基于耕地壓力指數的新疆糧食安全狀況研究

亞森江·喀哈爾，王敬哲，呂光輝,3，劉志輝

(1.新疆大學資源與環境科學學院，烏魯木齊 830046；2.新疆大學綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046；3. 新疆大學干旱生態研究所，烏魯木齊 830046)

基于耕地壓力指數的新疆糧食安全狀況研究

亞森江·喀哈爾1,2，王敬哲1,2，呂光輝1,2,3，劉志輝2,3

(1.新疆大學資源與環境科學學院，烏魯木齊 830046；2.新疆大學綠洲生態教育部重點實驗室，烏魯木齊 830046；3. 新疆大學干旱生態研究所，烏魯木齊 830046)

目的研究新疆1949～2012年64年的耕地面積和糧食產量的變化趨勢，并針對耕地壓力指數變化的特點，預測新疆未來10年的糧食安全狀況，為新疆糧食安全提出相應的對策。方法運用最小人均耕地面積和耕地壓力指數模型以及GM(1，1)灰色預測模型定量分析新疆糧食安全程度。結果1949～2012年新疆最小人均耕地面積和耕地壓力指數呈增加趨勢，并且在未來10年耕地壓力指數仍將大于1且呈顯著增長趨勢。結論新疆的糧食安全形勢將愈加嚴峻，大力發展節水農業、增加農業科技投入、確保耕地“占-補”平衡等對策來保障糧食安全。

耕地壓力指數；糧食安全；灰色預測

0 引 言

【研究意義】新疆是我國重要的糧食和棉花生產基地，有著豐富的光熱資源和得天獨厚的地理條件。隨著西部大開發戰略的穩步實施，新疆加大了對產業結構調整和城鎮基礎設施建設的力度，致使耕地資源保有量面臨著新的嚴峻挑戰[1-2]。因此，保障基本耕地面積，提高糧食生產水平，增強糧食有效供給，對確保新疆的糧食安全以及促進新疆社會經濟穩定協調發展具有非常重要的現實意義。【前人研究進展】目前，國內很多學者在耕地數量變化對糧食安全的影響上進行了深入研究。蔡運龍等[3]認為以最小人均耕地面積和耕地壓力指數作為糧食安全的基本標準，具有顯著的科學性和可操作性，可以做到因地制宜地兼顧食物安全和經濟發展對土地的需求；陳佑啟[4]認為耕地利用變化對糧食生產的影響主要表現在對糧食生產面積、糧食生產環境及糧食生產水平三個方面的影響；郭毅[5]認為耕地利用結構變化對糧食產量的貢獻減弱，然而其對糧食生產的制約性漸強。國內學者對中國不同省區的糧食安全及供應預測方面的研究較多，包括李福奪，喻保華等[6-16]學者利用各種不同方法和模型對未來中國不同省區的糧食安全狀況做出了判斷分析；在有關新疆糧食生產與糧食安全問題上也進行了一定的研究，如阿依吐爾遜·沙木西，陶永紅等[17-22]的研究。【本研究切入點】目前尚未見到對新疆糧食安全的研究。利用新疆1949～2012年耕地面積、糧食產量等相關數據，結合最小人均耕地面積和耕地壓力指數模型及灰色預測模型，研究新疆耕地面積和糧食產量的變化趨勢。【擬解決的關鍵問題】應用耕地壓力指數和灰色預測法，研究1949年以來新疆耕地壓力指數和糧食安全相互關系，為合理利用土地資源、協調經濟發展與耕地壓力之間的矛盾提供幫助。

1 材料與方法

1.1材料

新疆地處亞歐大陸腹地，我國的西北邊陲，地理位置為73°32′～96°21′E，34°22′～49°33′N。新疆下轄3個地級市、6個地區、5個自治州，截至2012年新疆總人口2 232.78×104人，年末實有耕地面積513.5×104hm2，人均耕地面積0.230 hm2，糧食總產量1 259.83×104t，人均糧食產量564.24 kg。此外，新疆又是我國重要的農墾地區，區域的農業活動主要發生在綠洲及其周邊區域，綠洲農業供養了全疆95%以上的人口，是新疆穩定發展與長治久安的基本命脈[23]。

研究中1949～2004年糧食產量、耕地面積和人口相關數據來源于《新疆五十年》，2004～2012年糧食產量和人口數據來自于《新疆統計年鑒》，2004～2012年耕地面積數據來自于《新疆年鑒》。由于選取的指標時間序列長(1949～2012年) ，部分數據出現了時間序列長度不夠或空缺等問題，研究對這些數據進行了插補和延長；在此基礎上相互校正并補充資料，最終整理出新疆1949～2012年完整的數據資料。

