1978—2015年中國多尺度耕地壓力時空差異分析

張雅杰，閆小爽，張 豐，肖展春

?

1978—2015年中國多尺度耕地壓力時空差異分析

張雅杰1，閆小爽1，張 豐2※，肖展春1

（1. 武漢大學資源與環境科學學院，武漢 430000； 2. 武漢大學遙感信息工程學院，武漢 430000）

為充分認識中國耕地壓力的現狀、變化趨勢和空間分布差異，以保障中國的糧食安全，該文利用修正的耕地壓力指數模型計算了中國31個省級行政區域1978－2015年的耕地壓力指數，并在此基礎上從國家、四大經濟區域、省域3個尺度分析了耕地壓力指數的時序變化和空間分布差異；該文借鑒力學原理，引入耕地壓力重心的概念，通過計算耕地壓力重心坐標，進一步揭示了耕地壓力指數的空間變動情況。研究發現，中國耕地壓力指數表現出明顯的地域差異性，耕地壓力重心隨時間推移逐漸向東南方向移動，具體表現為東部地區耕地壓力逐漸增加，西部地區耕地壓力始終較高，而中部和東北地區耕地壓力基本穩定在安全狀態；通過對各省耕地壓力指數進行系統聚類，可將中國31個省級行政區分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無壓力型。最后該文基于上述研究結果，對于不同耕地壓力程度和類型的地區提出針對性的建議來緩解耕地壓力，以更有效地保障各地區的糧食供給。

土地利用；糧食；模型；修正耕地壓力指數；糧食安全；耕地壓力重心；聚類分析

0 引 言

耕地資源作為影響糧食產量最基本的條件，其數量的多寡和質量的優劣必然對糧食生產產生較為深刻的影響，進而將影響國家糧食安全、經濟發展以及社會進步[1]。隨著中國工業化和城鎮化的快速發展，耕地數量逐年減少，耕地質量出現嚴重退化，這導致中國耕地資源正承載著前所未有的糧食生產壓力。此外中國各地區地形氣候差異較大，耕地后備資源分布不均衡，耕地補充能力在地區之間差異也較大。因此深入全面的了解中國及各省份的耕地壓力狀況及其時空差異性，將有助于政府合理規劃分配有限的土地資源，有效統籌耕地跨省占補平衡指標，實事求是地解決耕地問題，保護中國耕地資源，進而保障中國的糧食安全[2]。

當前國內外學者對于耕地壓力的研究已取得較為豐碩的成果，國外學者主要用土地承載力來反映耕地壓力狀況，提出許多有關土地承載力的估算方法[3-6]。國內學者常采用最小人均耕地面積，人均耕地警戒值、耕地壓力指數模型等方法來研究某一特定地區的耕地壓力狀況[7-11]，趙素霞等從省域尺度運用耕地壓力指數模型研究了河南省耕地面積的變化情況和耕地壓力狀況[7]；肖俊磊等從省域尺度研究了四川省2000－2015年間的耕地壓力指數的變化情況[8]；李倩倩等從區域尺度計算了關中地區的耕地壓力指數以了解其耕地利用狀況[11]等。通過分析發現已有的研究其研究尺度較單一且局限于某個區域、省份、市縣等微觀尺度，缺乏對宏觀多尺度耕地壓力狀況的全面綜合研究，且對較長時間序列上耕地壓力指數時空差異性的研究也較少。此外，國內學者研究耕地壓力狀況時運用較多的方法是蔡運龍等提出的耕地壓力指數模型[12]，該模型能夠綜合農業生產與經濟發展等要素定量衡量一個地區耕地資源的緊張程度，但該模型未考慮到不同地區耕地質量及利用狀況的差異性。

為此，本研究綜合考慮耕地質量的地區差異性運用修正的耕地壓力指數模型計算了1978—2015年中國多個空間尺度的耕地壓力指數，并在此基礎上從國家、四大經濟區域、省域3個空間尺度來分析耕地壓力指數的時序變化和空間分布差異，充分認識中國耕地壓力現狀、變化趨勢及其空間分布差異，有助于提高中國未來保障糧食安全的水平，為今后國家開展的農業產業布局、土地利用規劃等決策提供參考依據。同時該研究還對國家實施跨省域補充耕地和城鄉建設用地增減掛鉤節余指標跨省域調劑這一決策提供重要借鑒意義，通過對全國各省份耕地產能及耕地壓力現狀的全面綜合研究，有助于國家合理統籌確定不同地區耕地跨省域占補平衡的指標和跨省域補充耕地資金的收取標準，切實發揮該政策的實際效用，實現全國范圍的耕地總量平衡以及耕地保護與經濟發展的雙贏。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本文所用耕地、人口、經濟數據來源于國土資源公報和各級統計年鑒，31個省級行政區省會地理坐標數據來源于高德地圖。

