谢高地 成升魁 丁贤忠

（中国科学院自然资源综合考察委员会 北京 100101）

提　要　人口和耕地、草地、森林 4 个因子构成一个理论上以人为中心的全球人地关系系统，在这个系统中，人口总量的变动势必引起耕地、草地和森林面积的数量增减和相互转化。该文构建了一个简单的人—地关系平衡模型，对 1970～1995 年和未来 50 年全球人口增长胁迫下土地利用变化进行了分析。结果表明：①全球 25 年来，在人口增长了 54.6% 的情况下，耕地面积和草地面积并没有大幅度增减。维持相对稳定的机制是以扩大灌溉面积和大量投入化肥为标志的农业技术进步使土地生产率提高了 63.9%，从而抵消了人口增长胁迫耕地面积增加、草地和森林面积相应减少的压力。②未来 50 年当中，人口将增加 74%，达到 100×10⁸，人均耕地、草场和森林面积将分别减少到低于 0.13hm²、0.34hm² 和 0.37hm²，在此情况下，由于将耕地面积扩大 74% 不大可能，现有全球土地利用（覆盖）格局能否保持稳定的关键是依靠农业技术进步使耕地生产率提高 74% 以上。③由于在原有维持土地覆盖变化相对稳定的机制中，扩大灌溉面积和大量投入化肥在未来难以继续发挥作用以提高土地生产率，假定现有耕地面积保持不变，现有耕地生产率水平不变，到 2050 年，耕地仍能养活比届时地球上预测生存人口还多 55×10⁸ 的人口，即使由于自然灾害使耕地生产率比现在降低 0.99t/hm²，或者耕地面积总量比现在减少 4.77×10⁸hm²，耕地仍能提供足够的粮食养活届时地球上生存的 100×10⁸ 人口，这意味着在未来 50 年当中，现有的人地关系系统不会崩溃，草地和森林面积的减少是可以避免的。

关键词　人口 土地利用 全球

分　类　中图法 G304

　　人口的迅速增长与人均耕地、草场、森林面积的下降构成了全球范围的一个综合性问题，这使得全球土地利用与覆盖成为当今国际上最为关注的热门课题之一。关于土地利用与覆盖的变化，国内外学术界已作了很多研究工作^[1]，不同的研究者所选择的区域和研究重点不同，探讨的内容和结果也就有所差异，大多数研究是从全球、国家、区域不同层次分别探讨耕地、草场、森林的变化。本文试图将人口与土地利用看成一个整体，并把人口数量看成最主要的全球土地利用与覆盖变化的驱动力因素，分析 70 年代以来人口增长胁迫下全球土地利用与覆盖的实际变化以及未来的变化趋势。

1 模型与假设

　　人口和耕地、草地、森林 4 个因子构成一个理论上以人为中心的全球人地关系系统，在这个系统中，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。首先，人口增长会导致食物摄取量的增加，从而引起耕地和耕地生产率的相应变化，直到达到如下平衡：

P×GD=CL×GY　(1)

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。在人口增长条件下，实现人地关系平衡的两条途径是扩大耕地面积和提高耕地生产率，当仅靠提高耕地生产率不能实现上述平衡时，耕地面积扩大，进而引起草地和森林转化为耕地。

　　现实情况下人—地关系总是不平衡的，这种不平衡的程度可以表示为：

f=P×GD－CL×GY　(2)

f 值可用来表示人口对土地利用变化的压力，在特定的耕地生产率条件下，f=0，现有土地利用覆盖格局保持不变；f>0，人口增长胁迫耕地面积扩大，草地和森林面积减小；f＜0，土地利用覆盖格局可向有利于生态环境的方向发展。根据式 (1) 可作如下理论推算：

　　(1) 一定耕地面积和生产率条件下第 i 年的人口承载能力：

Pi=CLi×GYi/GDi　(3)

　　第 i 年的人口承载能力压力：

fPi=Pio－Pi=Pio－CLi×Gyi/GDi　(4)

式中，Pio 为第 i 年的实际人口数。

　　(2) 一定人口和耕地生产率条件下第 i 年的耕地面积需求：

CLi=Pi×GDi/GYi　(5)

　　第 i 年的耕地面积需求压力：

fCLi=CLio－CLi=CLio－Pi×Gdi/Gyi　(6)

