湖北省耕地流失及其对粮食产量的影响

【摘要】 以中国科学院资源与环境数据库为基础,提取湖北省三个不同时期土地利用信息并进行叠置分析,显示湖北省耕地主要流向为水域和建设用地,利用GIS对湖北省各市、州的耕地面积变化进行空间差异分析。结果显示:耕地流失区,主要分布在江汉平原、鄂西、鄂东北地区。研究表明耕地的流失,是粮食总量减少的重要原因,虽然粮食单产不断提高,但并不能弥补耕地面积不断减少造成的粮食产量降低。

【关键词】 湖北省;耕地流失;粮食产量;粮食单产;复种指数

湖北省是国家重要的粮食主产区之一,也是全国重要的商品粮基地之一,在国家粮食安全体系中具有重要地位。在90年代初,湖北省成为继四川省、山东省、江苏省、河南省之后的全国第五大粮食主产区。2000年以来,湖北省经济社会逐渐进入迅猛发展期,社会经济的发展势必会对耕地资源变化产生深刻的影响。因此,开展近期的湖北省耕地变化监测显得尤为重要。2008年湖北省粮食总产445亿斤,居全国第10位,其中稻谷总产307亿斤,居全国第5位。在现有关于耕地和粮食生产的研究中,基本上采用的是统计数据。众所周知,宏观统计数据的生成过程中涉及众多参与方,在统计数据生成的全过程当中,存在诸多导致数据失实的因素。相比之下,本文在多期遥感数据的支持下,能得到更加客观的结果。

一、研究区概况

湖北省位于我国中部、长江中游、洞庭湖以北,地理位置介于北纬29°05′～33°20′、东经108°21′～116°07′之间,总面积18.59万平方公里,占全国总面积的1.95%。该省地形上属于我国地势第二级阶梯与第三阶梯的交替地带,地貌结构上,山地占52%、丘陵占13%、台地和平原分别只占14%和21%。全省属于中亚热带和北亚热带气候,年均气温在15～17℃之间,年均降水量在800～1600毫米之间,冬季寒冷干燥,夏季高温多雨。光照充足,热量丰富,无霜期长,降水丰沛,雨热同季,利于农业生产。

根据2000年遥感调查,湖北省现有耕地533.82×10 hm2,占总面积28.97%。耕地多分布于平原和台地以及山地和丘陵间的小盘地和河谷平原,有超过30%的耕地则分布于山地和丘陵地带,且大部分为坡地。人口数量和耕地面积的反向发展使湖北省人均占有耕地不断下降,从1990年的0.114 hm2下降到1998年的0.057 hm2,且湖北人均后被耕地严重不足仅为全国的1/3。

从1990到2007年,湖北省人均粮食先递减后递增,从1990年的467kg/人递减到2003年的316kg/人,再逐渐递增到2007年的360kg/人。人均粮食递减的年份有11年,递增的只有6年。根据所统计的数据,按照温饱型人均粮食消费标准400kg计算,湖北省到2007年人均粮食占有量为360kg,粮食缺口为220.85×105吨。

二、湖北省耕地流失情况分析

(一)1990～2008年耕地总量的变化

1990年以来,湖北省耕地总量呈现波动回旋的发展路线,但从整体上看,下降趋势逐渐缓慢(如图1)。1990～1999年间,耕地流失总量约为194473.36 hm2,年均耕地减少为19452.21 hm2,年均递减0.574%;2000～2003年间,湖北省耕地总量减少了191051.71 hm2,年均递减0.271%;2003～2007年间,湖北省耕地总量增加了269843.52 hm2,年均增长率为1.72%。

利用遥感数据对湖北省各市区近20年的耕地变化进行了直观的对比,利用用GIS对各市、州的耕地面积变化情况进行空间差异分析。从图中可以看出,各个市区的耕地数量均有减少,而在17年间减少的耕地量>50千公顷以上的地区有:江汉平原地区、鄂西、鄂东北地区等。这些区域大部分分布在湖北省重要粮食产区,可见湖北省很大程度上流失的是高质量的农田;湖北省大量的耕地流入建设用地,根据国家土地政策法规中规定,农用地流入到建设用地,必须要有等量土地进行补偿,在实际操作中,往往是用劣质地来补偿流失的高质量耕地数量,以求平衡。

