新疆耕地生態(tài)足跡與糧食安全的測(cè)算及動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)分析

康禮玉 石 晶

（塔里木大學(xué)經(jīng)濟(jì)與管理學(xué)院，新疆 阿拉爾 843300）

耕地是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)的基礎(chǔ)，隨著新疆城鎮(zhèn)化建設(shè)推進(jìn)和工業(yè)化進(jìn)程加快，以及人口數(shù)量增長(zhǎng)過(guò)快，使得新疆城市用地、工業(yè)用地和農(nóng)業(yè)用地矛盾日益明顯。新疆生態(tài)脆弱，耕地保護(hù)必須得到重視，農(nóng)業(yè)用地面臨巨大壓力。黨的十九大中指出“節(jié)約資源有效推進(jìn)，能源資源消耗強(qiáng)度大幅下降、資源利用率和產(chǎn)出效率極大提高”[1]，合理開(kāi)發(fā)利用耕地資源和優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)，使耕地資源的在生態(tài)、社會(huì)、經(jīng)濟(jì)效益方面實(shí)現(xiàn)最大化。在注重糧食安全效益的同時(shí)實(shí)現(xiàn)耕地資源公平有效利用是解決新疆耕地資源和糧食安全的重點(diǎn)。

相關(guān)研究認(rèn)為，耕地生態(tài)足跡和糧食安全有關(guān)系[2-5]。一是耕地生態(tài)足跡影響糧食安全，因?yàn)榧Z食生產(chǎn)必須依賴耕地資源，而耕地資源有限，上一時(shí)段的消耗量一定對(duì)下一時(shí)段的糧食安全有影響。其二是為保證糧食安全生產(chǎn)所采取的先進(jìn)技術(shù)引進(jìn)、優(yōu)化糧食種植結(jié)構(gòu)以及規(guī)模經(jīng)濟(jì)效應(yīng)等措施對(duì)耕地資源的消耗量也有影響。趙青（2017年）等[2]人將環(huán)京津冀地區(qū)的糧食安全與耕地聯(lián)系起來(lái)建立耕地生態(tài)補(bǔ)償模型，分析耕地生態(tài)補(bǔ)償問(wèn)題；劉利花（2017年）等[3]人認(rèn)為耕地資源減少的原因是耕地保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制不明確，因此以湖南省為例，在糧食安全約束下提出耕地保護(hù)補(bǔ)償機(jī)制；羅翔（2016年）等[4]人運(yùn)用修正的耕地壓力指數(shù)分析耕地資源減少和糧食生產(chǎn)之間的關(guān)系，認(rèn)為現(xiàn)階段的耕地資源減少不影響糧食安全；靳亞亞（2015年）等[5]人通過(guò)糧食供需平衡法和耕地生態(tài)足跡改進(jìn)模型分析陜西省耕地保護(hù)補(bǔ)償時(shí)，認(rèn)為陜西省需要將耕地赤字和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平考慮進(jìn)去。

基于此，本文是通過(guò)建立VAR模型，將耕地生態(tài)足跡和糧食安全結(jié)合起來(lái)，通過(guò)實(shí)證方法分析二者動(dòng)態(tài)變化關(guān)系。

1 新疆耕地生態(tài)足跡和糧食安全系數(shù)測(cè)算

1.1 新疆耕地生態(tài)足跡測(cè)算

1.1.1 生態(tài)足跡測(cè)算基礎(chǔ)

關(guān)于生物生產(chǎn)性土地方面的分析，生態(tài)足跡模型運(yùn)用普遍。生態(tài)足跡（EFi）是指人類對(duì)自然的索取以及索取的程度和自然本身所提供的服務(wù)之間的差距。糧食耕地生態(tài)足跡是指能夠承受糧食作物生產(chǎn)和生產(chǎn)中附帶的排放物的耕地面積。