1.2 方 法

運用最小人均耕地面積和耕地壓力指數模型以及GM(1，1)灰色預測模型進行計算得到新疆的耕地壓力指數，進而對新疆糧食安全程度進行定量分析。

1.2.1 最小人均耕地面積模型

最小人均耕地面積是人均耕地面積的警戒值，是為確保一定區域糧食安全所需保護的耕地數量的底線。低于最小人均耕地面積，糧食安全將會受到威脅。計算公式如下:

(1)

其中Smin為最小人均耕地面積(hm2/人)；β為糧食自給率(%)；G為人均糧食需求量(kg/人)；P為糧食單產(kg/hm2)；q為糧食播種面積占總播種面積之比(%)；k為復種指數(%)。

1.2.2 耕地壓力指數

耕地壓力指數是最小人均耕地面積與實際人均耕地面積的比值，如下式：

K=Smin/Sa.

(2)

式中:K為耕地壓力指數;S為實際人均耕地面積(hm2/人)。

耕地壓力指數是測度糧食安全程度的指標，給出了耕地保護閾值，可以衡量一個地區耕地資源的稀缺和沖突程度，即當K值大于1時，糧食供給小于需求，糧食處于不安全狀態；當K值等于1時，糧食供需平衡；當K小于1時，糧食供給大于需求，糧食處于安全狀態。

1.2.3 GM(1，1)灰色預測模型

鄧聚龍教授[24]在1982年創立的灰色系統理論是研究“少數據、貧信息、不確定性問題”的有效方法。灰色系統理論核心內容之一的GM(1，1)模型特別適合于土地利用與糧食生產方面的預測。灰色預測就是對某一指標在未來各個時刻的具體數值所作的預測。GM(1，1)模型的具體建模過程見文獻[25]。

2 結果與分析

2.1 耕地資源變化

研究表明，1949～2012年間，新疆的耕地面積整體上處于持續上升的趨勢。1949新疆年末實有耕地面積為1 209.70×103hm2，到2012年耕地面積增加為3 904×103hm2。64年間共增加耕地面積2 694.30×103hm2，年均增加42.10×103hm2。新疆耕地面積變化經歷了迅速增加→波動變化→動態保持→緩慢回升的變化歷程。第一階段為1949～1960年，耕地面積迅速增加，1949年底新疆的耕地面積僅為1 209.70×103hm2，到1960年底已經突破了3 000×103hm2，年增長率13.33%。政策對耕地具有重要的調控作用[26]，耕地數量迅速增加，并對國民經濟的恢復和發展起到了有效的促進作用[27]。第二階段為1961～1970年，耕地面積波動變化，經歷了兩次減少和一次增加的過程。1960～1963年，耕地面積從3 145.11×103hm2減小到3 021.71×103hm2，此后持續增長，至1967年達3 376.83×103hm2，1970年時又降到了3 131.86×103hm2。耕地面積震蕩波動[28]。第三階段為1971～2004年，耕地面積保持動態平衡，耕地總量有微小的波動變化，但基本穩定在 3 200×103hm2。第四階段為恢復增長階段2005～2012年，耕地面積由本階段初期的4 063.4×103hm2增長至末期的5 135×103hm2，采用生態自我修復與人工治理相互結合的方式加速了耕地數量的增加。整個發展歷程中新疆受水資源不足、鹽漬化的影響，新疆耕地變化呈現開荒—耕作—棄耕往復循環的特點[29]。圖1

2.2 糧食產量變化

研究表明，糧食總產從1949年的84.77×104t到2012年的1 259.83×104t，64年的時間里糧食產量凈增1 175.06×104t。糧食單產從1949年的700.75 kg/hm2增加到2012年的2 453.42 kg/hm2，而2009年的單產高達2 767.76 kg/hm2。圖2

新疆 1949至2012年人均糧食產量與人均耕地面積的變化。圖3

圖1 新疆1949～2012年總人口、耕地面積的變化
Fig.1 The changes of total population and cultivated area in Xinjiang from 1949 to 2012

圖2 新疆 1949～2012年糧食總產量、糧食單產的變化

Fig.2ThevarietyofgrainyieldandgrainyieldperunitareainXinjiangduring1949-2012

圖3 新疆1949～2012年人均糧食產量、人均耕地面積的變化
Fig.3 The changes of per capita grain production and arable land area in Xinjiang during 1949-2012

