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黑河中游地區(qū)內(nèi)陸河流域耕地壓力動態(tài)分析與預(yù)測

2014-09-04 02:28付士波朱前濤杜莖深
南方農(nóng)業(yè)·下旬 2014年4期
關(guān)鍵詞:動態(tài)分析預(yù)測

付士波++朱前濤++杜莖深

摘 要 以黑河中游地區(qū)為例,對內(nèi)陸河流域耕地壓力進(jìn)行動態(tài)分析與預(yù)測。在對該流域2003-2012年耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎(chǔ)上,計(jì)算最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù),運(yùn)用自回歸預(yù)測模型對該區(qū)域未來10 a的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行預(yù)測。研究結(jié)果表明:2003-2012年,該區(qū)域耕地壓力指數(shù)不斷降低,未來10 a進(jìn)一步降低,但始終保持在1之上,糧食消費(fèi)水平高于耕地生產(chǎn)力的供給水平,糧食安全形勢嚴(yán)峻,需進(jìn)一步加強(qiáng)對耕地的保護(hù)。

關(guān)鍵詞 內(nèi)陸河流域;耕地壓力;動態(tài)分析;預(yù)測;黑河中游地區(qū)

中圖分類號:F301.21 文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A 文章編號:1673-890X(2014)12-0121-04

西北干旱區(qū)的內(nèi)陸河流域?qū)儆谏鷳B(tài)脆弱敏感地區(qū),近年來,由于社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人口急劇增長和非農(nóng)用地大量擠占耕地致使環(huán)境不斷惡化。耕地作為內(nèi)陸河流域最重要的生態(tài)資源,對糧食安全和保持生物多樣性發(fā)揮著重要的作用。黑河作為我國第2大內(nèi)陸河,其中游地區(qū)是干旱區(qū)內(nèi)陸河流域的典型代表,由此,利用耕地壓力指數(shù)模型,對該地區(qū)的耕地壓力動態(tài)變化進(jìn)行定量分析,以期為干旱半干旱地區(qū)的耕地預(yù)警和耕地保護(hù)政策的制定提供

依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

2 研究方法及數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

采用耕地壓力指數(shù)模型[1],通過分析2002-2011年黑河中游地區(qū)的人口、耕地面積、糧食作物播種面積及糧食產(chǎn)量等指標(biāo)的動態(tài)變化,計(jì)算出不同時(shí)期的最小人均耕地面積與耕地壓力指數(shù),進(jìn)而分析其面臨的耕地保護(hù)態(tài)勢。

最小人均耕地面積是在一定區(qū)域范圍內(nèi),一定糧食自給水平和耕地生產(chǎn)力條件下,為了滿足人口正常生活的糧食消費(fèi)所需的耕地面積,它是糧食自給率、糧食消費(fèi)水平、耕地生產(chǎn)力水平等因子的函數(shù),公式為:

式中:K為耕地壓力指數(shù);Sa為實(shí)際人均耕地面積。

耕地壓力指數(shù)能夠客觀反映耕地壓力的動態(tài)變化趨勢,并給出了耕地保護(hù)的閥值。某一特定點(diǎn)的耕地壓力指數(shù)K值與1的偏離程度代表了人均耕地面積警戒值和實(shí)際值的偏離程度,偏離越大,表明耕地壓力越明顯[2]。

該模型顯示,最小人均耕地面積與人均食物需求量、食物自給率成正比,而與食物產(chǎn)量、食物播種面比重和復(fù)種指數(shù)成反比。因此,在耕地食物生產(chǎn)力不變而人均食物消費(fèi)水平及食物自給水平較高時(shí),要求有較大的最小人均耕地面積;在保持一定食物自給率和食物消費(fèi)水平條件下,隨著食物產(chǎn)量水平提高及食物播耕地利用指數(shù)增大,所需最小人均耕地面積減小。

