武隆區(qū)耕地—糧食變化特征及其壓力分析

成六三

（重慶工程職業(yè)技術學院，重慶 402260）

耕地資源是國家的戰(zhàn)略性資源，是保障糧食安全的重要基礎條件，其關乎著區(qū)域社會經(jīng)濟的可持續(xù)和高質量發(fā)展。耕地資源的演化發(fā)展一直受到政府和學者們的廣泛關注［1-2］，相關的研究成果不僅促進了耕地資源的保護和高效利用，而且對于維持區(qū)域糧食安全具有積極意義。

近年來，全國耕地數(shù)量減少的趨勢總體上趨于平緩，但區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展差異及耕地生產(chǎn)力水平差異等，造成了耕地—糧食資源演化發(fā)展過程差異較大［3］，另外，如退耕還林等階段性政策［4］也會影響區(qū)域耕地—糧食資源演化發(fā)展。因此，針對耕地—糧食演化發(fā)展的研究是一個需要長期監(jiān)測和評估的課題。梁鑫源等［5-8］從研究的視角上，以國家、地區(qū)、省市以及縣域不同尺度和不同空間的耕地總量、人均耕地最小面積、人均消費量的耕地壓力指數(shù)等指標揭示了耕地的演化發(fā)展過程，研究在人口消費糧食水平基礎上，對一段時期內耕地資源利用狀態(tài)進行評估，發(fā)現(xiàn)各指標對保護耕地能夠起到一定的積極作用。黃淇等［9-10］從研究方法上，利用1個階段區(qū)域耕地數(shù)量演化過程的數(shù)據(jù)，建立了相關函數(shù)關系，進而預測了不同時段耕地數(shù)量的演變，這對于后期耕地資源保護利用具有參考價值。通過建立糧食生產(chǎn)因子線性回歸模型，揭示了耕地—糧食資源的生產(chǎn)成因，這對于糧食生產(chǎn)建設具有重要的指導意義。區(qū)域耕地—糧食資源的數(shù)量和質量受階段性政策、自然因素、社會經(jīng)濟水平、科學技術應用等多方面因素的影響，耕地—糧食資源演化過程是一個復雜系統(tǒng)，需要從不同尺度和時間進行研究，才能更為客觀地反映其演化過程，進而為后期耕地—糧食資源生產(chǎn)保障提供指導和參考。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

武隆區(qū)地處重慶市東南邊緣，烏江下游，位于107°13′～108°05′E，29°02′～29°40′N，全區(qū)總面積2882.67 km2，2022年總人口406868人，地區(qū)生產(chǎn)總值265.9億元，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值53.2億元，人均年收入29483元。據(jù)2022年武隆區(qū)第三次國土調查主要數(shù)據(jù)公報顯示，坡度位于2°以下的耕地331.14 hm2，占全區(qū)耕地的0.69%；位于2°～6°(含6°)的耕地1876.37 hm2，占全區(qū)耕地的3.93%；位于6°～15°(含15°)的耕地18934.97 hm2，占全區(qū)耕地的39.63%；位于15°～25°(含25°)的耕地17679.97 hm2， 占全區(qū)耕地的37.01%；位于25°以上的耕地面積8951.57 hm2，占全區(qū)耕地的18.74%。該區(qū)處于中國南方喀斯特高原丘陵山區(qū)，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17.9 ℃，年平均降水量1246.6 mm，常年相對濕度為78%。土壤多屬黃壤、黃棕壤，其次為紫色土。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要以種植玉米、小麥、水稻、薯類為主，經(jīng)濟作物主要包括烤煙、貯麻等。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來自于武隆區(qū)和重慶市的《統(tǒng)計年鑒》（1999—2021年）以及與耕地保護等相關的研究報告。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地壓力指數(shù)模型 本研究主要采用模型為耕地壓力指數(shù)模型［11］。耕地壓力指數(shù)是最小人均耕地面積與實際人均耕地面積之比，公式為：

式（1）中：K為耕地壓力指數(shù)；Smin為最小人均耕地面積（hm2/人），即一定區(qū)域范圍內為保障食物需求的最小人均耕地面積；S為實際人均耕地面積（hm2/人）。

