基于GIS的全球農(nóng)業(yè)開發(fā)潛力和人口承載力分析

梁書民 劉嵐 崔奇峰 朱立志

基于GIS的全球農(nóng)業(yè)開發(fā)潛力和人口承載力分析

梁書民1,?劉嵐2崔奇峰1朱立志1

1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與發(fā)展研究所, 北京 100081; 2.北京大學(xué)人口研究所, 北京 100871; ? E-mail: liangshumin@caas.cn

基于邁阿密自然生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模型, 繪制高精度的人均農(nóng)作物產(chǎn)量分布圖; 計(jì)算水資源高效利用條件下全球宜農(nóng)荒地的農(nóng)作物生產(chǎn)潛力; 對不同農(nóng)業(yè)投入水平和食物消費(fèi)水平組合下的地球人口承載力進(jìn)行超遠(yuǎn)期情景分析。按經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重計(jì)量, 通過計(jì)算得出全球宜農(nóng)荒地的農(nóng)作物生產(chǎn)潛力為 60.39 億 t, 加上現(xiàn)有耕地的農(nóng)作物產(chǎn)量和增產(chǎn)潛力以及跨流域調(diào)水墾荒的農(nóng)作物生產(chǎn)潛力, 全球最大可持續(xù)農(nóng)作物產(chǎn)量為 160.15 億t, 是目前全球農(nóng)作物產(chǎn)量的 3.09 倍; 在中投入和中消費(fèi)情景下, 2100 年全球可承載 121.1 億人口, 是當(dāng)前全球總?cè)丝诘?1.60 倍。為保障糧食安全, 我國農(nóng)業(yè)未來的發(fā)展方向應(yīng)當(dāng)是增加農(nóng)業(yè)投入, 提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平, 高效地開發(fā)利用水資源和土地資源, 同時加強(qiáng)國際農(nóng)業(yè)合作交流, 加快先進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)在發(fā)展中國家的推廣。

全球宜農(nóng)荒地; 農(nóng)業(yè)開發(fā)潛力; 人口承載力; 邁阿密模型; 自然生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力; 宜農(nóng)荒地資源; 地理信息系統(tǒng)(GIS)

聯(lián)合國糧食及農(nóng)業(yè)組織(Food and Agriculture Organization of the United Nations, FAO)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)[1]表明, 2017 年全球營養(yǎng)不良人口為 8.208 億, 占總?cè)丝诘?10.9%。與 2015 年相比, 營養(yǎng)不良人口的數(shù)量和占比明顯增長, 2005 年以來連續(xù)下降的大趨勢被逆轉(zhuǎn)。德國世界饑餓救助組織(Deutsche Welthun-gerhilfe)發(fā)表的 2018 年全球饑餓指數(shù)地圖[2]顯示, 多數(shù)非洲國家饑餓指數(shù)值較高, 其次是南亞和東南亞國家, 而拉丁美洲、中國、中亞、西亞和北非石油出口國以及東歐國家饑餓指數(shù)明顯降低, 歐美發(fā)達(dá)國家、澳大利亞、新西蘭、日本和韓國饑餓指數(shù)最低。這些數(shù)據(jù)表明, 全球食物安全狀況與經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平密切相關(guān), 雖然最近 10 多年有較大的改善, 但由于惡劣的自然條件和戰(zhàn)亂, 距離實(shí)現(xiàn)消除饑餓和貧困的目標(biāo)仍然很遙遠(yuǎn)。

從生態(tài)學(xué)的角度看, 全球食物安全狀況的改善取決于地球人口承載力和農(nóng)業(yè)投入水平。Helmut[3]提出邁阿密自然生態(tài)系統(tǒng)生產(chǎn)力模型(Miami model of natural ecosystem productivity, 簡稱邁阿密模型), 為研究地球人口承載力奠定理論基礎(chǔ)。張?jiān)史糩4]指出, 發(fā)展中國家解決糧食問題的出路在于應(yīng)用科學(xué)技術(shù)提高產(chǎn)量, 其中良種、化肥、農(nóng)藥、灌溉和農(nóng)機(jī)等是關(guān)鍵技術(shù)。Dyson[5]認(rèn)為, 影響世界糧食未來需求的主要因素有人口、城市化率和人均 GNP, 影響世界糧食未來供給的主要因素有耕地面積、潛在可耕地面積、耕地灌溉率以及單位耕地面積化肥施用量。

有關(guān)全球農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力的研究很多。FAO 和IIASA 經(jīng)過 30 年的研究, 于 2000 年發(fā)布首版全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)劃(GAEZ)數(shù)據(jù)庫, 2012 年升級為第 3 版[6]。在該數(shù)據(jù)庫中, 根據(jù)全球熱量條件和水資源條件, 對全球雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)熟制進(jìn)行區(qū)劃, 并繪制增產(chǎn)潛力分布圖, 適用于計(jì)算全球宜農(nóng)荒地的生產(chǎn)潛力和農(nóng)田在高投入條件下的增產(chǎn)潛力[7]。Brown[8]經(jīng)過多年的研究, 認(rèn)為中國未來存在糧食和資源危機(jī)。趙文武[9]的研究結(jié)果表明, 1961 年以來耕地面積增加較快的國家主要位于南美洲、非洲、大洋洲和東南亞。Barretto[10]研究農(nóng)業(yè)資源大國巴西 1960 年以來的農(nóng)業(yè)用地?cái)U(kuò)張, 計(jì)算出巴西宜農(nóng)荒地面積為 1.22億 ha。張小瑜[11]認(rèn)為, 南美洲、獨(dú)聯(lián)體國家和東歐等地區(qū)將是重要的潛在增產(chǎn)區(qū)域。李文華等[12]指出, 我國農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境惡化, 耕地資源對糧食生產(chǎn)的后續(xù)支撐能力不足, “水減糧增”矛盾突出, “北糧南運(yùn)”難以為繼。胡瓊等[13]通過 30m 地面精度的全球耕地利用格局時空變化分析, 發(fā)現(xiàn) 2000—2010 年全球耕地面積增加 2.19%, 增幅最大的國家主要分布在非洲和南美洲, 如坦桑尼亞、尼日利亞、蘇丹、巴西和阿根廷。

