中國耕地糧食生產能力及產量差測算

高 嬋 張蚌蚌 趙敏娟 楊小柳*

(1.北京大學 城市與環境學院，北京 100871； 2.西北農林科技大學 經濟管理學院，陜西 楊凌 712100； 3.西北農林科技大學 應用經濟研究中心，陜西 楊凌 712100)

中國人口眾多，耕地資源寶貴且有限。隨著城市化和工業化進程不斷加快，非農建設將不可避免的占用耕地[1-4]。盡管中國實行耕地占補平衡政策，但現實中往往存在占多補少、占優補劣和異地占補的現象[5-6]。《2016中國國土資源公報》[7]數據顯示，從2011—2016年，中國耕地面積呈持續下降態勢；截至2016年末，中國耕地面積為1.35×108hm2(20.24億 畝)。與此同時，2016年中國糧食總產量為6.16×108t，比去年減少0.8%，結束了十二連增。未來，中國糧食需求總量仍呈增長態勢，中國面臨的糧食安全壓力將繼續存在。為了確保糧食、耕地資源安全，不僅要堅守耕地數量紅線，還應對中國耕地質量狀況進行調查評價[8]。耕地質量高低具體表現為產能的大小，耕地糧食產能的測算在保障國家糧食安全中顯得尤為重要[9]。

目前，圍繞中國耕地生產潛力的研究已有很多。謝俊奇等[10]基于AEZ方法，測算2000年的中國耕地生產潛力為5.9×108t；張晉科等[11]基于2002—2004年作物審定品種，測算中國耕地育種生產能力為9.2×108t；黨安榮等[12]基于氣候生產潛力、土地生產潛力、社會生產潛力和分縣糧食作物播種面積，計算中國糧食生產絕對潛力總值為8.87×108t；戚世鈞等[13]構建分析模型，預測到2030年中國糧食生產總量為6.23×108t；盧布等[14]利用“農業綜合預測法”分析預測2020年中國糧食總產可達到5.58×108～6.00×108t。

這些研究的生產潛力估算大多是基于農業生態區展開，以省級行政區為單位統計估算則鮮有報道。本研究以中國31個省(自治區、直轄市)為研究單元，統計2012—2016年各省市自治區三大主糧作物審定品種的區域試驗糧食產量，將其平均產量作為糧食作物的單產能力，分析育種、栽培和施肥等最新科技水平下的生產能力，同時避免各種修正系數的繁瑣計算；并基于各省級行政區的糧食產能數據，測算中國耕地糧食的育種生產能力、增產潛力及生產能力開發程度，旨在闡明中國糧食生產潛力的省際差異，探討不同省級行政區的經濟發展、地方政策、生態環境對其糧食增產的影響，以期為國家糧食政策的制定和耕地保護戰略的實施提供依據。

1 數據來源和研究方法

2012—2016年中國各省市自治區糧食作物品種的審定材料主要來源于種業商務網、第一種業網和國家水稻數據中心等網站。共搜集了117個水稻品種，315個玉米品種，161個小麥品種的審定材料，其中包括各個品種的品種信息、產量特性、適宜種植區域和管理要求等。三大主糧作物的實際產量和播種面積來源于2015年的《中國統計年鑒》[15]。

1.1 農業生態二級區及各分區作物審定產量分布

綜合考慮農用地分等標準耕作制度分區和“中國農業生態區劃方案”，在不打破縣級行政界線的情況下，將中國劃分為12個農業生態區、41個農業生態亞區、105個農業生態小區[16]。每個農業生態小區都是一個自然條件、社會經濟條件相對均一的區域，其種植制度相同或相似。

本研究采用41個農業生態亞區作為基本單元來統計各作物的審定產量。通過生態亞區界限與中國的省級行政界限的疊加處理，以及各作物審定產量的點密度分析，得到三大作物的審定產量在中國的分布情況。圖1可知，中國的水稻、玉米和小麥的審定產量在各省市自治區內的分布情況是比較均勻的，且在二級區內均有分布。再按省級行政區單位統計各作物的產量數據，來研究中國耕地糧食生產能力以及產量差。

