我國糧食安全評價指標體系的構建與實證研究

胡令 朱榮花

摘要：從糧食產銷鏈各環節出發，綜合考慮糧食生產安全、糧食流通安全及糧食消費安全3個方面，構建了我國糧食安全綜合評價指標體系，進而對我國糧食的安全運行現狀進行了綜合評估及詳細分析。在此基礎上，利用投影尋蹤模型定量分析了我國2008—2017年期間的糧食安全問題，發現我國目前的糧食安全仍然存在諸多風險，10年間糧食安全問題逐年凸顯且安全問題有明顯的地域特征，最后為我國糧食安全問題的解決提供意見和建議。

關鍵詞：糧食安全;產銷鏈;雙鏈量子遺傳算法;投影尋蹤

中圖分類號：F326.11 文獻標志碼： A

文章編號：1002-1302（2019）20-0316-06

糧食安全由聯合國糧食及農業組織（FAO）在世界糧食首腦會議上第1次提出。糧食安全概念的提出主要是為了確保廣大群眾在任何時間任何生活狀態下都可以享有充足的食品供給，并得到健康安定的生活[1]。對于中國這樣的泱泱大國，有效地保障糧食供給和糧食安全是人民安定、社會穩定和經濟發展的基礎，同時也是中國作為FAO成員國的一項社會責任。改革開放四十余年來，我國農業科技水平穩步提升，糧食產量基本可以實現供需平衡。但隨著工業污染、水污染、土壤污染和農藥、化肥殘留物的增加，導致市面上不斷涌現出不安全糧食，致使糧食安全問題在社會上凸顯出來。我國依照《國際食品法典標準》出臺的《食品中農藥最大殘留限量》就是為了降低農藥的使用數量，從而在整體維度上來提升糧食的安全等級。由此可見，我國糧食安全的問題尚在解決途中，還需要完善的相關法律法規以及政策的支持[2]。針對糧食安全問題，國內外學術界已有大量研究，其中多集中于糧食安全評價方面，主要分為定量評估及定性評估2種方式。

關于定性評價的研究，Carter等通過統計各發育階段的兒童生長情況，即營養攝取情況，間接反映本國糧食安全狀況，概括了國家糧食安全的影響因素為糧食供需情況、國家人口糧食產量和某一地區人均糧食產量[3];Coates從糧食生產面積、產量和人均糧食擁有量入手，主要分析了影響糧食產量的內在因素[4];王禹通過梳理國內外相關文獻得出，影響我國糧食安全的主要因素為市場政策、糧食貿易結構、糧食供求和糧食生產環節等4個方面[5];馬述忠等通過研究全球各國糧食產量及安全情況，梳理了我國糧食安全所面臨的挑戰并做出綜合分析，總結指出，糧食安全受貿易、流通和儲備等維度的影響[6];居占杰根據聯合國糧食及農業組織關于糧食安全的定義和國內外學者的研究成果，結合我國實際國情認為，資源稀缺、種糧相對收益低、科技貢獻率不高、自然災害、人口增長、國際貿易等是影響我國糧食安全的主要因素[1];張元紅等構建了包括糧食供給、區域分配、糧食銷售、使用效率、可靠性、保障、調控能力及持續性等多個層面的指標體系，對我國糧食安全保障的現狀、趨勢、問題進行了分析[7]。

關于定量評價的研究，Acevedo以糧食自給供給效率、產量的波動比率、儲備率及糧食自給效率等構建了相應的安全評估體系，通過加權平均法計算出各指標對糧食安全影響大小，根據權重不同逐次分析各指標對糧食安全的影響情況[8]。楊學利運用客觀賦值法對影響糧食安全的生產、經濟、社會、資源環境和技術進行評價[9]。單哲等運用柯布——道格拉斯生產函數分析了糧食總、單產與農業機械投入量、有效農業灌溉面積、化肥施用量和糧食播種面積等指標對糧食安全綜合評價的影響[10]。李光泗等以政府視角運用主要成分分析方法，通過收據的量表數據，綜合考察了糧食生產、貿易、儲備、行業競爭以及消費趨勢對我國糧食安全的影響，進一步為糧食安全的宏觀調控提供參考依據[11]。楊磊等運用熵權法、二階模糊綜合評價法，分析糧食生產安全、消費安全和流通安全對糧食安全的影響[12]。

