基于糧食安全的延安市耕地面積分析

摘要 耕地資源是保障糧食安全的基礎(chǔ)。以延安市為研究區(qū)，在分析2010—2019年延安市全市耕地、人口、糧食生產(chǎn)變化的基礎(chǔ)上，通過耕地需求量模型與GM（1，1）灰色模型對2025、2030年的耕地需求量和面積進(jìn)行預(yù)測，以量化耕地面積能否實(shí)現(xiàn)糧食安全目標(biāo)。

關(guān)鍵詞 糧食安全；GM（1，1）灰色模型；耕地面積

中圖分類號(hào) F301.21? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A? 文章編號(hào) 0517-6611（2023）13-0267-03

doi：10.3969/j.issn.0517-6611.2023.13.059

Analysis of the Amount of Cultivated Land in Yanan Based on Food Security

FU Xuan

（School of Land Engineering， Changan University， Xian， Shaanxi 710061）

Abstract Cultivated? land resources are the basis for ensuring food security. This paper takes Yanan City as the study area， and on the basis of analysing the changes in cultivated? land， population and food production in the city from 2010 to 2019， the cultivated land demand and area in 2025 and 2030 are forecasted by the cultivated land demand model and GM（1，1） grey model to quantify whether the cultivated land area can achieve the food security target.

Key words Food security;GM（1，1） grey model;Cultivated land area

作者簡介 伏璇（1999—），女，甘肅秦安人，碩士研究生，研究方向：土地工程。

收稿日期 2022-10-14

糧食安全問題是國之大事，是一個(gè)地區(qū)發(fā)展的首要難題，事關(guān)社會(huì)穩(wěn)定和民生幸福［1］。土地的數(shù)量，特別是耕地的數(shù)量，直接影響糧食安全，進(jìn)而作用于區(qū)域發(fā)展［2］。近年來，相關(guān)學(xué)者圍繞耕地保有量［3］、耕地需求量［4］、土地整治［5］等與糧食安全的關(guān)系，開展了深入研究。更有研究人員從宏觀、中觀和微觀3個(gè)層面研究了糧食安全、耕地保護(hù)和土地整治之間的關(guān)系。上述分析結(jié)果的產(chǎn)出奠定了糧食安全與耕地面積研究根基，為進(jìn)一步保護(hù)區(qū)域的糧食安全和進(jìn)行土地整治創(chuàng)造了條件。

由于城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程的加快，延安市持續(xù)推進(jìn)退耕還林還草工程導(dǎo)致耕地面積日益下降［6］，耕地保護(hù)需求日益強(qiáng)烈，糧食安全問題逐漸顯露。因此，筆者以延安市為研究區(qū)，以維系糧食安全為目標(biāo)，通過研究區(qū)2010—2019年的耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧食單產(chǎn)、糧作比和糧食自給率［7］等數(shù)據(jù)資料，利用耕地需求量預(yù)測模型模擬2025和2030年基于糧食安全的耕地需求量，再使用GM（1，1）灰色模型預(yù)測兩年間耕地面積，進(jìn)而分析延安市耕地面積是否能滿足糧食安全需求，并且提出相應(yīng)對策，以期對延安市的糧食安全保障提供依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 延安市地理位置

延安市位于陜西省北部，鄂爾多斯盆地腹地，屬黃河中游地區(qū)，地處107°39′～110°33′E、35°20′～37°30′N。東西寬256 km，南北長236 km，土地總面積37 030.85 km2，占陜西省總面積的18.01%［8］。北連榆林，南接關(guān)中咸陽、銅川、渭南3市，東隔黃河與山西臨汾、呂梁相望，西鄰甘肅慶陽，距陜西省省會(huì)西安市371 km。地勢西北高、東南低，平均海拔1 200 m，延安市地理位置見圖1。

