黑河中游地区内陆河流域耕地压力动态分析与预测

付士波++朱前涛++杜茎深

摘 要 以黑河中游地区为例，对内陆河流域耕地压力进行动态分析与预测。在对该流域2003-2012年耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上，计算最小人均耕地面积和耕地压力指数，运用自回归预测模型对该区域未来10 a的耕地压力指数进行预测。研究结果表明：2003-2012年，该区域耕地压力指数不断降低，未来10 a进一步降低，但始终保持在1之上，粮食消费水平高于耕地生产力的供给水平，粮食安全形势严峻，需进一步加强对耕地的保护。

关键词 内陆河流域；耕地压力；动态分析；预测；黑河中游地区

中图分类号：F301.21 文献标志码：A 文章编号：1673-890X（2014）12-0121-04

西北干旱区的内陆河流域属于生态脆弱敏感地区，近年来，由于社会经济发展、人口急剧增长和非农用地大量挤占耕地致使环境不断恶化。耕地作为内陆河流域最重要的生态资源，对粮食安全和保持生物多样性发挥着重要的作用。黑河作为我国第2大内陆河，其中游地区是干旱区内陆河流域的典型代表，由此，利用耕地压力指数模型，对该地区的耕地压力动态变化进行定量分析，以期为干旱半干旱地区的耕地预警和耕地保护政策的制定提供

依据。

1 研究区概况

2 研究方法及数据来源

2.1 研究方法

采用耕地压力指数模型[1]，通过分析2002-2011年黑河中游地区的人口、耕地面积、粮食作物播种面积及粮食产量等指标的动态变化，计算出不同时期的最小人均耕地面积与耕地压力指数，进而分析其面临的耕地保护态势。

最小人均耕地面积是在一定区域范围内，一定粮食自给水平和耕地生产力条件下，为了满足人口正常生活的粮食消费所需的耕地面积，它是粮食自给率、粮食消费水平、耕地生产力水平等因子的函数，公式为：

式中：K为耕地压力指数；Sa为实际人均耕地面积。

耕地压力指数能够客观反映耕地压力的动态变化趋势，并给出了耕地保护的阀值。某一特定点的耕地压力指数K值与1的偏离程度代表了人均耕地面积警戒值和实际值的偏离程度，偏离越大，表明耕地压力越明显[2]。

该模型显示，最小人均耕地面积与人均食物需求量、食物自给率成正比，而与食物产量、食物播种面比重和复种指数成反比。因此，在耕地食物生产力不变而人均食物消费水平及食物自给水平较高时，要求有较大的最小人均耕地面积；在保持一定食物自给率和食物消费水平条件下，随着食物产量水平提高及食物播耕地利用指数增大，所需最小人均耕地面积减小。

2.2 数据来源

该文数据主要来源于2002-2012年《甘肃统计年鉴》①、《中国县（市）社会经济统计年鉴》《张掖市统计年鉴》《甘肃省第二次全国农业普查资料汇编（农村卷）》等相关统计

资料。

3 黑河中游地区耕地压力动态变化的定量分析

3.1 数据的无量纲化处理

耕地面积、人口数量、粮食产量等各因子，具有不同的量纲和量纲单位，为了消除由此带来的不可公度性，在对其进行多指标综合评价分析时，作无量纲化处理，并绘制各因子变化的趋势曲线图（图1）。由此，采用无量纲标准化法处理各因子，公式为：

式中，为标准观测值；为观测值；为样本均值；为样本标准差。

图1 耕地压力指数各因子变化趋势

3.2 耕地压力指标动态变化

人口数量的时空分布和动态变化。黑河流域普遍存在不同程度的生态环境恶化问题，其中主要表现为，上游天然林草退化导致生物多样性减少；中游水资源短缺、水土流失严重；下游旱灾频发，河流湖泊干涸。上下游地区生态问题最为突出，故黑河流域的人口分布不均且密度低，上、下游人口仅占流域人口的13.44%，绝大部分人口居住在水资源相对丰富的中游地区[3]。2003年该地区总人口126.91万，2012年120.46万，占流域人口的86.56%，人口增长总体趋于稳定。

耕地面积的时空分布和动态变化。2012年末，黑河中游地区土地面积419.38万 hm2，耕地面积

21.4万 hm2，占5.1%。该区域耕地面积逐年增加，随着黑河中游人口剧增，受干旱区绿洲土地生产力的限制，只有通过开发未利用土地中的滩涂、荒草地等来增加耕地面积来满足当地人口对粮食的需求。人均耕地面积的变化趋势与耕地面积的变化趋势基本吻合[4]。