圖1 中國農業生態亞區作物審定品種分布
Fig.1 Distribution of certificated crop cultivars in agricultural ecological subregions of China

1.2 耕地糧食單產能力及生產能力

耕地糧食生產能力是指一定區域、一定時期內，由當地的自然條件和當前的技術經濟水平決定的糧食作物或糧食作物結構所能達到的最高產量[16-18]。糧食作物的生產能力計算公式如下：

式中：Yk表示第k種作物的生產能力；ykj表示k作物的第j個品種區域試驗的產量；ak表示第k種糧食作物的播種面積；n表示該作物進行品種區域試驗的品種個數；β表示該作物的糧食單產能力折算系數。由于不同糧食作物的營養價值不同，這里借鑒張晉科等[19]的計算方法，將水稻、小麥和玉米按等值物計算，得到水稻、小麥和玉米的β為1。

需要說明的是，個別省市自治區的糧食作物播種面積較小，試驗產量數據缺失，如江西省，湖南省，海南省，西藏自治區和甘肅省的部分作物數據缺失，本研究使用二級生態區的產量數據代替。除此之外，福建省和廣東省的玉米試驗產量是由玉米鮮果穗的產量和玉米鮮苞的產量按比例系數換算得到。

1.3 耕地糧食實際產量與實際單產

糧食實際產量代表耕地的實際糧食生產力，主要由耕地面積、糧食單產、糧作比例和復種指數等決定。糧食作物的實際單產計算公式如下：

式中：y′k表示第k種糧食作物的實際單產；a′k表示第k種糧食作物的播種面積；Y′k表示k糧食作物的實際產量；β表示該作物的糧食單產能力折算系數。同上，將水稻、小麥和玉米按等值物計算，即水稻、小麥和玉米的β為1。

1.4 耕地糧食生產能力與糧食實際產量的對比分析

1.4.1單位面積耕地產量差

糧食作物的單位面積耕地產量差(后文簡稱單產差)的計算公式如下：

fi=yi-y′i

式中：fi表示i省級行政區的單位面積耕地產量差；yi表示i省級行政區的糧食作物的單產能力；y′i表示i省級行政區的耕地糧食的實際單產。

1.4.2耕地糧食產量差

耕地糧食產量差計算公式如下：

式中：Fi表示i省級行政區的耕地糧食產量差；Yik表示i省級行政區內第k種糧食作物的生產能力；Y′ik表示i省級行政區內k種糧食作物的實際產量；m表示糧食作物的種類數。

1.4.3生產能力開發率

“生產能力開發率”是指耕地的糧食實際單產除以糧食單產能力，用來反映糧食生產能力的開發程度。計算公式如下：

式中：Ii表示i省級行政區糧食生產能力開發率；y′i表示i省級行政區糧食作物的實際單產；yi表示i省級行政區糧食作物的單產能力。

2 結果與分析

2.1 中國耕地總生產能力及省際分異規律

2.1.1中國耕地總生產能力

圖2所示，中國耕地的糧食總生產能力是8.46×108t，實際產量是5.48×108t，差值達到2.98×108t，占糧食實際產量的54.38%；表明在現有科技水平條件下，中國耕地產量仍存在較大的增長空間。

圖2 中國耕地糧食總生產能力、總產量與總產量差
Fig.2 Gross grain potential productivity, gross actual production and gross yield gap in China

