河北省糧食生產結構變化及其水土資源效應

沈 方， 郝瑞彬， 尹力軍， 殷書柏

(唐山師范學院資源管理系，河北唐山 063000)

糧食安全問題一直是政府和學界關注的熱點。對中國而言，糧食安全的核心就是有效供給問題。不斷增強糧食生產能力是我國在資源短缺、開發過度、污染加重的資源環境硬約束下保障有效供給的必然選擇。

有研究顯示，耕地面積、復種指數、糧作比例、作物單產和糧食內部結構變化是糧食產量變動的5個直接決定因素。但通過梳理文獻發現，農作物空間布局變化一直是學界關注的重要問題，但糧食作物內部種植結構變化及其資源環境效應則在一定程度上被“忽視”了，相關文獻較少。而已有研究概括起來主要集中在以下2個方面：(1)糧食作物種植結構的時空演變及其驅動力研究。近年，一些學者在全國、區域或省域糧食作物種植結構的空間分布、變動趨勢、影響因素等方面做了一些研究，其中糧食種植結構變動的影響因素是關注的重點。部分學者采用定性分析的方法進行研究，如王洋等認為種植結構變化是國家政策、科技進步、社會需求、經濟效益、自然條件等綜合作用的結果[1]；何艷芬等則認為，單產水平、穩產程度以及經濟收益是決定區域糧食結構組成的主要因素[2]。更多的學者則采用定量方法進行研究。如李奇峰等針對東北三省的研究[3-4]，霍靈光針對吉林省的研究都采用了比較優勢指數法進行分析[5]，由于比較優勢指數變化同糧食作物種植結構變化呈現相同的變化規律，因此認為比較優勢是糧食作物種植結構變化的內在動力。也有學者從單因子角度對糧食作物種植格局變化進行研究。如云雅如等的研究顯示，黑龍江省糧食作物種植格局的變化與氣候變暖帶來的積溫增加及積溫帶北移東擴密切相關[6]。總的來看，相關研究并不深入，不同學者對于哪些因素是決定糧食種植結構變動的決定性因子并沒有一致的意見。朱晶等認為，比較經濟效益是結構變動的決定性因素[7]，但也只是定性分析，尚未有關于比較經濟效益影響糧食種植結構變動機理的深入探討。(2)糧食作物種植結構時空演變的資源環境效應。近幾年，作物種植結構變動的糧食產量效應已經受到一些學者的關注。如朱晶等較早提出糧食內部結構變動對區域糧食產量變化的貢獻，并做了相應的測算，結果顯示，2004—2012年糧食內部種植結構調整對我國糧食增產的平均貢獻率達到了26%[7]。之后又有一些學者利用因素分解方法對特定區域做過相關測算[8-10]，測算結果對于正確認識特定區域糧食增產本質有重要意義：一方面，明確了糧食內部種植結構改變的產量意義；另一方面，加深了對區域糧食“單產”，實為加權平均單產本身的認識，由于近年糧食內部結構調整的產量效應均為促產效應，因此通常見到的加權平均單產的提高并非區域單位播種面積“真實”產出能力的增加，內部包含了由于糧食內部結構調整導致的產出增加。

同樣，由于不同糧食作物間存在單產差異，在只考慮糧食總產量的情況下，播種結構不同獲取單位糧食產量所需要的播種面積不同，因此糧食內部種植結構的變化必然對糧食生產的耕地(播種面積)消耗帶來影響，李天祥等曾在全國和區域層面，就糧食內部種植結構調整對土地資源消耗的影響進行測算，但是省域層面的相關研究尚鮮有報道[11]。

此外，由于不同糧食作物單位播種面積的耗水量(虛擬水)存在較大差異，因此對區域糧食作物之間的種植面積進行合理調整，將有望實現區域水資源的最優配置[12]。基于此，部分學者專門對特定區域水資源與農業結構調整之間的關系進行了研究，如張洪嘉[13]、鄒君[14]、蔡超等[15]。但是相關研究都是將糧食種植結構調整問題置于整個農業結構調整的背景下進行研究，并未就糧食內部結構調整對水資源消耗的影響做專門分析。

河北省是全國13個糧食主產省份之一，糧食生產在全國占有重要地位。2015年糧食產量3 363.81萬t，占全國 5.42%。因此，本研究嘗試構建一個糧食生產結構變化的水土資源效應的測算方法，并以河北省為例進行實證研究。測算結果對于全面認識河北省糧食生產變化的本質、判斷未來糧食增產前景有一定的現實意義；研究思路及測算方法可以為其他地區類似研究提供一定的參考借鑒。

