1978—2015年中國(guó)多尺度耕地壓力時(shí)空差異分析

張雅杰，閆小爽，張 豐，肖展春

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1978—2015年中國(guó)多尺度耕地壓力時(shí)空差異分析

張雅杰1，閆小爽1，張 豐2※，肖展春1

（1. 武漢大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，武漢 430000； 2. 武漢大學(xué)遙感信息工程學(xué)院，武漢 430000）

為充分認(rèn)識(shí)中國(guó)耕地壓力的現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)和空間分布差異，以保障中國(guó)的糧食安全，該文利用修正的耕地壓力指數(shù)模型計(jì)算了中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)域1978－2015年的耕地壓力指數(shù)，并在此基礎(chǔ)上從國(guó)家、四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域、省域3個(gè)尺度分析了耕地壓力指數(shù)的時(shí)序變化和空間分布差異；該文借鑒力學(xué)原理，引入耕地壓力重心的概念，通過(guò)計(jì)算耕地壓力重心坐標(biāo)，進(jìn)一步揭示了耕地壓力指數(shù)的空間變動(dòng)情況。研究發(fā)現(xiàn)，中國(guó)耕地壓力指數(shù)表現(xiàn)出明顯的地域差異性，耕地壓力重心隨時(shí)間推移逐漸向東南方向移動(dòng)，具體表現(xiàn)為東部地區(qū)耕地壓力逐漸增加，西部地區(qū)耕地壓力始終較高，而中部和東北地區(qū)耕地壓力基本穩(wěn)定在安全狀態(tài)；通過(guò)對(duì)各省耕地壓力指數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類，可將中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無(wú)壓力型。最后該文基于上述研究結(jié)果，對(duì)于不同耕地壓力程度和類型的地區(qū)提出針對(duì)性的建議來(lái)緩解耕地壓力，以更有效地保障各地區(qū)的糧食供給。

土地利用；糧食；模型；修正耕地壓力指數(shù)；糧食安全；耕地壓力重心；聚類分析

0 引 言

耕地資源作為影響糧食產(chǎn)量最基本的條件，其數(shù)量的多寡和質(zhì)量的優(yōu)劣必然對(duì)糧食生產(chǎn)產(chǎn)生較為深刻的影響，進(jìn)而將影響國(guó)家糧食安全、經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及社會(huì)進(jìn)步[1]。隨著中國(guó)工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速發(fā)展，耕地?cái)?shù)量逐年減少，耕地質(zhì)量出現(xiàn)嚴(yán)重退化，這導(dǎo)致中國(guó)耕地資源正承載著前所未有的糧食生產(chǎn)壓力。此外中國(guó)各地區(qū)地形氣候差異較大，耕地后備資源分布不均衡，耕地補(bǔ)充能力在地區(qū)之間差異也較大。因此深入全面的了解中國(guó)及各省份的耕地壓力狀況及其時(shí)空差異性，將有助于政府合理規(guī)劃分配有限的土地資源，有效統(tǒng)籌耕地跨省占補(bǔ)平衡指標(biāo)，實(shí)事求是地解決耕地問(wèn)題，保護(hù)中國(guó)耕地資源，進(jìn)而保障中國(guó)的糧食安全[2]。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于耕地壓力的研究已取得較為豐碩的成果，國(guó)外學(xué)者主要用土地承載力來(lái)反映耕地壓力狀況，提出許多有關(guān)土地承載力的估算方法[3-6]。國(guó)內(nèi)學(xué)者常采用最小人均耕地面積，人均耕地警戒值、耕地壓力指數(shù)模型等方法來(lái)研究某一特定地區(qū)的耕地壓力狀況[7-11]，趙素霞等從省域尺度運(yùn)用耕地壓力指數(shù)模型研究了河南省耕地面積的變化情況和耕地壓力狀況[7]；肖俊磊等從省域尺度研究了四川省2000－2015年間的耕地壓力指數(shù)的變化情況[8]；李倩倩等從區(qū)域尺度計(jì)算了關(guān)中地區(qū)的耕地壓力指數(shù)以了解其耕地利用狀況[11]等。通過(guò)分析發(fā)現(xiàn)已有的研究其研究尺度較單一且局限于某個(gè)區(qū)域、省份、市縣等微觀尺度，缺乏對(duì)宏觀多尺度耕地壓力狀況的全面綜合研究，且對(duì)較長(zhǎng)時(shí)間序列上耕地壓力指數(shù)時(shí)空差異性的研究也較少。此外，國(guó)內(nèi)學(xué)者研究耕地壓力狀況時(shí)運(yùn)用較多的方法是蔡運(yùn)龍等提出的耕地壓力指數(shù)模型[12]，該模型能夠綜合農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展等要素定量衡量一個(gè)地區(qū)耕地資源的緊張程度，但該模型未考慮到不同地區(qū)耕地質(zhì)量及利用狀況的差異性。

