基于粮食安全的黑龙江省耕地压力时空特征分析

2018-04-03刘璐璐黄善林聂学海王萌萌

东北师大学报（自然科学版） 2018年1期

刘璐璐，宋　戈，2，黄善林，聂学海，王萌萌

(1.东北农业大学资源与环境学院，黑龙江哈尔滨 150030； 2.东北大学土地资源管理研究所，辽宁沈阳 110819)

耕地是粮食生产的基础，它的变化对粮食产量和粮食安全产生重要影响.近年来，社会经济过快发展、人口不合理增长和无限制的非农业建设等，[1]造成耕地资源日渐减少，“耕地—人口—粮食”之间的矛盾愈加突出[2].与此同时，国际粮食储备降低，粮价大涨，致使许多国家出现了严重的粮食危机，在一定程度上危及了经济发展与政治安全.因此，研究一定区域内耕地资源的变化特点，合理评价该区域的耕地压力与粮食安全水平，可为该区域乃至全国的耕地保护与粮食安全工作提供相应的理论参考，对于促进社会和谐与可持续发展具有重要的推动意义.

目前，国外对耕地资源变化的研究比较丰富，内容涵盖了耕地资源时空变化、分布规律等方面[3-4]；关于粮食安全的研究基本上是围绕着粮食安全的概念、评价指标、影响因素以及耕地资源变化如何影响粮食安全等[5-6].国内关于耕地资源时空变化规律和变化过程的研究较多，主要包括耕地资源数量、质量、生态的变化规律和空间分布研究[7-8]；关于粮食安全的研究最早开始于20世纪80年代初，主要集中于粮食安全的概念、粮食安全的影响因素和评价方法，以及粮食安全的变化趋势等[9-11]；关于耕地压力的研究主要从耕地压力的评价方法、影响因素以及不同时空尺度下的分布规律等角度进行了探讨[12-16]，研究区多集中于经济较发达的东南地区与耕地资源相对稀缺的西北地区，而对粮食主产区的研究相对较少[17-18].

黑龙江省是我国粮食主产区之一，2004年以来，每年销往省外的粮食都在200亿kg以上，为稳定粮食销区市场做出了贡献，在国家的粮食供给和区域间粮食调配中的地位至关重要.黑龙江省的粮食能够充分自给，其耕地压力主要来自于对国家的粮食供给，如果黑龙江省粮食供给不足，将对国家的粮食安全造成一定程度的威胁.因此，以国家粮食安全为前提，分析黑龙江省耕地压力的时空变化特征，提出保障粮食安全的合理建议，对于维护地区乃至全国的社会稳定具有重要意义.

1　研究区概况

黑龙江省地处中国东北地区最北端，占地4 730.0万hm2，土地面积为东北地区之首.全省有13个地级市，2013年常住人口数为3 835万人.农用地面积为3 993.6万 hm2，约占全省土地总面积的84.4%；耕地面积为1 231.4万hm2；农作物播种面积为1 467.8万hm2，粮食播种面积为1 403.7万hm2.黑龙江省土质较好，在世界三大黑土带中，其土层最厚，有机质含量最高，益于农作物生长.2011年，全省粮食总产量和粮食商品量均为全国第一.黑龙江垦区是中央直属的三大垦区之一，下辖9个分局，113个农场，农业机械化水平接近100%，粮食总产连续五年突破200亿kg，为国家的粮食安全做出了突出贡献.

2　数据来源与研究方法

2.1　数据来源

本研究数据主要来自2001—2014年《黑龙江统计年鉴》与《中国区域经济统计年鉴》.

2.2　研究方法

在已有的研究中，蔡运龙、傅泽强等人[19-20]运用耕地压力指数模型反映粮食安全与耕地资源之间的关系.目前该模型已比较成熟，较多地应用于耕地压力的相关研究中，且能够合理表征“耕地-人口-粮食”系统的矛盾.基于此，本文亦采用该模型，测算2000—2013年黑龙江全省和13个地级市的耕地压力指数，分析全省耕地压力与粮食安全水平的时空变化特征.

