山東省耕地資源數(shù)量變化對糧食安全的影響分析

李發(fā)杰 張全景

摘要：以山東省耕地資源變化為研究對象，在分析1978-2012年耕地資源和糧食產量變化的基礎上，運用最小人均耕地面積、耕地壓力模型以及預測理論研究耕地資源變化和糧食產量之間的關系，預測耕地資源的變化對糧食安全產生的影響，探究保障糧食安全的耕地數(shù)量底線。結果表明：1978-2012年山東省耕地面積、糧食產量出現(xiàn)波動變化趨勢，人口在逐年增加，有一段時期最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)增加趨勢明顯，說明此段時期山東省糧食供需差距增大，糧食安全受到威脅。未來15年內人口逐年增加，耕地面積和人均耕地面積減少，糧食產量逐年增加，最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)呈下降趨勢，糧食安全不會受到威脅，主要是由于耕地生產能力的提高，耕地承載壓力減小。研究結果為進一步解決山東省耕地合理利用和糧食安全之間的問題提供依據。

關鍵詞：山東省；耕地資源變化；最小人均耕地面積；耕地壓力指數(shù)；糧食安全

中圖分類號：F301文獻標識號：A文章編號：1001-4942（2016）09-0162-06

AbstractUsing the change of cultivated land resources in Shandong Province as research object， based on the analysis of cultivated land and grain yield change in 1978-2012， the relationship between the change of cultivated land resources and grain yield was studied using the minimum per capita arable land area， cultivated land pressure model and prediction theory， the impact of change of cultivated land resources on food security was predicted， and the bottom line of cultivated land quantity guaranteeing the food security was researched. The results showed that from 1978 to 2012， the cultivated area and grain yield in Shandong Province took on fluctuation change trend， the population was increasing year by year. During a period of time， the minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index increased obviously， which indicated that the grain supply and demand gap of Shandong Province increased in this period， and the food security was under threat. The prediction results showed that in the next 15 years， the population would increase year by year， the cultivated land area and per capita arable land area would decrease， the grain yield would increase with years， the minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index would show declining tendency， thus the food security would not under threat mainly due to the increase of production capacity of arable land and the decrease of pressure that arable land bearing. These results would provide basis for further settling the problem between rational use of cultivated land and food safety in Shandong Province.

KeywordsShandong Province； Change in cultivated land resources； Minimum per capita arable land area； Cultivated land pressure index； Food security

耕地是農業(yè)生產生活的物質基礎，但隨著社會經濟的發(fā)展，城市化和工業(yè)化進程不斷提高，耕地非農化和生態(tài)退耕還林等導致耕地資源不斷減少，糧食安全受到威脅。耕地資源數(shù)量的變化與糧食安全是關系到中國經濟和社會可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略問題，在保證經濟建設需要的同時也要保護有限的耕地資源，以實現(xiàn)國家糧食安全[1]。山東省是全國重要的糧食主產區(qū)，對國家糧食安全有著十分重要的意義。本文以山東省為例，在研究1978-2012年耕地資源變化及其對糧食安全影響的基礎上，對未來15年的耕地資源和糧食產量進行預測，為合理利用和保護耕地，實現(xiàn)山東省社會經濟持續(xù)發(fā)展提供科學依據。

1研究方法

本文運用蔡運龍等[2]提出的最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型對耕地面積、糧食產量、糧食單產、人均糧食產量進行研究，運用回歸分析模型建立自變量和因變量之間的關系，并利用時間序列中的平滑指數(shù)法[3]對未來15年的最小人均耕地面積、耕地壓力指數(shù)進行預測，通過分析耕地數(shù)量變化及其對糧食安全的影響，掌握未來15年山東省糧食安全動態(tài)變化。

1.1回歸分析模型

回歸分析法是研究某一要素與其他要素之間數(shù)量關系的數(shù)學模型。其中一元回歸模型描述的是兩個要素（變量）之間的線性相關關系。本文主要應用一元回歸模型，公式為：

（5）

其中，a∧、b∧為參數(shù)，x為未知數(shù)。

1.2時間序列模型

時間序列是要素（變量）的數(shù)據按照時間順序變動排列而形成的一種數(shù)列，它反映了要素（變量）隨時間變化的發(fā)展過程。用平滑預測法對山東省糧食總產量進行預測，主要是用平滑預測法計算所得的數(shù)據與原始數(shù)據的誤差最小。其預測模型如下：

y∧t+T=at+btT （10）

式中，S（1）t為一次指數(shù)平滑值，S（2）t為二次指數(shù)平滑值；α為平滑系數(shù)，且0<α< 1。yt為第t期實際觀察值；yt+T為利用前t期數(shù)據，對t+T期的預測值；T為從基期t到預測期的期數(shù)。

