典型山區耕地面積與糧食產量時空格局分析
——以四川省涼山州為例

劉運偉

(1.中國科學院 成都山地災害與環境研究所, 成都 610041;2.西昌學院 農業科學院, 四川 西昌 615013; 3.中國科學院大學, 北京 100049)

典型山區耕地面積與糧食產量時空格局分析
——以四川省涼山州為例

劉運偉1,2,3

(1.中國科學院 成都山地災害與環境研究所, 成都 610041;2.西昌學院 農業科學院, 四川 西昌 615013; 3.中國科學院大學, 北京 100049)

以西南山區的四川省涼山州為例，運用描述性統計分析、耕地壓力指數、聚類分析等方法，分析了耕地面積和糧食產量時間變化特點和空間差異特征。結果表明：(1) 1999—2011年，涼山州耕地總面積和糧食總產量總體上呈上升趨勢，人均耕地面積呈減少的趨勢；人均糧食產量、單位耕地面積糧食產量呈波動上升趨勢；耕地壓力指數始終小于1，涼山州總體上無耕地壓力。(2) 涼山州耕地面積、糧食產量、最小人均耕地面積和耕地壓力指數空間差異明顯,有8個縣的耕地壓力較大，7個縣基本無耕地壓力，2個縣無耕地壓力。最后，對山區耕地保護和實現糧食安全的對策進行了簡單探討。

涼山州; 耕地面積; 糧食產量; 最小人均耕地面積; 耕地壓力指數; 時空格局

耕地是最基本的自然資源，是保障糧食安全的關鍵；糧食安全關系到國計民生，是國家發展和社會穩定的前提[1]。合理利用與保護耕地資源，增加糧食生產能力，是實現社會經濟可持續發展的重要課題。目前，有關耕地和糧食產量的研究成果主要體現在以下幾個方面：耕地資源利用與糧食安全分析[2-4]；耕地資源態勢及宏觀驅動力、糧食產量變化的影響因素分析[5-6]；耕地壓力指數與糧食安全狀況研究[7-8]；耕地資源數量變化特征及其與糧食產量、糧食安全的關系分析[9-10]；區域耕地—人口—糧食系統動態研究[11-12]等。目前的成果中，對區域耕地和糧食產量的時間動態變化的研究較多，對其空間差異的研究成果相對較少。深入研究糧食產量與耕地面積的時空動態，對于嚴格保護耕地和保障糧食安全的規劃決策，具有重要啟示意義，對優化糧食生產布局及相關區域政策制定提供依據[13]。

中國是一個山地大國[14]，由于特殊的自然地理環境和山地災害等因素的制約和主體功能區建設的客觀需要，山區的耕地總量十分有限。目前，雖然山區的人口密度遠小于平原地區，但山區人口自然增長率普遍高于平原地區。據統計，四川西部、貴州、云南和西藏的人口自然增長率分別高出全國平均水平的1.39‰，1.64‰，1.24‰和5.22‰[15]。山區的耕地與糧食生產能力是山區可持續發展的重要問題。由于山區自然條件的復雜性和空間差異性，對山區的耕地和糧食生產能力進行研究具有重要的理論意義和現實意義。

本文以我國西南典型山區——四川省涼山彝族自治州(下簡稱涼山州)為例，在查閱相關統計資料基礎上，對涼山州13 a(1999—2011年)的耕地資源和糧食產量的時間變化趨勢進行分析，并對涼山州2011年的耕地和糧食產量的空間差異進行分析，以期為涼山州及其它山區合理利用和保護耕地資源，促進糧食生產可持續發展提供相關借鑒和參考。

1 研究區概況

涼山州位于四川省西南部川滇交界處，青藏高原東南部，橫斷山區東北部，境內地貌類型復雜多樣，高山、深谷、平原、盆地交錯分布。全州共轄17個縣市，面積6 0423 km2，有漢、彝、藏、蒙古、納西等14個世居民族，是我國最大的彝族聚居區，也是四川省民族類別和少數民族人口最多的地區[16]。2011年，其地區生產總值(GDP)(現價，下同)為1 000.13億元，三次產業結構為19.45∶52.35∶28.20。

