李 俊,石曉麗,史文嬌,王紹強

(1.中國科學(xué)院地理科學(xué)與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點實驗室,北京 100101;2.河北省環(huán)境演變與生態(tài)建設(shè)實驗室/ 河北師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院,河北 石家莊 050024;3.河北省環(huán)境變化遙感識別技術(shù)創(chuàng)新中心/ 河北師范大學(xué)地理計算與規(guī)劃研究中心,河北 石家莊 050024;4.中國科學(xué)院大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院,北京 100049)

耕地資源保護是關(guān)系到全球可持續(xù)發(fā)展的重要戰(zhàn)略性問題,近年來受國際形勢變化、極端天氣頻發(fā)等多種因素影響,糧食安全問題頻出,因此耕地資源保護更加迫切[1]。2012年我國人均耕地面積僅為0.08 hm2,遠低于全球人均0.20 hm2的水平[2]。隨著社會經(jīng)濟發(fā)展,我國耕地面積逐年減少,對糧食安全的威脅日益加大[3]。部分國家早期已采取有效的耕地保護和農(nóng)田質(zhì)量提升措施,著重于保障糧食安全[4-5]。我國在耕地保護和高標準農(nóng)田建設(shè)方面雖然起步較晚,但一貫十分重視[6]。對于高標準農(nóng)田建設(shè),我國于2012年頒布《高標準基本農(nóng)田建設(shè)標準(試行)》,政策實施逐步進入規(guī)范化階段[7]。到2020年底,全國已完成0.53×108hm2高標準農(nóng)田建設(shè)任務(wù),耕地面積為1.28×108hm2,實現(xiàn)了耕地保有量1.24×108hm2的目標,在耕地資源保護和農(nóng)田質(zhì)量提升方面取得了巨大成效。在國內(nèi)外的發(fā)展經(jīng)驗中,耕地數(shù)量和質(zhì)量被認為是確保糧食安全的至關(guān)重要的調(diào)控因素。因此,對耕地數(shù)量和質(zhì)量的相關(guān)預(yù)測研究顯得尤為緊迫。

目前,對于耕地面積和高標準農(nóng)田面積預(yù)測的研究相對較少?，F(xiàn)有研究采用了多種方法,如流向統(tǒng)計法[8]、糧食需求法、供需平衡法、趨勢外推法[9]、空間自回歸模型[10]、時間序列預(yù)測模型[11]、PCA-BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)[12]等。例如,王柳等[8]利用流向統(tǒng)計法從不同角度分析了中國糧食安全現(xiàn)狀,并建立模型預(yù)測了2020、2025、2030年高標準農(nóng)田面積。趙永等[10]則采用空間自回歸模型,基于多個自變量對全國的耕地面積進行了預(yù)測。羅益等[13]以糧食需求法為基礎(chǔ),對貴州省2035年的耕地保有面積進行了初步推測。然而,現(xiàn)有研究多集中在對耕地面積的單一預(yù)測,較少涉及對耕地面積和高標準農(nóng)田面積的同時預(yù)測。此外,這些研究往往僅對面積進行預(yù)測,沒有提出相應(yīng)的預(yù)測指標,而且預(yù)測年份也較為有限,大多僅到2035年。隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展,對2035年以后的預(yù)測和相關(guān)預(yù)測指標的研究需求變得更加迫切。

該研究提出耕地面積保有率和高標準農(nóng)田占耕地比例2個指標,利用統(tǒng)計年鑒及其他公布數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析,對2025、2030、2035、2050年2個指標在全國、區(qū)域、省級尺度的變化規(guī)律進行預(yù)測。該研究提供的預(yù)測方法可為相關(guān)宏觀預(yù)測提供科學(xué)參考,預(yù)測結(jié)果可以為未來土地利用、國土空間規(guī)劃、耕地布局、農(nóng)田利用等提供依據(jù)。

1 研究方法、研究區(qū)域與數(shù)據(jù)來源

1.1 數(shù)據(jù)來源

研究數(shù)據(jù)來源見表1。根據(jù)《全國高標準農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃(2021—2030年)》,將全國(除港澳臺地區(qū)外)分為七大區(qū)域:東北區(qū)、黃淮海區(qū)、西北區(qū)、長江中下游區(qū)、東南區(qū)、西南區(qū)、青藏區(qū)。在《全國高標準農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃(2021—2030年)》中,將內(nèi)蒙古自治區(qū)分為東北區(qū)和西北區(qū),但筆者搜集到的數(shù)據(jù)是按省份劃分的省級數(shù)據(jù),因此該研究將內(nèi)蒙古自治區(qū)統(tǒng)一劃入東北區(qū)(表2)[14]。