式中，CLio 为第 i 年的实际耕地面积。

　　(3) 一定人口和一定耕地面积条件下第 i 年的耕地生产率：

GYi=Pi×GDi/CLi　(7)

　　第 i 年的耕地生产率压力：

fGYi=GYio－GYi=Gyio－Pi×GDi/CLi　(8)

式中，GYio 为第 i 年的实际耕地生产率。

2 1970～1995 年全球人口增长胁迫下的土地利用变化分析

　　1970～1995 年的 25 年中全球人口增加了 20.19×10⁸，70 年代平均每年增加 0.75×10⁸ 人，80 年代平均每年增加 0.84×10⁸ 人，自 90 年代以来，全球人口以每年 1×10⁸ 左右的速度增长^[2]。人口的增长给全球土地利用和覆盖带来如下相应变化（表 1）。

表 1　1970～1995 年全球土地利用变化 ^*
Table1 Land use in the world (1970～1995)

* 资料来源：FAO，《生产年鉴》1986 年、1995 年，亚洲和欧洲的面积均未包括前苏联各共和国。

2.1 耕地变化

　　70 年代以来，全球耕地总面积维持在 13×10⁸hm² 以上，1985 年以前耕地面积一直在扩大，1985 年后耕地总面积开始有所减少。但总的来说，全球耕地总面积变化幅度不大，20 年来，全球耕地总面积增加 2.6×10⁷hm²，其中亚洲增加 1.6×10⁷hm²，非洲增加 1.4×10⁷hm²，南美洲增加 1×10⁶hm²，北美洲增加 3×10⁶hm²，欧洲减少 9×10⁶hm²，大洋洲增加 7×10⁶hm²。

　　由于人口的增长，人均耕地面积由 1970 年的 0.36hm² 下降为 1995 年的 0.24hm²，即人均耕地减少了 1/3，其中亚洲人均耕地减少 35%，非洲人均耕地减少 51%，南美洲人均耕地减少 42%，与此相反，由于欧洲、北美洲和大洋洲人口增长缓慢，人均耕地面积并无太大变化，分别维持在 0.24hm²、0.63hm² 和 1.62hm² 的较高水平。

　　根据以上 AHP 的原理及步骤，整个土地利用环境评价因子权重系数如表 1 所示。

2.2 草地与森林变化

　　森林和草地覆盖着世界土地面积的 4/5。它们构成人类生存不可或缺的生态系统和经济系统。在全球范围来讲，过去几十年在人口增长胁迫下草地面积并没有明显减少，相反略有增加，牧草地的面积 1970 年为 31.75×10⁸hm²，到 1995 年为 33.95×10⁸hm²，25 年间草地面积约扩大 2.2×10⁸hm²。在具体区域上来看，亚洲、南美洲的草地面积在缓慢扩大，而欧洲、北美洲以及大洋洲的草地面积在逐渐减少。随着人口的增加，人均草地面积由 1970 年的 0.86hm² 减少到 1995 年的 0.59hm²，减少约 31%。

　　与全球耕地、牧草地略有增加的趋势相反，森林面积自 1970 年以来一直减少，而且减少的速度越来越快。1970～1995 年 25 年共减少森林 4.62×10⁸hm²，1970～1975 年减少 0.49%，1975～1980 年减少 1.38%，1980～1985 年减少 0.61%，1985～1990 年减少 4.6%，1990～1995 年减少了 4.4%。估计全球森林正在以每年约 4×10⁷hm² 的速度减少。亚洲的森林面积 1985～1990 年减少 5% 之后，现在趋于稳定，而非洲和南美洲的森林还在减少，欧洲、北美洲和大洋洲的森林面积有扩大的趋势。

2.3 土地利用变化机制及原因

　　25 年来，在全球人口增长了 54.6%（20×10⁸）的情况下，根据公式（1）人口增长的压力会胁迫耕地面积相应增加 54.6%（增加 7.2×10⁸hm²），与此相联系，草地和森林面积减少 7.2×10⁸hm²，但实际状况是全球耕地面积和牧草地面积分别稳定在 13×10⁸hm² 和 32×10⁸hm² 左右，并没有大幅度增加或减少。维持耕地面积和牧草地面积相对稳定的机制是以推广使用矮秆高产品种、扩大灌溉面积和大量投入化肥为标志的农业技术进步大大提高了耕地生产效率，25 年中耕地生产率提高了 63.9%，这一提高幅度足以抵消人口增长迫使耕地面积增加，草地和森林面积相应减少的压力，从而使得土地利用和覆盖能够保持现状甚至改善（图 1）。