(1) 最小人均耕地面积：在一定地域范围内，能够满足人们基本粮食需求的人均耕地面积的最低值.计算公式为

(1)

式中：Smin为最小人均耕地面积(hm2/人)，β为粮食自给率(%)，G为人均粮食需求量(kg/人)，p为粮食单产(kg/hm2)，q为粮作比(%)，k为复种指数(%).

(2) 耕地压力指数：最小人均耕地面积与实际人均耕地面积的比值.计算公式为

(2)

式中：Smin为最小人均耕地面积，Sa为实际人均耕地面积.不同K值所对应的耕地压力状态与粮食安全水平见表1.

表1　不同K值所对应的耕地压力状态与粮食安全水平

3　结果与分析

3.1　黑龙江省耕地面积动态变化

2000—2013年，黑龙江省耕地面积总体呈现上升趋势，由961.7万hm2增加到1 231.4万hm2，共增加269.7万hm2，年均增加20.7万hm2.14年间，全省耕地面积变化呈现出不同的变化趋势(见图1).

2000—2002年，耕地面积由961.7万hm2缓慢减少到951.2万hm2，共减少10.5万hm2.究其原因，主要是全省的农业产业结构进行了适当调整，生态退耕与城镇化建设占用了较多的耕地.2002—2006年，耕地面积大幅度增加，由951.2万hm2增加到1 177.3万hm2，共增加226.1万hm2.增加原因主要是《黑龙江省国土资源“十一五”规划》中特别强调了耕地保护问题，对新增建设用地量、耕地保有量等指标进行了严格控制.该规划的制定与落实，使全省的耕地保护工作有章可循，基本达成预定指标，取得了良好成效.2006—2013年，耕地面积平稳增长，由1 177.3万hm2增加到1 231.4万hm2，共增加54.1万hm2.在这一阶段，《黑龙江省土地利用总体规划(1997—2010年)》进一步强化了耕地保护，通过土地整理、复垦等措施，使耕地资源数量和质量均有所提高.

3.2　黑龙江省粮食总产、单产、人均粮食产量动态变化

2000—2013年，黑龙江省粮食总产量呈现上升趋势(见图2)，由2 546万t增长到6 004万t，年均增长266万t；其中由于2003年黑龙江省气候炎热且降雨量小，同时全省机械化程度较低，导致当年粮食减产幅度较大.[16]2000—2013年，黑龙江省粮食单产总体亦呈现上升趋势(见图2)，与粮食总产变化趋势趋同，由3 241.85 kg/hm2增加到4 277.34 kg/hm2，年均增加79.65 kg/hm2；2003年粮食单产减幅较大，2011年全省粮食单产首超4 000 kg/hm2.2000—2013年，黑龙江省人均粮食产量整体波动幅度较小，与粮食总产和单产变化趋势趋同(见图2)；2003年人均粮食产量658.53 kg/人，2013年人均粮食产量为1 565.61 kg/人，年均增长69 kg/人，分别为14年来的最低值和最高值.14年间，黑龙江省粮食总产量大幅增加，其增加幅度大于人口总数的增加幅度，使人均粮食产量总体上依然呈现上升趋势.

图1　2000—2013年黑龙江省耕地总面积与人均耕地面积动态变化图2　2000—2013年黑龙江省粮食总产量、粮食单产、人均粮食产量动态变化

3.3　黑龙江省耕地压力指数时间变化特征

运用蔡运龙等人提出的最小人均耕地面积与耕地压力指数模型，对2000—2013年黑龙江省耕地压力指数进行测算，分析14年间全省耕地压力与粮食安全水平变化特征与原因.

