山西省土地资源人口承载力多尺度时空差异分析
中图分类号：Q988 文献标识号：A 文章编号：1001-4942（2015）06-0083-04
Multi Scale Spatial-Temporal Variation Analysis on
Land Carrying Capacity in Shanxi Province
Wu Linxiao， Ren Zhiyuan*，Zhao Shengnan，Wei Qianqian
（College of Tourism and Environment， Shaanxi Normal University， Xi’an 710119， China）
Abstract On the basis of man-grain relationship， using the land carrying capacity （LCC） and land carrying capacity index （LCCI） models， from 3 spatial scales， province， region and county， the spatial-temporal variation of land carrying capacity was quantitatively evaluated in Shanxi from 2003 to 2012. The results showed that：（1） The provincial land carrying capacity showed an increasing trend from 2003 to 2012. Since 2009， the LCCI decreased. However， the increasing population resulted in lacking of grain.（2） The land carrying capacity was in the order of Jinnan>Jinbei>Jinzhong. Jinnan kept balance between population and grain， and had great development potential. But Jinzhong had been seriously overloaded. The LCC improved in these regions in 10 years， and the increase range was Jinnan>Jinzhong>Jinbei.（3） The overloading counties mainly located in Jinzhong.The food surplus counties mainly distributed in the north and southeast of Shanxi. The number of man-grain balancing county increased by 18 from 2003～2007 to 2008～2012， which indicated that the man-grain relationship was improved.
Key words Man-grain relationship; Land carrying capacity; Shanxi Province; Spatial-temporal pattern
土地资源承载力一般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]。山西省是我国重要的煤炭基地，可用耕地面积有限，近年来随着人口的持续增长和区域经济的发展，人口-资源-环境问题日益突出，因此对区域土地资源、粮食生产以及土地人口承载力进行定量化研究，可为区域可持续发展提供科学依据与决策支持[2]。
近年来，土地资源及人口承载力的研究方法和手段层出不穷，如指标体系法[3]、均方差权属决策法[4]、要素指数法[5]、潜力估算模型[6～8]、加权马尔科夫链预测法[9]、GIS和RS[6]技术等。基于人粮关系的土地资源人口承载力模型与人口承载力指数模型一直是研究的主流[10～13]。本文以人粮关系为基础，利用LCC模型和LCCI模型，从全省、分区、分县3个空间尺度定量评价了山西省2003～2012年的土地资源人口承载力时空变化，以便为区域可持续发展提供科学依据。
1 研究区概况
山西省位于黄河中游东岸、华北平原西面的黄土高原上，介于东经110°15′～114°33′、北纬34°34′～40°43′之间，总面积1 566万公顷。地貌类型以山区、丘陵为主，约占总面积的三分之二以上。山西省属于温带大陆性季风气候，冬季寒冷干燥，夏季炎热多雨;年平均气温3～14℃，昼夜温差大，年降水量为400～600 mm，多集中在6～8月。山西省辖11个市107个县（市、区），到2012年末全省常住人口达3 610.83 万人，其中非农业人口占32.46%。农作物种植面积379.6万公顷，比2003年增加了8.8万公顷，其中粮食种植面积329.2万公顷，比2003年增加45.84万公顷。粮食产量达1 274.10万吨，比2003年增加315.23万吨。 2 数据来源与研究方法
2.1 数据来源
本研究应用的数据包括分县、分市到全省三个尺度2003～2012年的人口及农业统计数据，其中人口数据采用常住人口数据，耕地面积采用年末耕地面积。数据主要来源于山西省统计信息网（http：//www.stats-sx.gov.cn）、2004～2013年《山西省统计年鉴》、《山西省国民经济和社会发展统计公报》。
2.2 土地资源人口承载力（LCC）模型
土地资源人口承载力模型主要反映区域土地、粮食与人口的关系，可以用一定粮食消费水平下区域土地生产力所能持续供养的人口规模来度量。以公式表示为：
LCC=G/Gpc
式中LCC为土地资源人口承载力（人或万人）;G为土地生产力（kg），以区域粮食年产量来计;Gpc为人均粮食消费标准（kg/人），以全国统一标准400 kg/人来计[14]。
2.3 土地资源人口承载力指数（LCCI）模型
土地资源人口承载力指数指区域人口规模与土地资源人口承载力之比。其公式[14]为：
LCCI=Pa/LCC
式中LCCI为土地资源人口承载力指数;Pa为现实人口总数（人或万人）。
