湖北省農戶家庭耕地經營規模情景分析
——基于系統動力學原理的實證研究

王嫚嫚，劉穎，2*，陳實

（1.華中農業大學經濟管理學院，湖北 武漢 430070；2.主要糧食作物湖北省協同創新中心，湖北 荊州 434025）

湖北省農戶家庭耕地經營規模情景分析
——基于系統動力學原理的實證研究

王嫚嫚1，劉穎1，2*，陳實1

（1.華中農業大學經濟管理學院，湖北 武漢 430070；2.主要糧食作物湖北省協同創新中心，湖北 荊州 434025）

本文利用系統動力學原理，對家庭耕地經營規模進行了建模和仿真分析。通過分析糧食供求、人口狀況、耕地面積和政策調節因素的因果反饋關系，構建湖北省家庭耕地經營規模系統動力學模型并進行仿真模擬。研究結果表明：1）系統對湖北省進行的初始預測表明，未來省內能夠完全滿足糧食自給自足，家庭經營面積也不斷擴大，逐步實現規模經營；2）人口政策的開放短期內對湖北省糧食安全不會產生威脅。提高耕地安全基線，加大單位面積耕地資金投入和提高糧食種植比例都能夠對糧食產量進行一定調節；3）上調耕地安全基線，在一定程度上能夠快速調節糧食供給，保障糧食安全，但這種形式的調節不利于農業的可持續發展；4）人口自然增長率上升，農村人口總量增加，會減慢家庭耕地經營規模的擴大，城鎮化是實現規模經營的關鍵。

系統動力學；仿真；農戶耕地；經營規模；糧食安全；湖北省

王嫚嫚， 劉穎，陳實. 湖北省農戶家庭耕地經營規模情景分析——基于系統動力學原理的實證研究［J］. 農業現代化研究，2016， 37（5）: 848-855.

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規模經營作為解決農業發展，糧食需求，農民增收的途徑之一，一直以來備受關注［1］。1987年，適度規模經營第一次出現在中央5號文件中，之后接連出現在若干重要中央文件中。2013年中央一號文件中提出了“堅持依法自愿有償原則，引導農村土地承包經營權有序流轉，鼓勵和支持承包土地向專業大戶、家庭農場、農民合作社流轉，發展多種形式的適度規模經營”。規模經營的發展是順應我國農業發展階段誕生的，是城鎮化和工業化的必然結果。

學術界圍繞規模經營進行了大量研究，主要集中在規模與效率之間的關系［2-4］，規模經營適宜度的研究［5-8］，以及農戶規模經營的選擇和驅動力分析［9］等幾個方面。盡管學者們通過不同的測算來證明是否存在規模效率，但規模經營已成為必然選擇［10-11］。并且研究發現不同的評價標準和經營目標會測算出不同的適度經營規模［12-13］，即農業經營規模在理論上缺乏清楚界限［14］，這也說明很難用有普適性的數值對最優土地經營規模做出界定。

已有研究大多從農戶生產經營的微觀角度出發測算出可能適度經營區間［13］。但耕地經營還會涉及到許多較難把握的規律和內在關系，系統動力學是復雜系統研究的有效手段。馬永歡和牛文元［15］利用系統動力學原理，對我國糧食需求和耕地配置狀況進行仿真模擬，結果表明我國糧食總需求量呈剛性增長，耕地供給處于緊平衡狀態。趙黎明和王忠［16］則從供給、庫存、需求三個方面建立了糧食安全預警系統。王海燕等［17］建立了糧食預測和政策仿真模型，認為只要保證農業基礎設施和科技研究投入，宏觀政策的有效實施，我國可以長期實現95%糧食自給率的目標。然而，以農戶家庭耕地經營規模為主體的系統動力學文獻目前較少。系統動力學將耕地經營規模的動態性加以考慮，反映了各個變量之間的動態關系和相互作用，模擬和分析相應政策的實施效果，具有一定的現實意義。

文章選擇湖北省作為研究區域，對湖北省家庭經營面積進行了模擬和仿真，研究在各個子系統相互制約下家庭耕地經營面積的變化狀況，旨在提出以糧食安全為前提的耕地規模經營措施，是國家糧食安全和農業現代化發展的重要內容。