2.2 數(shù)據(jù)來源

該文數(shù)據(jù)主要來源于2002-2012年《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》①、《中國縣(市)社會經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒》《張掖市統(tǒng)計(jì)年鑒》《甘肅省第二次全國農(nóng)業(yè)普查資料匯編(農(nóng)村卷)》等相關(guān)統(tǒng)計(jì)

資料。

3 黑河中游地區(qū)耕地壓力動態(tài)變化的定量分析

3.1 數(shù)據(jù)的無量綱化處理

耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等各因子,具有不同的量綱和量綱單位,為了消除由此帶來的不可公度性,在對其進(jìn)行多指標(biāo)綜合評價(jià)分析時(shí),作無量綱化處理,并繪制各因子變化的趨勢曲線圖(圖1)。由此,采用無量綱標(biāo)準(zhǔn)化法處理各因子,公式為:

式中,為標(biāo)準(zhǔn)觀測值;為觀測值;為樣本均值;為樣本標(biāo)準(zhǔn)差。

圖1 耕地壓力指數(shù)各因子變化趨勢

3.2 耕地壓力指標(biāo)動態(tài)變化

人口數(shù)量的時(shí)空分布和動態(tài)變化。黑河流域普遍存在不同程度的生態(tài)環(huán)境惡化問題,其中主要表現(xiàn)為,上游天然林草退化導(dǎo)致生物多樣性減少;中游水資源短缺、水土流失嚴(yán)重;下游旱災(zāi)頻發(fā),河流湖泊干涸。上下游地區(qū)生態(tài)問題最為突出,故黑河流域的人口分布不均且密度低,上、下游人口僅占流域人口的13.44%,絕大部分人口居住在水資源相對豐富的中游地區(qū)[3]。2003年該地區(qū)總?cè)丝?26.91萬,2012年120.46萬,占流域人口的86.56%,人口增長總體趨于穩(wěn)定。

耕地面積的時(shí)空分布和動態(tài)變化。2012年末,黑河中游地區(qū)土地面積419.38萬 hm2,耕地面積

21.4萬 hm2,占5.1%。該區(qū)域耕地面積逐年增加,隨著黑河中游人口劇增,受干旱區(qū)綠洲土地生產(chǎn)力的限制,只有通過開發(fā)未利用土地中的灘涂、荒草地等來增加耕地面積來滿足當(dāng)?shù)厝丝趯Z食的需求。人均耕地面積的變化趨勢與耕地面積的變化趨勢基本吻合[4]。

糧食總產(chǎn)量呈現(xiàn)出波浪式增加的趨勢,由74.38萬 t增長到119.24萬 t。受報(bào)酬遞減規(guī)律制約,2009年以后糧食產(chǎn)量的增幅放緩。

3.3 耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

最小人均耕地面積是保障該區(qū)域糧食安全的底線。為計(jì)算最小人均耕地面積,需確定各相關(guān)因子的數(shù)值。中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院唐華俊[5]基于平衡膳食模式提出人均糧食需求量為386.6 kg/人,糧食自給率可以根據(jù)歷年糧食消耗量與糧食產(chǎn)量比值得到,復(fù)種指數(shù)為耕地上全年內(nèi)農(nóng)作物的總播種面積與耕地面積之比。據(jù)此,結(jié)合相關(guān)統(tǒng)計(jì)資料,得到各指標(biāo)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如圖2所示。

圖2 2003年-2013年耕地壓力指數(shù)變化曲線圖

自2003年以來,歷年的耕地壓力指數(shù)均大于1,表明該區(qū)域的糧食供給小于需求,糧食處于不安全狀態(tài)。近年來,隨著人口增加、人均糧食需求量增加、建設(shè)用地?cái)U(kuò)大、生態(tài)退耕等因素的影響,該區(qū)域的人均耕地面積不斷減少,耕地保護(hù)形勢嚴(yán)峻。2010年以來,隨著退耕還林還草工程的進(jìn)行,耕地面積有所減少,但通過土地復(fù)墾和嚴(yán)格限制建設(shè)用地占用耕地[6],該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)逐年