為此，本研究綜合考慮耕地質(zhì)量的地區(qū)差異性運(yùn)用修正的耕地壓力指數(shù)模型計(jì)算了1978—2015年中國(guó)多個(gè)空間尺度的耕地壓力指數(shù)，并在此基礎(chǔ)上從國(guó)家、四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域、省域3個(gè)空間尺度來(lái)分析耕地壓力指數(shù)的時(shí)序變化和空間分布差異，充分認(rèn)識(shí)中國(guó)耕地壓力現(xiàn)狀、變化趨勢(shì)及其空間分布差異，有助于提高中國(guó)未來(lái)保障糧食安全的水平，為今后國(guó)家開(kāi)展的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)布局、土地利用規(guī)劃等決策提供參考依據(jù)。同時(shí)該研究還對(duì)國(guó)家實(shí)施跨省域補(bǔ)充耕地和城鄉(xiāng)建設(shè)用地增減掛鉤節(jié)余指標(biāo)跨省域調(diào)劑這一決策提供重要借鑒意義，通過(guò)對(duì)全國(guó)各省份耕地產(chǎn)能及耕地壓力現(xiàn)狀的全面綜合研究，有助于國(guó)家合理統(tǒng)籌確定不同地區(qū)耕地跨省域占補(bǔ)平衡的指標(biāo)和跨省域補(bǔ)充耕地資金的收取標(biāo)準(zhǔn)，切實(shí)發(fā)揮該政策的實(shí)際效用，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍的耕地總量平衡以及耕地保護(hù)與經(jīng)濟(jì)發(fā)展的雙贏。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文所用耕地、人口、經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)土資源公報(bào)和各級(jí)統(tǒng)計(jì)年鑒，31個(gè)省級(jí)行政區(qū)省會(huì)地理坐標(biāo)數(shù)據(jù)來(lái)源于高德地圖。

由于統(tǒng)計(jì)技術(shù)落后、統(tǒng)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一等原因，導(dǎo)致中國(guó)1978—1995年所統(tǒng)計(jì)的耕地面積數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性較低，因此為提高數(shù)據(jù)的精度，本文以1996年全國(guó)土地利用詳查數(shù)據(jù)作為基準(zhǔn)點(diǎn)，通過(guò)耕地資源的增減變化對(duì)1978—1995年的耕地面積數(shù)據(jù)進(jìn)行重建，得到一套完整連續(xù)且準(zhǔn)確性較高的耕地面積數(shù)據(jù)。此外由于本研究涉及數(shù)據(jù)較多且時(shí)間跨度大，導(dǎo)致安徽省和福建省1979年、重慶市1981—1984年的耕地面積數(shù)據(jù)缺失。為了保證時(shí)間序列的延續(xù)性和研究結(jié)果的全面性，本文運(yùn)用移動(dòng)平均的方法將缺失數(shù)據(jù)補(bǔ)充完整[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 修正耕地壓力指數(shù)

耕地壓力指數(shù)能夠定量反映一個(gè)地區(qū)耕地資源所承受的壓力和能承載的最大人口數(shù)量[12]。而常用的耕地壓力指數(shù)模型僅考慮了耕地?cái)?shù)量與人口的關(guān)系問(wèn)題，忽略了耕地質(zhì)量和利用效率的異質(zhì)性，因此，本文在耕地壓力指數(shù)模型的基礎(chǔ)上，結(jié)合耕地的區(qū)域差異性，引入質(zhì)量系數(shù)，將耕地壓力指數(shù)拓展為集耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量為一體的指標(biāo)[14]，修正后的耕地壓力指數(shù)模型如（1）所示

