。此外通過調(diào)查和專家咨詢的方式獲得了一定的試驗(yàn)田產(chǎn)量數(shù)據(jù)。

2.2 盧龍縣耕地糧食生產(chǎn)能力計(jì)算

根據(jù)農(nóng)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(gè)自然質(zhì)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(nóng)用地的自然質(zhì)量較高,基礎(chǔ)較好,耕地理論產(chǎn)能有較大的發(fā)揮潛力。

2.2.1 盧龍縣耕地理論產(chǎn)能 利用盧龍縣試驗(yàn)田數(shù)據(jù)以及補(bǔ)充調(diào)查指定作物審定品種的區(qū)域試驗(yàn)單產(chǎn)數(shù)據(jù),建立理論樣本值和相應(yīng)的自然質(zhì)量等指數(shù)的函數(shù)關(guān)系為

式中:Y——理論標(biāo)準(zhǔn)糧單產(chǎn)(kg/hm);X——自然質(zhì)量等指數(shù)。

根據(jù)以上理論產(chǎn)能核算模型,測(cè)算出盧龍縣理論產(chǎn)能結(jié)果(表1)。

2.2.2 盧龍縣耕地的實(shí)際產(chǎn)能 2006年盧龍縣農(nóng)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(chǎn)分別為5 283 t、108 499 t和4 591 t,利用農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)及公式(2-4),得到盧龍縣實(shí)際產(chǎn)能結(jié)果,見表1。

表1 盧龍縣理論產(chǎn)能和實(shí)際產(chǎn)能 t

2.2.3 盧龍縣規(guī)劃期的耕地生產(chǎn)能力 由表1可知盧龍縣實(shí)際產(chǎn)能僅為理論產(chǎn)能的54.52%,增產(chǎn)潛力為194 669.07 t,按照溫飽型生活水平計(jì)算還能夠養(yǎng)活486 673人,可見盧龍縣耕地潛力很大。但是以盧龍縣現(xiàn)有經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平,規(guī)劃期間不可能使耕地潛力完全發(fā)揮,必須根據(jù)以往糧食作物產(chǎn)量資料計(jì)算實(shí)際產(chǎn)能,應(yīng)用時(shí)間系列法外推預(yù)測(cè)近中期耕地生產(chǎn)能力。本文采用理論產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)率增長(zhǎng)速度法預(yù)測(cè)2010年、2020年耕地生產(chǎn)能力,其計(jì)算公式如下:

式中:Yi——預(yù)測(cè)年耕地生產(chǎn)能力;YL——耕地理論產(chǎn)能;a——基期年理論產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)率;b——實(shí)現(xiàn)率年增長(zhǎng)率;t——預(yù)測(cè)年與基期年的時(shí)間距離。

應(yīng)用線性回歸方程對(duì)1996年以來實(shí)際產(chǎn)能進(jìn)行回歸,得出理論產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)率年增長(zhǎng)率為1.105%,基期年理論產(chǎn)能實(shí)現(xiàn)率為54.52%,將此結(jié)果代人式(8)得到盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)2010年和2020年生產(chǎn)能力,見表2。

由表2可知,盧龍縣2010年耕地生產(chǎn)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(shì)平坦,土壤條件較好,使南部鄉(xiāng)鎮(zhèn)耕地增產(chǎn)潛力較大。

2.3 盧龍縣人口承載力估算

2.3.1 人口預(yù)測(cè) 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(shù)量的多少對(duì)糧食的消耗量起決定性的作用,對(duì)人口預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確性,直接影響耕地資源的人口承載力水平。根據(jù)盧龍縣1997-2006年各年人口統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),利用Logistic生物模型以及人口發(fā)展方程模型預(yù)測(cè)盧龍縣未來的人口發(fā)展趨勢(shì),得到規(guī)劃期人口數(shù)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(chǎn)能力 t

