山东省耕地资源数量变化对粮食安全的影响分析

摘要：以山东省耕地资源变化为研究对象，在分析1978-2012年耕地资源和粮食产量变化的基础上，运用最小人均耕地面积、耕地压力模型以及预测理论研究耕地资源变化和粮食产量之间的关系，预测耕地资源的变化对粮食安全产生的影响，探究保障粮食安全的耕地数量底线。结果表明：1978-2012年山东省耕地面积、粮食产量出现波动变化趋势，人口在逐年增加，有一段时期最小人均耕地面积和耕地压力指数增加趋势明显，说明此段时期山东省粮食供需差距增大，粮食安全受到威胁。未来15年内人口逐年增加，耕地面积和人均耕地面积减少，粮食产量逐年增加，最小人均耕地面积和耕地压力指数呈下降趋势，粮食安全不会受到威胁，主要是由于耕地生产能力的提高，耕地承载压力减小。研究结果为进一步解决山东省耕地合理利用和粮食安全之间的问题提供依据。

关键词：山东省；耕地资源变化；最小人均耕地面积；耕地压力指数；粮食安全

中图分类号：F301文献标识号：A文章编号：1001-4942（2016）09-0162-06

AbstractUsing the change of cultivated land resources in Shandong Province as research object， based on the analysis of cultivated land and grain yield change in 1978-2012， the relationship between the change of cultivated land resources and grain yield was studied using the minimum per capita arable land area， cultivated land pressure model and prediction theory， the impact of change of cultivated land resources on food security was predicted， and the bottom line of cultivated land quantity guaranteeing the food security was researched. The results showed that from 1978 to 2012， the cultivated area and grain yield in Shandong Province took on fluctuation change trend， the population was increasing year by year. During a period of time， the minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index increased obviously， which indicated that the grain supply and demand gap of Shandong Province increased in this period， and the food security was under threat. The prediction results showed that in the next 15 years， the population would increase year by year， the cultivated land area and per capita arable land area would decrease， the grain yield would increase with years， the minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index would show declining tendency， thus the food security would not under threat mainly due to the increase of production capacity of arable land and the decrease of pressure that arable land bearing. These results would provide basis for further settling the problem between rational use of cultivated land and food safety in Shandong Province.

KeywordsShandong Province； Change in cultivated land resources； Minimum per capita arable land area； Cultivated land pressure index； Food security

耕地是农业生产生活的物质基础，但随着社会经济的发展，城市化和工业化进程不断提高，耕地非农化和生态退耕还林等导致耕地资源不断减少，粮食安全受到威胁。耕地资源数量的变化与粮食安全是关系到中国经济和社会可持续发展的战略问题，在保证经济建设需要的同时也要保护有限的耕地资源，以实现国家粮食安全[1]。山东省是全国重要的粮食主产区，对国家粮食安全有着十分重要的意义。本文以山东省为例，在研究1978-2012年耕地资源变化及其对粮食安全影响的基础上，对未来15年的耕地资源和粮食产量进行预测，为合理利用和保护耕地，实现山东省社会经济持续发展提供科学依据。

1研究方法

本文运用蔡运龙等[2]提出的最小人均耕地面积和耕地压力指数模型对耕地面积、粮食产量、粮食单产、人均粮食产量进行研究，运用回归分析模型建立自变量和因变量之间的关系，并利用时间序列中的平滑指数法[3]对未来15年的最小人均耕地面积、耕地压力指数进行预测，通过分析耕地数量变化及其对粮食安全的影响，掌握未来15年山东省粮食安全动态变化。

1.1回归分析模型

回归分析法是研究某一要素与其他要素之间数量关系的数学模型。其中一元回归模型描述的是两个要素（变量）之间的线性相关关系。本文主要应用一元回归模型，公式为：

（5）

其中，a∧、b∧为参数，x为未知数。

1.2时间序列模型

时间序列是要素（变量）的数据按照时间顺序变动排列而形成的一种数列，它反映了要素（变量）随时间变化的发展过程。用平滑预测法对山东省粮食总产量进行预测，主要是用平滑预测法计算所得的数据与原始数据的误差最小。其预测模型如下：

y∧t+T=at+btT （10）

式中，S（1）t为一次指数平滑值，S（2）t为二次指数平滑值；α为平滑系数，且0

1.3最小人均耕地面积

最小人均耕地面积指的是在一定区域范围内，一定食物自给水平和耕地生产力条件下，为了满足人口正常生活的食物消费所需的耕地面积。最小人均耕地面积是食物自给率、食物消费水平、耕地生产力水平等因子的函数，能准确反映一定区域耕地资源的紧张程度。如下式：