式中K為原始耕地壓力指數(shù)；min為最小人均耕地面積，hm2；S為實(shí)際人均耕地面積，hm2；為糧食自給率；G為人均糧食需求量，kg；為糧食單產(chǎn)，kg/hm2；為糧食作物種植面積占農(nóng)作物種植面積的比例，以下簡(jiǎn)稱糧作比；為復(fù)種指數(shù)；為修正后的耕地壓力指數(shù)；為質(zhì)量系數(shù)；P為各省份糧食單產(chǎn)，kg/hm2；k為各省份復(fù)種指數(shù)；P為全國(guó)糧食單產(chǎn)，kg/hm2；k為全國(guó)復(fù)種指數(shù)。

當(dāng)=1時(shí)，說(shuō)明區(qū)域內(nèi)現(xiàn)有耕地面積能夠滿足糧食生產(chǎn)的需求，糧食需求與供應(yīng)基本處于平衡狀態(tài)。當(dāng)<1時(shí)，實(shí)際人均耕地面積占有量大于滿足生產(chǎn)所需的最小人均耕地面積，說(shuō)明現(xiàn)有耕地資源的生產(chǎn)力能夠?yàn)楫?dāng)?shù)厝丝谔峁┏渥愕募Z食，耕地基本無(wú)壓力。當(dāng)>1時(shí)，區(qū)域所擁有的耕地面積已不能滿足保障糧食安全所需要的最少耕地?cái)?shù)量，說(shuō)明區(qū)域耕地資源較為稀缺且壓力很大，與1相比，值越大，耕地壓力就越大，相應(yīng)的糧食安全保障程度就越低。此外在計(jì)算值時(shí)，為了科學(xué)地反映區(qū)域耕地壓力情況并能在全國(guó)進(jìn)行比較，結(jié)合相關(guān)研究成果，將糧食自給率均設(shè)定為95%[15]，人均糧食需求量按照時(shí)間序列依次設(shè)定為1978－1987年為350 kg，1988－1999年為380 kg，2000－2015年為420 kg[16-17]。

1.2.2 耕地壓力重心

為了進(jìn)一步揭示耕地壓力指數(shù)的空間變動(dòng)情況，本文借鑒力學(xué)重心坐標(biāo)原理[18]，引入耕地壓力重心的概念，計(jì)算方法如式（2）所示。

式中M表示各省份的耕地壓力指數(shù)，（X，Y）表示各省會(huì)的地理坐標(biāo)，（X，Y）表示第年中國(guó)耕地壓力指數(shù)的重心坐標(biāo)。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)耕地壓力時(shí)序變化分析

在對(duì)耕地壓力指數(shù)相關(guān)要素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用修正的耕地壓力指數(shù)模型，計(jì)算1978－2015年中國(guó)的耕地壓力指數(shù)，結(jié)果如圖1所示。

圖1 中國(guó)耕地壓力指數(shù)變化趨勢(shì)

從圖1可以看出，1978－2015年中國(guó)耕地壓力指數(shù)波動(dòng)較大，根據(jù)變動(dòng)趨勢(shì)大致可以分為4個(gè)階段：1978－1984年為波動(dòng)降低期；1985－1997年為相對(duì)穩(wěn)定期；1998－2003年為快速增長(zhǎng)期；2004－2015年為迅速降低期。

1）1978－1984年耕地壓力指數(shù)波動(dòng)降低期

這一時(shí)期，最小人均耕地面積表現(xiàn)出波動(dòng)降低的態(tài)勢(shì)，最小人均耕地面積由1978年的0.146 9 hm2下降到1984年的0.127 9 hm2。耕地壓力指數(shù)除1980和1981年有上升，1978－1984年總體上呈現(xiàn)出減少的趨勢(shì)，與最小人均耕地面積變動(dòng)趨勢(shì)基本一致。

2）1985－1997年耕地壓力指數(shù)相對(duì)穩(wěn)定期

該時(shí)期耕地壓力指數(shù)較為波動(dòng)，但整體表現(xiàn)為相對(duì)穩(wěn)定的狀態(tài)，而最小人均耕地面積表現(xiàn)出緩慢降低的態(tài)勢(shì)。耕地壓力指數(shù)除1988年外其他年份均小于1，且均在0.85～1.0范圍內(nèi)。

