樊廷錄,呂迎春,楊天育,王淑英,王 睛,李尚中,趙 剛,李興茂
(1.甘肅省農業科學院,甘肅 蘭州 730070;2. 甘肅省農業科學院旱地農業研究所,甘肅 蘭州 730070)
糧食是一種重要的戰略資源,糧食安全“乃國之大者”,關乎社會穩定、國家安全[1]。我國糧食連續十多年豐收,2021年人均糧食占有量達到483.5 kg,超過400 kg國際糧食安全線[2],實現了谷物基本自給、口糧絕對安全,夯實了國民經濟發展基礎。但人多地少、資源趨緊等基本國情決定了我國糧食供求長期處于緊平衡狀態,特別是面對新冠疫情、氣候變化、糧價波動、俄烏危機等新挑戰,地區性糧食危機推升為全球性恐慌[3]?!氨U霞Z食供給,端牢中國飯碗”是永恒的主題。
新中國成立以來,經過70多年艱苦奮斗,甘肅省解決了“一方水土不能養活一方人”的難題,2021年人均糧食占有量超過全國平均值,有力支撐了全省社會經濟的發展。但甘肅生態環境嚴酷,農業生產條件脆弱,自然災害易發、頻發、重發,糧食生產的成本和資源環境代價較高[4]。在全國進入第二個百年奮斗目標時期,糧食生產面臨的水土資源短缺、極端氣候變化、農村勞動力轉移、投入不足等問題加劇[5]。因此,以新中國成立70年甘肅省糧食生產數據(甘肅農村經濟年鑒1949—2000年,甘肅農業年鑒2001—2021年)為基礎,分析全省糧食產量變化及產區轉移趨勢,把握糧食供需要求,預判糧食生產能力,明確糧食生產能力提升思路及重點,對保障全省糧食安全和鄉村振興具有重要意義。
1.1.1 糧食總產量實現躍增 甘肅省糧食總產量由1949年的206.0萬t增加到2021年的1 231.5萬t(圖1A),實現了由糧食極度短缺到溫飽及達到供需緊平衡的歷史性跨越。72年糧食總產量增加了1 025.5萬t,按百萬噸級增量水平,持續增加了10個百萬噸級生產能力,平均每7.2 a形成1個百萬噸級的生產能力。改革開放后的前30年,1949—1978年增長304.6萬t,年均增量10.2萬t,每形成1個百萬噸級生產能力用時10 a。改革開放后的42年增長770萬t,年均增量18.3萬t,每形成1個百萬噸級生產能力需時近5.5 a[6]。糧食總產量由2011年的1 014.6萬t增加到2021年的1 231.5萬t,10年增產216.9萬t,生產1個百萬噸級生產能力需時4.6 a。
1.1.2 糧食單產大幅增長 1949年甘肅糧食單產僅783.9 kg·hm-2,2021年達到4 600.3 kg·hm-2(圖1B),72年全省糧食單產增長3 816 kg·hm-2,若以300 kg·hm-2單產的增長量劃分,72年大約跨上近13個增量臺階,平均每5.5 a形成1個300 kg·hm-2的生產能力。特別是1979—2021年,糧食單產42年跨上10個,2011—2021年,10年跨上3個300 kg·hm-2的增量臺階,即3~4年生產1個300 kg·hm-2的增量能力。1986—1989、1989—1992年生產1個300 kg·hm-2的增量能力縮短到近3 a,但1998—2009年期間生產1個300 kg·hm-2的增量能力時間延長到11 a。
1.1.3 糧田面積減少未顯著影響糧食產量 甘肅省農作物播種面積持續擴大(圖1A),從1949年的288.1萬hm2增加到2021年的399.4萬hm2,72年增幅38.6%,年遞增近6萬hm2,特別是2017—2021年的4年增加了24.2萬hm2,年遞增64.2萬hm2;全省糧食播種面積卻呈現明顯的下降趨勢(圖1A),從1978年的299.8萬hm2減少到2021年的267.7萬hm2,44年減少10.7%,年均遞減7 051 hm2,全省糧食播種面積占農作物播種面積的比例由1978年的85.5%下降到2021年的67.0%。全省糧食總產和單產大幅度增長,2021年較1949年分別提高497.8%、486.8%。由于糧食單產提高幅度較大,糧田面積并未顯著影響糧食總產量的提高,農作物面積中非糧作物面積擴大成為可能,以經濟作物為主體的非糧作物占比從1949年的8.8%、1978年的14.5%提高到2021年的33.0%,農民收益大幅度提高(圖1D)。甘肅省70年糧食單產倍增促進了總產躍增,支撐了糧經種植結構的調整和農業增效。
