近300年来黄土高原地区耕地与人口变化趋势及相关分析

近300年来黄土高原地区耕地与人口变化趋势及相关分析朱永超;李晶;任志远
【摘要】By using the data of cultivated land areas and population of every ten years in Loess Plateau from 1700 to 2005, which was extracted from the HYDE (version 3. 1) database, the relevant model of cultivated land and population was built by statistical analysis method. On this basis, the variation tendency of cultivated land and population, spatial differentiation characteristic, change trend of the relevance between cultivated land and population and its spatial differentiation in Loess Plateau during nearly 300 years were analyzed. The results indicated: cultivated land area and population in Loess Plateau increased with fluctuation, and the change speed is uneven ; there existed the positive correlation between cultivated land area and population with the significance level of 0. 01 in Loess Plateau; the population change is one of the factors leading to the change of cultivated land area.%利用HYDE version 3.1数据库提取的1700-2005年黄土高原地区每10 a的耕地面积和人口数据,采用统计分析方法,建立耕地与人口相关模型,在此基础上分析了近300 a来黄土高原地区耕地和人口变化趋势、地域分异特征、耕地与人口相关性变化趋势以及不同地区耕地与人口相关性的区域差异.结果表明:近300 a来黄土高原地区耕地面积和人口数都在波动增加,但变化速度不均;黄土高原地区耕地面积与人口数之间呈显著正相关关系(P＜0.01);人口变化是导致耕地面积变化的因素之一.
【期刊名称】《陕西师范大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2011(039)003
【总页数】6页(P84-89)
【关键词】黄土高原;耕地变化;人口变化;地域分异
【作者】朱永超;李晶;任志远
【作者单位】陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安,710062;陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安,710062;陕西师范大学旅游与环境学院,陕西西安,710062【正文语种】中文
【中图分类】K901.9;F323.21;C922
中国是一个13亿多人口的大国,但耕地面积只有12.17×105 km2,人均耕地只有900 m2,远低于世界平均水平,而且随着经济的快速发展,耕地的大量流失在相当长一段时间内将难以避免.中国耕地资源的稀缺性日益突出,已成为中国农业生产及国民经济可持续发展的瓶颈因素[1-4].人口是人类社会经济因素中最主要的因素,也是最具有活力的土地利用与土地覆盖变化的驱动力之一[5-7].研究耕地与人口的变化过程和趋势,无疑将对保护耕地政策法规的制定及优化资源配置、提高资源利用效率有积极的作用.
历史时期土地利用与土地覆被变化是LUCC研究领域的重要组成部分,LUCC研究特别将“过去300 a中人类活动是如何改变土地覆被以及在不同历史阶段不同地理单元土地利用变化的主要人文因素是什么”列为重点问题(Turner II)[8].目前,国际上在恢复过去300 a来全球范围的土地利用/土地覆盖数据资料方面取得了一定的成果,如Leemans等[9]恢复了过去300 a来全球范围内的土地利用和土地覆盖数据,Goldew ijk[10]为 HYDE数据库提供了近 300 a来的 LUCC格点资
料,Ramankutty等[11]对过去300 a全球耕地面积变化情况进行了分析.但现有的
研究结果只能粗略的概括出历史时期地表覆盖时空变化的基本特征.
中国历史土地利用/覆盖数据获取面临很大困难.20世纪初,可供土地景观复原参考
的基于现代绘图技术的地球坐标体系实测地形图在中国才真正开始出现,但过多的
小比例尺区域地图使得重建工作量十分庞大且难以获得宏观图景[12-14].黄土高原地区并不是一个单一的行政区,涉及中西部地区的287个区县,因此,其历史时期的耕地面积和人口数量复原具有一定难度.本文以 HYDE version 3.1数据库中提取出的数据作为主要数据来源,在大尺度上概括地分析近300 a来黄土高原地区的耕地与
人口变化趋势以及两者之间的相关关系,探求该区域耕地面积变化与人口因素之间
的内在规律.