最小人均耕地面積是指在一定區(qū)域范圍內，在一定食物自給水平和耕地生產(chǎn)力條件下，為了滿足人口正常生活的食物消費所需的耕地面積。Smin是食物自給率、食物消費水平、耕地生產(chǎn)力水平等因子的函數(shù)，計算公式為：

式（2）中：β為食物自給率(%)；Gr為人均糧食需求量(kg/人)；P為糧食單產(chǎn)(kg/hm2)；q為糧食播種面積占播種總面積之比(%)；k為復種指數(shù)(%)，通過計算1年中各個季節(jié)的實際播種總面積除以耕地面積求得的。Smin即為保障一定區(qū)域食物安全而需保護的耕地數(shù)量的底線。

1.3.2 糧食生產(chǎn)波動分析方法 為了評估研究區(qū)糧食生產(chǎn)水平，借鑒耕地生產(chǎn)力［12］、糧食生產(chǎn)波動指數(shù)［13］和雙累積曲線方法［14］綜合分析評價區(qū)域糧食生產(chǎn)波動狀況。評估思路和方法為：

1.3.2.1 耕地生產(chǎn)力 一般用單位面積耕地糧食的產(chǎn)量表示耕地生產(chǎn)力大小，用以評估單位面積耕地質量的高低。計算公式為：

式（3）中：PR為耕地生產(chǎn)力(t/hm2)；T為耕地糧食總產(chǎn)量(t)；S為耕地面積(hm2)。

1.3.2.2 糧食生產(chǎn)波動指數(shù)（Grain Yield Fluctuation Index, GYFI） 長期來看，糧食產(chǎn)量并不是一個穩(wěn)定的變化過程，而是具有一定起伏性、波動性。為了便于表達這種波動性，采用糧食生產(chǎn)波動指數(shù)指標，其依據(jù)區(qū)域耕地生產(chǎn)力與全國平均耕地生產(chǎn)力差值占區(qū)域耕地生產(chǎn)力比例來反映糧食生產(chǎn)的波動情況。本研究以研究區(qū)耕地生產(chǎn)力和重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力的起伏變動趨勢來表示糧食生產(chǎn)波動指數(shù)，計算公式為：

式（4）中：GYFI為糧食生產(chǎn)波動指數(shù)；PRi為重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力(t/hm2)；PRj為研究區(qū)耕地生產(chǎn)力(t/hm2)。

1.3.2.3 借鑒雙累積曲線法評估其糧食生產(chǎn)波動的自然和綜合技術因素的影響程度 雙累積曲線法是在直角坐標系中同時繪制的一個變量的連續(xù)累積值與另一個變量的連續(xù)累積值的關系曲線，其結果是基于在相同時段內給定的數(shù)據(jù)成正比，即一個變量的連續(xù)累積值與另一個變量的連續(xù)累積值在直角坐標上為一條斜率固定的直線，倘若雙累積曲線的斜率發(fā)生改變，則斜率發(fā)生突變點所對應的年份就是2個變量累積關系出現(xiàn)突變的時間。在突變時間點以前建立線性回歸方程，并以參照區(qū)糧食生產(chǎn)累積量為自變量，代入線性回歸方程，計算出突變點以后的研究區(qū)理論糧食生產(chǎn)累積量，再分別計算出理論耕地生產(chǎn)力、突變前后實際與理論耕地生產(chǎn)力的差值，以此分析研究區(qū)與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力之間的關系。若差值小于零，表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力相對重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升較慢；若差值大于零，則表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力相對重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升較快；若差值等于零，則表示研究區(qū)耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力相當。計算公式為：

式（5）～式（6）中：YPRj為突變點前研究區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；YPRi為突變點前重慶地區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；k和α為線性回歸方程系數(shù)；Y′PRj為突變點后研究區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)；Y′PRi為突變點后重慶地區(qū)累積糧食生產(chǎn)力(t/hm2)。

1.3.3 土地資源承載力指數(shù) 耕地—糧食承載力指數(shù)是基于自足條件下，耕地、糧食與人口的關系。依據(jù)相關研究［15］，我國營養(yǎng)安全的標準參考年人均糧食消費 400 kg 計算土地資源承載力(LCC)和土地資源承載力指數(shù)(LCCI)，計算公式為：