1.1.4 人均糧食占有量超過全國平均水平 甘肅省糧食生產條件差,特別是水土資源區域間分配極不均衡、數量剛性約束大,但在總人口持續增長情況下,人均糧食占有量卻大幅度增加(圖1C)。2021年人均糧食占有量達到494.6 kg,高于2021年全國平均水平(483.5 kg),超過國際公認的“400 kg”糧食安全線[2],人均占有糧食先后邁上250、300、350、400、450、500 kg量級6個臺階。從1949—2008年近60年時間才使人均糧食占有量增加了138 kg,2009—2021年僅12年人均糧食占有量就增加了140.6 kg。1949—1978年、1979—2021年、2011—2021年、1949—2021年,全省人口年均遞增30.80萬、16.9萬、-3.2萬、25.6萬人,而人均糧食占有量年遞增1.09、5.34、6.18、2.87 kg。甘肅省用70年時間解決了歷史上“一方水土不能養活一方人”的重大難題,人均糧食占有量逼近500 kg,端牢了“飯碗”。
如圖1所示,新中國成立70年(1949—2021年),甘肅省糧食面積每年以7 859 hm2速度遞減(y=-0.7859x+1849.4,R2= 0.598***), 但糧食總產量、單位面積產量每年卻以13.532萬t、53.485 kg·hm-2速度提升,糧食總產量年均遞增率平均為2.51%(表1),糧食單產年均遞增率為3.01%。

圖1 甘肅省糧食產量、播種面積及人均糧食占有量變化趨勢(1949 —2021 年)

表1 甘肅省不同年代糧食產量及播種面積變化
如表2所示,不同年代全省糧食增產特征差異較大。改革開放以來的43年期間,糧食總產量先后跨上了500萬、800萬、1 000萬t和1 200萬t臺階。與1949—1957年糧食總產量平均值283.4萬t相比,1958—1978年平均產量為372.9萬t,增產近100萬t糧食用了20 a;1979—1989、1990—2000、2001—2010、2011—2022年約每10 a糧食總產平均依次持續遞增150萬、200萬、100萬、300萬t。2011年總產突破千萬噸后,連續11年穩定在1 000萬t以上,其中2012—2019年為1 100萬t,2020—2021年為1 200萬t。甘肅省增產1個百萬噸糧食所需時間在縮短,由20、10、5 a下降到3.3 a。
糧食總產量增加主要歸結于糧食單產顯著提高。2021年全省糧食單產4 600.3 kg·hm-2,是1949年單產(783.9 kg·hm-2)的5.87倍。同糧食總產量變化趨勢一樣,單產也連續跨了幾個臺階。1949—1957年平均單產915.9 kg·hm-2,1958—1978年平均單產1 208.6 kg·hm-2,8年時間單產提高近300 kg·hm-2;1979—1989年平均單產1 850.2 kg·hm-2,10年單產提高642 kg·hm-2;1990—2000年、2001—2010年平均單產分別為2 563.8、3 192.1 kg·hm-2,每10 a單產又接續增加了755、628 kg·hm-2;2011—2021年平均單產4 239.5 kg·hm-2, 10年時間單產繼續提高1 047 kg·hm-2。尤其是2011年糧食單產突破3 700 kg·hm-2后,連續7年(2012—2018年)單產穩定在4 000 kg·hm-2以上,2019—2021年超過4 000 kg·hm-2,即糧食單產提高1個300 kg·hm-2量級需時也在縮短,由8 a降到不足3 a。