公式（1）（2）中，EFi表示總耕地生態(tài)足跡；N表示人口總量；efi表示人均耕地生態(tài)足跡；i表示消費(fèi)類型；r表示耕地均衡因子；選用Wackernagel在2004年修正后的耕地均衡因子1.71。Ai表示人均第i種消費(fèi)類型所擁有的生產(chǎn)性面積，Ci表示第i種糧食作物的人均產(chǎn)量；Pi表示第i種糧食作物的新疆平均單位產(chǎn)量。新疆耕地資源主要生產(chǎn)的糧食類型有稻谷、小麥、玉米、高粱、其他谷物、薯類、豆類，因此在耕地生態(tài)足跡和生態(tài)承載力的計(jì)算分析中涉及的農(nóng)作物類型主要是這7類[6]。

1.1.2 耕地生態(tài)承載力測(cè)算基礎(chǔ)

耕地生態(tài)承載力是指耕地面積和糧食產(chǎn)出的平衡關(guān)系，即糧食產(chǎn)出是否超過(guò)耕地所能容納能力，反映人類對(duì)耕地生態(tài)系統(tǒng)的利用程度。計(jì)算公式為:

公式（3）（4）中，EC表示總生態(tài)承載力；ec表示人均耕地生態(tài)承載力；S表示人均耕地面積；y表示耕地產(chǎn)量因子。新疆生態(tài)環(huán)境極其脆弱，不宜直接引用Wackernagel等在計(jì)算中國(guó)生態(tài)足跡時(shí)所采用的產(chǎn)量因子1.66，對(duì)耕地產(chǎn)量因子進(jìn)行修正[7]，農(nóng)作物的產(chǎn)量因子是作物平均產(chǎn)量與全球作物平均產(chǎn)量的比值，本文將選擇全國(guó)平均產(chǎn)量代替全球平均產(chǎn)量，以2017年新疆的相關(guān)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，如表1所示。對(duì)新疆地區(qū)耕地產(chǎn)量因子進(jìn)行了修正。另外，在計(jì)算承載力時(shí)，要將總生產(chǎn)性耕地面積的12%作為生物多樣性保護(hù)區(qū)域扣除。

表1 2017年新疆耕地產(chǎn)量因子

1.1.3 新疆耕地生態(tài)承載力與耕地生態(tài)足跡變化分析

從圖1可以清楚看出，關(guān)于新疆耕地生態(tài)足跡（EFi）和生態(tài)承載力（EC）的變動(dòng)趨勢(shì)，新疆生態(tài)承載力不斷波動(dòng)變化，但始終大于生態(tài)足跡，表示在現(xiàn)有的耕地供給的生產(chǎn)性資料可以滿足糧食生產(chǎn)所需求的資源。其中，耕地承載力的變化與耕地質(zhì)量的變化密切相關(guān)，主要是我國(guó)的化肥農(nóng)藥化學(xué)物質(zhì)居多，化肥農(nóng)藥的大量使用以及部分有害物不能被分解，殘留在耕地中，導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降,進(jìn)而影響耕地承載力。除外，隨著新疆人口基數(shù)變大，耕地生態(tài)足跡遞增，但是耕地生態(tài)足跡的變化幅度遠(yuǎn)不及耕地承載力的變化幅度大，新疆耕地生態(tài)足跡處在盈余狀態(tài)。

圖1 新疆耕地生態(tài)足跡和耕地生態(tài)承載力分析

1.2 新疆糧食安全系數(shù)測(cè)算

1.2.1 糧食安全系數(shù)測(cè)算基礎(chǔ)

糧食安全是中國(guó)關(guān)心的重中之重。我國(guó)人口眾多，人地分配不公平，人均耕地面積只達(dá)到世界水平的42.37%，新疆糧食連續(xù)實(shí)現(xiàn)九連增，自2007年867萬(wàn)噸上升到2017年1 484.7萬(wàn)噸，糧食總產(chǎn)提高了74%。新疆播種面積較1998年增加710.3千公頃，增長(zhǎng)率達(dá)45%，糧食單產(chǎn)水平一直高于全國(guó)水平，新疆在保障糧食安全中承擔(dān)著重要角色。在計(jì)算糧食安全系數(shù)時(shí)，選擇用人均糧食占有量（X1），糧食自給率（X2），人均耕地面積（X3），與糧食安全均呈正相關(guān)。糧食單產(chǎn)水平（X4），單位面積一定，單產(chǎn)越高，糧食安全越高，糧食生產(chǎn)波動(dòng)系數(shù)（X5），主要反映糧食生產(chǎn)的平穩(wěn)性，與糧食安全呈反比關(guān)系。參照王海平在測(cè)算福建糧食安全（Y）時(shí)的取值標(biāo)準(zhǔn)（公式5所示），確定各項(xiàng)指標(biāo)系數(shù)值[8]。

