四川重點流域耕地面積變化及其對糧食生產格局的影響

陳 磊

（西華師范大學管理學院，四川 南充 637002）

【研究意義】糧食安全是關乎國家和地區社會穩定的戰略性問題。氣候危機、新冠疫情、國際糧食貿易封鎖等全球性問題加劇了人們對糧食安全的擔憂。《2022 全球糧食危機報告》表明，2021 年全球近2 億人面臨嚴峻的糧食危機；同時，聯合國糧農組織和世界糧食計劃署發出全球糧食嚴重不安全形勢的警告。然而，世界糧食產量的增長空間不大［1］，耕地供給及其可持續利用是制約糧食生產的主要原因［2］。在我國，“三調”數據顯示，過去10 年間耕地面積減少753.71 萬hm2，但糧食產量連續多年增產。換言之，我國實現了在更少的耕地上產出更多糧食，而單位耕地面積增產不能作為填補耕地面積減少的理由，耕地紅線不可觸碰。隨著國家耕地保護政策及措施的持續加強，近年來我國耕地面積已實現凈增加。流域地區是一個水系的干流及其支流流經的所有地區，具備地勢平坦、土壤肥沃、水源充足等種糧天然優勢，遍布糧食產地。在水資源緊缺成為制約糧食生產及其產能提升的硬性約束形勢下，流域地區自然資源（尤其是耕地資源）優勢更加顯著，糧食生產主體地位更加凸顯。

【前人研究進展】通過文獻梳理分析發現，國外學者大多關注流域耕地產能［3］、水土（耕地）資源配置［4］及其可持續發展［5］等問題，而國內學者從全國、省級和地市級尺度出發，聚焦流域耕地時空演變［6］及其擴張差異特征［7］、耕地生產力變化［8］及水土資源匹配［9］、耕地多功能評價［10］與功能轉型［11］等方面。同時，基于糧食安全與生態保護視角，開展流域糧食生產對耕地利用響應［12］、耕地變化與農業生產關系［13］及其對生態環境影響［14-15］的研究，并從調控途徑創新［16］、政策體制完善［17］等方面提出建議。【本研究切入點】已有研究較全面地探討了流域地區耕地利用與保護問題，使得相關研究更為深入和全面，但對縣域尺度的研究有待加強。區域空間耕地資源隨時間不斷變化，在穩步推進高質量發展和新型城鎮化的時代背景下，把握流域耕地變化規律及其對糧食生產的影響具有重要的現實價值。【擬解決的關鍵問題】本文以流域耕地可持續集約利用為切入點，綜合運用數理量化模型和GIS 空間分析法研究四川重點流域耕地面積變化時空特征及其對糧食生產格局的影響，以期為地區農業可持續發展、耕地保護與糧食安全決策提供科學依據。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

四川省位于我國西南部，地處長江上游，介于26°03′～34°19′N、97°21′～108°12′E 之間，地勢西高東低，氣候宜人、水源充足，是我國13 個糧食主產區之一，更是我國西南地區唯一的糧食主產區，素有“天府之國”的美譽。四川糧食產地集中分布在岷江、嘉陵江、長江（上游）沿岸等重要水系流域地區，其糧食安全不僅直接影響全省經濟發展和社會穩定，糧食供求平衡對確保我國實現糧食安全目標也具有重要的全局性意義。截至2020 年，四川重點流域（重要水系干流途經地區）耕地面積為244.93 萬hm2，占四川省耕地面積的46.86%，其中糧食種植面積為211.78 萬hm2，占四川省糧食種植面積的33.55%；糧食產量為1 183.14 萬t，占四川省糧食產量的33.54%。需要說明的是，依據《四川省重點流域區劃（2006－2010 年）》，本文實際研究范圍為四川省重要水系干流途徑地區，且以縣域行政單元為最小研究單元。研究區示意圖見圖1。