2011年涼山州共有耕地面積35.2423萬hm2，人均耕地資源為0.072 hm2。中低產田比重高、耕地土壤肥力低、水土流失比例大是其主要特點。另外，耕地大部分屬斜坡耕地和梯田，因此水田少旱地多。全州共有旱地27.333萬hm2，占耕地面積的77.56%，水田7.909萬hm2，僅占22.44%。其中中低產水田約27 700 hm2，占水田的35.02%；中低產旱地約214 200 hm2，占旱地的78.37%。耕地主要分布在高原平壩以及安寧河、金沙江等河流的河谷地帶。涼山州存在土地后備資源質量不高，林地水土流失較嚴重，耕作方式落后，高潛質土地開發、整治、利用不夠等問題。

2 數據來源與分析方法

2.1 數據來源

涼山州的耕地面積(cultivated land area，CLA)、年末總人口(Total population, TP)、糧食產量(grain output，GO)、播種面積等有關數據來源于相關年份的《涼山州統計年鑒》。

2.2 分析方法

2.2.1 描述性統計分析 對以下指標進行描述性統計分析：耕地面積、人均耕地面積(cultivated land area per capita，CLAPC)、年末總人口、糧食產量、人均糧食產量(the grain output per capita，GOPC)、單位耕地面積糧食產量(the grain output per unit，GOPU)、糧食作物播種面積、總播種面積、糧食作物播種面積與總播種面積之比、糧食作物播種面積、復種指數等。

2.2.2 耕地壓力指數

(1) 最小人均耕地面積(Smin)。最小人均耕地面積是指在一定區域范圍內，一定食物自給水平和耕地綜合生產能力條件下，為了滿足人口正常生活的食物消費所需的耕地面積。可用如下模型計算：

式中：Smin——最小人均耕地面積(hm2/人)；β——糧食自給率(%)；G——人均糧食需求量(kg/人)；p——食物單產(kg/hm2)；q——糧食播種面積占總播種面積之比(%)；k——復種指數(%)。

(2) 耕地壓力指數。耕地壓力指數(K)是最小人均耕地面積與實際人均耕地面積之比。計算公式如下：

式中：K——耕地壓力指數；S——實際人均耕地面積(hm2/人)。耕地壓力指數既是耕地保護的閾值，也是測度糧食安全程度的指標，即當K=1時，糧食供需平衡；K>1時，耕地資源不能滿足區域糧食需求；K<1時，耕地資源滿足區域糧食需求之后有盈余。

2.2.3 聚類分析 聚類分析能夠從樣本數據出發，客觀地決定分類標準。目前，最常用的聚類方法有K—均值聚類法(快速聚類法)和層次聚類法。快速聚類法具有占用內存少，處理速度快等優點，本研究采用快速聚類法對有關指標進行分類。

3 耕地與糧食動態變化分析

3.1 耕地面積的動態變化

如圖1所示，1999—2011年間，涼山州耕地總面積的變化呈上升趨勢，由31.196萬hm2增加到35.243萬hm2，期間共增加4.057萬hm2耕地；人均耕地面積的變化呈下降趨勢，由0.079 hm2減少為0.072 hm2。分階段來看，1999—2002年耕地面積略有減少，主要是由 “退耕還林(還草)”政策的實施及其農業結構調整造成的；2002—2011年耕地面積呈增加趨勢，主要是各級政府加大了耕地開發整理投入與耕地保護的力度。涼山州人口近13 a一直呈增長態勢，1999年總人口為393.93萬人，2011年總人口達487.25萬人，共增加93.32萬人。1999—2002年，人口的增加和耕地面積的減少相疊加，使涼山州的人均耕地面積大幅減少，由0.079 hm2減少到0.068 hm2；2002—2005年，人均耕地面積有所回升，由0.068 hm2增加到0.074 hm2；2005—2011年，人均耕地面積呈緩慢下降趨勢，由0.074 hm2下降到0.072 hm2。聯合國糧農組織規定人均耕地警戒線為0.053 hm2，說明涼山州總體上耕地面積并不缺乏。

