謝士琴 張朔

(1.中國軟件評(píng)測(cè)中心，北京 100846；2.北京理工大學(xué)，北京 100081)

引言

耕地是農(nóng)業(yè)之基,產(chǎn)糧之本,對(duì)糧食安全起到?jīng)Q定性的保障作用[1,2]。然而隨著人口增加、城市擴(kuò)張、建設(shè)用地占用耕地、土地質(zhì)量下降等原因[3],耕地也隨之發(fā)生變化,這為農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食生產(chǎn)帶來了巨大影響。近年來利用空間統(tǒng)計(jì)方法及回歸分析研究耕地面積與糧食產(chǎn)量的關(guān)系發(fā)現(xiàn),耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量變化對(duì)糧食產(chǎn)出起著關(guān)鍵性的作用[4-6]。此外城鎮(zhèn)快速發(fā)展對(duì)農(nóng)作物需求增加而導(dǎo)致耕地利用方式和種植結(jié)構(gòu)發(fā)生較大變化,這對(duì)糧食生產(chǎn)影響也日益明顯[7,8]。

河南省作為我國的農(nóng)業(yè)大省和人口大省,其農(nóng)業(yè)的健康持續(xù)發(fā)展對(duì)國家社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展影響重大。但是近年來隨著人口快速增長,導(dǎo)致河南省對(duì)糧食需求不斷增加,同時(shí)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化加快導(dǎo)致耕地面積減少,對(duì)糧食生產(chǎn)安全性提出挑戰(zhàn)。目前,有不少學(xué)者利用耕地面積和耕地產(chǎn)量變化等因素對(duì)其耕地情況進(jìn)行了研究,但是利用近10a 的最新數(shù)據(jù)和不同尺度空間信息相結(jié)合的時(shí)空變化研究較少,此外選擇不同的多因素指標(biāo)對(duì)河南耕地分布變化和糧食生產(chǎn)影響進(jìn)行綜合分析還有待進(jìn)一步研究[9,10]。因此,本研究以河南省耕地為研究對(duì)象,從省域—區(qū)域—市域多個(gè)尺度出發(fā),選取耕地變化和耕地生產(chǎn)多因素指標(biāo)來作為河南省耕地分布變化和影響效應(yīng)指標(biāo),分析2006—2017 年不同時(shí)空格局耕地利用變化對(duì)其糧食生產(chǎn)的影響與變化規(guī)律,為不同區(qū)域因地制宜地開展耕地優(yōu)化布局和糧食生產(chǎn)動(dòng)態(tài)調(diào)控提供技術(shù)參考及決策依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源與處理

本研究耕地變化及生產(chǎn)相關(guān)數(shù)據(jù)來源于2006—2017 年河南省統(tǒng)計(jì)年鑒、河南農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒及各地市統(tǒng)計(jì)年鑒。河南省下轄17 個(gè)省轄市、1 個(gè)省直管市,分為豫北地區(qū)、豫東地區(qū)、豫中地區(qū)、豫西地區(qū)和豫南地區(qū),河南省區(qū)域分布如圖1 所示。其中,豫北地區(qū)包括濟(jì)源市、焦作市、新鄉(xiāng)市、鶴壁市、濮陽市、安陽市,共6 個(gè)市；豫西地區(qū)包括洛陽市、三門峽市,共2 個(gè)市；豫東地區(qū)包括周口市、商丘市、開封市,共3 個(gè)市；豫中地區(qū)包括鄭州市、漯河市、許昌市、平頂山市,共4 個(gè)市；豫南地區(qū)包括南陽市、信陽市、駐馬店市,共3 個(gè)市。本研究以河南省分區(qū)為單位進(jìn)行區(qū)域尺度的對(duì)比研究,各區(qū)包含的行政地域范圍在圖1 中進(jìn)行了標(biāo)注。

1.2 耕地生產(chǎn)和耕地變化指標(biāo)計(jì)算

本文選取耕地生產(chǎn)指標(biāo)和耕地變化指標(biāo)來作為河南省耕地分布變化和影響效應(yīng)研究指標(biāo)。其中,耕地生產(chǎn)指標(biāo)包括耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧播比、糧食單產(chǎn)；耕地變化指標(biāo)包括最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)。各指標(biāo)具體計(jì)算情況如下。

1.2.1 耕地生產(chǎn)指標(biāo)