表1 數(shù)據(jù)來源

表2 高標準農(nóng)田分區(qū)

1.2 指標選擇

根據(jù)發(fā)達國家的經(jīng)驗并結(jié)合我國實際情況,基于耕地面積保有率和高標準農(nóng)田占耕地比例2個指標,對我國2025、2030、2035、2050年的耕地和高標準農(nóng)田變化趨勢進行預(yù)測。采用耕地面積保有率表征耕地的數(shù)量變化,以本年末與上年末耕地面積的變化趨勢表示。采用高標準農(nóng)田占耕地比例表征耕地的質(zhì)量變化,以本年末高標準農(nóng)田面積占本年末耕地面積的比例表示。

1.3 預(yù)測方法

1.3.1耕地面積保有率

耕地面積保有率是衡量農(nóng)業(yè)用地的穩(wěn)定性和可持續(xù)性的指標。如果保有率高,說明農(nóng)業(yè)用地相對穩(wěn)定,變化不大;如果保有率低,表示農(nóng)業(yè)用地可能面臨較大的波動。2030、2050年全國耕地面積來源于相關(guān)規(guī)劃文件,2025、2035年全國耕地面積是基于最小二乘法的二次多項式擬合[19]進行推算。為保證每個省份產(chǎn)糧地位不變,假設(shè)未來各省份耕地和高標準農(nóng)田面積占全國的比例不變,根據(jù)2020年各省份耕地面積占全國耕地面積的比例預(yù)測其在2025、2030、2035、2050年的耕地面積。

為保證糧食安全,假設(shè)2050年以后全國以及各省份的耕地面積將保持穩(wěn)定不變,且2050年耕地面積保有率穩(wěn)定在100%,2025、2030、2035年的耕地面積保有率按照如下公式估算:

(1)

式(1)中,S為耕地面積保有率,%;G為本年末耕地面積,hm2;Q為上年末耕地面積,hm2。

1.3.2高標準農(nóng)田占耕地比例

2025、2030、2050年全國高標準農(nóng)田面積來源于相關(guān)規(guī)劃文件,2035年全國高標準農(nóng)田面積基于最小二乘法的二次多項式擬合進行推算,2025、2030年各省份高標準農(nóng)田面積來源于《全國高標準農(nóng)田建設(shè)規(guī)劃(2021—2030年)》?；诟魇》莞邩藴兽r(nóng)田面積地位在未來總體不變的假設(shè),根據(jù)2030年各省份高標準農(nóng)田面積占全國高標準農(nóng)田面積的比例預(yù)測2035、2050年各省份高標準農(nóng)田面積占耕地比例。對于高標準農(nóng)田占耕地比例超過90%的省份和年份,其占比統(tǒng)一用≥90%表示。高標準農(nóng)田占耕地比例的計算公式為

(2)

式(2)中,P為高標準農(nóng)田占耕地比例,%;Y為高標準農(nóng)田面積,hm2;X為耕地面積,hm2。

2 結(jié)果與分析

2.1 國家尺度

總體來說,2020—2050年全國耕地面積呈減少趨勢,到2050年全國耕地面積穩(wěn)定在1.20×108hm2;全國高標準農(nóng)田面積呈增長趨勢,到2050年全國高標準農(nóng)田面積將達1.03×108hm2。

預(yù)測結(jié)果顯示,2025、2030、2035、2050年全國耕地面積分別為1.23×108、1.22×108、1.21×108、1.20×108hm2(圖1)。2020年全國耕地面積保有率為96.91%,在2050年將達到100%,這代表2050年之后耕地面積不會發(fā)生大幅波動(表3)。高標準農(nóng)田面積從2020年的0.57×108hm2增長到2050年的1.03×108hm2,增長接近一倍。與此同時,高標準農(nóng)田占耕地比例則從2020年的43.59%增長到2050年的85.89%,預(yù)計2050年之后高標準農(nóng)田建設(shè)將主要集中在已有高標準農(nóng)田的提質(zhì)改造(表4)。

