SSPs-RCPs耦合情景下我國永久基本農(nóng)田劃定研究

謝 臻，黨昱譞，孔祥斌，林小睿

（1.福建農(nóng)林大學(xué)公共管理與法學(xué)院，福建 福州 350000；2.自然資源部東南生態(tài)脆弱區(qū)監(jiān)測修復(fù)工程技術(shù)創(chuàng)新中心，福建 福州 350001；3.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193）

新一輪《全國國土空間規(guī)劃綱要（2021—2035年）》明確了15.46億畝永久基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)任務(wù)。永久基本農(nóng)田是夯實(shí)糧食安全根基的主體空間，將優(yōu)質(zhì)耕地納入永久基本農(nóng)田并施以特殊保護(hù)是確保國家糧食安全的戰(zhàn)略性舉措[1-3]。永久基本農(nóng)田保護(hù)制度及其劃定范圍、依據(jù)的形成與演變具有時(shí)代性，永久基本農(nóng)田的劃定依據(jù)由早期僅關(guān)注耕地?cái)?shù)量、質(zhì)量到追求“集中優(yōu)質(zhì)”，逐漸延伸向兼顧設(shè)施完善、環(huán)境健康等要素，呈現(xiàn)耕地綜合生產(chǎn)能力與生態(tài)環(huán)境可持續(xù)利用要求并重的新形勢[4-5]。然而，近年來永久基本農(nóng)田“劃遠(yuǎn)不劃近、劃劣不劃優(yōu)”“上山、下海、進(jìn)村莊”等現(xiàn)象仍屢見不鮮，空間布局“遠(yuǎn)、邊、散”等形勢未完全改變[3,6]，間接導(dǎo)致“非農(nóng)化”“非糧化”現(xiàn)象出現(xiàn)[7]。2022年中央一號(hào)文件明確“耕地保有量和永久基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)任務(wù)足額帶位置逐級(jí)分解下達(dá)”。據(jù)此，兼顧管控?cái)?shù)量和明確位置的永久基本農(nóng)田劃定成為中央政府亟待解決的問題之一。

為提升基本農(nóng)田劃定的科學(xué)性、合理性和適用性，學(xué)界研究主要集中在4個(gè)方面。一是劃定數(shù)量方面，通過考慮內(nèi)外部因素并平衡區(qū)域供需關(guān)系，進(jìn)而估算所需永久基本農(nóng)田數(shù)量[8-9]。二是確定質(zhì)量方面，對(duì)照區(qū)域資源特征構(gòu)建耕地質(zhì)量評(píng)定體系，確保將最優(yōu)質(zhì)、最適宜、最穩(wěn)定的耕地納入保護(hù)區(qū)[1,10-11]。三是空間布局方面，在數(shù)量劃定和質(zhì)量評(píng)定的基礎(chǔ)上，確定保護(hù)任務(wù)目標(biāo)的省級(jí)空間分配[12]、地區(qū)耕地斑塊[13]，實(shí)現(xiàn)基本農(nóng)田劃定與區(qū)域自然資源、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的多元耦合。四是劃定尺度方面，按行政區(qū)劃級(jí)別可劃分為國家級(jí)、省市級(jí)[1,12]、區(qū)縣級(jí)[3,14-15]等。省市尺度強(qiáng)調(diào)戰(zhàn)略性、協(xié)調(diào)性和約束性，側(cè)重分區(qū)、分級(jí)、分序的規(guī)劃思路，實(shí)現(xiàn)對(duì)區(qū)縣劃定工作作出指導(dǎo)[16-17]；區(qū)縣尺度進(jìn)一步落實(shí)劃定評(píng)價(jià)的特殊性、高精度性、多維度性、多要素性[18]，實(shí)現(xiàn)對(duì)斑塊的精準(zhǔn)劃定與管控。相比之下，國家尺度則側(cè)重于未來情景模擬下耕地需求的定量研究[9,19]，通過預(yù)測耕地保有量進(jìn)而推算永久基本農(nóng)田所需數(shù)量[20]，探索耕地保有量的時(shí)空布局[19]。不同于一般耕地面向多種農(nóng)作物，永久基本農(nóng)田重點(diǎn)用于糧食生產(chǎn)，因此在劃定上必須更強(qiáng)調(diào)其種糧的安全性、穩(wěn)定性和高效性。因此，學(xué)者認(rèn)為應(yīng)優(yōu)先保護(hù)氣候濕熱地區(qū)耕地，中觀尺度需優(yōu)先保護(hù)位于平原、坪壩地區(qū)耕地，而微觀尺度則優(yōu)先保護(hù)農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施齊全、土壤環(huán)境健康的耕地[21]。