圖1 1999-2011年涼山州耕地面積、總人口、人均耕地面積變化

3.2糧食產量動態變化

由圖2可知，1999—2011年，涼山州糧食總產量呈上升趨勢，人均糧食產量、單位耕地面積糧食產量呈波動上升趨勢。糧食總產量由1999年的167.74萬t增加到2011年的224.41萬t，增加了56.67萬t。人均糧食產量則由1999年的425.81 kg/人增加到2011年的460.56 kg/人，增加了34.75 kg/人，其中2002年人均糧食產量為419.62 kg/人，為13 a的最低值。單位耕地面積糧食產量，由1999年的5 376.95 kg/hm2增加到2002年的6 138.42 kg/ hm2，再降低至2005年的5 812.26 kg/ hm2，然后再增加至2011年的6 367.56 kg/ hm2，13 a間單位耕地面積糧食產量共增加了990.60 kg/hm2，呈明顯的波動上升趨勢。糧食總產量、單位耕地面積糧食產量呈上升趨勢，說明涼山州的耕地生產能力呈上升趨勢；人均糧食產量動態上升，說明耕地保障能力呈增加趨勢。

圖2 1999-2011涼山州糧食產量、人均糧食產量、單位耕地面積糧食產量變化

3.3Smin和K的動態變化

最小人均耕地面積Smin和耕地壓力指數K的變化如圖3所示(計算時人均食物需求量按400 kg/人計)。1999—2011年涼山州Smin和K值總體變化是呈波浪式降低趨勢。Smin先由1999年的0.074 hm2下降至2002年的0.065 hm2，然后再上升至2005年的0.069，最后下降至2011年的0.063。總體而言，Smin在1999—2011年間是下降的，主要得益于糧食單產和復種指數的提高。耕地壓力指數K呈現出先略為升高后降低的變化趨勢，K值從1999年的0.939上升到2002年的0.953，主要原因是期間實際人均耕地面積的減少速度大于最小人均耕地面積減少速度；隨著最小人均耕地面積減少速度大于實際人均耕地面積的減少速度，K值逐步下降到2011年的0.869，期間略有升降。1999—2011年，涼山州耕地壓力指數始終小于1，無耕地壓力，糧食安全有保證。

圖3 涼山州1999-2011年最小人均耕地面積和耕地壓力指數變化

4 耕地與糧食空間差異分析

采用2011年的時間斷面數據，選取耕地面積、糧食產量、最小人均耕地面積Smin和耕地壓力指數K等指標，對涼山州的耕地與糧食的空間差異進行分析。

4.1 耕地面積的空間差異

涼山州耕地面積空間差異明顯(圖4，5)。耕地總面積最大的鹽源縣為3.716萬hm2,最小的縣域寧南縣為1.347萬hm2，前者是后者的2.76倍。總人口空間差異明顯也非常明顯，總人口最大的西昌市為62.54萬人，最小的木里縣為13.73萬人，前者是后者的4.56倍。人均耕地面積是耕地總面積和總人口疊加影響后的結果在空間上的反映，是耕地總量與人口數量在地域空間分布上的綜合體現。人均耕地面積最大的木里縣為0.109 hm2，最小的越西縣為0.051 hm2，前者是后者的2.14倍，其中越西縣人均耕地資源低于聯合國糧農組織規定人均耕地警戒線0.053 hm2。運用聚類分析法將涼山州人均耕地面積分為豐富(Ⅰ)、中等(Ⅱ)、缺乏(Ⅲ)三級(見圖5)，人均耕地資源豐富的縣域有木里縣、鹽源縣，這兩個縣地廣人稀，人均耕地資源相對豐富；人均耕地資源缺乏的縣域有甘洛縣、越西縣、雷波縣、冕寧縣、西昌市，其中甘洛縣、越西縣、雷波縣，區內地形起伏，山高坡陡，耕地總量十分有限，致使其人均耕地資源缺乏，西昌市和冕寧縣則因人口稠密，耕地總量有限，導致人均耕地資源缺乏；人均耕地資源為中等水平縣域有美姑縣、喜德縣、昭覺縣、金陽縣、布拖縣、普格縣、德昌縣、寧南縣、會理縣、會東縣。