關(guān)于糧食安全評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，一直沒(méi)有明確標(biāo)準(zhǔn)，本文通過(guò)參考王海平在分析福建省糧食安全時(shí)標(biāo)準(zhǔn)，并結(jié)合新疆實(shí)際情況，給出以下劃分標(biāo)準(zhǔn)如表2所示[8]。

表2 新疆糧食安全劃分標(biāo)準(zhǔn)

1.2.2 新疆糧食安全系數(shù)測(cè)算結(jié)果分析

根據(jù)新疆1998—2017年數(shù)據(jù)，通過(guò)公式（5）計(jì)算出新疆各年份糧食安全系數(shù)如圖2所示，新疆糧食安全系數(shù)變化大，1998—2010年糧食安全系數(shù)波動(dòng)較大，2010年以后糧食安全系數(shù)勻速上升，以2013年為節(jié)點(diǎn)，2013年前新疆糧食安全處在不安全區(qū)，2013年以后，糧食安全系數(shù)處在臨界安全區(qū)。

圖2 新疆糧食安全系數(shù)

2 基于VAR模型的新疆耕地生態(tài)足跡和糧食安全系數(shù)的實(shí)證分析

2.1 研究方法和模型構(gòu)建

前兩部分將耕地生態(tài)足跡和糧食安全系數(shù)之間進(jìn)行了分析，新疆糧食安全處在臨界安全區(qū)，耕地生態(tài)足跡處在盈余狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)兩者之間存在長(zhǎng)期類似走勢(shì)。通過(guò)建立VAR模型分析兩者之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系。其中，主要存在兩個(gè)變量：耕地生態(tài)足跡(EFi)和糧食安全系數(shù)（Q）。VAR模型如下:

在EFit模型和Qt模型中：t表示時(shí)間，C1和C2是兩模型中的常數(shù)項(xiàng)，α和β分別是VAR模型中生態(tài)足跡模型和糧食安全模型的滯后項(xiàng)的系數(shù)。υ1和υ2分別是兩個(gè)模型的誤差項(xiàng)。運(yùn)用Eviews10.0軟件，做脈沖響應(yīng)圖和方差分解圖分析兩者之間的關(guān)系。

2.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

數(shù)據(jù)來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局、《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》、新疆統(tǒng)計(jì)公報(bào)等。

2.3 單位根檢驗(yàn)

運(yùn)用ADF方法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行平穩(wěn)性檢驗(yàn)。如表3所示，在檢驗(yàn)耕地生態(tài)足跡（EFi）和糧食安全系數(shù)（Q）的水平值時(shí)，在5%的置信水平下ADF統(tǒng)計(jì)量大于檢測(cè)值，表明不能拒絕原假設(shè)，序列EFi和Q存在單位根，是非平穩(wěn)序列。繼而，進(jìn)行一階差分檢驗(yàn)，在5%的置信水平下ADF統(tǒng)計(jì)量小于檢測(cè)值，表示拒絕原假設(shè)，EFi和Q均是平穩(wěn)序列。

表3 平穩(wěn)性檢驗(yàn)結(jié)果

2.4 協(xié)整檢驗(yàn)

通過(guò)協(xié)整檢驗(yàn)EFi和Q的平穩(wěn)性。如表4所示，文章中EFi和Q兩個(gè)變量，選擇E-G兩步法檢驗(yàn)，檢驗(yàn)形式為不存在常數(shù)項(xiàng)存在其滯后期為1的趨勢(shì)項(xiàng)，ADF值為-3.990，小于5%的置信水平的臨界值-1.961，EFi和Q的滯后1期殘差項(xiàng)序列是平穩(wěn)的，因此，在5%的置信水平下，EFi和Q存在協(xié)整關(guān)系，說(shuō)明EFi和Q存在長(zhǎng)期均衡關(guān)系。