國家尺度劃定永久基本農(nóng)田必須面向未來，兼顧糧食安全、生態(tài)安全和社會(huì)發(fā)展多目標(biāo)的協(xié)同[22]。面對(duì)未來全球氣候和可持續(xù)發(fā)展新局勢，聯(lián)合國政府間氣候變化專門委員會(huì)（IPCC）建立了以“代表性濃度路徑”（Representative Concentration Pathways, RCPs）和“共享社會(huì)經(jīng)濟(jì)路徑”（Shared Socioeconomic Pathways,SSPs）為代表的未來氣候與社會(huì)經(jīng)濟(jì)變化情景框架。前者用以預(yù)測未來氣候變化對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的影響；后者用以預(yù)測未來不同發(fā)展?fàn)顩r下糧食的需求與供應(yīng)。兩者耦合可模擬未來復(fù)雜氣候和社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景下永久基本農(nóng)田數(shù)量、質(zhì)量及空間的劃定。綜上所述，本文擬在SSPs-RCPs耦合情景下選取2035年、2050年兩個(gè)國土空間規(guī)劃目標(biāo)年，通過估算我國未來糧食需求總量和耕地糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力，推算永久基本農(nóng)田理論保有量；構(gòu)建永久基本農(nóng)田劃定體系落實(shí)永久基本農(nóng)田斑塊的空間位置。研究旨在補(bǔ)充現(xiàn)有研究在國家尺度永久基本農(nóng)田空間劃定方面的不足，為中央政府解決永久基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)任務(wù)足額帶位置逐級(jí)分解下達(dá)難題提供思路。

1 研究框架

1.1 SSPs-RCPs耦合情景設(shè)定

RCPs情景考慮未來地球吸收太陽能產(chǎn)生輻射強(qiáng)迫的差異，將溫室氣體排放、農(nóng)業(yè)面積、空氣污染等作為情境要素，按輻射強(qiáng)迫水平劃分8.5、6.0、4.5和2.6 W/m24條路徑[20]。SSPs情景則考慮減緩挑戰(zhàn)、適應(yīng)挑戰(zhàn)、經(jīng)濟(jì)增速、人口增速、市場連通性、技術(shù)性變化等情境要素，劃分可持續(xù)型路徑（SSP1）、中間路徑（SSP2）、競爭型路徑（SSP3）、不均衡型路徑（SSP4）、傳統(tǒng)型路徑（SSP5）5種情景。其中，SSP1為面向全球社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展可持續(xù)方面取得良好進(jìn)展，千年發(fā)展目標(biāo)在未來10年或20年內(nèi)實(shí)現(xiàn)；SSP2為面向該發(fā)展目標(biāo)取得一定進(jìn)展，千年發(fā)展目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)推遲幾十年；SSP3為面向未能實(shí)現(xiàn)全球發(fā)展目標(biāo)；SSP4為面向在適應(yīng)氣候變化方面面臨巨大挑戰(zhàn)；SSP5為代表以經(jīng)濟(jì)增長為導(dǎo)向的傳統(tǒng)發(fā)展模式，面向在本世紀(jì)中葉前消除極端貧困[23-24]。

國家劃定永久基本農(nóng)田是面對(duì)未來氣候、社會(huì)和經(jīng)濟(jì)的變化，僅從RCPs情景或SSPs情景單方面謀劃難以適應(yīng)未來全球變化的綜合挑戰(zhàn)。實(shí)際上，SSPs與RCPs情景存在耦合性，不同SSPs情景下人口、經(jīng)濟(jì)和技術(shù)等潛在因素將導(dǎo)致溫室氣體排放及全球變暖結(jié)果的差異，引起不同程度的環(huán)境變遷，反之又作用于人類活動(dòng)的空間分布。根據(jù)IPCC第五次評(píng)估對(duì)我國應(yīng)對(duì)氣候變化戰(zhàn)略的影響研究[25]，將不同路徑下氣候情景與社會(huì)經(jīng)濟(jì)情景分別進(jìn)行耦合，形成SSPs-RCPs耦合情景矩陣（圖1）。

