中國耕地空間格局變化對糧食生產(chǎn)的影響

一、前言中國是世界人口大國，在自然條件的約束下不得不面臨著以全球9%的耕地養(yǎng)活全球21%人口的困境。自1994年萊斯特·布朗發(fā)表《誰來養(yǎng)活中國》以來，中國的糧食安全問題一直是世界性論題。受人口和經(jīng)濟增長的影響，中國的食物需求不斷增加，僅2010—2016年，中國谷物、谷物粉及大豆的進口量增長了1.65倍，農(nóng)、林、牧、漁業(yè)對外直接投資凈額增長了5倍。根據(jù)預測，未來中國食物自給率仍將下降，大豆、谷物及谷物粉和奶制品的進口規(guī)模將持續(xù)上升。耕地是糧食生產(chǎn)的基礎，過去幾十年來，中國的耕地經(jīng)歷了快速的變化。耕地一旦非農(nóng)化之后，尤其是轉(zhuǎn)為建設用地之后，下墊面的改變使其很難在短時間內(nèi)恢復為可耕種狀態(tài)，因而建設用地擴張侵占耕地的現(xiàn)象引起了許多學者的關注。比較了中國人口規(guī)模較大的城市和集中連片優(yōu)質(zhì)農(nóng)田的分布，發(fā)現(xiàn)二者具有高度重合性。據(jù)Tan等對145個大中城市的調(diào)查研究，發(fā)現(xiàn)城市擴張多是占用優(yōu)質(zhì)耕地，1990—2000年這些被城市占用的耕地能夠生產(chǎn)的糧食單產(chǎn)相當于全國耕地平均糧食生產(chǎn)水平的1.47倍。He等計算之后發(fā)現(xiàn)，1992—2015年建設用地擴張造成的糧食減產(chǎn)導致了我國糧食自給率下降2%。在建設用地擴張的過程中，學者注意到農(nóng)村居民點在人口不斷減少的過程中建設用地卻快速增長的現(xiàn)象，認為農(nóng)村建設用地擴張比城市建設用地擴張對耕地減少的影響更大。與此同時，一些生態(tài)脆弱、耕地立地條件較差地區(qū)的耕地擴張趨勢十分顯著。比如在新疆地區(qū)，1990—2015年耕地增加了近53%，2000—2015年內(nèi)蒙古地區(qū)耕地增加近23%。耕地從復種指數(shù)較高、質(zhì)量較好的南方和中部地區(qū)向復種指數(shù)較低的西北和東北轉(zhuǎn)移的趨勢已經(jīng)被許多學者注意。有些學者采用統(tǒng)計年鑒數(shù)據(jù)或者全國第二次土地調(diào)查數(shù)據(jù)來描述這種耕地空間格局的變化，后來則多以遙感數(shù)據(jù)，比如Landsat專題繪圖儀/增強型繪圖儀（TM/ETM）數(shù)據(jù)、HJ-1衛(wèi)星電荷耦合器件（CCD）數(shù)據(jù)等。綜上所述，過去幾十年來中國耕地空間格局變化顯著，但是由于受到耕地自然資源稟賦的限制，轉(zhuǎn)入與轉(zhuǎn)出耕地之間的糧食產(chǎn)量并不能保證相等，耕地空間格局的變化會給糧食生產(chǎn)帶來一定影響。耕地空間格局具體是如何變化的？這種變化帶來怎樣的影響？如何定量評估這種影響？在以前的研究中，學者通常傾向于用潛在生產(chǎn)力作為描述糧食生產(chǎn)力的指標，它通常比實際產(chǎn)量要高。為進一步提高精度，本研究利用北師大土壤數(shù)據(jù)庫的土壤有機質(zhì)數(shù)據(jù)來重新調(diào)整縣域內(nèi)部柵格尺度的耕地單產(chǎn)。此前，學者發(fā)現(xiàn)在中國的不同地區(qū)，土壤有機碳和作物產(chǎn)量之間存在著一個正相關的線性關系，這為縣域尺度內(nèi)調(diào)整格網(wǎng)的糧食生產(chǎn)力提供了依據(jù)。二、數(shù)據(jù)與方法（一）數(shù)據(jù)來源本文所用的土地利用圖（1990年、2000年、2010年）來自中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心，比例尺為1∶100000。主要由六種土地利用類型組成，分別是耕地、林地、草地、濕地、建設用地和未利用地。野外調(diào)查和隨機檢驗表明，解譯的精確度超過了90%。1990年、2000年、2010年的縣級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計數(shù)據(jù)來源于中國種植業(yè)信息網(wǎng)，包括糧食作物的總產(chǎn)量和播種面積，以及所有農(nóng)作物的耕地面積和播種面積。1km空間分辨率的土壤有機質(zhì)數(shù)據(jù)是基于第二次土壤調(diào)查（1975—1985年）以及其他25本出版刊物和60份未出版材料得來的，共計8979個土壤剖面，收錄在北京師范大學的土壤數(shù)據(jù)庫內(nèi)。（二）研究方法首先，以縣級為單位計算每個縣的多年糧食平均單產(chǎn)，即先求出某一年某個縣的播種單產(chǎn)（糧食播種產(chǎn)量/糧食播種面積），然后乘以耕地的復種指數(shù)（所有作物播種面積/耕地面積）得到耕地的糧食單產(chǎn)，最后求多年的平均值。其次，將縣級平均產(chǎn)量根據(jù)土壤有機質(zhì)的水平進行內(nèi)部調(diào)整，從縣級尺度細化到1km的格網(wǎng)內(nèi)，得到每個格網(wǎng)的多年平均單產(chǎn)。具體方法是計算每個縣表層土壤（0~30cm）的平均有機質(zhì)含量，以該縣內(nèi)每個格網(wǎng)的有機質(zhì)含量與縣平均有機質(zhì)含量的比值為系數(shù)，調(diào)整該格網(wǎng)內(nèi)的糧食單產(chǎn)。三、結(jié)果與討論（一）耕地空間格局變化研究數(shù)據(jù)顯示，1990—2010年，耕地面積整體凈增加了0.87%，以2000年左右為分界點呈現(xiàn)出先增長后下降的趨勢。2000年前，年均凈增加耕地面積約為2.8×105hm2，而2000年后，年均凈減少面積約為1.3×105hm2。1990—2010年，全國的新增耕地中最多是由草地轉(zhuǎn)來的，占比為46.9%，其次是林地，大約占38.8%，濕地和未利用地一共僅占14.3%。北方的新增耕地主要來源是草地，南方則主要來源于林地。分時段來看，前期（1990—2000年）中國的新增耕地來源中草地占比為46.0%，林地占比為42.7%，后期（2000—2010年）草地占比上升了6.1%，林地占比則大幅下降了28.2%，意味著后期耕地的開墾相對而言更多向草地、濕地以及荒地偏移（見圖1）。