3）1998－2003耕地壓力指數(shù)快速增長(zhǎng)期

這一時(shí)期，中國(guó)耕地壓力指數(shù)增長(zhǎng)迅速，由1998年的0.879 2迅速上升到2003年的1.197 2，較1998年增加0.326 0，耕地狀態(tài)由無(wú)壓力轉(zhuǎn)變?yōu)閴毫^明顯。最小人均耕地面積也呈現(xiàn)出較大的增長(zhǎng)幅度，由1998年的0.091 1 hm2上升至2003年的0.114 3 hm2，累計(jì)增加0.023 2 hm2。

4）2004－2015耕地壓力指數(shù)快速降低期

2004－2015年耕地壓力指數(shù)呈直線下降，耕地壓力指數(shù)由2004年的1.1048下降至2015年的0.8826，下降20.11個(gè)百分點(diǎn)。最小人均耕地面積也呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，由2004年的0.104 1 hm2縮減至2015年的0.086 7 hm2，下降幅度為16.71%，與耕地壓力指數(shù)變化態(tài)勢(shì)大體呈現(xiàn)相似的特點(diǎn)。

2.2 四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域耕地壓力時(shí)空差異分析

依據(jù)《中國(guó)區(qū)域經(jīng)濟(jì)統(tǒng)計(jì)年鑒（2010）》，中國(guó)可以分為東部、中部、西部和東北4個(gè)經(jīng)濟(jì)區(qū)域，這種劃分方式是分析中國(guó)人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的常用分區(qū)。由于耕地資源在各經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)的分布極不均衡，且區(qū)域間自然條件與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的差異也較大，因此本文以經(jīng)濟(jì)區(qū)域?yàn)檠芯繂卧獊?lái)分析各個(gè)區(qū)域耕地壓力的時(shí)空變化情況。

本文在計(jì)算了31個(gè)省級(jí)行政區(qū)域耕地壓力指數(shù)的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)各經(jīng)濟(jì)區(qū)域內(nèi)所包含省份的耕地壓力指數(shù)值相差不大，因此取其平均值作為各經(jīng)濟(jì)區(qū)域的耕地壓力指數(shù)，則1978－2015年四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域的耕地壓力指數(shù)如圖2所示。

圖2 四大經(jīng)濟(jì)區(qū)域耕地壓力指數(shù)變化趨勢(shì)

從圖2中可以看出，耕地壓力表現(xiàn)出明顯的地域差異性，東部地區(qū)耕地壓力呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢(shì)，而西部地區(qū)耕地壓力始終較大，中部和東北地區(qū)耕地壓力基本穩(wěn)定在安全狀態(tài)。

其中東部地區(qū)耕地壓力逐漸增大的原因在于中國(guó)東部地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平逐漸提高，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展速度逐漸加快，導(dǎo)致大量耕地資源被占用。另外東部地區(qū)因其良好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展基礎(chǔ)不斷吸引大量人口流入，使得該地區(qū)耕地壓力面臨著嚴(yán)峻的形勢(shì)。

西部地區(qū)的耕地壓力始終穩(wěn)定在較高水平，這主要是受到西部地區(qū)自然和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展以及技術(shù)條件的限制，西部地區(qū)有著超過(guò)中國(guó)耕地資源總量1/3的耕地，幾乎相當(dāng)于東北地區(qū)和東部地區(qū)耕地總量的加和，但這些耕地多以中低產(chǎn)田為主，作物產(chǎn)量很大程度上取決于“天意”[19]。此外西部地區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，水土流失、土地沙化十分嚴(yán)重，因此耕地生產(chǎn)能力極其低下，耕地壓力較大。

而中部和東北地區(qū)的耕地壓力除個(gè)別年份外基本穩(wěn)定在安全狀態(tài)，原因在于該區(qū)域主要位于中國(guó)的平原地區(qū)，地勢(shì)平坦，耕地資源相對(duì)豐富，而且土壤肥沃，光照、溫度、降水等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的條件適宜，使得耕地糧食產(chǎn)量較高，另外其經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平不及東部地區(qū)，建設(shè)占用耕地的風(fēng)險(xiǎn)相對(duì)較低，因此耕地壓力程度相對(duì)較小。