表4 協(xié)整檢驗(yàn)結(jié)果

2.5 滯后階數(shù)的選擇

對(duì)EFi和Q兩組序列建立VAR（3）,選擇滯后階數(shù)P，通過(guò)軟件操作得知，當(dāng)P等于2，“*”個(gè)數(shù)最多為4個(gè)，如表5所示。因此選擇最優(yōu)滯后階數(shù)P為2階。

表5 滯后階數(shù)最優(yōu)結(jié)果

2.6 Granger因果關(guān)系檢驗(yàn)

對(duì)EFi和Q進(jìn)行格蘭杰因果檢驗(yàn)，選擇滯后階數(shù)分布為1和2。原假設(shè)為“Q不是EFi的格蘭杰原因”和“EFi不是Q的格蘭杰原因”。檢驗(yàn)結(jié)果如表6所示，Q和EFi存在單向因果關(guān)系。EFi不是Q的格蘭杰原因，拒絕原假設(shè)，耕地生態(tài)足跡是影響糧食安全系數(shù)變化的格蘭杰原因，耕地生態(tài)足跡的增加對(duì)糧食安全系數(shù)有影響。

表6 Granger因果檢驗(yàn)結(jié)果

2.7 VAR模型估計(jì)

通過(guò)對(duì)耕地生態(tài)足跡和糧食安全系數(shù)進(jìn)行VAR模型分析，得到結(jié)果：R12=0.675,R22=0.626；修正的可決系數(shù)R12=0.575,R22=0.511；F1=6.760；F2=5.448；AIC=-10.563；SC=-10.069。根據(jù)公式（6）（7），VAR模型的表達(dá)式為：

2.8 脈沖響應(yīng)分析

脈沖響應(yīng)主要衡量隨機(jī)擾動(dòng)項(xiàng)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)差對(duì)其它變量當(dāng)前和未來(lái)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的影響，反映兩變量之間的動(dòng)態(tài)變化路徑。從圖3可以看出，EFi對(duì)EFi自身的沖擊路徑趨勢(shì)由正向負(fù)，在第7期開(kāi)始為負(fù)沖擊影響，EFi對(duì)自身標(biāo)準(zhǔn)差信息的響應(yīng)呈下降趨勢(shì)。EFi對(duì)Q的沖擊路徑趨勢(shì)為由負(fù)向正，第1期為0，之后持續(xù)負(fù)沖擊到第9期，第10期為正，EFi對(duì)Q標(biāo)準(zhǔn)差信息的響應(yīng)呈上升趨勢(shì)。Q對(duì)EFi的沖擊路徑在前2期呈現(xiàn)負(fù)沖擊，后為正沖擊且呈現(xiàn)逐漸下降趨勢(shì)，Q對(duì)EFi標(biāo)準(zhǔn)差信息的響應(yīng)呈上升又下降趨勢(shì)。Q對(duì)Q自身的影響呈現(xiàn)由正向負(fù)轉(zhuǎn)變的沖擊趨勢(shì)。在第4期開(kāi)始變?yōu)樨?fù)沖擊，Q對(duì)Q標(biāo)準(zhǔn)差信息的響應(yīng)呈下降趨勢(shì)。EFi對(duì)EFi自身、Q對(duì)Q自身的沖擊路徑均是由正向負(fù)變化，EFi對(duì)Q、Q對(duì)EFi的沖擊路徑均是由負(fù)向正變化。EFi對(duì)Q的影響程度大于Q對(duì)EFi的影響程度，隨著時(shí)間滯后期數(shù)的推移，沖擊效應(yīng)減弱。

