摘要 隨著人口增加和人們生活水平的不斷提高，我國糧食消費需求將繼續(xù)呈剛性增長，使得糧食品種和區(qū)域結(jié)構(gòu)性矛盾加劇，而糧食產(chǎn)能的動態(tài)評估能夠讓我們加深認識我國糧食供需平衡，對制定適宜于我國經(jīng)濟社會發(fā)展同時保障糧食安全的糧食可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略具有重要意義。論文選取農(nóng)田生產(chǎn)力作為我國糧食產(chǎn)能的指標(biāo)，通過改進農(nóng)業(yè)生態(tài)地帶（AEZ）模型，動態(tài)嵌入不同縣域水平的管理和投入水平的限制性因子，集成縣級截面數(shù)據(jù)估計投入系數(shù)權(quán)重，并基于此估算了全國2000-2010年間農(nóng)田生產(chǎn)力水平。研究發(fā)現(xiàn)，2000年以來，我國農(nóng)田生產(chǎn)力雖年際間存在波動，但總體呈現(xiàn)增長的態(tài)勢，且區(qū)域差異性顯著。農(nóng)田生產(chǎn)力水平存在從沿海到內(nèi)陸、從南向北及從東向西的遞減的梯度，而局部地區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)力變化明顯，表現(xiàn)出明顯的東西分異規(guī)律，其次是南北分異規(guī)律。而對各個地區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)力平均值統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)，東部沿海地區(qū)與南部省份的農(nóng)田生產(chǎn)力要高于內(nèi)陸省份，西部地區(qū)農(nóng)田生產(chǎn)力普遍低于東部和中部地區(qū)。2000、2005、2010年全國分縣統(tǒng)計的糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)與動態(tài)估算結(jié)果進行精度驗證，其相關(guān)系數(shù)分別達到0.82、0.76和0.89，實際產(chǎn)量為估算結(jié)果的69.4%、73.4%、67.2%，較好的反映了我國農(nóng)田生產(chǎn)力的基本狀況。最后，基于我國農(nóng)田生產(chǎn)力時空變化規(guī)律和局部差異性特征，以及我國經(jīng)濟區(qū)水平上的中國農(nóng)田生產(chǎn)力的變化規(guī)律，從耕地數(shù)量保障、農(nóng)業(yè)管理和投入水平提高以及適宜的農(nóng)業(yè)區(qū)劃方面，提出適宜于我國自然環(huán)境狀況和社會經(jīng)濟發(fā)展的農(nóng)田生產(chǎn)力保障策略，對保障我國的農(nóng)田生產(chǎn)力的穩(wěn)定增長方面的規(guī)劃決策與政策制定具有參考價值。

關(guān)鍵詞AEZ模型；糧食產(chǎn)能；農(nóng)田生產(chǎn)力

中圖分類號S-9文獻標(biāo)識碼A文章編號1002-2014（2013）10-0102-08

我國是一個糧食生產(chǎn)大國，也是一個糧食消費大國，農(nóng)田生產(chǎn)力作為表征糧食產(chǎn)能的重要指標(biāo)，科學(xué)、動態(tài)評估我國農(nóng)田生產(chǎn)力水平不僅關(guān)乎國家糧食安全，更是穩(wěn)定世界糧食市場健康發(fā)展的前提。21世紀以來，隨著人口增加，我國糧食消費呈剛性增長，同時，城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程加快，水土資源、氣候等制約因素使糧食持續(xù)增產(chǎn)的難度加大[1]。糧食播種面積和糧食單產(chǎn)是影響糧食產(chǎn)能最主要的兩個指標(biāo)[2]，只有通過提高擴大生產(chǎn)面積或者提高單位面積糧食產(chǎn)量即糧食產(chǎn)能，才能夠滿足人類對于糧食需求的進一步增長[3-4]。然而，我國人口眾多，土地資源有限，耕地資源尤其是利用的耕地資源十分短缺，而且社會經(jīng)濟的高速發(fā)展使得其他用地類型不斷向耕地擴張，導(dǎo)致耕地資源總量逐漸減少，質(zhì)量也不斷下降，使得擴大生產(chǎn)面積這一方案受到限制。農(nóng)田生產(chǎn)力作為耕地本身的屬性，關(guān)系到一個區(qū)域的社會經(jīng)濟發(fā)展方向，是區(qū)域發(fā)展和生態(tài)環(huán)境建設(shè)的重要基礎(chǔ)條件[5]。研究表明，中國耕地面積自1958年以來已經(jīng)下降了378萬畝[6]，且總面積呈現(xiàn)加速下降的趨勢。過去20年來，我國對糧食需求的增長速度顯著加快[7]，使得我國正面臨著一個十分嚴峻的問題，即接下來我國的農(nóng)田生產(chǎn)力是否能夠滿足這種不斷增長的糧食需求[8-10]。解決當(dāng)前這一矛盾的方法之一就是對農(nóng)田生產(chǎn)力在進行動態(tài)評估。隨著中國加入世界貿(mào)易組織（the World Trade Organization， WTO），為增強我國糧食綜合生產(chǎn)能力和抗風(fēng)險能力，2009年國務(wù)院討論并原則通過了《全國新增1 000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009-2020年）》，然而未來城市化、工業(yè)化進程仍將持續(xù)進行，保證18億畝耕地面積及16億畝糧食播種面積的“安全底線”正面臨著重大考驗[11]。準(zhǔn)確動態(tài)的核定全國農(nóng)田生產(chǎn)力分布及其變化，需要對過去農(nóng)田生產(chǎn)力的動態(tài)變化進行科學(xué)的分析與評估。