1.2 延安市耕地現(xiàn)狀

2019年延安市耕地總面積264 400 hm2，占土地總面積的7.14%，包含水田467 hm2，水澆地4 460 hm2，旱地259 469 hm2，分別占耕地總面積的0.18%、1.69%和98.13%。延安市耕地質(zhì)量整體偏低，農(nóng)業(yè)對農(nóng)藥、化肥和地膜的依賴性較大，可能造成土壤板結(jié)、耕地污染等問題導(dǎo)致耕地質(zhì)量下降，影響糧食安全。并且延安市各類建設(shè)用地總量大幅增長，占用大量耕地，人地矛盾越發(fā)凸顯，但可供開發(fā)的耕地后備資源數(shù)量較?。?］。

2 研究方法和數(shù)據(jù)來源

2.1 研究方法

2.1.1 基于糧食安全的耕地需求量模型。

從糧食安全的角度出發(fā)，構(gòu)建基于糧食安全的耕地量需求量模型［10］。公式如下：

S=α×GR×RE×M×U（1）

式中，S表示確保糧食安全的最低耕地需求量；α為區(qū)域糧食自給率；GR為人均糧食需求量；E為耕地復(fù)種指數(shù)；M為糧食作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例；U為單位面積糧食作物產(chǎn)量；R為區(qū)域總?cè)丝凇?/p>

2.1.2 GM（1，1）灰色模型。

由于農(nóng)業(yè)人口減少、生態(tài)退耕還林還草以及海平面下降等因素，耕地面積是不確定的，也就是灰色的，所以可認(rèn)為耕地面積是一個(gè)灰色系統(tǒng)。GM（1，1）灰色模型具有需求樣本量小且分布不規(guī)則、灰色預(yù)測精度高、計(jì)算量低等優(yōu)點(diǎn)［11］。

（1）級比區(qū)間檢驗(yàn)。

P（k）=x（k-1）xk，（k≥2）若P（k）（0.834，1.199），說明序列x（k）是平滑的，能夠做灰色預(yù)測。

（2）級比界區(qū)檢驗(yàn)。

若Pk（e-2n+1，e2n+1），說明級比區(qū)在界區(qū)以內(nèi)，能夠得到較高的精確度灰色模型。

（3）累加生成序列。構(gòu)建原始數(shù)列：

x（0）={x（0）（1），x（0）（2），…，x（0）（n）}

對原始系列數(shù)據(jù)進(jìn)行一次處理，得到一個(gè)累積的生成序列：

x（1）={x（1）（1），x（1）（2），…，x（1）（n）}

（4）建立GM（1，1）灰色模型。

建立的模型的結(jié)構(gòu)為dx（1）dt=ax（1）=u

記=au

按最小二乘法求解，求=（BTB）-1BTyN，

B=

-12［x（1）1（1），x（1）1（2）］1

-12［x（1）1（2），x（1）1（3）］1

-12［x（1）1（n-1），x（1）1（n）］1

GM（1，1）模型的時(shí)間函數(shù)為

（1）（k+1）=x（0）（1）-uae-ak+ua

（2）

（5）精度檢驗(yàn)。

C=F1F2

P=|ε（0）（（k）-（0）|<0.674 5F2

式中，F(xiàn)1為殘差標(biāo)準(zhǔn)差；F2為數(shù)列標(biāo)準(zhǔn)差。

2.2 數(shù)據(jù)來源

為保證研究成果的合理性、準(zhǔn)確性和科學(xué)性，國土調(diào)查數(shù)據(jù)主要來自《延安統(tǒng)計(jì)年鑒》，空間數(shù)據(jù)來源于地理空間數(shù)據(jù)云、中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心。

3 結(jié)果與分析

3.1 基于糧食安全的耕地需求量預(yù)測

3.1.1 人均糧食占有量。

結(jié)合2010—2019年延安市常住人口及糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)，10年間人均糧食占有量均少于400 kg，延安市人均營養(yǎng)攝取水平還處于比較低的水平，為保障人民的生活水平，考慮延安市經(jīng)濟(jì)的長遠(yuǎn)發(fā)展，結(jié)合中國工程院院士、中國農(nóng)業(yè)專家咨詢團(tuán)主任、國家食物與營養(yǎng)咨詢委員會(huì)主任盧良?。?2］提出的小康社會(huì)糧食安全的目標(biāo)體系：在2020年實(shí)現(xiàn)全面小康社會(huì)時(shí)，人均糧食占有量437 kg，向富裕階段過渡時(shí)期（2030年）人均糧食占有量472 kg。取437、460 kg作為延安市2025、2030年底的人均糧食占有量。

