魏 媛, 吳長(zhǎng)勇, 曾 昉, 王紅林

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 管科學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

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喀斯貧困山區(qū)土地資源承載力動(dòng)態(tài)分析與預(yù)測(cè)

魏 媛, 吳長(zhǎng)勇, 曾 昉, 王紅林

(貴州財(cái)經(jīng)大學(xué) 管科學(xué)院, 貴陽(yáng) 550025)

運(yùn)用土地資源承載力評(píng)估模型、承載指數(shù)模型及灰色預(yù)測(cè)模型對(duì)貴州土地資源承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析和預(yù)測(cè)。結(jié)果表明：2003—2013年貴州年末總?cè)丝?、土地資源承載力指數(shù)、人口超載率總體上表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì)；年末糧食生產(chǎn)總量、土地資源承載力、糧食盈余率表現(xiàn)出波動(dòng)下降趨勢(shì)。說(shuō)明貴州省所能承載人口遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際總?cè)丝?，土地資源承載力一直處于超載態(tài)勢(shì)，糧食盈余率表現(xiàn)出負(fù)增長(zhǎng)，糧食嚴(yán)重不足。土地承載力指數(shù)表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)，揭示糧食自給率比較低，人口與糧食之間矛盾十分突出?；疑A(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2014—2023年的土地資源承載力表現(xiàn)出逐年下降趨勢(shì)，由2014年的2 527.42萬(wàn)人下降到2023年的2 248.73萬(wàn)人，10年間下降了11.03%；土地資源承載力指數(shù)表現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，由2014年的1.75上升到2023年的2.25，10年間上升了28.57%，表明如果按照當(dāng)前趨勢(shì)發(fā)展下去，未來(lái)10年研究區(qū)土地資源承載力將會(huì)嚴(yán)重過(guò)載，人地矛盾日趨嚴(yán)峻，影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。研究可為緩解人地矛盾及實(shí)現(xiàn)區(qū)域可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。

土地利用; 土地資源承載力; 灰色預(yù)測(cè)模型; 喀斯特貧困山區(qū); 貴州省

土地承載力可以表示在一定地區(qū)一定環(huán)境條件下能夠持續(xù)供養(yǎng)的人口總數(shù)，是揭示人地關(guān)系的一個(gè)重要的綜合性指標(biāo)[1-4]。我國(guó)土地資源絕對(duì)數(shù)量大，人均占有量少。科學(xué)規(guī)劃土地，實(shí)現(xiàn)土地資源的節(jié)約高效持續(xù)利用對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展具有重要的意義。貴州典型的喀斯特貧困山區(qū)省份、是以山地為主的西部“兩欠”省份，經(jīng)濟(jì)發(fā)展?jié)摿薮?，隨著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，人地矛盾日益突出。如何在經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和城市化水平的不斷推進(jìn)的過(guò)程中提高土地的利用效率、正確根據(jù)現(xiàn)有資源進(jìn)行人口分布規(guī)劃、促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、縮小東西部差距的同時(shí)結(jié)合自身實(shí)際選擇適宜的環(huán)境友好型土地利用模式等一系列問(wèn)題是目前亟需解決的問(wèn)題。目前一些學(xué)者對(duì)貴州土地資源承載力評(píng)價(jià)進(jìn)行了系統(tǒng)的研究[5-6]，但對(duì)土地資源承載力未來(lái)動(dòng)態(tài)變化的預(yù)測(cè)鮮見報(bào)道，因此，本文在分析貴州土地利用、人口發(fā)展現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，運(yùn)用土地承載力評(píng)估模型及土地資源承載指數(shù)(LCCI)模型對(duì)2003—2013年貴州土地資源承載力進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析，結(jié)合灰色GM(1，1)模型預(yù)測(cè)對(duì)2014—2023年的土地資源承載力的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)，以期為研究區(qū)制定土地、農(nóng)業(yè)、人口政策和生產(chǎn)、計(jì)劃與管理、協(xié)調(diào)人地關(guān)系提供科學(xué)的決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

