武隆區(qū)耕地—糧食變化特征及其壓力分析

成六三

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260）

耕地資源是國家的戰(zhàn)略性資源，是保障糧食安全的重要基礎(chǔ)條件，其關(guān)乎著區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展。耕地資源的演化發(fā)展一直受到政府和學(xué)者們的廣泛關(guān)注［1-2］，相關(guān)的研究成果不僅促進(jìn)了耕地資源的保護(hù)和高效利用，而且對于維持區(qū)域糧食安全具有積極意義。

近年來，全國耕地數(shù)量減少的趨勢總體上趨于平緩，但區(qū)域社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展差異及耕地生產(chǎn)力水平差異等，造成了耕地—糧食資源演化發(fā)展過程差異較大［3］，另外，如退耕還林等階段性政策［4］也會影響區(qū)域耕地—糧食資源演化發(fā)展。因此，針對耕地—糧食演化發(fā)展的研究是一個需要長期監(jiān)測和評估的課題。梁鑫源等［5-8］從研究的視角上，以國家、地區(qū)、省市以及縣域不同尺度和不同空間的耕地總量、人均耕地最小面積、人均消費量的耕地壓力指數(shù)等指標(biāo)揭示了耕地的演化發(fā)展過程，研究在人口消費糧食水平基礎(chǔ)上，對一段時期內(nèi)耕地資源利用狀態(tài)進(jìn)行評估，發(fā)現(xiàn)各指標(biāo)對保護(hù)耕地能夠起到一定的積極作用。黃淇等［9-10］從研究方法上，利用1個階段區(qū)域耕地數(shù)量演化過程的數(shù)據(jù)，建立了相關(guān)函數(shù)關(guān)系，進(jìn)而預(yù)測了不同時段耕地數(shù)量的演變，這對于后期耕地資源保護(hù)利用具有參考價值。通過建立糧食生產(chǎn)因子線性回歸模型，揭示了耕地—糧食資源的生產(chǎn)成因，這對于糧食生產(chǎn)建設(shè)具有重要的指導(dǎo)意義。區(qū)域耕地—糧食資源的數(shù)量和質(zhì)量受階段性政策、自然因素、社會經(jīng)濟(jì)水平、科學(xué)技術(shù)應(yīng)用等多方面因素的影響，耕地—糧食資源演化過程是一個復(fù)雜系統(tǒng)，需要從不同尺度和時間進(jìn)行研究，才能更為客觀地反映其演化過程，進(jìn)而為后期耕地—糧食資源生產(chǎn)保障提供指導(dǎo)和參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武隆區(qū)地處重慶市東南邊緣，烏江下游，位于107°13′～108°05′E，29°02′～29°40′N，全區(qū)總面積2882.67 km2，2022年總?cè)丝?06868人，地區(qū)生產(chǎn)總值265.9億元，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值53.2億元，人均年收入29483元。據(jù)2022年武隆區(qū)第三次國土調(diào)查主要數(shù)據(jù)公報顯示，坡度位于2°以下的耕地331.14 hm2，占全區(qū)耕地的0.69%；位于2°～6°(含6°)的耕地1876.37 hm2，占全區(qū)耕地的3.93%；位于6°～15°(含15°)的耕地18934.97 hm2，占全區(qū)耕地的39.63%；位于15°～25°(含25°)的耕地17679.97 hm2， 占全區(qū)耕地的37.01%；位于25°以上的耕地面積8951.57 hm2，占全區(qū)耕地的18.74%。該區(qū)處于中國南方喀斯特高原丘陵山區(qū)，屬亞熱帶季風(fēng)性濕潤氣候，年平均氣溫17.9 ℃，年平均降水量1246.6 mm，常年相對濕度為78%。土壤多屬黃壤、黃棕壤，其次為紫色土。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以種植玉米、小麥、水稻、薯類為主，經(jīng)濟(jì)作物主要包括烤煙、貯麻等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來自于武隆區(qū)和重慶市的《統(tǒng)計年鑒》（1999—2021年）以及與耕地保護(hù)等相關(guān)的研究報告。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地壓力指數(shù)模型 本研究主要采用模型為耕地壓力指數(shù)模型［11］。耕地壓力指數(shù)是最小人均耕地面積與實際人均耕地面積之比，公式為：

