滁州市耕地承載定量分析

張灑灑，李 霞，樊榮榮，陳 財，余俞寒

(滁州學院地理信息與旅游學院，安徽滁州 239000)

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滁州市耕地承載定量分析

張灑灑，李 霞*，樊榮榮，陳 財，余俞寒

(滁州學院地理信息與旅游學院，安徽滁州 239000)

基于2000—2010年滁州市TM數據，結合研究區耕地生物資源數據，運用生態足跡方法，對滁州市耕地承載進行定量分析。結果表明：2000—2010年滁州市人均耕地減少16.4%，人均耕地面積明顯低于聯合國糧農組織規定的人均耕地警戒線；2010年滁州市人均耕地生態承載力遠低于全球水平，人均耕地生態承載力減少與人口數量增長呈負相關關系；2000—2010年滁州市耕地生態承載等級從富富有余轉變為超載與平衡臨界狀態，瑯琊區耕地生態承載等級由富富有余轉化為過載，南譙區耕地生態超載等級變化較小。劃定基本農田范圍，嚴守耕地保護紅線，發展現代農業，提高耕地整體性和機械化水平，是緩解滁州市耕地生態超載的基本措施。

土地利用；耕地；生態足跡；生態承載力；生態超載指數；滁州市

“生態足跡”概念是由Rees于1992年提出的，之后他與Wackernagel于1996年提出生態足跡計算模型[1]，將每人消耗的資源折合成全球統一、具有生產力的地域面積，通過計算區域生態足跡總供給與總需求間的差值——生態赤字或生態盈余，準確地反映不同區域對全球生態環境的貢獻[2]?？梢?，生態足跡既能夠反映出個人或地區的資源消耗強度，又能夠反映出區域的資源供給能力和資源消耗總量，也可揭示人類持續生存的生態閾值[3]。將生態足跡需求與自然生態系統承載力進行比較可定量判斷某一國家或地區目前可持續發展的狀態，以便對未來生存和社會經濟發展做出科學規劃和建議[4]。在我國，羅璐琴等[5]以武漢市為例，應用偏最小二乘法，在時間序列計算的基礎上得出1978—2004年武漢市生態足跡，構建生態足跡動態預測模型；牟格格等[6]利用生態足跡模型對2002—2012年安徽省生態足跡變化進行了分析。近期對耕地生態足跡的研究主要有：施開放等[7]應用耕地生態足跡模型和GIS 方法，確定耕地生態承載力供需平衡指數，對重慶市耕地生態承載力供需平衡狀況進行了系統評價；孫秀鋒等[8]對2000—2009年重慶市耕地生態承載力時空差異進行分析?；谏鷳B足跡與生態承載力方法對耕地生態承載進行定量分析，可準確了解區域耕地生態狀況，是進行區域耕地生態評價的科學依據。近10年來，滁州市經濟快速發展，城區范圍不斷增加，耕地面積逐漸縮小[9]，但針對滁州市的耕地承載定量研究鮮有報道。筆者以耕地承載定量分析為切入點，運用生態足跡模型，結合GIS技術，對2000—2010年滁州市耕地承載時空變化進行定量分析，為研究區生產、生態、經濟可持續發展提供科學依據。

1 數據來源與研究方法

1.1 研究區概況 滁州市位于我國中東部，地處皖東江淮間的丘陵地帶(117°10′～119°13′ E，31°51′～33°13′ N)，地勢西高東低，多為低山丘陵。該區屬亞熱帶季風氣候，四季分明，溫暖濕潤。年平均氣溫15.4 ℃，年均降水量1 035.5 mm。年日照總時數2 073.4 h，年無霜期210 d。研究區為滁州市瑯琊、南譙2區，總面積14.04萬km2，2010年全市總人口55.9萬，其中農業人口29.3萬，占總人口比重的60.7%，比2000年城市總人口增加7.2萬，但農業人口占總人口比重減少8%[10]。

1.2 數據來源

1.2.1 土地利用數據來源與處理。土地利用數據來源于2000和2010年滁州市Landsat TM遙感影像，影像空間分辨率為30 m×30 m。根據滁州市土地利用情況，參照國土資源部土地利用現狀分類體系，將研究區土地利用劃分為耕地、林地、草地、園地、水域、建設用地和其他用地7種類型。在ArcGIS 10.0 中進行影像解譯和編輯處理，獲得滁州市各土地利用類型數據。

1.2.2 其他數據資料的獲取。滁州市小麥、稻谷、大豆、玉米、棉花、油料、蔬菜、糖料以及人口、GDP、其他自然地理狀況數據來源于2001、2011年《滁州統計年鑒》和滁州市統計局數據庫；全球小麥、稻谷、大豆、玉米、棉花、油料、蔬菜以及糖料等相關數據來源于2001、2011 年《國際統計年鑒》[11]。