圖1中國1990—2000年和2000—2010年新增耕地來源占比變化

1990—2010年，中國的城市化進程不斷推進，全國轉(zhuǎn)出的耕地中有24.5%被建設用地占用。另一方面，受到1999年推行的退耕還林、還草、還濕等生態(tài)保護政策以及農(nóng)村勞動力不斷向城鎮(zhèn)轉(zhuǎn)移的影響，主動或被動減少的耕地中有37.9%轉(zhuǎn)為了林地，28.7%轉(zhuǎn)為了草地，7.3%轉(zhuǎn)為了濕地。轉(zhuǎn)出耕地呈現(xiàn)出大幅向建設用地傾斜的趨勢，后10年轉(zhuǎn)出為建設用地的耕地占比大幅上升了32.3%，占比達到了53.0%（見圖2）。

圖2中國1990—2000年和2000—2010年轉(zhuǎn)出耕地類型占比變化

雖然整體看來中國的耕地面積變化幅度不大，但觀其內(nèi)部可發(fā)現(xiàn)耕地面積此消彼長，不同區(qū)域之間差異顯著。根據(jù)中國農(nóng)業(yè)綜合區(qū)劃，中國有八個主要的農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)。八大農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)中，黃淮海平原、長江中游和江淮地區(qū)、四川盆地以及華南蔗果區(qū)的耕地在1990—2010年共凈減少了1.65×106hm2，而在新疆、內(nèi)蒙古東部地區(qū)和東北平原（包括松嫩平原和三江平原），耕地凈增加共3.67×106hm2（見圖3）。

圖31990—2010年中國農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)耕地面積變化

從空間上來看，1990—2010年間的新增耕地主要分布在中國的東北和西北地區(qū)。在八大農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)中，內(nèi)蒙古東部地區(qū)、新疆、松嫩平原、黃淮海平原以及三江平原耕地主要來源是草地，占比分別達到了70.8%、68.8%、57.7%、44.1%以及35.7%。南部的主產(chǎn)區(qū)華南蔗果區(qū)、四川盆地和長江中游及江淮地區(qū)的耕地則主要來源于林地，占比分別為85.3%、74.9%和53.0%。三江平原侵占濕地開墾耕地的現(xiàn)象十分嚴重，新增耕地中有38.3%都來源于濕地。在前人的研究中，這個比例甚至更高。新疆地區(qū)的新增耕地主要來源除了草地以外，未利用地也占了23.2%左右。在八大農(nóng)產(chǎn)品主產(chǎn)區(qū)的轉(zhuǎn)出耕地中，黃淮海平原、四川盆地、長江中游及江淮地區(qū)以及華南蔗果區(qū)四個經(jīng)濟相對發(fā)達的地區(qū)一共占了70.91%。黃淮海平原的損失耕地中有72.2%都轉(zhuǎn)為了建設用地，在長江中游及江淮平原這個比例也高達44.9%。從空間分布上可以看到城市周圍建設用地侵占耕地的現(xiàn)象十分明顯，尤其是在京津冀、長三角、珠三角三大城市群范圍內(nèi)。1990—2010年，北京周邊的轉(zhuǎn)出耕地中，建設用地占用了72.5%，上海周邊這個占比則高達90.0%。（二）耕地空間格局變化對糧食生產(chǎn)的影響在本研究的假設中，1990—2010年農(nóng)藥、化肥、種子等各種影響因素不變。由前文計算得到中國耕地的糧食生產(chǎn)力，以此為耕地地塊的固有屬性，再結(jié)合1990年、2000年、2010年的土地利用數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)耕地空間格局變化造成全國范圍內(nèi)糧食生產(chǎn)力的平均值在1990—2010年下降了約2%。在20世紀90年代，全國的平均糧食生產(chǎn)力下降了1.5%，而2000年以后下降趨勢明顯緩和，10年僅下降了0.5%。從八大主產(chǎn)區(qū)的角度來看，長江中游及江淮地區(qū)、四川盆地、黃淮海平原以及華南蔗果區(qū)的糧食生產(chǎn)力較強，均超過了全國平均值，而東北和西北的四個主產(chǎn)區(qū)則遠低于全國平均值（見圖4）。由此可見，現(xiàn)今的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)出現(xiàn)了與糧食生產(chǎn)力相悖的發(fā)展方式，新增耕地集中的地區(qū)反而是糧食生產(chǎn)力較弱的地區(qū)。