通過梳理國內外相關文獻發現，涉及糧食安全評價的定性分析沉淀出的指標較為主觀化，指標賦值缺少客觀科學依據;而定量研究的方法也存在較多不足，一方面影響因素指標劃分不夠細致全面，大多數停留在二級指標或深入至三級指標但不夠細化;另一方面運用的賦值權重分析方法有待改進。鑒于現有研究基礎，本研究通過信息沉淀評價指標構建糧食安全綜合評價體系，使用雙鏈量子遺傳算法對投影尋蹤模型進行優化，定量分析我國糧食安全問題影響因素，旨在構建客觀科學的糧食安全評價指標體系，為解決我國糧食安全問題提供可行依據。

1 糧食安全評價體系的影響因素

Food security是在20世紀中期引入我國的，當時由于人們消費水平限制，主要糧食就只是豆類、麥類、粗糧類，這些糧食正是解決溫飽問題的根本。考慮到當時國情，Food security被翻譯成為糧食安全。如今大部分地區的溫飽問題都已解決，從追求溫飽的消費模式轉變為追求營養均衡、健康安全的消費模式。然而目前我國各個地區之間的差異仍然存在，許多偏遠山區和貧困鄉村的吃飯問題仍未得到根本解決，許多人仍然處于營養不良狀態。因此，糧食安全不僅僅須要關注糧食生產的安全，還應該對從糧食生產到最終流入市場再進入消費者手中這一全過程進行綜合分析與評價。基于此，本研究從糧食產銷全過程的視角出發，將糧食生產安全、糧食流通安全和糧食消費安全作為影響我國糧食安全問題的3個關鍵性維度進行分析，并針對性的提出相關建議。

1.1 生產安全

對于人們而言，糧食是維持生命的基本保障，占據著重要的地位。保證糧食的產量，維持自給自足的糧食生產水平，是確保糧食生產安全的根本。糧食的綜合生產能力受到土地面積、土地產量、生產技術、投入資金、勞動力人口以及自然災害等諸多客觀因素的影響。此外，政府財政支持力度也是影響糧食生產的重要因素，即通過財政撥款和最低限價政策，可以有效調節糧食產量。本研究中的糧食生產安全指標主要包括糧食生產面積、生產資料價格指數率、人均糧食產量、灌溉面積比率、生產面積成災率、財政撥付指數、單位面積勞動力數量、單位面積施肥量等。

1.2 流通安全

糧食流通是聯系糧食生產商和消費者的通道，流通環節的效率、成本直接影響著糧食安全。高效、便捷的運輸流通環節能夠使糧食快速運達到消費者手中，這既保證了市場需要也降低了運輸成本，實現了商品向貨幣的轉換。糧食流通的購、銷、存、運等環節同樣受到諸多因素影響，本研究中的糧食流通安全指標包括流通成本浮動率、糧食凈進口量、糧食流通價格指數浮動比、糧食商品化比重、糧食產銷比重、流通事業費比例等。

1.3 消費安全

保證消費者營養均衡、健康安全的糧食消費是糧食保障的根本目的。糧食消費主要包括2種：一種是直接消費，即消費者為滿足自身生存需求而進行的糧食消費;另一種是間接消費，主要用于飼料、工業農業生產等。隨著生活水平的提高，消費者對糧食的直接消費量比例逐漸降低，間接消費量比例不斷增長，工業、農業對糧食的需求量不斷增加。本研究中的糧食消費安全指標包括人均糧食消費量、人均糧食供給量、自給率、消費價格指數的浮動比率、糧食儲備率、營養（蛋白質）攝取量等。