降低。

4 耕地壓力指數(shù)的趨勢預(yù)測

根據(jù)表2,變量耕地壓力指數(shù)值按時(shí)間序列呈自相關(guān)性,可建立該變量的自回歸模型,并由此對其發(fā)展變化趨勢進(jìn)行預(yù)測。endprint

4.1 時(shí)間序列的自相關(guān)性判斷

自相關(guān)性是建立自回歸模型的基礎(chǔ),只有具有顯著相關(guān)性的時(shí)間序列才可以建立自回歸模型,所以需對耕地壓力指數(shù)時(shí)間序列的自相關(guān)性進(jìn)行判斷。

其i階自相關(guān)系數(shù)ri[7]為:

4.3 耕地壓力指數(shù)預(yù)測

運(yùn)用該模型進(jìn)行預(yù)測計(jì)算,可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖(如圖3所示)。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預(yù)測趨勢圖

結(jié)果顯示,在未來10 a,該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢,但壓力指數(shù)仍然大于1,說明實(shí)際人均耕地面積小于最小人均耕地面積,此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟(jì)活動的加強(qiáng)和生態(tài)環(huán)境的約束,建設(shè)用地的擴(kuò)張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強(qiáng)對耕地的保護(hù),提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年,黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預(yù)測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行預(yù)測,也呈降低趨勢,但耕地壓力指數(shù)始終在1之上,2022年最低值為1.20。這表明,2003-2022年,該區(qū)域的耕地壓力十分明顯,加上生態(tài)環(huán)境脆弱,特別是水資源的限制,要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平,減輕耕地壓力,保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎(chǔ)上,對耕地壓力指數(shù)進(jìn)行的預(yù)測,其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多,因而在預(yù)測方法上有待完善,在研究內(nèi)容上尚需進(jìn)一步深入研究。

注:

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》更名為《甘肅年鑒》,2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

參考文獻(xiàn)

[1] 蔡運(yùn)龍,傅澤強(qiáng),戴爾阜.區(qū)域最小人均耕地面積與耕地資源調(diào)控[J].地理學(xué)報(bào),2002,57(2):127-134.

[2] 李晶,任志遠(yuǎn),周自翔.區(qū)域糧食安全性分析與預(yù)測[J].資源科學(xué),2005,27(4):89-94.

[3] 高新才,趙玲.黑河流域人口承載力預(yù)測分析[J].西北人口,2010(3):119-123.

[4] 居玲化,石培基,等.張掖綠洲耕地和建設(shè)用地變化驅(qū)動力比較研究[J].水土保持通報(bào),2009,29(5):156-159.

[5] 唐華俊.基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(11):2315-2327.

[6] 馮金.張掖市糧食產(chǎn)量波動分析[J].河西學(xué)院學(xué)報(bào).2010(2):64-68.

[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:67-69.

(責(zé)任編輯:劉昀)endprint

4.1 時(shí)間序列的自相關(guān)性判斷

自相關(guān)性是建立自回歸模型的基礎(chǔ),只有具有顯著相關(guān)性的時(shí)間序列才可以建立自回歸模型,所以需對耕地壓力指數(shù)時(shí)間序列的自相關(guān)性進(jìn)行判斷。

其i階自相關(guān)系數(shù)ri[7]為:

4.3 耕地壓力指數(shù)預(yù)測

運(yùn)用該模型進(jìn)行預(yù)測計(jì)算,可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖(如圖3所示)。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預(yù)測趨勢圖

結(jié)果顯示,在未來10 a,該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢,但壓力指數(shù)仍然大于1,說明實(shí)際人均耕地面積小于最小人均耕地面積,此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟(jì)活動的加強(qiáng)和生態(tài)環(huán)境的約束,建設(shè)用地的擴(kuò)張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強(qiáng)對耕地的保護(hù),提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年,黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預(yù)測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行預(yù)測,也呈降低趨勢,但耕地壓力指數(shù)始終在1之上,2022年最低值為1.20。這表明,2003-2022年,該區(qū)域的耕地壓力十分明顯,加上生態(tài)環(huán)境脆弱,特別是水資源的限制,要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平,減輕耕地壓力,保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎(chǔ)上,對耕地壓力指數(shù)進(jìn)行的預(yù)測,其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多,因而在預(yù)測方法上有待完善,在研究內(nèi)容上尚需進(jìn)一步深入研究。