图 1 全球人均粮食、耕地生产率、化肥投入和灌溉面积指数
Fig.1 Indices of per capital grain, grain yield, chemical fertilizer input and irrigated area

　　有许多观点认为，森林面积减少主要是由于人类迫于粮食压力，盲目伐林开荒，扩大耕地面积造成的^[6]，实际上，全球森林面积 25 年来总共减少了 4.62×10⁸hm²，而耕地面积仅增加 0.26×10⁸hm²，草地面积增加 2.2×10⁸hm²，说明森林面积减少的主要原因是人们砍伐森林、出卖木材或者砍伐薪材，剪除大量枝叶作饲料或直接放牧山羊或其它牲畜造成的。森林转变为耕地或草地仅仅是这一砍伐过程最后表现出的结果，上述土地利用变化机制或人—地关系平衡分析表明，森林面积的减少并不是人口压力胁迫下土地利用变化的必然结果，因而它是可控的，目前除非洲和南美洲森林面积还在减少之外，其它地区森林面积表现出稳定或略有增大的趋势。

3 未来 50 年人口增长胁迫下的土地利用变化

　　在考虑发展中国家生育力下降过程的情况下，以生育力为 2.06 进行全球人口预测，根据这个估计，预计全球人口未来 50 年将增长到 100×10⁸。在假定现有耕地、草地和森林总面积不再减少的条件下，人均面积将分别下降到 0.13hm²、0.34hm² 和 0.37hm²（图 2），这向人们提出如下问题：今后 50 年内世界的耕地能否生产足够的粮食供养将近 100×10⁸ 的人口？在迅速增长的人口压力下，现有的土地利用情况会发生什么变化？草地和森林是否会不可避免地减少或遭到破坏？

图 2 1970～2050 年全球人口增长和人均土地利用变化趋势
Fig.2 Tendency of population growth and land use change(1970～2050)

　　根据人地关系平衡公式，保持全球现有耕地面积不变，需将耕地生产率提高 74%，平均每年提高 1.35%，这一数值低于过去 25 年平均 2.52% 的耕地生产率增长率，看起来不难达到。问题在于过去维持土地利用状况相对稳定的以大量投入化肥和扩大灌溉面积提高土地生产率的机制未来能否继续发挥作用值得怀疑，化肥的大量使用对环境造成了破坏，从 90 年代起世界化肥使用量已呈下降趋势；无节制的灌溉导致了水资源的枯竭，许多国家水资源不能按“自己养活自己”的标准来维持灌溉农业，90 年代以来传统技术支撑下的土地生产率已达到极限，新的支持土地生产率提高的替代技术还没有找到，前景难以预料。

　　在耕地生产率不能提高的情况下，耕地面积需扩大 9.95×10⁸hm²，相应地草地和森林面积将减少 9.95×10⁸hm² 以上，而全世界目前仅有 1.27×10⁸hm² 的宜农荒地，其中 1.17×10⁸hm² 是强酸性热带稀树干草原。扩大耕地面积的前景不容乐观。

　　上述分析似乎显示出不久世界将面临耕地短缺、草地和森林锐减、人类自己不能养活自己的危机。得出这一悲观结论的原因是忽略了人—地关系平衡式中的一个重要因子“人均粮食需求标准”。事实上，上述分析是建立在现有世界人均粮食消费量 (658.9kg) 的标准基础上的。过去 25 年中生产的粮食超过了满足人类基本营养标准的粮食需求，助长了人类“奢侈”地消费粮食，同时也使得 90 年代以来耕地面积在全球范围减少成为可能。按 FAO 建议的每人每天 9832.4kJ 热量摄取的基本生活标准，如果所需热量全部取自谷物 (GY=243kg)，则现有耕地在现有生产率条件下可养活 150×10⁸ 人口，即使所需热量 70% 来自谷物和 30% 来自畜产品 (GY=391.8kg)，仍能养活 96×10⁸ 人口。表 2 给出了按该标准计算的特定条件下未来 50 年耕地人口承载力、耕地生产率和耕地面积平衡压力，从中可清楚地看出现有的耕地面积、耕地生产率和能够养活的人口具有很大的余地，这也能够解释 25 年来在出现自然灾害、单位面积产量降低和近年来耕地总面积减少而并没有引起全球性粮食危机。可以肯定，在全球范围内，至少在今后 50 年内能够在耕地上生产出满足人类基本营养需求的粮食，而且有足够的抵御自然风险的能力，这也意味着草地和森林的减少是完全可以避免的。

