粮食安全视角下湖南省近20年来耕地压力动态变化定量分析

摘 要 耕地是保障粮食安全及社会稳定的物质基础。在深入分析湖南省近20年来耕地面积、粮食产量及播种面积变化的基础上，运用耕地压力指数模型，对其耕地压力时空演变特征进行了深入研究，并运用灰色模型方法对未来10年最小人均耕地面积和耕地压力指数发展趋势进行了预测。结果表明：1）本世纪来，湖南省耕地面积和粮食产量均在增加，人均耕地和人均粮食产量不断减少，最小人均耕地和耕地压力指数总体呈先上升后下降趋势，但实际人均耕地却越来越少。2）湖南省耕地压力区域差异显著。长株潭城市群和大湘西地区（湘西土家族苗族自治州、张家界市和怀化市）耕地处于中、低压力状态，环洞庭湖区的常德市、岳阳市和益阳市是湖南省的粮仓，耕地处于无压力状态。3）未来10年，湖南省耕地压力指数将逐年降低，但人均耕地面积越来越少，耕地面积难以保证粮食生产安全。根据上述结论，结合湖南实际，提出了耕地保护的相关对策与建议。

关键词 粮食安全；粮食产量；耕地压力；耕地面积；时空演变；湖南省

中图分类号：F326.11 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2024.01.016

耕地是土地资源的精华，也是保障粮食安全和经济社会可持续发展的基石，其数量和质量的变化必将引起粮食产量的波动[1]。近年来，由于我国新型城镇化与工业化进程的加速推进，生态退耕、农业结构调整及自然灾害等原因，中国耕地资源数量日益减少[2-5]，耕地资源总量由1996年底的130万km2减少至2019年底的127.86万km2，人均耕地面积由1996年的0.11 hm2下降到2019年的0.09 hm2，国家粮食安全受到影响。因此，“要确保中国人的饭碗牢牢端在自己手中”，必须确保一定数量和质量的耕地资源。

湖南省是我国粮食主产地之一。2019年湖南省人均耕地面积仅为0.049 6 hm2（三普数据），远低于全国平均水平（0.09 hm2/人），城镇化水平为58.76%。同时，湖南省不仅要用占全国2.84%的耕地养活省内占全国4.71%的人口（2020年底数据），还要肩负保障国家粮食安全重任。可见，湖南省耕地保护压力巨大，粮食安全受到影响。因此，对湖南省耕地保护的研究尤显重要。

1" 湖南省耕地资源的变化特征

据统计，1997—2019年间，湖南省耕地面积整体上略呈上升趋势。1997年初实有耕地面积为3.95×106" hm2 ，到2019年初耕地面积增到4.16×106" hm2，12年间共增加耕地面积0.21×106" hm2，年均增加1.75×104 hm2。统计口径的原因，2020年初耕地面积减少到3.63×106 hm2。虽然耕地面积总体呈上升趋势，但湖南省人口从1997年的6 465万人增长到2020的7 295.58万人，增加了12.85%，人口增速大于耕地增速，使得人均耕地面积则由1997年的0.061 1 hm2减至2020年初的0.049 7 hm2，13年来降低了0.011 4 hm2。

2" 湖南省粮食生产的时空变化特征

2.1" 粮食产量及粮食播种面积的变化特征

1997—2020年湖南省粮食产量总体呈显著的波动式增长（图1）。从1997年的2.802×107 t，增加到2020年的3.015×107 t，23年里粮食产量净增2.13×106 t，年均增产9.261×104 t。其中，1997—2003年粮食产量波动式降低，最低为2003年的2 442.7万 t，最高为1997年的2 801.9万 t，两个极值点相差达359.2万 t，而同期耕地面积也一直在下降，这是导致粮食产量减产的原因。2003—2020年粮食产量虽有波折，但仍处于平稳上升阶段，这与同期粮食播种面积的增加有关，特别是2005年国家全面免征农业税后，粮食产量增速强劲。

1997—2020年湖南省人均粮食产量整体上表现波动下降趋势。1997年湖南省人均粮食产量为433.4 kg，2020年降到413.3 kg，23年间人均粮食产量净减8.74 kg，主要是由于人口增长过快所致。因此，湖南省要遏制人均粮食产量减少的趋势，在提高粮食产量的同时还要有效控制人口增长。

1997—2020年湖南省粮食播种面积呈持续下降趋势。1997年湖南省粮食播种面积为515.5万hm2，2020年降到475.5万hm2，23年粮食播种面积净减40万hm2。粮食播种面积占农作物播种面积的比例由1997年的64.37%，减少到2020年的56.61%，23年减少了7.76%，表明耕地非粮化趋势明显。虽然粮食播种面积在下降，但是粮食单产在上升，由1997年的5.44 t增加到2020年的6.34 t，23年增加了0.9 t，这是湖南省粮食生产技术投入持续发力的结果。