70年來,甘肅省糧食總產和單產的變異系數高達48.07%和55.18%(表2),表明糧食產量增加受技術進步和氣候變化的雙重影響。但不同時間糧食總產和單產變化的標準差、產量變異系數均呈下降趨勢,說明影響產量波動性的氣候因素作用在減弱,技術進步的作用在增強。從不同時間糧食總產變化趨勢的線性傾向率來看(表1),1979—1989年、1990—2000年、2011—2021年3個階段糧食年均增加13~15萬t,1949—1957年年均增加18.768萬t,2001—2010年年均增加19.601萬t,是糧食增加最快的兩個時期。特別是2005—2021年的16年,糧食總產年均增加26.596萬t,顯著高于其他階段;改革開放的42年間(1979—2021年),糧食年均增加18.034萬t,是改革開放前28年年均增產9.389萬t的近2倍。

表2 甘肅省不同年代糧食產量變化的特征參數
第3次全國土壤普查(2021年)結果顯示,甘肅省現有耕地520.95 萬hm2,其中水澆地占28%、旱地占72%。2021年糧食總產1 231.5萬t,其中夏糧占27%、秋糧占73%;灌溉農田糧食占30%,旱地農田糧食占70%。糧食產區主要集中在慶陽、平涼、武威、張掖、隴南、定西和天水7個市,其糧食產量占全省糧食總產量的74.3%,其中張掖和武威兩個市以占全省14%耕地和41.7%農田灌溉用水,生產了全省21.1%的糧食,慶陽、平涼、天水、定西4市以占全省51.3%耕地和8.2%農田灌溉用水,生產了全省43.4%的糧食。
改革開放40多年來,全省順應“三個規律”調整農業結構。一是順應經濟規律,調整農業產業結構。全省農牧林總產值中,2000年、2021年農業產值分別為239、1 623億元,分別是1978年18億元的13倍、90倍,農業與畜牧業比重由1978年的81∶19調整到2000年的76.4∶23.6和2021年的72.4∶27.6,種植業占比下降、畜牧業比重提高,但全省仍然以種植業為主,畜牧業發展較慢。二是順應市場規律,調整種植結構。糧食作物、經濟作物、果樹和蔬菜的種植比例由1992年的80.7∶11.7∶7.6調整為2005年的67.8∶14.9∶17.3和2021年的65.1∶16.3∶18.6,糧食作物占比下調了19.3%,經濟作物、果樹和蔬菜占比分別提高了39.3%、144.7%。三是順應自然規律,建立了與降水規律相一致的適水型種植結構。夏糧(小麥)與秋糧(玉米、馬鈴薯、雜糧等)之比由1978年的47.6∶52.4調整到1998年的45.8∶44.2和2021年的24.9∶75.1(圖2),夏秋種植結構40年轉了個向,這與夏糧與秋糧作物生育期降水之比為30∶70的分布基本一致。
新中國成立70年來,甘肅省糧食增產得益于農業結構調整、物質投入的增加和優良品種的應用。一是擴大了秋作物種植面積,玉米和馬鈴薯播種面積分別由1978年的30.0萬hm2和27.9萬hm2增加到2005年的48.5萬hm2和53.1萬hm2、2021年的100.1萬hm2和73.3萬hm2,小麥播種面積卻由142.8萬hm2(1978年)調減到100.1萬hm2(2005年)、67.7萬hm2(2021年),43年間小麥面積壓縮了1倍多、雜糧面積減少了72.7%、秋糧面積增加了近2倍;二是擴大了覆蓋集雨種植技術普及范圍,全省地膜覆蓋面積超過了174萬hm2,一半糧田實現了地膜覆蓋,尤其是全膜雙壟溝集雨種植技術的應用使糧食平均增產20%~30%;三是農業物質投入明顯增加,化肥投入由1978年的75.6萬t增加到2021年的85.3萬t,地膜投入由0.082萬t增加到15.68萬t,提高了90倍;四是篩選推廣了一批抗逆增產優質作物新品種,支撐農業種植結構調整,如甘肅省農科院選育的隴薯系列馬鈴薯、隴鑒和蘭天系列冬小麥占相應作物播種面積的一半,單產提高10%以上。