貴州省位于中國(guó)西南的東南部，介于(103°36′—109°35′E)、(24°37′—29°13′N)。地貌自中部向北、東、南三面傾斜，屬于中國(guó)西南部高原山地，海拔平均1 100 m左右。全省土地資源平地較少，主要以山地、丘陵構(gòu)成，山地面積108 740 km2，占全省土地總面積的61.7%，丘陵占全省土地總面積的31.1%，面積為54 197 km2，而山間平地區(qū)僅占7.5%，面積為13 230 km2。巖溶地貌發(fā)育非常典型?？λ固?出露)面積109 084 km2，占全省國(guó)土總面積的61.9%。2014年全省土地總面積為1 760.99萬(wàn)hm2，其中，農(nóng)用地1 477.38萬(wàn)hm2，建設(shè)用地65.72萬(wàn)hm2，未利用地14.53萬(wàn)hm2，分別占國(guó)土面積的83.90%，3.73%，12.37%。貴州省常住人口為3 508.04萬(wàn)人，比上年末增加5.82萬(wàn)人。按城鄉(xiāng)分，城鎮(zhèn)人口1 403.57萬(wàn)人，增加78.68萬(wàn)人；鄉(xiāng)村人口2 104.47萬(wàn)人，減少72.86萬(wàn)人。城鎮(zhèn)人口占年末常住人口比重為40.01%，比上年提高2.18個(gè)百分點(diǎn)。貴州省完成地區(qū)生產(chǎn)總值9 251.01億元，人均地區(qū)生產(chǎn)總值達(dá)26 393元。

2 研究方法

2.1 土地承載力評(píng)估模型

土地資源承載力反映的是區(qū)域人口與糧食的關(guān)系，可以用一定糧食消費(fèi)水平下，區(qū)域糧食生產(chǎn)力所能供養(yǎng)的人口最大規(guī)模來(lái)度量[7]，計(jì)算公式如下：

LCC =G/Gpc

(1)

式中：LCC為土地資源承載力(人)，G為糧食總產(chǎn)量(kg)，Gpc 為人均糧食消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)(kg/人)。國(guó)內(nèi)眾多專家根據(jù)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)合中國(guó)國(guó)情計(jì)算并提出中國(guó)人均糧食消費(fèi)400 kg即可達(dá)到營(yíng)養(yǎng)安全的要求[8-9]，因此本文把人均糧食消費(fèi)400 kg作為營(yíng)養(yǎng)安全的標(biāo)準(zhǔn)。

2.2 土地資源承載指數(shù)(LCCI)模型

文章運(yùn)用土地資源承載指數(shù)(LCCI)及其相關(guān)指數(shù)揭示貴州現(xiàn)實(shí)人口數(shù)量與土地資源承載力之間的關(guān)系[2,7]，計(jì)算公式如下：

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(shí)人口數(shù)量(人)；Rp為人口超載率；Rg為糧食盈余率。根據(jù)LCCI的值可將不同地區(qū)的土地資源承載力劃分為糧食盈余、人糧平衡和人口超載3種類型區(qū)：(1) 人口超載區(qū)，LCCI高于1.125，糧食嚴(yán)重短缺，人口嚴(yán)重超載。(2) 人口與糧食平衡區(qū)，LCCI介于0.875～1.125，人口與糧食關(guān)系基本平衡，發(fā)展?jié)摿τ邢蓿?3) 糧食盈余地區(qū)，LCCI低于0.875，糧食平衡有余，具有一定的發(fā)展空間；根據(jù)盈余或超載的程度差異，可以將土地資源承載力細(xì)分為8個(gè)級(jí)別，基于LCCI的土地資源承載力分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)見朱小娟等的文章“甘肅省土地資源承載力格局的時(shí)空演變分析”[9]。

2.3 灰色預(yù)測(cè)模型

灰色預(yù)測(cè)是根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析，分析各相關(guān)因素對(duì)系統(tǒng)的影響程度，然后根據(jù)數(shù)據(jù)樹檢驗(yàn)的處理結(jié)果，建立GM(1,1)模型，并進(jìn)行求解。本文根據(jù)貴州2003—2013年的人口與糧食現(xiàn)狀，運(yùn)用LCC模型相關(guān)計(jì)算得出2003—2013年土地承載力與土地承載力指數(shù)，采用灰色GM(1,1)模型分別對(duì)其2014—2023年的土地承載力與土地承載力指數(shù)的預(yù)測(cè)。

(5)

(6)

3 結(jié)果與分析

3.1 貴州土地利用及人口發(fā)展現(xiàn)狀

3.1.1 貴州土地利用現(xiàn)狀 土地利用現(xiàn)狀是自然條件和人類社會(huì)經(jīng)濟(jì)活動(dòng)綜合作用的結(jié)果，受自然因素和人類改造利用行為的影響。社會(huì)經(jīng)濟(jì)環(huán)境、社會(huì)需求及生產(chǎn)科技管理水平的不同，形成了不同的土地利用現(xiàn)狀。貴州省2003—2013年各類土地的利用構(gòu)成及變化見表1。

