基于人粮关系的土地资源承载力动态分析与预测——以广西壮族自治区为例

韩振锋，庞芸芳，韦燕飞，童新华

(1.广西师范学院 地理科学与规划学院，广西 南宁 530001；2.广西师范学院 国土资源与测绘学院，广西 南宁 530001)

0 引言

土地资源承载力是指一定地区的土地所能持续供养的人口数量,即土地资源人口承载量,其实质是研究人口消费与食物生产、人类需求与资源供给间的平衡关系问题[1]。随着人口的增长和城市化的发展，土地资源承载力和粮食安全问题备受学者们的广泛关注，有部分学者基于人粮关系，在国家、省(自治区)、市、县等尺度下对土地资源承载力展开了系统研究[2-7]，而针对广西壮族自治区的相关研究鲜有报道。广西作为较落后的少数民族自治区、也是西部边疆贫困区，随着工业化、产业化、城镇化的飞速发展，加之自身生态环境较脆弱，给土地资源带来较大的压力，亟待解决人口与粮食安全并分析出广西地区内人口、资源与社会经济之间的关系。

基于此，本文以广西人粮关系为切入点，根据人口和粮食关系，参考封志明[2]、刘东[8]等建立的土地承载力、土地承载力指数模型，定量评价广西2005～2015年土地承载力状况。对2005～2015年广西土地资源承载力变化分析，并根据其变化趋势对2016～2026年进行预测，系统分析出广西土地资源承载力动态变化与未来发展趋势，旨在为广西可持续发展、地区脱贫攻坚提供科学依据。

1 研究区概况

广西壮族自治区，地处北纬20°54′～26°24′，东经104°26′～112°04′，与广东、湖南、贵州、云南相邻。地势西北高，东南低，四周多被山地、高原环绕，呈盆地状，全区山多平原少，岩溶广布。据区测绘局量算，平原占地14.6%，山地丘陵占总面积的76%，河湖塘库水面占1.5%。截止2016年底，全区粮食生产总量1521.30万t，油料产量68.95万t，甘蔗产量7461.32万t，水果产量1525.20万t。广西按城乡人口分，市镇人口总量2326万人，同比增加69万人；乡村总人口2512万人，同比减少27万人。市镇人口占常住人口的48.08%，同比增长1.02%；总人口为4838万人，增长速率1.11%。广西完成GDP总值18317.64亿元，人均GDP总值达38027元。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文所采用的数据主要来源于广西2005～2015年总人口、农业人口、非农业人口、粮食总产量数据，该部分数据来自2006-2016年《广西统计年鉴》；2005、2015年土地利用现状数据来自广西土地资源公报。

2.2 土地承载力(LCC)模型

在一定的粮食消费标准下，土地资源承载力表示为区域的粮食总产量所能供养的人口数量[2,8]，公式为：

LCC=G/GPC

(1)

式中：LCC为土地承载数量(人)，G为粮食生产总量(kg)，GPC为人均消费标准(kg/人)。根据众多研究及结合中国基本国情确定，每年人均粮食消费标准为400 kg[9-10]。

2.3 土地承载力指数(LCCI)模型

土地资源承载指数表示现实人口数量与承载力的比值，表示土地、人口和粮食的关系[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为土地资源承载指数；Pa为现实人口数量(人)；Rp为人口超载率；Rg粮食盈余率。根据LCCI值、人口及粮食平衡间的关系，将广西划分为粮食盈余地区、人粮平衡地区、人口超载地区3种类型[11]。粮食盈余区，LCCI值小于0.875，表明粮食有所剩余，可以承载更多的人口，存在发展空间。人粮平衡区，LCCI值介于0.875～1.125之间，区域的粮食生产总量刚好满足当前的人口数量，发展能力较小甚至不具备发展能力。LCCI值大于1.125，区域粮食总量无法满足人口的需求，粮食不足，人口超载。

2.4 灰色预测GM(1,1)模型

灰色预测是分析系统内各相关因素的发展趋势，根据一次性累加原始数据来获取系统变动规律的模型。其原始数据可以生成具有规律性的数据数列，根据数据数列可以建立微分方程模型，即灰色GM(1,1)预测模型[12]。该模型起到了解事物未来发展趋势的作用。本研究以模型计算得到的2005～2015年广西LCC值和LCCI值作为原始数据，构建LCC和LCCI的灰色预测模型。对2016～2025年未来10年的土地资源承载力及承载指数进行预测分析。GM(1,1)模型构建过程如下：