全球糧食貿(mào)易可以解決自然資源與人口分布不匹配的問題, 是提升全球食物安全水平的重要手段。吳朝陽[14]指出, 支撐糧食消費(fèi)增長的因素主要包括全球人口增長、經(jīng)濟(jì)增長、人均收入水平提高以及生物能源的開發(fā)和利用。倪洪興[15]認(rèn)為, 發(fā)達(dá)國家糧食生產(chǎn)過剩, 發(fā)展中國家糧食供應(yīng)不足, 但是, 相對于有購買力的有效需求, 國際農(nóng)產(chǎn)品市場供給充裕, 曾在相當(dāng)長的時期內(nèi)供過于求, 糧食等農(nóng)產(chǎn)品供給集中度很高, 大宗農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易主要被少數(shù)跨國公司掌控, 具有準(zhǔn)壟斷性。王溶花等[16]的研究結(jié)果表明, 北美洲、南美洲、歐洲和大洋洲是主要糧食出口地區(qū), 非洲和亞洲是主要糧食進(jìn)口地區(qū)。楊曉東[17]指出, 轉(zhuǎn)基因糧食貿(mào)易的發(fā)展對中國糧食安全帶來沖擊和影響, 美國糧食霸權(quán)對中國糧食安全產(chǎn)生重要影響, 跨國糧商全產(chǎn)業(yè)鏈滲透會削弱中國對糧食產(chǎn)業(yè)的調(diào)控能力。許世衛(wèi)等[18]發(fā)現(xiàn), 世界糧食貿(mào)易量增速先慢后快, 糧食貿(mào)易聚集效應(yīng)明顯, 中國成為糧食貿(mào)易大國。

FAO 于 2018 年發(fā)布研究報(bào)告《未來食物和農(nóng)業(yè)——實(shí)現(xiàn) 2050 年目標(biāo)的各種途徑》[19], 在對2050 年全球人口發(fā)展和食物生產(chǎn)進(jìn)行可持續(xù)發(fā)展(較均衡的經(jīng)濟(jì)增長)、正常商業(yè)(正常的經(jīng)濟(jì)增長)和社會分層化(較快速的經(jīng)濟(jì)增長) 3 種情景分析后指出, 正常商業(yè)情景下, 與 2012 年相比, 2050 年全球耕地面積從 15.67 億 ha 增至 17.32 億 ha, 增長11.1%; 農(nóng)作物單位面積產(chǎn)量(簡稱單產(chǎn), 薯類、蔬菜和水果等產(chǎn)量以鮮重計(jì)量)增長 12.8%, 從 6.2t/ha增至 7.5t/ha; 人口從 70.98 億增加到 97.25 億, 增長13.7%。該項(xiàng)預(yù)測是基于低投入和低消費(fèi)情景的保守預(yù)測, 沒有考慮消費(fèi)水平隨經(jīng)濟(jì)發(fā)展遞增的普遍規(guī)律。實(shí)際上, 2017 年全球人均農(nóng)作物產(chǎn)量(簡稱人均產(chǎn)量)水平已經(jīng)接近其預(yù)測的 2030 年正常商業(yè)情景下的消費(fèi)水平。

在水資源高效利用的前提下, 本文將基于 GIS (geographic information system, 地理信息系統(tǒng))大數(shù)據(jù)進(jìn)行 10km 地面精度的全球人均產(chǎn)量和食物生產(chǎn)潛力測算, 對不同農(nóng)業(yè)投入水平和食物消費(fèi)水平組合下的地球人口承載力進(jìn)行超遠(yuǎn)期情景分析, 并提出促進(jìn)全球農(nóng)業(yè)和人口可持續(xù)發(fā)展的對策建議。

1 研究方法與數(shù)據(jù)

1.1 理論與假設(shè)

邁阿密模型適用于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng), 光溫潛力指標(biāo)適宜于表征灌溉農(nóng)田生產(chǎn)潛力, 氣候潛力指標(biāo)適宜于表征雨養(yǎng)農(nóng)田生產(chǎn)潛力。利用邁阿密模型和水熱因子, 可以推算全球農(nóng)田的自然生產(chǎn)力分布, 還可以推算全球宜農(nóng)荒地的自然生產(chǎn)力分布, 進(jìn)而利用全球平均經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算宜農(nóng)荒地的產(chǎn)量分布, 并進(jìn)行分區(qū)域統(tǒng)計(jì)匯總。利用各個國家的農(nóng)作物生產(chǎn)數(shù)據(jù), 可以推算分國別的經(jīng)濟(jì)系數(shù)和全球農(nóng)作物產(chǎn)量分布。將高精度人口密度圖與農(nóng)作物產(chǎn)量分布圖交并(combine), 可以推算人均食物產(chǎn)量分布。本文將全部農(nóng)作物產(chǎn)量折合成經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重來計(jì)算, 按照中國將薯類折合成糧食的算法, 將 FAO 用鮮重記產(chǎn)量的農(nóng)作物(如薯類、塊根塊莖作物、水果和蔬菜)的干重折算系數(shù)統(tǒng)一為 0.2, 與 FAO 用熱量值計(jì)算食物消費(fèi)量的計(jì)量法接近。

農(nóng)作物產(chǎn)量增加包括單產(chǎn)增加和播種面積增加。播種面積增加主要是開墾宜農(nóng)荒地, 增加復(fù)種指數(shù), 減少耕地撂荒和休耕。新開墾的宜農(nóng)荒地多為雨養(yǎng)農(nóng)業(yè), 面積的擴(kuò)大主要體現(xiàn)在對氣候生產(chǎn)潛力的開發(fā)利用上。影響農(nóng)作物單產(chǎn)增長的因素以灌溉、良種和土壤肥力為主。根據(jù)李比希(Liebig)[20]的最小養(yǎng)分定律, 化肥使用存在邊際效益遞減現(xiàn)象, 對單產(chǎn)增加的貢獻(xiàn)率隨著施用量的增加而下降; 由于農(nóng)作物良種培育已在全世界推廣, 并從注重農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量向注重農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量轉(zhuǎn)變, 對單產(chǎn)增加的貢獻(xiàn)率也逐步下降; 灌溉對提高農(nóng)作物單產(chǎn)的作用不存在邊際效益遞減現(xiàn)象, 將逐步占據(jù)主導(dǎo)地位。在充分滿足水分、土壤肥力和農(nóng)作物良種等條件的情況下, 水田和灌溉農(nóng)田的單產(chǎn)水平主要決定于自然因素, 即光溫生產(chǎn)潛力。