1.3最小人均耕地面積

最小人均耕地面積指的是在一定區(qū)域范圍內，一定食物自給水平和耕地生產力條件下，為了滿足人口正常生活的食物消費所需的耕地面積。最小人均耕地面積是食物自給率、食物消費水平、耕地生產力水平等因子的函數(shù)，能準確反映一定區(qū)域耕地資源的緊張程度。如下式：

Smin=βGrpqk （11）

式中，Smin為最小人均耕地面積（hm2/人）；β為食物自給率（%）；Gr為人均食物需求量（kg/人）；p為食物單產（kg/hm2）；q為食物播種面積占總播種面積之比（%）；k為復種指數(shù)（%）[4]。

1.4耕地壓力指數(shù)模型

耕地壓力指數(shù)指的是最小人均耕地面積（Smin）與實際人均耕地面積（Sa）之比：

K=SminSa （12）

耕地壓力指數(shù)可以衡量一個地區(qū)耕地資源的稀缺和沖突程度，給出了耕地保護的閾值，可作為耕地保護的調控指標，也是測度糧食安全程度的指標。當K≤1時，表明耕地壓力小，糧食安全形勢樂觀，此時可適度轉移耕地用途；當K>1 時，耕地資源利用超載，糧食供給小于需求，出現(xiàn)糧食不安全狀況[4]。

2耕地資源變化對糧食產量的影響

耕地資源是農業(yè)生產最基本的物質條件，其數(shù)量和質量的變化必將引起糧食生產的波動，從而影響到糧食有效供給和糧食安全水平[5]。本文主要從山東省耕地資源的質量和數(shù)量變化兩個方面分析耕地資源變化對糧食產量的影響，了解糧食產量變化趨勢以及影響因素，從而為糧食安全提供借鑒依據。

2.1耕地資源數(shù)量變化分析

山東省1978年耕地面積為729.64×104 hm2，以后逐年減少，到2007年縮減為632.1× 104 hm2，之后幾年面積有所增加，2010年面積為765.8×104 hm2，2010年以后耕地面積出現(xiàn)減少趨勢，到2012年減少為763.6×104 hm2。從1978年到2007年的30年間，總共縮減了97.03×104 hm2，平均每年減少3.234×104 hm2。2002-2007 年山東省全區(qū)耕地面積共減少82.2532×104 hm2。其中生態(tài)退耕還林7.722×104 hm2，占總減少量的9.39%；農業(yè)結構調整減少6.8387×104 hm2，占8.31%；建設占用21.8958×104 hm2，占26.62%；災毀及其他減少45.7922×104 hm2，占55.67%。

2.2人均耕地面積變化分析

根據山東省統(tǒng)計年鑒，2012年山東省總人口為9 685×104人，較1978年增加了2 525×104人，平均每年增加74.3×104人。而山東省耕地面積卻呈遞減的趨勢，這樣就出現(xiàn)了人增地減的趨勢，人均耕地面積由1978年的0.102 hm2降到了2007年的0.0763 hm2，下降趨勢明顯，直到2008年由于耕地面積的增加才有所緩解，但總體上人均耕地面積隨著人口的增加和耕地面積的減少逐漸減少。人均耕地面積的多少一定程度上能夠衡量耕地壓力程度，人均耕地面積的減少會對耕地資源構成威脅。

人均耕地面積變化趨勢

2.3糧食產量變化分析

如圖2所示，1978年糧食總產量為228.8×108 kg，到2012年為451.1×108 kg，增加了222.3×108 kg，年平均增長量為6.54×108 kg 。1978-2012年間，有27個年份增產，有7個年份減產。糧食總產量經歷了波動增加（1978-1996年）、突然減少（1966-2002年）、穩(wěn)定增加（2002-2012年）三個階段。1996-2002年糧食總產量持續(xù)下降，2002年糧食總產量滑坡到329.3×108 kg，主要原因是糧食價格降低、調整種植結構、糧食種植面積連年下降，加上實施退耕還林，使得糧食產量驟減[6]。2003-2005年間，政府出臺一系列惠農政策，增加糧食流通和開放糧食收購市場，2004年山東省“糧食直補”資金總額達7.58億元，并且斥資改造中低產田，挖掘糧食生產潛力，2005年免征農業(yè)稅，糧食產量穩(wěn)定增加[7]，2012年達到最高。