(2)构造累加矩阵B与常数向量Y：

为确保结果的准确度和可靠性，对结果进行检验。检验结果的方法一般采用后验差和小误差概率P。C表示后验差的比值，C、P计算公式表示为：

(5)

3 结果与分析

3.1 广西土地利用及人口发展现状

3.1.1 广西土地利用现状 土地利用现状是表示各类现状用地的数量、质量、分布等的情况，受自然环境和人类活动的影响。不同层次的经济环境、科技水平和社会需求形成不同土地利用现状。根据广西土地利用数据，将2005～2015年广西土地分为7类，具体分类、总量及其变化量如表1所示。

从表1可知，2005～2015年广西区域各类土地利用情况。广西各类土地面积的顺序由小到大排列为：未利用地<园地<牧草地<建设用地<其他土地<耕地<林地。其中耕地、建设用地均表现出明显的上升趋势，分别从2005年的17.88%、3.83%上升到2015年20.56%、5.77%，变化量为63.78万hm2、46.12万hm2，变化率为15.02%、50.70%；未利用地和其他土地表现下降的趋势，变化量变化最大的是其他土地，下降了304.20万hm2。从表1可以看出：广西正处于城镇化快速推进时期，建设用地在不断扩张；另一方面政府加大了耕地的保护力度和农村经济政策的实施力度，因此，耕地面积得以增加，农作物产量得以提高，这是广西土地资源承载力得以略微提高的一个重要因素。

表1 2005～2015年广西土地利用构成及其变化情况

注：数据来自广西土地资源公报。

3.1.2 广西人口现状分析 人口数量的变化是影响土地资源承载力变化的一个重要因素，人口的组成结构及动态变化状态是了解地区土地资源承载变化情况的核心要素。广西2005～2015年人口变化情况如下表2所示。

从表2可以看出，2005～2015年间广西地区年末总人口、农业人口、非农业人口总体上表现出上升趋势，2015年比2005年分别增加了593万人、450万人、169万人。2005～2015年间，农业人口的比重有所波动，总体上呈下降趋势，比重下降了0.64%，非农业人口比重有所上升，上升了2.72%。表明广西土地结构正在逐渐发生转型，随着城镇化的快速发展，总人口在不断增长过程中，非农业人口比重有所上升；农业人口比重略微下降，但农业人口在广西占比较大，对农业发展影响甚微。

3.2 土地资源承载力动态变化及预测

3.2.1 土地资源承载力的动态变化 土地资源承载力表示土地能供养的人口数量，即土地资源人口承载量。主要研究人口、资源、环境三者之间的平衡关系[12]。在2005～2015年广西地区人口数据和粮食生产总量数据的基础上，运用土地承载力评估模型，计算土地资源承载力，进而得出广西2005～2015年土地资源承载力动态变化情况，如表3所示。

表2 2005～2015年广西人口变化情况

注：数据来源于2006～2016年《广西壮族自治区统计年鉴》，下同。

根据表3可以得出：(1)2005～2015年间，广西土地资源承载力指数、人口超载率表现波动上升态势，粮食盈余率负增长。(2)粮食生产总量、土地资源承载力变化趋势一致，均为先减少后增加，整体呈上升趋势，土地资源承载力的略微增长与粮食产量上升相关。

表3 2005～2015年广西LCC动态变化

从图1分析可得：(1)2010年LCCI值出现最大值1.46，最小值出现在2006年与2007年。(2)2007～2008年LCCI的变化幅度最大，2008年人口超载率达45%，通过2007和2008年粮食生产总量的比较，2008年比2007年减产了10.1%，人粮矛盾突出，这主要是受自然灾害(雪灾)影响。(3)2005～2015年间，广西土地资源承载力指数值均大于1.125，并呈增长趋势，说明广西粮食总量无法满足实际人口的需求，粮食严重不足，表现为人口超载状态。

图1 2005～2015年广西区土地资源承载指数变化

3.2.2 土地资源承载力的预测 建立土地资源承载力预测模型，具体步骤如下：

(1)对土地资源承载力数据进行初步处理。由2005～2015年广西土地资源承载力动态变化统计分析数据作为土地资源承载力的原始数据序列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)

由原始数据序列(1)生成数据序列X(0)(k)，X(0)(k)的形成主要是对原始数据进行一次性累加。

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)土地资源承载力预测模型的建立。由微分方程计算出灰色预测参数，进而得到土地资源承载力灰色预测模型

(8)

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

-539072.225

(9)