用SPSS 19.0軟件對糧食產量的變化進行相關分析。將時間作自變量t，糧食總產量作因變量y1，糧食單產作因變量y2。據此建立時間序列與糧食產量的回歸模型為：

y1= 16.367t-31 916(R2= 0.933 4，n=64)。y2= 35.44t-68 680(R2= 0.855 6，n=64)。 通過計算可知64年來新疆的糧食總產量在84.77×104t的基礎上，平均每年以18.36×104t的速度遞增，糧食單產在700.75 kg/hm2的基礎上以每年27.38 kg/hm2的速度遞增。1949～2012年新疆糧食總產和單產都有了很大提高，并且單產的增加速度大于總產。圖3

基于以上耕地、糧食的動態情況分析，可以得出最小耕地面積(Smin)和耕地壓力指數(K)的變化。推算新疆1949～1960年，1961～1970年，1971～1980年，1981～1990年，1991～2000年，2001～2012年的人均糧食需求量分別在230、280、320、360、390和420 kg浮動變化[30-31]。鑒于我國糧食自給程度很高，研究糧食自給率統一采用100%；以此計算，可知在研究期內K值總體變化呈上升趨勢，新疆耕地壓力越來越大。但期間存在一定的波動，根據波動狀況可以將整個變化過程分為4個階段：(1)1949～1970年，K值在1949年的1.423至1970年的1.246波動變化；(2)1971～1984年，K值穩定在1.623左右，處于動態平衡狀態，耕地壓力穩定；(3)1985～2006年，受改革開放和人口生育高峰影響K值呈增長趨勢，并達到建國以來的最高值3.100，耕地壓力巨大；(4)2007～2012年耕地面積迅速增加，耕地壓力指數處于快速下降趨勢。但K值仍大于1 ，說明耕地處于超負荷狀態。耕地壓力指數波動變化的原因與上述糧食總產量和耕地變化的原因基本一致。圖4

圖4 新疆1949-2012年耕地壓力指數變化
Fig.4 The changes of cultivated land pressure index in Xinjiang during 1949-2012

2.3 新疆耕地壓力指數的灰色GM(1，1)預測

自1949年以來的耕地壓力指數的數據，利用DPS V15.10軟件中的GM(1，1)模型，得到相應的耕地壓力指數灰色GM(1，1)預測模型如下:

x(t+1)=89.5587e0.1221t-88.135 7.

(3)

(4)

由此得到的殘差平方和為0.592 536，平均相對誤差為4.676%，相對精度高于90%，模型可信，預測值可用。

根據(3)、(4)式預測模型，對2018～2027年的耕地壓力指數進行了預測。預測結果顯示：2018～2027年的耕地壓力指數都大于1而且將持續增大，這說明此期糧食供給小于需求且差距越來越大。表1

表1 新疆2018～2027年耕地壓力指數預測結果
Table 1 Prediction results of cultivated land pressure index in 2018-2027 in Xinjiang

年份Years預測值Predictivevalue20181 169120191 183420201 197920211 212720221 227520231 242620241 257920251 273320261 289020271 3048

3 討 論

3.1 新疆糧食安全的制約因素

3.1.1 耕地生產能力低

新疆受干旱氣候的影響，土壤砂質含量高，水分少，熱容量小，增溫、降溫迅速，有機質積累少消耗快，土壤肥力不高，農業生態環境十分脆弱。2000～2012年，新疆化肥使用量增加了143.46%。農藥及化肥的大量使用造成了耕地生產能力的降低。耕地質量在人為和自然雙重因素的作用下不斷退化。表2

表2 2000～2012年新疆化肥使用量(折純量)
Table 2 Fertilizer usage (discounted amount)ofXinjiangin2000-2012(104t)

3.1.2 水資源不足

農業用水量在整個新疆用水量中占95%，隨著人工綠洲的迅速擴展(從1950～2003年，綠洲面積擴張了5倍[32])，使流域的水資源分布發生了變化，降水少、蒸發大的氣候特點以及特殊的地理格局使土壤沙化鹽漬化程度不斷加劇。

3.1.3 農村市場化及創新程度較低

新疆的農村市場化組織程度低，在一定程度上制約著新疆的農業生產和農產品流通。另一方面，由于新疆農村勞動力初中以上人數僅占總勞動力的 14.3%，低于全國16.98%的平均水平，在各省市中排在倒數第5；勞動力數量也不足，耕地占有的勞動力數量僅為1.67人[33]，這也在一定程度上制約著新疆的農業生產和農產品流通。