2.1.2中國耕地生產能力及產量差省際分異規律

圖3表明，中國耕地糧食生產能力較高的省級行政區依次是黑龍江省、河南省、山東省、河北省、吉林省、安徽省、內蒙古自治區、江蘇省、湖南省、四川省、遼寧省、湖北省、云南省和江西省，其耕地糧食生產能力均高于中國平均水平(2.73×107t)，其糧食生產能力范圍2.77×107～8.44×107t，其糧食生產能力之和為6.74×108t，占中國糧食總產能力的79.62%。這些省份的耕地水熱條件較好, 地形平坦，應作為中國未來耕地保護的重點區域；耕地生產能力較低的省級行政區是福建省、寧夏回族自治區、天津市、海南省、上海市、北京市、青海省和西藏自治區，其生產能力范圍是0.30×106～6.64×106t，其生產能力之和為2.18×107t，僅占中國糧食總產能力的2.58%。其耕地生產能力較低，主要因為耕地資源數量不足，耕地利用集約度下降；而山西省、陜西省、廣西壯族自治區、新疆維吾爾自治區、甘肅省、貴州省、廣東省、重慶市和浙江省的耕地生產能力居中，生產能力范圍是0.66×107～2.77×107t，生產能力之和為1.51×108t，占中國糧食總產能力的17.80%?？傮w來看，耕地生產能力主要集中分布在中國的黃淮海地區、東北地區和長江中下游地區，且呈現由北向南，由沿海向內陸遞減的趨勢。

圖3 各省級行政區耕地糧食生產能力、實際產量和產量差
Fig.3 Grain potential productivity, actual production and yield gap in each province

中國各省級行政區耕地糧食產量差與其糧食生產能力表現出相似的空間變化趨勢(圖4)，兩者的線性相關分析圖，相關系數為0.89。對于耕地糧食生產能力較高的省級行政區，如黑龍江省、河南省、山東省、河北省、吉林省、安徽省、內蒙古自治區、江蘇省、湖南省、四川省、遼寧省、湖北省、云南省和江西省等，耕地產量差較大，范圍為0.71×107～2.81×107t，應該是中國大力開展道路和水利等農田基礎設施建設的重點省市自治區；反之，福建省、寧夏回族自治區、天津市、海南省、上海市、北京市、青海省和西藏自治區的耕地生產能力產量差較小，主要是因為耕地數量較少，耕地利用集約度不高。

圖4 各省級行政區耕地糧食產量差與生產能力的關系
Fig.4 Relationship between yield gap and grain potential productivity of cultivated land in each province

2.2 中國耕地糧食單產能力的空間分異

2.2.1耕地糧食單產能力的省際差異

圖5可知，中國耕地糧食單產能力的空間變化規律是由南向北呈遞增趨勢?？傮w上看，從西北向東南延伸的青海省、四川省、重慶市、湖北省、貴州省、廣西壯族自治區、廣東省、海南省和福建省9個省區的耕地糧食單產能力最低，均低于6 992 kg/hm2。其中青海省主要是由于降水量的限制，導致單產能力較低；廣西壯族自治區和四川省等省區則主要是由于復種指數較高，生育期較短導致耕地糧食單產能力較小；對于廣東省和海南省，經濟發達，城鎮化發展可能會占用優質耕地，耕地質量下降，因此糧食單產能力較低。中國的黃淮海地區以及東部沿海的部分省市耕地糧食單產能力較高，其耕地糧食單產能力為6 993～9 217 kg/hm2；因為這些省市位于中國的第三階梯，地勢平緩，降雨豐沛，氣溫適宜，有利于作物的生長。而新疆維吾爾自治區和內蒙古自治區地區的耕地糧食單產能力最高，均高于9 217 kg/hm2；這表明雖然這些地區處于干旱半干旱地區，水熱條件不足，但若加強道路和灌溉設施配套建設，其灌溉耕地的單產能力可以在一定程度上提高?？梢姡貑萎a能力與耕地資源的自然稟賦狀況有關，同時受城鎮化進程的影響很大。

圖5 中國耕地糧食單產能力圖
Fig.5 Potential productivity per unit area of cultivated land in China