圖1 研究區示意圖Fig.1 Schematic diagram of study region

1.2 研究方法

1.2.1 耕地面積時空變化分析（1）耕地變化強度指數［18-19］。耕地變化強度指數是以地區為參照，反映耕地面積在研究時段內的變化狀況。

式中，p為耕地變化強度指數，At+1為某一地區耕地期末面積，At為某一地區耕地期初面積。

（2）空間自相關模型。空間自相關模型包括全局空間自相關和局部空間自相關，用于分析耕地面積變化的空間集聚程度和集聚中心空間位置[20]。其中，全局空間自相關可采用全局莫蘭指數（Global Moran’s I，IG）整體判斷耕地面積變化是否存在統計學上的集聚或者分散現象，IG的取值范圍為[-1,1]，IG>0 表示集聚分布，IG<0 表示離散分布，IG=0 表示隨機分布。局部空間自相關可采用局部莫蘭指數（Local Moran’s I，IL）識別耕地面積變化狀況高值和低值的空間聚類特征，IL>0 表示某一單元觀測值與周圍單元差異小，IL<0 表示某一單元觀測值與周圍單元差異大。

式中，n為研究地區數；yi、yj分別為i、j地區的觀測值；為整個地區的平均值；wij為空間權重矩陣，i、j地區相鄰則權重為1、不相鄰則權重為0。

1.2.2 耕地面積變化對糧食生產格局的影響分析（1）糧食生產空間轉移模型。糧食生產格局可采用糧食生產空間轉移模型加以分析。糧食生產空間轉移模型就是假設某一地區糧食生產總量處于平衡且自給狀態，其內部各個地區糧食生產能力的強弱分化往往意味著糧食生產的轉移。因此，可通過把握各個地區糧食生產能力的強弱分化直觀反映整個地區糧食生產格局變化，包括糧食生產總量轉移和份額轉移［21］。

式中，I為糧食生產空間轉移系數，Gt、Gt+1分別為某一地區期初糧食產量和期末糧食產量，Ft、Ft+1分別為某一地區期初糧食產量和期末糧食產量占上一級地區總產量的份額。基于已有研究做法［18］，并結合研究區實際，若I＞1.2，表明糧食生產與期初相比相對強化；1 ≤I≤1.2，表明糧食生產與期初相比相對穩定；I＜1，表明糧食生產與期初相比相對退化。

（2）敏感度模型。敏感度是指某一系統對其外界條件或要素變化的響應程度［22］。耕地面積變化對糧食生產的影響可通過測度糧食生產對耕地面積變化的敏感度加以表征，采用劉彥隨等［23］提出的糧食生產對耕地面積變化的敏感度評價模型。

式中，β為敏感度系數，Gt、Gt+1分別為某一地區期初糧食產量和期末糧食產量，At、At+1分別為某一地區期初耕地面積和期末耕地面積。若β值為負，表明糧食產量與耕地面積反向變化，糧食產量對耕地面積變化不敏感；若β值為正，表明糧食產量與耕地面積同向變化，糧食產量變化受耕地面積增減變化的影響。β值越大，說明糧食產量對耕地變化的敏感度越高，即耕地面積的較小變動會造成糧食產量的較大波動。基于敏感度系數β，可將耕地面積變化對糧食生產格局的影響劃分為無敏感性、低敏感性、中敏感性和高敏感性4 個級別［23］（表1）。

表1 耕地面積變化對糧食生產的影響程度Table 1 Influence degree of cultivated land area change on grain production

1.3 數據來源

研究數據（耕地面積、糧食產量基礎數據）均來源于2001－2021 年《四川統計年鑒》《四川農業統計年鑒》以及所涉地市統計年鑒、各年度國民經濟和社會發展統計公報，部分缺失數據采用線性插值法補齊。