農業結構調整使果樹、蔬菜、制種玉米等效益較高的作物種植面積大幅度增加,并向水資源相對豐富的灌溉區、降水相對較多的旱作區集中,迫使用水較少、比較效益低的糧食作物向中東部旱作區轉移[7],推動了糧食生產區域布局的重大調整,形成了旱作糧食生產功能區,占全省136.37萬hm2糧食生產功能區的75.6%。旱作區糧食播種面積占全省糧食面積的比重由1991年的64.9%提高到2014年的71.9%、2021年的75.8%,糧食總產量占比依次為50.2%、62.5%、65.4%(圖3),30年(1991—2021年)旱作糧食播種面積、總產量占比分別提高了16.8%、30.3%。河西灌區以占全省20%的播種面積,生產約30%的糧食。甘肅省在糧食總產單產雙雙增長過程中,糧食生產重心向中東部旱作區轉移,成為糧食安全的“壓艙石”,彰顯了旱地農業在穩定糧食生產基本盤和鄉村振興中的戰略地位。

圖2 甘肅省夏糧(小麥)與秋糧(玉米、馬鈴薯及其他作物)種植結構變化
在糧食生產方面,一是氣候變化使甘肅省糧食生產區水土資源剛性約束加大,中低產田耕地占比高(76.7%),耕地中有效灌溉占比不到30%,糧田變良田需要一個較長過程,旱作區基本以自然降水為主,糧食持續增產受水資源制約力增大,未來糧食增產面臨水缺和地差的雙重制約。二是由于國家種業基地及高水效農業的功能定位,河西走廊種植業中種子和蔬菜等高水效作物占主體,貢獻全省1/3糧食產量的份額短期內難以改變。三是糧食與經濟作物收益差距大,糧食增產的政府目標與農民增收目標存在矛盾,非糧經濟作物擠占糧食作物面積,確保266.67萬hm2糧食播種面積的難度加大。
從糧食需求方面來看,一是充分考慮目前全省糧食數量供需緊平衡格局中,口糧保供率為47.8%[8],每年缺口(約占糧食總產的20%)要從國內主產區調入,馬鈴薯和玉米等外銷量增加,加之強筋、弱筋專用小麥品種缺乏,糧食供給的結構性矛盾比較突出,保障全省糧食剛性需求的任務比較繁重。二是隨著人們對肉、蛋、奶等農副產品需求量不斷增加,糧食間接消費比重迅速提高,飼料玉米需求擴張、缺口加大,預計糧食凈調入量加大不可避免。三是城鎮化水平提高,糧食需求量隨之增長,2021年甘肅省城鎮化率為53.3%,按城鎮化率每提高1個百分點拉動糧食產量增加2.57個百分點計[9],2025年全省城鎮化率預計達到58.0%,糧食產量要提高近12個百分點,即在2021年糧食總產基礎上要增加近150萬t,才能保障糧食數量供給安全。
3.2.1 按總產年均14.1萬t增量的發展預期 甘肅省糧食作物播種面積穩定在2021年267.7萬hm2基礎上,以年均糧食14.1萬t增量(2011—2021年)為依據,全省糧食總產量預期到2025年為1 288萬t、2030年為1 358萬t,在2021年基礎上依次提高4.7%、10.4%。
3.2.2 按單產年均53.8 kg·hm-2增量的發展預期 以甘肅糧食單產年均53.8 kg·hm-2(1949—2021年)增量為基礎,在保持2021年267.7萬hm2糧食作物播種面積基礎上,甘肅省糧食總產量2025年、2030年分別可實現1 289萬t、1 360萬t的產量預期,分別較2021年總產量提高4.8%、10.6%。