表 2　未来 50 年人地平衡关系分析
Table2 The equilibrium of population and land use (2000～2050)

注：资料来源同表 1。

4 结论与讨论

　　(1)25 年来，在全球人口增长了 54.6% 的情况下，耕地面积和牧草地面积并没有大幅度增加或减少。维持耕地面积和牧草地面积相对稳定的机制是以扩大灌溉面积和大量投入化肥为标志的农业技术进步使土地生产率提高了 63.9%，从而抵消了人口增长胁迫耕地面积增加、草地和森林面积相应减少的压力。全球森林面积 25 年来总共减少了 8.6×10⁸hm²，其减少的主要原因是砍伐木材和薪材，森林转变为耕地仅仅是这一砍伐过程最后表现出的结果，目前除非洲和南美洲森林面积还在减少之外，其它地区森林面积表现出稳定或略有增大的趋势。

　　（2）全球 25 年来，人均耕地面积、草场面积和森林面积分别由 0.36hm²、0.86hm²、1.03hm² 减少到了 0.24hm²、0.59hm² 和 0.58hm²。未来 50 年当中，人口将增加 74%，达到 100×10⁸，人均耕地、草场和森林面积还将分别减少到低于 0.13hm²、0.34hm² 和 0.37hm²，由于将耕地面积扩大 74% 不大可能，现有全球土地利用（覆盖）格局能否保持稳定的关键因素是农业技术进步，即技术进步需使耕地生产率提高 74% 以上，抵消人口增长对土地利用变化的压力。

　　（3）由于原有维持土地覆盖变化相对稳定的机制中，许多国家水资源状况不能按“自己养活自己”的标准维持灌溉农业和化肥大量使用带来环境危害，这些关键技术在未来能否继续发挥作用以提高土地生产率值得怀疑，目前还没有找到有效维持全球土地覆盖保持稳定的新机制，农业技术进步的前景难以预料，在此情况下，假定现有耕地面积保持不变，现有耕地生产率水平不变，到 2050 年，耕地仍能养活比届时地球上预测生存人口还多 55×10⁸ 的人口，即使由于自然灾害使耕地生产率比现在降低 0.99t/hm² 或者耕地面积总量比现在减少 4.77×10⁸hm²，耕地仍能提供足够的粮食养活届时地球上生存的 100×10⁸ 人口，这意味着全球粮食生产能够满足全球人口的基本需求，在未来 50 年当中，现有的人地关系系统不会崩溃，草地和森林面积的减少是可以避免的，人们没有理由对人类未来能否养活自己持悲观的观点。

参考文献

1	摆万奇，赵士洞．土地利用和土地覆盖变化研究模型综述．自然资源学报，1997,12(2)：169～175
2	刘洪．人口和人均主要经济指标．见：刘洪主编．国际统计年鉴 97．北京：中国统计出版社，1998
3	成升魁，赵士洞．生态系统与持续农业．见：陆亚洲主编．可持续发展研究论文集．北京：中国环境科学出版社，1996
4	WANG Yi-ming, XIE Gao-di. Retrospect and prospect of integrated territorial development and management studies in China. The Journal of Chinese Geography, 1992,3(1)：95～105
5	世界资源研究所．人口与环境．见：世界资源报告 1994～1995．北京：中国环境科学出版社，1995
6	国际环境与发展研究所，世界资源研究所．森林和草地．见：世界资源 1987．北京：能源出版社，1989

第一作者简介

谢高地，男，1962 年 10 月生，农业与环境安全博士，中国科学院自然资源综合考察委员会副研究员，从事自然资源与环境领域的研究工作，先后在国内外学术刊物上发表有关自然资源、农业与环境方面的论文 20 余篇，出版有《环境研究：中国宁夏黄河冲积平原的土壤盐化与碱化》专著。

*	本文为国家“九五”(96-013-01-05) 科技攻关项目的部分成果