式（7）～式（10）中：G為區(qū)域糧食總產(chǎn)量(t)；GPC為人均糧食消費標準(kg/人)；Pa為實際人口數(shù)量（人）；Rp為人口超載率(%)；Rg為糧食盈余率(%)。依據(jù)LCCI的大小，劃分出評價標準等級(表1）。

表1 LCCI 的分級評價標準

2 結果與分析

2.1 耕地—糧食動態(tài)變化

由圖1可知，1999—2021年武隆區(qū)耕地面積總體上趨于下降趨勢，耕地資源減少了17.8%。其中包括3個起伏階段，1999—2012年耕地面積一直處于減少狀態(tài)，即耕地面積從1999年的6.91萬hm2減少到2012年6.40萬 hm2，減幅為7.3%，這一時段下降的原因主要是由于退耕還林工程的實施；2013—2016年與1999—2012年相比，耕地面積呈上升趨勢，基本保持在6.90萬 hm2；2017—2021年耕地面積呈現(xiàn)快速減少狀態(tài)，即耕地面積從2017年的6.84萬hm2減少到2021年5.68萬hm2，減幅為16.97%，這一時期降幅過大的主要原因是建設用地和新一輪退耕還林工程的實施。

圖1 1999—2021年武隆區(qū)耕地—糧食動態(tài)變化

1999—2021年武隆區(qū)糧食總產(chǎn)量總體上呈上升趨勢，糧食總產(chǎn)量增加了12.5%。其中在2001、2006和2012年糧食總產(chǎn)量出現(xiàn)了減產(chǎn)的情況，特別是2006年糧食總產(chǎn)量下降為14.25萬t，為1999年的83.72%和2021年的74.41%，其主要原因是重慶地區(qū)長時間的干旱所導致的糧食減產(chǎn)。

由圖2可知，1999—2021年武隆區(qū)糧食單產(chǎn)變化較為復雜。在2001、2006、2012和2015年糧食單產(chǎn)均出現(xiàn)了低點，除了受氣候干旱的影響外，也受到耕地面積減少的制約。雖然2015—2021年糧食單產(chǎn)呈上漲的趨勢，但2021年糧食單產(chǎn)水平為2014年的94.95%。

圖2 1999—2021年武隆區(qū)糧食單產(chǎn)變化趨勢

2.2 耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

由圖3可知，1999—2021年武隆區(qū)在人均糧食消費300和400 kg/人水平下的耕地壓力指數(shù)K300和K400變化趨勢總體上呈現(xiàn)出一致性，但耕地壓力指數(shù)K400整體上大于K300，K300均小于1.0，K400基本上在0.93以上，處于耕地壓力臨界狀態(tài)。表明當人均糧食消費在300 kg/人水平以下時，武隆區(qū)耕地呈無壓力狀態(tài)，耕地資源較富裕；當人均糧食消費在400 kg/人水平以下時，武隆區(qū)耕地壓力指數(shù)K400基本呈現(xiàn)接近1.0或大于1.0的狀態(tài)，耕地資源處于臨界或緊張狀態(tài)，則需要調控耕地面積，以保障糧食生產(chǎn)。結合圖1進行綜合分析可知，無論耕地壓力指數(shù)K300或K400，其起伏較高點均與氣候干旱年份相對應。在2019—2021年耕地面積減少情況下，K400也小于1.0，主要是由于糧食單產(chǎn)水平的增加。

圖3 1999—2021年武隆區(qū)耕地壓力指數(shù)動態(tài)變化

2.3 耕地生產(chǎn)力動態(tài)變化

2.3.1 糧食生產(chǎn)波動指數(shù)動態(tài)變化 對1999—2021年重慶地區(qū)和武隆區(qū)的耕地生產(chǎn)力進行對比（圖4）可知，重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力明顯高于武隆區(qū)的。前者是后者的1.89倍，其中1999—2007年重慶地區(qū)平均耕地生產(chǎn)力是武隆區(qū)的2.47倍，2008—2021年重慶地區(qū)平均耕地生產(chǎn)力是武隆區(qū)的1.52倍。從整個研究時段看，2002年重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力與武隆區(qū)的差距最大，約為其2.65倍；2010和2011年重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力與武隆區(qū)的差距最小,約為其1.32～1.33倍。這可能是由于武隆區(qū)耕地面積坡地比例較高，隨著退耕還林工程的實施，大量的坡耕地轉換為林地，重慶地區(qū)和武隆區(qū)的耕地生產(chǎn)力水平比值才逐漸下降。綜上，糧食生產(chǎn)波動指數(shù)與耕地生產(chǎn)力變化基本相同。