3.1.2 總?cè)丝凇?/p>

使用人口增長率預(yù)測模型預(yù)測總?cè)丝跀?shù)：

R=R0（1+Z）c+ΔR

式中，R表示規(guī)劃期總?cè)丝冢籖0表示規(guī)劃基期總?cè)丝?。ΔR表示規(guī)劃期間人口機(jī)械增長率；c表示規(guī)劃年期；Z表示規(guī)劃期間人口自然增長率。根據(jù)近些年來延安市人口增長率的變化情況，按照人口增長模型確定人口自然增長率為4.3‰來預(yù)測2030年人口數(shù)，則：

R2025=225.57（1+0.004 3）6=231.45（萬人）

R2030=225.57（1+0.004 3）11=236.47（萬人）

3.1.3 糧食單產(chǎn)。

糧食單產(chǎn)實(shí)際是糧食單位產(chǎn)出量，即當(dāng)年每公頃的耕地的平均糧食產(chǎn)量與糧食作物實(shí)際占用耕地面積之比［13］。分析《延安統(tǒng)計(jì)年鑒》，發(fā)現(xiàn)2010—2019年延安市糧食單產(chǎn)總體呈上升趨勢。采取GM（1，1）灰色模型預(yù)計(jì)延安市2030年耕地糧食單產(chǎn)。利用模型預(yù)計(jì)2025年糧食單產(chǎn)為5 831.37 kg/hm2，2030年糧食單產(chǎn)為7 050.93 kg/hm2。

3.1.4 復(fù)種指數(shù)。

復(fù)種指數(shù)反映了耕地的利用強(qiáng)度。通過對近十多年來延安市復(fù)種指數(shù)變動(dòng)的剖析，2010—2017年后延安市復(fù)種指數(shù)在1.0上下起伏，2018和2019年降低至0.7。延安市復(fù)種類別屬于一年一熟，復(fù)種指數(shù)不高，但由于部分地點(diǎn)施行“間播輪作”等耕作制度，會(huì)有復(fù)種指數(shù)大于100%的情況出現(xiàn)。綜合近幾年的情況，預(yù)計(jì)延安市2025、2030年復(fù)種指數(shù)為70%。

3.1.5 糧作比。

糧食作物比例是指糧食作物播種面積占農(nóng)作物總播種面積的比例，反映了糧食作物播種面積占農(nóng)業(yè)總面積的占比［14］。通過2010—2019年延安市糧作比數(shù)據(jù)，代入GM（1，1）灰色模型預(yù)計(jì)延安市2025年糧作比為77.13%，2030年糧作比為75.34%。

3.1.6 耕地需求量。

整合上述數(shù)據(jù)，2025年延安市人均糧食需求量為437 kg，總?cè)丝陬A(yù)測為231.45萬，糧食單產(chǎn)為5 831.37 kg/hm2，復(fù)種指數(shù)為70%，糧作比為77.13%。2030年延安市人均糧食需求量為450 kg，總?cè)丝陬A(yù)測為236.47萬，糧食單產(chǎn)為7 050.93 kg/hm2，復(fù)種指數(shù)為70%，糧作比為75.34%，結(jié)合公式（1）計(jì)算得出2025年耕地需求量為321 262 hm2、2030年耕地需求量為292 514 hm2。

3.2 基于灰色模型的耕地面積預(yù)測

結(jié)合統(tǒng)計(jì)年鑒數(shù)據(jù)，延安市2010—2019年的耕地面積見表1。

經(jīng)過計(jì)算，P（k）（0.834，1.199），可做灰色預(yù)測。且Pk（0.982，1.009 8），級比檢驗(yàn)值在界區(qū)以內(nèi)，能夠等到較高的精確度灰色模型。再通過對2010—2019年延安市耕地面積的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行一次累加，生成累加序列，再建立灰微分方程并求其參數(shù)值，求得發(fā)展系數(shù)a=-0.014 2，灰色作用量U=229 538.560 9，代入公式（2）中得到耕地面積預(yù)測模型：

