山西省粮食生产发展特征及土地资源限制性研究

邢 力, 闫翠萍, 杨萍果, 李红军

(1.山西师范大学 生命科学学院, 山西 临汾041000; 2.山西省农业科学院小麦研究所，山西 临汾 041000; 3.中国科学院 遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心, 石家庄050000)



山西省粮食生产发展特征及土地资源限制性研究

邢 力1,3, 闫翠萍2, 杨萍果1, 李红军3

(1.山西师范大学 生命科学学院, 山西 临汾041000; 2.山西省农业科学院小麦研究所，山西 临汾 041000; 3.中国科学院 遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心, 石家庄050000)

基于山西省1949—2012年人口、耕地和粮食产量数据，以人粮关系为核心，构建土地资源限制性模型，从省、市、县三个不同尺度全面分析了山西省粮食发展特征及土地资源对人口分布的影响。结果表明：(1) 县级尺度上，2003—2012年粮食盈余地区在增加，不受土地资源承载力限制的县级单元由42.1%增至65%，人口超载的地区减少，其中，超载地区大部分位于山西省晋北地区，晋南地区的土地资源限制度较小，粮食盈余地区所占比例较大，中部地区偏向于人粮平衡。(2) 市级尺度上，土地资源承载力以人粮平衡和土地超载为基本特征，2012年与2003年相比全省粮食盈余市级地区增加，土地超载地区减少；(3) 全省尺度上，建国初期土地承载力指数整体大于1.13，土地处于超载状态。近十年间人口分布的土地资源限制度从27.2下降到11.8，土地资源限制度降低，人粮关系好转。总体来说，2012年的土地资源限制与2003年相比有很大程度的降低，土地超载的地区减少，人粮关系趋向改善，粮食盈余地区增加。

土地利用; 土地资源限制性; 承载力; 山西省

中国是世界人口大国且土地资源相对短缺。人口数量超过世界人口的20%，但可利用的土地仅占世界总数的7%，土地可持续利用及粮食生产安全问题一直制约着我国国民经济的平稳发展[1-2]。近年来，随着山西省人口的剧增，人粮矛盾突出，各级政府对粮食生产及粮食安全问题愈发关注。山西省的人口数量与土地资源承载力之间的关系长期处于吃紧状态。《山西省人口发展研究报告》对山西省未来人口发展预测可知，2020年的总人口数将达到3 654万人。因此，面临着环境资源的紧缺，尤其是淡水资源匮乏及土地资源的持续利用问题，严重制约了山西省人口数量与土地资源承载的可持续发展。当前，国内外学术界对于土地资源承载能力[3-4]和粮食生产潜力[5-6]以及土地资源的可持续利用问题[7-8]备受关注，我国土地管理局、中科院地理科学与资源研究所等单位对我国农业生产力及人口承载力开展了不同时空尺度的评估研究[9]。其中关于山西省耕地资源及区域粮食安全问题也有研究，杨苗就临汾市近25 a的耕地资源与粮食生产动态做了分析，研究表明总的耕地面积不断增加，但人均耕地面积减少，耕地资源空间变化差异明显[10]。本文依据山西省近60多年的粮食生产发展及不同尺度的土地资源承载力空间格局变化进行了深入研究。以人粮发展关系为核心，首先讨论1949—2012年山西省粮食生产特点，立足于土地资源对人口分布的约束问题，构建LCC土地资源承载力(land carrying capacity )和LCCI土地资源承载力指数(land carrying capacity)模型，从不同尺度分析山西省土地资源承载力空间格局的现状，将为山西省人口与粮食可持续发展及区域粮食生产安全提供参考依据。

1　研究区概况与数据来源

山西省地理坐标为110°14′—114°33′E，34°34′—40°44′N,东部以太行山与河北省毗邻,西南部与陕西、河南省隔黄河相望。北部以外长城为界和内蒙古相毗连，全境总面积为15.6万km2。山西省按地貌划分，平原、丘陵和山区的比例大体是2∶4∶4。山西省现辖11个地级市，119个县级行政单位。其中市辖区23个，县级市11个，县域单位85个。2012年总人口数量已达3 610.83万，其中农业人口已达2 326.73万，非农业人口达1 171.99万，城镇化率为49.68%，粮食总量为1 274.1万t，人均粮食占有量为547.6 kg。