1.3 研究方法。

1.3.1 耕地生態足跡。生態足跡的計算基于以下2個基本事實：①人類可確定自身消費絕大多數資源及其所產生廢棄物的數量；②這些資源和廢棄物流能轉換成相應的生物生產面積。因此，任何已知人口(一個國家、一個地方或某個人)的生態足跡是生產這些人口所消費的所有資源和吸納這些人口所產生的所有廢棄物所需要的生物生產面積。

耕地生態足跡是指生產其消費的資源和吸納其消費引起的廢棄物所需要的耕地資源的空間面積。它通過測量人類對耕地生態服務的需求與區域所能提供的耕地生態服務之間的差距來比較人類對耕地資源的消費量和耕地資源的承載量[7-8]。計算公式為：

EF=N×ef

(1)

(2)

式中，N為區域內總人口數；EF為區域內耕地總生態足跡；ef為區域人均耕地生態足跡；Ai為區域人均第i種消費項目折算的生物生產性耕地面積；i為消費項目類型；Ci為區域內第i種消費項目人均消費量；Pi為第i種消費項目的全球平均生產力；r為耕地均衡因子(查閱文獻得到r=2.17[2])。

滁州市耕地生態足跡和耕地生態承載力計算涉及到耕地的生物產品主要有：小麥、稻谷、大豆、玉米、棉、油、蔬菜、油料。

1.3.2 耕地生態承載力。耕地的生態承載能力是該區域內真正擁有的生物生產性的耕地面積，反映耕地生態系統供給人類活動的程度。計算公式為：

EC=N×ec

(3)

ec=a×r×y

(4)

式中，ec為區域內人均耕地生態承載力；EC為區域內耕地總生態承載力；a耕地生物生產性土地面積人均占有量；y為耕地的產量因子。對于耕地產量因子(作物產量因子是作物平均產量與作物全球平均產量的比值)，大多數學者采用的是 Wackernagel 等在計算中國生態足跡時所采用的產量因子，即耕地為1.66[12]。此外，按照世界環境與發展委員會《我們共同的未來》建議：總生物生態足跡模型在計算生物生態承載力時，應扣除 12% 的總生物生產性面積，作為生物多樣性保護地。

1.3.3 耕地生態超載指數。在對滁州市耕地生態足跡與生態承載力研究的基礎上，引入了生態超載指數計算模型[13]，計算公式為：

EQI=(EF-EC)/EC

(5)

式中，EF為區域內耕地總生態足跡；EC為區域內耕地總生態承載力；EOI表示研究區域的生態超載指數。EOI<1表示研究區耕地生態承載力大于生態足跡供給，即生態環境處于生態盈余的狀態；EOI=1表示研究區耕地生態承載力等于耕地生態足跡供給，即生態環境處于生態平衡的狀態；EOI>1時，表示研究區生態承載力小于生態足跡供給，即生態環境處于超載狀態，且EOI值越大，表明研究區的生態超載程度越嚴重。理論上，當EOI=1時，區域處于生態平衡的狀態，但現實中這種情況很少，因此，該研究將值域范圍上下浮動0.2作為平衡區，即0.8

表1 基于EOI的滁州市耕地生態超載指數分級

Table 1 The classification of cultivated land ecological overload index based onEOIin Chuzhou City

類型Types生態承載等級EcologicalcarryingleverEOI生態超載嚴重超載EOI>1.6Ecologicaloverload過載 1.4

2 結果與分析

2.1 土地利用分析 依據滁州市實際情況，對遙感影像進行拼接、裁剪、輻射校正等預處理后，將土地分為耕地、林地、草地、園地、水域、建設用地以及其他用地7類。2000—2010年滁州市土地利用變化見圖1。由圖1可知，2000—2010年滁州市土地利用以耕地、林地和建設用地為主，2000年3種地類占土地總面積百分比分別為41.26%、23.73%和14.30%，2010年3種地類面積比例為40.8%、27.50%和15.06%，耕地面積減少，林地和建設用地面積增加。

圖1 2000—2010年滁州市土地利用變化Fig.1 Land use change in Chuzhou City during 2000-2010

從土地利用變化幅度來看，2000—2010年滁州市耕地、草地、園地、水域的面積在不斷減少，林地、建設用地和其他用地面積呈增加趨勢。面積變化幅度最大的是水域，2000—2010年水域面積所占比例從11.48%減少到3.62%，減幅達7.86%，減少速度較快；其次為草地、耕地，減幅分別為0.18%和0.46%。林地、建設用地和其他用地分別增加3.77%、0.76%和4.30%。