圖3 脈沖響應(yīng)分析圖

2.9 方差分解分析

方差分解是分析每一個(gè)沖擊波對(duì)自變量的貢獻(xiàn)大小，說(shuō)明沖擊的影響程度。EFi和Q的方差分析在第10期逐漸趨于平穩(wěn)。耕地生態(tài)足跡的變化受自身影響顯著，糧食安全對(duì)耕地生態(tài)足跡變化也有顯著影響，因?yàn)榧Z食安全系數(shù)變化的沖擊而導(dǎo)致耕地生態(tài)足跡的變化從第7期較為明顯在第10期達(dá)到19.02%,趨于平穩(wěn)，也就是糧食安全變化可以解釋19.02%的耕地生態(tài)足跡的預(yù)測(cè)方差。除外，糧食安全變化對(duì)耕地生態(tài)足跡變化的影響在第10期趨于平穩(wěn)，基本保持在38.42%的水平上。

表7 方差分解結(jié)果

3 結(jié)論與建議

3.1 結(jié)論

對(duì)新疆耕地生態(tài)足跡和糧食安全進(jìn)行VAR模型的實(shí)證分析，認(rèn)為新疆耕地生態(tài)足跡和糧食安全之間存在長(zhǎng)期關(guān)系，主要有以下結(jié)論：

（1）根據(jù)VAR模型實(shí)證結(jié)果，可以看出新疆耕地生態(tài)足跡對(duì)糧食安全系數(shù)有顯著影響，脈沖響應(yīng)分析中EFi對(duì)Q、Q對(duì)EFi均是由負(fù)向正的沖擊影響。耕地生態(tài)足跡的增加導(dǎo)致耕地資源質(zhì)量和數(shù)量下降，生產(chǎn)要素分配不合理，農(nóng)作物結(jié)構(gòu)種植不合理等因素影響糧食安全，造成負(fù)向沖擊影響。隨著國(guó)家對(duì)耕地出臺(tái)相關(guān)政策約束，調(diào)整耕地資源數(shù)量和提高耕地資源質(zhì)量，合理規(guī)劃利用耕地資源，進(jìn)而促進(jìn)糧食安全得到保障，造成耕地生態(tài)足跡對(duì)糧食安全系數(shù)為正向沖擊影響。

（2）新疆糧食安全系數(shù)對(duì)耕地生態(tài)足跡的影響是由負(fù)向正，趨于平穩(wěn)發(fā)展。糧食安全保障初期，因?yàn)榻?jīng)濟(jì)效益，落戶政策，就業(yè)問(wèn)題等的影響，導(dǎo)致對(duì)耕地足跡會(huì)出現(xiàn)短期的負(fù)向影響。隨著糧食安全充分得到保障，物質(zhì)和精神保障得到滿足，要素合理等條件，耕地足跡趨于合理化。

綜上，通過(guò)分析新疆耕地生態(tài)足跡和糧食安全之間的動(dòng)態(tài)關(guān)系，意在耕地生態(tài)足跡合理范圍內(nèi)保證糧食安全，實(shí)現(xiàn)兩者的動(dòng)態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展。

3.2 建議

主要從耕地生態(tài)足跡、糧食安全、政府三個(gè)角度提出建議。（1）從耕地生態(tài)足跡角度來(lái)看：要嚴(yán)守耕地安全紅線，掌握耕地生態(tài)足跡信息，保證新疆耕地生態(tài)足跡安全。分析耕地生態(tài)足跡和糧食安全系數(shù)之間變化的影響行徑，利用有效的耕地生態(tài)足跡信息保障糧食安全，降低糧食安全風(fēng)險(xiǎn)，克制人類對(duì)耕地資源的索取程度，保證耕地利用效益最大化。（2）從糧食安全角度來(lái)看，糧食安全與糧食生產(chǎn)者、市場(chǎng)價(jià)格預(yù)測(cè)、自然災(zāi)害、等因素緊密相連，提高糧農(nóng)在糧食種植過(guò)程中的管理技術(shù)、盡量減少高濃度化肥和農(nóng)藥的使用量，增加有機(jī)肥和綠色肥料使用量保障耕地質(zhì)量安全，保障糧食安全。增加科技投入，保證糧食的質(zhì)和數(shù)安全。（3）從政府角度來(lái)看，新疆各地政府合理規(guī)劃耕地資源，因地制宜，推廣科學(xué)技術(shù)，要協(xié)調(diào)好耕地資源和糧食種植的關(guān)系，務(wù)必保證好在有限耕地內(nèi)的糧食安全問(wèn)題[9]。