1　研究區域概況

湖北省是農業大省，也是人口大省，目前人均耕地面積約0.082 1 hm2，2013年農村居民人均可支配收入為9 691.80元，城市人均可支配收入是其2.34倍。為提高農戶收入，縮小城鄉收入差距，促進農業發展，實現耕地規模經營是關鍵。湖北省耕地面積演變則是未來耕地經營規模預測的基礎。

根據中國國土資源年鑒以及第二次土地調查部分數據，2001年至2013年湖北省耕地面積增減逐漸持平，總量趨于穩定。2001年年初湖北省耕地總面積為492.16萬hm2，持續下降至2013年年初的462.27萬hm2，2004年之后，耕地總面積下降趨勢減緩，這與近年來耕地保護政策密切相關。各年耕地面積具體變化中，年內耕地減少面積幾乎全部大于年內耕地增加面積，但兩者之間的差距自2004年起明顯縮小，直至2007年基本持平。除去2005年，年內耕地增加面積總體處于緩慢上升趨勢，年內耕地減少面積在2003年上升至最大，之后則快速下降并趨于平緩。這些變化充分展示2001-2013年湖北省耕地變更狀況，為今后的耕地利用及耕地保護政策制定提供依據。

2　研究方法

2.1系統動力學模型構建思路

糧食安全是現代農業的前提，規模經營是實現農業現代化的必經之路，在實行規模化經營的同時必須強調糧食安全。耕地供需是影響農戶規模經營的重要方面，農戶耕地規模主要受耕地總面積和人口總量的影響。糧食安全則與糧食供求量有關，糧食供求由人口量、人均糧食需求量以及單位面積產量和種植面積決定。本文將系統劃分為三個子系統：1）糧食安全子系統，主要通過糧食需求量、糧食作物年產量、自給率等評價指標來衡量，將生產和消費之間聯系起來。2）人口子系統，人口結構和數量的變化，對糧食需求總量、居住面積需求及農業人口數量都會產生影響。同時也影響建設用地以及建設用地占用耕地情況。3）耕地面積子系統，耕地面積變化主要有兩方面，耕地面積增加和耕地面積減少。在影響糧食種植面積的同時，也受人口結構變化而引起的建設用地面積變化的影響。總之，三個系統之間相互影響相互制約，反映著任意一個量的變化對家庭經營規模的影響。

2.2系統動力學模型結構分析

2.2.1糧食安全子系統 糧食安全涉及到糧食的生產和消費。糧食生產受糧食單產和糧食播種面積的直接影響，糧食播種面積是由糧食播種比例、復種指數和耕地面積共同決定的。根據生產函數，糧食單產主要受技術條件、勞動力供給以及資本投入的影響，這些都是從農戶的行為角度分析的，但是農戶是經濟人，能夠在已有的條件下做出最適合的選擇，本文從外生變量的角度出發，根據以往國家對單位耕地的資金投入與糧食單產之間的關系確定單位面積的糧食產量，簡化了糧食生產系統。這與呂德宏等［18］、吳沛良［19］認為的農業資金投入對提高糧食生產顯著作用的觀點一致。糧食安全強調的是我國糧食供求能否平衡，通過糧食自給率來衡量。

近些年來糧食需求結構在不斷的改變，對糧食需求量也提出了新的要求。根據糧食安全子系統因果關系圖，有以下幾個因果反饋（圖1）：1）糧食自給率→耕地調整因子→耕地面積→糧食播種面積→糧食作物年產量。這條負向關系反饋圖說明了糧食安全需要耕地適量供給作為保障，當糧食自給率下降時，通過政策手段保護耕地，提高糧食自給率。2）糧食自給率→耕地調整因子→耕地面積→單位耕地支持資金→糧食作物單產→糧食作物年產量。這是一條正向關系反饋圖。耕地面積上升，單位面積耕地的支持資金減少，糧食作物年產量增加量也隨之減少。耕地面積對糧食播種面積和糧食單產的作用正好相反，也即是在系統內變量是相互制衡的。3）糧食自給率→財政支農比例→財政支農資金→單位耕地支持資金→糧食作物單產→糧食作物年產量。這條負向關系反饋圖表明當糧食自給率下降時，可以通過調節財政支農資金刺激農業，促進糧食生產。