2.3 省域尺度耕地壓力時(shí)空差異分析

中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)自然地理環(huán)境差異較大、區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展程度極不平衡，致使人口與土地、糧食矛盾地域差異十分明顯，因此研究中國(guó)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的耕地壓力狀況及其時(shí)空差異性對(duì)于有效保護(hù)耕地和保障糧食安全具有重要的理論和實(shí)踐意義。

2.3.1 省域尺度耕地壓力時(shí)序變化分析

由于本文研究時(shí)間跨度較大，數(shù)據(jù)較復(fù)雜，因此依據(jù)1978－2015年國(guó)家尺度耕地壓力指數(shù)變化趨勢(shì)所劃分的4個(gè)階段（圖1），這里也從1978－1984、1985－1997、1998－2003、2004－2015年這4個(gè)時(shí)段來(lái)分析31個(gè)省級(jí)行政區(qū)耕地壓力指數(shù)的變化情況，以每個(gè)時(shí)段各省份耕地壓力指數(shù)的平均值來(lái)反映某一時(shí)段耕地所承擔(dān)的壓力，并結(jié)合耕地壓力水平標(biāo)準(zhǔn)的評(píng)判法則，劃定耕地壓力指數(shù)平均值在（0，1）為無(wú)壓力，[1，1.5）為輕度壓力，[1.5，2）為中度壓力，[2，+∞）為重度壓力。此外，為了進(jìn)一步揭示耕地壓力在4個(gè)時(shí)段內(nèi)的空間變動(dòng)情況，本文還借助重心模型分別計(jì)算了4個(gè)時(shí)段的耕地壓力重心坐標(biāo)，并將其分別展會(huì)在相應(yīng)時(shí)段的耕地壓力程度分布圖中，結(jié)果如表1、圖3所示。

表1 耕地壓力指數(shù)和耕地壓力重心分時(shí)段統(tǒng)計(jì)Table 1 Sub-period statistics of cultivated land pressure index and cultivated land pressure barycentric coordinates

圖3 31個(gè)省級(jí)行政區(qū)耕地壓力程度分時(shí)段動(dòng)態(tài)變化

從圖3中可以看出，中國(guó)耕地壓力重心隨時(shí)間推移逐漸向東南方向移動(dòng)。從4個(gè)時(shí)段來(lái)看，浙江、福建、廣東、海南等東南沿海地區(qū)的耕地壓力逐步增加，原因在于這些地區(qū)耕地后備資源匱乏，且社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，隨著城市化的快速推進(jìn)，建設(shè)用地占用了大量耕地資源，耕地補(bǔ)充能力不足，同時(shí)這些地區(qū)匯聚了大量的人口，導(dǎo)致耕地壓力逐漸增大；而內(nèi)蒙古、新疆、西藏、甘肅、寧夏等位于中國(guó)西北地區(qū)的省份的耕地壓力在4個(gè)時(shí)段內(nèi)均有所下降，原因是這些地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度遠(yuǎn)低于東南沿海地區(qū)，耕地面積保持相對(duì)穩(wěn)定，且隨著科技不斷進(jìn)步、農(nóng)業(yè)投入不斷增加以及開(kāi)展大規(guī)模的土地開(kāi)發(fā)整理復(fù)墾項(xiàng)目[20]，使得這些地區(qū)糧食單產(chǎn)和總產(chǎn)不斷提高，耕地壓力有所緩解；此外，山西、陜西、青海等耕地壓力在4個(gè)時(shí)段內(nèi)均較大，原因是這些地區(qū)山地高原面積多，地形坡度大，不易于開(kāi)展大規(guī)模的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，且技術(shù)水平落后，復(fù)種指數(shù)較低，糧食產(chǎn)量不高，因此耕地壓力一直較大。而河北、山東、江蘇、河南、湖北、湖南、安徽、江西、四川、黑龍江、吉林、遼寧等位于中部和東北糧食主產(chǎn)區(qū)的省份的耕地壓力指數(shù)在4個(gè)時(shí)段內(nèi)始終為無(wú)壓力或輕度壓力，原因是它們主要位于中國(guó)的平原地區(qū)，光照、溫度、降水等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件適宜，耕地資源相對(duì)豐富，生產(chǎn)率水平較高，且糧食產(chǎn)量隨著農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步而持續(xù)顯著增加，使得這些地區(qū)耕地始終處于輕度壓力甚至無(wú)壓力狀態(tài)，并呈現(xiàn)出逐漸減小的趨勢(shì)。