Smin=βGrpqk （11）

式中，Smin为最小人均耕地面积（hm2/人）；β为食物自给率（%）；Gr为人均食物需求量（kg/人）；p为食物单产（kg/hm2）；q为食物播种面积占总播种面积之比（%）；k为复种指数（%）[4]。

1.4耕地压力指数模型

耕地压力指数指的是最小人均耕地面积（Smin）与实际人均耕地面积（Sa）之比：

K=SminSa （12）

耕地压力指数可以衡量一个地区耕地资源的稀缺和冲突程度，给出了耕地保护的阈值，可作为耕地保护的调控指标，也是测度粮食安全程度的指标。当K≤1时，表明耕地压力小，粮食安全形势乐观，此时可适度转移耕地用途；当K>1 时，耕地资源利用超载，粮食供给小于需求，出现粮食不安全状况[4]。

2耕地资源变化对粮食产量的影响

耕地资源是农业生产最基本的物质条件，其数量和质量的变化必将引起粮食生产的波动，从而影响到粮食有效供给和粮食安全水平[5]。本文主要从山东省耕地资源的质量和数量变化两个方面分析耕地资源变化对粮食产量的影响，了解粮食产量变化趋势以及影响因素，从而为粮食安全提供借鉴依据。

2.1耕地资源数量变化分析

山东省1978年耕地面积为729.64×104 hm2，以后逐年减少，到2007年缩减为632.1× 104 hm2，之后几年面积有所增加，2010年面积为765.8×104 hm2，2010年以后耕地面积出现减少趋势，到2012年减少为763.6×104 hm2。从1978年到2007年的30年间，总共缩减了97.03×104 hm2，平均每年减少3.234×104 hm2。2002-2007 年山东省全区耕地面积共减少82.2532×104 hm2。其中生态退耕还林7.722×104 hm2，占总减少量的9.39%；农业结构调整减少6.8387×104 hm2，占8.31%；建设占用21.8958×104 hm2，占26.62%；灾毁及其他减少45.7922×104 hm2，占55.67%。

2.2人均耕地面积变化分析

根据山东省统计年鉴，2012年山东省总人口为9 685×104人，较1978年增加了2 525×104人，平均每年增加74.3×104人。而山东省耕地面积却呈递减的趋势，这样就出现了人增地减的趋势，人均耕地面积由1978年的0.102 hm2降到了2007年的0.0763 hm2，下降趋势明显，直到2008年由于耕地面积的增加才有所缓解，但总体上人均耕地面积随着人口的增加和耕地面积的减少逐渐减少。人均耕地面积的多少一定程度上能够衡量耕地压力程度，人均耕地面积的减少会对耕地资源构成威胁。

人均耕地面积变化趋势

2.3粮食产量变化分析

如图2所示，1978年粮食总产量为228.8×108 kg，到2012年为451.1×108 kg，增加了222.3×108 kg，年平均增长量为6.54×108 kg 。1978-2012年间，有27个年份增产，有7个年份减产。粮食总产量经历了波动增加（1978-1996年）、突然减少（1966-2002年）、稳定增加（2002-2012年）三个阶段。1996-2002年粮食总产量持续下降，2002年粮食总产量滑坡到329.3×108 kg，主要原因是粮食价格降低、调整种植结构、粮食种植面积连年下降，加上实施退耕还林，使得粮食产量骤减[6]。2003-2005年间，政府出台一系列惠农政策，增加粮食流通和开放粮食收购市场，2004年山东省“粮食直补”资金总额达7.58亿元，并且斥资改造中低产田，挖掘粮食生产潜力，2005年免征农业税，粮食产量稳定增加[7]，2012年达到最高。

粮食产量、人均粮食产量变化趋势

2.4耕地资源数量变化对粮食产量的影响

为进一步了解耕地资源数量变化对粮食产量的影响，以时间为自变量，通过绘制1978-2012年耕地面积和粮食播种面积、粮食总产量变化率的关系图，分析变化趋势。

从图3可以看出，耕地面积变化率与粮食播种面积变化率呈现不同的走向。为进一步研究两者之间的关系，分为三个时间段对两者进行相关分析。从表1可以看出，1978-2012时间段内，R为0.026，说明相关性不强，表现为不同步；1998-2002时间段内，R值最大，为0.224，说明耕地面积是影响粮食播种面积的重要因素，具有较大的约束作用；1978-1996、2004-2012时间段内，两者呈负相关，但是相关性不大。以上分析表明耕地面积变化会影响粮食播种面积，但这并不意味着播种面积会随着耕地面积的减少而减少，主要是由于粮食播种面积还受复种指数等其他因素的影响。