根据LCCI的大小可以将不同地区的土地资源人口承载力划分为粮食盈余区、人粮平衡区、人口超载区。其中LCCI≤0.875为粮食盈余区，该区粮食平衡有余，具有一定的发展空间;0.875
表1 基于LCCI的土地资源人口承载力
分级评价标准
类型 级别 LCCI
富富有余 LCCI≤0.5
粮食盈余富余 0.5 盈余 0.75 人粮平衡 平衡有余 临界超载 0.875 1 超载 1.125 人口超载过载 1.25 严重超载 1.5 3 结果与分析 3.1 全省土地资源人口承载力评价 山西省土地资源人口承载力评价结果（图1）表明：2003～2009年人口承载力呈现波动变化，2004年较上一年增长幅度最大，这是因为该年开始实施农业补贴政策，粮食播种面积较上一年大幅度增加;2009年人口承载力达到最低，仅2 355万人，主要是因为当年全省范围受到旱灾的影响，粮食产量比上年减少了86万吨。2009年之后，随着惠农政策、强农工程、农业基础设施的进一步落实，粮食产量不断增加，人口承载力逐年增长，增长幅度为35.25%;十年间全省人粮关系一直处于超载状态，表现为粮食短缺、人口超载，从2009年开始人口承载力指数呈逐年下降趋势，人粮关系稍有缓和，但是仍未改变全省人口超载现状，粮食生产一直低于人口需求，需靠外调[15]。 图1 2003～2012年山西省土地资源人口承载力变化 3.2 山西省分区土地资源人口承载力评价 根据山西省的气候特点按行政区划将其划分为晋北、晋中、晋南三大区域，其中晋北地区包括大同市、朔州市、忻州市;晋中包括太原市、阳泉市、晋中市、吕梁市;晋南包括运城市、临汾市、晋城市、长治市。构建土地资源人口承载力模型和人口承载力指数模型，分析2003～2012年三大区域的土地资源人口承载力及人粮关系（图2）。 分区评价结果表明：十年间三大区域的人口承载力均呈增长趋势，人粮关系有所改善，但是存在区域差异，总体表现为人口承载力晋南>晋北>晋中，其中晋南的LCCI介于0.7～1.2之间，粮食基本平衡有余，能够满足区域人口需求，该区是全省的主要粮食产区，农业发展潜力较大;晋北的LCCI介于0.8～1.4之间，人口稍有超载，但近几年随着粮食产量的增加，人粮关系逐渐从超载向平衡过度，属于低水平的平衡;晋中的LCCI介于1.4～2.1之间，人口严重超载，粮食缺口很大，主要是因为该区耕地面积较少，农业所占比重低，主要发展煤炭等第二产业。人口承载力增长幅度表现为晋南>晋中>晋北，其增长幅度分别为58.70%、56.80%、56.57%。分区评价结果与全省评价结果一致，虽然晋南地区粮食盈余，但是全省大部分地区处于人口超载状态，仍然改变不了粮食紧缺的局面。 图2 2003～2012年山西省分区土地资源 人口承载力变化 3.3 山西省分县土地资源人口承载力评价 为减少误差，以山西省2003～2007年、2008～2012年总人口、粮食产量分县数据的平均值分别代替前五年和后五年的现状，然后根据土地资源人口承载力模型和土地资源人口承载力指数模型，计算出山西省各县的LCC、LCCI，再用ARCGIS10.0平台做出山西省土地资源人口承载力的空间分布图（表2、图3）。 表2 山西省土地资源人口承载力评价 土地资源 人口 承载力分区 分县单元 数量 （个） 比例 （%） 人口 数量 （万人） 比重 （%） 粮食产量 产量 （万吨） 比重 （%） 2003～2007 粮食盈余区 24 22.43 557.98 16.63 330.52 31.81 人粮平衡区 25 23.36 719.47 21.45 298.38 28.72 人口超载区 58 54.21 2076.88 61.92 410.09 39.47 2008～2012 粮食盈余区 42 39.25 1202.33 34.13 758.51 58.52 人粮平衡区 19 17.76 460.16 13.06 187.96 14.50 人口超载区 46 42.99 1860.75 52.81 349.72 26.98 评价结果表明：2003～2007年粮食盈余区有24个县，人粮平衡区有25个县，人口超载区有58个县，人口超载的县域多于粮食盈余、人粮平衡的县域，人口超载、粮食短缺是全省的主要特征。2008～2012年相比前五年，粮食盈余的县增加了18个，人粮平衡的县减少了6个，人口超载的县减少了12个，人粮关系有所改善，但是人口超载的县域仍然很多，占全省的40%以上，粮食缺口仍然很大，这与全省、分区土地资源人口承载力评价结果是一致的。 图3 山西省分县土地资源人口承载力变化 由图3可知，人口超载县域主要分布在晋中地区吕梁市、太原市、阳泉市的大部分县域，临界超载县零星分布在超载的县域周围，粮食盈余县主要分布在晋东南地区及晋北部分县域，与分区评价结果一致。2008～2012年较2003～2007年相比，超载的县域明显减少，盈余的县域明显增多，其中运城市盈余的县域增加最多。 4 结论 基于山西省人粮关系紧张、地域差异明显的现实，本文以人粮关系为基础，利用土地资源人口承载力（LCC）和人口承载力指数（LCCI）模型，从全省、分区、分县3个尺度对山西省2003～2012年土地资源人口承载力进行了定量评价。研究结果表明： （1）全省水平：人口承载力2003～2009年呈波动变化，2009年以后逐渐增加，人口承载力指数介于1.1～1.5之间，人粮关系一直处于过载、超载状态，LCCI从2009年以后逐年降低，人粮关系稍有缓和。 （2）分区水平：人口承载力总体表现为晋南>晋北>晋中，人粮关系晋南粮食平衡有余，晋北为低水平的平衡，晋中为人口严重超载。十年间各区人口承载力均呈增长趋势，人粮关系有所缓和，但增加幅度晋南>晋中>晋北。 （3）分县格局：人口超载县域主要分布在吕梁、太原、阳泉的大部分县域，粮食盈余县主要分布在晋东南地区及晋北部分县域，但2008～2012年与2003～2007年相比盈余的县域增加了18个，超载的县域减少了12个，人粮关系有所改善。 从研究结果来看，选取的空间尺度不同，结果有明显的差异。全省水平上人粮关系一直处于超载状态，但是分区、分县格局中都有不同程度的人粮平衡及盈余现象。本文采取400 kg的人均消费标准，以人粮关系为基础从多个空间尺度对山西省土地资源承载力时空变化进行评价，可为区域人口与粮食资源空间协调和可持续发展提供依据。
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