從耕地角度看，2000—2010年滁州市土地利用中耕地所占比例最大，但人均耕地面積小，2000年人均耕地面積0.061 hm2，2010年下降到0.051 hm2，明顯低于安徽省人均耕地面積(0.087 hm2)和全國人均耕地面積(0.101 hm2)。也低于聯合國糧農組織規定的人均耕地面積0.053 hm2警戒線，耕地壓力較大。隨著經濟發展和人口增加，建設用地將持續增長，耕地面積不斷縮小，這將加劇人地矛盾。滁州市瑯琊區是主城區，城區土地改造難度較大，因此，應重點對南譙區進行科學規劃，提高土地使用效率，嚴控建設用地使用，確保人均耕地面積的穩定。

2.2 耕地生態足跡變化分析 2000、2010年滁州市耕地生態足跡計算結果見表2。由表2可知，2000年滁州市耕地生態足跡總量144 503.920 hm2，耕地生態足跡人均占有量0.297 hm2；2010年滁州市耕地生態足跡總量為223 603.816 hm2，耕地生態足跡人均占有量為0.542 hm2。

2000—2010年，滁州市耕地生態足跡增加79 099.896 hm2，其中瑯琊區、南譙區分別增加11 509.1、67 590.795 hm2，人均耕地生態足跡增加0.245 hm2，瑯琊區、南譙區分別增加0.027、0.256 hm2。根據區域人口數量與區域耕地總量計算區域人均耕地面積，結合滁州市耕地生態足跡數據可知，人均耕地生態足跡占有量與人口數量正相關，2010年滁州市人口數量高于2000年，人均耕地生態足跡占有量也高于2000年。

2010年滁州市人均耕地生態足跡為0.542 hm2，高于安徽省耕地生態足跡人均占有量(0.343 hm2)[14]和全國人均耕地生態足跡(0.500 hm2)，略低于全球人均耕地生態足跡(0.600 hm2)。局部來看，瑯琊區人均耕地生態足跡0.075 hm2，遠低于安徽省、全國及全球人均水平，差距較大；南譙區人均耕地生態足跡0.800 hm2，遠高于安徽省、全國乃至全球人均耕地生態足跡。滁州市人均耕地生態足跡呈現空間分布不均衡性。

表2 2000、2010年滁州市耕地生態足跡

2.3 耕地生態承載力變化分析 2000—2010年滁州市耕地生態承載力計算結果見表3。由表3可知，2000年滁州市耕地總生態承載力為107 558.090 hm2，耕地生態承載力人均占有量為0.221 hm2；2010年滁州市耕地總生態承載力為101 895.431 hm2，人均耕地生態承載力為0.182 hm2。

2000—2010年，滁州市耕地生態承載力減少5 662.658 hm2，其中瑯琊區、南譙區分別減少3 213.162、2 449.496 hm2；人均耕地生態承載力減少0.039 hm2，瑯琊區、南譙區人均耕地生態承載力分別減少0.019、0.020 hm2。耕地生態承載力與滁州市人口分布數據顯示，人均耕地生態承載力與人口的數量呈現一定負相關關系，隨著人口數量的增加，人均耕地生態承載力不斷減少。

截至2010年，滁州市的人均耕地承載力0.182 hm2，低于安徽省人均耕地承載力(0.410 hm2)和全國人均耕地承載力(0.350 hm2)，遠低于全球人均耕地承載力(0.720 hm2)；從局部看，瑯琊區、南譙區人均耕地生態承載力均低于安徽省、全國及全球人均耕地生態承載力水平。

表3 2000、2010年滁州市耕地生態承載力

2.4 耕地生態超載指數分析 2000、2010年滁州市耕地生態超載指數計算結果見表4。由表4可知，2000年滁州市耕地生態超載指數為0.343，瑯琊區和南譙區耕地生態超載指數分別為0.180、0.360，耕地生態均處于富富有余狀態。2010年滁州市整體耕地生態超載指數1.194，處于平衡與臨界超載狀態；瑯琊區耕地生態超載指數為2.449，處于嚴重超載狀態，南譙區EOI值為1.106，處于平衡與臨界超載狀態。