1.2 研究方法

本文利用 ArcGIS 軟件的 GIS 空間分析、格柵層面疊加交并、表格匯總和空間統(tǒng)計(jì)等功能計(jì)算生產(chǎn)潛力。采用摩爾魏德(Mollweide)的等面積地圖投影方法[21], 便于面積匯總。地面精度統(tǒng)一為 0.083°, 投影轉(zhuǎn)化后的格柵間距為 10205.485m, 投影中央經(jīng)線取東經(jīng) 10°, 邊緣經(jīng)線縱穿白令海峽、太平洋中部和南極洲羅斯灣, 切割陸地長度最短, 并且主要位于南極洲冰原, 有利于展示世界陸地要素分布。通過繪制泰森(Thiessen)多邊形[22], 計(jì)算高精度人口密度圖。根據(jù)高精度氣候潛力、光溫潛力和灌溉率分布以及各國經(jīng)濟(jì)系數(shù), 計(jì)算高精度的農(nóng)作物單產(chǎn)分布。將人口密度與農(nóng)作物單產(chǎn)格柵交并, 計(jì)算人均產(chǎn)量格柵。

將宜農(nóng)荒地、水資源、氣候潛力和光溫潛力格柵交并, 根據(jù)經(jīng)濟(jì)系數(shù), 計(jì)算宜農(nóng)荒地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力格柵。為生成宜農(nóng)荒地格柵, 本文合并使用兩組全球土地覆蓋分類系統(tǒng): FAO 的 GLC 數(shù)據(jù)和 ESA的 GlobCover 數(shù)據(jù)。FAO 于 2013 年發(fā)布 GLC 數(shù)據(jù)[23], 地面分辨率為 0.0083°, 土地覆蓋類型為人工地表、農(nóng)田、草地、森林、灌叢、草本濕地、紅樹林、稀疏植被、裸地、冰雪和水體 11 大類。通過與 2014年出版的中國土地利用圖[24]相比較, 發(fā)現(xiàn)其中農(nóng)田類的劃分準(zhǔn)確度較高, 但森林類的劃分過于籠統(tǒng), 不區(qū)分寒帶針葉林、熱帶雨林、溫帶闊葉林以及森林覆蓋率較高的稀樹草原。ESA 于 2010 年發(fā)布GlobCover 數(shù)據(jù)[25], 地面分辨率為 0.0028°, 較詳細(xì)地將土地覆蓋分為 23 類。將 GLC 農(nóng)田格柵與GlobCover 格柵交并后, 按照 GlobCover 分類系統(tǒng), 將宜農(nóng)荒地分 3 類: 1)已開發(fā)成含有農(nóng)田的地塊, 主要有農(nóng)田夾灌叢草地或灌叢草地夾農(nóng)田; 2)傳統(tǒng)的宜農(nóng)荒地, 包括疏落葉闊葉林、草地灌木林、林灌草地、密疏灌叢、密疏草地、稀疏灌草林地和裸地; 3)拓展宜農(nóng)荒地, 包括密落葉闊葉林、針闊葉混交林、淡漬密闊葉林和水漬密疏林灌草地。不屬于宜農(nóng)荒地的土地覆蓋類型是被保護(hù)或不適宜開墾的森林, 主要有常綠闊葉林、密常綠針葉林、疏落葉針葉林和咸漬密常綠闊葉林, 以及河湖水面、水庫、永久冰雪和城鄉(xiāng)建成區(qū)。

本文用宜農(nóng)荒地地面坡度來劃分農(nóng)業(yè)開發(fā)投入水平。根據(jù)面積自然斷點(diǎn)分類法, 定義地面精度為10km 的數(shù)字高程模型(digital elevation model, DEM)格柵層面的坡度(SL)≤1.9°為可開發(fā)宜農(nóng)荒地, 其中 0°≤SL≤0.3°為低投入可開發(fā)宜農(nóng)荒地, 0.3°< SL≤1.1°為中投入可開發(fā)宜農(nóng)荒地, 1.1°1.9°為不可開發(fā)的宜農(nóng)荒地。

1.3 計(jì)算步驟

1.3.1 高精度人均產(chǎn)量格柵數(shù)據(jù)計(jì)算步驟

1)根據(jù)鄉(xiāng)鎮(zhèn)級居民點(diǎn)人口分布, 生成泰森多邊形層面, 并計(jì)算泰森多邊形的面積。

2)根據(jù)泰森多邊形面積和居民點(diǎn)人口數(shù), 計(jì)算多邊形區(qū)域的人口密度, 并將人口密度層面轉(zhuǎn)換成像元大小為 10.205485 km 的格柵數(shù)據(jù)。

3)利用 GIS 空間分析模塊, 將灌溉格柵、氣候生產(chǎn)潛力格柵、光溫生產(chǎn)潛力格柵和分國經(jīng)濟(jì)系數(shù)格柵交并, 計(jì)算農(nóng)作物單產(chǎn)格柵。

4)通過交并人口密度格柵與農(nóng)作物單產(chǎn)格柵, 并進(jìn)行格柵表格計(jì)算, 生成人均產(chǎn)量格柵。

1.3.2 宜農(nóng)荒地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)潛力計(jì)算步驟

1)生成地面坡度格柵: 根據(jù) DEM 原始數(shù)據(jù), 在地理投影下, 通過重新取樣, 將地面精度降為0.083°, 然后轉(zhuǎn)換成精度為 10.205485km 的摩爾魏德投影, 并計(jì)算坡度。

2)生成宜農(nóng)荒地格柵: 將 GLC 農(nóng)田格柵與GlobCover 土地覆蓋格柵的投影和地面精度統(tǒng)一后進(jìn)行交并, 根據(jù)宜農(nóng)荒地分類, 重新生成宜農(nóng)荒地格柵。

3)計(jì)算覆膜滴灌生產(chǎn)潛力格柵: 通過交并地面徑流格柵[26]和灌溉需水量格柵[27], 計(jì)算覆膜滴灌墾殖率; 通過交并覆膜滴灌墾殖率格柵和光溫潛力格柵, 計(jì)算覆膜滴灌生產(chǎn)潛力, 根據(jù)由中國東北和內(nèi)蒙古地區(qū)雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)分布狀況得到的經(jīng)驗(yàn)值, 覆膜滴灌生產(chǎn)潛力的最低值取為 4800 kg/ha。