圖1 全國耕地面積和高標準農(nóng)田面積預(yù)測

表3 區(qū)域和省級尺度耕地面積保有率預(yù)測結(jié)果

表4 區(qū)域和省級尺度高標準農(nóng)田占耕地比例預(yù)測結(jié)果

2.2 區(qū)域尺度

東北區(qū)作為我國重要的糧食生產(chǎn)基地,2020—2050年耕地面積一直居于首位,2050年耕地面積為0.37×108hm2,占全國耕地總面積的30.8%。相較而言,東南區(qū)和青藏區(qū)的耕地面積較小,2020—2050年分別介于0.048×108～0.051×108和0.009 3×108～0.01×108hm2之間,其他4個區(qū)域的耕地面積均在0.19×108～0.22×108hm2之間(圖2)。就耕地面積保有率而言,2020—2050年,東北區(qū)、西北區(qū)分別從108%、105%下降到100%,這反映了西北區(qū)和東北區(qū)在某些年份耕地面積還會出現(xiàn)小幅增長,其余區(qū)域則從70%～90%上升到100%(圖2)。

圖2 國家尺度與區(qū)域尺度耕地面積及其保有率、高標準農(nóng)田面積及其占耕地比例預(yù)測結(jié)果

2020—2050年,七大區(qū)域高標準農(nóng)田面積及其占耕地比例均呈增加趨勢,各區(qū)域之間存在差異。就高標準農(nóng)田面積而言,2020—2050年東北區(qū)的高標準農(nóng)田面積介于0.12×108～0.25×108hm2之間,占全國高標準農(nóng)田面積的20%～24%,在七大區(qū)域中占比最高;除青藏區(qū)和東南區(qū)高標準農(nóng)田面積較小外(介于0.004×108～0.008×108和0.039×108～0.046×108hm2之間),其余區(qū)域的高標準農(nóng)田面積均在0.07×108～0.18×108hm2之間。就高標準農(nóng)田占耕地比例而言,2020年長江中下游區(qū)和東南區(qū)的高標準農(nóng)田建設(shè)比例較高,分別達61.71%和75.57%,其他區(qū)域高標準農(nóng)田占耕地比例處于30%～60%之間。到2050年,黃淮海區(qū)、長江中下游區(qū)、東南區(qū)、青藏區(qū)的高標準農(nóng)田占耕地比例均達90%以上,而西南區(qū)和西北區(qū)的高標準農(nóng)田占耕地比例處于70%～90%之間,只有東北區(qū)的高標準農(nóng)田占耕地比例處于70%以下。東北區(qū)高標準農(nóng)田占耕地比例較低的原因有以下兩點:首先是內(nèi)蒙古東部地區(qū)緯度高,溫度低,森林面積較大,滿足高標準農(nóng)田建設(shè)標準的耕地較少;其次是東北區(qū)部分耕地存在土壤鹽堿化、土壤酸化、黑土地肥力下降、水資源分布不均、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施薄弱等問題,因此該區(qū)高標準農(nóng)田建設(shè)任務(wù)艱巨。

2.3 省級尺度

從耕地面積保有率預(yù)測結(jié)果來看,各省份的耕地面積保有率存在明顯的空間差異。到2050年全國各省份耕地面積保有率均達100%。北方省份的耕地面積保有率普遍較高,部分省份在2020年耕地面積保有率已達100%,如內(nèi)蒙古自治區(qū)、吉林省、黑龍江省、新疆維吾爾自治區(qū);而南方省份與北方相比耕地面積保有率較低,普遍在70%～90%之間。出現(xiàn)這種差異的原因與南北方的經(jīng)濟發(fā)展水平、城市化進程、各省份發(fā)展的側(cè)重點不同有關(guān)。

從預(yù)測結(jié)果來看,各省份高標準農(nóng)田占耕地比例也存在明顯的空間差異。各省份高標準農(nóng)田占耕地比例均呈上升趨勢,南方省份高標準農(nóng)田占耕地比例普遍高于北方省份。2020年,上海市、浙江省、江蘇省、福建省、廣東省等省份高標準農(nóng)田占耕地比例達70%以上,而北方省份大部分處于50%以下,整體建設(shè)比例低于南方省份。但北方省份的高標準農(nóng)田建設(shè)速度較快,如山東省、河南省、遼寧省、寧夏回族自治區(qū)。到2050年,全國有一半以上的省份高標準農(nóng)田占耕地比例達90%以上,高標準農(nóng)田占耕地比例“南高北低”的現(xiàn)象有所緩解。在各省份高標準農(nóng)田占耕地比例大于90%后,將這些省份的高標準農(nóng)田占耕地比例預(yù)測值統(tǒng)一調(diào)整為≥90%,因為此時高標準農(nóng)田建設(shè)的工作重點應(yīng)考慮從新建轉(zhuǎn)變?yōu)橐延懈邩藴兽r(nóng)田維護和提質(zhì)改造,為各省份提供一個較為寬泛的參考值范圍,便于各省份自行擬定高標準農(nóng)田建設(shè)的后續(xù)發(fā)展和規(guī)劃。