3.2 確保新疆糧食安全的必要性及其對策

糧食安全事關新疆經濟發展和社會穩定的大局[34]。雖然新疆作為中國的一個農業大區(是中國最具增糧空間的省區之一[35]，宜農荒地達10 000×103hm2，占全國宜農荒地資源的20%以上)。

3.2.1 增加農業科技投入

糧食產量的增加必須依靠物質、技術的高投入以提高糧食單產來實現[36]。加大農業科技強度，推動農業產業化和農村信息化的建設，依靠科技進步來提高糧食的單產和品質。通過培訓等方式提高農村勞動力的素質，積極調整種植業結構，實施集約化生產經營，提高糧食單產，穩定糧食總產。

3.2.2 大力發展節水農業

改善新疆農田基本生產條件，加大農業水利基礎設施建設的力度，推廣高效節水農業技術(膜上灌溉、噴灌、滴灌等技術的應用對糧食總產的提高可發揮重要的作用)。此外，發展節水農業也在緩解各業用水需求之間的矛盾，尤其是對生態用水的保障，進行綠洲外圍的生態屏障的建設，保證綠洲內部的耕地安全等方面起著重要作用[37-38]。

3.2.3 確保耕地“占-補”平衡

增強對耕地資源的保護力度，確保現有的耕地數量并在一定程度上提高質量，是確保區域糧食安全的重要措施。耕地是糧食生產活動最基本的生產資料，是其他物質或資源無法比擬的[39-40]。貫徹落實耕地保護責任制，確保耕地“占-補”平衡，積極推進土地資源的復墾與開發。

4 結 論

4.1 1949～2012年新疆耕地面積和糧食產量呈逐年增加趨勢，隨著人口數量的逐年增加，最小人均耕地面積和耕地壓力指數也呈增加趨勢，說明新疆在過去64年里，受諸多因素影響，耕地壓力指數波動較大，糧食需求量因人口的持續增長及人民生活水平的提高而剛性增長，糧食的供給小于需求，存在糧食安全隱患。

4.2 GM(1，1)模型預測表明在未來10年，耕地壓力指數仍將大于1，且呈顯著增長趨勢。在此期間糧食供需差距加大，糧食安全問題形勢比較嚴峻。

4.3 根據新疆較低的耕地生產能力、水資源不足和市場化程度低等制約因素提出了發展節水農業、增加科技投入、確保耕地“占-補”平衡。

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Abstract：【Objective】 To study the changing tendency of cultivated land and grain yield in Xinjiang in the past 64 years and forecast the food security situation in Xinjiang in the next 10 years according to the characteristics of cultivated land pressure index, and corresponding countermeasures to ensure grain security in Xinjiang will be put forward.【Method】The minimum per capita arable land area and the cultivated land pressure index model and the GM (1,1) gray prediction model were used to quantitatively analyze the food safety level in Xinjiang.【Result】The minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index of Xinjiang increased from 1949 to 2012, and the cultivated land pressure index in the next 10 years would be greater than 1 and showed a significant growth trend.【Conclusion】Xinjiang's food security is unsafe and the future food security situation will become more and more serious. In view of this situation, it is proposed to develop water-saving agriculture, increase agricultural science and technology investment and maintain the amount of cultivated land to ensure food security.

Keywords: cropland pressure index; grain security; gray prediction

GrainSecurityofXinjiangBasedonCroplandPressureIndex

Yasenjiang Kahar1,2, WANG Jing-zhe1,2, Lü Guang-hui1,2,3, LIU Zhi-hui2,3

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.KeyLaboratoryofOasisEcology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;3.InstituteofAridEco-environmentalSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China)

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.09.021

S-03

A

1001-4330(2017)09-1737-09

2017-04-18

國家自然科學基金重點項目“干旱區湖泊流域陸面過程及人類活動適應性—以艾比湖為例”(41130531)

亞森江·喀哈爾(1993- )，男，新疆阿克蘇人，碩士研究生，研究方向為干旱區資源與環境遙感應用，(E-mail)ysj_0801@163.com

呂光輝(1963- )，男，山東青島人，教授，研究方向為干旱區生態學，(E-mail)ler@xju.edu.cn

Supported by: Key Program of National Natural Science Foundation of China "Land Surface Process and Adaptability of Human Activities in Lake Basin of Arid Area - Taking Ebinur Lake as an Example" (41130531)

Corresponding author：Lü Guang-hui (1963-), male, native place: Qingdao, Shandong. Professor, research field: Arid area ecology. (E-mail) ler@xju.edu.cn