4)計(jì)算農(nóng)作物產(chǎn)量: 將坡度、宜農(nóng)荒地、國家和地區(qū)以及覆膜滴灌生產(chǎn)潛力 4 格柵層面交并, 逐個像元地計(jì)算生產(chǎn)潛力, 并根據(jù)全球平均經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

5)分類匯總: 用農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重計(jì)量, 利用宜農(nóng)荒地格刪的表格模塊, 計(jì)算分大區(qū)、分國家的宜農(nóng)荒地面積、覆膜滴灌技術(shù)下的農(nóng)作物生產(chǎn)潛力以及三大地面坡度區(qū)域的農(nóng)作物生產(chǎn)潛力。

1.4 數(shù)據(jù)來源

主要有 FAO-STAT 的分國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)[28]、FAO 的 GLC 的全球農(nóng)田分布格柵數(shù)據(jù)[23]、ESA 的GlobCover 全球土地覆蓋格柵數(shù)據(jù)[25]、美國哥倫比亞大學(xué)根據(jù)各國人口普查數(shù)據(jù)整理生成的 GPW-v4地理投影點(diǎn)數(shù)據(jù)[29](本研究中將空間精度統(tǒng)一到鄉(xiāng)鎮(zhèn)級行政區(qū))、FAO 的全球灌溉農(nóng)田格柵數(shù)據(jù)[30]、Worldclim 的全球多年平均降水量和年均氣溫格柵數(shù)據(jù)[31]以及 STRM-V4 的 DEM 坡度數(shù)據(jù)[32], 世界最新行政區(qū)劃圖來源于 NACIS (North American Car-tographic Information Society)提供的 Natural Earth數(shù)據(jù)[33]。

2 計(jì)算結(jié)果

2.1 人口密度分布

人口密度格柵計(jì)算結(jié)果[29,34]表明, 全球人口密度與產(chǎn)業(yè)形態(tài)高度吻合, 產(chǎn)業(yè)形態(tài)之間人口密度存在大致十倍遞增的規(guī)律。人口密度≤10 人/km2的地區(qū), 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動以狩獵采集為主, 如西伯利亞、澳大利亞內(nèi)陸、撒哈拉沙漠和亞馬遜熱帶雨林; 人口密度為 11~100 人/km2的地區(qū), 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動主要是畜牧和放牧, 如中國內(nèi)蒙古地區(qū)、中亞地區(qū)、非洲和南美洲許多地區(qū); 人口密度為 101~1000 人/ km2的地區(qū), 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)活動主要是農(nóng)作物種植, 如中國東南半部、南亞、印度尼西亞爪哇島、非洲的人口大國尼日利亞和埃塞俄比亞; 人口密度在為 1001~10000 人/km2的地區(qū)主要是城鎮(zhèn)化地區(qū), 分布于全球城市和城鎮(zhèn)地區(qū), 經(jīng)濟(jì)活動以第二產(chǎn)業(yè)為主; 人口密度>10000 人/km2的地區(qū)主要是大城市中央商務(wù)區(qū), 僅分布于全球大城市中心地帶, 經(jīng)濟(jì)活動以第三產(chǎn)業(yè)為主。其中, 狩獵采集業(yè)、畜牧業(yè)和農(nóng)作物種植業(yè)的相對人口密度符合 Lindeman[35]提出的生態(tài)系統(tǒng)十分之一定律。

2.2 農(nóng)作物單產(chǎn)水平

農(nóng)作物單產(chǎn)水平主要由氣候生產(chǎn)潛力決定, 各國受農(nóng)業(yè)灌溉和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平影響的程度有很大的差異。圖1顯示, 中國、埃及和孟加拉國農(nóng)田灌溉發(fā)達(dá), 印度尼西亞和馬來西亞氣候潛力較高, 農(nóng)作物單產(chǎn)水平均較高。加拿大、俄羅斯、東歐和北歐國家氣候寒冷, 農(nóng)田僅能一年一熟, 農(nóng)作物單產(chǎn)水平低。澳大利亞由于旱災(zāi)頻發(fā), 氣候生產(chǎn)潛力低, 水資源缺乏, 農(nóng)作物單產(chǎn)也較低。中美洲和非洲(不含埃及)氣候潛力高, 但農(nóng)作物單產(chǎn)低, 主要是由當(dāng)?shù)亟?jīng)濟(jì)作物和水果種植面積較大、經(jīng)濟(jì)作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)較低以及水果按干重計(jì)算等因素導(dǎo)致的。另外, 發(fā)展中國家農(nóng)業(yè)投入水平低, 農(nóng)業(yè)機(jī)械化程度低, 也是單產(chǎn)低的重要原因。

2.3 人均產(chǎn)量

人均產(chǎn)量由人口密度和農(nóng)作物單產(chǎn)共同決定。圖 2 顯示, 南亞和非洲人均產(chǎn)量最低, 其次是中國, 歐洲、中亞、西亞、東南亞和中美洲居中, 北美洲、南美洲、澳大利亞最高。一般規(guī)律是, 人口密度越高, 人均產(chǎn)量越低, 如中國的人均產(chǎn)量低于美國; 在人口密度相同的情況下, 農(nóng)作物單產(chǎn)越高, 人均產(chǎn)量越高, 如中國高于印度; 在單產(chǎn)水平相當(dāng)?shù)那闆r下, 人口密度越高, 人均產(chǎn)量越低, 如東歐人均產(chǎn)量低, 而加拿大、俄羅斯和北歐人均產(chǎn)量高。圖2與營養(yǎng)不良人口分布圖[1]和全球饑餓指數(shù)地圖[2]高度吻合。根據(jù)諾特斯坦人口發(fā)展階段論[36]和馬爾薩斯陷阱理論[37]判斷, 目前世界上高收入和高城鎮(zhèn)化率的發(fā)達(dá)國家(如歐美國家、澳大利亞、日本和韓國)已經(jīng)成功地繞過馬爾薩斯陷阱, 但只有部分發(fā)展中國家(如中國和巴西)繞過馬爾薩斯陷阱。比較中國與印度的糧食生產(chǎn)和城鎮(zhèn)化發(fā)展?fàn)顩r可知, 印度人均產(chǎn)量干重約為 400kg/人, 城鎮(zhèn)化率為 32.0%, 人均 GDP 為 2165 美元, 人口發(fā)展處于高生育率、低死亡率和高增長率階段, 正陷入馬爾薩斯陷阱; 中國人均產(chǎn)量干重約為 700kg/人, 城鎮(zhèn)化率為 58.5%, 人均 GDP 為 10121 美元, 人口發(fā)展進(jìn)入低生育率、低死亡率和低增長率階段, 已經(jīng)突破馬爾薩斯陷阱。與印度類似的國家主要有南亞諸國、西亞的戰(zhàn)亂國家(阿富汗、伊拉克和敘利亞)以及多數(shù)非洲國家(南非除外), 與中國類似的國家主要有俄羅斯、南非、朝鮮、蒙古、西亞多數(shù)石油國家以及中亞、南美洲、中美洲、加勒比海和東歐國家。