由于統計技術落后、統計標準不統一等原因，導致中國1978—1995年所統計的耕地面積數據準確性較低，因此為提高數據的精度，本文以1996年全國土地利用詳查數據作為基準點，通過耕地資源的增減變化對1978—1995年的耕地面積數據進行重建，得到一套完整連續且準確性較高的耕地面積數據。此外由于本研究涉及數據較多且時間跨度大，導致安徽省和福建省1979年、重慶市1981—1984年的耕地面積數據缺失。為了保證時間序列的延續性和研究結果的全面性，本文運用移動平均的方法將缺失數據補充完整[13]。

1.2 研究方法

1.2.1 修正耕地壓力指數

耕地壓力指數能夠定量反映一個地區耕地資源所承受的壓力和能承載的最大人口數量[12]。而常用的耕地壓力指數模型僅考慮了耕地數量與人口的關系問題，忽略了耕地質量和利用效率的異質性，因此，本文在耕地壓力指數模型的基礎上，結合耕地的區域差異性，引入質量系數，將耕地壓力指數拓展為集耕地數量和質量為一體的指標[14]，修正后的耕地壓力指數模型如（1）所示

式中K為原始耕地壓力指數；min為最小人均耕地面積，hm2；S為實際人均耕地面積，hm2；為糧食自給率；G為人均糧食需求量，kg；為糧食單產，kg/hm2；為糧食作物種植面積占農作物種植面積的比例，以下簡稱糧作比；為復種指數；為修正后的耕地壓力指數；為質量系數；P為各省份糧食單產，kg/hm2；k為各省份復種指數；P為全國糧食單產，kg/hm2；k為全國復種指數。

當=1時，說明區域內現有耕地面積能夠滿足糧食生產的需求，糧食需求與供應基本處于平衡狀態。當<1時，實際人均耕地面積占有量大于滿足生產所需的最小人均耕地面積，說明現有耕地資源的生產力能夠為當地人口提供充足的糧食，耕地基本無壓力。當>1時，區域所擁有的耕地面積已不能滿足保障糧食安全所需要的最少耕地數量，說明區域耕地資源較為稀缺且壓力很大，與1相比，值越大，耕地壓力就越大，相應的糧食安全保障程度就越低。此外在計算值時，為了科學地反映區域耕地壓力情況并能在全國進行比較，結合相關研究成果，將糧食自給率均設定為95%[15]，人均糧食需求量按照時間序列依次設定為1978－1987年為350 kg，1988－1999年為380 kg，2000－2015年為420 kg[16-17]。

1.2.2 耕地壓力重心

為了進一步揭示耕地壓力指數的空間變動情況，本文借鑒力學重心坐標原理[18]，引入耕地壓力重心的概念，計算方法如式（2）所示。

式中M表示各省份的耕地壓力指數，（X，Y）表示各省會的地理坐標，（X，Y）表示第年中國耕地壓力指數的重心坐標。

2 結果與分析

2.1 中國耕地壓力時序變化分析

在對耕地壓力指數相關要素進行分析的基礎上，利用修正的耕地壓力指數模型，計算1978－2015年中國的耕地壓力指數，結果如圖1所示。

圖1 中國耕地壓力指數變化趨勢

從圖1可以看出，1978－2015年中國耕地壓力指數波動較大，根據變動趨勢大致可以分為4個階段：1978－1984年為波動降低期；1985－1997年為相對穩定期；1998－2003年為快速增長期；2004－2015年為迅速降低期。

1）1978－1984年耕地壓力指數波動降低期

這一時期，最小人均耕地面積表現出波動降低的態勢，最小人均耕地面積由1978年的0.146 9 hm2下降到1984年的0.127 9 hm2。耕地壓力指數除1980和1981年有上升，1978－1984年總體上呈現出減少的趨勢，與最小人均耕地面積變動趨勢基本一致。

2）1985－1997年耕地壓力指數相對穩定期

該時期耕地壓力指數較為波動，但整體表現為相對穩定的狀態，而最小人均耕地面積表現出緩慢降低的態勢。耕地壓力指數除1988年外其他年份均小于1，且均在0.85～1.0范圍內。