(二)耕地流向分析

通过土地利用类型之间的转型分析,可知耕地流失的具体去向。以下就将耕地向其他土地类型转移的情况进行分析。耕地转型计算结果(表1)表明:

1990～2007年间,全省耕地面积转变为水域(包括鱼塘)约为137466 hm2。占全部转出耕地的51.66%。1990～2000间,有65188 hm2转变为水域用地,约27700 hm2转变为坑塘;2000～2005年间有62724 hm2耕地转入到水域,超过一半转变为坑塘;2005～2007年间有9554 hm2耕地流入到水域,其中湖北省在这3年间鱼塘面积增加了5000hm2。

1990～2007年间,全省耕地面积转变为建设用地约为85575hm2。随着城市化进程的加剧,建设用地占用耕地情况日趋严重。城市化率是衡量一个国家和地区经济发展水平的重要标准。城市人口占总人口的比例是计算城市化率的重要指标。对湖北省不同时间段的人口结构进行对比分析,1990年,湖北省城镇人口1551.51万人,占总人口的比率是28.52%;2000年和2007年湖北省的城市化率分别是40.47%和44.3%。对表中耕地流入建设用地的数量进行对比分析。

1990～2000年间耕地流入建设用地的数量是37812hm2,年均耕地流入建设用地的数量为3718.2hm2;2000～2007年间耕地流转至建设用地的数量是47763hm2,平均每年流失耕地至建设用地6823.29hm2,可以看出建设用地占有耕地的数量随着城市化的进程不断增大。

近20年间,由耕地转入林地的有24113 hm2,除包含果园在内的林地面积略有增加外,有林地、灌木林地和疏林地面积都相对有增加。耕地流入林草地很重要的一个原因是国家的退耕还林政策。为了遏制我国生态环境的恶化,国务院决定在全国范围内实施退耕还林(草),1999年开始试点,2002年全面铺开。从数据上显示湖北省在积极的响应国家的退耕还林的政策,1990～2000年间,年均耕地流入到林地1254.1hm2;到2000～2007年,年均耕地流入林地的数量为1653.14hm2。

三、粮食产量波动影响因素分析

1990～1997年,湖北省粮食总产量经历小幅度的徘徊增长的趋势。从总体上来讲,湖北省在20世纪90年代湖北省粮食播种面积呈现持续下降的趋势,但是单位粮食产量却持续增长,使得湖北省粮食总产量总体上呈现增长的态势。自1997年以后,粮食总产量呈持续下降的趋势,这与同时期粮食播种面积急剧下降关系密切,到2003年,湖北省播种面积减少到3557.76千hm2,年产量仅1921.02万吨,减少的粮食播种用地,主要转为生产蔬菜、瓜果和其它用途。在2003年粮食产量降至历史最低之后,粮食价格不断攀升,种粮的收益增加,对粮食增产起到十分重要的作用。2003～2008年之间,粮食产量持续增加,到2008年粮食产量净增加了306.21万吨。

(一)粮食单产的变化

对于粮食单产而言,湖北省在1990～2008年间,总体态势比较平稳,保持连续年间稳中有升。湖北省粮食总产量历年来的波动幅度与单产水平波动幅度之间存在相关性。周期年限内波谷、波峰完全对应,可见湖北省粮食总产量的大小很大程度上取决于粮食单产。(从图2中可以看出)1990～1999年间,本省粮食单产和总量波动趋势具有同步性;2000～2003年,受自然因素和市场因素的影响下,数据的波动很大,粮食总产量与单产之间的相关性不高,在粮食总产量偏低的情况下,单产保持稳中有升的态势。2004年以后粮食产量有了大幅度的提高,粮食单产和总量的相关性不断提高。