圖1 SSPs-RCPs耦合情景矩陣Fig.1 Coupling scenarios matrix of SSPs-RCPs

1.2 國家尺度永久基本農(nóng)田劃定框架

國家尺度劃定永久基本農(nóng)田應(yīng)先進(jìn)行未來國家糧食供需關(guān)系和保有總量的定量預(yù)測，而后綜合區(qū)域糧食作物生產(chǎn)的適宜性、高效性、穩(wěn)定性做劃定空間的定位分析（圖2）。保有總量的定量分析上，擬估算不同SSPs-RCPs耦合情境下人均糧食消費(fèi)量，結(jié)合人口總量推算糧食總需求量；運(yùn)用GAEZ模型模擬節(jié)水灌溉、高投入和管理水平、施肥的條件下未來耕地糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力；進(jìn)而平衡供需關(guān)系估算我國2035年、2050年永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量。空間位置的劃定上，宏觀尺度優(yōu)先保護(hù)濕熱氣候地區(qū)的耕地，因其可實(shí)現(xiàn)一年多熟且天然降水保證率高；中觀尺度優(yōu)先保護(hù)平原、坪壩地區(qū)耕地，因其水土條件好、集中連片可實(shí)現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)；微觀尺度優(yōu)先保護(hù)對(duì)耕地產(chǎn)能及其穩(wěn)定性影響較大的灌排等農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施齊全的耕地[21]。此外，本文擬從中宏觀到微觀尺度，圍繞農(nóng)業(yè)氣候條件、地形和連片性、土壤環(huán)境健康、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施4個(gè)維度建立包括評(píng)價(jià)體系和分級(jí)體系在內(nèi)的永久基本農(nóng)田劃定體系，并劃定糧食生產(chǎn)適宜、高效且穩(wěn)定的優(yōu)質(zhì)耕地作為永久基本農(nóng)田。

圖2 國家尺度永久基本農(nóng)田劃定框架Fig.2 Framework of country-level delineation of permanent basic farmland

2 方法與數(shù)據(jù)

2.1 永久基本農(nóng)田保有量模型

在耕地保有量模型的基礎(chǔ)上改進(jìn)形成永久基本農(nóng)田保有量模型[26]，計(jì)算公式如下：

式（1）中：S為保障區(qū)域所需永久基本農(nóng)田面積（hm2）；β為糧食自給率（%）；P為區(qū)域人口數(shù)量；G為人均糧食需求量，考慮人均食物消費(fèi)中肉蛋奶及副食多由糧食轉(zhuǎn)化[8]，故本文利用糧食轉(zhuǎn)化率將其一并轉(zhuǎn)化為糧食消費(fèi)量核算（kg/人）；u為耕地單季糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力（kg/hm2）；q為食物播種面積占總播種面積之比；k為復(fù)種指數(shù)。

需要指出的是，根據(jù)《基本農(nóng)田保護(hù)條例》（2011年修訂版）第九條規(guī)定“省、自治區(qū)、直轄市劃定的基本農(nóng)田應(yīng)當(dāng)占本行政區(qū)域內(nèi)耕地總面積的80%以上”，故q取80%用以表示耕地中永久基本農(nóng)田面積的比例。u通過下文GAEZ模型求得，k取2000—2017年的各省復(fù)種指數(shù)平均值。參考已有糧食自給率研究[27]，結(jié)合SSPs情景內(nèi)涵，本文將SSP1情景的糧食自給率設(shè)置為安全自給（β= 90%），SSP2、SSP4和SSP5情景的糧食自給率設(shè)置為基本自給（β= 95%），SSP3情景的糧食自給率設(shè)置為完全自給（β= 100%）。

2.2 人均糧食需求量估算法

2.2.1 人均糧食需求量構(gòu)成及轉(zhuǎn)換

糧食需求分為直接需求（口糧、飼料糧）、間接需求（工業(yè)用糧、種子用糧、損耗浪費(fèi)）、庫存需求及貿(mào)易需求。本文不考慮對(duì)外出口貿(mào)易，國內(nèi)糧食需求由前三者構(gòu)成，計(jì)算公式如下：

式（2）—式（3）中：gd為人均糧食直接需求（kg/a）；gid為人均糧食間接需求（kg/a）；gs為人均糧食庫存需求（kg/a）；P為區(qū)域人口數(shù)量；ck表示人均口糧消費(fèi)，是直接食用的原糧，包括谷類、豆類和薯類等（kg/a）；飼料消費(fèi)是轉(zhuǎn)化為居民食用肉蛋奶所需的糧食數(shù)量，由人均消費(fèi)量（ai）和糧食轉(zhuǎn)化效率（bi）相乘求得，其中ai包括人均消費(fèi)豬肉（i= 1）、牛肉（i= 2）、羊肉（i= 3）、禽類（i= 4）、蛋類（i= 5）、奶類（i= 6）（kg/a）；糧食轉(zhuǎn)化指標(biāo)如表1所示[8,27-28]。

表1 各類糧食需求的轉(zhuǎn)化說明Tab.1 Explanation of conversion of different types of grain demand

2.2.2 人均糧食需求量預(yù)測

國際經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平與其對(duì)應(yīng)時(shí)期的糧食消費(fèi)量能夠?yàn)轭A(yù)測我國未來糧食消費(fèi)提供參考[8]。研究表明，在日本、韓國和中國臺(tái)灣，經(jīng)購買力平價(jià)調(diào)整的人均實(shí)際GDP增速與人均GDP相對(duì)于美國的比例存在顯著的負(fù)相關(guān)線性關(guān)系[29]。而中國大陸的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式與日本、韓國和中國臺(tái)灣的增長邏輯相似[30]，因此，可認(rèn)為中國經(jīng)購買力平價(jià)調(diào)整的人均實(shí)際GDP增速與人均實(shí)際GDP相對(duì)于美國也存在相同的線性關(guān)系。由此求得中國未來人均實(shí)際GDP的預(yù)測值。