2.2" 粮食生产的区域差异特征

湖南省粮食生产区际差异明显。从粮食总量分布来看，2020年，常德、邵阳、衡阳、永州和岳阳等5市产量均超过290万t，居湖南前五，合计占全省产量的53%。其中，常德市产量达到372.4万t，为全省之最。产量最少的是张家界市，仅为63.7万t，其次是湘西土家族苗族自治州（以下简称湘西州），不到100万t。从人均产量看，常德、益阳和岳阳三市最多，均超过580 kg。其中，常德市人均粮食产量高达700 kg，为湖南省最高。从粮食播种面积看，常德、邵阳、永州、衡阳和岳阳五市均超过47万hm2，五地粮食播种面积总和占全省的53%。其中，常德市粮食播种面积为湖南省最大，为58.86万hm2。从地均产量看，湘潭、株洲、长沙、衡阳和邵阳五市均超过6.5 t·hm-2。其中，湘潭市地均产量达7.12 t·hm-2，为湖南之最。而湘西州、郴州市和张家界市的地均粮食产量一直是全省的弱势地区。从耕地分布来看，2020年初，常德、邵阳、衡阳、岳阳和永州五市均超过33万hm2，累计达187.14万hm2，占全省的51.57%。

从县域分布看，2020年，粮食产量最多的县为常德市桃源县（74万t），其次是长沙市宁乡市（70.3万t）和常德市鼎城区（66.75万t）。粮食播种面积最多的是桃源县（11.87万hm2），其次是鼎城区（10.54万hm2）和宁乡市（10.52万hm2）。地均产量最多的是长沙市天心区（7.99 t·hm-2），其次是湘潭市韶山市（7.86 t·hm-2）和湘潭市岳塘区（7.65 t·hm-2）。

综上所述，湖南省粮食生产集中分布区在湘江流域和环洞庭湖一带，域内水土资源丰富，经济基础较好，生产设施较为完善。

3" 湖南省耕地压力指数的时空演变

3.1" 研究方法

3.1.1" 耕地压力指数

区域耕地压力，主要表现在地区人口对需求食物的生产压力，而食物生产量的多少，取决于耕地规模、耕地质量、种子质量、生产管理等因素，食物需求量的多少，则受人口规模、消费习惯、消费能力、食物品质等变量的制约。但对于生存必需的某些食物（如粮食），就存在着最低要求。根据上述分析，为了确切了解某区域粮食的基本需求量，就必须掌握最少耕地量。北京大学蔡运龙教授等提出的最小耕地面积模型[6]就提供一个比较好的计算方法。

最小人均耕地面积是用来表征满足区域内人口食物需求的最低保障量。它与食物自给程度、食物消费水平、耕地产出水平、农作物播种面积等因子密切相关，具体表达式为：

其中，Smin表示最小人均耕地面积（hm2·人-1），β表示粮食自给水平（%），Gr表示人均食物消费量（kg·人-1），P表示粮食单产（kg·hm-2），q表示粮食播种面积占农作物总播种面积的比重（%），k表示复种指数（%）。人均粮食消费数据Gr，结合湖南省作为国家商品粮基地的实际情况和相关参考文献[7-10]，将 2000 年前需求量定为380 kg，2001年及之后定为420 kg；粮食自给水平为100%。

耕地压力指数采用最小人均耕地面积与区域实际人均耕地面积的比值来表示。具体如下：

其中，K表示耕地压力指数；Sa表示区域实际人均耕地面积（hm2·人-1），采取区域可耕地总面积与人口数量之比来衡量。K值越大，安全等级越低，耕地保护的压力就越紧迫。参考王艳等的研究[7]，将耕地压力等级细分为 5 级：无压力（K≤0.9）、警戒压力（0.9＜K≤1.1）、低压力（1.1＜K≤1.5）、中压力（1.5＜K≤3）、高压力（K＞3）。然而，这种耕地压力指数仅反映了区域整体的耕地压力，却未充分反映区域内的空间差异，也未考虑湖南省作为国家商品粮基地的特殊地位，故需对耕地压力指数进行修正。即：

其中，θ＝Pi/P，Pi是指某地耕地面积，P是指该地所在上级行政区耕地面积，反映出区域食物供应市场的能力，P值越大，对外供应能力越强，配额就越多。

3.1.2" 灰色模型

要了解耕地压力未来趋势，纵观诸多文献，GM（1，1）模型是运用较多的一种方法。因为它是一种具有适应性强、精度高的系统理论方法，能科学预测区域经济社会发展趋势[11-16]。其具体方法是，用典型曲线去逼近原数据一次累加生成的数据列对应的曲线，把逼近的曲线作为模型，最后将模型预测值作一次累减还原，用以对系统进行预测。其中灰色预测模型较为常用，若原始数列呈指数分布规律，则模型有较高的预测精度。