3.2.3 單產適度增長和復種指數增加的發展預期 氣候生產力研究表明,中東旱作農區、河西干旱區分屬我國七級、八級氣候生產潛力區,全省應能實現的氣候生產力均明顯高于現時生產力,預示著甘肅糧食生產能力有較大提升空間[10]。全省作物復種指數1979年為98.2%,2010年降至86.3%,2011—2021年下降為72.5%~75.6%。在水熱條件相對較好的一年一熟區,因地制宜減少輪歇地面積,發展套種、一年兩熟和兩年三熟復種制,將耕地復種指數提高到85%以上,可增加作物種植面積約50萬hm2,相當于糧田播種面積擴增18%。新增糧田面積單產按53.5 kg·hm-2年均增量(1949—2021年)的2/3計,全省將新增110萬t糧食生產能力,總產量可在2021年基礎上提高9.0%。
現階段旱地農田降水潛力開發度為50%左右,經過努力,潛力開發度可提升到60%。全省旱作區糧食種植面積為玉米67萬hm2、馬鈴薯55萬hm2、小麥60萬hm2,單產依次達到7 500 kg·hm-2(提高1 500 kg·hm-2)、4 500 kg·hm-2(提高1 500 kg·hm-2,折糧)、4 125 kg·hm-2(提高375 kg·hm-2),糧食總產量將達到1 000萬t。即在保持三大作物面積不減少的基礎上,旱地糧食產量有近150萬t的增長空間。
隴東地區的平涼、慶陽兩市15個縣(區),年降水量450~550 mm,水熱條件相對較好,長期實行小麥、油菜收獲后填閑復種傳統,歷史上曾是甘肅的“糧倉”。2018年甘肅省劃定的旱作糧食功能區中,慶陽和平涼兩市占40%,建議把重塑“隴東糧倉”納入全省糧食戰略規劃。特別是隴東26條30萬hm2坡度小于6°的黃土旱塬,土壤耕性好,適宜機械化作業,近幾年大量研究與示范證明,旱塬有冬小麥單產7.5 t·hm-2、春玉米單產15 t·hm-2的一年一季高產水平[11],特別是地膜玉米適水密植用350 mm耗水量(自然降水)實現15 t·hm-2水平,遠低于國際平均用水標準?!半]東糧倉”可承擔全省25%的糧食生產任務,較目前提高5個百分點,為甘肅省糧食生產做出貢獻。
張掖、武威、酒泉和金昌4市是甘肅省水資源相對較多的綠洲灌區和糧食高產區,曾經是甘肅省乃至全國的十大商品糧基地之一,在全省糧食戰略上承擔過“興西濟東”的歷史重任,1995年以占全省14.4%的糧食播種面積生產了全省35.9%的糧食產量,目前占全省糧食播種面積的15.6%、糧食總產的29.6%,對全省糧食生產的貢獻下降。特別是長期單一的作物制種生產,使該地區不可避免地出現了連作障礙、病蟲草害危害加劇、土壤地膜殘留污染加重、土壤肥力下降等嚴重問題[12]。在未來發展中,要強化河西綠洲糧食生產的功能,治理開發鹽堿地,建設高標準農田,大力實施節水增糧工程,通過提高單產和適度擴大面積來完成全省1/3以上的糧食生產任務。
甘肅沿黃灌區及洮河、渭河、涇河灌區也是糧食生產高產區,適宜發展糧-糧型、糧-菜型、糧-經型等間套復合種植,小麥-玉米帶狀種植及小麥收獲后復種馬鈴薯、早熟玉米可實現1 000 kg·666.7m-2單產水平。隴南徽成盆地是甘肅省糧食生產條件較好的地區,近幾年甘肅省農科院創建了冬小麥10.71 t·hm-2的高產記錄,預計大面積1 000 kg·666.7m-2是可以實現的,要發揮這些區域承擔全省糧食生產任務的潛力。
甘肅省糧食總產穩定提升到1 200萬t,其中以提高糧食單產和結構調整為主的科技進步起了決定性作用,科技進步率由2007年的47%提高到了2020年57%[13]。在2021年1 231萬t糧食總產基礎上,預期實現1 300萬t目標,豐產高產技術是邁上臺階的主要措施,應重點抓好4個方面工作:
4.4.1 穩定糧食播種面積,優化糧食種植結構 保證糧食安全要實施最嚴格的耕地保護制度,堅決遏制耕地非農化、基本農田非糧化。優化耕地“占補平衡”政策,保障耕地產能占補平衡,堅決杜絕“占優補劣”現象發生,新墾耕地要防止生態破壞和水土流失[14],千方百計確保266.67萬hm2食播種面積不減,繼續優化糧食作物種植結構,夏秋種植結構比保持在40∶60。在玉米單產顯著高于小麥的中部半干旱、高寒陰濕一熟區擴大玉米面積,在天水、慶陽、平涼等水熱條件較好的川塬區發展油菜收后復種馬鈴薯,在川道灌溉地擴大早熟菜用馬鈴薯種植面積。糧食播種面積中,要確保100萬hm2玉米、75萬hm2馬鈴薯和70萬hm2小麥播種面積不減;品種結構調整中,要加快研發應用抗旱耐密和青貯高產玉米、優質強筋高產小麥、高淀粉馬鈴薯等新品種。