圖1　糧食安全子系統因果關系圖Fig. 1　Causality of grain security subsystem

2.2.2人口子系統 我國是一個人口基數大，人口規模和人口結構在不斷改變的國家。與人口規模相關的直接變量是人口出生率和人口死亡率，根據我國國情，我國人口變化率主要受生育政策、醫療條件、生活水平、生活環境等因素的影響。資源缺乏、環境污染等負面環境因素會帶來出生率下降和死亡率上升，但醫療技術的進步會減少甚至消除這種現象，相互之間能夠達到均衡［20］。生育政策是外生變量，相機抉擇人口政策對糧食安全有著重要的意義［21］。本文只選擇了計劃生育政策作為唯一一個影響因素，因為生育政策是外生變量，是由國家根據人口總量及結構決定的，不受系統制約，并且能夠在短期內調節。比如我國計劃生育政策落實后，湖北省人口出生率從1990年的2.16%下降至2003年的0.826%，降低人口總量的增長速度，使糧食需求量得到緩解。關于人口結構，影響城鄉人口比例的主要因素是城鎮化率，城鎮化率上升，人口結構變化，這種變化會對農村家庭經營面積以及新增建設用地面積等產生影響，調節整個系統（圖2）。

圖2　人口子系統因果關系圖Fig. 2　Causality of population subsystem

2.2.3耕地面積子系統 耕地是糧食生產的主要載體，其質量及面積會對糧食生產產生直接影響。農戶家庭經營規模主要通過家庭耕地面積來表達，本文從糧食安全的視角，研究其他各個變量變化對未來家庭耕地面積的影響。

未來耕地面積的變化狀況將會直接影響到家庭經營規模，決定耕地面積的主要因素是耕地增加面積和耕地減小面積。耕地增加的主要方式包括耕地復墾、耕地開發以及農業結構調整，系統中將耕地增加系數統一稱為耕地調整因子，對耕地增加面積具有正向作用。影響耕地增加面積的另外兩個因素是糧食自給率和耕地安全基線。耕地面積減少的因素有建設占用耕地、農業結構調整、退耕還林以及環境災害等。后三者根據近幾年的平均變化率賦值，建設占用耕地是通過人均新增建設用地計算得來。

2.3系統動力學模型建立

系統動力學模型建立的基礎是系統動力學流圖。根據以上結構分析，將三個子系統進行合并和擴展，構建出如圖3所示的基于糧食安全系統下的家庭經營規模系統動力學流圖。

模型的建立需要設定相關變量的初值及動態仿真運行的參數。模型中的數據均來源于中國國土資源年鑒、中華人民共和國國家統計局。對于參數的處理方法包括趨勢外推法，統計回歸，相應的表函數，邏輯函數，平均值法等。按照所屬的子系統進行分類，模型中的主要方程如下：

1）人口子系統中，涉及到的變量比較少，通過各變量之間的函數關系，最終計算出變量農村家庭個數。其中人口和城鎮化率是水平變量，由初始值和速率變量決定。主要包含的方程有：

圖3　家庭耕地經營規模系統動力學流圖Fig. 3　System dynamic flow of household farmland operation scales

式中：P表示人口，PB代表出生人口，PD代表死亡人口，IP代表初始人口，VCR代表城鎮化率變化量，ICR代表初始城鎮化率，CR代表城鎮化率，RP代表農村常住人口，RH代表農村家庭個數，AR代表平均農業家庭人數。

2）糧食安全子系統，這個系統的核心變量是糧食自給率，相關變量方程如下：

各變量的概念和具體內容為：PGD為人均糧食需求量，IPGD為人均糧食需求量增長量，PGDI為初始人均糧食需求量，GD為糧食需求量，GYPU為糧食作物單產，SFUC為單位耕地支持資金，FCP為糧食作物年產量，GA為糧食播種面積，RFPA為糧地比例，MCI為復種指數，RFS為糧食自給率。其中GYPU沒有采用最常用的柯布道格拉斯生產函數，而是運用統計回歸，分析了GYPU和SPUC之間的關系［18-19］，回歸結果中系數和截距均顯著，R2值為0.78，通過F檢驗。