式（1）中：K為耕地壓力指數(shù)；Smin為最小人均耕地面積（hm2/人），即一定區(qū)域范圍內(nèi)為保障食物需求的最小人均耕地面積；S為實際人均耕地面積（hm2/人）。

最小人均耕地面積是指在一定區(qū)域范圍內(nèi)，在一定食物自給水平和耕地生產(chǎn)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。Smin是食物自給率、食物消費水平、耕地生產(chǎn)力水平等因子的函數(shù)，計算公式為：

式（2）中：β為食物自給率(%)；Gr為人均糧食需求量(kg/人)；P為糧食單產(chǎn)(kg/hm2)；q為糧食播種面積占播種總面積之比(%)；k為復(fù)種指數(shù)(%)，通過計算1年中各個季節(jié)的實際播種總面積除以耕地面積求得的。Smin即為保障一定區(qū)域食物安全而需保護(hù)的耕地數(shù)量的底線。

1.3.2 糧食生產(chǎn)波動分析方法 為了評估研究區(qū)糧食生產(chǎn)水平，借鑒耕地生產(chǎn)力［12］、糧食生產(chǎn)波動指數(shù)［13］和雙累積曲線方法［14］綜合分析評價區(qū)域糧食生產(chǎn)波動狀況。評估思路和方法為：

1.3.2.1 耕地生產(chǎn)力 一般用單位面積耕地糧食的產(chǎn)量表示耕地生產(chǎn)力大小，用以評估單位面積耕地質(zhì)量的高低。計算公式為：

式（3）中：PR為耕地生產(chǎn)力(t/hm2)；T為耕地糧食總產(chǎn)量(t)；S為耕地面積(hm2)。

1.3.2.2 糧食生產(chǎn)波動指數(shù)（Grain Yield Fluctuation Index, GYFI） 長期來看，糧食產(chǎn)量并不是一個穩(wěn)定的變化過程，而是具有一定起伏性、波動性。為了便于表達(dá)這種波動性，采用糧食生產(chǎn)波動指數(shù)指標(biāo)，其依據(jù)區(qū)域耕地生產(chǎn)力與全國平均耕地生產(chǎn)力差值占區(qū)域耕地生產(chǎn)力比例來反映糧食生產(chǎn)的波動情況。本研究以研究區(qū)耕地生產(chǎn)力和重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力的起伏變動趨勢來表示糧食生產(chǎn)波動指數(shù)，計算公式為：

式（4）中：GYFI為糧食生產(chǎn)波動指數(shù)；PRi為重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力(t/hm2)；PRj為研究區(qū)耕地生產(chǎn)力(t/hm2)。

1.3.2.3 借鑒雙累積曲線法評估其糧食生產(chǎn)波動的自然和綜合技術(shù)因素的影響程度 雙累積曲線法是在直角坐標(biāo)系中同時繪制的一個變量的連續(xù)累積值與另一個變量的連續(xù)累積值的關(guān)系曲線，其結(jié)果是基于在相同時段內(nèi)給定的數(shù)據(jù)成正比，即一個變量的連續(xù)累積值與另一個變量的連續(xù)累積值在直角坐標(biāo)上為一條斜率固定的直線，倘若雙累積曲線的斜率發(fā)生改變，則斜率發(fā)生突變點所對應(yīng)的年份就是2個變量累積關(guān)系出現(xiàn)突變的時間。在突變時間點以前建立線性回歸方程，并以參照區(qū)糧食生產(chǎn)累積量為自變量，代入線性回歸方程，計算出突變點以后的研究區(qū)理論糧食生產(chǎn)累積量，再分別計算出理論耕地生產(chǎn)力、突變前后實際與理論耕地生產(chǎn)力的差值，以此分析研究區(qū)與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力之間的關(guān)系。若差值小于零，表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力相對重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升較慢；若差值大于零，則表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力相對重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升較快；若差值等于零，則表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力相當(dāng)。計算公式為：

式（5）～式（6）中：YPRj為突變點前研究區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；YPRi為突變點前重慶地區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；k和α為線性回歸方程系數(shù)；Y′PRj為突變點后研究區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；Y′PRi為突變點后重慶地區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)。

1.3.3 土地資源承載力指數(shù) 耕地—糧食承載力指數(shù)是基于自足條件下，耕地、糧食與人口的關(guān)系。依據(jù)相關(guān)研究［15］，我國營養(yǎng)安全的標(biāo)準(zhǔn)參考年人均糧食消費 400 kg 計算土地資源承載力(LCC)和土地資源承載力指數(shù)(LCCI)，計算公式為：