注:

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》更名為《甘肅年鑒》,2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

參考文獻(xiàn)

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[4] 居玲化,石培基,等.張掖綠洲耕地和建設(shè)用地變化驅(qū)動力比較研究[J].水土保持通報(bào),2009,29(5):156-159.

[5] 唐華俊.基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(11):2315-2327.

[6] 馮金.張掖市糧食產(chǎn)量波動分析[J].河西學(xué)院學(xué)報(bào).2010(2):64-68.

[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:67-69.

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4.1 時(shí)間序列的自相關(guān)性判斷

自相關(guān)性是建立自回歸模型的基礎(chǔ),只有具有顯著相關(guān)性的時(shí)間序列才可以建立自回歸模型,所以需對耕地壓力指數(shù)時(shí)間序列的自相關(guān)性進(jìn)行判斷。

其i階自相關(guān)系數(shù)ri[7]為:

4.3 耕地壓力指數(shù)預(yù)測

運(yùn)用該模型進(jìn)行預(yù)測計(jì)算,可得2013-2022年該區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢圖(如圖3所示)。

圖3 2013-2022年耕地壓力指數(shù)預(yù)測趨勢圖

結(jié)果顯示,在未來10 a,該區(qū)域的耕地壓力指數(shù)有下降的趨勢,但壓力指數(shù)仍然大于1,說明實(shí)際人均耕地面積小于最小人均耕地面積,此期糧食需求大于耕地生產(chǎn)力的供給水平。隨著人類經(jīng)濟(jì)活動的加強(qiáng)和生態(tài)環(huán)境的約束,建設(shè)用地的擴(kuò)張會侵占綠洲周邊大量的耕地。所以要加強(qiáng)對耕地的保護(hù),提高糧食產(chǎn)量。

5 結(jié)語

2003-2012年,黑河中游地區(qū)的耕地壓力指數(shù)總體上呈降低趨勢。利用一階線性自回歸預(yù)測模型對未來十年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行預(yù)測,也呈降低趨勢,但耕地壓力指數(shù)始終在1之上,2022年最低值為1.20。這表明,2003-2022年,該區(qū)域的耕地壓力十分明顯,加上生態(tài)環(huán)境脆弱,特別是水資源的限制,要注意依靠科技投入提高耕地生產(chǎn)水平,減輕耕地壓力,保證糧食生產(chǎn)。

本研究是在對耕地面積、人口數(shù)量、糧食產(chǎn)量等因子動態(tài)分析的基礎(chǔ)上,對耕地壓力指數(shù)進(jìn)行的預(yù)測,其結(jié)果有一定的參考性。但耕地壓力涉及因素眾多,因而在預(yù)測方法上有待完善,在研究內(nèi)容上尚需進(jìn)一步深入研究。

注:

① 2005年、2007年和2009年《甘肅統(tǒng)計(jì)年鑒》更名為《甘肅年鑒》,2010年、2011年、2012年更名為《甘肅發(fā)展年鑒》。

參考文獻(xiàn)

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[2] 李晶,任志遠(yuǎn),周自翔.區(qū)域糧食安全性分析與預(yù)測[J].資源科學(xué),2005,27(4):89-94.

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[5] 唐華俊.基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究[J].中國農(nóng)業(yè)科學(xué),2012,45(11):2315-2327.

[6] 馮金.張掖市糧食產(chǎn)量波動分析[J].河西學(xué)院學(xué)報(bào).2010(2):64-68.

[7] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:60-67.

[8] 徐建華.現(xiàn)代地理學(xué)中的數(shù)學(xué)方法[M].北京:高等教育出版社,2002:67-69.

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