本文的研究数据来源于《山西省统计年鉴》,包括1949—2012年山西省年末总人口数、耕地面积及粮食产量等。由于自然因素和气候因素对粮食总产量的影响，在研究分县土地资源承载力的同时，对其进行了3 a为一周期的处理，例如2010—2012年粮食总产量的平均值来代替2012年的粮食总产量。

2　研究方法

2.1土地资源承载力(LCC)模型及土地资源承载力指数(LCCI)模型

土地资源承载力又称土地忍耐力，它是指某地区在维持相对稳定的前提下，其土地资源所能容纳的人口数量及经济规模的大小。其中包括人均消费及粮食产量、人类需求及土地资源供给间的平衡关系[11]。本文中的粮食指山西省主要粮食产量，包括小麦、高粱、玉米、豆类等。

本文以山西省粮食产量为依据，以人粮关系为核心，将现实人口数量与理论人口承载数量作对比，构建土地资源承载力(LCC)模型[3]和土地资源承载力指数(LCCI)模型[7]来计算山西省土地资源承载力水平,公式如下：

LCCi=Gi/Gpci

(1)

LCCIi=Pai/LCCi

(2)

Rpi=(Pai-LCCi)/LCCi×100%=(LCCIi-1)×100%

(3)

Rgi=(LCCi-Pai)/LCCi×100%=(1-LCCIi)×100%

(4)

PLIi=PRIi/Pai×100%

(5)式中：LCCi为i分市的土地资源承载力；Gi为粮食总产量，也可以表示该地的土地生产力；Gpci为人均粮食消费标准(400kg/人)[12-13]；LCCIi表示土地资源承载指数，Pai为现实人口数量；Rpi为人口超载率；Rgi为粮食盈余率；PLIi为土地资源承载限度；PRIi为人口超载数量，即现实人口数量与土地资源承载力的差值[14-16]。

根据LCCi和Pai的大小可以将土地资源承载力划分为3种类型：当LCCiPai时，粮食盈余(即区域的粮食总量超过现实人口总量)。基于LCCI的土地资源承载力分级评价标准(表1)，可以将土地资源承载力细分为8个级别，在此基础上本文首先以县级为单元，定量分析2003—2012年近10 a分县、市、省人口分布的土地资源限制性，评价山西省10 a来土地资源限制度的空间变化趋势。

表1　基于LCCI的土地资源承载力分级评价标准

注:表中数据来源于文献[17]；Rp为人口超载率；Rg为粮食盈余率。

2.2粮食生产波动及波动指数

粮食生产波动是指该地区粮食年度总产量的实际变化偏离正常粮食产量的变动趋势，用GYFI波动指数(Grain yield fluctuation index )[18-20]来表示。公式如下：

(6)

3　结果与分析

3.1山西省的土地资源限制性及粮食生产发展的态势分析

3.1.1县级尺度县级尺度的土地资源承载力研究表明：2012年与2003年相比，山西省粮食盈余的县区明显增加，土地超载地区逐渐减少，人粮关系明显趋于改善(图1、表2、表3)。

2003年的粮食盈余地区共包括17个县域，人口数量与土地面积分别占山西省人口总数及总面积的11.9%和15.8%，其中粮食盈余的地区最多，占山西省总县域数量的7.5%，粮食充裕地区次之(占6.5%)，富富有余的地区最少(占1.9%)；人口超载地区共62个县域，人口数量与土地面积分别占到山西省总人口与总面积数的67.6%和57.2%，这些地区表现为人粮关系紧张，粮食较为亏缺，急需改善紧张关系；28个县处于人粮平衡状态，人口与土地面积分别占20.6%和27.0%，这些地区大体分布较为分散，在人口超载地区和粮食盈余地区中交叉出现。

