張文信,張惠中,程偉亞,李新舉,李俊穎

1.山東省國土空間規(guī)劃院,山東 濟南 271000

2.山東農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院,山東 泰安 271018

糧食安全是關系著國運民生的“壓艙石”，同時也是維護國家安全的重要基礎和保障[1]。當前，我國耕地面臨數(shù)量減少和質(zhì)量下降的雙重挑戰(zhàn)，耕地保護壓力大，直接影響著糧食安全。在疫情及國內(nèi)外復雜的經(jīng)濟情況下，糧食安全問題在全球范圍內(nèi)日益受到關注[2,3]，中國和其他快速發(fā)展的經(jīng)濟體都面臨嚴重的挑戰(zhàn)[4]。在我國“十四五”規(guī)劃中，首次將糧食綜合生產(chǎn)能力作為安全保障類約束性指標，同時也在經(jīng)濟社會發(fā)展主要指標中予以明確，體現(xiàn)出我國對糧食安全的特殊重視。國內(nèi)學者關于糧食安全的研究最早開始于20 世紀80 年代初，主要集中于糧食安全的概念、影響因素和評價方法，以及糧食安全的變化趨勢等[5-7]；關于耕地壓力的研究主要從耕地壓力的評價方法、影響因素以及不同時空尺度下的分布規(guī)律等角度進行了探討[8-12]，研究區(qū)多集中于經(jīng)濟較發(fā)達的東南地區(qū)與耕地資源相對稀缺的西北地區(qū)，而對糧食主產(chǎn)區(qū)的研究相對較少[13,14]。山東省是我國的農(nóng)業(yè)大省、糧食生產(chǎn)大省，糧食產(chǎn)量多年來一直占全國產(chǎn)量的10%左右，在維護全國糧食安全方面扮演著重要角色。因此測算和預測山東省耕地壓力指數(shù)，分析其壓力情況，對進一步合理安排耕地的利用及糧食生產(chǎn)和經(jīng)濟發(fā)展，有著十分重要的理論和現(xiàn)實意義。以往研究區(qū)域大多采用糧食生產(chǎn)能力這一指標來衡量，但不能全面并準確的表示糧食安全與耕地和人口的關系，耕地壓力指數(shù)模型可以科學、合理的反映出糧食安全與確保糧食安全的耕地之間的動態(tài)關聯(lián)性。本研究在基于耕地壓力指數(shù)模型的基礎上，綜合考慮了各地級市人均GDP、城鎮(zhèn)化率等經(jīng)濟指標以及耕地壓力指數(shù)變化類型，并進行區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展權衡分區(qū)，以期為不同區(qū)域因地制宜開展耕地優(yōu)化布局和糧食生產(chǎn)調(diào)控技術提供參考及決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

山東省的地理環(huán)境是以山地丘陵為骨架、平原盆地在其間環(huán)列交錯。平原主要分布在魯西北和魯西南局部地區(qū)占全省面積的65.56%，丘陵主要分布在東部、魯西南局部地區(qū)，山地主要分布在魯中和魯西南局部地區(qū)占全省面積的14.59%。山東省氣候屬于溫帶季風氣候類型。降水集中，雨熱同季，熱量條件可以滿足農(nóng)作物一年兩作的需要。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

本文采用的數(shù)據(jù)主要來源于《山東統(tǒng)計年鑒》（2010～2020 年）、各市地統(tǒng)計年鑒（2010～2020年），部分數(shù)據(jù)通過山東省及各市地統(tǒng)計信息網(wǎng)、山東省及各市地農(nóng)業(yè)農(nóng)村廳提供的基礎數(shù)據(jù)計算整理得來。

2.2 研究方法

本研究采用人均最小耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型，對2009 年～2019 年山東省、市2 個行政級別的農(nóng)作物播種面積、糧食作物播種面積、復種指數(shù)、糧食總產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)、人均最小耕地面積和耕地壓力指數(shù)進行分析。再通過線性回歸預測2025 年耕地壓力狀況。

2.2.1 最小人均耕地面積Smin是最小人均耕地面積，計算在一定區(qū)域范圍內(nèi)，一定食物自給水平和耕地生產(chǎn)力條件下，為了滿足人口正常生活的食物消費所需的耕地面積[15]，可以為我們劃定保護一定區(qū)域的食物安全而需要保護的耕地數(shù)量底線提供參考，也可將其看成一個區(qū)域糧食安全的耕地閾值。公式為：