3）1998－2003耕地壓力指數快速增長期

這一時期，中國耕地壓力指數增長迅速，由1998年的0.879 2迅速上升到2003年的1.197 2，較1998年增加0.326 0，耕地狀態由無壓力轉變為壓力較明顯。最小人均耕地面積也呈現出較大的增長幅度，由1998年的0.091 1 hm2上升至2003年的0.114 3 hm2，累計增加0.023 2 hm2。

4）2004－2015耕地壓力指數快速降低期

2004－2015年耕地壓力指數呈直線下降，耕地壓力指數由2004年的1.1048下降至2015年的0.8826，下降20.11個百分點。最小人均耕地面積也呈現出下降趨勢，由2004年的0.104 1 hm2縮減至2015年的0.086 7 hm2，下降幅度為16.71%，與耕地壓力指數變化態勢大體呈現相似的特點。

2.2 四大經濟區域耕地壓力時空差異分析

依據《中國區域經濟統計年鑒（2010）》，中國可以分為東部、中部、西部和東北4個經濟區域，這種劃分方式是分析中國人口和社會經濟發展的常用分區。由于耕地資源在各經濟區域內的分布極不均衡，且區域間自然條件與社會經濟發展的差異也較大，因此本文以經濟區域為研究單元來分析各個區域耕地壓力的時空變化情況。

本文在計算了31個省級行政區域耕地壓力指數的基礎上，發現各經濟區域內所包含省份的耕地壓力指數值相差不大，因此取其平均值作為各經濟區域的耕地壓力指數，則1978－2015年四大經濟區域的耕地壓力指數如圖2所示。

圖2 四大經濟區域耕地壓力指數變化趨勢

從圖2中可以看出，耕地壓力表現出明顯的地域差異性，東部地區耕地壓力呈現逐漸增加的趨勢，而西部地區耕地壓力始終較大，中部和東北地區耕地壓力基本穩定在安全狀態。

其中東部地區耕地壓力逐漸增大的原因在于中國東部地區經濟發展水平逐漸提高，工業化和城鎮化發展速度逐漸加快，導致大量耕地資源被占用。另外東部地區因其良好的社會經濟發展基礎不斷吸引大量人口流入，使得該地區耕地壓力面臨著嚴峻的形勢。

西部地區的耕地壓力始終穩定在較高水平，這主要是受到西部地區自然和社會經濟發展以及技術條件的限制，西部地區有著超過中國耕地資源總量1/3的耕地，幾乎相當于東北地區和東部地區耕地總量的加和，但這些耕地多以中低產田為主，作物產量很大程度上取決于“天意”[19]。此外西部地區生態環境脆弱，水土流失、土地沙化十分嚴重，因此耕地生產能力極其低下，耕地壓力較大。

而中部和東北地區的耕地壓力除個別年份外基本穩定在安全狀態，原因在于該區域主要位于中國的平原地區，地勢平坦，耕地資源相對豐富，而且土壤肥沃，光照、溫度、降水等農業生產的條件適宜，使得耕地糧食產量較高，另外其經濟發展水平不及東部地區，建設占用耕地的風險相對較低，因此耕地壓力程度相對較小。

2.3 省域尺度耕地壓力時空差異分析

中國31個省級行政區自然地理環境差異較大、區域社會經濟發展程度極不平衡，致使人口與土地、糧食矛盾地域差異十分明顯，因此研究中國31個省級行政區的耕地壓力狀況及其時空差異性對于有效保護耕地和保障糧食安全具有重要的理論和實踐意義。

2.3.1 省域尺度耕地壓力時序變化分析

由于本文研究時間跨度較大，數據較復雜，因此依據1978－2015年國家尺度耕地壓力指數變化趨勢所劃分的4個階段（圖1），這里也從1978－1984、1985－1997、1998－2003、2004－2015年這4個時段來分析31個省級行政區耕地壓力指數的變化情況，以每個時段各省份耕地壓力指數的平均值來反映某一時段耕地所承擔的壓力，并結合耕地壓力水平標準的評判法則，劃定耕地壓力指數平均值在（0，1）為無壓力，[1，1.5）為輕度壓力，[1.5，2）為中度壓力，[2，+∞）為重度壓力。此外，為了進一步揭示耕地壓力在4個時段內的空間變動情況，本文還借助重心模型分別計算了4個時段的耕地壓力重心坐標，并將其分別展會在相應時段的耕地壓力程度分布圖中，結果如表1、圖3所示。