圖4 涼山州耕地總面積、總人口、人均耕地面積比較

圖5 涼山州人均耕地面積評價結果

4.2糧食產量空間差異

涼山州糧食產量空間差異明顯(圖6，圖7)。糧食總產量最大的西昌市為30.838萬t，最小的木里縣為5.383萬t，前者是后者的5.73倍。人均糧食產量最大的會東縣為646.00 kg/人,最小的美姑縣為339.27 kg/人，前者是后者的1.90倍。單位耕地面積糧食產量(糧食單產)最大的會理縣為8 864.56 kg/hm2，最小的木里縣為3 608.02 kg/人，前者是后者的2.46倍。木里縣雖然耕地總面積最大，但是由于其糧食單產和復種指數低，導致其糧食總產量最低。人均糧食產量是耕地生產能力和人口分布空間上的綜合反映，是體現地區糧食安全的重要指標。運用聚類分析法將涼山州人均糧食產量分為較高(Ⅰ)、中等(Ⅱ)、較低(Ⅲ)三級(見圖7)，人均糧食產量較高的縣域有會理縣、會東縣，這兩個縣糧食單產和復種指數均處于較高水平，人均耕地資源水平雖然不高，但幾者疊加，人均糧食產量處于較高水平；人均糧食產量較低的縣域有美姑縣、金陽縣、昭覺縣、雷波縣、甘洛縣、越西縣；人均糧食產量為中等水平縣域有西昌市、喜德縣、冕寧縣、木里縣、鹽源縣、布拖縣、普格縣、德昌縣、寧南縣。

圖6 涼山州糧食產量、人均糧食產量、

圖7 涼山州人均糧食產量評價結果

4.3Smin和K的空間差異

Smin值最大的木里縣為0.111 hm2，最小的會理縣為0.045 hm2，前者是后者的2.46倍(圖8)。Smin空間差異非常明顯，木里縣的耕地生產能力較低，遠低于生產能力較高的會理縣。K值最大的美姑縣為1.18，最小的會東縣為0.62，前者是后者的1.90倍，空間差異明顯。運用聚類分析法將涼山州耕地壓力指數分為壓力較高(Ⅰ)、基本無壓力Ⅱ)、無壓力(Ⅲ)三類(圖9)。美姑縣、金陽縣、昭覺縣、雷波縣、甘洛縣、越西縣、木里縣、喜德縣8縣的K>1，耕地壓力較大；布拖縣、普格縣、寧南縣、冕寧縣、德昌縣、鹽源縣、西昌市7縣的0.8

圖8 涼山州最小人均耕地面積和耕地壓力指數比較

圖9 涼山州耕地壓力狀況評價

5 結論與討論

5.1結論

(1) 時間動態變化。1999—2011年，涼山州耕地總面積總體上呈上升趨勢，但人均耕地面積呈減少的趨勢；糧食總產量呈上升趨勢，人均糧食產量、單位耕地面積糧食產量呈波動上升趨勢，說明涼山州的耕地生產能力和耕地保障能力均呈上升趨勢；Smin和K值呈波浪式降低趨勢，耕地壓力指數始終小于1，表明涼山州無耕地壓力，糧食安全有保證。

(2) 空間差異格局。涼山州耕地面積、糧食產量、Smin和K的空間差異明顯。耕地總面積最大的鹽源縣是面積最小的寧南縣的2.76倍；人均耕地面積最大的木里縣是面積最小的越西縣的2.14倍。糧食總產量最大的西昌市是產量最小的木里縣的5.73倍；人均糧食產量最大的會東縣是產量最小的美姑縣的1.90倍。Smin值最大的木里縣是最小的會理縣的2.46倍。K值最大的美姑縣是K值最小的會東縣的1.90倍。影響涼山州耕地壓力指數空間差異的主要因素有：糧食作物單產、糧食播種面積占總播種面積之比、復種指數、人均耕地面積。