4.4.2 改善農業生產條件,建設高標準農田 要確?!稗r田就是農田,并且是良田,只能用來發展種植業,特別是糧食生產”。甘肅省70%的耕地為山旱地和坡耕地,加快實施中東部旱作區6°~15°坡的梯田改造工程,建成66.67萬hm2適宜大型機械作業的高標準梯田;通過土地整治建設高標準節水高產農田,加快農機農藝融合技術的集成應用。提升河西灌區農田節水灌溉、中東部旱作區全膜雙壟溝種植的裝備水平及機械化、自動化、綠色化水平。
4.4.3 加強豐產高產技術創新,建設抗旱節水增糧高產帶 一是加強種源科技創新,實施良種攻關工程。糧食科技支撐的核心是種源安全,下決心把種業搞上去,才能實現種業科技自立自強。穩定支持農業科研院所和種業企業聯合實施良種攻關工程,加強種質資源收集保護利用,評價和挖掘核心種質及優異性狀的基因資源,開展抗旱節水和高產育種,選育適宜機械粒收玉米、抗旱優質高產小麥、抗病高淀粉和中早熟馬鈴薯、抗旱高產耐除草劑谷子等優良品種;建設好河西玉米制種繁種基地、中部馬鈴薯脫毒種薯繁育基地、隴東和隴南抗病優質小麥繁育基地,確保全省糧食穩定增產的良種供給和種子貯備。二是創新“藏糧于水、藏水于技”關鍵技術,實施節水增糧行動。在全球氣候變化導致水文情勢改變、極端氣候危害加重背景下,甘肅“水缺”比“地少”更嚴重,保障糧食安全的水資源制約較大,需要在覆蓋集雨和深度節水前提下,加快跨流域調水,確保糧食生產的用水保障能力。建議加強實施南水北調西線工程,充分挖掘河西走廊等地的后備耕地資源潛力[15],支撐河西走廊制種基地建設和糧食高產區建設,推進春小麥和馬鈴薯膜下滴灌、玉米密植滴灌等重大技術規?;瘧?使玉米水分利用效率提高到2.5 kg·m-3·667m-2以上。將甘肅旱作區納入國家糧食豐產工程建設,以“集水、蓄水、保水、節水、用水”為核心,推進以深松耕打破犁底層、機械化秸稈還田為主的土壤水庫營造工程,實施旱塬6.6667萬hm2玉米、6.6667萬hm2冬小麥及中部6.6667萬hm2馬鈴薯節水增糧工程,玉米水分效率達到2.0 kg·m-3·667m-2以上,馬鈴薯和小麥水分效率達到1.2~1.5 kg·m-3·667m-2;在水熱條件較好區域實施復種增糧工程。三是加快節本增效技術集成應用,實施主要作物全程機械化行動。根據主要環節農藝技術需求,加快研發和改進適宜甘肅糧田覆蓋種植方式的玉米、馬鈴薯及制種玉米去雄和收獲機械,解決秸稈還田、地膜覆蓋種植方式機藝一體化、地膜污染控制等重大難題;研發適宜丘陵山區的小型耕種和收獲機械,使糧食作物耕種收綜合機械化率達到65%。
新中國成立70年來,甘肅省糧食產量呈明顯的直線上升趨勢,糧食總產和單產增幅顯著高于播種面積減幅。糧食總產量和單產年均遞增率分別為2.54%和3.01%,糧食生產實現了供需緊平衡。每生產1個百萬噸級糧食所需時間、每生產1個300 kg·hm-2糧食單產量級需要時間明顯縮短。糧食增長過程中氣候影響占比降低,技術進步作用占比增強。特別是改革開放40多年來,全省糧食生產重心向旱作區轉移,糧食產量增加得益于壓夏糧擴秋糧適水種植結構的建立及地膜覆蓋集雨抗旱增糧技術的突破。盡管全省糧食生產的資源環境壓力比較大,但糧食產能仍有較大提升空間,通過夯實隴東黃土旱塬和河西綠洲糧食生產功能,建設高標準農田,強化種源科技創新,加快實施以玉米、馬鈴薯和冬小麥為主的糧食單產提升行動,預計到2030年糧食總產可達到1 350萬t。