土地利用与人口支撑能力的耦合机制与区域对比研究

为了控制耕地过快流失，我国实施了最严格的耕地保护政策，并出台了保护18亿亩耕地的政策红线。该政策对遏制乱占耕地的现象是必要的，但从保障食物安全的角度，也许夸大了耕地减少对我国食物安全的影响。2003以来我国实现了粮食的连续增产，说明我国耕地还有较大的潜力，但潜力如何还需要细致的分析探讨。该研究选择华北平原粮食主产区和黄土丘陵生态脆弱区，以土地的人口支撑能力作为表征食物保障程度的综合指标，通过作物生产潜力评价和现实产量与潜在产量的差距分析，揭示土地的生产能力和提高作物产量的技术潜力，考虑食物结构和土地利用方式，通过模型分析探讨研究区的人口支撑能力及其对食物结构和水土资源变化的敏感性，分析土地利用与人口支撑能力的耦合机制，确定保障食物安全的耕地保有量阈值或指标，为国家的耕地保护和农业可持续发展提供决策支持。

通过案例分析了华北平原和黄土丘陵近10年土地利用变化及其对水土质量的影响；基于县级统计数据、EPIC模型和GIS空间插值方法，对华北平原主要作物的现实产量、生产潜力、产量差与增产潜力进行了评估；利用Mann-Kendall和Sen’s方法，分析了华北平原1960-2007年气候变化趋势及其对作物生产力的影响；构建了食物优化模型并对京津冀地区满足健康标准的食物需求与结构进行了优化分析；利用构建的MELCC模型对比分析了禹城和安塞案例区的土地生产能力、可支撑人口与土地利用的耦合关系，以及对耕地资源与食物结构变化的敏感性，确定了保障食物需求的最小耕地面积，提出了耕地保护对策。主要成果是：. （1）区域耕地减少明显，如禹城2001-2009年减少3.93%，郑州1998-2008年减少40%，黄土丘陵区2003-2009年减少17%，但梯田增加33.6%；林地大幅增加，禹城9年增加143%，黄土丘陵区6年增加236%。采用灰色模型预测2020年京津冀地区耕地将减少5.7%。. （2）1960-2007年，华北平原年均增温0.009-0.052℃，日照年均下降3.2-19.2小时; 年降水量变化趋势不明显但冬季增加。气候变暖降低冬春低温危害，使小麦生产潜力年均增加13-43 kg/ha。. （3）华北平原冬小麦单作、冬小麦-夏玉米两作的生产潜力6.6-9.1 t/ha和19.7-22.2 t/ha，区域均值8.0 t/ha和21.2 t/ha；实际产量3.4-7.7 t/ha和6.0-16.7 t/ha，产量差相当于潜在产量的7-69%和20.3-72.2%，区域加权平均为32%和48%，存在较高的增产潜力。. （4）MELCC的分析结果显示，安塞县土地的粮食生产能力和所能供养人口分别是2011年的2.67和2.35倍，而禹城则为1.18和4.12倍；耕地生产力禹城是安塞的2倍。 综合考虑作物种植结构、管理水平和膳食结构的改善，要满足人口的食物需求，安塞需要人均保有基本农田1.5亩，禹城0.75亩。. 近10年因建设和生态用地占用，耕地呈现了萎缩，但对区域食物生产能力影响不大，完全可以通过提高单产弥补耕地减少对粮食生产的影响，而膳食结构改善使粮食需求增加会对未来20年区域食物保障产生重要影响。