表1 貴州省2003-2013年各類土地利用構(gòu)成及變化

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于貴州土地資源公報(bào)。

由表1可以看出，2003—2013年各類土地利用面積構(gòu)成的順序由大到小依次為：林地>耕地>未利用地>牧草地>建設(shè)用地>其他土地>園地，其中林地和建設(shè)用地呈明顯上升的趨勢(shì)，分別從2003年的44.56%，2.98%上升到2013年的50.84%，3.55%，變化量為110.46萬(wàn)hm2，10.04萬(wàn)hm2，變化率為14.07%，19.13%，其余各類土地利用面積保持平衡或下降的趨勢(shì)，變化幅度均低于建設(shè)用地。貴州省的土地正處在快速城鎮(zhèn)化時(shí)期，建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張是導(dǎo)致其他類型土地面積減少、土地資源承載力下降的主要因素。

3.1.2 貴州人口現(xiàn)狀分析 人口迅速增長(zhǎng)和城市化進(jìn)程中建設(shè)用地的擴(kuò)張，導(dǎo)致近年來(lái)貴州土地資源承載力下降，貴州省2003—2013年人口變化統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表2。

由表2可以看出，2003—2013年貴州年末總?cè)丝?、農(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口表現(xiàn)了出上升的趨勢(shì)，2013年比2003年分別增長(zhǎng)了13.19%，12.12%和18.95%。農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋戎叵陆担?1 a間下降了0.95%，非農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋戎爻尸F(xiàn)逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，11 a間上升了5.13%，人口變化結(jié)果表明貴州土地利用正逐漸轉(zhuǎn)型，人口數(shù)量不斷增加，可能逐漸趨近甚至超出土地資源承載力的最大閾值。

3.2 土地資源承載力動(dòng)態(tài)變化及預(yù)測(cè)

3.2.1 土地資源承載力的動(dòng)態(tài)變化 土地資源承載力是指在一定生產(chǎn)條件下土地資源的生產(chǎn)能力和生活水平下所承載的人口限度,是區(qū)域人口、資源與社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要指標(biāo)之一,對(duì)土地、人口、環(huán)境與發(fā)展都有一定的提示和預(yù)警作用[10-12]。2003—2013年貴州省土地資源承載力動(dòng)態(tài)變化評(píng)價(jià)結(jié)果見表3。

表2 2003-2013年貴州人口變化

注：數(shù)據(jù)來(lái)源于2004—2014年《貴州省統(tǒng)計(jì)年鑒》，下表同。

由表3可知，2003—2013年貴州土地資源承載力指數(shù)、人口超載率總體上表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)；糧食生產(chǎn)總量、土地承載力、糧食盈余率表現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)。研究表明貴州省所能承載的人遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際總?cè)丝?，土地資源承載力一直處于超載態(tài)勢(shì)，其中2006，2010—2013年的人口超載率超過(guò)50%，2011年的最高達(dá)93.34%，這主要是因?yàn)槭芎禐?zāi)影響，貴州2011年末糧食總產(chǎn)量比2010年年減產(chǎn)21.2%。研究表明較低的糧食生產(chǎn)量無(wú)法滿足快速增長(zhǎng)的人口需求，糧食盈余率表現(xiàn)出負(fù)增長(zhǎng)，糧食嚴(yán)重不足；土地承載力指數(shù)表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)，變化范圍在1.33～1.93，揭示糧食自給率比較低，人口與糧食之間矛盾十分突出。隨著人口數(shù)量不斷增長(zhǎng)、工業(yè)化和城市化的快速推進(jìn)，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化升級(jí)，研究區(qū)土地資源承載力可能會(huì)長(zhǎng)期處于過(guò)載態(tài)勢(shì)，人地關(guān)系緊張現(xiàn)象將日益加劇。

表3 貴州省2003-2013年土地資源承載力動(dòng)態(tài)變化

3.2.2 土地資源承載力的預(yù)測(cè)

(1) 土地資源承載力的灰色生成。根據(jù)表3中統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果可以得出貴州省土地資源承載力的原始數(shù)據(jù)序列X(0)(k)

X(0)(k)=[2 760.75,2 873.95,2 880.15,2 595.00,2 752.15,2 895.00,2 920.68,2 780.75,2 192.25,2 698.75,2 574.98]

(7)

根據(jù)式(7)得到一次累加生成數(shù)據(jù)序列X(1)(k)