進(jìn)一步地，選取與中國大陸的飲食結(jié)構(gòu)相近的日本、韓國、中國臺(tái)灣、中國香港預(yù)測未來我國人均糧食需求[31-32]。由于FAo統(tǒng)計(jì)口徑和單位變化，在驗(yàn)證1961—2020年可獲取數(shù)據(jù)的連續(xù)性、可靠性后，最終選擇日本、韓國和中國香港為參考，預(yù)測未來中國大陸人均糧食直接需求量。

2.3 全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)位法

全球農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)法（Globel Agro-Ecological Zones,GAEZ）以光溫生產(chǎn)潛力為基礎(chǔ)對(duì)糧食作物生產(chǎn)能力進(jìn)行估算。本文基于FAo于2016年發(fā)布的最新v4版本（https://gaez.fao.org/）模型測算SSPs-RCPs情景下2035年、2050年中國耕地單季糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力的空間分布格局，主要考慮小麥、玉米、水稻三大主糧。模型設(shè)定如下：（1）選擇MIRoC-ESM-CHEM氣候模型，適用于中國三大主糧作物可持續(xù)生產(chǎn)潛力測算。（2）使用RCPs設(shè)定未來氣候情景。（3）技術(shù)投入包括無技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)進(jìn)步兩種投入水平。良種培育、農(nóng)業(yè)技術(shù)和機(jī)械推廣應(yīng)用前景廣闊，因此將未來技術(shù)投入水平設(shè)定為技術(shù)進(jìn)步。（4）確定灌溉方式，分為雨養(yǎng)和節(jié)水灌溉兩類。我國北方小麥、水稻、玉米靠雨養(yǎng)生產(chǎn)產(chǎn)量低，需依靠灌溉；黃淮海及東北地下水超采問題嚴(yán)峻，未來農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施必須進(jìn)一步優(yōu)化，故選擇節(jié)水灌溉方式。（5）確定是否存在Co2施肥效應(yīng)，Co2濃度的增加有促進(jìn)作物生長的作用。參考相關(guān)研究[33]，Co2施肥效應(yīng)設(shè)為“有”。

2.4 永久基本農(nóng)田劃定體系構(gòu)建

2.4.1 評(píng)價(jià)體系構(gòu)建

從農(nóng)業(yè)氣候條件、地形和連片性、土壤環(huán)境健康、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施4個(gè)維度及對(duì)應(yīng)10個(gè)指標(biāo)建立優(yōu)質(zhì)耕地評(píng)價(jià)體系。（1）農(nóng)業(yè)氣候條件維度，太陽輻射、溫度和降水對(duì)耕地生產(chǎn)潛力影響最大[34]。（2）地形和連片性維度，地形地貌不僅通過影響氣候分異和水文而間接影響農(nóng)業(yè)效率，同時(shí)影響斑塊密度、制約斑塊聚集度進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。（3）土壤環(huán)境健康維度，決定了耕地利用的穩(wěn)定性和安全性[35]，選取侵蝕強(qiáng)度和重金屬污染度予以表征[36]。（4）農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施維度，選取田間道路完備度和灌排溝渠完備度予以表征。同一維度內(nèi)各指標(biāo)具有同等重要性，且指標(biāo)間不存在線性相關(guān)，故采用均等化權(quán)重法予以加權(quán)求和，最終求得各維度評(píng)價(jià)結(jié)果。為使隸屬于同維度內(nèi)的指標(biāo)能夠求和，數(shù)據(jù)經(jīng)過模糊隸屬度函數(shù)進(jìn)行歸一化處理（表2）。

表2 優(yōu)質(zhì)耕地評(píng)價(jià)指標(biāo)體系Tab.2 Index system of evaluation of high-quality farmland

