基于LMDI模型的中國糧食安全變化的耕地因素分解

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術界關注的熱點。現代意義的糧食安全既強調數量安全，也強調質量安全[1-3]，但一個國家或地區的糧食安全首先還是數量安全，尤其對中國來講，特殊的人口、資源、環境狀況決定了糧食安全的核心首要的就是數量安全。耕地是糧食生產最重要的物質基礎，城市化、工業化帶來的耕地減少與人口增長疊加，必然導致人均耕地占有量持續下降，將不斷削弱糧食生產的自然基礎并威脅糧食安全[4]。因此，耕地變化特別是耕地數量變化與糧食安全關系研究一直是學術界關注的熱點。

從研究方法角度看，北京大學蔡運龍教授等提出最小人均耕地面積和耕地壓力指數模型，模型的基本思想是評價特定條件下中國糧食需求與供給之間的關系，考慮到國際糧食貿易，設置特定的糧食自給率，如需求大于供給，糧食不安全，耕地承受較大壓力；而需求小于或等于供給，則糧食安全，耕地不承受壓力[5]。由于該模型能夠較好地評價特定區域糧食數量安全以及耕地在糧食生產過程中承受的壓力狀況，近期已被較多學者用來評價不同區域糧食安全和耕地壓力狀況[6-10]。此外，很多學者采用回歸分析或相關分析的方法，探討特定地區耕地數量變化與糧食安全(實為糧食產量)間的關系[11-17]。實際上糧食生產只是國家或區域糧食安全問題中的一個方面，即供給方面，評價糧食安全不僅要看供給能力，還要看自身對糧食的需求狀況，單純評價糧食生產或產量無法評價國家或區域的糧食安全狀態。此外，耕地數量變化與糧食產量變化之間存在確定的數學關系，其影響有其特定的影響傳導機制(圖1)，并非通過簡單的回歸或相關分析能夠說清楚，因此利用回歸分析或相關分析無法厘清耕地數量變化與糧食產量變動間的關系，更無法理順其與糧食安全狀態變化之間的關系。

理論上，根據耕地數量與糧食產量之間的數學關系，運用因素分解技術可以準確測算耕地數量變化的糧食產量效應，從該角度講對二者作回歸分析或相關分析是不恰當的。從空間尺度看，相關研究多針對特定區域，基本為省級行政單位[6-10]，其合理性有待探討。目前普遍認為，針對1個國家討論糧食安全是有意義的；而針對1個省級行政單位，甚至是1個地級市，討論糧食安全的意義到底有多大，值得商榷。實際上在最小人均耕地面積模型中就涉及一個重要參數，即糧食自給率，從全國來講，根據國家整體的糧食生產狀況，可以從國家層面設定一個糧食自給率，但是我國不同區域資源稟賦、環境狀況、經濟發展水平存在較大差異，各區域糧食生產對全國糧食安全的重要性差異也較大，不可能設定共同的糧食自給率。而以往針對特定省(市、區)的相關研究都設定95%的糧食自給率顯然是不恰當的[6-10]。從研究結論看，絕大多數研究認為，耕地是糧食安全的基本保障，但是經濟增長對耕地(土地)存在剛性需求，疊加人口的不斷增加，人增地減的矛盾將越發尖銳，耕地數量將成為制約我國糧食生產的首要因素[18-21]。綜上所述，耕地數量變化影響糧食產量變化有特定的影響傳導機制，其影響傳導過程受經濟、社會等諸多因素影響，并不是簡單的定性分析、回歸分析或相關分析就可以厘清的，這就導致以往有些研究的結論會存在一定的偏差，甚至誤導。因此，本研究首先厘清耕地數量變化影響糧食安全變化的影響傳導機制，在此基礎上利用因素分解技術對近期全國耕地數量變化與糧食產量變化及糧食(數量)安全變化之間的關系作定量分析，分析結論對于正確認識耕地數量變化在國家糧食安全中的地位有重要作用，亦可為政府相關部門提供一定的理論參考，研究方法對于不同層次類似研究也有一定的參考價值。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