耕地面积变化率与粮食总产变化率变化趋势如图4，二者呈正相关，r值为0.004，但是变化趋势并不一致。其中1978-1996时间段内，r值为0.077，呈正相关但是相关性不大。1998-2002时间段，r值为0.579，二者呈正相关，变化趋势一致，说明此时间段粮食总产量随耕地面积的变化而变化。2004-2012时间段内，r值小于零，说明该时间段，两者呈明显负相关，说明两者变化不同步，耕地面积减少并非会导致粮食总产减少。但总体上看，尤其是1990年以来，r值最大为0.597，说明耕地面积对粮食总产量有显著的正向影响。

从以上分析可以看出山东省耕地面积出现起伏变化，使得粮食产量呈波动变化，这也是山东省耕地资源和粮食产量变化的明显特征。李彬等[8]用多元回归模型，通过研究粮食总产量及其年变化率与影响因子的相关系数，得出单位面积粮食产量、耕地面积和粮食播种面积是影响粮食产量的重要因子。粮食产量与耕地面积、粮食播种面积有着紧密联系。

2.5最小人均耕地面积和耕地压力指数分析

根据国家统计局公布历史数据及专家在中国粮食月度消耗及全国粮食供求平衡及库存分析中的研究数据，一个国家的人均年粮食消费量在达到250～400 kg时能够达到温饱，人均粮食消费量在400～600 kg时可以达到小康水平。现在我国已经解决温饱达，到小康水平的初始阶段，因此将400 kg作为山东省的人均粮食需求量。

粮食自给率是一个地区粮食的自我满足程度，根据山东省统计年鉴，结合山东省1978-2012年的粮食需求量情况，确定全省粮食自给率为100%。

通过数据分析，1978-2012年Smin和K值总体呈波动性变化趋势。由图5可以看出，人均耕地面积变化较大，最小人均耕地面积从1978年的0.128 hm2下降到2012年0.068 hm2，原因是由于粮食单产增加和耕地复种指数提高，通过提高耕地单位面积产出水平和复种指数就可以在稳定耕地产出水平的基础上，降低最小人均耕地面积，有助于缓解区域耕地压力[9]。

耕地压力指数的波动性也较大，1996年最小，为0.80；1978年最大，为1.28。其中1996-2002年耕地压力指数连年增加，由1996年的0.80增加到了2002年的1.11，同时人均粮食产量由 1996年的最大值496 kg，下降到2002年的最低值363 kg，粮食供需差距较大，粮食安全受到威胁。2003-2012年，耕地压力指数逐渐下降，说明此段时期内耕地承受的压力减小，粮食安全问题暂时不会受到威胁。

虽然山东省近粮食安全问题没有受到大的威胁，但通过分析耕地压力指数得知粮食安全仍处于不稳定状态，临近供不应求的边缘，除个别年份粮食种植规模较大外，人均粮食产量仍较低，因此山东省的粮食安全问题不容忽视，粮食供需矛盾要受到格外的重视[10]。

由于粮食产量受很多因素影响，如复种指数和自然因素等，因此本文采用时间序列中的指数平滑法。通过计算得到的数据与原始数据比较发现，指数平滑法的计算结果要比移动平均法更准确，其中布朗二次指数平滑法的计算结果与原始数据相比误差最小，因此本文采用二次指数平滑法预测粮食产量。

通过分析山东省1978-2012年的粮食产量得知粮食自给率为100%，粮食自给率越高反映粮食安全程度越好。根据《中国农业展望报告（2014-2023）》，我国预计三大主粮稻谷、小麦和玉米的自给率将继续保持较高水平，不过由于消费增长快于产量增长，自给率将从2013年的99%调至2023年的97%左右。因此本文预测山东未来粮食产量变化时，根据中国未来粮食自给率趋势，采用不同的粮食自给率90%和100%分别进行预测，反映不同自给率下的差异。运用模型对年末总人口、耕地面积和粮食产量进行预测，得到在不同自给率情况下的最小人均耕地面积和耕地压力指数的变化趋势（表2）。