1 河北省糧食產量及其播種結構變化

1.1 河北省糧食生產發展時序特征

1990—2015年，河北省糧食生產經歷2次較快增長，1次明顯回落，整體呈現快速增長態勢，以糧食產量先后達到高、低位的1998年和2003年為界，可分為3個階段：第1階段(1990—1998年)為快速增長階段。1990年以來，糧食市場化改革導致糧價逐漸放開，糧食播種面積穩定提高，刺激了糧食生產，與此同時糧食加權平均單產持續快速提高，至1994年糧食總產量突破2 500萬t；之后糧食生產繼續保持強勁增長勢頭，總產量至1998年達到2 917.50萬t。這一時期玉米和小麥共同驅動了糧食快速增產，分別增產 358.04 萬t和325.92萬t，增產貢獻率分別為55.90%和50.89%。第2階段(1998—2003年)為明顯滑坡階段。河北省糧食總產量1998年達到2 917.50萬t，自1999年開始，河北省糧食5年連續減產，至2003年糧食產量只有 2 387.80萬t，相對于1998年減少了18.16%。這一時期，由于糧食種植效益下降和農業產業結構調整共同作用，糧食播種面積大幅縮減，加權平均單產雖有小幅提高，但不足以沖抵播種面積減少帶來的糧食減產，結果所有糧食作物均出現不同程度減產，其中減產幅度最大的是小麥和玉米，減產貢獻率分別為44.33%和21.45%。第3階段(2003—2015年)為持續快速增長階段。由于國家一系列“惠農優糧”政策的實施，極大地提高了農民種糧積極性。2003年之后，河北省糧食作物播種面積持續增加、單產繼續提高，二者綜合作用引致糧食總產量11年連續增長，至2011年突破3 000萬t，2015年達到3 363.81萬t。這一時期是新中國成立以來河北省糧食生產發展最好的一個時期，其間對糧食增產貢獻最大的是玉米和小麥，貢獻率分別為61.14%和42.64%。

從研究期整體(1990—2015年)看，河北省糧食增產總量1 086.81萬t，其中玉米增產841.16萬t、增產貢獻率 77.40%，小麥增產507.30萬t、增產貢獻率46.68%，其他糧食作物均為減產狀態，貢獻率為負。

1.2 河北省糧食播種結構變化

從單產的角度看，研究期(1990—2015年)各糧食作物單產都有一定幅度的提高(表1)。表1數據顯示，研究期各糧食作物單產提高幅度不同，其中小麥和玉米單產提高幅度最大，其次是大豆和薯類，雜糧和稻谷單產提高幅度相對較??；此外，各糧食作物單產的相對高低次序也發生了變化，由1990年的稻谷>玉米>小麥>薯類>雜糧>大豆，變為2015年的稻谷>小麥>玉米>薯類>雜糧>大豆。

表1 河北省各糧食作物單產變化及排序

從播種面積變化的角度看，研究期(1990—2015年)河北省各糧食作物播種面積及其占比也發生了很大變化(表2)。小麥播種面積在1998年之前基本穩定，之后明顯減少，但占比基本穩定；稻谷播種面積在1998年之前略有增加，之后快速減少，2015年稻谷占比僅為1.33%；玉米播種面積在1998年之前略有增加，至2003年又略有減少，之后快速增加，占比則持續提高，2015年已經達到50.81%；大豆播種面積在1998年之前快速增加，之后又快速減少，至2015年播種面積僅有11.59萬hm2，占比1.81%；薯類播種面積總體上持續下降，但由于總得糧食作物播種面積的減少，2003年占比相對1998年提高了0.60百分點；雜糧播種面積和占比均持續下降。從各作物播種面積和占比來看，目前河北省糧食作物主體是玉米和小麥，其他作物均居次要地位。

表2 河北省各糧食作物播種面積及占比變化情況

河北省糧食內部種植結構變化呈現明顯的相對高產的玉米種植比例增加，而相對低產的大豆、薯類和雜糧種植比例下降的趨勢，即相對高產作物對低產作物的種植替代。由于糧食生產須要密集消耗水土資源，且不同糧食作物單位質量的耗地程度不同、單位播種面積的耗水程度也有差異，糧食種植結構的變化及由此導致的各糧食作物播種面積的變化必然會對河北省糧食生產總的水土資源消耗帶來影響。