糧食生產(chǎn)的耕地因素可以根據(jù)耕地利用的規(guī)模、程度、結(jié)構(gòu)和強(qiáng)度分別分解為耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧食單產(chǎn)和糧播比4 個(gè)因素,這4 個(gè)因素都對(duì)糧食總產(chǎn)量有直接影響,且反映了耕地利用數(shù)量、種植結(jié)構(gòu)、投入強(qiáng)度和自然條件等對(duì)糧食生產(chǎn)的綜合影響[11]。糧食總產(chǎn)量的測(cè)算方法與4 個(gè)因素的關(guān)系計(jì)算公式:

式中,P為糧食總產(chǎn)量,萬t；L為耕地面積,hm2；CI為復(fù)種指數(shù),kg·hm-2；S為糧播比(農(nóng)作物播種面積與耕地面積之比)；Y為糧食單產(chǎn)(糧食播種面積占農(nóng)作物總播種面積之比)。

1.2.2 耕地變化影響指標(biāo)

1.2.2.1 最小人均耕地面積

最小人均耕地面積指在一定地域范圍內(nèi)和一定糧食自給水平以及耕地生產(chǎn)力條件下,為了保障人口正常生活水平的糧食消費(fèi)所需要的耕地面積[12],計(jì)算公式:

式中,S最小為最小人均耕地面積,hm2/人；β為食物自給率,%,參考李治國等[13]的研究β取值為100%；Gr為人均糧食需求量,kg/人,根據(jù)唐華俊等[14]和羅海平等[15]的研究,2006—2009 年人均糧食需求量約為405kg/人,2010—2017 年人均糧食需求量約為420kg/人；P為糧食單產(chǎn),kg·hm-2；q為糧播比；k為復(fù)種指數(shù)。

1.2.2.2 耕地壓力指數(shù)

耕地壓力指數(shù)是指最小人均耕地面積和實(shí)際人均耕地面積之比[12],主要用于反映研究區(qū)域內(nèi)耕地資源的稀缺程度和糧食安全壓力。計(jì)算公式:

式中,K為耕地壓力指數(shù)；S最小為最小人均耕地面積,hm2/人；S為人均耕地面積,hm2/人。本研究根據(jù)K值范圍將耕地壓力等級(jí)劃分為4 個(gè)等級(jí),當(dāng)K ＜0.9 時(shí),處于安全壓力區(qū)；當(dāng)0.9 ≤K ＜1.1 時(shí),處于安全臨界區(qū)；當(dāng)1.1 ≤K ＜1.5 時(shí),處于輕度壓力區(qū)；當(dāng)1.5 ≤K ＜2 時(shí),處于中度壓力區(qū)；當(dāng)K≥2 時(shí),處于重度壓力區(qū)。

2 耕地時(shí)空變化分析

2.1 時(shí)序變化分析

根據(jù)2006—2017 年河南省耕地面積變化曲線(如圖2a) 分析可知,2006—2008 年河南省耕地面積維持在720 萬hm2,至2009 年變?yōu)?19.2 萬hm2,耕地面積變化較大,其原因在于2008 年及以前年份耕地面積為年底常用耕地面積,2009 年統(tǒng)一變?yōu)榈? 次全省土地調(diào)查數(shù)據(jù),2010 年以后數(shù)據(jù)按2009 年數(shù)據(jù)口徑統(tǒng)計(jì)。2010 年之后耕地面積緩慢減少,到2017年減少到811.2 萬hm2,2017 年相比2009 年共減少了7.973 萬hm2。

根據(jù)2006—2017 年河南省糧播比變化曲線(如圖2b) 分析可知,2006—2017 年糧播比總體處于0.66～0.75。2006—2007 年糧播比有所下降,在2007年達(dá)到最小值0.66,2007—2016 年期間穩(wěn)定增長,其年平均增長率為1.43%,在2016 年達(dá)到最大值0.75,而2017 年略有下降。整體綜合分析,2017 年相比2006 年糧播比增加了9.66%。

根據(jù)2006—2017 年河南省復(fù)種指數(shù)變化曲線(如圖2c) 分析可知,2006—2017 年復(fù)種指數(shù)總體處于1.75～2.01。2006—2009 年復(fù)種指數(shù)處于增加階段,在2008 年達(dá)到最大值2.01,2008 年和2009 年有所下降,這與耕地面積統(tǒng)計(jì)口徑改變有一定關(guān)系,2009—2016 年處于增加階段,2017 年略有下降。