圖4八大主產(chǎn)區(qū)耕地平均糧食生產(chǎn)力

注：紅線為全國耕地平均糧食生產(chǎn)力。由于建設用地是耕地損失最主要的途徑之一，為保障國家糧食安全，中國實行了耕地“占補平衡”的政策，即非農(nóng)建設經(jīng)批準占用耕地之后，要按照“占多少，補多少”的原則，補充數(shù)量和質(zhì)量相當?shù)母?，以保證耕地總量基本平衡。但實際上很難做到質(zhì)量和數(shù)量的雙重平衡，其主要原因有兩個：（1）通常而言，補充的耕地土壤質(zhì)量較差，且多位于氣候條件不太適宜耕作的地區(qū)。優(yōu)質(zhì)耕地則大多分布在城鎮(zhèn)周邊或交通沿線，容易和城鎮(zhèn)建設用地發(fā)生沖突，被城鎮(zhèn)擴展所占用。因而同地區(qū)耕地之間容易出現(xiàn)“占優(yōu)補劣”。例如在八大主產(chǎn)區(qū)內(nèi)部，被建設用地占用的耕地的糧食生產(chǎn)力通常也高于該地區(qū)新增耕地的糧食生產(chǎn)力。（2）熱量條件決定了我國北方耕地復種指數(shù)較低，南方耕地復種指數(shù)較高，而經(jīng)濟發(fā)展程度上又恰好相反，加之近些年節(jié)水灌溉技術(shù)的發(fā)展，水資源對北方耕作的限制作用減弱，所以從總體格局上出現(xiàn)南方耕地被建設用地侵占，北方耕地大規(guī)模連片開墾的情況，南北耕地之間容易“占優(yōu)補劣”。建設用地在轉(zhuǎn)出耕地中的占比僅在研究期內(nèi)的兩個時段中就上升了32.28%，而中國城鎮(zhèn)化率還有很大的提升空間。因而未來建設用地占用仍然會是耕地流失的主要原因。另一方面，新增耕地主要分布于東北、西北這些地區(qū)，而這些地區(qū)耕地的糧食生產(chǎn)力比全國范圍內(nèi)建設用地占用耕地的生產(chǎn)力要低得多。新疆、東北平原、內(nèi)蒙古東部地區(qū)新增耕地的平均糧食生產(chǎn)力分別是5.7t/hm2、4.4t/hm2和2.5t/hm2，如果想彌補全國范圍內(nèi)1hm2被建設用地占用的耕地，就需要在新疆地區(qū)補1.6hm2，在東北平原補2.0hm2，在內(nèi)蒙古東部地區(qū)補3.6hm2才能保證總的產(chǎn)能平衡。新增耕地一是糧食產(chǎn)量相對較低，并且缺乏對耕地質(zhì)量的后續(xù)提升與管理措施；二是容易對區(qū)域生態(tài)安全問題造成困擾，因而新增耕地的大量開墾存在一定的風險，未來需謹慎開發(fā)。四、結(jié)語本文定量評估了1990—2010年中國耕地空間格局變化帶來的糧食生產(chǎn)變化。為更精準地評估這種變化，本文基于縣級農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)和中國土壤有機質(zhì)的格網(wǎng)數(shù)據(jù)，建立了1km分辨率的格網(wǎng)級耕地糧食生產(chǎn)力數(shù)據(jù)庫。將得到的格網(wǎng)級糧食生產(chǎn)力與土地利用變化數(shù)據(jù)相結(jié)合，可以發(fā)現(xiàn)：（1）1990—2010年，中國耕地面積先增長后下降，總體變化幅度不大，但其內(nèi)部耕地面積在不同地區(qū)發(fā)生較大變化。（2）1990—2010年，中國新增耕地主要來源是草地（46.9%），后期（2000—2010年）草地占比