黄土高原(34°～40°N,103°～114°E)位于中国中部偏北,东西1 143 km,南北700 km.包括太行山以西、青海省日月山以东、秦岭以北、长城以南广大地区.跨山西省、陕西省、甘肃省、青海省、河南省、内蒙古自治区及宁夏回族自治区,面积约40万km2,占世界黄土分布的70%,为世界最大的黄土堆积区(见图1).按地形可分为陇中高原、陕北高原、山西高原和豫西山地等区.平坦耕地一般不到1/10,绝大部分耕地分布在10～35°的斜坡上.地块狭小分散,不利于水利化和机械化实施,因此黄土高原地区的耕地保护显得尤为重要.
耕地和人口格点数据来源于 HYDE version 3.1数据库 (格距为0.5°×0.5°).H
YDE(Histo ry Database of the Global Environment)是由荷兰环境评估机构(The Netherlands Environmental Assessment Agency)所建立的数据库,主要包含过去1.2万a以来栅格尺度的人口和土地利用数据,还包括国内生产总值指标、
畜牧、农业面积和产量、温室气体排放量等数据.其中:耕地格点数据单位为km2,
即每个像元的特征值表示该像元内的耕地面积;人口格点数据单位为inhabitants,
即每个像元的特征值表示该像元内的人口数.原始数据为asc格式,首先将其在A
rcM ap中转化为 Grid格式,然后用矢量图裁剪出黄土高原的部分,在A rcgis中用
分区统计的方法提取所需数据.
订正数据:清代耕地面积和人口数据的订正主要参考《陕西通志稿》、《甘肃通志稿》等地方志,依据亩法及步里法计算,得出面积的换算关系:1亩=10分=60方丈
=240方步=6 000方尺;1顷=100亩;1方里=540亩;同时参考了文献[15-16]中的相关数据.1949年之后的耕地数据订正主要参考国家统计局的年分辨率统计数据和地方相关部门上报的土地调查数据和人口数据,选取1950年、1960年、1970年、1980年、1990年、2000年和2005年为讨论的时间断面[17].
黄土高原耕地面积总体呈增加趋势,1980年之前虽有波动,但是增长幅度不大,1980年以后明显增加.根据其变化特点,可以将耕地面积变化分为上升期、下降期和平稳
期三个阶段.耕地面积上升期为1700—1720年、1770—1820年、1880—1930
年和1980—2005年,耕地面积下降期为1850—1880年和1960—1980年,耕地
面积变化平稳期为1720—1770年、1820—1850年和1930—1960年(图2).
黄土高原地区在1700年时耕地面积为64 116.1 km2到2005年增加到173 073.9 km2,300 a间耕地面积增加了108 957.8 km2,增加幅度为169.94%,年平
均增加耕地面积为357.23 km2,年均增长率为0.33%.1700—1980年间增长缓慢(部分时期还出现耕地面积减少的情况),这一时期,耕地面积总共增加了 17 175.4
km2,年均增长率为 0.08%.1980—2005年期间,耕地面积急剧增加,短短25 a间增加了91 782.4 km2,年均增长率达到3.07%.1980—2005年的增长速度是1700—1980年的38.38倍,可见,近300 a来黄土高原地区耕地面积在波动增加,但是变化速度差异很大(表1).
从1700—2005年黄土高原地区耕地变化速度看,各地区间变化速度差异大:青海的年均增长率最高,达到0.83%,高出全区年均增长率0.5个百分点;而内蒙古近300 a 来耕地反而减少,共减少了3 549.8 km2,年均增长率为-0.14%,这与内蒙古地区为
牧区,人们的生活方式以放牧为主有关;其余省份的耕地面积则均有不同程度的增加(表1).而且从不同时段变化速度看,其差异性也很突出(表2).因此,近300 a来,黄土
高原地区各省耕地面积变化地域差异特性显著,部分地区耕地变化趋势甚至完全不
同于全区耕地变化趋势.