2 結果與分析

2.1 四川重點流域耕地面積時空變化特征

2.1.1 耕地面積變化基本特征 2001－2020 年四川重點流域耕地面積總體上增加91.57 萬hm2，增幅為37.39%，但不同經濟發展時期存在差異，其耕地變化強度指數介于-0.6271～2.8058 之間。從不同經濟發展時期出發，根據四川重點流域耕地變化強度指數，采用ArcGIS10.3 自然間斷點分級法（Jenks）將其劃分為耕地減少區、耕地基本不變區和耕地增加區3 類。由圖2 可知，2001－2005 年，除岷江下游的犍為縣和嘉陵江中游的順慶區為耕地減少區之外，其余流域為耕地基本不變區或耕地增加區，呈現由內向外“基本不變→增加”擴展的演變態勢，這得益于強化“占補平衡”以落實耕地補充方案、整頓開發區建設用地管理等耕保政策的實施。2006－2010 年，地方政府進一步探索土地督察制度并建立土地督察機構，以及在雙保（經濟增長與耕地紅線）行動、雙保工程等政策加持下，除大渡河下游的漢源縣和岷江中游的汶川縣、溫江區、雙流區、青羊區和武侯區為耕地減少區之外，其余大部分流域為耕地基本不變區，零星分布著耕地增加區。但快速城鎮化、工業化進程對建設用地剛性需求較大，使得耕地壓力增大。2011－2015 年，耕地減少區明顯增加，連片分布在金沙江、雅礱江、大渡河和岷江等干流大部分地區，其余流域耕地面積處于基本不變或增加的狀態。為此，地方政府進一步深入落實以用途管制為核心的耕地保護政策，協調“吃飯”與“建設”問題，耕地面積變化態勢有所改善。2016－2020 年，除岷江中游的青羊區增加和武侯區耕地面積減少之外，其余流域耕地面積基本不變，處于平穩變化狀態。

圖2 研究區不同經濟發展時期耕地面積變化的時序特征Fig.2 Temporal characteristics of cultivated land area change in different economic development periods in the study region

綜上，近20 年四川重點流域耕地面積變化整體趨于穩定態勢，但不同經濟發展時期表現為“增加→基本不變→減少→基本不變”的變化趨勢。其中，嘉陵江流域和長江上游地區耕地面積變化平穩，基本處于耕地面積增加或基本不變的狀態，這與地區經濟發展和城鎮化進程相關聯，以及得益于長江上游自然資源保護政策實施及其主體功能管制的落實。

2.1.2 耕地面積變化空間集聚狀態 進一步將四川重點流域的82 個縣域耕地變化強度指數作為觀測變量，采用Global Moran’s I 判定82 個縣域耕地面積變化的總體空間集聚特征。由圖3 可知，2001－2020 年四川重點流域在不同經濟發展時期的IG均大于0，且均通過1%的顯著水平檢驗，說明其空間分布具有正相關；同時，不同象限內的單元分布存在一定差異，且集中分布在第一象限和第三象限，表明四川重點流域耕地面積變化具有空間集聚分布特征。

圖3 研究區不同經濟發展時期耕地面積變化的Global Moran’s I 散點圖Fig.3 Global Moran’s I scatter plot of cultivated land area change in different economic development periods in the study area

然而，特定區域耕地面積變化集聚狀況仍不清楚，因此引入Local Moran’s I 作進一步分析。由圖4 可知，2001－2020 年四川重點流域耕地面積變化的空間集聚類型為高－高集聚、低－低集聚2 類，其中高－高集聚的縣域2001－2005 年有9 個、2006－2010 年有4 個、2011－2015 年有13 個、2016－2020 年有4 個，低－低集聚的縣域2001－2005 年有17 個、2006－2010 年有7 個、2011－2015 年有20 個、2016－2020 年有3 個。可見，高值聚類區和低值聚類區在不同經濟發展時期均呈現出倒“N”形波動增減的態勢。其中，高值聚類區耕地面積變化較大，這是由于地方經濟發展對土地剛性需求增加（尤其是耕地占用行為頻發），以及受農業結構調整、工商資本下鄉誘導耕地利用行為轉變等影響，增加了耕地壓力；低值聚類區耕地面積變化較小，集中分布在川西山區且受地形影響，這些地區耕地資源相對較少，且在耕地用途管制等耕地保護政策實施下，以及為滿足基礎農業生產需要的作用下，耕地面積變化幅度較小。另外，部分低值聚類區分布在岷江中游成都市的西部和南部，這是由于該地區遍布基本農田和糧食生產基地，持續且嚴格的糧食安全保障需求和相關保護政策實施，確保了耕地安全。