3）耕地面積子系統中，耕地面積由初始值和耕地增減面積決定，函數表達式為：CL=INTEG（ICL-DCL，4622720）。其中ICL是邏輯函數表達的，將耕地面積和耕地安全基線進行比較，根據不同情形調節相應的耕地保護政策，具體表達式為：IF THEN ELSE（CL＞=CLS，CL×CLA，（CLA-CL） ×RFS）。

另一個速率變量DCL，涉及到的關系式包括：DCL=CLC+（SAA+RCF+CLD）×CL，

CLC=NCL×CLNCL，NCL=PCLR×RP+PCLC×CR× RP/（1-CR），其中SAA，RCF，CLD根據2001年至2013年的耕地變更狀況計算其均值，取作常量。CLNCL則根據湖北省土地利用總體規劃（2006-2020年），取作0.625。

各變量具體涵義為：CL耕地面積，ICL耕地增加面積，DCL耕地減少面積，CLS耕地安全基線，CLA耕地調整因子，CLC建設用地占用耕地面積，SAA農業結構調整耕地減少率，RCF生態退耕減少率，CLD耕地災毀減少率，NCL新增建設用地，CLNCL新增建設用地中建設用地占用耕地比例，PCLR農村人均新增建設用地，PCLC城市人均新增建設用地。

3　湖北省家庭經營面積情景分析

3.1政策不變條件下家庭耕地情景仿真

假設未來相關政策和目前的政策一致，整個系統以現有的趨勢運行。即人口自然增長率、耕地的增加系數和減少系數均處于近年的平均水平之上，城鎮化率按照已有趨勢變化，其他變量也保持在現有水平。

根據仿真結果（圖4），2030年湖北省的糧食總產量會上升到2 825.02萬t，結合湖北省目前的自然人口增長率0.347%，以及全國人均糧食消費的增長情況，湖北省在未來的糧食自給率超過100%，即湖北省未來在糧食供求上能夠完全滿足自給自足，并有結余。湖北省的耕地總面積由2013年的462.27萬hm2下降到2030年的460.92萬hm2，后期耕地面積變化比較平穩，這與湖北省對耕地保護的重視程度以及政策的落實程度不可分離，在系統中表現為耕地面積調整因子靈敏程度高，能夠及時的對耕地進行補充。農村家庭數由2013年的697.11萬戶下降至2030年的194.94萬戶，農村家庭平均耕地面積由2013年的0.663 hm2/戶上升至2030年的2.364 hm2/戶，這對于農村家庭耕地面積來說是一個較大的增長。未來家庭耕地面積規模擴大是一個必然趨勢。

圖4　政策不變條件下家庭耕地面積情景仿真Fig. 4　Simulations of household farmland scales under the same policy

3.2放寬計劃生育政策的家庭耕地面積情景仿真

根據國家的最新生育政策，我國已全面放開二胎政策，人口自然增長率會發生改變。文中做了兩個估計，一個是假設湖北省人口自然增長率上升為2001-2014年的全國平均水平0.005 45（生育政策改變1），這個估計相對保守。另一個是假設人口自然增長率上升至1990-2000年的湖北省平均水平0.009 62（生育政策改變2），這個時期計劃生育政策良好實施，人口自然增長率穩步下降，可與現行生育政策形成對比。根據預測結果，湖北省人口2030年分別達到6 360.35萬人和6 823.99萬人，此時，湖北省糧食自給率和平均家庭耕地面積均發生改變。

如圖5所示，糧食自給率在不同的人口自然增長率下變化差異較大。當人口自然增長率為0.009 62時，2030年糧食自給率下降到0.948。人口自然增長率為0.005 45時，各年糧食自給率仍均大于1。顯然，人口問題會對糧食安全造成一定影響，但如若人口增長適度，湖北省未來仍能處于95%的糧食自給率安全目標內。

圖5　不同政策背景下糧食自給率情景仿真Fig. 5　Simulations of grain self-sufficiency rates under different policies