4讨论与结论

通过分析1978-2012年山东省的耕地面积、粮食产量变化趋势发现：耕地面积持续减少，人均耕地面积由于人口增加也在逐年减少。由于耕地面积减少、人口增加、粮食产量波动变化，使得最小人均耕地面积、耕地压力指数都呈上升趋势，而且有许多年份耕地压力指数都大于1，说明耕地出现超载现象，粮食供求矛盾突出，粮食安全受到威胁，不利于国家可持续发展。

对山东省2016-2030年的粮食安全问题进行预测：未来15年山东省人口数量将持续增加，耕地面积、人均耕地面积下降趋势明显，耕地资源超载严重。但是随着生产力水平的提高，粮食产量和人均粮食产量没有因为耕地面积的减少而减少，反而是增加的。从表2可以看出，到2030年粮食产量将增加到544.798×108 kg，人均粮食产量为491.5 kg。通过选取不同粮食自给率预测得到的最小人均耕地面积和耕地压力指数在未来15年内都呈下降趋势，而且耕地压力指数都小于1，这说明在粮食自给率大于100%的情况下，山东省耕地资源压力相对较小。这一段时期粮食需求量不会出现超载，粮食安全不会受到威胁。

通过分析山东省的粮食安全问题可以得出，虽然未来15年内不会出现粮食供需危机，但是耕地面积和人均耕地面积在不断地减少，势必会造成粮食产量锐减。耕地资源的变化受人口、自然、社会、经济等外界因素的影响，而且在不同时期各种因素对耕地资源的变化产生的影响不同，所以预测过程复杂，所测得的结果存在误差。如根据山东省统计年鉴2013年山东省实际粮食产量为4 528.3×104 t，而预测结果为4 496.97×104 t，由此说明预测分析对外界因素的影响和变动考虑较少，预测方法有待继续完善，研究内容有待进一步深入。

综上，应该采取一系列措施应对耕地面积减少的情况下保证产量不会减少：（1）依靠科技进步提高粮食单产水平，弥补将来由于耕地面积减少而造成不可避免的损失，不仅有利于山东省粮食生产发展，也是中国粮食生产发展的必由之路，有利于保护和提高粮食综合生产能力。（2）进一步调整粮食产业结构和产品结构，选择优良产品，提高产出率，使其获得市场竞争下的相对优势，提高经济效益。（3）改造传统产业，转变传统观念，从数量规模向效益规模转变，形成新的经济增长点[11]。（4）建立粮食生产的鼓励机制，保障种粮基本收益，完善粮食补贴政策，加大对种粮大县和种粮大户的财政扶持力度，加快实现粮食增产、农民增收、财力增强相协调，提高农民种粮积极性。参考文献：

[1]李世平，岳永胜.陕西省耕地变化驱动力区域差异分析[J].干旱区资源与环境，2010，24（2）：12-16.

[2]蔡运龙，傅泽强，戴尔阜.区域最小人均耕地面积与耕地资源调控[J].地理学报，2002，57（2）：127-134.

[3]徐建华.现代地理学中的数学方法[M].北京：高等教育出版社，2002：37-69.

[4]张蓉珍，李龙.近十年陕北耕地资源变化与粮食安全分析[J].中国农业资源与区划，2010，31（2）：32-38.

[5]刘洛，徐新良，刘纪远，等.1990-2010年中国耕地变化对粮食生产潜力的影响[J].地理学报，2014，69（12）：1767-1778.

[6]魏洪斌，吴克宁，赵华甫，等.未来10年我国耕地数量质量变化对区域粮食产能影响研究[J].广东农业科学，2014（19）：213-219.

[7]邵晓梅，杨勤业.山东省耕地变化趋势及驱动力研究[J].地理研究，2001， 20（3）：22-24.

[8]李彬，武恒.安徽省耕地资源数量变化及其对粮食安全的影响[J].长江流域资源与环境，2009，18（12）：1117-1118.

[9]成丽，方天遥郜亮亮，等.辽宁省耕地压力动态分析与预测[J].统计与决策，2009（4）：101-103.

[10]曾绍鹏，谷增发.山东省粮食安全问题及对策研究[J].山东经济，2003（1）：70-71.

[11]洪舒蔓，郝晋珉，周宁，等.黄淮海平原耕地变化及对粮食生产格局变化的影响[J].