圖4 研究區不同經濟發展時期耕地面積變化的空間集聚格局Fig.4 Spatial agglomeration pattern of cultivated land area change in different economic development periods in the study region

2.2 四川重點流域耕地面積變化對糧食生產格局的影響

2.2.1 糧食生產格局狀況 根據2001－2020 年四川重點流域不同經濟發展時段的糧食生產空間轉移系數I值劃分糧食生產轉出區（即耕地糧食生產減少區）、糧食生產轉入區（即耕地糧食生產增加區）和糧食生產穩定區（即耕地糧食生產穩定區）3 類，其中糧食生產轉出區受經濟發展需求的影響、糧食生產轉入區主要受農業生產條件的影響。由圖5 可知，2001－2005 年，糧食生產轉出區的縣域36 個、生產轉入區的縣域5 個、生產穩定區的縣域41 個，分別占四川重點流域的43.90%、6.10%、50.00%；2006－2010 年，糧食生產轉出區的縣域51 個、生產轉入區的縣域7個、生產穩定區的縣域24 個，分別占四川重點流域的62.20%、8.54%、29.26%；2011－2015 年，糧食生產轉出區的縣域21 個、生產轉入區的縣域3 個、生產穩定區的縣域58 個，分別占四川重點流域的25.61%、3.66%、70.73%；2016－2020 年，糧食生產轉出區的縣域47 個、生產轉入區的縣域16 個、生產穩定區的縣域19 個，分別占四川重點流域的57.32%、19.51%、23.17%。可見，四川重點流域糧食生產轉出區、生產轉入區和生產穩定區均呈現波動增減態勢。但從整體上看，糧食生產轉出區和生產轉入區均有所增加，增幅分別為13.42%、13.41%，變化態勢基本持平，但糧食生產穩定區減少明顯，降幅為26.83%，表明糧食生產存在明顯的地區退化現象。同時，糧食生產狀況與地區經濟發展水平之間存在一定的空間反向關系，糧食生產總體上呈現出金沙江、雅礱江、大渡河、岷江和嘉陵江流域有所退化，而長江上游有所增強的空間格局特征，這主要受地區經濟發展水平提升造成各項建設占用耕地現象依然存在，以及種糧成本增加導致農民大多不愿從事糧食生產等因素的影響。

圖5 研究區不同經濟發展時期的糧食生產空間轉移分區Fig.5 Spatial transfer zone of grain production in different economic development periods in the study region