2.4.2 分級(jí)體系構(gòu)建

依據(jù)耕地優(yōu)劣級(jí)劃定永久基本農(nóng)田。按照優(yōu)先考慮中宏觀尺度農(nóng)業(yè)氣候條件、地形與連片性，綜合考慮微觀尺度土壤環(huán)境健康、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施的原則構(gòu)建耕地分級(jí)體系（圖3）。首先，依據(jù)農(nóng)業(yè)氣候條件、地形與連片性構(gòu)建耕地二維分級(jí)體系。將各維度評(píng)價(jià)結(jié)果采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法劃分優(yōu)劣級(jí)，形成Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ共4級(jí)，其中Ⅰ級(jí)為區(qū)域氣候濕熱且地形平坦、集中連片的最優(yōu)質(zhì)耕地，Ⅱ級(jí)為地形平坦、集中連片但氣候濕熱性較差等的耕地，Ⅲ級(jí)為區(qū)域氣候濕熱但地形與連片性較差等的耕地，Ⅳ級(jí)則為兩維度均較差等的耕地。其次，疊加微觀尺度土壤環(huán)境健康、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施維度形成四維分級(jí)體系。對(duì)二維4級(jí)模塊內(nèi)的耕地同樣采用自然斷點(diǎn)分級(jí)法對(duì)土壤環(huán)境健康、農(nóng)田基礎(chǔ)設(shè)施劃分優(yōu)劣級(jí)，形成四維16級(jí)模塊。考慮土壤環(huán)境健康對(duì)耕地穩(wěn)定利用、農(nóng)產(chǎn)品健康的重要性及治理的困難性，將土壤環(huán)境健康較差的耕地作為劣等耕地。最后，綜合優(yōu)先性和限制性原則，將耕地由優(yōu)到劣劃分為16級(jí)。

圖3 永久基本農(nóng)田空間適宜性限制分級(jí)Fig.3 Gradation of spatial suitability constraints for permanent basic farmland

2.5 數(shù)據(jù)來源及處理

中國食物消費(fèi)、糧食及農(nóng)產(chǎn)品播種面積、各省復(fù)種指數(shù)等數(shù)據(jù)源自《中國統(tǒng)計(jì)年鑒》、《中國食品工業(yè)年鑒》以及各省統(tǒng)計(jì)年鑒（2000—2020年）；中國、日本、韓國等國家人均實(shí)際GDP及食物消費(fèi)數(shù)據(jù)來自世界銀行數(shù)據(jù)庫（1990—2020年）及聯(lián)合國糧農(nóng)組織的食物平衡表（1961—2020年）。耕地分布、降水量、蒸發(fā)量、≥10℃積溫、太陽輻射、地形地貌指數(shù)、土壤侵蝕等柵格數(shù)據(jù)均源自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)與數(shù)據(jù)中心，空間分辨率均為1 km；徑流系數(shù)數(shù)據(jù)來源于國家青藏高原科學(xué)數(shù)據(jù)中心，柵格數(shù)據(jù)精度統(tǒng)一為1 km；全國田間道路和溝渠矢量數(shù)據(jù)來源于oSM平臺(tái)，利用ArcGIS 10.2軟件求和平均至各縣市單位耕地面積，并賦值至縣市內(nèi)的耕地地塊中。SSPs-RCPs耦合情景下未來我國人口數(shù)量預(yù)測數(shù)據(jù)源于文獻(xiàn)數(shù)據(jù)庫[38]。斑塊密度、斑塊聚集度等耕地連片性指標(biāo)由Fragstats 4.2軟件算得。

3 結(jié)果分析

3.1 我國未來糧食需求總量估算

對(duì)未來我國大陸人均實(shí)際GDP進(jìn)行推算，2030年人均實(shí)際GDP預(yù)測值相當(dāng)于2004年的中國香港、2006年的日本、2013年的韓國；2035年人均實(shí)際GDP相當(dāng)于2007年的中國香港；2040年相當(dāng)于2015年的中國香港；2050年無可比值。進(jìn)一步分析食物消費(fèi)發(fā)現(xiàn)，中國香港與日韓的食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化趨勢相同但變化率更高，而中國香港與韓國在奶類消費(fèi)變化趨勢相反（表3）。最終選擇與中國大陸社會(huì)經(jīng)濟(jì)相似度最高的香港食物消費(fèi)變化作為主要參考，輔助參照日本和韓國的趨勢。求得2035年中國大陸人均糧食消費(fèi)量中谷物逐年減少0.66%，蛋類增加1.50%，牛、羊、豬、禽、水產(chǎn)品增加1.53%，奶類增加3.78%。然而，尚無國家人均實(shí)際GDP達(dá)到2050年中國大陸人均實(shí)際GDP預(yù)測值，但多項(xiàng)研究指出，中國大陸的食物消費(fèi)量達(dá)到峰值狀態(tài)后將轉(zhuǎn)向穩(wěn)定態(tài)，峰值約于2030年前后出現(xiàn)，穩(wěn)態(tài)值約為峰值時(shí)糧食消費(fèi)量的90%，即降低10%[9,39]。估算得到2035年中國大陸人均糧食需求量達(dá)到峰值，2050年達(dá)到穩(wěn)態(tài)值。

表3 中國香港、日本、韓國食物消費(fèi)變化Tab.3 Changes in food consumption in Hong Kong of China, Japan, and South Korea