2 糧食安全影響因素指標體系與模型構建

2.1 糧食安全影響因素指標體系構建

糧食安全受多方面因素影響，本研究從糧食產銷鏈的全過程出發，從糧食流通、生產及消費等多重視角，對糧食安全的影響因素進行分析。同時根據前文文獻綜述歸納梳理，在現有科學量表的基礎上，結合糧食產銷鏈中糧食安全所涉及的各環節可能出現的風險，構建科學的糧食安全體系。該體系包含的二級指標包括糧食流通、生產及消費安全;三級指標主要包括20個指標。具體如表1所示。

2.2 糧食安全影響因素模型的構建

2.2.1 投影尋蹤模型

1972年，美國科學家Kruscal首先使用投影尋蹤的研究方法，將高維的數據處理成為低維數據，進而研究數據的結構特征、聚類程度等[13]。1974年，Friedman等用數據的一維特征構造了投影指標，成功分析了鶯尾花聚類問題等的一系列高維數據，并將此研究方法命名為投影尋蹤[14]。此后關于投影尋蹤這一方法的研究和應用引起了廣泛關注。在研究高維數據方面，投影尋蹤法通過低維投影數據的特征來研究高維數據的特征，在評價、預測等領域都有一定應用。其建模過程主要包括以下3個步驟。

2.2.1.1 指標數值的歸一化

根據統計歸納得來的數據將評價指標分為低優指標和高優指標，分別進行處理，設包含m個指標、n個樣本集的原始數據集為[A（i，j）]n×m，通過下列公式，統一統計樣本數據變化范圍，使得數據量綱相同，為后續處理奠定基礎。

對于高優指標（越大越優的指標）：

對于低優指標（越小越優的指標）：

式中：maxAj和minAj分別為第j個指標在所有n個樣本集數據中的極大值和極小值;ai，j為經過公式處理后的量綱歸一化指標數據。

2.2.1.2 投影函數的構造

2.2.1.3 優化投影指標函數

當各項統計指標樣本集合一定時，投影函數Q（λ）只隨著投影向量λ的變化而變化。當投影指標函數取最大值時，則為該樣本數據的最優投影方向，最能顯示出高維數據某一方面特征，因此目標函數為

2.2.2 雙鏈量子遺傳算法

投影尋蹤也有其局限性，在使用投影尋蹤法解決高維數據最優化問題時，容易陷入局部最優而非全局最優。對此本研究通過雙鏈量子遺傳算法對投影尋蹤模型進行改進，進而對糧食安全各項指標進行評價。對于量子遺傳算法，它基于量子態及量子比特雙重基礎，在遺傳編碼中將量子態的向量注入，從而使得算法更加優化。染色體雙鏈上的2個同位基因分別代表1個量子位，每條染色體單鏈都代表1個解。本研究引入的雙鏈量子遺傳算法，使投影尋蹤優化過程中目標函數與投影尋蹤模型一致。需要優化的變量即各個樣本數據投影值的具體求解過程如下。

2.2.2.1 量子編碼

2.2.2.2 變換解空間

2.2.2.3 量子染色體的更新

完成上述步驟后，基于量子旋轉門的旋轉矩陣來對量子比特相位進行更新，從而達到相應的目的。這一步驟的目的是使得每個染色體都接近最優，從而實現種群的進化。量子旋轉門變換矩陣是一個可逆矩陣，通常采用如下矩陣：

式中：θ為旋轉角度。由式（14）可知，經過量子門的旋轉變換，染色體的長度并沒有發生變化，而θ的取值關系到算法收斂的速度，通常θ取值范圍為0.001π≤θ≤0.005π。量子旋轉角度示意如圖1所示。

根據目標函數的變化率，采用的轉角步長函數為

2.2.2.4 量子染色體變異

為了增加樣本的多樣性，降低過早收斂的概率，將雙鏈量子遺傳算法利用量子門對染色體進行變異。為實現染色體雙鏈同步變異，采用交換量子位對概率幅（η，ξ）T進行置換。變異過程如下：