2012年的粮食盈余地区比2003年大大增多，共有53个县，人口数量与土地面积分别占山西省总人口数和总面积数的44.5%和48.4%，其中富富有余的县域出现12个，富裕的县域出现29个，盈余县域出现12个，粮食盈余县域数占山西省总县域数的49.5%，表明这些县为人粮关系良好，粮食尚有结余。人口超载地区共有35个县，人口与土地面积分别占山西省总人口数和总面积数的40.2%和16.1%，与2003年相比县域数量减少了一半，说明人粮关系有所改善，但这些县人口处于超载状态，需进行调整。人粮平衡的地区包括19个，人口数量和土地面积分别占山西省人口总数及总面积数的15.3%和18.1%，这些地区表现为人口粮食关系较好，粮食有余或临界超载，人口与粮食发展较为均衡，分布空间比较集中。

3.1.2市级尺度分市土地资源承载力研究表明，土地资源承载力以人粮平衡和土地超载为主要特征。2012年与2003年相比粮食盈余地区增加了6个，比例达到了54.5%，人粮平衡与土地超载地区均有所减少(表4)。

2003年山西省人粮关系非常紧张，未出现粮食盈余地区，人粮平衡地区只有朔州市、忻州市、长治市、临汾市4个，共占山西省11个市区的36.4%，表现为人口与粮食发展比较均衡,粮食平衡有余或临界超载。大同市、晋中市、晋城市、太原市、阳泉市、吕梁市和运城市，这7个地区处于土地超载状态,共占山西省总市区的63.6%，表现为人粮关系突出，人口超载。

2012年分市土地承载力以粮食盈余和土地超载为基本特征。其中，粮食盈余地区出现6个市，分别是：朔州市、忻州市、长治市、临汾市、晋中市、运城市，占全省市区总数的54.5%，比2003年增加了6个地区；人粮平衡的市区仅有晋城市，占全省市区总数的9.1%，与2003年相比，减少了3个地区；土地超载地区出现了4个，分别是：大同市、太原市、阳泉市、吕梁市，占市区总数的36.4%，与2003年相比减少了3个地区，人粮关系趋于改善。

图1　山西省土地资源承载力空间格局表2　2003年山西省分县土地资源承载力评价

类型土地承载状况分县数量/个比例/%土地面积/104km2比例/%人口数量/万人比例/%粮食盈余或亏缺数量/万t富富有余21.90.42.628.90.925.3粮食盈余富裕76.50.85.4158.64.8101.3盈余87.51.27.7203.96.2100.3小计1715.92.515.8391.411.9226.9平衡有余1211.21.811.82367.198.9人粮平衡临界超载1614.62.415.2445.113.4170.5小计2826.24.227681.120.6269.4超载76.51.16.8207.16.268.3过载109.31.59.6298.1988.6人口超载严重超载4542.16.340.81736.652.4305.7小计6257.98.957.22241.867.6462.6总计10710015.51003314.3100958.9

表3　2012年山西省分县土地资源承载力评价

表4　2003年和2012年山西省分市土地资源承载力评价

3.1.3全省尺度通过分析山西省的土地资源承载力，结果表明1949—2012年土地资源承载力趋于增强，人口与粮食关系也趋于平衡，但由于人口数量不断增加，人粮关系仍处于紧张状态(图2)。具体来看：建国以后山西省的土地承载力指数LCCI大于1.13，土地资源承载力水平表现为粮食短缺，土地超载的状态。2009—2012年，土地资源承载力与人口规模的紧张状态略有好转。

图2　山西省历年来土地资源承载能力分析

图3　1949-2012年山西省粮食产量波动情况

3.2基于人口分布的土地资源限制度

(1) 分县和分市的土地资源限制度研究表明，2003年和2012年大部分地区人口分布的土地资源限制度差异较大。具体说来，2003年生活在超载地区的人口总数占全省总人口数的67.6%，超载人口已达2 241.8万人。2012年生活在土地超载地区的人口比2003年下降了870.5万人，占全省总人口数量的24.1%，粮食产量也比2003年增加了315.23万t。2003年出现的人口超载县域有62个，其中临界超载的县域出现16个；超载的县域出现6个；过载的县域出现10个；严重超载的县域出现45个，占超载人口总数量的59.1%。土地资源限制度已达到27.6%。2012年出现的人口超载县域较2003年而言仅有35个，临界超载的县域减少了8个；超载县域增加了2个；过载县域减少了10个；严重超载县域减少了25个，占超载总人口数量的56.2%，比2003年减少了2.9个百分点，土地资源限制度也低至11.8%。