2.3.2 省域尺度耕地壓力空間聚類分析

為了在省域尺度上揭示中國(guó)耕地壓力的空間差異性，本文采用Ward聚類法[21]對(duì)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)1978－2015年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行空間系統(tǒng)聚類分析，根據(jù)聚類結(jié)果，結(jié)合各省份耕地壓力指數(shù)情況，可將31個(gè)省級(jí)行政區(qū)劃分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無(wú)壓力型。本文利用ArcGIS對(duì)聚類結(jié)果進(jìn)行空間直觀表達(dá)，以清楚反映出各省所屬的耕地壓力類型。

圖4 耕地壓力分類

從圖4中可以看出，京、津、青屬于高壓力型，其耕地壓力指數(shù)遠(yuǎn)大于1，耕地長(zhǎng)期承受著巨大壓力；甘、陜、蒙、晉、藏、云屬于中壓力型，這類型耕地壓力指數(shù)相對(duì)大些，多分布在1.5～2.5之間，耕地壓力較明顯；粵、貴、瓊、冀、豫、黑、遼、寧、滬、閩、新、浙屬于低壓力型，該類型耕地壓力指數(shù)相對(duì)較小，大部分位于1.0～1.5之間，且耕地壓力指數(shù)波動(dòng)較大；皖、桂、鄂、湘、吉、蘇、贛、魯、川、渝屬于無(wú)壓力型，這些地方的耕地壓力指數(shù)較小，多數(shù)地方耕地壓力指數(shù)在1.0以下，耕地基本無(wú)壓力。

3 結(jié) 論

1）從國(guó)家尺度來(lái)看：1978－2015年中國(guó)耕地壓力指數(shù)的變化趨勢(shì)大致可以劃分為4個(gè)階段：1978－1984年的波動(dòng)降低期；1985－1997年的相對(duì)穩(wěn)定期；1998－2003年的快速增長(zhǎng)期；2004－2015年的迅速降低期。

2）從經(jīng)濟(jì)區(qū)域尺度來(lái)看：耕地壓力指數(shù)表現(xiàn)出明顯的地域差異性，具體表現(xiàn)為東部地區(qū)耕地壓力逐漸增加，西部地區(qū)耕地壓力始終較高，中部和東北地區(qū)耕地壓力基本穩(wěn)定在安全狀態(tài)。

3）從省域尺度來(lái)看：對(duì)31個(gè)省級(jí)行政區(qū)1978－2015年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行系統(tǒng)聚類可將其分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無(wú)壓力型；1978－2015年，中國(guó)耕地壓力重心隨時(shí)間推移逐漸向東南方向移動(dòng)。

4 討 論

從研究結(jié)論出發(fā)，本文提出以下幾點(diǎn)建議：

由于各地區(qū)耕地壓力程度不同，且造成耕地壓力的原因不一，因此需因地制宜，針對(duì)不同耕地壓力程度和類型的地區(qū)分別采取相應(yīng)的措施來(lái)緩解耕地壓力，更有效地保障各地區(qū)的糧食供給。

對(duì)于位于東部地區(qū)的北京、上海、浙江、福建、廣東等經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)的省份而言，應(yīng)嚴(yán)格實(shí)施國(guó)家制定的一系列保護(hù)耕地的政策規(guī)定，如土地用途管制制度，禁止占用基本農(nóng)田，耕地占補(bǔ)平衡制度等[22-24]，其中由于這些省份經(jīng)濟(jì)較發(fā)達(dá)，人口密度較大，對(duì)建設(shè)用地的需求較高，導(dǎo)致耕地后備資源已接近枯竭，難以在省域內(nèi)完成耕地占補(bǔ)平衡的要求，因此可考慮向國(guó)務(wù)院提出補(bǔ)充耕地國(guó)家統(tǒng)籌的申請(qǐng)，經(jīng)國(guó)務(wù)院批準(zhǔn)后，可通過(guò)購(gòu)買外省耕地占補(bǔ)平衡指標(biāo)，來(lái)保障經(jīng)濟(jì)的快速持續(xù)發(fā)展。此外還應(yīng)按照各省城鎮(zhèn)化發(fā)展的階段適當(dāng)控制人口流入，以免人均耕地面積逐漸減少[25]。