圖4 1999—2021年武隆區(qū)糧食生產(chǎn)波動動態(tài)變化

2.3.2 累積耕地生產(chǎn)力關系 由表2可知，通過雙累積曲線線性回歸了武隆區(qū)和重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力關系，武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力可分為4個階段：1999—2007年，武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.398x+472.65(R2=0.999）；2008—2013年武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.740x-22994.00(R2=0.999）；2016—2021年武隆區(qū)累積耕地生產(chǎn)力與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸方程為Y=0.650x-15987.00(R2=0.999）。對比這3個階段線性回歸方程的斜率依次排序為2008—2013年斜率＞2016—2021年斜率＞2014—2016年斜率＞1999—2007年斜率，斜率越大，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提高越快，則縮小了與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的差距，這與實際耕地生產(chǎn)力相符合。

表2 武隆區(qū)與重慶地區(qū)累積耕地生產(chǎn)力線性回歸分析 kg/hm2

由圖4和表2對比分析可知，經(jīng)線性回歸方程計算，1999—2007年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為-1290.06 kg/hm2，這表明1999—2007年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度遠低于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平速度；2008—2013年，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為562.91 kg/hm2，這表明2008—2013年武隆地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度高于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力速度；2016—2021年，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平的理論值均值與實際值均值之差為-473.27 kg/hm2，這表明2016—2021年武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平提升速度小于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力速度。從整體研究時段來看，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平差距不斷縮小。這些變化主要歸功于農(nóng)田水利設施的改善、農(nóng)業(yè)投資的增加以及高標準農(nóng)田建設等方面的舉措。

2.4 土地資源承載力指數(shù)

參照LCCI的分級評價標準（表1），結合對圖5的分析可知，1999—2021年武隆區(qū)LCCI類型級別為盈余的年份有3個、級別為平衡有余的年份有16個、級別為臨界超載的年份有3個、級別為超載的年份有1個，且對應的概率分別為13.04%、69.57%、13.04%和4.35%。總體上看，武隆區(qū)整體處于人糧平衡的狀態(tài)，僅在2006年出現(xiàn)了超載狀態(tài)，其主要原因是2006年重慶地區(qū)長時間干旱造成了糧食減產(chǎn)。

圖5 武隆區(qū)土地資源承載力指數(shù)變化

3 結論

通過對1999—2021年武隆區(qū)耕地—糧食資源特征變化及其壓力進行系統(tǒng)分析，主要得出以下結論：

（1）1999—2021年，武隆區(qū)耕地資源總量減少幅度約為17.8%，特別在2017—2021年，占到耕地資源減少量的93.8%；糧食總產(chǎn)量增加了12.5%，在2012—2021年糧食總產(chǎn)量連續(xù)增長，年均增長率為1.66%。綜合耕地資源和糧食總產(chǎn)量一減一增，耕地糧食單產(chǎn)水平變化較為復雜，波動起伏較多。

（2）當武隆區(qū)在人均糧食消費400 kg時，耕地壓力指數(shù)基本上在0.93以上，武隆區(qū)耕地壓力處于臨界狀態(tài)，未來需要調控耕地數(shù)量。

（3）武隆區(qū)耕地生產(chǎn)力水平與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力水平差距逐漸縮小，特別在2018年以后，武隆區(qū)耕地生產(chǎn)能力提升速度高于重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力提升速度，但與重慶地區(qū)耕地生產(chǎn)力總體水平還有一定差距。

（4）武隆區(qū)耕地—糧食—人口承載力指數(shù)基本上處于人糧平衡狀態(tài)，耕地—糧食資源還將面臨壓力。

總之，根據(jù)武隆區(qū)耕地—糧食資源的變化特征，結合耕地多為坡地資源組成的特點，應重點加大高標準農(nóng)田建設，整體提升農(nóng)田水利設施建設等，進而緩解耕地—糧食資源面臨的壓力，促進社會經(jīng)濟的可持續(xù)和高質量發(fā)展。