表1 耕地壓力指數和耕地壓力重心分時段統計Table 1 Sub-period statistics of cultivated land pressure index and cultivated land pressure barycentric coordinates

圖3 31個省級行政區耕地壓力程度分時段動態變化

從圖3中可以看出，中國耕地壓力重心隨時間推移逐漸向東南方向移動。從4個時段來看，浙江、福建、廣東、海南等東南沿海地區的耕地壓力逐步增加，原因在于這些地區耕地后備資源匱乏，且社會經濟發展迅速，隨著城市化的快速推進，建設用地占用了大量耕地資源，耕地補充能力不足，同時這些地區匯聚了大量的人口，導致耕地壓力逐漸增大；而內蒙古、新疆、西藏、甘肅、寧夏等位于中國西北地區的省份的耕地壓力在4個時段內均有所下降，原因是這些地區社會經濟發展速度遠低于東南沿海地區，耕地面積保持相對穩定，且隨著科技不斷進步、農業投入不斷增加以及開展大規模的土地開發整理復墾項目[20]，使得這些地區糧食單產和總產不斷提高，耕地壓力有所緩解；此外，山西、陜西、青海等耕地壓力在4個時段內均較大，原因是這些地區山地高原面積多，地形坡度大，不易于開展大規模的農業生產，且技術水平落后，復種指數較低，糧食產量不高，因此耕地壓力一直較大。而河北、山東、江蘇、河南、湖北、湖南、安徽、江西、四川、黑龍江、吉林、遼寧等位于中部和東北糧食主產區的省份的耕地壓力指數在4個時段內始終為無壓力或輕度壓力，原因是它們主要位于中國的平原地區，光照、溫度、降水等農業生產條件適宜，耕地資源相對豐富，生產率水平較高，且糧食產量隨著農業技術的進步而持續顯著增加，使得這些地區耕地始終處于輕度壓力甚至無壓力狀態，并呈現出逐漸減小的趨勢。

2.3.2 省域尺度耕地壓力空間聚類分析

為了在省域尺度上揭示中國耕地壓力的空間差異性，本文采用Ward聚類法[21]對31個省級行政區1978－2015年的耕地壓力指數進行空間系統聚類分析，根據聚類結果，結合各省份耕地壓力指數情況，可將31個省級行政區劃分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無壓力型。本文利用ArcGIS對聚類結果進行空間直觀表達，以清楚反映出各省所屬的耕地壓力類型。

圖4 耕地壓力分類

從圖4中可以看出，京、津、青屬于高壓力型，其耕地壓力指數遠大于1，耕地長期承受著巨大壓力；甘、陜、蒙、晉、藏、云屬于中壓力型，這類型耕地壓力指數相對大些，多分布在1.5～2.5之間，耕地壓力較明顯；粵、貴、瓊、冀、豫、黑、遼、寧、滬、閩、新、浙屬于低壓力型，該類型耕地壓力指數相對較小，大部分位于1.0～1.5之間，且耕地壓力指數波動較大；皖、桂、鄂、湘、吉、蘇、贛、魯、川、渝屬于無壓力型，這些地方的耕地壓力指數較小，多數地方耕地壓力指數在1.0以下，耕地基本無壓力。

3 結 論

1）從國家尺度來看：1978－2015年中國耕地壓力指數的變化趨勢大致可以劃分為4個階段：1978－1984年的波動降低期；1985－1997年的相對穩定期；1998－2003年的快速增長期；2004－2015年的迅速降低期。

2）從經濟區域尺度來看：耕地壓力指數表現出明顯的地域差異性，具體表現為東部地區耕地壓力逐漸增加，西部地區耕地壓力始終較高，中部和東北地區耕地壓力基本穩定在安全狀態。

3）從省域尺度來看：對31個省級行政區1978－2015年的耕地壓力指數進行系統聚類可將其分為4種類型，分別為高壓力型、中壓力型、低壓力型和無壓力型；1978－2015年，中國耕地壓力重心隨時間推移逐漸向東南方向移動。

4 討 論

從研究結論出發，本文提出以下幾點建議：

由于各地區耕地壓力程度不同，且造成耕地壓力的原因不一，因此需因地制宜，針對不同耕地壓力程度和類型的地區分別采取相應的措施來緩解耕地壓力，更有效地保障各地區的糧食供給。