本研究用到的耕地數據分兩部分，其中2009—2013年數據直接取自相應年份的《中國國土資源公報》，是第2次國土資源調查新口徑最新數據；2003—2008年的數據則以2009年數據和《全國土地利用變更調查報告》(2003—2008)中逐年耕地凈變化數據作為基礎，結合汪涌等關于耕地面積訂正的方法[22]，通過平加得到第2次國土資源調查新口徑下的耕地數據；其他數據均取自相應年份的《中國統計年鑒》。

1.2 研究方法

1.2.1 對數平均迪氏指數分解模型(LMDI)模型 設某系統V=X1×X2×…×Xn，系統V從時期t=0到t的變化為ΔV，則系統中某因子Xk的變化對ΔV的貢獻為Xk-effect=L(Vt,V0)ln(Xkt/Xk0)，其中L(Vt,V0)=(Vt-V0)ln(Vt/V0)。

式中：Xk-effect表示因子Xk的變化對ΔV影響的效應值；V0、Vt分別表示系統V在基期和末期的觀測值；Xk0、Xkt分別表示因子Xk在基期和末期的值；(Vt-V0)/ln(Xt/V0)被稱為對數平均權數。這就是最早由Ang提出的對數平均迪氏指數分解模型(LMDI)，由于該方法操作簡單且可以完全分解，目前已在能源、環境的規劃和預測領域得到廣泛應用[23]。

由LMDI因素分解模型可得糧食產量變化因素分解模型：

ΔGPL=[(GPt-GP0)/ln(GPt/GP0)][ln(Lt/L0)]；

ΔGPk=[(GPt-GP0)/ln(GPt/GP0)][ln(kt/k0)]；

ΔGPq=[(GPt-GP0)/ln(GPt/GP0)][ln(qt/q0)]；

1.2.3 糧食(數量)安全系數變化貢獻因素分解模型 評價1個國家或區域糧食(數量)安全時，只須考慮國家或區域糧食供給與需求之間的關系即可，供給小于需求，糧食不安全；供給大于等于需求，則糧食安全[5]。因此，本研究設定糧食安全系數為：

式中：K表示糧食安全系數，K≥1，糧食安全，K<1，糧食不安全；GD表示區域糧食需求量，是區域人口總量、人均糧食需求量和糧食自給率三者的乘積。

ΔK=Kt-K0=ΔKGP+ΔKF；

ΔKGP=[(Kt-K0)/ln(Kt/K0)][ln(GDp/GD0)]；

ΔKF-[(Kt-K0)/ln(Kt/K0)][ln(Fp/F0)]。

式中：ΔKGP表示區域糧食產量變化對糧食安全系數變化(ΔK)的貢獻。

2 結果與分析

2.1 中國糧食產量變化貢獻因素分解

2003年中國糧食總產量為43 069.50萬t，之后連續增長至2013年的60 193.84萬t，增產總量17 124.30萬t，年均增產1 712.43萬t。依據糧食產量變化貢獻因素分解模型，以前1年為基年，將糧食產量變化逐年分解為耕地面積、復種指數、糧作比例、加權平均單產等4個因素變化的效應(表1)。中國糧食生產持續增長得益于加權平均單產、復種指數和糧作比例的提高，貢獻量表現為加權平均單產效應>復種指數效應>糧作比例效應；由于耕地面積持續減少，糧食產量效應為負，在一定程度上沖抵了其他3個因素的增產效應。

2.1.1 加權平均單產效應 2003年中國糧食加權平均單產為4 332.50 kg/hm2，之后快速提高至2013年的 5 376.58 kg/hm2，年均提高104.41 kg/hm2。加權平均單產提高的糧食增產效應達到11 102.15萬t，占研究期全國糧食增產總量的64.83%，是研究期中國糧食增產的首要貢獻因素。

2.1.2 復種指數效應 2003年中國耕地復種指數為 109.30，2004—2013年在112.15～121.80之間變動，相對于2003年的增幅為2.61%～11.44%，復種指數提高，累計增產糧食5 576.70萬t，占同期糧食增產總量的32.57%，是研究期中國糧食增產的重要因素。但是受區域光、熱、水、土資源組合狀況的制約，研究期復種指數提升速度減緩，由此導致復種指數效應的強度有下降趨勢。