對(duì)于位于西部地區(qū)的內(nèi)蒙古、新疆、西藏、青海、陜西、山西等耕地壓力較大的省份而言，應(yīng)積極開(kāi)展土地整治，加強(qiáng)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，加大農(nóng)業(yè)技術(shù)投入，不斷提高耕地質(zhì)量，增加糧食產(chǎn)量，以緩解該地區(qū)的耕地壓力狀況[26]。

對(duì)于位于中部和東北糧食主產(chǎn)區(qū)的河北、山東、江蘇、河南、湖北、湖南、安徽、江西、四川、黑龍江、吉林、遼寧等耕地壓力較小甚至無(wú)壓力的省份而言，應(yīng)當(dāng)繼續(xù)實(shí)施強(qiáng)農(nóng)利農(nóng)惠農(nóng)政策，確保農(nóng)民進(jìn)行農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的熱情不減退，保證糧食播種面積基礎(chǔ)[27]，同時(shí)也要繼續(xù)實(shí)施土地整治，完善農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施，以提高糧食產(chǎn)量，對(duì)于有條件的省份，還應(yīng)當(dāng)通過(guò)土地流轉(zhuǎn)實(shí)施規(guī)?；?jīng)營(yíng)，在滿足自身糧食供給的條件下，能夠?yàn)槿奔Z地區(qū)輸送糧食，為國(guó)家的糧食安全提供保障[28]。此外，由于這些省份內(nèi)集中連片的耕地后備資源較充足，可以為建設(shè)用地緊張的大城市和缺少耕地的發(fā)達(dá)地區(qū)提供跨省域補(bǔ)充耕地的指標(biāo)，保證全國(guó)范圍內(nèi)耕地總量的動(dòng)態(tài)平衡，并獲得經(jīng)濟(jì)發(fā)展的資金，發(fā)揮經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)和資源豐富地區(qū)資金資源互補(bǔ)的優(yōu)勢(shì)。

本文尚且存在不足之處,對(duì)未來(lái)的展望如下：1）中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)與非主產(chǎn)區(qū)之間自然條件與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異較大，兩大區(qū)域分別具有不同的發(fā)展優(yōu)勢(shì)[29-30]，其中糧食主產(chǎn)區(qū)耕地資源豐富，表現(xiàn)出良好的農(nóng)作物種植優(yōu)勢(shì)，糧食產(chǎn)量較高，其糧食生產(chǎn)狀況直接影響著全國(guó)十三多億人的吃飯問(wèn)題，而非主產(chǎn)區(qū)二三產(chǎn)業(yè)較發(fā)達(dá)，經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高，耕地資源相對(duì)稀缺，相比糧食主產(chǎn)區(qū)，糧食安全的風(fēng)險(xiǎn)更易發(fā)生在非糧食主產(chǎn)區(qū)，由此可見(jiàn)，糧食主產(chǎn)區(qū)與非主產(chǎn)區(qū)之間耕地壓力也表現(xiàn)出明顯的差異性，未來(lái)可就此展開(kāi)更加深入細(xì)致的研究。2）本文所引耕地質(zhì)量系數(shù)是通過(guò)地區(qū)耕地與全國(guó)耕地的實(shí)際平均產(chǎn)能計(jì)算而得，該指標(biāo)反映了耕地的實(shí)際糧食產(chǎn)量，較能體現(xiàn)耕地的質(zhì)量狀況。但近來(lái)國(guó)家倡導(dǎo)實(shí)施“藏糧于地”戰(zhàn)略[31]，這表明中國(guó)不再一味強(qiáng)調(diào)耕地實(shí)際產(chǎn)量的提升，而是提倡通過(guò)土地休耕以提高耕地地力，實(shí)現(xiàn)耕地的可持續(xù)利用，促進(jìn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，保障國(guó)家糧食的穩(wěn)定供給和安全，因此未來(lái)可對(duì)耕地質(zhì)量系數(shù)做進(jìn)一步完善，可以考慮運(yùn)用耕地地力指數(shù)來(lái)更好地反映耕地的質(zhì)量狀況。