根據(jù)2006—2017 年河南省糧食單產(chǎn)變化曲線(如圖2d) 分析可知,糧食單產(chǎn)整體呈現(xiàn)增長趨勢(shì)。2017 年比2006 年增長10.54%,其中2006—2009 年緩慢增長,2015 年增長迅速,同比增長4.56%,2016年有所下降,同比減少2.21%,2017 年處于增長狀態(tài),同比增長3.39%。

2.2 空間變化分析

2.2.1 耕地面積變化分析

根據(jù)2006—2017 年河南省各市耕地面積統(tǒng)計(jì)圖(如圖3a) 分析可知,河南省主要耕地面積分布于豫南的南陽市、駐馬店市、信陽市和豫東的周口市、商丘市,5 個(gè)市共占全省耕地面積的50%以上,其中南陽市占據(jù)河南省耕地面積第1 位,濟(jì)源市的耕地面積最少。河南省各市2006—2017 年的耕地面積除南陽市、駐馬店市以及信陽市面積在2009 年有一定程度的增加外,其余各市耕地面積變化均不明顯,維持在相對(duì)穩(wěn)定的范圍內(nèi)。

2.2.2 糧播比變化分析

根據(jù)2006—2017 年河南省各市糧播比統(tǒng)計(jì)圖(如圖3b) 分析可知,河南省各市2006—2017 年的糧播比整體上處于增長趨勢(shì),表明糧食播種所占比重增加,其中鶴壁市糧播比位居河南省第一,開封市糧播比最低。根據(jù)2006 年和2017 年河南省糧播比分區(qū)分布圖,如圖4 可以看出,河南省各區(qū)域糧播比整體均有所上升,尤其是豫北和豫中地區(qū)優(yōu)勢(shì)明顯。2006 年豫北地區(qū)的鶴壁市糧播比全省最高超過0.80,豫北地區(qū)其它5 個(gè)市糧播比都在0.70～0.80 范圍內(nèi)；至2017年豫北地區(qū)糧播比大幅提升,除安陽市糧播比未超過0.80 外,其余市的糧播比均超過0.80。

2.2.3 復(fù)種指數(shù)變化分析

復(fù)種指數(shù)反映耕地的利用程度,根據(jù)2006—2017年河南省各市復(fù)種指數(shù)統(tǒng)計(jì)圖(如圖3c) 分析可知,開封市、漯河市、商丘市和周口市的復(fù)種指數(shù)接近200%,鄭州市和信陽市接近150%,三門峽市和濟(jì)源市低于150%,其它地市的復(fù)種指數(shù)介于150%～200%。根據(jù)2006 年、2017 年河南省復(fù)種指數(shù)分區(qū)分布圖(圖5) 可以看出,豫東地區(qū)和豫南地區(qū)的復(fù)種指數(shù)相對(duì)較高。豫東地區(qū)的周口市復(fù)種指數(shù)在2006年處于1.90～2.00,2017 年復(fù)種指數(shù)上升明顯高于2.00,屬于全省最高；豫南地區(qū)南陽市、駐馬店市復(fù)種指數(shù)2006 年和2017 年均超過1.80,而信陽市復(fù)種指數(shù)相對(duì)較低,不足1.60。豫北地區(qū)2006—2017 年復(fù)種指數(shù)整體上升明顯。豫西地區(qū)和豫中地區(qū)復(fù)種指數(shù)整體有所下降。

2.2.4 糧食單產(chǎn)變化分析

糧食單產(chǎn)反映了耕地利用集約化的程度和強(qiáng)度,根據(jù)2006—2017 年河南省各市糧食單產(chǎn)統(tǒng)計(jì)圖(如圖3d) 分析可知,河南省各市2006—2017 年的糧食單產(chǎn)整體處于穩(wěn)步增長趨勢(shì),其中焦作市糧食單產(chǎn)最高,年均超過7000kg·hm-2。根據(jù)2006 年、2017 年河南省糧食單產(chǎn)分區(qū)分布圖,圖6 可以看出,河南省糧食單產(chǎn)整體而言東部地區(qū)比西部地區(qū)要高,2006 年和2017 年豫北地區(qū)和豫東地區(qū)糧食單產(chǎn)一直居于全省前列。豫北地區(qū)2017 年糧食單產(chǎn)較2006 年有了大幅提升,大部分市都超過了6000kg·hm-2。豫東地區(qū)相對(duì)穩(wěn)定,豫中和豫西地區(qū)2006—2017 年糧食單產(chǎn)變化不大。豫南地區(qū)部分城市糧食單產(chǎn)有所增加。