1研究進展

當(dāng)前，關(guān)于農(nóng)田生產(chǎn)力模型已有諸多研究，且取得的相關(guān)研究成果直接服務(wù)于糧食產(chǎn)能區(qū)劃和區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展。農(nóng)田生產(chǎn)潛力是作物在一定的土壤肥力、化學(xué)、物理及生物特性影響下的綜合指標(biāo)，是指農(nóng)田在一定條件下能夠持續(xù)生產(chǎn)人類所需的生物產(chǎn)品的潛在能力。在對農(nóng)田生產(chǎn)力進行估算時，當(dāng)前國內(nèi)外多是通過模型建立起農(nóng)田生產(chǎn)潛力和農(nóng)田生產(chǎn)力之間的轉(zhuǎn)換函數(shù)來估算農(nóng)田生產(chǎn)力且相關(guān)研究更多側(cè)重于計算氣候變化所導(dǎo)致的農(nóng)田生產(chǎn)潛力的變化，所采用的模型已經(jīng)比較成熟，劉紀遠等將其概括為3類：潛力衰減法、氣候因子綜合法和作物生長過程模擬方法[12]。其中潛力衰減法即使用環(huán)境因子逐段訂正模型，通過對光合生產(chǎn)潛力→光溫生產(chǎn)潛力→氣候生產(chǎn)潛力→農(nóng)田生產(chǎn)潛力幾個階段的逐步訂正來計算農(nóng)田生產(chǎn)潛力，這類方法從作物光合作用與其環(huán)境條件相互關(guān)系出發(fā)，其關(guān)鍵技術(shù)在于采用合適的參數(shù)和訂正函數(shù)。氣候因子綜合法，即經(jīng)驗法，這類模式主要有邁阿密模型、筑后模型、瓦赫寧根（Wageningen）法和農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)域法（AEZ）等，這類模型主要利用經(jīng)驗公式來計算農(nóng)田生產(chǎn)潛力，但是此類方法存在模型和數(shù)據(jù)的不確定性問題。作物生長過程模擬方法是根據(jù)作物光合作用過程、生理生態(tài)特性和外界環(huán)境因子來計算農(nóng)田生產(chǎn)潛力，這類模型主要包括CERES模型、EPIC模型、CROPGRO模型等。由于農(nóng)田生產(chǎn)力的最終形成除受光照、溫度、降水、土壤、地形等自然條件外，還受到諸如農(nóng)田管理措施等人為因素的影響，特別是與當(dāng)?shù)氐墓芾砗屯度胨降南拗菩砸蜃酉⑾⑾嚓P(guān)。然而，上述系列模型雖然都考慮了自然因素與社會經(jīng)濟因素，但是其輸入項卻難以動態(tài)嵌入當(dāng)?shù)毓芾硗度胨揭约跋嚓P(guān)政策、農(nóng)作物組合等限制性因子，尚不能滿足對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力的動態(tài)評估需求。