圖1 按國別經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算得出的全球農(nóng)作物單位面積經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重分布

圖2 按國別經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算得出的全球人均農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重分布

圖3 按全球平均經(jīng)濟(jì)系數(shù)計(jì)算得到的全球宜農(nóng)荒地覆膜滴灌生產(chǎn)潛力分布

圖4 全球宜農(nóng)荒地地面坡度

2.4 宜農(nóng)荒地開發(fā)潛力

根據(jù)聯(lián)合國糧農(nóng)組織的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 2016 年全球168 國農(nóng)作物產(chǎn)量折合干重為 51.09 億 t, 根據(jù)邁阿密模型、FAO-GLC 耕地農(nóng)田分布圖[23]和 FAO 灌溉分布圖[30], 參照我國東北平原的土地墾殖率, 按圖斑墾殖率為 0.8 折算農(nóng)田面積, 基于 GIS 計(jì)算得出的全球當(dāng)前農(nóng)田干物質(zhì)總產(chǎn)量 216.08 億 t, 得出全球平均農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)系數(shù)為 0.2364, 用于統(tǒng)一口徑地計(jì)算宜農(nóng)荒地經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量。

在計(jì)算宜農(nóng)荒地干物質(zhì)產(chǎn)量時, 可開墾面積也按照墾殖率為 0.8 來計(jì)算, 得到宜農(nóng)荒地圖斑面積為 23.791 億 ha, 全球可開墾耕地總面積為 19.033 億ha。從表 1 可以看出, 可開墾耕地主要分布于非洲、亞洲北部、南美洲、大洋洲和中北美洲。按照覆膜滴灌利用本地徑流墾荒, 農(nóng)作物熟制為 8000kg/ha, 可保障一熟計(jì)算, 干旱區(qū)和寒冷區(qū)最低單熟制單產(chǎn)取 4800kg/ha, 得到全球覆膜滴灌墾荒的農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重為 60.386 億 t, 其中非洲(23.145億 t)和南美洲(12.955 億 t)最多, 其次為亞洲北部(6.303 億 t)和中北美洲(6.124 億 t), 大洋洲和亞洲南部的宜農(nóng)荒地農(nóng)作物產(chǎn)量在 4 億~5 億 t 之間, 歐洲最低(<3 億 t)。圖 3 顯示, 全球各地水熱條件各異, 在多熟制情況下, 宜農(nóng)荒地農(nóng)作物單產(chǎn)最高為亞洲南部的 4975kg/ha, 最低為亞洲北部的 1888kg/ha, 從高到低依次為亞洲南部、南美洲、非洲、中北美洲、歐洲、大洋洲和亞洲北部。其中, 亞洲南部和南美洲為單產(chǎn)高值區(qū), 主要是由于宜農(nóng)荒地位于熱帶地區(qū), 水熱條件匹配較好; 亞洲北部為低值區(qū), 主要是由于宜農(nóng)荒地位于溫帶和寒溫帶, 受熱量條件限制, 農(nóng)作物僅能一年一熟; 大洋洲宜農(nóng)荒地主要分布于澳大利亞, 受水分條件的限制, 農(nóng)作物單產(chǎn)也較低。

從表 2 可以發(fā)現(xiàn), 全球宜農(nóng)荒地開發(fā)潛力最大的國家是巴西(7.405 億t)、澳大利亞(4.875 億 t)、剛果(金)(4.432 億 t)、美國(4.186 億 t)、俄羅斯(3.794億 t)和安哥拉(2.605 億 t), 印度尼西亞、中非、贊比亞、加拿大、中國、委內(nèi)瑞拉、莫桑比克、阿根廷、哥倫比亞和坦桑尼亞在 1 億~2 億 t 之間, 南蘇丹、哈薩克斯坦、南非、尼日利亞、剛果(布)和玻利維亞在 0.6億~0.9 億 t 之間。上述 22 個國家的宜農(nóng)荒地農(nóng)作物產(chǎn)量合計(jì) 45.64 億 t, 占全球的 75%。排前 50 位的國家宜農(nóng)荒地農(nóng)作物產(chǎn)量均在 0.2 億 t以上, 合計(jì) 55.96 億 t, 占全球的 92%。中國的宜農(nóng)荒地農(nóng)作物生產(chǎn)潛力為 1.394 億 t, 主要分布于大興安嶺西麓、東麓和鄂爾多斯高原, 受干旱和低溫雙重限制, 農(nóng)作物單產(chǎn)較低; 南方丘陵有零星分布的高產(chǎn)宜農(nóng)荒地, 但規(guī)模小, 地面坡度大, 不適宜機(jī)械化耕作, 開發(fā)難度較大。

表1 全球七大區(qū)宜農(nóng)荒地開發(fā)潛力

表2 全球50個國家宜農(nóng)荒地開發(fā)潛力

據(jù)計(jì)算, 全球現(xiàn)有耕地覆膜滴灌可增產(chǎn) 11.72 億 t, 跨流域調(diào)水覆膜滴灌墾荒可增產(chǎn) 36.18 億 t[38]。本文計(jì)算得出覆膜滴灌全面開發(fā)宜農(nóng)荒地可增產(chǎn)60.386 億 t (為避免重復(fù)計(jì)算, 未包含跨流域調(diào)水墾荒區(qū)的增產(chǎn)潛力), 農(nóng)田覆膜滴灌、開墾宜農(nóng)荒地和調(diào)水墾荒三項(xiàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)合計(jì)增產(chǎn)總潛力為108.28 億 t。2017 年全球農(nóng)作物產(chǎn)量干重為 51.86 億t, 合計(jì)增產(chǎn)總潛力約為當(dāng)年產(chǎn)量的 2.09 倍。由于農(nóng)田覆膜滴灌、開墾宜農(nóng)荒地和調(diào)水墾荒的難度系數(shù)遞增, 按照農(nóng)業(yè)開發(fā)先易后難的原則, 推廣覆膜滴灌技術(shù)是當(dāng)前農(nóng)作物增產(chǎn)的主要途徑; 開墾宜農(nóng)荒地的增產(chǎn)潛力最大, 工程技術(shù)難度隨地面坡度增加而增大, 受各國環(huán)境保護(hù)政策的限制, 不宜全面展開, 但低坡度的平坦地區(qū)可優(yōu)先開發(fā); 調(diào)水墾荒的成本隨規(guī)模增大而提高, 工程技術(shù)難度也因地形和地貌不同而各異, 但增產(chǎn)效果最明顯, 可以根據(jù)工程實(shí)施條件和技術(shù)經(jīng)濟(jì)效益的高低逐步開展。中小規(guī)模調(diào)水工程可優(yōu)先建設(shè), 其次是建設(shè)效益高的大規(guī)模調(diào)水項(xiàng)目, 超大規(guī)模的調(diào)水項(xiàng)目可通過調(diào)整規(guī)劃, 適當(dāng)?shù)乜s小規(guī)模, 分步驟建設(shè)。