X(1)(k)=[2 760.75，5 634.70，8 514.85，11 109.85，13 862.00，16 757.00，19 677.68，22 458.43，24 650.68，27 349.43，29 924.41]

(8)

(2) 土地資源承載力的灰色預(yù)測(cè)系統(tǒng)建模。根據(jù)灰色預(yù)測(cè)模型GM(1，1)，得出土地資源承載力的預(yù)測(cè)模型

(9)

X(1)(k+1)=-223123.2437e-225883.9937k+225883.9937

(10)

(3)土地資源承載力指數(shù)的灰色預(yù)測(cè)系統(tǒng)建模。根據(jù)相同的原理，得出土地資源承載力指數(shù)的預(yù)測(cè)模型

X(1)(k+1)=47.33857351e0.027667729k+1.271846057

(11)

將k=(0，1，2，3，…10)代入式(10)和式(11)，推算出貴州省2014—2023年土地資源承載力和土地資源承載力指數(shù)的預(yù)測(cè)值(圖1)。

圖1 貴州省2014—2023年土地資源承載力及

(4) 預(yù)測(cè)結(jié)果與分析。利用GM(1，1)模型建立的貴州省土地資源承載力及土地資源承載力指數(shù)的預(yù)測(cè)模型是否滿足實(shí)際情況，由灰色模型的模擬精度所決定。根據(jù)后驗(yàn)差檢驗(yàn)結(jié)果，土地資源承載力預(yù)測(cè)模擬的精度為2級(jí)，土地資源承載力指數(shù)預(yù)測(cè)模擬的精度為1級(jí)，結(jié)合2014年現(xiàn)實(shí)數(shù)據(jù)對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證，表明模型預(yù)測(cè)精度較好，可信度較高。圖1的預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2014～2023年間土地資源承載力表現(xiàn)出逐年下降趨勢(shì)，由2014年的2 527.42萬(wàn)人下降到2023年的2 248.73萬(wàn)人，10 a間下降了11.03%，表明如果按照當(dāng)前趨勢(shì)發(fā)展下去，貴州省的土地資源的承載力將會(huì)嚴(yán)重過(guò)載；從圖1中還可以看出，2014—2023年的土地資源承載力指數(shù)表現(xiàn)出逐年上升的趨勢(shì)，由2014年的1.75人上升到2023年的2.25，10 a間上升了28.57%。主要是因?yàn)檠芯繀^(qū)人口數(shù)量大且增速快、建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張占用了大量的耕地、生態(tài)環(huán)境脆弱、科技水平低、資金短缺、氣候?yàn)?zāi)害頻繁發(fā)生，糧食產(chǎn)量較低，糧食生產(chǎn)水平無(wú)法滿足持續(xù)增長(zhǎng)的人口需求，糧食自給難以實(shí)現(xiàn)。揭示未來(lái)10 a研究區(qū)土地資源的超載情況十分嚴(yán)重，人地矛盾日趨嚴(yán)峻，影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

4 結(jié) 論

(1) 2003—2013年各類土地利用面積構(gòu)成的順序由大到小依次為：林地>耕地>未利用地>牧草地>建設(shè)用地>其他土地>園地，其中建設(shè)用地呈明顯上升的趨勢(shì)，其余各類土地利用面積保持平衡或呈現(xiàn)下降的趨勢(shì)，變化幅度均低于建設(shè)用地。貴州省正處于城鎮(zhèn)化快速推進(jìn)時(shí)期，建設(shè)用地的不斷擴(kuò)張是導(dǎo)致其他類型土地面積減少、土地資源承載力下降的主要因素[13]。人口現(xiàn)狀分析表明，2003—2013年貴州年末總?cè)丝凇⑥r(nóng)業(yè)人口和非農(nóng)業(yè)人口表現(xiàn)了出上升的趨勢(shì)，2013年比2003年分別增長(zhǎng)了13.19%，12.12%和18.95%。農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋戎叵陆?，非農(nóng)業(yè)人口在總?cè)丝谥械谋戎爻尸F(xiàn)逐年增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)，人口變化結(jié)果表明貴州土地利用正逐漸轉(zhuǎn)型，人口數(shù)量不斷增加，可能逐漸趨近甚至超出土地資源承載力的最大閾值。