总体而言，从2003—2012年近十年来，山西省的土地资源限制度在降低，分市的人粮关系好转。其中，大部分县域人口分布的土地资源限制度处于较低水平，粮食盈余的县域在增加，人口超载地区在减少，人粮关系趋于改善。

(2) 从全省的角度来看：建国以来，随着土地资源承载力的稳步上升，全省人口分布的土地资源限制度在逐步下降。就2003年，2012年相比较而言，2003年的土地资源限制度为27.2，约有68%的人口生活在土地资源超载区，超载人口达到0.2亿，其中土地资源限制度为负值的地区有朔州市和长治市，太原市的土地资源最为紧张，其土地资源限制度已达83%，急需对总人口进行控制。2012年土地资源限制度较2003年相比约为11.8，土地资源限制度为负值的地区提高至7个，分别是朔州市、忻州市、晋中市、长治市、晋城市、临汾市、运城市，其中太原市的土地资源限制度也有所控制，从83.1%下降至81%。总体说来，限制度的下降表明从2003—2012年的人口与土地之间的适宜程度在提升，2012年超载地区的人口总数仅有0.1亿人(图4)。

图4　2003年和2012年山西省土地资源限制度演化趋势

4　结 论

(1) 山西省粮食盈余的县市在增加，土地超载的地区在减少，人粮关系趋于改善,分县的土地资源承载力以土地超载和粮食盈余为其特征。2003—2012年分县粮食盈余地区增加，基本不受土地资源限制的分县单元由42.1%增至65%，人口超载地区减少。其中，超载地区大部分位于山西省晋北地区，晋南地区的土地资源限制度较小，粮食盈余地区所占比例较大，中部地区偏向于人粮平衡。

(2) 分市人口的土地资源限制程度呈下降趋势,以人粮平衡和土地超载为其特征。2012年与2003年相比粮食盈余地区增加了6个，比例达到了54.5%，人粮平衡与土地超载地区均有所减少。总体来说，2012年的土地资源限制度与2003年相比有很大程度降低，土地超载地区减少，粮食盈余地区增加，人粮关系趋于改善。

(3) 全省角度来看：自1949年以来，土地资源承载力趋于增强，土地承载力指数整体大于1.13，土地仍处于超载状态。从2003—2012年，人口分布的土地资源限制度从27.2下降到11.8，人口分布的土地资源限制度降低，人粮关系好转。在此基础上，全省应对已开发利用的土地资源进行合理耕种、节约用地、控制人口数量增长，因地制宜的全面规划，使得全省土地资源利用更为合理，人粮关系更为和谐。

[1]朱晓娟,刘普幸,赵敏丽,等. 甘肃省土地资源承载力格局的时空演变分析[J].土壤,2013,45(2):346-354.

[2]Yu Yongqiang, Huang Yao, Zhang Wen. Modeling soil organic carbon change in croplands of China,1980—2009[J]. Global and Planetary Change,2012,82(83):115-128.

[3]施开放,刁承泰. 重庆市粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局研究[J].水土保持研究,2012,19(4):168-171.

[4]李灿,张凤荣,朱泰峰,等.基于熵权TOPSIS模型的土地利用绩效评价及关联分析[J].农业工程学报,2013,29(5):217-227.

[5]刘芳,张红旗.我国农产品主产区土地可持续利用评价[J].自然资源学报,2012,27(7):1138-1153.

[6]杨艳昭,游珍.中国人口分布的土地资源限制性和限制度研究[J].地理研究,2014,33(8):1395-1405.

[7]杨青生. 基于元胞自动机的土地资源节约利用模拟[J].自然资源学报,2009,24(5):753-762.

[8]张勇,曾澜,吴炳方.区域粮食安全预警指示体系的研究[J].农业工程学报,2004,20(3):192-196.

[9]封志明,杨艳昭,张晶.中国基于人粮关系的土地资源承载力研究:从分县到全国[J].自然资源学报,2008,23(5):865-875.

[10]杨苗,杨萍果.近25 a临汾市耕地资源与粮食安全动态分析[J].水土保持研究,2012,19(5):271-274.