2.1.3 糧作比例效應 中國糧作比例由2003年的65.22%快速提升至2006年的68.98%，之后呈現波動下降態勢，變幅介于68.01%～68.84%之間。由此導致糧作比例變化的糧食產量效應的變化趨勢，即前期貢獻方向為正值、后期逐漸轉為負值。研究期因糧作比例提高累計增產糧食1 908.81萬t。

表1 2003—2013年中國糧食產量變動貢獻因素分解

糧作比例變化的關鍵影響因素是經濟作物與糧食作物的比較經濟效益差異。糧食生產得益于2004年以來的糧食市場化改革，一方面“四大補貼”降低了農民的種糧成本，另一方面政府最低收購價格政策使得糧食價格整體呈上漲的態勢。成本降低、糧價上漲，農民種糧收益增加，極大提高了農民種糧的積極性。但人口對蔬菜、瓜果等經濟作物存在剛性需求，且伴隨生活水平提高相應的需求還在增加，而滿足需求必然要占用一定數量的耕地。因此，糧作比例在2004—2006年快速大幅度提升之后出現了較明顯的回落。

2.1.4 耕地面積效應 2003年中國耕地面積為13 945.090萬hm2，之后持續下降至2012年的13 515.850萬hm2，2013年則較2012年略有增加；與2003年相比，10年累計減少耕地428.750萬hm2；耕地減少導致研究期累計減產糧食 1 463.35萬t；2004年之后國家實行了耕地“占補平衡”制度，耕地快速減少的態勢在相當程度上被遏制，由此導致耕地數量變化的糧食減產效應也表現出減小的趨勢。

2.2 中國糧食需求量時序特征

國家糧食需求量是全國人口總量、人均糧食需求量和糧食自給率三者的乘積。2003年中國全國總人口為12.922 7億人，2013年增加至13.607 2億人，增加0.684 5億人，年均增長率為0.518%。目前，中國糧食安全領域的主流觀點認為，人均400 kg糧食必不可少，該數值通常被作為國家調控糧食安全的基本參考線，本研究相關測算中按400 kg/(人·年)計[24-25]。1996年《中國糧食問題白皮書》明確“中國將立足國內資源，實現糧食基本自給”“正常情況下，糧食自給率不低于95%”。因此，本研究測算中糧食自給率設定為95%[26]。按 400 kg/(人·年) 和95%的糧食自給率計算，2003年全國糧食需求49 106.26萬t，之后隨人口增長需求逐年增加，至2013年糧食需求量達到51 707.36萬t(表2)。

2.3 糧食安全系數測算及其變化因素分解

首先，進一步以2003—2013年全國糧食產量和需求量數據為基礎，依據糧食安全系數(K)公式進行測算，結果(表2)表明，研究期糧食安全系數整體呈逐年遞增態勢(除2009年較2008年有少許下降)，說明研究期全國糧食產量增速超過了糧食需求量增長速度(即人口增長速度)，糧食安全呈好轉態勢；其中2003—2007年糧食安全系數雖逐年增加但小于1，糧食不安全；2008—2013年糧食安全系數大于1，糧食安全。其次，根據糧食安全系數變化因素分解模型，以前1年為基年，對2個影響因素的變化對糧食安全系數變化的影響進行逐年分解，結果表明，糧食產量變化對糧食安全系數變化的貢獻率(除2009年)均為正值且超過100%，說明研究期糧食安全系數的增加完全得益于糧食產量的逐年增加，而由人口增長導致的糧食需求量的增加對糧食安全系數的變化起負面作用(表3)。最后，將耕地數量變化對糧食產量變化的貢獻率與糧食產量變化對糧食安全系數變化的貢獻率疊加，可間接測得耕地數量變化對糧食安全系數變化的貢獻率(表3)。研究期由于各年耕地數量增減幅度不同，對糧食安全系數變化的貢獻率差異較大；從整體上看(2013/2003)，耕地數量變化對糧食安全系數變化的貢獻率為-10.14%。說明在其他因素不變的情況下，耕地減少必然導致糧食產量降低，進而導致糧食安全系數降低；反之亦然。