通過雙鏈量子遺傳算法和投影尋蹤模型，計算得出各個指標的最佳投影方向向量，并將其作為各個指標的權重。而權重的大小，可在一定程度上表示指標的重要度。基于權重對指標進行有序排列，依次對糧食安全影響因素進行分析，并提出相應的對策和建議。

3 糧食安全評價實證研究

3.1 數據來源

實證研究應遵循真實有效原則。因此，為確保研究結果的可靠性，本研究構建的糧食安全指標體系中20個三級指標的數據均來源于權威機構出具的統計年鑒。各三級指標面板數據來源如表2所示。

3.2 數據處理

本研究采用雙鏈量子遺傳投影尋蹤模型對糧食安全評價體系的20個三級指標的原始數據進行預處理。由表1可知，糧食安全評價指標體系中的20個三級指標對糧食安全產生的作用包括正向作用和反向作用2種情況。因此很難對不同作用趨勢指標進行比較。加之，各個指標直接量綱差距較大，進一步加劇了數據分析難度。所以，在分析評價之前要對原始數據進行無量綱化處理，使各個指標可以被評價。數據無量綱處理后，采取雙鏈量子遺傳投影尋蹤模型消除指標差異性，得出糧食安全評價指標的投影值，以此為前提分析其時序變化特征。

設定樣本維數（二級指標數）=3個;三級指標=20個;種群=100個;最大迭代次數=200次。由此可得糧食安全時序變化最佳投影向量b，各三級指標賦值權重如下：

與此同時，能夠獲得2008—2017年我國糧食安全各子系統最佳投影方向向量（表3）以及系統綜合投影評價值（表4）。

由表3和表4可知，我國的糧食安全投影值總體隨年份的增大呈現遞減趨勢。2008—2017年我國糧食安全評價結果在2008年呈最高 2.146 6，此后整體減小，2017年僅有0.704 3。表明我國的糧食安全問題逐漸呈退化發展態勢，其中，綜合評價值在1.00以上的年份，糧食安全問題還在紅線之外，而2011年之后的幾年，綜合投影評價值多數在1.00以下，屬于糧食不安全等級，并且每況愈下。

出現如此態勢的原因有以下幾點：

（1）糧食生產耕種受制約。隨著農業科技不斷發展進步，我國連續十年的糧食產量不斷攀升。2017年全國糧食產量比2008年增長了38.9%。另外 由于我國城市化與結構糧食安全最佳投影方向向量性調整，雖然糧食產量依然充裕，但種植糧食的耕地面積卻呈下降態勢。2017年數據顯示，糧食耕地保有量約為 1.29億hm2，較2008年之前已縮減了約0.07億hm2。城鎮化的高速推進，隨之而來的大量房地產業、高速公路建設、經濟開發區建設等導致不少優質良田被擠占，致使優質糧食生產量銳減。

（2）糧食消費結構變化。

一是糧食消費占人均總消費比例減少。糧食消費直接反映目前我國居民生活狀態，在一定程度上影響糧食的消費結構狀態。隨著城市居民數量越來越多，由溫飽型需求提高到小康生活需求，居民越來越重視營養、健康、肥胖等問題，合理膳食的改善影響糧食的消費。2008—2017年，居民對口糧的需求呈不斷下降趨勢。二是其他用糧比例不斷增加。隨著科學技術的發展與居民飲食結構的調整，使得糧食在飼料、釀酒、食品工業和化學工業等各個領域的用量有所加大。到2017年，飼料的糧食消費，包括水稻、小麥和玉米的消費需求量已增至27.9%，其他工業對糧食消費總量的需求比例則攀升至19.6%，主要消費糧食是水稻、小麥和玉米。