3.2" 结果分析

3.2.1" 湖南省最小人均耕地和耕地压力指数的整体变化特征

结合相关数据，根据式（1）可算出湖南省最小人均耕地面积Smin和耕地压力指数K值。图2显示，1997—2020年Smin值总体先上升后逐渐下降，而K值总体变化则先上升后下降，最后略微上升。除1997年K值为0.877（无压力），2002、2003年K值大于1.1（处于低压力），其他年份主要处于警戒压力。这表明湖南省耕地压力整体处于警戒压力状态。显然，湖南省应高度重视耕地保护，严守耕地保护红线，严格执行湖南省行政首长田长制，耕地保护责任重大。

3.2.2" 湖南省Smin和K值的区域变化特征

湖南省Smin和K值区域差异明显（图3和图4）。2020年初，湖南省人均耕地面积区域分布呈现出北、西北向南、东南方向降低趋势。具体来看，人均耕地面积低于联合国粮农组织设定的0.053 hm2安全线的地区有长沙市、株洲市、湘潭市及娄底市，其中最少的是长沙市，仅为0.021 hm2·人-1。人均耕地面积位居湖南省前列的是常德市、湘西州、益阳市，超过0.07 hm2·人-1，其次是岳阳市、张家界市和永州市，均超过0.063 hm2·人-1。其中最多是常德市，为0.081 hm2·人-1，约为最少地区长沙市人均耕地面积的4倍。从人均耕地面积的时空演变看，2008至2019年间，湖南省人均耕地面积低于0.053 hm2·人-1的区域分布呈现由“多—少—多”的演变态势，特别是湘东的湘潭市、株洲市、衡阳市、郴州市和邵阳市的变化较大。常德市人均耕地面积一直位居湖南省榜首，均超过0.07 hm2·人-1；而长沙市和娄底市人均耕地面积一直处在0.053 hm2·人-1的安全线以下（如图3）。

耕地压力指数的区际差异看，最大的是长沙市，高达1.981，处于中压力状态（1.5＜K≤3）；其次是湘西州（1.254）和郴州市（1.149），处于低压力状态（1.1＜K≤1.5）；岳阳市、常德市、益阳市和永州市耕地处于无压力状态（K≤0.9）；其他7市耕地为警戒压力状态（0.9＜K≤1.1）（如图4）。

从耕地压力指数空间演变看，K值一直大于1的有长沙市、张家界市、郴州市、怀化市、娄底市和湘西州。其中，长沙市K值明显增加，由2008年的低压力演变到现在的中压力状态，也是湖南省唯一中压力状态的地区。耕地压力加大趋势明显，主要是由于长沙市是湖南省省会，城市发展速度很快，人口逾千万，建成区面积由2000年的167.7 km2增加到560.8 km2。郴州市和湘西州K值虽有所降低，但始终处于低压力状态。主要是由于两地处于山区，耕地质量相对较差，特别是湘西州，地均粮食产量一直处于全省最低。株洲市和湘潭市两地耕地压力虽处于警戒压力状态，但K值却在增加，耕地保护压力渐大。主要是由于两地作为长株潭城市群的核心城市，城市化进程加快，城镇建设占用耕地逐年增加，两地耕地面积分别由2008年的202.5千 hm2、173.18千 hm2减少到2019年底的139.23千 hm2、128.95千 hm2。而人口又在增加，可见这两地耕地压力未来明显增大。其他城市K值都在降低，耕地压力状态都由低压力变为警戒压力或仍保持警戒压力状态。可见，未来湖南省耕地压力最大的是长株潭地区，其次是大湘西地区（湘西州、张家界市和怀化市）和湘南地区的郴州市（如图4）。

3.2.3" 湖南省 Smin和K值的预测

1）粮食产量、耕地面积、人口、粮食播种面积和农作物播种面积预测

运用GM（1，1）模型，利用湖南省1997—2020年耕地面积Y1、粮食产量Y2、人口Y3、农作物播种面积Y4和粮食播种面积Y5，获得预测模型[式（4）～式（8）]，运用残差合格模型对预测模型获得的预测值进行检验，发现检验结果达到灰色精度检验等级的二级水平，可以用于预测，预测结果见表1。