此時，湖北省的耕地總面積總體上依舊沒有大的變化，這是耕地安全基線政策的結果。在保持耕地面積不低于安全基線463.13萬hm2前提下，家庭耕地面積整體快速上升，但人口自然增長率較高時，家庭耕地面積整體下降（圖6）。和初始預測相比，2030年家庭耕地面積分別下降到2.286 hm2/戶、2.130 hm2/戶。開放生育政策對家庭規模經營具有明顯的負面影響，雖然短期內不會有糧食安全問題，但應密切關注，及時的調整農業政策，在保證糧食安全的前提下，家庭規模經營才有意義。

影響糧食產量的因素有單位面積糧食產量和糧食播種面積，因此要從這兩個方面入手。一方面可以通過提高財政支農資金，即提高財政支農比例，加大對農業的投入。另一方面，提高糧食播種比例，即通過扶持政策，調整湖北省農業種植結構。根據模擬結果，當種糧比例從目前平均水平0.53上升到0.55時，即使人口自然增長率有較大幅度上升，湖北省的糧食自給率也能高于100%。

圖6　不同政策背景下家庭耕地面積情景仿真Fig. 6　Simulations of household farmland under different policies

3.3不同耕地安全基線水平下家庭耕地面積變化

增加耕地面積是最直接的保障糧食安全的政策。但是這一政策會對單位面積糧食產量帶來一定的負面影響。因為耕地面積增加的同時，會減少單位耕地支持資金，致使單位面積糧食產量相應減少。同時，湖北省耕地后備資源有限，耕地資源質量不高，通過增加耕地面積來擴大家庭耕地面積并非長久之計。

如圖7所示，是將耕地安全基線分別向下調和向上調到416.82萬hm2、509.45萬hm2時的糧食自給率。伴隨著小幅度人口自然增長率上升，當耕地安全基線上調，仍然能夠保證糧食自給率在100%以上，當下調耕地安全基線，糧食自給率2023年之前都是保持在100%以上，2021年到2030年則逐漸下降到98%。

圖7　不同耕地安全基線下糧食自給率情景仿真Fig. 7　Simulations of grain self-sufficiency rates with different cultivated land security baselines

在其他變量保持不變的條件下，家庭耕地面積的變化受耕地總面積的影響，耕地總面積在耕地調整因子和糧食自給率的作用下，總是能保持在耕地安全基線左右。因而，家庭耕地面積最終隨耕地安全基線的變化而變化，耕地安全基線下降時，家庭耕地面積也隨之下降。模擬中將耕地安全基線在現有的基礎上分別上調和下調10%，到2030年，湖北省的家庭耕地面積分別為2.602 hm2/戶和2.198 hm2/戶（圖8）。顯然，不同耕地安全基線下，家庭耕地經營面積有一定差異，且在目前的耕地安全基線下，即使未來人口自然增長率有一定程度的上升，湖北省短期內仍然能夠完全做到糧食自給自足，保證省內糧食供給。

圖8　不同耕地安全基線下家庭耕地面積情景仿真Fig. 8　Simulations of household farmland with different cultivated land security baselines

3.4不同城鎮化率下家庭耕地面積情景仿真

城鎮化率是另外一個影響家庭耕地面積變化的關鍵因素。根據目前湖北省的城鎮化率的平均變化情況，2030年湖北省的城鎮化率將達到0.879 4，達到和超過部分先進國家水平，這是一種理想化的狀況，只有城鎮化進程按照目前的趨勢很好的實施才能實現。如圖9是不同城鎮化率變化狀態下的家庭耕地面積。

圖9　不同城鎮化率下家庭耕地面積情景仿真Fig. 9　Simulations of household farmland with different urbanization rates

假設在仿真的起始點上，城鎮化率變化率從0.028 8下降到0.021 4，即城鎮化率速度減慢，其他條件不變的情況下，到2030年城鎮化率由初始條件下的0.882 7下降到0.781 1。從圖9可以看出，城鎮化率的微小變化，會引起家庭耕地面積的相對明顯的變化，具體表現為2030年的平均家庭耕地面積從2.364 hm2/戶下降到1.267 hm2/戶。當城鎮化率下降，農村常住人口減少變慢，即使建設用地占用耕地面積量增加明顯，但是通過耕地調整因子，耕地的面積變化減小，因而農村常住家庭數是影響平均家庭耕地面積的主要因素。我國城鎮化程度是影響我國農村耕地規模經營的主導因素，在保障我國糧食安全的同時，為了實現耕地的規模經營，必須保障城市化進程的正常有序進行。