對于位于東部地區的北京、上海、浙江、福建、廣東等經濟較發達的省份而言，應嚴格實施國家制定的一系列保護耕地的政策規定，如土地用途管制制度，禁止占用基本農田，耕地占補平衡制度等[22-24]，其中由于這些省份經濟較發達，人口密度較大，對建設用地的需求較高，導致耕地后備資源已接近枯竭，難以在省域內完成耕地占補平衡的要求，因此可考慮向國務院提出補充耕地國家統籌的申請，經國務院批準后，可通過購買外省耕地占補平衡指標，來保障經濟的快速持續發展。此外還應按照各省城鎮化發展的階段適當控制人口流入，以免人均耕地面積逐漸減少[25]。

對于位于西部地區的內蒙古、新疆、西藏、青海、陜西、山西等耕地壓力較大的省份而言，應積極開展土地整治，加強農業基礎設施建設，加大農業技術投入，不斷提高耕地質量，增加糧食產量，以緩解該地區的耕地壓力狀況[26]。

對于位于中部和東北糧食主產區的河北、山東、江蘇、河南、湖北、湖南、安徽、江西、四川、黑龍江、吉林、遼寧等耕地壓力較小甚至無壓力的省份而言，應當繼續實施強農利農惠農政策，確保農民進行農業生產的熱情不減退，保證糧食播種面積基礎[27]，同時也要繼續實施土地整治，完善農田基礎設施，以提高糧食產量，對于有條件的省份，還應當通過土地流轉實施規?；洜I，在滿足自身糧食供給的條件下，能夠為缺糧地區輸送糧食，為國家的糧食安全提供保障[28]。此外，由于這些省份內集中連片的耕地后備資源較充足，可以為建設用地緊張的大城市和缺少耕地的發達地區提供跨省域補充耕地的指標，保證全國范圍內耕地總量的動態平衡，并獲得經濟發展的資金，發揮經濟發達地區和資源豐富地區資金資源互補的優勢。

本文尚且存在不足之處,對未來的展望如下：1）中國糧食主產區與非主產區之間自然條件與社會經濟發展差異較大，兩大區域分別具有不同的發展優勢[29-30]，其中糧食主產區耕地資源豐富，表現出良好的農作物種植優勢，糧食產量較高，其糧食生產狀況直接影響著全國十三多億人的吃飯問題，而非主產區二三產業較發達，經濟發展水平較高，耕地資源相對稀缺，相比糧食主產區，糧食安全的風險更易發生在非糧食主產區，由此可見，糧食主產區與非主產區之間耕地壓力也表現出明顯的差異性，未來可就此展開更加深入細致的研究。2）本文所引耕地質量系數是通過地區耕地與全國耕地的實際平均產能計算而得，該指標反映了耕地的實際糧食產量，較能體現耕地的質量狀況。但近來國家倡導實施“藏糧于地”戰略[31]，這表明中國不再一味強調耕地實際產量的提升，而是提倡通過土地休耕以提高耕地地力，實現耕地的可持續利用，促進農業的可持續發展，保障國家糧食的穩定供給和安全，因此未來可對耕地質量系數做進一步完善，可以考慮運用耕地地力指數來更好地反映耕地的質量狀況。

[1] 魏洪斌，吳克寧，趙華甫，等. 未來10年我國耕地數量質量變化對區域糧食產能影響研究[J]. 廣東農業科學，2014，41(19)：213－219，237.

Wei Hongbin, Wu Kening, Zhao Huafu, et al. Research on the impact of the change of quantity of cultivated land on regional grain productivity in the next 10 years in China[J]. Guangdong Agricultural Sciences, 2014, 41(19): 213－219, 237. (in Chinese with English abstract)

[2] 國務院. 國務院辦公廳印發跨省域補充耕地國家統籌管理辦法和城鄉建設用地增減掛鉤節余指標跨省域調劑管理辦法的通知[EB/OL]. [2018-03-26]. http://www.gov.cn/ zhengce/content/2018-03/26/content_5277477.htm.

[3] William Rees. Ecological footprints and appropriated carrying capacity: What urban economics leaves out[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 1992, 6(2): 121－130.

[4] William Rees.Urban ecological footprints: Why cities cannot be sustainable: And why they are a key to sustainability[J]. Environmental Impact Assessment Review, 1996, 16(4): 223－248.

[5] Vogt W. Road to survival[M]. New York: William Sloan, 1948.