2.3.2 盧龍縣人口承載力 運(yùn)用耕地資源承載力模型(式5),測(cè)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(chǎn)能力僅有28.39%的增產(chǎn)潛力,增產(chǎn)潛力較小,人口承載量結(jié)果也不容樂觀。到2020年,若按小康型消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,可承載665 848人,有9 968人的承載潛力;若按富裕型標(biāo)準(zhǔn)計(jì)算,全縣可承載599 263人,超載56 617人。規(guī)劃期間耕地生產(chǎn)能力盧龍鎮(zhèn)和木井鄉(xiāng)最大,各消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下人口承載量最高;而劉家營(yíng)鄉(xiāng)和下寨鄉(xiāng)生產(chǎn)能力和人口承載量最低,這種差異主要是其耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量以及經(jīng)濟(jì)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(jù)承載比的大小,按照人口承載力類型區(qū)劃分標(biāo)準(zhǔn),將盧龍縣12個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)的承載力進(jìn)行分區(qū)(表4),分區(qū)結(jié)果顯示,除石門鎮(zhèn)外,規(guī)劃期盧龍縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的耕地生產(chǎn)能力均能滿足溫飽型消費(fèi)水平的需求;除石門鎮(zhèn)、盧龍鎮(zhèn)和劉田各莊外,其他各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均能滿足小康型消費(fèi)水平的需求;但在富裕型消費(fèi)水平下近半數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于超載狀態(tài),表明盧龍縣整體承載潛力較大,但各鄉(xiāng)鎮(zhèn)承載潛力差異明顯。表明若要在保證全縣糧食安全的同時(shí)又不斷提高人們生活水平,就必須深入挖掘耕地生產(chǎn)潛力,提高耕地生產(chǎn)能力。

表4 盧龍縣耕地資源人口承載力分區(qū)

3 結(jié)論

(1)以耕地產(chǎn)能核算為核心,以耕地理論產(chǎn)能和實(shí)際產(chǎn)能核算的測(cè)算方法為基礎(chǔ),建立了未來耕地生產(chǎn)能力預(yù)測(cè)模型,形成了以Logistic生物模型和人口發(fā)展方程模型為人口預(yù)測(cè)方法,以寬裕型、小康型、富裕型3種消費(fèi)水平為標(biāo)準(zhǔn)的耕地資源人口承載力計(jì)算方法。該方法具有傳統(tǒng)上以光溫生產(chǎn)力為基礎(chǔ)逐步修正計(jì)算糧食生產(chǎn)能力的優(yōu)點(diǎn),而且簡(jiǎn)單易行,避免了傳統(tǒng)上把各種糧食作物分別進(jìn)行預(yù)測(cè)的分散性和由于各種預(yù)測(cè)結(jié)果加和所帶來的差異性,使結(jié)果更加科學(xué)合理。

(2)運(yùn)用構(gòu)建的耕地人口承載力模型,以盧龍縣為例進(jìn)行了耕地人口承載力實(shí)證研究,結(jié)果表明:①規(guī)劃期間盧龍縣人口承載量結(jié)果不容樂觀,到2020年,在小康型消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下勉強(qiáng)承載,而在富裕型消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下處于超載狀態(tài)。②除石門鎮(zhèn)外,各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均能滿足溫飽型消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)下的糧食需求,但在富裕型消費(fèi)水平下近半數(shù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)處于超載狀態(tài),盧龍縣整體承載潛力較大,但各鄉(xiāng)鎮(zhèn)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(chǎn)潛力,提高耕地生產(chǎn)能力,同時(shí)控制人口增長(zhǎng)速度。

(3)耕地產(chǎn)能核算是在農(nóng)地分等成果的基礎(chǔ)上完成的,很好地反映了目前耕地生產(chǎn)能力,實(shí)證研究表明該方法測(cè)算結(jié)果符合當(dāng)?shù)貙?shí)際發(fā)展情況,是一種較科學(xué)的人口承載力測(cè)算方法。但是由于當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的發(fā)展水平尚不能對(duì)農(nóng)地分等的各影響因素進(jìn)行動(dòng)態(tài)變更,使得計(jì)算出來耕地產(chǎn)能與現(xiàn)實(shí)產(chǎn)量之間可能有一定的差異,有待進(jìn)一步完善。

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