2.2.2耕地糧食單產差的省際差異

中國耕地糧食單產能力與其單位面積耕地糧食增產潛力表現出較相似的空間變化趨勢(圖6)，兩者的線性相關分析圖，相關系數為0.46。圖7所示，耕地糧食單產差(單位面積增產潛力)較大的省市自治區是江西省、天津市、云南省、甘肅省、內蒙古自治區、湖南省、河北省、福建省、浙江省、山西省、寧夏回族自治區、貴州省和陜西省等，均高于2 981 kg/hm2。這些省市自治區受耕地質量、降水條件、耕地集約化水平等方面的限制較大，糧食現實單產與單產能力差距明顯。如處于西北地區的部分省區水資源緊缺，灌溉耕地的灌溉保證率低；貴州省、云南省的耕地土壤貧瘠，養分與水分的供應不足[18]。

圖6 各省級行政區耕地糧食單產差與單產能力關系
Fig.6 Relationship of potential productivity and yield gap per unit area of cultivated land in each province

圖7 中國耕地糧食單產差圖
Fig.7 Yield gap per unit area of cultivated land in China

2.3 耕地生產能力開發率的省際差異

中國糧食生產能力的平均開發率是0.63，高于該平均水平的省市自治區包括黑龍江省、吉林省、遼寧省、山東省、江蘇省、河南省、安徽省、湖北省、重慶市、四川省、廣東省、海南省、新疆維吾爾自治區，耕地開發率范圍是0.64～0.77；低于該平均水平的省市自治區包括內蒙古自治區、甘肅省、寧夏回族自治區、山西省、陜西省、北京市、河北省、青海省、西藏自治區、云南省、貴州省、湖南省、廣西壯族自治區、江西省、福建省和浙江省，其耕地開發率范圍是 0.49～0.63(圖8)。生產能力開發率高的省市大致可以分為三類：一是東南沿海省份，如：廣東省和海南??；二是東北三省、長江流域流經的省市和黃河中下游段的省份，如：黑龍江省、吉林省、遼寧省、四川省、重慶市、山東省、江蘇省、河南省、安徽省和湖北省等；三是青海省、西藏自治區和新疆維吾爾自治區。其中東南沿海地區的省市經濟發達，注重耕地質量建設，資金與技術投入多[20]；而東北三省及長江、黃河中下游段的省份耕地質量較好，農業生產配套技術發展較成熟，再加上農民因其他就業出路少，種糧積極性高，更愿在土地上投入較多的勞力與資金[19]；而總體自然條件差的新疆維吾爾自治區和西藏自治區耕地糧食生產能力開發程度高有幾方面原因，一是退耕還林退掉了大量劣質耕地，現有耕地大多分布在自然條件相對較好的河谷、湖濱和盆地區[21]，二是可能是存在一定數量的報產量不報面積的邊角碎塊耕地[22]；三是，由于新疆維吾爾自治區和西藏自治區復種指數幾乎為1，長生育期導致耕地生產能力開發率較高。

圖8 中國耕地糧食生產能力開發率圖
Fig.8 National rate of potential grain productivity exploitation

相反，糧食生產能力開發率低的省市自治區可分為兩類：一是位于耕地質量差的中國北部和云貴高原的省市自治區，二是東南沿海的浙江省、江西省和福建省。耕地質量差的地區，主要受到經濟條件的限制，政府的農業公共設施投入能力和農民個人的化肥、灌溉等投入能力均有限，土地經營粗放，糧食生產的投入管理水平低[22]，因此其耕地生產能力的開發程度低。這些省市自治區不論是耕地質量還是資金、技術投入水平都有一定的提升空間，但值得注意的是，耕地質量大多有坡度、土層厚度與灌溉條件方面的限制，其改造難度大且改造成本高。如位于黃土高原、云貴高原的省市自治區水土流失和土壤侵蝕嚴重[21]，其中云南省和貴州省甚至出現了山地石化，通過坡耕地治理、土壤培肥提高單產的難度很大；對于位于東南沿海生產能力開發率較低的省市自治區，擁有優越的地理條件，經濟發達，耕地糧食的單產能力水平居中國中上游水平，應加大糧食生產開發的力度，增加農田水利設施投入，提高耕地糧食產量。