[6] Alan W. The African Husbandman[M]. Edinburgh: Oliver and Boyd, 1965.

[7] 趙素霞，牛海鵬. 基于灰色馬爾科夫模型的河南省耕地壓力狀況研究[J]. 干旱區資源與環境，2015，29(8)：46－51.

Zhao Suxia, Niu Haipeng. Study on pressure of cultivated land in Henan Province based on gray markov model[J]. Journal of Arid Land Resources and Environment, 2015, 29(8): 46－51. (in Chinese with English abstract)

[8] 肖俊磊. 基于耕地壓力指數模型的四川省糧食安全分析與趨勢預測[D]. 成都：西南交通大學，2017.

Xiao Junlei. Food Security Analysis and Trend Forecast of Sichuan Province Based on Cultivated Land Pressure Index Model[D]. Chengdu: Southwest Jiaotong University, 2017. (in Chinese with English abstract)

[9] 冉清紅，岳云華，謝德體，等. 中國耕地警戒值的測算與討論[J]. 資源科學，2007，29(3)：158－164.

Ran Qinghong, Yue Yunhua, Xie Deti, et al. Estimation and discussion on the warning value of cultivated land in China[J]. Resource Science, 2007, 29(3): 158－164. (in Chinese with English abstract)

[10] 郭巍，宋戈. 基于糧食安全的黑龍江省耕地壓力動態變化定量分析[J]. 中國農業大學學報，2009，14(2)：47－51.

Guo Wei, Song Ge. Quantitative analysis of dynamic change of cultivated land pressure in Heilongjiang province based on food security[J]. Journal of China Agricultural University, 2009, 14(2): 47－51. (in Chinese with English abstract)

[11] 李倩倩，陳印軍. 關中地區耕地壓力指數分析及預測[J].中國農學通報，2011，27(29)：241－245.

Li Qianqian, Chen Yinjun. Analysis and forecast of cultivated land pressure index in Guanzhong region[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2011, 27(29): 241－245. (in Chinese with English abstract)

[12] 蔡運龍，傅澤強，戴爾阜. 區域最小人均耕地面積與耕地資源調控[J]. 地理學報，2002，12(2)：127－134.

Cai Yunlong, Fu Zeqiang, Dai Erfu. The minimum area per capita of cultivated land and its implication for the optimization of land resource allocation[J]. Acta Geographica Sinica, 2002, 12(2): 127－134. (in Chinese with English abstract)

[13] 李建平，上官周平. 陜西省糧食生產與糧食安全趨勢預測[J].干旱地區農業研究，2011，29(4)：245－251.

Li Jianping, Shangguan Zhouping. Forecast of grain production and food security in Shaanxi province[J]. Arid Area Agriculture Research, 2011, 29(4): 245－251. (in Chinese with English abstract)

[14] 劉成武，黃利民. 農地邊際化過程中農戶土地利用行為變化及其對糧食生產的影響[J]. 地理研究，2015，34(12)：2268－2282.

Liu Chengwu, Huang Limin. The changes of farmers’ behavior in land use and its impacts on the food production during the process of marginalization of arable land[J]. Geographical Research, 2015, 34(12): 2268－2282. (in Chinese with English abstract)

[15] 張利婭. 中國糧食自給率研究[D]. 鄭州：河南農業大學，2006.

Zhang Liya. Research on the Self-sufficiency Rate of Grain in China[D]. Zhengzhou: Henan Agricultural University, 2006. (in Chinese with English abstract)

[16] 張利國，陳蘇. 中國人均糧食占有量時空演變及驅動因素[J]. 經濟地理，2015，35(3)：171－177.

Zhang Liguo, Chen Su. The temporal and spatial evolution of the per capita grain possession in China and its driving factors[J]. Economic Geography, 2015, 35(3): 171－177. (in Chinese with English abstract)

[17] 唐華俊，李哲敏. 基于中國居民平衡膳食模式的人均糧食需求量研究[J]. 中國農業科學，2012，45(11)：2315－2327.

Tang Huajun, Li Zhemin. Per capita food demand based on the balanced dietary patterns of Chinese residents[J]. Chinese Agricultural Sciences, 2012, 45(11): 2315－2327. (in Chinese with English abstract)

[18] 賈科利，馬欣，張俊華. 寧夏耕地壓力與社會經濟發展耦合時空特征分析[J]. 干旱區地理，2014，37(4)：812－819.