3 耕地變化的影響效應(yīng)分析

河南省人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)統(tǒng)計(jì),如圖7 所示,2006—2017 年河南省人均耕地面積處于0.070～0.080hm2/人,最小人均耕地面積處于0.05～0.06hm2/人。人均耕地面積和最小人均耕地面積變化趨勢(shì)基本一致,在2006—2008 年略有減少,2009 年增加明顯,2010 之后平緩減少。根據(jù)最小人均耕地面積計(jì)算得出河南省耕地壓力指數(shù),2006—2017 年河南省耕地壓力指數(shù)處于0.60～0.80。從變化趨勢(shì)上,2010 年以后耕地壓力指數(shù)整體處于下降趨勢(shì),在2015 年以后略有上升。

根據(jù)耕地壓力指數(shù)值進(jìn)行等級(jí)劃分,2006—2017年河南省耕地壓力指數(shù)等級(jí)分布圖如圖8 所示。2006—2017 年豫東地區(qū)和豫南地區(qū)的耕地壓力指數(shù)一直處于安全壓力區(qū)。豫北地區(qū)只有濟(jì)源市耕地壓力指數(shù)處于輕度壓力區(qū),其余5 市均為安全壓力區(qū)。豫西地區(qū)的洛陽市處于輕度壓力區(qū),三門峽市由中度壓力區(qū)變?yōu)檩p度壓力區(qū),整體上比其它地區(qū)的耕地壓力指數(shù)要高。豫中地區(qū)的鄭州市由中度壓力區(qū)變?yōu)橹囟葔毫^(qū),平頂山市一直處于安全臨界區(qū),其余市均處于安全壓力區(qū)。

4 結(jié)論與討論

本文通過對(duì)2006—2017 年河南省耕地利用時(shí)空格局變化及其影響效應(yīng)分析,得出以下結(jié)論。

河南省耕地面積呈現(xiàn)緩慢減少的趨勢(shì),這與人口增加、城市建設(shè)擴(kuò)張、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)等有關(guān),耕地面積的減少會(huì)引起耕地壓力的增加,糧食產(chǎn)量的減少,帶來糧食生產(chǎn)的不穩(wěn)定性,因此需要嚴(yán)格控制耕地面積,保障糧食生產(chǎn)安全。另外,河南省耕地分布不均,豫東地區(qū)和豫南地區(qū)占據(jù)全省耕地面積50%以上,可以充分挖掘這2 個(gè)地區(qū)的耕地生產(chǎn)潛力,同時(shí)及時(shí)補(bǔ)充減少的耕地面積,以維持河南省整體糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性。

河南省豫東地區(qū)和豫南地區(qū)(除信陽市) 復(fù)種指數(shù)較高,整體耕地利用程度較好,信陽市耕地面積在全省排名第4,但復(fù)種指數(shù)不高,耕地利用還有較大的提升空間。豫中地區(qū)和豫西地區(qū)部分地市復(fù)種指數(shù)明顯減少,這與城市化發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)發(fā)生調(diào)整有關(guān),因此還需充分合理地利用耕地,協(xié)調(diào)城市發(fā)展和耕地保護(hù),調(diào)整種植結(jié)構(gòu),優(yōu)化農(nóng)作物品種,提高耕地的復(fù)種指數(shù)。

河南省糧食單產(chǎn)總體上處于穩(wěn)步增加的狀態(tài),但由于各個(gè)區(qū)域耕地情況、農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)、技術(shù)投入、氣候環(huán)境等各不相同,各個(gè)區(qū)域的糧食單產(chǎn)數(shù)量各不相同。其中,豫北地區(qū)、豫東地區(qū)、豫南地區(qū)的糧食單產(chǎn)較高,豫西地區(qū)和豫中地區(qū)較低,需要因地制宜地進(jìn)行農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)和科技力量的投入,加大推廣優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)糧食品種,加強(qiáng)農(nóng)作物病蟲害防控,不斷穩(wěn)步提高糧食單產(chǎn)。

通過分析河南省最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)發(fā)現(xiàn),部分城市耕地壓力指數(shù)較高,鄭州市、洛陽市、平頂山市、三門峽市和濟(jì)源市均高于全省水平。省會(huì)城市鄭州市由于城市快速發(fā)展,人口增加,耕地減少,耕地壓力指數(shù)已處于重度壓力區(qū)。因此需要通過提高糧食單產(chǎn)和糧播比、增加復(fù)種指數(shù)來減小最小人均耕地面積,通過合理控制人口增長和嚴(yán)格控制耕地面積來保證人均耕地面積數(shù)量,從而有效降低耕地壓力指數(shù)。