4　結論

規模經營系統涉及到多個方面，是人口、糧食安全、耕地之間的非線性關系。本文通過對湖北省未來家庭耕地面積經營規模的分析，得到以下結論：首先在目前政策背景下，湖北省耕地未來能夠充分保障糧食安全，并能逐步實現規模經營，走向農業現代化。其次，人口政策的開放帶來的人口增長短期內不會對湖北省糧食安全產生威脅。提高耕地安全基線，加大單位面積耕地資金投入和提高糧食種植比例是調節糧食產量的有效措施。再次，耕地安全基線的上調，能夠對糧食供給進行快速調節，加快家庭耕地規模經營步伐，但是這種形式的調節不利于農業的可持續發展。最后人口自然增長率上升，會減慢家庭耕地經營規模的擴大，城鎮化是實現規模經營的關鍵，只有部分農戶退出農業生產，將土地釋放出來，合理的流轉，才能實現土地的規模經營。

5　政策建議

在未來湖北省農業發展過程中，應從以下幾個方面保障規模經營的順利進行：第一，保持耕地安全基線不變。根據不同情景分析，維持目前耕地基線463.13萬hm2，結合基礎設施和科技投入，合理調整農業結構等農業政策，能夠很好的保障糧食安全。第二，提高耕地質量。目前湖北省耕地能夠完全保障省內糧食安全，在發展規模經營的同時，合理休耕，提高耕地生態價值，才能保證湖北省糧食安全以及農業可持續發展。第三，穩步推進城鎮化。人口政策的完全開放，對人口年齡結構具有一定的調節作用，有利于糧食長期穩定生產。但城鄉人口結構的調節是家庭耕地經營規模的關鍵，因此確保城鎮化穩步有序的進行，是實現耕地規模經營以及農業現代化發展的關鍵。

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（責任編輯：王育花）

Simulation of the operation scale of household farmland in Hubei Province: An empirical study based on system dynamics

WANG Man-man1， LIU Ying1，2， CHEN Shi1
（1. College of Economics and Management， Huazhong Agricultural University， Wuhan， Hubei 430070， China；2. Hubei Collaborative Innovation Center for Grain Industry， Jingzhou， Hubei 434025， China）

Based on the system dynamics theory and incorporating the grain supply and demand， population， and the causality relationship between the cultivated area for grain and the grain policy adjustment， this paper built a simulation model to analyze the household farmland management scales in Hubei Province. Results show that: 1） the initial projection for Hubei Province shows that Hubei can completely meet the grain self-sufficiency in the future，expand household farmland scales， and gradually realize the scale operations； 2） the open-door population policy will not impose any threats to grain security in the short run and improving cultivated land security baseline， increasing investment per unit of the arable land， and raising the grain planting proportion can help to adjust grain production； 3）although improving cultivated land security baseline has a better adjustment to the grain supply to a certain extent， this form of regulation is not sustainable for agricultural development in the long run； and 4） the rising of natural population growth rate will increase rural population and slow down the expansion of scale operation in grain production. Therefore， the urbanization is the key to the realization of scale operation for grain production in Hubei Province.

system dynamics； simulation； household farmland； scale of operation； grain security； Hubei Province

National Social Science Foundation of China （15BJY099）.

LIU Ying， E-mail: liuying@mail.hzau.edu.cn.

29 December， 2015；Accepted 17 May， 2016

F301

A

1000-0275（2016）05-0848-08

10.13872/j.1000-0275.2016.0083

國家社會科學基金項目（15BJY099）。

王嫚嫚（1990-），女，湖北宜昌人，博士研究生，研究方向為農業經濟理論與政策，E-mail：W-mandy@webmail.hzau.edu.cn；通訊作者：劉穎（1971-），女，內蒙古包頭人，教授，博士生導師，研究方向為農業經濟政策與農產品貿易，E-mail：liuying@mail.hzau. edu.cn；陳實（1992-），男，湖北荊門人，博士研究生，研究方向為農業經濟理論與政策，E-mail：chenshi6590@163.com。

2015-12-29，接受日期：2016-05-17