經(jīng)糧食直接與間接需求折算求和得到，2035年我國人均糧食需求量為484.92 kg/a，納入庫存需求后，人均糧食總需求量為591.37 kg/a。其中，口糧需求量占直接和間接需求總量的30.00%，飼料糧需求量占直接和間接需求總量的49.79%。2050年，考慮直接和間接需求我國的人均糧食需求量為450.12 kg/a，納入庫存需求后，人均糧食需求量為548.92 kg/a。其中，口糧需求量占直接和間接需求總量的29.38%，飼料糧需求量占直接和間接需求總量的48.81%。

SSPs-RCPs耦合情景下2035年中國人口約有14.45億～15.05億人，2050年約有13.38億～14.81億人。進(jìn)一步求得，2035年中國人口糧食總需求量約為8.54億～8.90億t，2050年約為7.35億～8.13億t（圖4）。其中，SSP3-RCP8.5競爭型路徑在所有情景中對(duì)糧食的需求量最大，這與該情景下實(shí)行積極的、全面開放的生育政策后的人口大量增加密切相關(guān)。SSP4-RCP8.5不均衡型路徑情景的糧食需求量最小，這與該情景下全國整體的生育率較低有關(guān)。

圖4 未來中國人口糧食總需求量Fig.4 China’s total population food demand in the future

3.2 我國未來糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力估算

3.2.1 耕地三大主糧可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力估算

圖5為2035年、2050年RCP4.5、RCP6.0、RCP8.5情景下我國三大糧食作物生產(chǎn)潛力估算結(jié)果。2035年隨著RCP輻射強(qiáng)迫水平升高，我國小麥最高生產(chǎn)潛力持續(xù)提升，而玉米和水稻則呈現(xiàn)先降后升趨勢。2050年隨著RCP輻射強(qiáng)迫水平升高，水稻最高生產(chǎn)潛力不斷提升，而玉米和小麥呈現(xiàn)先降后升趨勢。相比于2035年，同等情景下2050年我國三大糧食作物生產(chǎn)潛力最高值均有所提升。圖6進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)未來不同情境下三大主糧平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力，其均表現(xiàn)為玉米＞水稻＞小麥。其中，2035年水稻和玉米在RCP8.5情景下平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力達(dá)到最高，分別為6 846.75 kg/hm2和8 325.41 kg/hm2，小麥在RCP4.5情景下達(dá)到最高的6 493.08 kg/hm2；2050年水稻、小麥和玉米均在RCP8.5情景下平均生產(chǎn)潛力達(dá)到最高，分別為7 819.41 kg/hm2、6 660.01 kg/hm2、9 110.67 kg/hm2。

圖5 未來中國三大糧食作物可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力Fig.5 Future achievable production potential of three major grain crops in China

圖6 中國三大糧食作物平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力Fig.6 Average achievable production potential of three major grain crops in China

對(duì)比各省水稻、小麥、玉米的平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力可預(yù)測未來不同時(shí)期、不同主糧的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)。就水稻而言，2035年遼寧、天津、河南、安徽、湖北、山東、江蘇是水稻穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，即主要位于黃淮海平原區(qū)和長江中下游平原區(qū)；2050年黑龍江、吉林水稻生產(chǎn)潛力顯著提高，東北平原區(qū)、黃淮海平原區(qū)、長江中下游平原區(qū)成為我國水稻穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)。就小麥而言，2035年北京、山西、陜西、寧夏、甘肅、河南、山東和江蘇是小麥穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，即主要位于黃土高原區(qū)和黃淮海平原區(qū)；2050年寧夏小麥生產(chǎn)潛力提高顯著，黃淮海平原區(qū)、黃土高原區(qū)仍是小麥穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)。就玉米而言，2035年遼寧、北京、天津、河南、山東是玉米穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)，即主要位于黃淮海平原區(qū)；2050年吉林、遼寧小麥生產(chǎn)潛力顯著提高，黃淮海平原區(qū)、東北平原南部成為玉米穩(wěn)定的優(yōu)勢產(chǎn)區(qū)。

3.2.2 省域糧食作物可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力合算

進(jìn)一步考慮三大糧食作物平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力與其播種面積占比，合算RCPs情景下我國糧食作物平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力，如表4所示。2035年，隨著RCP數(shù)值增大糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力持續(xù)上升，全國糧食平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力由7 729.41 kg/hm2增至7 828.68 kg/hm2。2050年，隨著RCP數(shù)值增大糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力呈現(xiàn)先降后升的趨勢，全國糧食平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力由8 126.89 kg/hm2增至8 661.90 kg/hm2。2050年較2035年我國糧食生產(chǎn)潛力提高了5.14%～10.64%。