3 承載力情景分析

按照三次產(chǎn)業(yè)演化和三次產(chǎn)業(yè)土地生產(chǎn)率遞減的經(jīng)濟(jì)規(guī)律, 經(jīng)濟(jì)發(fā)展起源于大中城市中心區(qū)的消費(fèi)增長和第三產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張, 首先帶動外圍的第二產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張, 導(dǎo)致食物消費(fèi)增長, 進(jìn)而帶動第一產(chǎn)業(yè)擴(kuò)張, 第一產(chǎn)業(yè)內(nèi)部又存在農(nóng)業(yè)、放牧畜牧業(yè)和狩獵采集業(yè)土地生產(chǎn)率遞減, 相繼擴(kuò)張的現(xiàn)象。消費(fèi)增長和第三產(chǎn)業(yè)發(fā)展猶如從大城市掀起的波浪向邊遠(yuǎn)地區(qū)擴(kuò)散, 帶動全球經(jīng)濟(jì)增長、城鎮(zhèn)擴(kuò)張和農(nóng)業(yè)發(fā)展。下面將根據(jù)歷史趨勢, 對高、中、低投入和消費(fèi)共9 種投入-消費(fèi)組合情景進(jìn)行預(yù)測, 分析各種情景出現(xiàn)的條件, 并判斷情景發(fā)生的可能性。

1961—2017 年的 56 年間, 世界農(nóng)作物總產(chǎn)量干重從 14.52 億 t 增至 51.86 億 t, 年均增幅為 2.27%; 人口從 30.9 億增至 75.5 億, 年均增幅為 1.60%, 對農(nóng)產(chǎn)品需求增長的貢獻(xiàn)為 70.2%; 人均產(chǎn)量從 470.0kg/人增至 686.9kg/人, 年均增幅為 0.68%, 對農(nóng)產(chǎn)品需求增長的貢獻(xiàn)為 29.8%。這組歷史數(shù)據(jù)是本文預(yù)測未來全球農(nóng)產(chǎn)品需求的重要依據(jù)。

根據(jù)格柵數(shù)據(jù)計(jì)算和匯總結(jié)果, 開墾 SL≤1.9°的宜農(nóng)荒地, 農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重可增加 60.39 億 t, 其中開墾 0°≤SL≤0.3°, 0.3°

參照 Goode 世界地圖集[39], 全球宜農(nóng)荒地集中連片的低坡度和平坦的 25 個地區(qū)分布情況(圖 4)如下: 非洲有 5 個地區(qū)(南蘇丹尼羅河上游盆地、撒哈拉沙漠南緣、索馬里巴納迪爾平原、博茨瓦納卡拉哈迪盆地和莫桑比克沿海平原), 南美洲有 3 個地區(qū)(阿根廷拉普拉塔平原、委內(nèi)瑞拉奧里諾克平原和巴西中部阿拉圭(Araguaia)河谷地的坎波斯(Campos)熱帶草原), 北美洲有 3 個地區(qū)(美國東南部沿海平原、北美大平原尚未開墾的局部地區(qū)和加拿大尚未開墾的中部和東南部平原), 澳大利亞有兩個地區(qū)(北部卡奔塔利亞灣平原和東部達(dá)令河平原), 俄羅斯和中亞有 3 個地區(qū)(西西伯利亞平原南部、里海北部沿岸平原和天山帕米爾高原西麓平原), 東北亞有 4 個地區(qū)(大興安嶺西麓平原、大興安嶺南麓平原、鄂爾多斯高原和黑龍江-阿穆爾河中下游平原), 東南亞有 4 個地區(qū)(柬埔寨東部平原、加里曼丹島、蘇門答臘島和新幾內(nèi)亞島沿海平原), 歐洲有一個地區(qū)(東歐平原北部)。這些地區(qū)可作為宜農(nóng)荒地優(yōu)先開發(fā)區(qū)。

按投入水平計(jì)算宜農(nóng)荒地生產(chǎn)潛力: 假設(shè)高投入水平下耕地覆膜滴灌達(dá)到 100%, 調(diào)水墾荒達(dá)到100%, 10 km 地面精度下 SL≤1.9°的宜農(nóng)荒地全部得到開發(fā), 2200 年農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重達(dá)到 160.1 億 t; 中投入水平下耕地覆膜滴灌達(dá)到 75%, 調(diào)水墾荒達(dá)到 75%, SL≤1.1°的宜農(nóng)荒地得到開發(fā), 2200 年農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重達(dá)到 134.6 億 t; 低投入水平下耕地覆膜滴灌達(dá)到 50%, 調(diào)水墾荒達(dá)到 50%, SL≤0.3°的宜農(nóng)荒地得到開發(fā), 2200 年農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量干重達(dá)到 94.7 億 t。

對不同消費(fèi)水平的界定: 假設(shè)低消費(fèi)水平為維持 2017 年人均消費(fèi)農(nóng)作物干重 686.9kg 不變; 中消費(fèi)水平以中投入下 2200 年產(chǎn)量達(dá)到 134.56 億 t 和年均增長 0.521%為消費(fèi)目標(biāo), 按人均消費(fèi)水平增長對食物消費(fèi)的貢獻(xiàn)比例為 29.8%計(jì)算, 人均消費(fèi)年均增長率為 0.155%, 2200 年人均消費(fèi)農(nóng)作物干重912.6kg; 若在高投入條件下計(jì)算中消費(fèi)水平, 以2200 年產(chǎn)量達(dá)到 160.15 億 t 和年均增長 0.616%為消費(fèi)目標(biāo), 按照人均消費(fèi)貢獻(xiàn)率為 29.8%, 年均增長率為 0.184%計(jì)算, 2200 年人均消費(fèi)農(nóng)作物干重為961.1kg, 比低消費(fèi)方案增加 274.2kg, 高消費(fèi)水平則定義為在此高投入中消費(fèi)基礎(chǔ)上再增加 274.2kg, 達(dá)到 1235.3 kg (表 4)。