Jia Keli, Ma Xin, Zhang Junhua. Analysis of spatial and temporal characteristics of cultivated land pressure and social economic development in Ningxia[J]. Arid area geography, 2014, 37(4): 812－819. (in Chinese with English abstract)

[19] 張光宏，崔許鋒. 耕地資源非農化驅動機制及其區域差異性[J]. 中國農業科學，2015，48(8)：1632－1640.

Zhang Guanghong, Cui Xufeng. Non-agricultural driving forces of cultivated land resources and its regional differences[J]. Chinese Agricultural Sciences, 2015, 48(8): 1632－1640. (in Chinese with English abstract)

[20] 陸汝成，黃賢金. 中國省域土地整理復墾開發補充耕地的空間效應[J]. 水土保持研究，2011，18(6)：172－176.

Lu Rucheng, Huang Xianjin. Spatial effects of supplementary cultivated land reclamation and exploitation in provincial land consolidation in China[J]. Soil and Water Conservation Research, 2011, 18(6): 172－176. (in Chinese with English abstract)

[21] 楊志恒. 基于Ward法的區域空間聚類分析[J]. 中國人口·資源與環境，2010，20(增刊1)：382－386.

Yang Zhiheng. Regional spatial clustering analysis based on ward method[J]. China Population·Resources and Environment, 2010, 20(Supp.1): 382－386. (in Chinese with English abstract)

[22] 劉彥隨，喬陸印. 中國新型城鎮化背景下耕地保護制度與政策創新[J]. 經濟地理，2014，34(4)：1－6.

Liu Yansui, Qiao Luyin. Farmland protection system and policy innovation under the background of new urbanization in China[J]. Economic Geography, 2014, 34(4): 1－6. (in Chinese with English abstract)

[23] 劉彥隨. 中國土地資源研究與學術交流新進展[J]. 自然資源學報，2013，28(9)：1479－1487.

Liu Yansui. New development of land resources research and academic exchange in China[J]. Journal of Natural Resources, 2013, 28(9): 1479－1487. (in Chinese with English abstract)

[24] 劉彥隨. 中國土地資源研究進展與發展趨勢[J]. 中國生態農業學報，2013，21(1)：127－133.

Liu Yansui. Research progress and development trend of land resources in China[J]. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2013, 21(1): 127－133. (in Chinese with English abstract)

[25] 王琪. 基于糧食安全、經濟發展和生態保護目標的成縣耕地保護研究[D]. 蘭州：甘肅農業大學，2012.

Wang Qi. Study on Cultivated Land Protection in Cheng County Based on Food Security, Economic Development and Ecological Protection[D]. Lanzhou: Gansu Agricultural University, 2012. (in Chinese with English abstract)

[26] 張帆. 科技投資方向對提高糧食產量的影響研究[D]. 南京：南京農業大學，2010.

Zhang Fan. Research on the Impact of Investment in Science and Technology on Improving Grain Output[D]. Nanjing: Nanjing Agricultural College, 2010. (in Chinese with English abstract)

[27] 李本軍.“三農”問題與政府行為[D]. 北京：中國農業科學院，2005.

Li Benjun. Problems Concerning Agriculture, Countryside and Farmers and Governmental Behavior[D]. Beijing: Chinese Academy of Agricultural Sciences, 2005. (in Chinese with English abstract)

[28] 梁宇. 土地流轉對糧食安全的影響研究[D]. 荊州：長江大學，2015.

Liang Yu. Impact of Land Transfer on Food Security[D]. Jingzhou: Yangtze University, 2015. (in Chinese with English abstract)

[29] 崔奇峰，周寧，蔣和平. 糧食主產區利益補償必要性分析：基于主產區與非主產區糧食生產及經濟發展水平差距的視角[J]. 中國農學通報，2013，29(32)：118－124.

Cui Qifeng, Zhou Ning, Jiang Heping. Necessary analysis of benefits compensation in main grain producing areas:From the perspective of gap between grain production and economic development in main producing areas and non-main producing areas[J]. Chinese Agricultural Science Bulletin, 2013, 29(32): 118－124. (in Chinese with English abstract)

[30] 趙波. 中國糧食主產區利益補償機制的構建與完善[J]. 中國人口·資源與環境，2011，21(1)：85－90.