表4 未來中國糧食作物平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力Tab.4 Average achievable production potential of grain crops in China in the future (kg/hm2)

3.3 我國未來永久基本農(nóng)田劃定

3.3.1 未來永久基本農(nóng)田應(yīng)保量估算

綜合考慮人口總量、糧食需求量、耕地可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力、復(fù)種指數(shù)等因素，估算得到不同SSPs-RCPs情景下我國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量變化趨勢（圖7）。根據(jù)預(yù)測結(jié)果，SSP4-RCP8.5和SSP1-RCP4.5情景下未來我國永久基本農(nóng)田應(yīng)保量呈現(xiàn)持續(xù)下降趨勢，其余三個(gè)情境下呈現(xiàn)先增后減的趨勢。其中，SSP1-RCP4.5情景下我國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量最少，該情景具有開放的、全球化的經(jīng)濟(jì)環(huán)境，糧食自給率處于90%完全自給。SSP3-RCP8.5情景下我國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量最多，該情景下世界已經(jīng)去全球化，國際貿(mào)易受到嚴(yán)重限制，出現(xiàn)貿(mào)易壁壘，糧食自給率100%完全自給。綜合各情景估算結(jié)果，確定2035年、2050年我國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量范圍分別為0.98億～1.11億hm2、0.86億～0.99億hm2。

圖7 未來中國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量Fig.7 Theoretical required quantity of permanent basic farmland in China in the future

3.3.2 未來永久基本農(nóng)田空間劃定

依據(jù)永久基本農(nóng)田評(píng)價(jià)和分級(jí)結(jié)果，我國現(xiàn)有耕地分級(jí)情況如圖8、圖9所示。其中4級(jí)、2級(jí)、6級(jí)耕地占比最多，分別為29.29%、22.90%、11.01%。具體的，1—5級(jí)耕地主要分布在黑龍江、山東、河南等省份，即東北平原、華北平原等區(qū)域；6—10級(jí)耕地主要分布在四川、內(nèi)蒙古、云南、貴州、廣西等省份，即四川盆地、內(nèi)蒙古東部、華南丘陵等地區(qū)；11—16級(jí)耕地主要分布在甘肅、內(nèi)蒙古、陜西、云南、山西等省份，即西北地區(qū)。基于底線思維，本文選取SSP3-RCP8.5情景下永久基本農(nóng)田應(yīng)保量作為劃定界限，故2035年、2050年我國永久基本農(nóng)田應(yīng)保量分別為1.11億hm2、0.99億hm2。根據(jù)優(yōu)質(zhì)耕地優(yōu)先納入永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)的原則，2035年需將1—5級(jí)耕地，共計(jì)1.12億hm2，納入永久基本農(nóng)田即可滿足需求。相比于2035年，2050年永久基本農(nóng)田應(yīng)保量減少0.12億hm2，因此將1—4級(jí)耕地，共計(jì)1.02億hm2，納入2050年永久基本農(nóng)田便可滿足需求。圖10為未來各省基本農(nóng)田應(yīng)保量統(tǒng)計(jì)，其中，2035年應(yīng)保量最多的省份依次為黑龍江、四川、內(nèi)蒙古、山東、河南，2050年應(yīng)保量最多的省份依次為黑龍江、山東、河南、安徽、新疆。

圖8 中國永久基本農(nóng)田評(píng)價(jià)和分級(jí)統(tǒng)計(jì)結(jié)果Fig.8 Evaluation and graded statistical results of permanent basic farmland in China

圖9 中國永久基本農(nóng)田分級(jí)面積Fig.9 Graded area of permanent basic farmland in China

圖10 未來中國各省永久基本農(nóng)田應(yīng)保量Fig.10 Required quantity of permanent basic farmland in each province of China in the future

3.3.3 與已有研究結(jié)果的比較

未來人均糧食需求量是全國糧食需求總量的基礎(chǔ)，可以看出，我國人均糧食需求量在2035年高峰值時(shí)達(dá)到了富裕型人均糧食占有量（550 kg/a），糧食安全度高；2050年穩(wěn)態(tài)水平保持在全面小康型（450 kg/a）向富裕型過渡的人均糧食占有量，糧食安全度較高。已有研究估算了未來我國人均糧食需求（表5），本文求得結(jié)果處于已有研究結(jié)果區(qū)間內(nèi)，結(jié)果可信。同時(shí)，根據(jù)國家發(fā)展改革委員會(huì)規(guī)劃司數(shù)據(jù)，2020年中國糧食消費(fèi)量為7.4億t左右，預(yù)計(jì)2025年將達(dá)到7.5億t左右[44]，相較之下，同研判趨勢相對(duì)一致，結(jié)果可信。此外，《全國國土空間規(guī)劃綱要（2021—2035年）》確定了2035年15.46億畝（1.03億hm2）永久基本農(nóng)田保護(hù)目標(biāo)的任務(wù)，本文估算2035年永久基本農(nóng)田應(yīng)保量的范圍是0.98億～1.11億hm2與其吻合，故結(jié)果可信且具有應(yīng)用價(jià)值。