綜上所述，耕地生產潛力的開發應充分考慮當地的自然資源條件和生態環境特征，因地制宜，實現糧食生產能力開發和生態環境保護之間的平衡。具體來看，河北省作為糧食主產區，面臨著過度開采地下水灌溉形成的“漏斗”危機，“漏斗區”如何節水保糧是實現糧食生產綠色增效發展的關鍵；而內蒙古自治區、西藏自治區和青海省等生態脆弱區，面臨著過度開墾草地等生態用地的困境，過度開發糧食生產潛力會加劇生態環境惡化；寧夏回族自治區、甘肅省和陜西省等水資源匱乏地區，農業用水粗放，大型的能源化工基地的建設增加當地的用水壓力，如何協調農業-能源-水資源的紐帶關系是平衡糧食生產和生態環境的重點；廣西壯族自治區、貴州省和云南省，雖然降水充沛，但因地形地貌崎嶇水資源利用率低，當地可以利用氣候優勢，在緩坡丘陵區種植茶樹、花卉，發展特色農業。

3 結論與討論

本研究以中國31個省(自治區、直轄市)為研究單元，利用糧食作物審定品種的區域試驗產量，計算2012—2016年中國最新科技水平下的耕地生產能力。中國耕地總生產能力為8.46×108t，中國耕地的實際產量是5.48×108t，差值達2.98×108t，中國耕地生產能力開發率為0.63。表明在該科技水平下，中國耕地糧食產量仍具有較大的增長空間，其耕地潛力有待進一步挖掘。

總體來看，中國耕地糧食生產能力和產量差較高的地區集中分布在黃淮海地區、東北地區和長江中下游地區，且呈現由北向南、由沿海向內陸遞減的趨勢。中國耕地糧食單產能力由南向北遞增，在一定程度上與耕地資源的自然稟賦狀況有關，同時受城鎮化建設占用優質耕地的影響。耕地糧食單產差高的省市自治區大多位于中國南部以及北部，主要與耕地質量、降水條件和土壤養分等自然因素和耕地集約利用等投入要素有關。

具體來看，耕地糧食生產能力和產量差較高的省市自治區是黑龍江省、河南省、山東省、河北省、吉林省、安徽省、內蒙古自治區、江蘇省、湖南省、四川省、遼寧省、湖北省、云南省和江西省，其耕地糧食生產能力均高于中國平均水平(2.73×107t)，其糧食生產能力之和為6.74×108t，占中國糧食總產能力的79.62%，其產量差范圍是0.71×107～2.81×107t。這些省級行政區有一定質量和數量的耕地，既是中國糧食生產能力主要集中的省市自治區，又是挖掘生產潛力的重要省市自治區，應作為未來耕地保護和農田建設的重點對象。

同時，耕地生產潛力的開發應該充分考慮當地的自然資源條件和生態環境特征，實現生產能力開發和生態環境保護之間的平衡。對于耕地生產能力開發率低的東南沿海地區，如，江西省、福建省和浙江省等省市自治區，建議加大農田基礎設施建設，進一步提高耕地的生產能力；對于糧食主產區河北省，需對地下水超采進行綜合治理，提高水資源利用率，實現節水保糧；對于水風險過高的西北地區，如，寧夏回族自治區、甘肅省和陜西省等，需要協調農業-能源-水資源的紐帶關系，實現綠色可持續發展；對于地形地貌崎嶇的廣西壯族自治區、貴州省和云南省，可以利用氣候優勢，在緩坡丘陵區種植茶樹、花卉，發展特色農業；對于過度開墾草地等生態用地的生態脆弱區，如，內蒙古自治區、西藏自治區和青海省等，不建議過度開發糧食生產潛力。