Zhao Bo. Construction and improvement of interest compensation mechanism in main grain producing areas in China[J]. China Population·Resources and Environment, 2011, 21(1): 85－90. (in Chinese with English abstract)

[31] 國務院. 國務院關于建立糧食生產功能區和重要農產品生產保護區的指導意見[EB/OL]. [2017-04-10]. http://www.gov.cn/zhengce/content/2017-04/10/content_5184613.htm.

Analysis on temporal-spatial difference of cultivated land pressure at multiple scales in China from 1978 to 2015

Zhang Yajie1, Yan Xiaoshuang1, Zhang Feng2※, Xiao Zhanchun1

(1.,,430000,; 2.,,430000,)

This paper aims to investigate the spatial distribution, temporal change and policy proposal of the cultivated land pressure in China. Considering the relationship between the quantity of cultivated land and population, the model of cultivated land pressure index put forward by Professor Cai Yunlong, can quantitatively measure the tension of cultivated land resources in a region. But the difference of cultivated land quality and utilization in different regions was not considered in this model. Therefore, this paper adopted the quality coefficient to expand the cultivated land pressure index, which can reflect both the quantity and quality of cultivated land. Moreover, most of the existing relating studies focused on shorter time series or smaller research fields, few studies have been conducted with long time series data like the years of 1978-2015 in this paper, and little research about spatial-temporal change of cultivated land pressure has been done at different scales across the whole China. So, this paper used the modified model to calculate the cultivated land pressure index at different levels i.e. the whole country, 4 major economic regions and 31 provincial administrative regions from 1978 to 2015. And based on the above-mentioned research data, by using the methods of comparative analysis, clustering analysis and barycenter analysis, this paper analyzed the temporal changes and spatial distribution differences of cultivated land pressure index at the 3 spatial scales and put forward some proposals for cultivated land protection. The study showed that: 1) The changing trend of the cultivated land pressure index in China can be approximately divided into 4 stages: fluctuant declining period from 1978 to 1984, relatively stable period from 1985 to 1997, rapidly rising period from 1998 to 2003 and rapidly declining period from 2004 to 2015. 2) The regional difference of cultivated land pressure is very obvious. In more detail, the cultivated land pressure in the eastern region of China increases gradually, and in the western region of China, the cultivated land pressure is always high, while it is basically stable at a safe state in the middle and northeastern regions of China. 3) The barycenter of cultivated land pressure in China gradually moves to the southeast over time. 4) Thirty-one provincial administrative regions can be divided into 4 types by using the hierarchical clustering method, namely high-pressure type, medium-pressure type, low-pressure type and non-pressure type. 5) Finally, aiming at different types or degrees of cultivated land pressure, suitable countermeasures should be taken to alleviate the cultivated land pressure effectively so as to guarantee the grain supply in all regions of China, such as purchasing the indicators of cultivated land compensation in other provinces or controlling the population inflow moderately for economically developed provinces of high pressure, carrying out land consolidation and rehabilitation actively or increasing agricultural investment for ecologically fragile provinces of high or medium pressure, improving farmland infrastructure or transporting grain to the food shortage areas or offering the indicators of cultivated land compensation to other provinces with insufficient cultivated land reserve resources for low-pressure or non-pressure provinces located in major grain producing areas, and so on.

land use; grain; models; modified cultivated land pressure index; grain security; barycenter of cultivated land pressure; cluster analysis

張雅杰，閆小爽，張 豐，肖展春. 1978—2015年中國多尺度耕地壓力時空差異分析[J]. 農業工程學報，2018，34(13)：1－7.doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001 http://www.tcsae.org

Zhang Yajie, Yan Xiaoshuang, Zhang Feng, Xiao Zhanchun. Analysis on temporal-spatial difference of cultivated land pressure at multiple scales in China from 1978 to 2015[J]. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering (Transactions of the CSAE), 2018, 34(13): 1－7. (in Chinese with English abstract) doi：10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001 http://www.tcsae.org

2018-01-26

2018-05-08

國家自然科學基金項目—面向城市擴展過程的動態空間格局指標與自組織空間結構分析模型（41571385）；湖北省自然科學基金項目—綠地生態網絡與城鎮擴張空間協同耦合與優化模擬（2017CFC847）

張雅杰，吉林人，博士，副教授，研究方向為土地利用與經濟管理。Email：yjzhang@whu.edu.cn

張 豐，遼寧人，高級實驗師，研究方向為GIS與攝影測量。Email：7570056@qq.com

10.11975/j.issn.1002-6819.2018.13.001

F323.21

A

1002-6819(2018)-13-0001-07