式中：β為食物自給率（%）。山東省是農(nóng)業(yè)大省，糧食產(chǎn)量不僅滿足自需，還能外銷，糧食自給率取100%來計算；Gr是指人均食物需求量（kg/人），分別用400 kg/人和450 kg/人來計算；P是指單位耕地面積糧食產(chǎn)量（kg/hm2）；q為農(nóng)作物播種面積占總播種面積之比（%）；k為復種指數(shù)（%），即年末總播種面積除以耕地面積。

2.2.2 耕地壓力指數(shù) 耕地壓力指數(shù)為最小人均耕地面積與實際人均耕地面積之比，衡量一個地區(qū)耕地資源的稀缺程度及其沖突程度。公式為：

式中：K表示耕地壓力指數(shù)；Sa為實際人均耕地面積(hm2/人)，是區(qū)域可耕地總面積與人口數(shù)量的函數(shù)。數(shù)值變化的主要含義是：K＞1 時，糧食供給小于需求，當K=1 時，糧食供需基本平衡，當K＜1時，糧食供給大于需求，可以理解為當K≤1 時，糧食處于基本安全狀態(tài)。耕地壓力指數(shù)K給出了耕地保護的閾值，可以作為區(qū)域耕地保護的調(diào)控指標[16]。

2.2.3 線性回歸 以年份為橫坐標，以不同的數(shù)值為縱坐標做出散點圖，進而再得出其線性回歸趨勢的公式。利用各類數(shù)據(jù)得出的不同的公式對2025 的數(shù)據(jù)進行預測。

3 結果與分析

3.1 省域尺度耕地壓力指數(shù)分析

根據(jù)前述公式進行山東省和各地級市2009～2018 耕地壓力指數(shù)并預測至2025 年（圖1）。從省域尺度來看，當山東省以400 kg/人作為人均糧食需求量時，耕地壓力指數(shù)均小于1，2009～2018 年山東省的糧食供大于求，山東省的糧食狀況較為安全，可以滿足人民的基本糧食需求。10 年間耕地壓力指數(shù)最高為2010 年的0.88，之后整體呈現(xiàn)下降趨勢，2017 年之后有大幅下降，主要是由于2017年和2018 年糧食播種面積和糧食總產(chǎn)量相較于2016 年之前，均有大幅度的提升，糧食安全狀況有所改善。當人均糧食需求量為450 kg/人時，耕地壓力指數(shù)在個別年份仍然均小于1，說明在450 kg/人的糧食需求量下，靠本省的糧食生產(chǎn)供給仍然能滿足糧食需求，但指數(shù)在2009～2016 年均大于0.9，處于接近于1 的水平，2010 年最高為0.99，耕地緊張程度明顯提高。同樣由于糧食播種面積和總產(chǎn)量的大幅提高，在2017 年耕地壓力指數(shù)大幅下降。

圖1 耕地壓力指數(shù)變化情況Fig.1 change of pressure index of cultivated land

總體來看，10 年間山東省耕地壓力指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，耕地緊張程度降低，主要是由于播種面積和糧食總產(chǎn)量的提高，保證了在耕地面積逐年減少的情況下壓力指數(shù)降低，緩解了耕地減少對糧食安全的影響。

通過預測結果可以得出：2019～2025 年，耕地面積持續(xù)減少，人口數(shù)量持續(xù)上升，糧食播種面積和農(nóng)作物播種面積持續(xù)上升，糧食單產(chǎn)也逐年增長，糧食產(chǎn)量處于穩(wěn)步增長的狀態(tài)；在400 kg/人和450 kg/人的需求標準下，實際人均耕地面積、最小人均耕地面積均呈下降趨勢，但實際人均耕地面積一直大于人均最低耕地面積，耕地壓力指數(shù)保持小于1，且逐年降低，因此，今后山東省應該持續(xù)提高耕地質(zhì)量，保證耕地生產(chǎn)能力的有效提升，同時通過增加投入提高耕地集約利用程度，提升耕地投入產(chǎn)出效率，以保證山東省耕地資源壓力指數(shù)保持在小于1 的范圍內(nèi)。