2.2.2 糧食生產對耕地面積變化的敏感度狀況 通過衡量糧食生產對耕地面積變化的敏感度可側面反映四川重點流域耕地面積變化對糧食生產格局的影響。由圖6 可知，2001－2005 年，糧食生產對耕地面積變化高敏感的縣域2 個、中敏感的縣域2 個、低敏感的縣域37 個、無敏感的縣域41 個，具有敏感性的縣域占流域的50.00%，敏感度較高的縣域集中在岷江中游成都市的雙流區、嘉陵江流域廣元市的朝天區和劍閣縣以及南充市的儀隴縣。2006－2010 年，糧食生產對耕地面積變化高敏感的縣域11 個、中敏感的縣域6個、低敏感的縣域18 個、無敏感的縣域47 個，具有敏感性的縣域占流域的42.68%，敏感度較高的縣域零星分布在各流域的個別地區，其中嘉陵江流域最為集中。2011－2015 年，糧食生產對耕地面積變化高敏感的縣域1 個、中敏感的縣域0 個、低敏感的縣域64 個、無敏感的縣域17 個，具有敏感性的縣域占流域的79.27%，敏感度較高的縣域主要在岷江中游成都市的武侯區。2016－2020 年，糧食生產對耕地面積變化高敏感的縣域22 個、中敏感的縣域6 個、低敏感的縣域15 個、無敏感的縣域39 個，具有敏感性的縣域占流域的52.44%，敏感度較高的縣域集中在金沙江下游、雅礱江中下游和大渡河下游個別地區、岷江流域和長江上游大部分地區以及嘉陵江中下游地區。可見，耕地面積變化是四川重點流域糧食生產空間轉移的重要成因，具有敏感性的縣域呈現集中且多點分布的特點，這與地區經濟發展狀況和城鎮化進程相關聯。其中，金沙江、雅礱江和大渡河流域具有敏感性的縣域多集中在牧區和農牧交錯區，這些地區為了發展糧食生產，通過開墾荒地等措施增加農業灌溉面積，但又受制于“退耕還林還草”等政策實施，使得糧食生產增減與耕地面積增減密切相關。同時，快速城鎮化進程使得岷江流域、嘉陵江流域和長江上游流域的縣域耕地“非農化”流失趨向日趨凸顯，糧食生產變化受物質勞動投入、土地利用方式以及管控政策變動等多因素綜合影響。

圖6 研究區不同經濟發展時期糧食生產對耕地面積變化的敏感度空間格局Fig.6 Spatial pattern of sensitivity of grain production to cultivated land area change in different economic development periods in the study region

3 討論

土地利用/覆被變化一直是國內外研究的重點，耕地作為農業生產活動的基礎，是土地利用研究最主要的內容之一［24］。流域地區位于水陸交匯地帶，具有脆弱性和敏感性，人地關系矛盾較為突出，而四川糧食產地集中分布在岷江、嘉陵江、長江（上游）沿岸等重要水系流域地區，把握流域耕地變化規律及其對糧食生產的影響具有重要的現實價值。與大多學者圍繞流域耕地產能［3］或生產力變化［8］、耕地利用功能轉型［11］及其對生態環境影響［14］等研究相比較，從縣域單元出發開展流域耕地變化對糧食生產格局的影響研究，能夠較好地反映流域耕地可持續利用狀況。

對四川重點流域研究發現，2001－2020 年耕地面積變化及其對糧食生產格局影響在不同經濟發展時期具有明顯的波動變化差異，耕地面積變化是引起流域糧食生產空間變化的主要原因，與地區經濟發展水平以及城鎮化進程具有關聯性。本研究結果能夠較好地反映出研究區耕地面積變化及其對糧食生產格局的影響狀況，與已有研究結果具有一定的共性［19］，且未來需要持續關注流域耕地利用及其結構優化問題。但受限于數據獲取及其完整性，本文僅分析了研究區2001－2020 年耕地面積變化特征及其對糧食生產格局的影響，后續研究開展需要進一步注重研究時段的選取和研究年限的更新，且加強縣域內部狀況及其影響機制的挖潛，以揭示流域微觀層面上的耕地利用對糧食生產格局影響的內在機制，進一步增強研究結果的現實指導性。同時，通過構建經濟計量模型，分析流域耕地面積變化對糧食生產格局影響的關鍵因素是下一步需要開展的研究之一。

4 結論與建議

4.1 結論

以四川重點流域82 個縣域為研究區，綜合采用數理量化模型和GIS 空間分析法探討研究區2001－2020 年不同經濟發展時期的耕地面積變化時空特征，并進一步探究耕地面積變化對糧食生產格局的影響，得出以下主要結論：