糧食產量、人均糧食產量變化趨勢

2.4耕地資源數(shù)量變化對糧食產量的影響

為進一步了解耕地資源數(shù)量變化對糧食產量的影響，以時間為自變量，通過繪制1978-2012年耕地面積和糧食播種面積、糧食總產量變化率的關系圖，分析變化趨勢。

從圖3可以看出，耕地面積變化率與糧食播種面積變化率呈現(xiàn)不同的走向。為進一步研究兩者之間的關系，分為三個時間段對兩者進行相關分析。從表1可以看出，1978-2012時間段內，R為0.026，說明相關性不強，表現(xiàn)為不同步；1998-2002時間段內，R值最大，為0.224，說明耕地面積是影響糧食播種面積的重要因素，具有較大的約束作用；1978-1996、2004-2012時間段內，兩者呈負相關，但是相關性不大。以上分析表明耕地面積變化會影響糧食播種面積，但這并不意味著播種面積會隨著耕地面積的減少而減少，主要是由于糧食播種面積還受復種指數(shù)等其他因素的影響。

耕地面積變化率與糧食總產變化率變化趨勢如圖4，二者呈正相關，r值為0.004，但是變化趨勢并不一致。其中1978-1996時間段內，r值為0.077，呈正相關但是相關性不大。1998-2002時間段，r值為0.579，二者呈正相關，變化趨勢一致，說明此時間段糧食總產量隨耕地面積的變化而變化。2004-2012時間段內，r值小于零，說明該時間段，兩者呈明顯負相關，說明兩者變化不同步，耕地面積減少并非會導致糧食總產減少。但總體上看，尤其是1990年以來，r值最大為0.597，說明耕地面積對糧食總產量有顯著的正向影響。

從以上分析可以看出山東省耕地面積出現(xiàn)起伏變化，使得糧食產量呈波動變化，這也是山東省耕地資源和糧食產量變化的明顯特征。李彬等[8]用多元回歸模型，通過研究糧食總產量及其年變化率與影響因子的相關系數(shù)，得出單位面積糧食產量、耕地面積和糧食播種面積是影響糧食產量的重要因子。糧食產量與耕地面積、糧食播種面積有著緊密聯(lián)系。

2.5最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)分析

根據國家統(tǒng)計局公布歷史數(shù)據及專家在中國糧食月度消耗及全國糧食供求平衡及庫存分析中的研究數(shù)據，一個國家的人均年糧食消費量在達到250～400 kg時能夠達到溫飽，人均糧食消費量在400～600 kg時可以達到小康水平?，F(xiàn)在我國已經解決溫飽達，到小康水平的初始階段，因此將400 kg作為山東省的人均糧食需求量。

糧食自給率是一個地區(qū)糧食的自我滿足程度，根據山東省統(tǒng)計年鑒，結合山東省1978-2012年的糧食需求量情況，確定全省糧食自給率為100%。

通過數(shù)據分析，1978-2012年Smin和K值總體呈波動性變化趨勢。由圖5可以看出，人均耕地面積變化較大，最小人均耕地面積從1978年的0.128 hm2下降到2012年0.068 hm2，原因是由于糧食單產增加和耕地復種指數(shù)提高，通過提高耕地單位面積產出水平和復種指數(shù)就可以在穩(wěn)定耕地產出水平的基礎上，降低最小人均耕地面積，有助于緩解區(qū)域耕地壓力[9]。

耕地壓力指數(shù)的波動性也較大，1996年最小，為0.80；1978年最大，為1.28。其中1996-2002年耕地壓力指數(shù)連年增加，由1996年的0.80增加到了2002年的1.11，同時人均糧食產量由 1996年的最大值496 kg，下降到2002年的最低值363 kg，糧食供需差距較大，糧食安全受到威脅。2003-2012年，耕地壓力指數(shù)逐漸下降，說明此段時期內耕地承受的壓力減小，糧食安全問題暫時不會受到威脅。

雖然山東省近糧食安全問題沒有受到大的威脅，但通過分析耕地壓力指數(shù)得知糧食安全仍處于不穩(wěn)定狀態(tài)，臨近供不應求的邊緣，除個別年份糧食種植規(guī)模較大外，人均糧食產量仍較低，因此山東省的糧食安全問題不容忽視，糧食供需矛盾要受到格外的重視[10]。