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Analysis on temporal-spatial difference of cultivated land pressure at multiple scales in China from 1978 to 2015

Zhang Yajie1, Yan Xiaoshuang1, Zhang Feng2※, Xiao Zhanchun1

(1.,,430000,; 2.,,430000,)

This paper aims to investigate the spatial distribution, temporal change and policy proposal of the cultivated land pressure in China. Considering the relationship between the quantity of cultivated land and population, the model of cultivated land pressure index put forward by Professor Cai Yunlong, can quantitatively measure the tension of cultivated land resources in a region. But the difference of cultivated land quality and utilization in different regions was not considered in this model. Therefore, this paper adopted the quality coefficient to expand the cultivated land pressure index, which can reflect both the quantity and quality of cultivated land. Moreover, most of the existing relating studies focused on shorter time series or smaller research fields, few studies have been conducted with long time series data like the years of 1978-2015 in this paper, and little research about spatial-temporal change of cultivated land pressure has been done at different scales across the whole China. So, this paper used the modified model to calculate the cultivated land pressure index at different levels i.e. the whole country, 4 major economic regions and 31 provincial administrative regions from 1978 to 2015. And based on the above-mentioned research data, by using the methods of comparative analysis, clustering analysis and barycenter analysis, this paper analyzed the temporal changes and spatial distribution differences of cultivated land pressure index at the 3 spatial scales and put forward some proposals for cultivated land protection. The study showed that: 1) The changing trend of the cultivated land pressure index in China can be approximately divided into 4 stages: fluctuant declining period from 1978 to 1984, relatively stable period from 1985 to 1997, rapidly rising period from 1998 to 2003 and rapidly declining period from 2004 to 2015. 2) The regional difference of cultivated land pressure is very obvious. In more detail, the cultivated land pressure in the eastern region of China increases gradually, and in the western region of China, the cultivated land pressure is always high, while it is basically stable at a safe state in the middle and northeastern regions of China. 3) The barycenter of cultivated land pressure in China gradually moves to the southeast over time. 4) Thirty-one provincial administrative regions can be divided into 4 types by using the hierarchical clustering method, namely high-pressure type, medium-pressure type, low-pressure type and non-pressure type. 5) Finally, aiming at different types or degrees of cultivated land pressure, suitable countermeasures should be taken to alleviate the cultivated land pressure effectively so as to guarantee the grain supply in all regions of China, such as purchasing the indicators of cultivated land compensation in other provinces or controlling the population inflow moderately for economically developed provinces of high pressure, carrying out land consolidation and rehabilitation actively or increasing agricultural investment for ecologically fragile provinces of high or medium pressure, improving farmland infrastructure or transporting grain to the food shortage areas or offering the indicators of cultivated land compensation to other provinces with insufficient cultivated land reserve resources for low-pressure or non-pressure provinces located in major grain producing areas, and so on.

land use; grain; models; modified cultivated land pressure index; grain security; barycenter of cultivated land pressure; cluster analysis

張雅杰，閆小爽，張 豐，肖展春. 1978—2015年中國(guó)多尺度耕地壓力時(shí)空差異分析[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2018，34(13)：1－7.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001 http://www.tcsae.org

Zhang Yajie, Yan Xiaoshuang, Zhang Feng, Xiao Zhanchun. Analysis on temporal-spatial difference of cultivated land pressure at multiple scales in China from 1978 to 2015[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 1－7. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001 http://www.tcsae.org

2018-01-26

2018-05-08

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目—面向城市擴(kuò)展過(guò)程的動(dòng)態(tài)空間格局指標(biāo)與自組織空間結(jié)構(gòu)分析模型（41571385）；湖北省自然科學(xué)基金項(xiàng)目—綠地生態(tài)網(wǎng)絡(luò)與城鎮(zhèn)擴(kuò)張空間協(xié)同耦合與優(yōu)化模擬（2017CFC847）

張雅杰，吉林人，博士，副教授，研究方向?yàn)橥恋乩门c經(jīng)濟(jì)管理。Email：yjzhang@whu.edu.cn

張 豐，遼寧人，高級(jí)實(shí)驗(yàn)師，研究方向?yàn)镚IS與攝影測(cè)量。Email：7570056@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001

F323.21

A

1002-6819(2018)-13-0001-07