3 討論

3.1 區(qū)域差異性與區(qū)域建議

2020—2050年全國耕地面積保有率呈不斷上升趨勢,到2050年達100%,原因是到2050年要守住1.20×108hm2耕地紅線,2050年之后耕地面積將保持穩(wěn)定。未來30 a,我國將持續(xù)推進高標準農(nóng)田建設(shè),高標準農(nóng)田占耕地比例將不斷增加。西北區(qū)和東北區(qū)都屬于地廣人稀的區(qū)域,其耕地面積保有率分別從105%、108%下降到100%,反映了西北區(qū)和東北區(qū)在某些年份耕地面積還會出現(xiàn)小幅增長,其余區(qū)域耕地面積保有率則逐年增長到100%,到2050年之后保持不變,這與全國耕地面積保有率的變化趨勢相同。2020—2050年,黃淮海區(qū)、東南區(qū)、長江中下游區(qū)高標準農(nóng)田占耕地比例增長速率較慢,這些區(qū)域由于高標準農(nóng)田建設(shè)起步較早,2020年高標準農(nóng)田占耕地比例已達70%左右,后續(xù)需新建高標準農(nóng)田較少。2020—2050年,東北區(qū)、西南區(qū)、西北區(qū)、青藏區(qū)高標準農(nóng)田占耕地比例增長速率較快,這些區(qū)域由于高標準農(nóng)田建設(shè)比例相對較低,可建設(shè)空間較大。

該研究針對我國不同區(qū)域的農(nóng)田特征提出了差異化的耕地保護和高標準農(nóng)田建設(shè)措施,以推動農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展?？偟膩碚f,各區(qū)域應(yīng)當(dāng)在強化高標準農(nóng)田新增建設(shè)和改造提升的同時,加強具有高產(chǎn)潛力的中低產(chǎn)農(nóng)田改造,可根據(jù)制約因素因地制宜合理分配高標準農(nóng)田建設(shè)數(shù)量,優(yōu)先在農(nóng)業(yè)資源較好的平原地區(qū)推進高標準農(nóng)田建設(shè),但應(yīng)注意保護生態(tài)脆弱地區(qū)[20]。具體來講,在東北區(qū)強調(diào)黑土保護,同時致力于防治土壤鹽堿化和土壤酸化,完善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施,加大力度推進新增高標準農(nóng)田建設(shè),特別關(guān)注水稻、玉米、大豆、甜菜等保障基地的建設(shè)。黃淮海區(qū)應(yīng)注重農(nóng)田節(jié)水設(shè)施建設(shè),提高灌溉水資源利用率,著眼于小麥、玉米、大豆、棉花等保障基地的建設(shè)。長江中下游區(qū)需解決土壤酸化問題,加強農(nóng)田防護工程建設(shè),提升平原圩區(qū)和漬害嚴重區(qū)的農(nóng)田防洪除澇能力,特別關(guān)注水稻、小麥、油菜籽、棉花等保障基地的建設(shè)。東南區(qū)應(yīng)重視農(nóng)田土壤酸化、潛育化、水田冷浸等問題,加強農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),提高農(nóng)田防洪抗災(zāi)能力,改良土壤,特別關(guān)注水稻、糖料甘蔗等保障基地的建設(shè)。西南區(qū)需應(yīng)對土壤酸化、農(nóng)田滯水潛育等問題,加強農(nóng)田田間道路、灌排工程等基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè),進行細碎化農(nóng)田整理,丘陵區(qū)建設(shè)水平梯田,配置農(nóng)田防護設(shè)施,特別關(guān)注水稻、玉米、油菜籽、糖料甘蔗等保障基地的建設(shè)。西北區(qū)需解決土壤沙化和土壤鹽堿化等問題,強化土壤改良和農(nóng)田節(jié)水工程建設(shè),提升田間道路通行標準,特別關(guān)注小麥、玉米、棉花、甜菜等保障基地的建設(shè)。青藏區(qū)需應(yīng)對土壤肥力差和土層淺薄等問題,加大農(nóng)田生態(tài)保護力度,加強沿河引水灌溉區(qū)農(nóng)田開發(fā)建設(shè),特別關(guān)注小麥、青稞等保障基地的建設(shè)[14]。