式（7）～式（10）中：G為區(qū)域糧食總產(chǎn)量(t)；GPC為人均糧食消費標(biāo)準(zhǔn)(kg/人)；Pa為實際人口數(shù)量（人）；Rp為人口超載率(%)；Rg為糧食盈余率(%)。依據(jù)LCCI的大小，劃分出評價標(biāo)準(zhǔn)等級(表1）。

表1 LCCI 的分級評價標(biāo)準(zhǔn)

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地—糧食動態(tài)變化

由圖1可知，1999—2021年武隆區(qū)耕地面積總體上趨于下降趨勢，耕地資源減少了17.8%。其中包括3個起伏階段，1999—2012年耕地面積一直處于減少狀態(tài)，即耕地面積從1999年的6.91萬hm2減少到2012年6.40萬 hm2，減幅為7.3%，這一時段下降的原因主要是由于退耕還林工程的實施；2013—2016年與1999—2012年相比，耕地面積呈上升趨勢，基本保持在6.90萬 hm2；2017—2021年耕地面積呈現(xiàn)快速減少狀態(tài)，即耕地面積從2017年的6.84萬hm2減少到2021年5.68萬hm2，減幅為16.97%，這一時期降幅過大的主要原因是建設(shè)用地和新一輪退耕還林工程的實施。

圖1 1999—2021年武隆區(qū)耕地—糧食動態(tài)變化

1999—2021年武隆區(qū)糧食總產(chǎn)量總體上呈上升趨勢，糧食總產(chǎn)量增加了12.5%。其中在2001、2006和2012年糧食總產(chǎn)量出現(xiàn)了減產(chǎn)的情況，特別是2006年糧食總產(chǎn)量下降為14.25萬t，為1999年的83.72%和2021年的74.41%，其主要原因是重慶地區(qū)長時間的干旱所導(dǎo)致的糧食減產(chǎn)。

由圖2可知，1999—2021年武隆區(qū)糧食單產(chǎn)變化較為復(fù)雜。在2001、2006、2012和2015年糧食單產(chǎn)均出現(xiàn)了低點，除了受氣候干旱的影響外，也受到耕地面積減少的制約。雖然2015—2021年糧食單產(chǎn)呈上漲的趨勢，但2021年糧食單產(chǎn)水平為2014年的94.95%。

圖2 1999—2021年武隆區(qū)糧食單產(chǎn)變化趨勢

2.2 耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

由圖3可知，1999—2021年武隆區(qū)在人均糧食消費300和400 kg/人水平下的耕地壓力指數(shù)K300和K400變化趨勢總體上呈現(xiàn)出一致性，但耕地壓力指數(shù)K400整體上大于K300，K300均小于1.0，K400基本上在0.93以上，處于耕地壓力臨界狀態(tài)。表明當(dāng)人均糧食消費在300 kg/人水平以下時，武隆區(qū)耕地呈無壓力狀態(tài)，耕地資源較富裕；當(dāng)人均糧食消費在400 kg/人水平以下時，武隆區(qū)耕地壓力指數(shù)K400基本呈現(xiàn)接近1.0或大于1.0的狀態(tài)，耕地資源處于臨界或緊張狀態(tài)，則需要調(diào)控耕地面積，以保障糧食生產(chǎn)。結(jié)合圖1進(jìn)行綜合分析可知，無論耕地壓力指數(shù)K300或K400，其起伏較高點均與氣候干旱年份相對應(yīng)。在2019—2021年耕地面積減少情況下，K400也小于1.0，主要是由于糧食單產(chǎn)水平的增加。