5.2 討 論

在山區，隨著土地開發整理和耕地保護力度的增大，一定時期內，耕地總面積有遞增的趨勢，但由于山區人口增加速度較快，人均耕地面積有減小的趨勢；另外，隨著農業科技投入的增加和復種指數的提高，山區的糧食總產量、人均糧食產量、單位耕地面積糧食產量皆呈上升趨勢。總體而言，涼山州目前無耕地壓力，糧食安全有保證。但是隨著時間的推移，山區的耕地總面積增加潛力有限，土地生產能力也會逐步達到上限，人口數量的迅猛增加仍會對耕地和糧食安全帶來壓力。因此，為保障糧食安全，必須做好以下幾方面的工作：一是嚴格實施耕地保護政策，確保耕地面積總量不減少；二是加強土地開發整理，增加耕地面積；三是加大農業科技推廣投入，提高單位耕地面積糧食產量與糧食總產量；四是切實落實國家計劃生育政策，控制山區人口的數量，減小因人口增加給耕地與糧食安全帶來的壓力。

山區地貌條件復雜多樣，高山、深谷、平原、盆地、丘陵相互交錯，耕地資源的區域稟賦空間差異明顯，導致耕地面積和糧食產量空間差異顯著。因此，山區應在考慮各縣市經濟發展水平和經濟結構地域性特點的同時，結合自身自然條件，找準耕地保護的關鍵問題，因地制宜地實行不同的耕地保護政策。在耕地資源條件較好的地區(如安寧河流域“五縣一市”的平壩地區)，工業化與城鎮化等成為耕地減少和影響糧食安全的主要原因。這些縣域必須在減少工業化與城鎮化對耕地占用的同時，加大土地整理的力度，穩定耕地面積總量不變或者變化較小。在地形起伏度大的山區縣域(如美姑、昭覺等縣)，山高坡陡、耕地零星分散、后備耕地資源匱乏、農業生產條件差，開發利用難度大、效率低。受少數民族地區傳統耕作方式的影響，坡耕地面積占耕地總面積的比例大。這些縣為落實國家生態屏障建設的政策需要，退耕壓力大成為耕地面積減少和影響糧食安全的主因。因此，在山區耕地壓力較大的縣，應通過加大水土流失的防治，改善農業生產條件，推廣農業科技，實施科學種糧來保證耕地面積不減少和自身糧食安全；對于生態退耕面積大，自然環境十分脆弱、耕地壓力突出的縣域，政府應實施生態補償，制定切實可行的區內糧食調運方案來解決其糧食無法自給的問題。

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SpatiotemporalCharacteristicsofCultivatedLandandGrainOutputintheTypicalMountainAreas-ACaseStudyofLiangshanPrefecture,SichuanProvince

LIU Yun-wei1,2,3

(1.InstituteofMountainHazardsandEnvironment,ChineseAcademyofSciences,Chengdu610041,China; 2.AgriculturalSciencesofXichangCollege,Xichang,Sichuan615013,China; 3.UniversityofChineseAcademyofSciences,Beijing100049,China)

The typical mountain area in southwest China named Liangshan Yi Autonomous Prefecture of Sichuan Province was taken as an example. This paper analyzed the temporal changes and spatial distribution characteristics of cultivated land area(CLA) and grain output(GO) by employing the method of descriptive statistics, cultivated land pressure index(CLPI), cluster analysis, etc. The results showed that :(1) from 1999 to 2011, the total cultivated area and total grain output had a process of increase, and the cultivated land area per capita presented a decreased trend, the grain output per capita and the grain output per unit appeared to be a fluctuating upward trend, during the period 1999 to 2011, the CLPI was always less than 1, so there was no arable land pressure in Liangshan prefecture; (2) the CLA, GO， minimum cultivated land area per capita and CLPI had significant spatial difference, 8 counties had cultivated land pressure, 7 counties basically had no cultivated land pressure, and 2 counties had no cultivated land pressure. Lastly, this paper simply discussed the related policies and measures on protecting cultivated land and achieving food security in the mountain areas.

Liangshan prefecture; cultivated land area; grain output; minimum cultivated land area per capita; cultivated land pressure index; spatiotemporal characteristics

2013-11-24

：2013-12-13

中國科學院知識創新工程重要方向項目“西南典型山區資源環境安全的產業承載規模研究(KZCX2-YW-333-2)”;教育部人文社會科學青年基金項目“基于生計策略的貧困山區農戶可持續生計研究——以涼山州為例”(13YJCZH050)

劉運偉(1982—),男,江西贛縣人,博士生,講師,主要研究方向為山區可持續發展。E-mail:yunweiliu@sina.com

F323.211;F326.11

：A

：1005-3409(2014)05-0198-06