南京农业大学等Land Use Policy最新!撒哈拉以南非洲人口增长能否不再带来土地损失?

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论文基本信息

导读

这篇论文关注撒哈拉以南非洲在快速人口增长背景下的土地损失问题。作者提出一个多尺度研究框架，将Tapio脱钩弹性分析与地理加权弹性网模型GWEN结合，用来识别1990—2050年人口增长与自然土地损失之间是否脱钩、在哪里脱钩、以及这种关系如何随SSP发展路径变化。

研究发现，区域尺度上脱钩并不充分，整体呈现“大范围无变化、广泛弱脱钩、少量强脱钩热点”的空间格局。1990—2020年约57%区域为无变化，28.06%为弱脱钩，强脱钩仅占1.28%。未来SSP1和SSP2较有利于稳定弱脱钩，而SSP5下灌丛和草地系统的土地压力显著上升。论文的核心贡献在于说明土地损失并非由人口增长单独决定，而是由生态条件、空间尺度和社会经济路径共同塑造。

研究背景

撒哈拉以南非洲是全球人口增长最快、土地利用压力最突出的地区之一。传统马尔萨斯观点认为，人口增长会直接推动土地扩张和自然土地转化。但近年来的证据显示，人口增长与土地损失之间并非简单线性关系，技术进步、治理能力、农业集约化、保护政策和生态条件都会改变二者关系。

现有研究存在两个主要不足。一是常用国家统计数据，容易掩盖像元尺度和生态系统尺度的空间差异。二是缺少同时面向历史变化和未来SSP情景的空间显式脱钩框架。因此，本文将人口—土地关系理解为社会生态路径问题，强调空间尺度、生态背景和社会经济发展轨迹共同决定土地损失是否能与人口增长脱钩。

研究的科学问题

·撒哈拉以南非洲1990—2020年人口增长与自然土地损失是否发生脱钩，其空间范围和强度如何？

·像元、国家和生物群系三个尺度上的脱钩关系是否一致，哪些尺度会掩盖局地风险？

·不同生态系统和土地利用类型如何影响脱钩能力，森林、草地灌丛和水体系统有何差异？

·2020—2050年五类SSP情景下，脱钩关系会趋于稳定、恶化还是分化？

研究创新

·将人口增长与土地损失关系纳入脱钩分析框架，突破了传统人口压力必然导致土地转化的线性解释。

·构建Tapio–GWEN组合方法，在保持弹性分类可比性的同时，识别空间非平稳性和局部弹性差异。

·在像元、国家和生物群系三个尺度同步分析，揭示近零国家平均值背后的局地脆弱区和韧性区。

·将历史1990—2020年与SSP未来2020—2050年连接起来，比较不同社会经济路径对土地脱钩的影响。

数据与方法

1. 数据来源

2. 脱钩识别方法

论文以Tapio弹性指数测度脱钩关系，公式为D = RLL / RP，其中RLL表示土地损失变化率，RP表示人口变化率。D用于判断人口增长与土地损失之间是弱脱钩、强脱钩、负脱钩还是耦合。

为解决传统Tapio模型忽略空间异质性的问题，作者引入GWEN模型。该模型将地理加权回归与弹性网正则化结合，允许局部弹性系数随空间变化，并降低多重共线性和过拟合风险。对人口无变化像元，作者新增PIC、PDC和NC三类状态，从而保证空间分类完整。

主要图件

图1 撒哈拉以南非洲人口增长与土地损失脱钩状态的空间分布及比例

图2 1990—2020年各国脱钩指数的时空变化

图3 国家人口增长率与土地损失脱钩指数关系

研究结果

1. 弱脱钩占主导，强脱钩空间有限

1990—2020年，撒哈拉以南非洲约57%像元为无变化NC。在发生变化的像元中，弱脱钩WD占28.06%，约7.05亿ha，弱负脱钩WND占12.5%，约3.14亿ha。真正理想的强脱钩SD仅占1.28%，约3200万ha，说明人口增长与土地损失脱钩总体有限且结构脆弱。

2. 国家平均值趋近零，但局地差异显著

多数国家脱钩指数集中在弱脱钩或近中性范围。东非国家如埃塞俄比亚、肯尼亚、坦桑尼亚、卢旺达、布隆迪和乌干达更倾向负向脱钩，南部非洲多接近中性。国家尺度的近零均值并不意味着土地系统静止，而是大量局地耦合、脱钩和无变化状态相互抵消的结果。