3.2 方法合理性與研究結(jié)果對比

研究基于最小二乘法的二次多項式擬合方法,對2025、2030、2035、2050年國家、區(qū)域和省級尺度高標準農(nóng)田面積和耕地面積及相應(yīng)指標進行預(yù)測,該方法在以往研究中被廣泛運用[13,21]。已有研究表明,未來中國耕地面積將呈逐漸減少趨勢[22],筆者的研究結(jié)果與其一致。于昊辰等[23]構(gòu)建兼顧人口、人均糧食、糧食單產(chǎn)的耕地預(yù)測模型,預(yù)測結(jié)果顯示2025、2030、2035年的耕地基礎(chǔ)應(yīng)保量分別為1.18×108、1.19×108、1.07×108hm2,而筆者預(yù)測的耕地面積分別為1.23×108、1.22×108、1.21×108hm2,略高于于昊辰等的結(jié)果。出現(xiàn)這種差異與預(yù)測時考慮的因素不同有關(guān),于昊辰等[23]基于人口、糧食產(chǎn)量等因素建立預(yù)測模型,而筆者側(cè)重于考慮國家規(guī)劃、歷史數(shù)據(jù)等因素。目前,對全國高標準農(nóng)田面積預(yù)測的研究相對較少。以往研究中,王柳等[8]采用流向統(tǒng)計法從糧食、谷物和口糧自給率的角度建立預(yù)測模型,預(yù)測得到2020、2025、2030年高標準農(nóng)田面積分別為0.68×108、0.71×108、0.72×108hm2。筆者則對2030年之后的高標準農(nóng)田面積進行了預(yù)測,填補了已有研究的空白。通過這一預(yù)測,有望獲得更全面、長遠的關(guān)于高標準農(nóng)田建設(shè)發(fā)展趨勢的信息。

3.3 不足與展望

該研究還存在一些不足之處。首先,研究根據(jù)國家規(guī)劃數(shù)據(jù)以及統(tǒng)計年鑒進行預(yù)測,隨著社會經(jīng)濟的發(fā)展以及國家政策的變化,預(yù)測結(jié)果僅在一定的時間范圍內(nèi)具有參考性,后續(xù)有待從糧食需求、土地利用變化、自然和社會經(jīng)濟變量等多角度對我國的耕地面積保有率和高標準農(nóng)田占耕地比例進行預(yù)測,以得到更為科學(xué)可靠的結(jié)果。其次,目前尚未全面考慮其他政策因素對耕地保護和高標準農(nóng)田建設(shè)的潛在影響。例如,一些省份提出了具體的政策措施,計劃在2035年逐步將永久基本農(nóng)田全部建設(shè)為高標準農(nóng)田,這類政策變化可能對預(yù)測趨勢產(chǎn)生一定的影響。在未來的工作中,需要充分結(jié)合各省份的實際情況,對這些具體政策的實施情況進行更深入的分析和研究,包括政策的實際執(zhí)行情況以及可能的影響機制等。

4 結(jié)論

(1)預(yù)測結(jié)果表明,2025—2050年我國耕地面積呈逐漸減少趨勢,到2050年耕地面積保有率穩(wěn)定在100%,2020—2050年我國高標準農(nóng)田占耕地比例從43.59%增長到85.89%。

(2)2050年七大區(qū)域的耕地面積保有率均穩(wěn)定在100%,黃淮海區(qū)、長江中下游區(qū)、東南區(qū)、青藏區(qū)高標準農(nóng)田占耕地比例均可達到90%以上。

(3)從各省份來看,在高標準農(nóng)田建設(shè)方面,南方省份的高標準農(nóng)田占耕地比例普遍較高。相反,在耕地面積保有率方面,北方地區(qū)則普遍高于南方地區(qū)。

該研究提供的耕地面積及其保有率、高標準農(nóng)田面積及其占耕地比例等指標的分省份預(yù)測值可以為未來相關(guān)部門制定國土空間規(guī)劃等提供科學(xué)依據(jù),為未來耕地布局和農(nóng)田利用等研究提供分省份的總量參考。