（1）2001－2020 年，四川重點流域耕地面積變化整體趨于穩定態勢，但不同經濟發展時期呈現出“增加→基本不變→減少→基本不變”的變化趨勢，其中嘉陵江流域和長江上游地區耕地面積變化基本處于耕地面積增加或基本不變的狀態；同時，四川重點流域不同經濟發展時期的耕地面積變化空間集聚類型主要為高－高集聚、低－低集聚2 類，且高值聚類區和低值聚類區在不同經濟發展時期均呈現出倒“N”形波動增減的態勢。

（2）2001－2020 年，四川重點流域糧食生產空間轉移類型呈現出波動增減的態勢，總體上表現為糧食生產轉出區和糧食生產轉入區有所增加、糧食生產穩定區明顯減少，具體呈現出金沙江、雅礱江、大渡河、岷江和嘉陵江流域地區有所退化，而長江上游地區有所增強的空間格局特征。

（3）耕地面積變化是四川重點流域糧食生產空間轉移的重要成因，2001－2020 年四川重點流域糧食生產對耕地面積變化具有敏感性的縣域呈現出集中且多點分布的特點，這與流域地區經濟發展狀況和城鎮化進程相關聯。

4.2 建議

在“‘守牢紅線’全方位夯實糧食安全根基”的新征程要求下，未來需要從以下幾方面著力，確保四川重點流域耕地資源可持續利用。

一是嚴格落實耕地用途管制制度，劃定流域耕地紅線。地方政府要依托縣域及鄉鎮國土空間規劃編制契機，以鄉鎮為基本單元，細化耕地農業用途功能分區，明確耕地糧食生產用途剛性紅線，加強耕地“良田糧用”監管，規范土地流轉用地行為，落實“進出平衡”制度。同時，強化耕地“占補平衡”制度的地區宏觀調控作用，以耕地基本適應性為基礎，建立流域耕地儲備區并用于耕地補充，實現耕地占補在數量、質量、生態方面的綜合平衡，保障耕地利用綜合效益最大化。

二是加強地區主管部門協同管理，形成流域耕地保護合力。建議地區自然資源管理部門成立耕地保護問題專門整治小組，重點督促耕地農業用途不改變，保護耕地糧食種植的首要功能；農業農村管理部門應建立農技人員駐村工作指導制度，派遣農技人員對接鄉村，推廣糧食種植技術，科學指導農民種植行為，提高農民糧食種植熱情，確保糧食產量穩步提升；林草管理部門應科學設定綠化目標與規劃，避免違規占用耕地進行綠化造林，進而導致耕地“非農化”問題，保障耕地資源糧食生產空間。

三是建立耕地保護長效利益補償機制，提高流域糧食生產供給能力。通過測算全省各地市州之間以及各地市州內部區縣之間耕地資源盈余和赤字水平，明確補償標準，建立耕地價值補償核算體系。以土地經營權為依據精準識別種糧戶，依據誰種糧、誰受益的原則對實際種糧行為主體按照實際面積發放補貼，并建立糧價動態監管機制，加大糧價保護力度。完善流域耕地補償資金用途規制體系，落實耕地補償資金臺賬制度，嚴格監督各地區實施情況，確保補償政策落實到位。

四是構建耕地安全預警調控機制，確保流域糧食生產用地安全。構建土地運行系統預警響應技術平臺，整體提升耕地利用指標數據的采集與監測、分析與預警、決策與處置，形成耕地資源、生態系統及其與經濟社會發展內在互動的多要素安全預警系統。依據經濟社會發展與用地規律，從重點流域實際出發，構建耕地關鍵要素系統的警情調控機制，并遵循國土空間規劃要求，制定耕地利用標準，設定耕地警度閾值范圍以合理配置耕地資源，權衡經濟建設與糧食安全關系，實現經濟建設與糧食保護協調并進。