3. 历史演化显示脱钩趋于弱化

1990—2000年至2010—2020年，弱脱钩比例从29.9%下降到25.1%，弱负脱钩从11.2%升至16.0%。强脱钩始终稀少，只从0.4%小幅升至0.7%。这说明20世纪90年代较强的分异逐渐收敛为一种受限的准均衡状态。

4. 未来路径决定土地压力方向

2020—2050年，所有SSP情景下无变化像元下降至约25%—26%，说明更多地区将进入人口和土地利用变化过程。SSP1和SSP2能够稳定弱脱钩；SSP3和SSP4带来更大分化；SSP5下弱脱钩从约60%降至49%，弱负脱钩从12%升至24%，表明化石能源导向发展会放大土地压力。

图4 1990—2050年历史与SSP情景下人口—土地脱钩状态演化

图5 各类人口增长国家的脱钩轨迹

图6 不同生物群系中的脱钩状态和脱钩指数变化

图7 2020—2050年SSP情景下不同生物群系脱钩指数

图8 历史和未来自然土地利用类型的脱钩指数

生物群系与土地利用差异

生物群系差异显著改变脱钩能力。湿润和半湿润森林系统具有更稳定的缓冲作用，干旱地、地中海型系统和山地系统更容易出现不稳定或负脱钩。1990—2020年，森林系统平均脱钩指数为-0.046，表现出相对较强的脱钩；灌丛和草地系统为0.026，更接近正向耦合；水体相关系统为-0.009，总体接近中性。未来SSP5下，灌丛和草地系统脱钩指数显著升高至3.93，成为最敏感和最需要警惕的土地系统。

研究讨论

·人口增长不是土地损失的唯一决定因素。论文证明，撒哈拉以南非洲不存在单一的马尔萨斯式退化路径，也不存在自动土地节约过程，实际结果由生态韧性、治理能力和发展路径共同塑造。

·尺度聚合会掩盖风险。国家或生物群系尺度的近零弹性，可能同时包含局地土地损失加剧区和局地韧性区，因此政策不能只依据国家平均值。

·脱钩具有生态系统特异性。森林系统更能缓冲人口压力，干旱、山地和地中海型系统更脆弱，灌丛和草地在高压力未来中可能成为土地扩张的主要承压空间。

·未来不是人口命运，而是治理选择。SSP差异表明，制度质量、技术路径、基础设施和经济发展模式会决定人口增长是否转化为不可逆土地退化。

政策与规划启示

·建立多尺度土地治理框架。国家战略需要与像元或地方尺度监测结合，优先识别强耦合、PIC和PDC等局地风险热点。

·实施生态系统分区管控。湿润森林、干旱地、山地和灌丛草地应采用不同保护、恢复和农业集约化策略，避免一套政策覆盖全部地区。

·将土地利用政策嵌入人口、经济和基础设施规划。只有在SSP1或SSP2类似的可持续路径下，弱脱钩才更可能稳定。

·重点关注灌丛草地和低韧性边缘区。SSP5中该类土地利用对人口和发展压力最敏感，应提前设置生态红线、退化预警和农牧业转型政策。

研究局限

·空间分辨率仍可能漏掉小农地块和细碎景观中的局地反馈过程。

·Tapio弹性和GWEN能够识别空间关系，但不能直接证明人口、治理、市场和土地损失之间的因果机制。

·SSP情景不能完全纳入突发地缘政治冲击、极端气候事件和非线性系统变化。

·生物群系尺度内部仍存在生态异质性和土地利用历史差异，因而结果更适合作为描述性比较。

研究结论

1.撒哈拉以南非洲人口增长与土地损失之间存在脱钩，但总体表现为有限、脆弱和不均衡的弱脱钩。

2.强脱钩极少，1990—2020年仅占约1.28%，说明大规模土地节约尚未形成稳定格局。

3.生态背景和空间尺度决定脱钩解释。国家尺度近中性不能替代地方尺度风险识别，森林、干旱地、山地和草地灌丛的响应明显不同。

4.未来土地损失不是人口增长的必然结果，而是由社会经济路径和治理选择共同决定。

未来研究展望

·融合更高频率、多传感器土地利用数据，识别年际和亚十年尺度的土地系统转折。

·引入因果推断模型，解释治理、制度、市场和基础设施如何调节人口—土地关系。

·连接家庭决策、景观过程和生物群系格局，建立更完整的社会生态机制模型。

·将脱钩指标嵌入动态土地系统模型，评估人口、土地利用和生态系统服务之间的反馈。

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