圖3 1999—2021年武隆區(qū)耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

2.3 耕地生產(chǎn)力動態(tài)變化

2.3.1 糧食生產(chǎn)波動指數(shù)動態(tài)變化 對1999—2021年重慶地區(qū)和武隆區(qū)的耕地生產(chǎn)力進(jìn)行對比（圖4）可知，重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力明顯高于武隆區(qū)的。前者是后者的1.89倍，其中1999—2007年重慶地區(qū)平均耕地生產(chǎn)力是武隆區(qū)的2.47倍，2008—2021年重慶地區(qū)平均耕地生產(chǎn)力是武隆區(qū)的1.52倍。從整個研究時段看，2002年重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力與武隆區(qū)的差距最大，約為其2.65倍；2010和2011年重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力與武隆區(qū)的差距最小,約為其1.32～1.33倍。這可能是由于武隆區(qū)耕地面積坡地比例較高，隨著退耕還林工程的實施，大量的坡耕地轉(zhuǎn)換為林地，重慶地區(qū)和武隆區(qū)的耕地生產(chǎn)力水平比值才逐漸下降。綜上，糧食生產(chǎn)波動指數(shù)與耕地生產(chǎn)力變化基本相同。

圖4 1999—2021年武隆區(qū)糧食生產(chǎn)波動動態(tài)變化

2.3.2 累積耕地生產(chǎn)力關(guān)系 由表2可知，通過雙累積曲線線性回歸了武隆區(qū)和重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力關(guān)系，武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力可分為4個階段：1999—2007年，武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.398x+472.65(R2=0.999）；2008—2013年武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.740x-22994.00(R2=0.999）；2016—2021年武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.650x-15987.00(R2=0.999）。對比這3個階段線性回歸方程的斜率依次排序為2008—2013年斜率＞2016—2021年斜率＞2014—2016年斜率＞1999—2007年斜率，斜率越大，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提高越快，則縮小了與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的差距，這與實際耕地生產(chǎn)力相符合。

表2 武隆區(qū)與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸分析 kg/hm2

由圖4和表2對比分析可知，經(jīng)線性回歸方程計算，1999—2007年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為-1290.06 kg/hm2，這表明1999—2007年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度遠(yuǎn)低于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平速度；2008—2013年，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為562.91 kg/hm2，這表明2008—2013年武隆地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度高于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力速度；2016—2021年，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為-473.27 kg/hm2，這表明2016—2021年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度小于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力速度。從整體研究時段來看，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平差距不斷縮小。這些變化主要歸功于農(nóng)田水利設(shè)施的改善、農(nóng)業(yè)投資的增加以及高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等方面的舉措。

2.4 土地資源承載力指數(shù)

參照LCCI的分級評價標(biāo)準(zhǔn)（表1），結(jié)合對圖5的分析可知，1999—2021年武隆區(qū)LCCI類型級別為盈余的年份有3個、級別為平衡有余的年份有16個、級別為臨界超載的年份有3個、級別為超載的年份有1個，且對應(yīng)的概率分別為13.04%、69.57%、13.04%和4.35%。總體上看，武隆區(qū)整體處于人糧平衡的狀態(tài)，僅在2006年出現(xiàn)了超載狀態(tài)，其主要原因是2006年重慶地區(qū)長時間干旱造成了糧食減產(chǎn)。

圖5 武隆區(qū)土地資源承載力指數(shù)變化

3 結(jié)論

通過對1999—2021年武隆區(qū)耕地—糧食資源特征變化及其壓力進(jìn)行系統(tǒng)分析，主要得出以下結(jié)論：

（1）1999—2021年，武隆區(qū)耕地資源總量減少幅度約為17.8%，特別在2017—2021年，占到耕地資源減少量的93.8%；糧食總產(chǎn)量增加了12.5%，在2012—2021年糧食總產(chǎn)量連續(xù)增長，年均增長率為1.66%。綜合耕地資源和糧食總產(chǎn)量一減一增，耕地糧食單產(chǎn)水平變化較為復(fù)雜，波動起伏較多。

（2）當(dāng)武隆區(qū)在人均糧食消費400 kg時，耕地壓力指數(shù)基本上在0.93以上，武隆區(qū)耕地壓力處于臨界狀態(tài)，未來需要調(diào)控耕地數(shù)量。

（3）武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平差距逐漸縮小，特別在2018年以后，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)能力提升速度高于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升速度，但與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力總體水平還有一定差距。

（4）武隆區(qū)耕地—糧食—人口承載力指數(shù)基本上處于人糧平衡狀態(tài)，耕地—糧食資源還將面臨壓力。

總之，根據(jù)武隆區(qū)耕地—糧食資源的變化特征，結(jié)合耕地多為坡地資源組成的特點，應(yīng)重點加大高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)，整體提升農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)等，進(jìn)而緩解耕地—糧食資源面臨的壓力，促進(jìn)社會經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)和高質(zhì)量發(fā)展。