（1）（k+1）=16 399 257.387 3 e-0.014 2k-16 164 687.387 3

經(jīng)過檢驗(yàn)可知，后驗(yàn)差比值C=0.053 3，遠(yuǎn)小于0.35，并且該模型的精度P=1，對照模型精度檢驗(yàn)等級表2可知模型的精確檢驗(yàn)等級好，表明對于預(yù)耕地面積具有較好的預(yù)測精度，預(yù)測結(jié)果具有很強(qiáng)的可信度。

GM（1，1）模型檢驗(yàn)表（表3）主要針對殘差進(jìn)行檢驗(yàn)，相對誤差值越小越好，該值小于0.2說明達(dá)到要求，小于0.1說明達(dá)到較高要求；級比偏差值越小越好，該值小于0.2說明達(dá)到要求，小于0.1說明達(dá)到較高要求。因此，根據(jù)上述預(yù)測公式計(jì)算，可得到2020—2030年延安市耕地面積預(yù)測值（表4）。

4 結(jié)論及對策

4.1 結(jié)論

延安市耕地面積增長曲線見圖2，2010—2019年，延安市耕地面積具有逐年增加的趨勢，模型預(yù)計(jì)的耕地面積也逐年增加，說明實(shí)際耕地面積與預(yù)計(jì)的耕地面積大致接近，預(yù)計(jì)的總體趨勢與實(shí)際變化趨勢相似。根據(jù)該模型的預(yù)計(jì)，2025年末，延安的耕地面積和基于糧食安全的耕地需求將繼續(xù)增加，預(yù)計(jì)耕地面積為286 020 hm2，而基于糧食安全的耕地需求數(shù)量高達(dá)321 262 hm2，耕地面積難以滿足糧食安全目標(biāo)，對耕地的巨大需求需要采取措施，在2020—2025年應(yīng)該以增加耕地的數(shù)量為重點(diǎn)。2030年末，延安市的耕地面積仍呈增長趨勢，而由于糧食增產(chǎn)，對耕地的需求呈下降趨勢，耕地面積可以滿足耕地需求，糧食安全能夠得到保障，在2025—2030年的重心在耕地質(zhì)量的提升。

4.2 對策

4.2.1 加強(qiáng)統(tǒng)籌規(guī)劃。

在政府的領(lǐng)導(dǎo)下，將補(bǔ)充耕地面積和提高耕地質(zhì)量納入土地整治規(guī)劃［15］，統(tǒng)籌規(guī)劃和應(yīng)用，促進(jìn)耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量的提高，確保耕地?cái)?shù)量和質(zhì)量并存，為城市工業(yè)化和城鎮(zhèn)化發(fā)展作出貢獻(xiàn)，為經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展提供土地服務(wù)和保障。

4.2.2 完善耕地保護(hù)機(jī)制。

城市規(guī)模不斷擴(kuò)大導(dǎo)致越來越多的耕地被吸納，而且大多是優(yōu)質(zhì)耕地，但補(bǔ)充的耕地大多是零散的、低質(zhì)量的，導(dǎo)致耕地的質(zhì)量、產(chǎn)能和集中度不斷下降，出現(xiàn)“占優(yōu)補(bǔ)劣”“占地不補(bǔ)”的問題。從長遠(yuǎn)來看，這不利于實(shí)現(xiàn)糧食安全目標(biāo)。延安市的耕地保護(hù)工作應(yīng)以建立完善的耕地保護(hù)機(jī)制為重點(diǎn)，完善耕地質(zhì)量保護(hù)制度、耕地用途管制制度和耕地保護(hù)責(zé)任制度，全面提高耕地保護(hù)水平和耕地利用效益。

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