注:粮食单产与粮食总产量波动幅度计算公式:粮食单产波动幅度=本年粮食单产/上年粮食单产(单位:公斤/公顷);粮食总产量波动幅度=本年粮食总产量/上年粮食总产量(单位:万吨)

图2湖北省粮食总产量与单产水平波动时间序列趋势图

(二)粮食播种面积的变化

20世纪90年代以来,湖北省粮食播种面积经历了“持续下降―缓慢回升―急剧下降―稳步回升”的发展过程。1990年至1995年,湖北省粮食播种面积持续下降,逐年下降的幅度小,年均下降84.66千hm2;1995～1997年间,粮食播种面积有所回升,1997年上升到了4940.5千公顷;从1998年开始,湖北省粮食播种面积呈现急剧下降的趋势,粮食供给面临严峻的考验,由于粮食作物播种面积的急骤下降及粮食单产的徘徊不前,粮食总产量出现了历史上罕见的连续性减产现象。此阶段的粮食变化状况与我国同时期粮食生产情况是一致的,这种情况一直持续到了2003年;2003年湖北省的粮食生产面积为3557.76千公顷,降至历史最低点后。2004～2008年间湖北省粮食播种面积均低于1990～2002年间最低粮食播种面积数量。湖北省粮食作物播种面积的下降与耕地非农化有着直接的关系,耕地类型的转变减少了粮食生产面积。

(三)粮食复种指数

复种指数是衡量耕地资源集约化利用程度的基础性指标。

其计算方法为:MCI=■×100% 式中:MCI指复种指数(%);As指全年作物总播种面积(hm2);Ac指总耕地面积(hm2)。

结合湖北省耕地面积和总播种面积变化特征分析,根据复种指数计算公式得出1990年以来湖北省耕地复种指数。可以看出1990～1997年间,湖北省耕地复种指数稳定,最低年份(1993年)也在140%以上。具体看来,1997年以来湖北省粮食复种指数变化经历了两个阶段:(1)1997～2003年,随着市场经济体制的改革,粮食生产比较利益的低下以及对一些不适宜多熟种植的耕地进行了调整,湖北省双季稻的面积都有所下降,耕地复种指数下降明显,由147.81%下降到117.28%,年均下降3.96%。(2)2004以后,市场对粮食作物的需求增加,农村的政策稳定,提高了农民的生产积极性;大量的农业科学技术的实施应用,保障了粮食复种指数稳中有升。

四、结果与讨论

影响粮食产量的因素最终都表现在粮食播种面积和粮食单产上,但粮食播种面积和粮食单产对粮食产量的影响地位是具有时空差异性的。过去的研究认为播种面积波动与总产波动不同步,而单产波动和总产波动同步。研究结果太过笼统,缺乏实际指导意义。本文利用Pearson相关系数来度量耕地复种指数和粮食总量之间的线性相关关系。它指出了两个变量之间相关的亲密程度和方向。这个数值的绝对值越大越说明两个变量的关系越亲密,它的绝对值为0～1之间。

分析结果显示,1990～2002年间,粮食单产与粮食总量之间的相关系数的绝对值为0.514,说明湖北省粮食单产与粮食总量相关亲密程度比较强。相关系数r为正值,从Pearson correlation系数来看,这两个变量之间存在较强的负相关。相关显著性系数p =0.036说明在(1-0.036)× 100=96.4%的几率上具有统计意义;2003年以后,粮食单产和粮食总量之间为显著正相关(r=0.874,p=0.026)。由此可见,在不同时期湖北省粮食单产对总产量的影响程度是不同的,粮食单产的波动状况很大程度上影响了粮食的总产量。相关系数的增加,也说明了湖北省土地集约利用程度不断的增强,粮食总产量对单产的依赖度在不断的提高。

复种指数与粮食产量之间为显著正相关(r =0.865,p = 0.01)。复种指数与粮食产量之间的相关程度高度亲密。也就是说粮食作物总播种面积和粮食产量之间存在着长期稳定的依存关系。

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