表5 人均糧食需求量研究結(jié)果對(duì)比Tab.5 Comparison of research results of per capita food demand (kg/a)

4 結(jié)論與策略

4.1 結(jié)論

為加強(qiáng)對(duì)永久基本農(nóng)田數(shù)量、空間的管控，本文面向2035年、2050年的SSPs-RCPs耦合情景，通過測算糧食需求總量和耕地糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力，推算我國永久基本農(nóng)田理論保有量；構(gòu)建永久基本農(nóng)田劃定體系，確定未來永久基本農(nóng)田斑塊的空間位置。得到如下結(jié)論：2035年、2050年中國大陸人口糧食總需求量范圍分別為8.54億～8.90億t和7.35億～8.13億t；在考慮節(jié)水灌溉、高投入管理水平、施肥的條件下，全國糧食平均可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力范圍由2035年的（7 729.41±1 699.99）～（7 828.68±1 739.41） kg/hm2提升至2050年的（8 126.89±1 828.73）～（8 661.90±2 100.90） kg/hm2；由此推算出2035年、2050年我國永久基本農(nóng)田理論應(yīng)保量范圍分別為0.98億～1.11億hm2、0.86億～0.99億hm2；基于優(yōu)質(zhì)耕地評(píng)價(jià)和分級(jí)結(jié)果，遵循底線思維和擇優(yōu)劃入原則，認(rèn)為2035年將1—5級(jí)耕地共計(jì)1.12億hm2、2050年將1—4級(jí)耕地共計(jì)1.02億hm2納入永久基本農(nóng)田即可滿足需求。

4.2 未來我國永久基本農(nóng)田劃定策略

隨著大食物觀逐漸成為未來我國糧食安全的新理念，本文考慮直接需求、間接需求、庫存需求作為我國未來糧食需求的組成。中國除主糧自給率較高外，其余重要食物在近20年均發(fā)生了不同程度的下滑[45]。例如，油料、大豆、糖類的自給率分別由81.0%降至25.1%、60.2%降至16.0%、92.8%降至75.7%，肉類、奶類自給率由99.2%降至93.4%、98.3%降至91.6%[46]，已成為“端牢中國飯碗”的軟肋。然而，當(dāng)前永久基本農(nóng)田重點(diǎn)用于糧食生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)定位未兼顧這一需求。據(jù)本文測算，2035—2050年隨著我國糧食需求的減少，永久基本農(nóng)田數(shù)量需求也將降低，故將第5級(jí)耕地從永久基本農(nóng)田保護(hù)區(qū)中劃出。然而，并不意味著恢復(fù)為“一般耕地”的定位，這就違背了“永久”的概念，而應(yīng)將其作為基本農(nóng)田儲(chǔ)備區(qū)予以輪轉(zhuǎn)休耕和分區(qū)利用。面向未來我國膳食需求轉(zhuǎn)型，我國糧食安全要求也必然向大食物觀背景下的食物安全保障轉(zhuǎn)型。未來可創(chuàng)建“永久基本糧田”“飼料田輪作”“營養(yǎng)田拓展”為核心的永久基本農(nóng)田保護(hù)新格局，但依然是將糧食可實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)潛力最高的土地作為“永久基本糧田”。基于本文研究結(jié)果具體劃分為，一是在東北、華中和長江中下游平原等農(nóng)業(yè)氣候條件穩(wěn)定、地形平坦、地塊連片且無土壤環(huán)境污染的第1—5級(jí)耕地地區(qū)設(shè)立永久基本糧田保護(hù)核心區(qū)，實(shí)行輪轉(zhuǎn)休耕，構(gòu)筑口糧絕對(duì)安全的生命線。二是在新疆、陜西、內(nèi)蒙古等光熱條件充足適宜輪作、地形與連片性高的第9—12級(jí)耕地地區(qū)，引導(dǎo)實(shí)施大豆、玉米、苜蓿飼料與飼草的種植，建立基本飼料糧保護(hù)區(qū)。三是在南方丘陵山區(qū)氣候濕熱但地形和集中連片性差的第5—6級(jí)耕地地區(qū)，疏導(dǎo)耕地“果園等食物化”生產(chǎn)，鼓勵(lì)果園等“食物化”生產(chǎn)占用坡度大的耕地；同時(shí)，適度開發(fā)我國西北的甘肅、寧夏、新疆等戈壁地區(qū)第7—8級(jí)耕地資源，形成基本水果蔬菜“營養(yǎng)田拓展”區(qū)。