3.2 市域尺度耕地壓力指數(shù)分析

市域尺度只針對400 kg/人的糧食需求標準進行壓力指數(shù)測算及預測，主要進行各地級市間差異對比。通過2009～2025 年的耕地壓力指數(shù)變化特征（圖2）可以將16 個地級市歸為四類（圖3）。

圖2 各地級市耕地壓力指數(shù)變化情況Fig.2 The changes of cultivated land pressure index in different cities

圖3 各地級市耕地壓力指數(shù)變化類型Fig.3 Types of cultivated land pressure index change in different cities

第一類包括德州市、聊城市、濱州市、菏澤市和濟寧市，該類型耕地壓力指數(shù)較為穩(wěn)定，長期保持較低水平，并有下降趨勢，耕地糧食生產(chǎn)能力能夠長期滿足本市人口的糧食需求外，還有相當一部分糧食產(chǎn)量作為商品糧輸出，主要位于魯西北平原區(qū)和魯西南平原區(qū)及其與魯中南山地丘陵區(qū)的交界區(qū)域，是山東省的傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)，耕作歷史悠久，地勢平坦，土地肥沃，耕地面積廣闊，水資源豐富，灌溉有保證，適宜農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，有部分水稻種植，是重要的商品糧產(chǎn)區(qū)。通過指標數(shù)據(jù)的變化來看，農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量以及人口均呈現(xiàn)增長趨勢，耕地面積呈下降趨勢，復種指數(shù)和糧食單產(chǎn)呈現(xiàn)逐年增長的趨勢，這些地級市的耕地利用程度和利用效益均呈現(xiàn)增長趨勢，耕地集約利用類型屬于整體上升型和波動上升型，耕地資源的集約利用程度整體呈現(xiàn)增長趨勢。

第二類包括棗莊市、泰安市、濰坊市、濟南市、淄博市、臨沂市和青島市，壓力指數(shù)長期在1附近徘徊，前期壓力指數(shù)小于1，但均在0.5 以上，隨著時間的推移，壓力指數(shù)呈現(xiàn)增長趨勢，逐漸接近于1，后期超過1，耕地糧食生產(chǎn)能力從稍有盈余逐漸過渡到不能自給自足，主要位于山地丘陵區(qū)，平均海拔較高，地形起伏水土流失普遍存在，灌溉保證率較低，旱地分布較多，部分地級市社會經(jīng)濟發(fā)達，二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平較高，在可以預見的將來需要通過外部輸入糧食來滿足本市人口的糧食需求。通過指標數(shù)據(jù)的變化來看，農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量、耕地面積均呈現(xiàn)不同程度的降低趨勢，人口呈增加趨勢，且農(nóng)作物播種面積的減少速率要高于耕地面積，導致復種指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，糧食總產(chǎn)量下降速率也超過了耕地面積下降速率導致糧食單產(chǎn)也呈現(xiàn)下降趨勢，部分地級市農(nóng)作物播種面積下降速率也超過糧食播種面積，總體來看，這些地級市對耕地的利用程度以及利用效益均呈現(xiàn)下降趨勢，耕地集約利用程度屬于波動下降型和整體下降型，耕地資源的集約利用程度整體在下降。

第三類包括日照市、煙臺市和威海市，壓力指數(shù)長期處于較高的水平，并且增長速度較快，遠遠高于其他地級市，耕地糧食生產(chǎn)能力不足以滿足本市人口的需求，需要長期外源糧食輸入，且均位于魯東丘陵區(qū)，低山丘陵連綿起伏，社會經(jīng)濟較為發(fā)達，丘陵區(qū)主要用于林果生產(chǎn)，丘陵之間的盆地、谷地是主要的糧食生產(chǎn)區(qū)域。通過指標數(shù)據(jù)的變化來看，農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量、耕地面積、人口的變化趨勢與第二類類似，但變化速率差距更大，復種指數(shù)、糧食單產(chǎn)下降更快，總體來看，這些地級市對耕地的利用程度以及利用效益同樣均呈現(xiàn)下降趨勢且下降更快，耕地集約利用程度也屬于波動下降型和整體下降型，耕地資源的集約利用程度整體在下降。

第四類為東營市，壓力指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，前期為山東省壓力指數(shù)最高，后期開始下降，并最終下降到小于1 的水平，糧食生產(chǎn)能力逐漸能夠達到自給自足并出現(xiàn)盈余。通過指標數(shù)據(jù)的變化來看，農(nóng)作物播種面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量、耕地面積、人口的變化趨勢與第一類類似，但變化速率差距更大，復種指數(shù)、糧食單產(chǎn)提升更快，總體來看，東營市對耕地的利用程度以及利用效益同樣均呈現(xiàn)上升趨勢且上升迅速，耕地集約利用程度也屬于整體上升型。