粮食总产量呈现出波浪式增加的趋势，由74.38万 t增长到119.24万 t。受报酬递减规律制约，2009年以后粮食产量的增幅放缓。

3.3 耕地压力指数动态变化

最小人均耕地面积是保障该区域粮食安全的底线。为计算最小人均耕地面积，需确定各相关因子的数值。中国农业科学院唐华俊[5]基于平衡膳食模式提出人均粮食需求量为386.6 kg/人，粮食自给率可以根据历年粮食消耗量与粮食产量比值得到，复种指数为耕地上全年内农作物的总播种面积与耕地面积之比。据此，结合相关统计资料，得到各指标统计数据如图2所示。

图2 2003年-2013年耕地压力指数变化曲线图

自2003年以来，历年的耕地压力指数均大于1，表明该区域的粮食供给小于需求，粮食处于不安全状态。近年来，随着人口增加、人均粮食需求量增加、建设用地扩大、生态退耕等因素的影响，该区域的人均耕地面积不断减少，耕地保护形势严峻。2010年以来，随着退耕还林还草工程的进行，耕地面积有所减少，但通过土地复垦和严格限制建设用地占用耕地[6]，该区域的耕地压力指数逐年

降低。

4 耕地压力指数的趋势预测

根据表2，变量耕地压力指数值按时间序列呈自相关性，可建立该变量的自回归模型，并由此对其发展变化趋势进行预测。endprint

4.1 时间序列的自相关性判断

自相关性是建立自回归模型的基础，只有具有显著相关性的时间序列才可以建立自回归模型，所以需对耕地压力指数时间序列的自相关性进行判断。

其i阶自相关系数ri[7]为：

4.3 耕地压力指数预测

运用该模型进行预测计算，可得2013-2022年该区域耕地压力指数变化趋势图（如图3所示）。

图3 2013-2022年耕地压力指数预测趋势图

结果显示，在未来10 a，该区域的耕地压力指数有下降的趋势，但压力指数仍然大于1，说明实际人均耕地面积小于最小人均耕地面积，此期粮食需求大于耕地生产力的供给水平。随着人类经济活动的加强和生态环境的约束，建设用地的扩张会侵占绿洲周边大量的耕地。所以要加强对耕地的保护，提高粮食产量。

5 结语

2003-2012年，黑河中游地区的耕地压力指数总体上呈降低趋势。利用一阶线性自回归预测模型对未来十年的耕地压力指数进行预测，也呈降低趋势，但耕地压力指数始终在1之上，2022年最低值为1.20。这表明，2003-2022年，该区域的耕地压力十分明显，加上生态环境脆弱，特别是水资源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生产水平，减轻耕地压力，保证粮食生产。

本研究是在对耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上，对耕地压力指数进行的预测，其结果有一定的参考性。但耕地压力涉及因素众多，因而在预测方法上有待完善，在研究内容上尚需进一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肃统计年鉴》更名为《甘肃年鉴》，2010年、2011年、2012年更名为《甘肃发展年鉴》。

参考文献

[1] 蔡运龙，傅泽强，戴尔阜.区域最小人均耕地面积与耕地资源调控[J].地理学报，2002，57（2）：127-134.

[2] 李晶，任志远，周自翔.区域粮食安全性分析与预测[J].资源科学，2005，27（4）：89-94.

[3] 高新才，赵玲.黑河流域人口承载力预测分析[J].西北人口，2010（3）：119-123.

[4] 居玲化，石培基，等.张掖绿洲耕地和建设用地变化驱动力比较研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：156-159.

[5] 唐华俊.基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究[J].中国农业科学，2012，45（11）：2315-2327.

[6] 冯金.张掖市粮食产量波动分析[J].河西学院学报.2010（2）：64-68.