(3)同理，构建承载指数灰色预测模型，得到土地资源承载力灰色预测模型为

(10)

X(1)(k+1)=[99.8851852e0.0135k-98.5851852

(11)

将k=(0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10)代入式(9)和式(11)，推算出广西2016～2025年土地资源承载力和土地承载力指数的预测值(表4和图2)。

表4 2016～2025年广西土地资源承载力和土地资源承载指数预测表

(4)结果和分析。由于预测模型是在历年数据的基础上，推测出的具有相关性的数据，因此需要对预测模型得出的预测结果进行精度检验，确认构建的预测模型是否符合实际、具有科学性。精度检验方法为后验差和最小误差概率。通过计算可以得到：LCC预测精度为2级，LCCI预测精度为1级。在此基础上，对2016年现实数据进行验证，表明预测结果较准确，结果可信。由图2可得，2016～2025年LCC值表现出逐年上升的趋势，从2016年的3805万人上升到2025年的4036万人,10年间将上升6.07%，一方面是社会经济的发展，加大对农业的投入。另一方面是在保护18亿亩耕地红线的警示下，广西政府积极保护耕地面积，耕地面积总量有所增加，进而提高广西区的粮食总产量。从图2还可以看出，2016～2025年，广西LCCI值的走势表现为逐年上升，由2016年的1.55上升到2025年1.75，上升12.90%。主要原因是广西区人口众多且增速较快，生态环境脆弱、资金短缺、科技水平低、粮食产量虽有所上升但仍无法满足持续增长的人口需求，揭示未来10年广西区土地资源承载力仍处于超载态势，将会引发各种危机，经济社会的可持续发展受到严重制约。

图2 2016～2025年广西壮族自治区土地资源承载力及承载指数预测

4 结论

本研究通过分析2005～2015年广西土地利用现状动态变化，利用2006～2016年广西统计数据和广西土地资源公报数据，结合LCC模型、LCCI模型，对广西2005～2015年土地资源承载力的变化情况进行了系统研究，并构建了预测模型，对土地资源承载力及承载指数进行预测。主要结论如下。

(1)2015年底，广西土地总面积为23755800 m2，占国土面积的2.5%。其中，在各类用地中，林地面积最大，占总面积56.39%，耕地占总面积的20.56%，建设用地占总面积的5.8%，未利用地占总面积的1.71%。总的来说，林地面积最大，其次是耕地、其他土地、建设用地、牧草地、园地，面积最小的为未利用地。说明广西土地开发较全面，后备土地资源较少。2005～2015年这10年间，其他土地减少304.20万hm2，未利用地减少2.93万hm2。耕地、园地、林地和建设用地有所增加，分别增加了63.78万、59.45万、178.08万、46.12万hm2。建设用地的增加说明广西城市用地加大，具有一定的发展能力。2015年底，广西地区总人口达到了5518万人，主要以农业人口为主，非农业人口所占比例为19.63%。人口分析表明，2005～2015年广西年末总人口、非农业人口和农业人口均表现出上升趋势，2015年比2005年分别增长了593万人、169万人、450万人。非农业人口的增加，表明城市化发展进程加快。城镇化的发展，离不开农村劳动力进城务工，人们生活水平的提高，从而进一步导致城市人口增加。

(2)2005～2015年间，广西土地资源承载力、承载指数表现为上升态势。粮食生产总量和人口超载率表现为波动上升的趋势，粮食盈余率表现出波动下降的趋势。表明广西所能承载的人口远远低于现实总人口，处于超载状态。这10年间，土地资源承载力的变化呈现为上升—下降—上升的趋势，但现实人口数量远超于土地承载力的阈值。粮食盈余率均为负，表现为负增长，揭示了人口的快速增长对粮食的极度需求，粮食亏缺严重。土地资源承载指数变化范围在1.29～1.46之间，表现出波动上升的趋势，粮食自给率低，人口粮食关系矛盾，在人口持续增长的基础上，土地资源承载力处于过载状态。

(3)灰色预测模型预测结果表明：2016～2025年间广西土地资源承载力表现出波动上升的趋势，2025年比2016年上升231万人，10年间上升6.07%；土地资源承载指数表现出波动上升的趋势，从2016年的1.55上升到1.75，10年间上升12.90%，表明即使土地资源承载能力有所提高，但广西人口数量大、增长速度快，粮食产量较低、科技水平不高，土地资源承载力长期一段时间内仍将处于人口超载级别，影响广西社会经济可持续发展，人粮矛盾依然存在。