表2 2003—2013年中國糧食需求量及糧食安全系數

表3 2003—2013年糧食安全系數變動貢獻因素分解及耕地面積變化貢獻率折算

3 結論與討論

3.1 主要結論

首先，因素分解結果表明，研究期中國糧食產量持續增加得益于加權平均單產、復種指數和糧作比例的持續提高，對糧食增產的平均貢獻率分別為64.83%、32.57%、11.15%；而耕地數量整體呈逐年減少態勢，由此對糧食增產帶來了較明顯的負面作用，貢獻率為-8.55%。其次，在人均糧食需求400 kg/(人·年)和糧食自給率95%的條件下，由于人口的持續增長，中國糧食需求呈持續增加態勢。再次，研究期中國糧食安全系數整體呈逐年遞增態勢，糧食安全狀況逐年好轉；其中2007年之前糧食安全系數小于1，糧食不安全；2008—2013年糧食安全系數均大于1，糧食安全。最后，因素分解結果還表明，研究期(2013年/2003年)中國糧食產量變化對糧食安全系數變化的貢獻率平均為118.57%，疊加耕地數量變化對糧食產量變化的貢獻率為-8.15%，經折算可得研究期耕地數量變化對糧食安全系數變化的貢獻率為-10.14%。

3.2 討論

第一，耕地數量變化影響糧食產量有確定的影響傳導機制(圖1)，利用因素分解技術可以定量測算，因此使用相關分析或回歸分析去評價耕地變化對糧食產量變化的影響是不恰當，甚至是錯誤的。第二，根據因素分解理論，其他條件不變，耕地數量減少一定會導致糧食減產。本研究的實證測算顯示，研究期(2013年/2003年)我國由于耕地減少導致糧食減產 1 463.35萬t；但是由于直接影響糧食產量變化的因素還包括復種指數、糧作比例和加權平均單產，且3個因素都是動態變化的，因此現實中耕地減少并不意味著糧食一定會減產，還要看其他3個因素的影響狀況。本研究的實證測算顯示，研究期(2013年/2003年)加權平均單產、復種指數、糧作比例三者的變化都導致一定的糧食增產，在沖抵耕地減少帶來的糧食減產后，仍然實現糧食增產17 124.3萬t。進一步講，即使耕地減少真的導致糧食減產也只是表明國家糧食安全的壓力增大，但壓力增大并不代表糧食不安全或暴發糧食危機。因此，現實中耕地減少必然危及國家糧食安全或必然導致糧食危機的觀念應該改變。第三，糧食需求量取決于人口數量、人均糧食需求量、糧食自給率3個因素的變化。人均糧食需求量與經濟發展階段對食物的消費需求有關，從營養水平看，400 kg/(人·年) 的糧食需求只是初步實現小康的生活水平[25]，隨著經濟發展水平的提高指標必然要上調；關于糧食自給率，我國政府一直強調糧食自給率要達到95%以上，這被認為是一個比較安全的水平，但2008年3月國家發展和改革委員會宏觀經濟研究院副院長馬曉河就曾表示“糧食自給率的安全線可以適當降低，但必須維持在90%以上”，也就是說糧食自給率實際上是有彈性的，他認為的彈性區間在5%以內。人均糧食需求量和糧食自給率2個指標的設定及其變化實際上表明糧食安全本身就是相對的，是人們在特定經濟社會條件下對糧食安全問題的價值判斷，并不存在絕對的糧食安全問題。第四，判斷糧食安全狀態除了要考慮與糧食產量有關的耕地數量、復種指數、糧作物比例、加權平均單產外，還要考慮人口增長狀況以及糧食自給率和人均糧食需求量2個指標的設定，因此必須要用系統的觀點去看待和評價糧食安全問題(圖1)，其核心就是糧食的有效供給問題，因此不能作簡單的直觀判斷，否則必然導致偏差和誤解。第五，耕地是糧食生產的基礎，其他條件不變，耕地減少必然導致糧食減產，進而增加國家糧食安全壓力，因此從長遠看，國家糧食安全的威脅主要來自耕地減少；加之糧食安全問題的高度政治敏感性，這就要求我國在糧食安全戰略上必須堅持基本立足國內保障供給的方針。由此可見，我國嚴格的耕地保護制度絕不能動搖。