耕地生態超載指數值大小與人口數量、土地面積密切相關。2000年瑯琊區人口24.29萬，占全市總人口的49.87%，耕地面積2 764 hm2，僅占全市耕地面積的9.26%；南譙區人口24.42萬，占全市人口的50.13%，耕地面積27 095 hm2，占全市耕地面積的90.74%。2010年瑯琊區人口30.90萬，占全市總人口的55.24%，耕地面積1 872 hm2，占全市耕地面積的6.62%；南譙區人口25.04萬，占全市人口的44.76%，耕地面積26 405 hm2，占全市耕地面積的93.38%?？梢?，耕地生態超載指數的大小與單位面積人口數量、經濟發展水平具一定相關性，人口越多，經濟發展水平越高，耕地生態超載越嚴重。

2000—2010年，滁州市耕地面積減少1 582 hm2，人口增加7.23萬，耕地生態超載指數從0.343上升到1.194，增加了0.851；瑯琊區耕地面積減少892 hm2，人口增加6.61萬，南譙區耕地面積減少690 hm2，人口增加0.63萬，耕地生態超載指數分別增加2.269和0.746?，樼饏^人口數量增加5.36%，耕地面積減少2.64%，耕地生態超載指數增加35.56%。

從空間上，瑯琊區是滁州市主城區，人口密度大，工業化和城市化水平高，耕地面積少，耕地生態壓力大，耕地生態過載明顯。

表4 2000、2010年滁州市耕地生態超載指數

3 結論

(1)2000—2010年，滁州市人均耕地減少16.4%，人均耕地面積僅0.051 hm2，明顯低于安徽省、全國平均水平及聯合國糧農組織規定的人均耕地警戒線，科學、合理地使用土地資源，嚴格把控耕地使用紅線，合理規劃建設用地是滁州市今后土地利用的基本原則。

(2)2000—2010年，滁州市耕地生態足跡總量增加54.74%，人均耕地生態足跡增加82.50%；到2010年，滁州市人均耕地生態足跡占有量0.542 hm2，略高于安徽省人均占有量水平，低于全國和全球人均占有量水平。局部看，南譙區的人均耕地生態足跡占有量0.800 hm2，是瑯琊區的人均耕地生態足跡的10倍，高于安徽省、全國和全球水平。

(3)2000—2010年，滁州市耕地總生態承載力減少5.27%，人均耕地生態承載減少17.65%；至2010年，滁州市人均耕地生態承載力0.182 hm2，遠低于安徽省、全國及全球人均耕地生態承載力水平。相較于2000年，2010年瑯琊區、南譙區人均耕地生態承載力分別減少46.34%和5.00%，人均耕地生態承載力減少與人口數量增長呈負相關關系。

(4)對滁州市耕地生態超載指數的計算表明，2000—2010年，研究區耕地生態承載等級從富富有余轉變為超載與平衡臨界狀態；在人多地少的瑯琊區，耕地生態承載等級由富富有余轉化為過載，耕地超載嚴重，在相對人少地多的南譙區耕地生態超載等級變化較小。在劃定的基本農田范圍，應嚴格控制建設用地，發展現代農業，提高耕地整體性和機械化水平，以便有效地緩解耕地生態超載。

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Quantitative Analysis of Cultivated Land Carrying Capacity in Chuzhou City

ZHANG Sa-sa，LI Xia*，FAN Rong-rong et al

(School of Geographic Information and Tourism，Chuzhou University, Chuzhou，Anhui 239000)

Based on TM data in Chuzhou during 2000-2010, combined with data of biological resources of cultivated land in the study area, adopting ecological footprint method, the cultivated land carring capacity in Chuzhou City were quantitatively analyzed. The results showed that: 2000-2010, the per capita cultivated land in Chuzhou decrease of 16.4%, significantly lower than the per capita cultivated land cordon FAO regulations.Per capita ecological carrying capacity of cultivate land in Chuzhou City in 2010 far below the level of the world. Per capita ecological carring capacity of cultivated land reduce and population growth was a negative correlation. 2000-2010, the ecological carrying level of cultivated land in Chuzhou transfered from more than enough to overload and balanced critical state; ecological carrying level of cultivated land in Langya District transfered from more than enough to overload; ecological overload level of cultivated land in Nangiao District changed smaller. Delimiting the scope of basic farmland,protecting the red line of cultivated land strictly,developing modern agriculture, and improving the overall level of mechanization of cultivated land, were the basic principles of alleviate ecological overload of culti vated land in Chuzhou City.

Land use；Cultivated land；Ecological footprint；Ecological carrying capacity；Ecological overload index；Chuzhou City

全國大學生創新創業訓練項目(201510377012)。

張灑灑(1995- )，女，安徽太和人，本科生，專業：地理科學。*通訊作者，教授，博士生導師，從事遙感技術應用及森林資源監測研究。

2016-10-28

S 28；F 301

A

0517-6611(2016)36-0224-04