總體來看，耕地壓力指數(shù)在平原區(qū)較小，長期趨勢均小于1，耕地規(guī)模大，質(zhì)量高，生產(chǎn)條件優(yōu)越，耕地集約利用程度較高，糧食生產(chǎn)能力高，并且耕地資源保護成效普遍較好，糧食非糧化、非農(nóng)化風險較低，糧食生產(chǎn)不僅能自給自足還能向外輸出商品糧，是山東省的重要的商品糧基地。山地丘陵區(qū)特別是東部沿海發(fā)達地區(qū)耕地壓力指數(shù)較高，區(qū)域二三產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達，耕地資源質(zhì)量相對較差，生產(chǎn)條件不如平原區(qū)，耕地集約利用程度較低，并且耕地非糧化、非農(nóng)化風險較高，耕地保護成效較低，長期來看，均需要糧食的外源輸入來滿足區(qū)域人口的糧食需求。

3.3 區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展權衡分區(qū)耕地壓力指數(shù)分析

基于區(qū)域產(chǎn)業(yè)分工的要求，山東省不可能每個城市都達到糧食自給自足，特別是對于二三產(chǎn)業(yè)發(fā)達的城市，不能實行一刀切的耕地保護要求，對于耕地壓力指數(shù)較高的城市可以適當降低耕地保護的要求，并向耕地壓力指數(shù)低的城市轉嫁保護指標任務，同時給予承接城市經(jīng)濟扶持，實現(xiàn)區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展要求與耕地保護要求的平衡。在此基礎上，綜合考慮各地級市人均GDP、城鎮(zhèn)化率等經(jīng)濟指標以及耕地壓力指數(shù)變化類型進行區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展權衡分區(qū)（圖4）。共分為四個區(qū)，其分別為：耕地保護轉嫁區(qū)、耕地保護承接區(qū)、耕地保護管控區(qū)和耕保經(jīng)濟兼顧區(qū)。

圖4 區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展權衡分區(qū)Fig.4 Trade-off zoning between cultivated land protection and economic development

耕地保護轉嫁區(qū)包括青島市、濟南市、煙臺市、濰坊市、淄博市、威海市和泰安市，這些地級市耕地壓力指數(shù)較高，且呈增長趨勢，難以通過自給自足滿足本市人口的糧食需求，需要外源糧食輸入，經(jīng)濟發(fā)展水平相對較高，人均GDP 和城鎮(zhèn)化水平較好，未來城鎮(zhèn)化的進一步推進以及經(jīng)濟的進一步發(fā)展對耕地保護產(chǎn)生的壓力較大，可以將耕地保護的任務部分轉嫁到耕地保護承接區(qū)，包括濱州市、菏澤市、聊城市和濟寧市，這些地級市耕地壓力指數(shù)較小，且呈現(xiàn)降低趨勢，耕地糧食生產(chǎn)可以自給自足，同時經(jīng)濟發(fā)展水平相對較低，人均GDP 和城鎮(zhèn)化水平表現(xiàn)一般，作為補償可以獲得轉嫁區(qū)的經(jīng)濟扶持。耕地保護管控區(qū)包括日照市、臨沂市和棗莊市，這3 個地級市耕地保護壓力較大，同時經(jīng)濟發(fā)展水平并不理想，在后續(xù)的經(jīng)濟發(fā)展、城鎮(zhèn)化進程中要嚴格的管控耕地資源規(guī)模，提高耕地資源利用效率，加大土地整治力度，增加新增耕地資源量，降低壓力指數(shù)增長速率，同時也要嚴格管控二三產(chǎn)業(yè)發(fā)展造成的建設用地擴張占用耕地，提高存量建設用地的利用效率。耕保經(jīng)濟兼顧區(qū)是東營市，耕地壓力指數(shù)下降幅度較快，糧食生產(chǎn)能夠自給自足，同時人均GDP 和城鎮(zhèn)化水平表現(xiàn)較好，可以保持現(xiàn)有的耕地保護力度與經(jīng)濟發(fā)展態(tài)勢，也可以承接部分轉嫁區(qū)的耕地保護任務。