[11]封志明.土地承载力研究的过去、现在与未来[J].中国土地科学,1994,8(3):1-9.

[12]吴林筱,任志远,赵胜男,等.山西省土地资源人口承载力多尺度时空差异分析[J].山东农业科学,2015,47(6):83-86.

[13]谢平,文倩,孙水娟,等.基于人粮关系的湖南省耕地资源人口承载力研究[J].水土保持研究,2012,19(4):274-278.

[14]Yin Peihong, Fang Xuiqi, Yun Yaru. Regional differences of vulnerability of food security in China[J]. Journal of Geographical Sciences,2009,19(5):532-544.

[15]黄海,刘长城,陈春.基于生态足迹的土地生态安全评价研究[J].水土保持研究,2013,20(1):193-201.

[16]郭欢欢,李波,侯鹰.基于土地功能的土地资源承载力研究:北京市海淀区为例[J].北京师范大学学报:自然科学出版,2011,47(4):424-427.

[17]申更强,查轩.基于人粮关系的土地资源承载力演研究[J].亚热带水土保持,2010,22(4):22-25.

[18]陈红霞.土地集约利用背景下城市人口规模效益与经济规模效益的评价[J].地理研究,2012,31(10):1887-1894.

[19]封志明.中国未来人口发展的粮食安全与耕地保障[J].人口研究,2007,31(2):15-29.

[20]刘东,封志明,杨艳昭中国粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局现状[J].农业工程学报,2011,27(7):1-7.

Development of Grain Production and Research on Land Resources Restriction Constraints in Shanxi Province

XING Li1,2, YAN Cuiping2, YANG Pingguo1, LI Hongjun2

(1.SchoolofLifeScience,ShanxiNormalUniversity,Linfen,Shanxi041000,China; 2.CenterforAgriculturalResourcesResearchInstituteofGeneticsandDevelopmentalBiology,ChineseAcademyOfSciences,Shijiazhuang050000,China)

With the growth of population, the issues of land carrying capacity and food safety have attracted worldwide attention. Based on the relationship between population and grain production and the impact of land resources on population，we established a land resources constraint model series of index system and models to evaluate the capacity of land resources restriction for human population distribution in Shanxi Province using the data of grain production and population during the period from 1949 to 2012. In addition, the spatiotemporal features patterns of land resources restriction on population distribution in Shanxi Province were assessed comprehensively in the period from 2003 to 2012 at province, city prefecture and county levels with the goal of providing scientific foundation for the sustainable development of food and population. Limited degree, spatial pattern and changing pattern of land resources restriction on population pattern were also quantitatively revealed. The results showed that: (1) at the county level, the relationship between population and grain production tended to be improved from 2003 to 2012, about 42.2% and 65% of the counties in Shanxi Province were unaffected by land resources restriction respectively in 2003 and 2012; (2) at the city prefecture level, the relationship between population and grain production was improved from 2003 to 2012, the land resources constraints of land resources on production distribution had significant differences on provincial scale, and were at low level in the most of cities prefectures, the restriction degree of land resources on population distribution overall showed a downward trend at the city level during the period from 2003 to 2012; (3) at provincial level, the carrying capacity of land resources has been enhanced since 1949, the limited constraints degree of land resources on population distribution in Shanxi Province declined during the period from 2003 to 2012, down to 11.8 from 27.2 to 11.8 during the peripd from 2003 to 2012. On the whole, land resource constraints in 2012 were much smaller than those in 2003 compared to a great degree of reduction, as food surplus areas increased and overloaded land areas reduced during the period from 2003 to 2012, people tended to harmony.

land use; land resources constraints; land carrying capacity; Shanxi Province

2015-05-28

2015-07-20

国家自然科学面上基金“农田土壤磁化率与微量金属含量相关性及空间格局研究”(31272258)

邢力(1989—),女,山西襄汾人,硕士研究生,主要从事农田土壤资源利用研究。E-mail:sxlfxl3304@163.com

杨萍果(1974—),女,山西襄汾人,博士,副教授,主要从事农田土壤资源利用研究。E-mail:lfypg@126.com,15135350928

F062.1

A

1005-3409(2016)04-0185-06