戰(zhàn)金艷等：基于農(nóng)業(yè)生態(tài)地帶模型的中國糧食產(chǎn)能動態(tài)評估中國人口·資源與環(huán)境2013年第10期農(nóng)業(yè)生態(tài)地帶（AEZ）模型作為最為廣泛用于評估農(nóng)田生產(chǎn)力的模型之一，能夠較為科學(xué)的評估我國農(nóng)田生產(chǎn)力的狀況，但受數(shù)據(jù)精度和參數(shù)訂正方案限制，難以實現(xiàn)我國農(nóng)田生產(chǎn)力的動態(tài)評估。國際應(yīng)用系統(tǒng)研究所土地利用變化（LUC）研究小組的專家曾利用AEZ模型對中國的土地生產(chǎn)力進行過評估[13]。作為農(nóng)業(yè)氣候區(qū)劃的一部分，F(xiàn)ischer與Sun曾利用1958-1988年間的歷史數(shù)據(jù)與AEZ模型的水分平衡模型模擬了作物生長的水資源供需平衡[14-15]。在模擬過程中，不僅考慮了土壤屬性，還考慮了諸如輻射水平與溫度條件的氣候特征。在利用各種環(huán)境條件評估土地生產(chǎn)潛力的過程中，每個基本分析單元的潛在生產(chǎn)力與農(nóng)業(yè)氣候條件緊密聯(lián)系，作物類型不同，各種作物的特定環(huán)境與設(shè)定的投入水平的差異也相應(yīng)地影響生產(chǎn)潛力，模型的產(chǎn)出主要包括不同情景下的作物產(chǎn)量，為了提高模型模擬的精度，LUC工作組的專家在模擬的過程中還考慮了休耕、坡度影響系數(shù)與表土質(zhì)地等因素對生產(chǎn)潛力的影響。其適用于評估生物生產(chǎn)力和環(huán)境限制性因素之間的關(guān)系的特點，正是當(dāng)前估算我國農(nóng)田生產(chǎn)力所需要的模擬工具，且對農(nóng)田生產(chǎn)力估算方面的有效性已經(jīng)被證實[16-17]。但AEZ模型在中國區(qū)估算方面存在模型參數(shù)精度不高、動態(tài)估算不足的問題。

本文應(yīng)用改進AEZ模型對我國農(nóng)田生產(chǎn)力進行了動態(tài)估算。農(nóng)田土地生產(chǎn)力是土地自然特性和社會經(jīng)濟要素在不同的結(jié)合與共同制約下形成的土地綜合生產(chǎn)力，準(zhǔn)確估算農(nóng)田生產(chǎn)力，厘清農(nóng)田生產(chǎn)潛能與可控因素（例如化肥使用量等）、不可控因素（例如土壤和地形等）以及當(dāng)?shù)氐墓芾砗屯度胨降南拗菩砸蜃又g的關(guān)系十分必要[18]。這些限制性因子將導(dǎo)致在同一塊研究區(qū)內(nèi)不同限制條件下農(nóng)田生產(chǎn)力產(chǎn)生動態(tài)的變化。在總結(jié)分析前人使用的農(nóng)田生產(chǎn)潛力模型參數(shù)以及訂正方案的基礎(chǔ)上，計算了農(nóng)田生產(chǎn)力，通過在全國范圍內(nèi)逐年動態(tài)嵌入管理和投入水平的限制性因子，并且考慮多種作物間的組合種植方式有可能相互之間影響，基于AEZ模型發(fā)展了農(nóng)田生產(chǎn)力動態(tài)估算方法，使得應(yīng)用模型對農(nóng)田生產(chǎn)力的估算成為可能。

2模型估算方法

AEZ模型估算的核心包括兩部分，涵蓋土地資源數(shù)量累積的估算和對土地適宜度的評價。前者是由土地利用類型及土地使用強度所決定的，后者即是指農(nóng)作物生長對氣候因素的需求，例如輻射、溫度以及降水等。模型還封裝了土地利用類型的替代性和作物類型的多目標(biāo)規(guī)劃模型。另外，AEZ模型將相關(guān)的輸入信息以及管理參數(shù)增加到操作參數(shù)中，形成了一個開放性的可擴展的決策系統(tǒng)，并集成生態(tài)經(jīng)濟規(guī)劃原則，可被應(yīng)用于農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的管理當(dāng)中[19]。

除考慮農(nóng)田生產(chǎn)力的自然因素和社會因素外，本文在以上工作的基礎(chǔ)上動態(tài)嵌入管理和投入水平的限制性因子，集成縣級截面數(shù)據(jù)并基于計量經(jīng)濟模型估計投入系數(shù)權(quán)重，同時考慮多種作物間的種植有可能相互之間影響，即農(nóng)田生產(chǎn)潛力的發(fā)揮與一定的投入要素是成正比的。在投入中，基本可分為兩大方面：一是改善土地狀況的基礎(chǔ)性投入，主要是農(nóng)田基本建設(shè)，如丘陵坡地修筑梯田、平原地區(qū)的土地平整和排水等；二是具體生產(chǎn)過程中的常規(guī)生產(chǎn)性投入，主要是肥料、農(nóng)藥、良種、農(nóng)機等。只有在前者投入的基礎(chǔ)上，創(chuàng)造一個良好的土地資源的生態(tài)環(huán)境，常規(guī)生產(chǎn)性投入才能發(fā)揮單項的和綜合效應(yīng)。本研究估算每個1 km×1 km柵格上不同農(nóng)業(yè)發(fā)展戰(zhàn)略、不同投入水平等情景下的農(nóng)田生產(chǎn)力，一般根據(jù)投入系數(shù)和農(nóng)田生產(chǎn)潛力估算最終生產(chǎn)力水平，估算模型如下[20]：