表3 分大洲分坡度段的宜農(nóng)荒地面積

根據(jù)投入的 3 種情景和消費(fèi)的 3 種情景, 可組合為 2200 年的 9 種人口承載力結(jié)果, 承載力最高為高投入低消費(fèi)情景, 承載 233.1 億人口; 最低為低投入高消費(fèi)情景, 承載 76.7 億人口。根據(jù)一般的經(jīng)濟(jì)規(guī)律, 全球經(jīng)濟(jì)增長刺激食物消費(fèi)增加, 從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)投入增長, 促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展, 滿足全球的農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)需求; 農(nóng)業(yè)資源貧乏的國家可以通過國際貿(mào)易, 從農(nóng)業(yè)資源豐富的國家獲得農(nóng)產(chǎn)品, 彌補(bǔ)農(nóng)產(chǎn)品的短缺, 促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品消費(fèi)增長。在經(jīng)濟(jì)發(fā)展刺激食物消費(fèi), 食物消費(fèi)驅(qū)動農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)規(guī)律驅(qū)動下, 3 種低消費(fèi)情景和高消費(fèi)低投入情景出現(xiàn)的可能性最小, 其余 5 種情景的人口承載力從大到小依次為: 高投入中消費(fèi)情景, 承載 175.5 億人口; 中投入中消費(fèi)情景, 承載 147.5 億人口; 高投入高消費(fèi)情景, 承載 129.6 億人口; 中投入高消費(fèi)情景, 承載 108.9 億人口; 低投入中消費(fèi)情景, 承載103.8 億人口(表 5)。

本文認(rèn)為, 在農(nóng)業(yè)資源開發(fā)投入適度、兼顧環(huán)境保護(hù)和全球生態(tài)平衡以及適度地保留超遠(yuǎn)期發(fā)展空間的農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展原則下, 中投入中消費(fèi)方案對自然資源的開發(fā)較為適度, 人口承載力高, 全球經(jīng)濟(jì)增長速度適中, 是最符合實(shí)際和可能性最大的方案; 中投入高消費(fèi)方案對自然資源的開發(fā)也適度, 全球經(jīng)濟(jì)增長速度較快, 可以保障人類生活富裕, 是最佳方案和人類發(fā)展的最終目標(biāo); 高投入高消費(fèi)和高投入中消費(fèi)方案均過度開發(fā)地球資源, 對環(huán)境的破壞較嚴(yán)重, 可持續(xù)性差; 低投入中消費(fèi)方案過分注重環(huán)境保護(hù), 人口承載力低, 全球經(jīng)濟(jì)增長速度較慢, 可能性相對較小。

表4 未來不同投入水平下農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量和人均消費(fèi)水平

表5 5種可能的投入消費(fèi)組合下全球人口承載力

僅從投入角度來分析, 由于在農(nóng)業(yè)資源開發(fā)中, 推廣覆膜滴灌、建設(shè)跨流域調(diào)水工程和全面開墾宜農(nóng)荒地均需要大量投資, 中投入方案可能性最大, 也最可行。根據(jù)中投入中消費(fèi)方案, 全球農(nóng)作物經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量在 2017 年 51.86 億 t 的基礎(chǔ)上平均每年增長0.521%, 2200 年達(dá)到 134.6 億 t。按照增長貢獻(xiàn)率為29.8%不變計(jì)算, 人均農(nóng)作物消費(fèi)量(產(chǎn)量)年均增長0.155%, 2200年達(dá)到 913kg/人, 則地球可承載人口總量為 147.5 億。中投入中消費(fèi)方案與 FAO 預(yù)測的人口數(shù)最相符, 2050 年和 2100 年人口承載力分別為98.0 億和 121.1 億人, 分別是 FAO 預(yù)測人口值的100.25%和 108.16%, 顯示中投入中消費(fèi)情境下地球承載力將不斷提升, 人類的食物保障能力將不斷增強(qiáng)。高消費(fèi)是收入進(jìn)一步提高的結(jié)果, 需要通過中消費(fèi)階段過渡, 若 2100 年全球開始從中投入中消費(fèi)向中投入高消費(fèi)轉(zhuǎn)變, 世界總?cè)丝跀?shù)量開始下降, 地球最大人口承載力或許僅為 121.1 億人; 到 2200年實(shí)現(xiàn)中投入高消費(fèi), 人口承載力降至 108.9 億人, 達(dá)到穩(wěn)定的可持續(xù)狀態(tài), 十分接近 FAO 預(yù)測的 2100年全球人口數(shù) 112.0 億, 達(dá)到預(yù)測值的96.4%。

4 結(jié)論與對策建議

本研究主要結(jié)論如下。

1)人口密度分布與經(jīng)濟(jì)活動存在耦合關(guān)系, 從漁獵業(yè)、放牧畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè), 到城鎮(zhèn)化區(qū)的第二、三產(chǎn)業(yè), 人口密度大致存在十倍遞增法則, 大城市擴(kuò)張和食物消費(fèi)的增長帶來城鎮(zhèn)建成區(qū)擴(kuò)張, 城郊耕地流失, 驅(qū)動農(nóng)業(yè)區(qū)向放牧畜牧業(yè)區(qū)擴(kuò)張, 放牧畜牧業(yè)區(qū)向狩獵采集業(yè)區(qū)擴(kuò)張, 從而導(dǎo)致全球資源開發(fā)程度普遍提高。

2)農(nóng)耕區(qū)人均產(chǎn)量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展和城鎮(zhèn)化水平密切相關(guān), 發(fā)達(dá)國家即使耕地資源缺乏, 農(nóng)村地區(qū)人均產(chǎn)量也普遍較高, 如日本的北海道。城鎮(zhèn)化率低造成發(fā)展中國家農(nóng)村地區(qū)人均產(chǎn)量低, 陷入馬爾薩斯陷阱, 如大部分非洲國家和印度。