国家食物与营养咨询委员会表示，初步小康水平下最低人均粮食占有量为400 kg.我国居民已基本达到小康生活水平，黑龙江省又是我国粮食主产区，因而设定其人均粮食需求量为450 kg/人[21].黑龙江省的粮食在保障本省充分供应的前提下，还能向全国其他地区销售，因而粮食自给率为100%.由此得出黑龙江省2000—2013年各年最小人均耕地面积，结果见表2.

表2　2000—2013年黑龙江省最小人均耕地面积

根据2000—2013年黑龙江省最小人均耕地面积和实际人均耕地面积，由公式(2)计算出14年间全省耕地压力指数K.结果表明，14年间黑龙江省耕地压力指数值均小于警戒值1，耕地压力尚不明显，粮食安全能够基本得到保障.结果显示，2000—2013年黑龙江省粮食安全水平呈现出不同的变化趋势(见图3)：

2000—2002年，最小人均耕地面积缓慢下降，耕地压力逐年减小，全省粮食安全基本得到保障；本阶段，耕地面积逐年缓慢减少，但由于农业生产技术的提高，粮食总产逐年增加，耕地压力指数缓慢下降.2002—2003年，最小人均耕地面积和耕地压力指数均迅速上升，粮食安全出现不安全的趋势；其中2003年由于气候干旱少雨，黑龙江省粮食大幅减产；同时人口增多，导致耕地压力指数迅速上升，虽然仍能保障黑龙江省的粮食安全，但已经出现了不安全的趋势.2003—2013年，最小人均耕地面积和耕地压力指数均呈现下降趋势，粮食安全状况良好.本阶段，《黑龙江省国土资源“十一五”规划》《黑龙江省土地利用总体规划(1997—2010年)》得到了有效的贯彻落实，耕地资源总量保持动态平衡；同时农业技术手段大规模使用，粮食产量大幅提升，因而耕地压力指数迅速降低，全省粮食安全得以保障.

图3　2000—2013年黑龙江省的耕地压力指数　图4　2013年黑龙江省哈尔滨市及各地级市的耕地压力指数

3.4　黑龙江省耕地压力指数空间分布特征

图5　2013年黑龙江省耕地压力指数空间分布

运用上述模型对2013年黑龙江省13个地级市(含副省级市)的耕地压力指数进行测算(见图4)，并运用ArcGIS软件平台中的重分类功能绘制黑龙江省耕地压力指数空间分布图(见图5).根据测算结果，将全省耕地压力指数分为三个区：无压力区(0

处在耕地无压力区的地级市(含副省级市)有9个，分别为哈尔滨市、大庆市、齐齐哈尔市、绥化市、佳木斯市、牡丹江市、鸡西市、双鸭山市和黑河市，其中佳木斯市耕地压力最小，为0.15.以上地级市耕地面积较大，粮食产量较高，农作物播种面积均在40万hm2以上，其中齐齐哈尔市耕地面积和农作物播种面积最大，分别为239.97万hm2和229.28万hm2；哈尔滨市粮食产量最高，为1 394.93万t.这些地级市基本不存在耕地压力，其耕地资源和粮食生产完全能够保障该地区的粮食安全.

处在耕地压力较小区的地级市有2个，分别为鹤岗市和七台河市，这两个地级市均为煤炭型城市.鹤岗市的耕地面积为21.69万hm2，粮食产量为87.58万t，分别占全省的1.76%和1.35%；七台河市耕地面积为19.49万hm2，粮食产量为79.43万t，分别占全省的1.58%和1.23%.其耕地资源和粮食产量都相对较少，因而这两个地级市具有较小的耕地压力，其耕地资源与粮食生产基本能够保障该区域的粮食安全.