人口变化呈现出波动增加的趋势,特别是1950年以来人口数急速增长.同样,可以将人口变化趋势分为平稳期、上升期和下降期三种类型.平稳期包括1700—1730年、1750—1770年、1830—1850年,上升期包括1730—1750年、1770—1790年、1800—1830年、1870—1950年、1950—2005年,下降区包括1790—1800年和1850—1870年(图2).在1700—1950年的250 a间,人口数在持续增加,但速度缓慢,并伴有波动.人口数从1700年的1 223.4万增加到1950年的4 202.1万,共
增加2 978.7万,年均增长11.9万人,年均增长率为0.49%.而在1950—2005年的短短55 a间,人口增长了5 649万,年均增长102.7万,年均增长率为1.56%(表3). 从1700—2005年黄土高原地区的人口变化速率来看,各省份之间也存在差异性,年均递增率高者(青海为 0.80%)与低者(河南为 0.54%)相差0.26%,而且不同时段的
变化速度也有所不同(表4).1700—1950年,各个时期各省人口年均变化率之差都
没有超过0.3%;尽管1950—2005年,各省人口年均变化率之差最大为0.68%,但从近300 a来看,黄土高原地区各省人口变化基本和全区人口变化趋势相一致,存在地域差异性,但差异很小,并无异常区域出现.
借助DPS统计分析软件,对黄土高原地区近300 a来每10 a的耕地面积和人口数
据进行相关分析.
1700—2005年黄土高原地区人口数量在波动增加,耕地面积也呈波动增加趋势(图2).从地区的人口总数与耕地面积上看,两者呈现正相关,但不同时间段内,相关性并不同,具有明显差异性.1700—2005年耕地面积与人口数之间的相关性达到0.88,大于置信水平 a=0.01时的 r=0.448 7,两者之间相关性显著(表5).这说明近300 a来黄
土高原地区耕地面积与人口数之间呈现正相关关系,但在不同时期两者的相关系数差别较大.1700—2005年,不同地区人口数与耕地面积之间的相关性差异较大,其中甘肃、河南、宁夏、青海、山西、陕西6个地区都呈极显著正相关关系 (P＜0.01);而内蒙古则呈极显著负相关关系(P＜0.01).同时,在不同时期,不同地区人口和耕地面积之间的相关性也不同.表明近300 a来,黄土高原地区不同地区的人口数与耕地面积之间在相关性上存在着较大的差异.
在人地关系系统中,人口总量的变动势必引起耕地、草地和森林面积的相互转化和数量增减,直到达到如下平衡:
式中:P为人口总量;GD为满足人口基本营养需求的人均粮食年需求量;CL为耕地面积;GY为耕地年生产率[18-20].
在人口增长条件下,要保持平衡就必须提高耕地生产率或者扩大耕地面积.随着技术的进步,耕地生产率一直在提高,但在人口增长的情况下耕地面积并不会一定增加.例如,内蒙古等牧区主要以放牧为生,当地居民对耕地的依赖性远不如耕作区强烈,近300 a来,内蒙古的人口数增加了557.03万,增加幅度达444.95%,而耕地面积没有相应增加,反而减少了3 549.8 km2,减少幅度为35.56%.同时,各个时期的耕地年变化率均小于相应时期的人口年均变化率(表5),表明耕地变化较人口变化更加稳定.所以,人口的变化只是导致耕地面积变化的因素之一.
近300 a来黄土高原地区的耕地面积和人口数都在持续增加,但其中略有波动,并且增加速度不均.耕地变化的地域差异显著,人口变化的地域差异性相对较小.近300 a 来黄土高原地区的耕地与人口呈现出正相关关系,相关性达到了0.01的显著性水平,只是在不同时期两者的相关系数差别较大.不同地区人口数与耕地面积之间的相关性差异也很明显,甘肃、河南、宁夏、青海、山西、陕西两者呈正相关关系,内蒙古则呈负相关关系,均达到0.01的显著性水平.人口的增加,并不一定导致耕地面积的相应增加,人口变化只是导致耕地面积变化的因素之一.
由于本文的基础数据来源于 HYDE version 3.1数据库重建的历史时期耕地面积与人口数量,再加上订正所参考的文献史料的数据单位与现在不同,同时研究范围并不是一个完整的行政区,这势必影响资料的精确性.如果能够得到更加详细的历史资料记载、丰富的土地利用/覆盖数据资料,将进一步改进本文的结果.
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