由于糧食產量受很多因素影響，如復種指數(shù)和自然因素等，因此本文采用時間序列中的指數(shù)平滑法。通過計算得到的數(shù)據與原始數(shù)據比較發(fā)現(xiàn)，指數(shù)平滑法的計算結果要比移動平均法更準確，其中布朗二次指數(shù)平滑法的計算結果與原始數(shù)據相比誤差最小，因此本文采用二次指數(shù)平滑法預測糧食產量。

通過分析山東省1978-2012年的糧食產量得知糧食自給率為100%，糧食自給率越高反映糧食安全程度越好。根據《中國農業(yè)展望報告（2014-2023）》，我國預計三大主糧稻谷、小麥和玉米的自給率將繼續(xù)保持較高水平，不過由于消費增長快于產量增長，自給率將從2013年的99%調至2023年的97%左右。因此本文預測山東未來糧食產量變化時，根據中國未來糧食自給率趨勢，采用不同的糧食自給率90%和100%分別進行預測，反映不同自給率下的差異。運用模型對年末總人口、耕地面積和糧食產量進行預測，得到在不同自給率情況下的最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)的變化趨勢（表2）。

4討論與結論

通過分析1978-2012年山東省的耕地面積、糧食產量變化趨勢發(fā)現(xiàn)：耕地面積持續(xù)減少，人均耕地面積由于人口增加也在逐年減少。由于耕地面積減少、人口增加、糧食產量波動變化，使得最小人均耕地面積、耕地壓力指數(shù)都呈上升趨勢，而且有許多年份耕地壓力指數(shù)都大于1，說明耕地出現(xiàn)超載現(xiàn)象，糧食供求矛盾突出，糧食安全受到威脅，不利于國家可持續(xù)發(fā)展。

對山東省2016-2030年的糧食安全問題進行預測：未來15年山東省人口數(shù)量將持續(xù)增加，耕地面積、人均耕地面積下降趨勢明顯，耕地資源超載嚴重。但是隨著生產力水平的提高，糧食產量和人均糧食產量沒有因為耕地面積的減少而減少，反而是增加的。從表2可以看出，到2030年糧食產量將增加到544.798×108 kg，人均糧食產量為491.5 kg。通過選取不同糧食自給率預測得到的最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)在未來15年內都呈下降趨勢，而且耕地壓力指數(shù)都小于1，這說明在糧食自給率大于100%的情況下，山東省耕地資源壓力相對較小。這一段時期糧食需求量不會出現(xiàn)超載，糧食安全不會受到威脅。

通過分析山東省的糧食安全問題可以得出，雖然未來15年內不會出現(xiàn)糧食供需危機，但是耕地面積和人均耕地面積在不斷地減少，勢必會造成糧食產量銳減。耕地資源的變化受人口、自然、社會、經濟等外界因素的影響，而且在不同時期各種因素對耕地資源的變化產生的影響不同，所以預測過程復雜，所測得的結果存在誤差。如根據山東省統(tǒng)計年鑒2013年山東省實際糧食產量為4 528.3×104 t，而預測結果為4 496.97×104 t，由此說明預測分析對外界因素的影響和變動考慮較少，預測方法有待繼續(xù)完善，研究內容有待進一步深入。

綜上，應該采取一系列措施應對耕地面積減少的情況下保證產量不會減少：（1）依靠科技進步提高糧食單產水平，彌補將來由于耕地面積減少而造成不可避免的損失，不僅有利于山東省糧食生產發(fā)展，也是中國糧食生產發(fā)展的必由之路，有利于保護和提高糧食綜合生產能力。（2）進一步調整糧食產業(yè)結構和產品結構，選擇優(yōu)良產品，提高產出率，使其獲得市場競爭下的相對優(yōu)勢，提高經濟效益。（3）改造傳統(tǒng)產業(yè)，轉變傳統(tǒng)觀念，從數(shù)量規(guī)模向效益規(guī)模轉變，形成新的經濟增長點[11]。（4）建立糧食生產的鼓勵機制，保障種糧基本收益，完善糧食補貼政策，加大對種糧大縣和種糧大戶的財政扶持力度，加快實現(xiàn)糧食增產、農民增收、財力增強相協(xié)調，提高農民種糧積極性。參考文獻：

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