处在耕地压力预警区的地级市有2个，分别为大兴安岭地区和伊春市，耕地压力指数分别是0.93和0.81.这两个地级市森林资源丰富，其资源禀赋决定了其主要城市职能是森工城市，而不是粮食主产区.大兴安岭地区是国家木材资源战略储备基地，森林覆盖率为81.23%，耕地面积为18.5万 hm2，仅占全省的1.5%，粮食总产量为24.61万t，仅占全省的0.38%，人均粮食产量为484 kg/人，为全省最低.伊春市是我国最早开发的森林工业基地，耕地面积为25.91万hm2，仅占全省的2.1%，粮食产量为68.84万t，占全省的1.1%，人均粮食产量为559 kg/人，为全省第二低.这两个地级市的耕地压力指数已经接近预警值1，耕地压力相对较大，粮食安全水平处于由安全向不安全转化的过渡阶段.

4　结论与讨论

本文以东北粮食主产区——黑龙江省为研究区，分析了2000—2013年全省耕地资源的变化特征及原因，运用最小人均耕地面积与耕地压力指数模型，测算了全省以及13个地级市的耕地压力指数，对全省的耕地压力与粮食安全水平时空特征进行了分析，结论如下：

(1) 2000—2002年耕地资源数量缓慢减少，2002—2006年耕地资源数量迅速增加，2006—2013年耕地资源数量平稳增长.14年间，黑龙江省粮食总产、粮食单产与人均粮食产量三者变化趋势趋同，总体上均呈现上升趋势，其中2003年粮食产量因气候干旱少雨有所降低，其余年份粮食产量均逐年增加.为此，应大力推广农业新技术的应用，增加粮食产量，最大限度地减少自然灾害导致的粮食减产；有序开展农村土地承包经营权流转工作，将土地流转与农业产业化有机结合，提高耕地资源的粮食综合生产能力.

(2) 2000—2013年，黑龙江省耕地压力指数总体呈现下降趋势，黑龙江省耕地资源能够保障全省的粮食安全.其中2000—2002年，耕地压力指数缓慢下降，全省粮食安全状况良好；2002—2003年，耕地压力指数迅速上升，主要是由于气候干旱少雨、粮食大幅减产造成的，全省粮食安全因此受到威胁；2003—2013年耕地压力指数逐年减小，主要是由于耕地保护政策得到了有效的贯彻落实，同时农业新技术的应用使得粮食产量大幅提升，因而耕地压力降低，全省的粮食安全得到了保障.为此，应控制人口总数理性增长，以确保粮食总产量大于人口对粮食的总需求量；同时，政府部门应发挥主导作用，引导耕地保护工作有序开展.

(3) 2013年黑龙江省各地级市(含副省级市)的耕地压力指数存在较大差异.处于耕地无压力区的地级市(含副省级市)有9个，分别为哈尔滨市、大庆市、齐齐哈尔市、绥化市、佳木斯市、牡丹江市、鸡西市、双鸭山市和黑河市，其中佳木斯市耕地压力最小；处于耕地压力较小区的地级市有2个，分别为鹤岗市和七台河市，均为煤炭型城市；处于耕地压力预警区的地级市有2个，分别为大兴安岭地区和伊春市，均为森工城市.处于耕地无压力区和压力较小区的城市，应继续加强耕地保护工作，同时加强区域间的粮食调配，适度开展土地整理与复垦工作，提高农业综合生产力，保障全省及区域间的粮食安全.处于耕地压力预警区的森工城市，应在发挥其维护生态环境平衡功能的同时，保护好现有耕地，提高农业科技水平，通过提高粮食单产，在一定程度上保障粮食安全.

本文选取耕地资源数量、粮食产量等指标测算耕地压力指数，对于保障区域粮食安全、促进土地可持续利用具有一定参考价值.生态环境、耕地质量、社会经济等因素也会对耕地压力产生一定的影响，选取此类指标评价耕地压力与粮食安全水平，将是今后研究的主要方向.粮食安全的研究是一个长期的、复杂的、系统性问题，运用3S技术手段获取长时间序列的数据研究粮食安全问题将是下一步研究的重点内容.

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