[7] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

（责任编辑：刘昀）endprint

4.1 时间序列的自相关性判断

自相关性是建立自回归模型的基础，只有具有显著相关性的时间序列才可以建立自回归模型，所以需对耕地压力指数时间序列的自相关性进行判断。

其i阶自相关系数ri[7]为：

4.3 耕地压力指数预测

运用该模型进行预测计算，可得2013-2022年该区域耕地压力指数变化趋势图（如图3所示）。

图3 2013-2022年耕地压力指数预测趋势图

结果显示，在未来10 a，该区域的耕地压力指数有下降的趋势，但压力指数仍然大于1，说明实际人均耕地面积小于最小人均耕地面积，此期粮食需求大于耕地生产力的供给水平。随着人类经济活动的加强和生态环境的约束，建设用地的扩张会侵占绿洲周边大量的耕地。所以要加强对耕地的保护，提高粮食产量。

5 结语

2003-2012年，黑河中游地区的耕地压力指数总体上呈降低趋势。利用一阶线性自回归预测模型对未来十年的耕地压力指数进行预测，也呈降低趋势，但耕地压力指数始终在1之上，2022年最低值为1.20。这表明，2003-2022年，该区域的耕地压力十分明显，加上生态环境脆弱，特别是水资源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生产水平，减轻耕地压力，保证粮食生产。

本研究是在对耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上，对耕地压力指数进行的预测，其结果有一定的参考性。但耕地压力涉及因素众多，因而在预测方法上有待完善，在研究内容上尚需进一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肃统计年鉴》更名为《甘肃年鉴》，2010年、2011年、2012年更名为《甘肃发展年鉴》。

参考文献

[1] 蔡运龙，傅泽强，戴尔阜.区域最小人均耕地面积与耕地资源调控[J].地理学报，2002，57（2）：127-134.

[2] 李晶，任志远，周自翔.区域粮食安全性分析与预测[J].资源科学，2005，27（4）：89-94.

[3] 高新才，赵玲.黑河流域人口承载力预测分析[J].西北人口，2010（3）：119-123.

[4] 居玲化，石培基，等.张掖绿洲耕地和建设用地变化驱动力比较研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：156-159.

[5] 唐华俊.基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究[J].中国农业科学，2012，45（11）：2315-2327.

[6] 冯金.张掖市粮食产量波动分析[J].河西学院学报.2010（2）：64-68.

[7] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

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4.1 时间序列的自相关性判断

自相关性是建立自回归模型的基础，只有具有显著相关性的时间序列才可以建立自回归模型，所以需对耕地压力指数时间序列的自相关性进行判断。

其i阶自相关系数ri[7]为：

4.3 耕地压力指数预测

运用该模型进行预测计算，可得2013-2022年该区域耕地压力指数变化趋势图（如图3所示）。

图3 2013-2022年耕地压力指数预测趋势图

结果显示，在未来10 a，该区域的耕地压力指数有下降的趋势，但压力指数仍然大于1，说明实际人均耕地面积小于最小人均耕地面积，此期粮食需求大于耕地生产力的供给水平。随着人类经济活动的加强和生态环境的约束，建设用地的扩张会侵占绿洲周边大量的耕地。所以要加强对耕地的保护，提高粮食产量。

5 结语

2003-2012年，黑河中游地区的耕地压力指数总体上呈降低趋势。利用一阶线性自回归预测模型对未来十年的耕地压力指数进行预测，也呈降低趋势，但耕地压力指数始终在1之上，2022年最低值为1.20。这表明，2003-2022年，该区域的耕地压力十分明显，加上生态环境脆弱，特别是水资源的限制，要注意依靠科技投入提高耕地生产水平，减轻耕地压力，保证粮食生产。

本研究是在对耕地面积、人口数量、粮食产量等因子动态分析的基础上，对耕地压力指数进行的预测，其结果有一定的参考性。但耕地压力涉及因素众多，因而在预测方法上有待完善，在研究内容上尚需进一步深入研究。

注：

① 2005年、2007年和2009年《甘肃统计年鉴》更名为《甘肃年鉴》，2010年、2011年、2012年更名为《甘肃发展年鉴》。

参考文献

[1] 蔡运龙，傅泽强，戴尔阜.区域最小人均耕地面积与耕地资源调控[J].地理学报，2002，57（2）：127-134.

[2] 李晶，任志远，周自翔.区域粮食安全性分析与预测[J].资源科学，2005，27（4）：89-94.

[3] 高新才，赵玲.黑河流域人口承载力预测分析[J].西北人口，2010（3）：119-123.

[4] 居玲化，石培基，等.张掖绿洲耕地和建设用地变化驱动力比较研究[J].水土保持通报，2009，29（5）：156-159.

[5] 唐华俊.基于中国居民平衡膳食模式的人均粮食需求量研究[J].中国农业科学，2012，45（11）：2315-2327.

[6] 冯金.张掖市粮食产量波动分析[J].河西学院学报.2010（2）：64-68.

[7] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：60-67.

[8] 徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：67-69.

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