4 結論和建議

4.1 結論

本文通過人均最小耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型研究山東省域、市域兩種尺度下的糧食安全狀況，同時運用線性回歸預測2025 年兩種尺度下的耕地壓力狀況，通過人均GDP、城鎮(zhèn)化率等經(jīng)濟指標以及耕地壓力指數(shù)變化類型進行區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展權衡分區(qū)的情況得出以下結論：

（1）糧食生產(chǎn)方面，山東省的糧食狀況較為安全，糧食安全得到保障，可以滿足人民的基本糧食需求。山東省耕地壓力指數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢，耕地緊張程度降低，主要是由于播種面積和糧食總產(chǎn)量的提高，保證了在耕地面積逐年減少的情況下壓力指數(shù)降低，緩解了耕地減少對糧食安全的影響，在可以預見的將來，隨著糧食播種面積和耕地生產(chǎn)力的提高，山東省的糧食需求能夠得到基本滿足，糧食安全狀況較為樂觀；

（2）山東省耕地壓力指數(shù)在平原區(qū)較小，長期趨勢均小于1，耕地規(guī)模大，質(zhì)量高，生產(chǎn)條件優(yōu)越，耕地集約利用程度較高，糧食生產(chǎn)能力高，并且耕地資源保護成效普遍較好，糧食非糧化、非農(nóng)化風險較低。山地丘陵區(qū)特別是東部沿海發(fā)達地區(qū)耕地壓力指數(shù)較高，區(qū)域二三產(chǎn)業(yè)較為發(fā)達，耕地資源質(zhì)量相對較差，生產(chǎn)條件不如平原區(qū)，耕地集約利用程度較低，并且耕地非糧化、非農(nóng)化風險較高，耕地保護成效較低；

（3）耕地保護轉嫁區(qū)耕地壓力指數(shù)較高，且呈增長趨勢；耕地保護管控區(qū)耕地保護壓力較大，同時經(jīng)濟發(fā)展水平并不理想，耕保經(jīng)濟兼顧區(qū)耕地壓力指數(shù)下降幅度較快，糧食生產(chǎn)能夠自給自足，同時人均GDP 和城鎮(zhèn)化水平表現(xiàn)較好。

4.2 建議

（1）大力開展耕地整理，保持動態(tài)平衡。

要想有效增加耕地面積、緩解耕地壓力，土地有效開發(fā)利用和規(guī)范整理的做法不能丟。人地矛盾日益突出，土地的有效整理和保護是文中應有之義，這就要求注重耕地的整合,深入挖掘耕地的潛力開發(fā),耕地的供給和需求維持一個動態(tài)平衡,既要注意數(shù)量的平衡，又要注意質(zhì)量的平衡。為了改善當前的耕地資源狀況，繼續(xù)進行耕地整理，實行諸如耕地占補平衡等相關政策是必不可少的，這也是面對日益緊缺的耕地資源，保障糧食安全的有效手段。

（2）協(xié)調(diào)耕地自然稟賦與利用水平，提高利用效率和效益。

山東省應該持續(xù)提高耕地質(zhì)量，保證耕地生產(chǎn)能力的有效提升，同時通過增加投入提高耕地集約利用程度，提升耕地投入產(chǎn)出效率，在投入方面，繼續(xù)推行高標準農(nóng)田建設提高耕地生產(chǎn)條件；推進耕地流轉，促進耕地規(guī)?；?jīng)營，實現(xiàn)耕地利用的規(guī)模效益。以保證山東省耕地資源壓力指數(shù)保持在小于1 的范圍內(nèi)。

（3）平衡區(qū)域耕地保護與經(jīng)濟發(fā)展，探索建立糧食生產(chǎn)能力指標交易制度。

各地級市內(nèi)部也可以根據(jù)各縣（市、區(qū)）的經(jīng)濟發(fā)展水平以及耕地保護壓力進行區(qū)域內(nèi)平衡?？梢赃M一步結合區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展水平、耕地資源稟賦、人口等因素確定不同區(qū)域的糧食生產(chǎn)任務及相應的所需要的耕地面積，剩余耕地根據(jù)生產(chǎn)能力劃分為若干糧食生產(chǎn)能力指標，政府可以通過公開競價拍賣、定價出售等方式在行政區(qū)內(nèi)部或行政區(qū)間分配這些指標。