Y1：[x（1）（k+1）=2 001.977 4e0.001 939k-1 998.024 4]" " （平均相对误差：3.4350 ）" " "（4）

Y2：[x（1）（k+1）=298.116 1e-0.008 628k-295.314 2]" " " （平均相对误差：3.305 2）" " "（5）

Y3：[x（1）（k+1）=1 041.719 1e0.006 204k-1 035.254 1]" " "（平均相对误差：0.653 1）" " "（6）

Y4：[x（1）（k+1）=3 302.733 7e0.002 384k-3 294.724 7]" " "（平均相对误差：2.365 0）" " "（7）

Y5：[x（1）（k+1）=632 80.767 2e0.000 076k-62 375.611 9]" "（平均相对误差：3.372 7）" " （8）

2）最小人均耕地面积和耕地压力指数预测

依据式（4）～式（8），利用最小人均耕地面积和耕地压力指数方法，可计算出未来10年湖南省的最小人均耕地面积和耕地压力指数（表1）。表1预测数据表明，到2030年，湖南省人均耕地面积只有0.052 3 hm2， 略低于联合国粮农组织所确定的人均耕地0.053 0 hm2的警戒线。2021—2030年间，湖南省粮食总产、耕地面积、年末常住人口均呈缓慢增加趋势，但实际人均耕地面积、Smin和K值呈降低趋势，且实际人均耕地面积略大于最小人均耕地面积，但是随着时间的推移因Smin降幅要比实际人均耕地面积降幅越来越大，致使K值呈下降态势，表明湖南省耕地压力越来越小。但是从长期看，湖南省耕地会一直在警戒压力状态徘徊。因此，湖南省须保持高度警惕，谨防耕地保护力度松懈，仍需持续加大各地特别是长株潭地区耕地保护举措落实的监测力度，确保耕地数量占补平衡，耕地质量不下滑。

4" 结论与建议

综上，得出研究结论如下：1）1997—2020年湖南省粮食产量总体呈显著的波动式增长，湖南省粮食总播种面积持续下降，但是粮食单产在上升，原因在于湖南省粮食生产技术投入持续发力。需注意的是粮食播种面积占农作物播种面积的比例逐年减少，表明湖南省耕地非粮化趋势明显。2）1997—2020年，湖南省实际人均耕地和人均粮食产量在减少，最小人均耕地面积Smin值总体上升后逐渐下降，耕地压力指数总体先上升后下降再略微上升，这主要是由人口压力所致。而且湖南省耕地压力状态差异显著，耕地压力最大的是长株潭城市群，处于中压力状态，其次是大湘西地区和郴州市，处于低压力状态。环洞庭湖区的常德市、岳阳市和益阳市的耕地压力处于无压力状态，仍旧是湖南耕地集中区域和粮食主产区。3）根据预测模型，2021—2030年湖南省耕地压力指数呈逐年降低趋势，但始终Smin值始终处于0.9～1之间，耕地始终处于警戒压力状态。特别需要指出的是预测的实际人均耕地面积低于联合国粮农组织设定的安全线，未来耕地面积数量难以保证粮食生产安全，因而湖南省必须加大耕地保护力度。

鉴于以上结论，提出建议如下：1）湖南省应进一步增加对农业生产设施的投入，并依靠科技进步提高耕地产出率。特别是针对耕地压力渐大的长株潭城市群，更应加快高标准农田建设，依托城市群科技优势，加大种源技术研发，提高地均产量。应统筹城乡协调发展，合理规划国土空间，明确基本农田保护区数量和位置，制止不合理占用耕地现象，以保证耕地最低保有量。2）环洞庭湖区是湖南省粮食主产地，要着力提高农业特别是粮食补贴、良田补贴来提高农民种粮的积极性，防止耕地抛荒和耕地非农化，以保证粮食的播种面积。加大中低产田的改良力度和防止占优补劣，以提高耕地质量。加快推进土地流转，加快推进农村土地整理进度，促进粮食生产规模化、机械化及农田管理的现代化，以便减少过高的种粮成本，提高种粮的经济效益。要积极挖掘良田种植系统的旅游资源，推进农旅融合发展，提高粮农综合收益，从而提高农户保护耕地的积极性和种粮的主动性。3）积极推进“3+5”城市群规划落地，按照优势互补、利益补偿的共享机制[17]，在创新土地管理政策制度设计上既要保障耕地压力指数较大的长株潭核心城市建设所需土地，又要确保“3+5”城市群地区粮食安全所需的耕地数量。

本研究是在对耕地和粮食总产动态演变分析的基础上，对最小人均耕地面积和耕地压力指数进行预测，其预测值具有一定的指导价值。但由于耕地数据源于统计数据，有一定的统计误差，会影响到预测数据的精确度，另外耕地和粮食产量变化受不可控因素的影响较多，其预测值不够精准，因此在预测方法上可加入更多影响因素，使之不断完善。同时研究内容上还可对不同地区耕地压力变化产生的原因进行深入探讨，提出更加有针对性的耕地保护策略。

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（责任编辑：易" 婧）

收稿日期：2023-08-05

基金项目：湖南省社会科学成果评审委员会研究项目（XSP22YBZ043）。

作者简介：汤进华（1976—），博士，副教授，主要从事土地利用和管理的教学与研究。E-mail： tangjinhua121@163.com。