那么，近期河北省糧食生產結構調整趨勢如何？結構調整對全省水土資源消耗的影響到底有多大？選取適當的方法，對此進行定量分析，無疑具有重要的理論和現實意義。

2 糧食生產結構變化的水土資源效應測算

2.1 測算方法

由于不同糧食作物之間存在單產差異，即獲取單位糧食產量，所需要的播種面積不同。當相對高產糧食作物種植比例增加時，必然引致區域糧食加權平均單產提高，在只考慮糧食總產量的情況下，為獲得一定糧食產量，所需的糧食播種面積將減少；反之亦然。

為測算結構調整對耕地資源消耗(播種面積變化)的影響，可以用無結構調整情形，即保持各糧食作物播種比例不變時，為獲得相同產量需要的糧食播種面積，與實際已經發生結構調整情形下的糧食播種面積之間的差值來表示。如果二者的差值大于0，則表明結構調整相對“節省”了耕地資源(糧食播種面積)；反之則表明結構調整“增加”了糧食生產的耕地資源消耗。具體測算方法如下[11]。

區域糧食產量既可以表示為區域糧食作物播種面積與糧食加權平均單產的乘積，也可以表示為各糧食作物播種面積與其自身單產的乘積之和，因此有：

式中：G為區域糧食總產量；L為區域糧食作物播種總面積；P為加權平均單產；Li為糧食作物i的播種面積；Pi為糧食作物i的單產；Ci為i作物播種面積占糧食作物播種總面積的比例。

由此，時期t區域糧食總產量可表示為

Gt=∑Lt·Ci,t·Pi,t=Li·∑Ci,t·Pi,t。

而時期t+1糧食總產量則為

Gt+1=Lt+1·∑Ci,t+1·Pi,t+1。

由此可得各糧食作物播種比例Ci不變的情況下，時期t+1的糧食作物播種面積為

由于不同糧食作物之間除了存在單產差異之外，還存在耗水差異。當相對高耗水糧食作物比例提高時，必然會引致糧食生產單位面積加權平均耗水量的增加，進而增加糧食生產過程中的水資源消耗；反之亦然。

Wt+1=∑Lt+1·Ci,t+1·Mi；

2.2 數據來源

研究中用到的河北省各糧食作物播種面積和產量數據均取自相應年份《河北經濟年鑒》，根據河北省糧食統計數據特征，將糧食作物分為小麥、稻谷、玉米、大豆、薯類和雜糧共6類進行分析；不同糧食作物單位播種面積耗水量數據參考《中國農業需水與節水高效農業建設》[16]。

2.3 結果與分析

2.3.1 結構調整對河北省糧食生產耕地資源消耗的影響 從全省看，1990年以來，糧食作物內部結構調整，即相對高產的玉米對低產大豆、薯類和雜糧的種植替代，一定程度上提高了河北省糧食加權平均單產，使得與無結構調整情形相比較，在獲得相同產量時，結構調整較好地發揮了節地(播種面積)的作用(表3)。1990—2015年，糧食作物內部結構調整為河北省相對節約播種面積6.82萬hm2；分階段看，不管是在糧食快速增長的1990—1998年、2003—2015年，還是糧食生產相對下滑的1998—2003年，結構調整對河北省糧食加權平均單產都有一定的提升作用，整個研究期，年均節約播種面積為0.27萬hm2，其中1990—1998年節地效應更高，年均達到 0.38 萬hm2。

從河北省下轄各市看，由于各市糧食種植結構調整在方式和程度上存在很大差別，致使結構調整對各市糧食加權平均單產提升效應各異，由此各市相對節地(播種面積)效應也存在較大差別(表4)。

從研究期河北省糧食生產變化的3個階段看：1990—1998年，節地效應相對較高的是河北北部的張家口和承德，節地效應相對較低的是冀東的唐山和秦皇島；1998—2003年，節地效應相對較高的是張家口、滄州和邢臺，而唐山、石家莊和秦皇島的節地效應為負，表明其間3市糧食結構調整中存在相對低產作物對高產作物的種植替代；2003—2015年，節地效應相對較高的是滄州、張家口和邯鄲，相對較低的是承德、秦皇島和廊坊。

表3 河北省糧食內部種植結構變動的播種面積效應測算

表4 河北省各市糧食內部種植結構變動的播種面積效應測算

從研究期整體(1990—2015年)看，節地效應相對較高的是張家口和滄州，分別節地17.20萬hm2和11.40萬hm2，節地效應相對較小的是秦皇島和唐山，分別節地只有 0.37萬hm2和0.51萬hm2。