(2) 2003—2013年貴州土地資源承載力指數(shù)、人口超載率總體上表現(xiàn)出波上升趨勢(shì)；糧食生產(chǎn)總量、土地資源承載力、糧食盈余率表現(xiàn)出波動(dòng)下降的趨勢(shì)。說(shuō)明貴州省所能承載的人口遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于實(shí)際總?cè)丝冢恋刭Y源承載力已經(jīng)超出了其閾值，一直處于超載態(tài)勢(shì)，糧食盈余率表現(xiàn)出負(fù)增長(zhǎng)，糧食嚴(yán)重不足。土地承載力指數(shù)表現(xiàn)出波動(dòng)上升的趨勢(shì)，揭示糧食自給率比較低，糧食生產(chǎn)水平無(wú)法滿足持續(xù)增長(zhǎng)的人口需求，人口與糧食之間矛盾十分突出。

(3) 灰色預(yù)測(cè)結(jié)果顯示，2014—2023年間土地資源承載力表現(xiàn)出波動(dòng)下降趨勢(shì)，2023年比2014年下降了278.69萬(wàn)人，10 a間下降了11.03%；土地資源承載力指數(shù)表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢(shì)，2023年比2014年上升了0.5，10 a間上升了28.57%，研究結(jié)果表明如果按照當(dāng)前趨勢(shì)發(fā)展下去，未來(lái)10 a研究區(qū)土地資源的承載力將會(huì)嚴(yán)重過(guò)載，人地矛盾日趨嚴(yán)峻，影響經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展。

(4) 利用灰色預(yù)測(cè)GM(1，1)模型建立貴州省土地資源承載力及土地資源承載力指數(shù)的預(yù)測(cè)模型，由于受自然災(zāi)害和科技水平因素等的影響，加上各個(gè)指標(biāo)的預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)值均是不確定的數(shù)值，導(dǎo)致預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)值與實(shí)際值存在一定的誤差，這正上運(yùn)用灰色預(yù)測(cè)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)存在的不足，進(jìn)行模型的修正以減小預(yù)測(cè)的動(dòng)態(tài)值與實(shí)際值的誤差有待于進(jìn)一步的深入研究。

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Analysis and Prediction of Land Resources Carrying Capacity in Karst Mountainous Areas

WEI Yuan, WU Changyong, ZENG Fang, WANG Honglin

(SchoolofManagementScience,GuizhouUniversityofFinanceandEconomics,Guiyang550025,China)

By applying the land resources carrying capacity(LCC) model, carrying capacity index (LCCI) model and grey forecast model， we analyzed the dynamic changes of the land resources carrying capacity from 2003 to 2013 in Karst mountainous areas of Guizhou Province，and predicted the development trends of land resources carrying capacity between the year 2014 and year 2023. The results showed that from 2003 to 2013, the total population at the end of the year, land resource carrying capacity index, population overload rate showed the general upward trend in Guizhou Province, total grain production at the end of the year, land resource carrying capacity, grain surplus rate showed downward trend, indicating that the population carried by Guizhou Province was far lower than the actual total population, land resources carrying capacity has been overloaded, the grain surplus rate showed negative growth, food was serious shortage. The land carrying capacity index showed a trend of fluctuation upward, which revealed that the grain self-sufficiency rate was relatively low, and the contradiction between population and grain was very prominent. Gray prediction results showed that the land resources carrying capacity decreased from 2.527 42 × 107people in 2014 to 2023 of 2.248 73 × 107people, by 11.03% during 10 years; land carrying capacity index increased from 1.75 in 2014 to 2.25 in 2023, by 28.57% during 10 years, which indicated that if the current trend can not be changed, land resources carrying capacity will be severely overload in the next 10 years, the increasingly severe contradiction between people and land will impact the economic and social sustainable development. These results will provide the scientific basis for alleviating the contradiction between people and land, and achieving the regional sustainable development.

land use; land resources carrying capacity; grey forecast model; Karst mountainous areas; Guizhou Province

2015-11-04

2015-12-20

貴州省高校優(yōu)秀科技創(chuàng)新人才支持計(jì)劃(黔教合KY字〔2012〕091號(hào));2014年度貴州省教育廳高校人文社科基地項(xiàng)目(2014JD102);國(guó)家社科基金項(xiàng)目(12BJL085)

魏媛(1976—),女,貴州畢節(jié)人,博士,貴州財(cái)經(jīng)大學(xué)中國(guó)西部現(xiàn)代化研究中心、管科學(xué)院教授,主要從事土地資源可持續(xù)利用與生態(tài)經(jīng)濟(jì)研究。E-mail:weiyuan09876@163.com

S181；F301.24

A

1005-3409(2016)06-0322-05