3.3 我國糧食安全空間布局

我國糧食安全特性評價是二維演變的，除了受到時間演變的影響，同時還受空間限制。為了具體研究空間演變如何影響我國糧食安全特性，本研究選用了我國主要糧食產區的20個省份為研究對象，來分析2008—2017年期間糧食安全的最佳投影值，并基于投影尋蹤最短距離的聚類法，將糧食安全投影值分為3個等級，即非常安全、基本安全、不安全。通過實證研究20個省份10年間發展狀況，得出表5所示情況。

通過計算20個省份10年間糧食安全投影值均值可得，均值≤1為不安全狀態、1<均值≤2屬于基本安全范疇，均值>2為非常安全，具體如圖2所示。

由表5可知，東北三省即黑龍江省、吉林省和遼寧省的糧食安全處于良好狀態。東北三省10年間每年的糧食安全評價投影值均在2以上，處于糧食安全評價中非常安全地位。東北三省占地面積廣、耕地面積大、土地肥沃，加之東北三省的經濟在全國處于中下游水平，外出務工人口較多，人口較少。因此在糧食生產面積、人均糧食產量、人均糧食供給量、自給率、糧食儲備率等方面的評價值處于上游水平，在一定基礎上提高了糧食安全等級。

云南、貴州、福建、陜西、山西、四川、廣東、廣西、江西等省份總體處于基本安全范疇。以上各省份是我國糧食生產的主要產區，耕地面積較多，其中南方省份產量更高。除廣東省外，其他省份經濟發展水平在全國來講處于中游，人均糧食產量、人均糧食供給量高。以上各省份的糧食安全評價投影均值依次為1.618 44、1.392 48、1.344 12、1.331 07、1.311 97、1.234 36、1.216 15、1.192 63、1.070 76，均在1～2之間，屬于基本安全。但這9個省份在2008—2017年的糧食安全評價投影值大體呈下降趨勢，糧食安全問題不容樂觀。

湖南省、河北省、浙江省、山東省、湖北省、江蘇省、安徽省、河南省等總體陷入不安全范疇。2008—2017年，其糧食安全評價投影均值依次為0.997 29、0.803 69、0.597 76、0.407 01、0.277 19、0.243 55、0.242 41、0.238 00，均小于1。以上各省份均屬于人口大省，由于人口基數大，其糧食安全問題值得重視。

4 結論

糧食安全問題是國家穩定、社會發展的基礎，因此有效地評價糧食安全問題至關重要。本研究首先從糧食生產安全、糧食消費安全和糧食流通安全3個方面出發，通過對2008—2017年的相關統計數據進行分析和研究，運用雙鏈量子遺傳算法改進和優化投影尋蹤模型對我國糧食狀況進行測度與評價，以分析我國糧食安全的主要影響因子。研究得出：（1）我國糧食總體供應量滿足居民生活所需并有結余，但糧食的安全問題呈現嚴峻態勢。尤其自2011年之后，城鎮化的不斷深入推進，導致糧食安全問題逐漸顯現，確保我國糧食安全生產、安全流通、安全消費任重道遠。本研究通過最佳投影方向分析了影響糧食安全問題的3個因素（糧食生產安全、糧食流通安全和糧食消費安全）。糧食產銷鏈決定糧食的安全問題必須通過統籌考慮經濟和社會等效益來解決。必須保證經濟、社會效益和糧食安全多方的可持續發展。此外，須要讓糧食能力及物質的輸入輸出在結構功能、數量上實現一種相互均衡、相互適應的自平衡狀態，從而確保農業資源實現優化配置，得到最好的開發及利用。（2）我國各地整體的糧食產銷情況差異明顯，具體表現在糧食的生產方面，以東北地區和西南地區為主;糧食的消費區集中在中東部地區;而糧食的流通環節經濟發展較好的東部沿海地區優于經濟欠發達的西部地區。因此，從宏觀層面考慮我國的糧食安全若要均衡發展，須要堅持耕地的保護制度，在經濟快速發展的同時，嚴格保障耕地資源。努力提高農業科學技術，加大研發和推廣新科技力度，同時須要在政策上的傾斜支撐，從而實現糧食供求的一種均衡設計。

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