2.3.2 結構調整對河北省糧食生產水資源消耗的影響 從全省看，1990年以來，糧食作物內部結構調整，改變了單位播種面積的加權平均耗水量，使得與無結構調整情形相比，在獲得相同產量時，結構調整發揮了一定的節水作用(表5)。1990—2015年，糧食作物內部結構調整為河北省相對節約水資源8.39億m3。分階段看，節水效應在糧食生產發展的不同階段存在明顯差異，1990—1998年結構調整的節水效應為負，表明其間存在相對高耗水作物對低耗水作物的種植替代；1998—2003年和2003—2015年，結構調整的節水效應均為正值，表明其間存在相對低耗水作物對高耗水作物的種植替代。

整個研究期，因種植結構調整年均節約水資源量為0.34億m3，其中糧食生產相對下滑的1998—2003年，節水效應更明顯，年均達到了1.51億m3。

表5 河北省糧食內部種植結構變動的水資源效應測算

從河北省下轄各市看，各市糧食種植結構調整及由此導致的節水效應也存在較大差別(表6)。

從研究期整體(1990—2015年)看，由于糧食種植結構調整，河北省下轄11市中有10個市實現了一定的節水效應。其中，節水量相對較大的是張家口、邯鄲和衡水，分別節水 3.51億、1.10億、1.07億m3；節水量相對較小的是石家莊、承德和和唐山，分別節水0.35億、0.41億、0.51億m3；而滄州市，結構調整的節水效應為負，相對于無結構調整多消耗水資源1.25億m3。

從研究期3個階段看，1990—1998年，11個地級市有7個結構調整的節水效應為正，節水效應相對較高的是衡水、張家口和邢臺，而滄州、承德、廊坊和秦皇島市節水效應為負，其中滄州市有結構調整相對與無結構調整增加水資源消耗 1.70億m3。1998—2003年，11個地級市有10個結構調整的節水效應為正，節水效應相對較高的是張家口、唐山和滄州，其中張家口節水效應最突出，而衡水節水效應為0。2003—2015年，11個地級市有8個節水效應為正，節水效應相對突出的是承德、廊坊和邯鄲，而唐山、滄州和石家莊節水效應為負。

3 結論與討論

本研究分析了1990—2015年河北省糧食生產結構變化特征，并從河北全省和下轄各市2個層面系統測算了糧食種植結構變化對水土資源消耗的影響，結論如下：(1)1990年以來，河北省糧食生產快速發展；糧食內部種植結構發生明顯變化，表現為相對高產的玉米種植比例不斷增加，而相對低產的大豆、薯類和雜糧種植比例持續下降。(2)從全省來看，糧食種植結構變化，使得與無結構調整情形相比，在獲得相同產量時，結構調整較好地發揮了節地(播種面積)、節水的作用。1990—2015年，結構調整為河北省相對節約6.82萬hm2的播種面積和8.39億m3的水資源消耗。(3)分區域看，1990—2015年，除滄州外，糧食種植結構調整在河北省下轄10個市均發揮了“節地節水”的作用；而在滄州則表現為“節地但耗水”的作用。(4)河北省內各市糧食種植結構調整空間差異較大，由此引致結構調整的水土資源效應存也在較大的空間差異。

表6 河北省各市糧食內部種植結構變動的水資源效應測算

從長遠來看，水土資源作為最基礎的自然資源和戰略性的經濟資源，將成為制約河北省糧食生產持續發展的剛性約束因素，糧食種植結構調整的方向和空間也將主要受水土資源條件的限制。1990—2015年，河北省依靠種植結構調整，一定程度上實現了節約水土資源的作用，在某種程度上是對河北省“地多水少”的水土資源匹配特征的一種適應，有利于河北省農業的持續發展。但是，河北省由于多年連續超采地下水，已經形成多個地下水沉降漏斗，并產生了嚴重的生態后果；疊加糧食生產過程中大量化肥、農藥的使用已經帶來了嚴重的農業面源污染，表明今后維持河北省糧食持續增產的難度將會增大。因此，在糧食生產調控過程中，在關注糧食種植結構變化的糧食產量效應和水土資源效應的同時，也不應忽視結構調整的資源、環境影響，以及由此導致的糧食生產與消費的結構性矛盾。