3)世界宜農(nóng)荒地開發(fā)潛力最大的地區(qū)是非洲、南美洲和亞洲北部, 較容易開發(fā)的地區(qū)是南美洲、大洋洲, 最難開發(fā)的地區(qū)是非洲和亞洲南部。25 個宜農(nóng)荒地集中連片的平坦地區(qū)分布于非洲、南美洲、北美洲和澳洲, 中國有 4 處, 集中于東北和內(nèi)蒙古中東部地區(qū)。

4)在中投入中消費(fèi)情景下, 2100 年全球農(nóng)業(yè)資源人口承載力為 121.1 億人, 約為目前全球總?cè)丝?75.5億)的 1.60 倍?？紤]到經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來的消費(fèi)增長, 人類食物消費(fèi)由中消費(fèi)向高消費(fèi)發(fā)展, 2200 年地球人口承載力為 108.9 億人, 約為目前全球總?cè)丝诘?1.44 倍。

根據(jù)上述結(jié)論, 本文提出以下保障我國和發(fā)展中國家食物安全的對策建議。

1)中國和發(fā)展中國家未來的經(jīng)濟(jì)發(fā)展將進(jìn)一步促進(jìn)全球農(nóng)產(chǎn)品貿(mào)易和農(nóng)業(yè)資源開發(fā), 南亞 3 個人口大國的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)資源豐富的非洲國家的農(nóng)業(yè)開發(fā)或?qū)⒊蔀槲磥砣蜿P(guān)注的焦點(diǎn)。增加農(nóng)業(yè)投入, 高效地利用農(nóng)業(yè)資源, 發(fā)展農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易, 是未來保障食物安全的基本策略。這些地區(qū)應(yīng)大力發(fā)展內(nèi)河航運(yùn)和鐵路運(yùn)輸, 促進(jìn)農(nóng)產(chǎn)品國內(nèi)和國際貿(mào)易。

2)通過發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提升食物安全水平的路徑有兩條: 提高單位耕地面積產(chǎn)量和擴(kuò)大耕地面積。前者包括適當(dāng)?shù)卣{(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu), 發(fā)展測土施肥和水肥一體化的高效節(jié)水灌溉, 培育推廣優(yōu)良農(nóng)作物品種, 提高農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平和農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)效率; 后者包括兼顧環(huán)境保護(hù), 合理開發(fā)土地資源和水資源, 與高效節(jié)水灌溉技術(shù)相結(jié)合, 開墾宜農(nóng)荒地, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。

3)發(fā)達(dá)國家解決糧食安全問題的經(jīng)驗(yàn)值得中國和發(fā)展中國家借鑒, 即通過發(fā)展經(jīng)濟(jì)和加速城鎮(zhèn)化進(jìn)程來提高收入水平, 實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)規(guī)?；?jīng)營。這是各國解決糧食安全問題的必由之路。收入水平提高后, 可以通過農(nóng)產(chǎn)品國際貿(mào)易解決國內(nèi)生產(chǎn)不足的問題; 通過提高城鎮(zhèn)化率, 擴(kuò)大農(nóng)業(yè)經(jīng)營規(guī)模, 從而增加規(guī)模效益, 提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率和農(nóng)民收入, 縮小城鄉(xiāng)居民收入差別。

4)糧食作物的經(jīng)濟(jì)系數(shù)一般高于經(jīng)濟(jì)作物, 發(fā)展中國家經(jīng)濟(jì)作物占比較大, 是歷史上國際社會農(nóng)業(yè)大分工的結(jié)果, 有利于提高農(nóng)民收入水平。發(fā)展中國家的農(nóng)業(yè)發(fā)展方向應(yīng)是適度開發(fā)豐富的農(nóng)業(yè)資源, 增加糧食作物面積, 大力推廣現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù), 逐步提高農(nóng)作物單產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)系數(shù)。

5)作為人均農(nóng)業(yè)資源貧乏而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)發(fā)達(dá)的人口大國, 中國應(yīng)加強(qiáng)與農(nóng)業(yè)資源豐富的發(fā)展中國家(如南美洲、亞洲北部、東南亞和非洲國家)的農(nóng)業(yè)技術(shù)合作, 通過國際農(nóng)業(yè)投資, 建設(shè)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施, 提高當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)水平, 開發(fā)利用當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)資源, 以期減少全球饑餓人口, 保障發(fā)展中國家的食物安全。

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Global Agricultural Development Potential and Population Carrying Capacity Analysis Based on GIS

LIANG Shumin1,?, LIU Lan2, CUI Qifeng1, ZHU Lizhi1

1. Institute of Agricultural Economics and Development, Chinese Academy of Agricultural Sciences, Beijing 100081;2. Institute of Population Research, Peking University, Beijing 100871; ? E-mail: liangshumin@caas.cn

Based on Miami model of natural ecosystem productivity, a high-precision per capita crop yield distribution map is drawn, global agricultural development potential is calculated on the condition of high-efficiently use of water resources, and scenario analysis method is applied to predict the future population supporting capacity of the earth. The potential yield of crops in the world’s wasteland suitable for agriculture is 6039 million tons of dry material of economic yield. If it is added up with the current crop yield and yield increase potential of existing cultivated land, and crop production potential of reclaiming wasteland by water diversion across river basins, the maximum sustainable output capacity of crops in the world is 16015million tons, which is 3.09 times of the current global crop production. In the case of medium input and medium consumption, the global can support 12.11 billion populations in 2100, which is 1.60 times of the current global total population. The paper concludes that, in order to ensure food security, China’s future agricultural development should be concentrated on increasing agricultural input, promoting advanced agricultural production technology, and efficiently exploring and utilizing water resources and arable land resources.More over international agricultural cooperation and exchanges should be strengthened, and the spread of advanced agricultural production technologies in developing countries should be accelerated.

global reclaimable wasteland; agricultural development potential; population carrying capacity;Miami model; natural ecosystem productivity; wasteland resources suitable for agriculture; GIS (geographic information system)

10.13209/j.0479-8023.2021.004

中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院聯(lián)合攻關(guān)重大科研任務(wù)(CAAS-ZDRW202012)、中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院科技創(chuàng)新工程(ASTIP-IAED-2020-01)和中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院所級基本業(yè)務(wù)費(fèi)(161005201901-3-5, 161005202001-1-5)資助

2020–03–04;

2020–07–22