武隆區耕地—糧食變化特征及其壓力分析

成六三

（重慶工程職業技術學院，重慶 402260）

耕地資源是國家的戰略性資源，是保障糧食安全的重要基礎條件，其關乎著區域社會經濟的可持續和高質量發展。耕地資源的演化發展一直受到政府和學者們的廣泛關注［1-2］，相關的研究成果不僅促進了耕地資源的保護和高效利用，而且對于維持區域糧食安全具有積極意義。

近年來，全國耕地數量減少的趨勢總體上趨于平緩，但區域社會經濟發展差異及耕地生產力水平差異等，造成了耕地—糧食資源演化發展過程差異較大［3］，另外，如退耕還林等階段性政策［4］也會影響區域耕地—糧食資源演化發展。因此，針對耕地—糧食演化發展的研究是一個需要長期監測和評估的課題。梁鑫源等［5-8］從研究的視角上，以國家、地區、省市以及縣域不同尺度和不同空間的耕地總量、人均耕地最小面積、人均消費量的耕地壓力指數等指標揭示了耕地的演化發展過程，研究在人口消費糧食水平基礎上，對一段時期內耕地資源利用狀態進行評估，發現各指標對保護耕地能夠起到一定的積極作用。黃淇等［9-10］從研究方法上，利用1個階段區域耕地數量演化過程的數據，建立了相關函數關系，進而預測了不同時段耕地數量的演變，這對于后期耕地資源保護利用具有參考價值。通過建立糧食生產因子線性回歸模型，揭示了耕地—糧食資源的生產成因，這對于糧食生產建設具有重要的指導意義。區域耕地—糧食資源的數量和質量受階段性政策、自然因素、社會經濟水平、科學技術應用等多方面因素的影響，耕地—糧食資源演化過程是一個復雜系統，需要從不同尺度和時間進行研究，才能更為客觀地反映其演化過程，進而為后期耕地—糧食資源生產保障提供指導和參考。

1 研究區概況與研究方法

1.1 研究區概況

武隆區地處重慶市東南邊緣，烏江下游，位于107°13′～108°05′E，29°02′～29°40′N，全區總面積2882.67 km2，2022年總人口406868人，地區生產總值265.9億元，農業總產值53.2億元，人均年收入29483元。據2022年武隆區第三次國土調查主要數據公報顯示，坡度位于2°以下的耕地331.14 hm2，占全區耕地的0.69%；位于2°～6°(含6°)的耕地1876.37 hm2，占全區耕地的3.93%；位于6°～15°(含15°)的耕地18934.97 hm2，占全區耕地的39.63%；位于15°～25°(含25°)的耕地17679.97 hm2， 占全區耕地的37.01%；位于25°以上的耕地面積8951.57 hm2，占全區耕地的18.74%。該區處于中國南方喀斯特高原丘陵山區，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫17.9 ℃，年平均降水量1246.6 mm，常年相對濕度為78%。土壤多屬黃壤、黃棕壤，其次為紫色土。農業生產主要以種植玉米、小麥、水稻、薯類為主，經濟作物主要包括烤煙、貯麻等。

1.2 數據來源

本研究數據來自于武隆區和重慶市的《統計年鑒》（1999—2021年）以及與耕地保護等相關的研究報告。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地壓力指數模型 本研究主要采用模型為耕地壓力指數模型［11］。耕地壓力指數是最小人均耕地面積與實際人均耕地面積之比，公式為：

式（1）中：K為耕地壓力指數；Smin為最小人均耕地面積（hm2/人），即一定區域范圍內為保障食物需求的最小人均耕地面積；S為實際人均耕地面積（hm2/人）。

最小人均耕地面積是指在一定區域范圍內，在一定食物自給水平和耕地生產力條件下，為了滿足人口正常生活的食物消費所需的耕地面積。Smin是食物自給率、食物消費水平、耕地生產力水平等因子的函數，計算公式為：

式（2）中：β為食物自給率(%)；Gr為人均糧食需求量(kg/人)；P為糧食單產(kg/hm2)；q為糧食播種面積占播種總面積之比(%)；k為復種指數(%)，通過計算1年中各個季節的實際播種總面積除以耕地面積求得的。Smin即為保障一定區域食物安全而需保護的耕地數量的底線。

1.3.2 糧食生產波動分析方法 為了評估研究區糧食生產水平，借鑒耕地生產力［12］、糧食生產波動指數［13］和雙累積曲線方法［14］綜合分析評價區域糧食生產波動狀況。評估思路和方法為：

1.3.2.1 耕地生產力 一般用單位面積耕地糧食的產量表示耕地生產力大小，用以評估單位面積耕地質量的高低。計算公式為：

式（3）中：PR為耕地生產力(t/hm2)；T為耕地糧食總產量(t)；S為耕地面積(hm2)。

1.3.2.2 糧食生產波動指數（Grain Yield Fluctuation Index, GYFI） 長期來看，糧食產量并不是一個穩定的變化過程，而是具有一定起伏性、波動性。為了便于表達這種波動性，采用糧食生產波動指數指標，其依據區域耕地生產力與全國平均耕地生產力差值占區域耕地生產力比例來反映糧食生產的波動情況。本研究以研究區耕地生產力和重慶地區耕地生產力的起伏變動趨勢來表示糧食生產波動指數，計算公式為：

式（4）中：GYFI為糧食生產波動指數；PRi為重慶地區耕地生產力(t/hm2)；PRj為研究區耕地生產力(t/hm2)。

1.3.2.3 借鑒雙累積曲線法評估其糧食生產波動的自然和綜合技術因素的影響程度 雙累積曲線法是在直角坐標系中同時繪制的一個變量的連續累積值與另一個變量的連續累積值的關系曲線，其結果是基于在相同時段內給定的數據成正比，即一個變量的連續累積值與另一個變量的連續累積值在直角坐標上為一條斜率固定的直線，倘若雙累積曲線的斜率發生改變，則斜率發生突變點所對應的年份就是2個變量累積關系出現突變的時間。在突變時間點以前建立線性回歸方程，并以參照區糧食生產累積量為自變量，代入線性回歸方程，計算出突變點以后的研究區理論糧食生產累積量，再分別計算出理論耕地生產力、突變前后實際與理論耕地生產力的差值，以此分析研究區與重慶地區耕地生產力之間的關系。若差值小于零，表示研究區耕地生產力相對重慶地區耕地生產力提升較慢；若差值大于零，則表示研究區耕地生產力相對重慶地區耕地生產力提升較快；若差值等于零，則表示研究區耕地生產力與重慶地區耕地生產力相當。計算公式為：

式（5）～式（6）中：YPRj為突變點前研究區累積糧食生產力(t/hm2)；YPRi為突變點前重慶地區累積糧食生產力(t/hm2)；k和α為線性回歸方程系數；Y′PRj為突變點后研究區累積糧食生產力(t/hm2)；Y′PRi為突變點后重慶地區累積糧食生產力(t/hm2)。

1.3.3 土地資源承載力指數 耕地—糧食承載力指數是基于自足條件下，耕地、糧食與人口的關系。依據相關研究［15］，我國營養安全的標準參考年人均糧食消費 400 kg 計算土地資源承載力(LCC)和土地資源承載力指數(LCCI)，計算公式為：

式（7）～式（10）中：G為區域糧食總產量(t)；GPC為人均糧食消費標準(kg/人)；Pa為實際人口數量（人）；Rp為人口超載率(%)；Rg為糧食盈余率(%)。依據LCCI的大小，劃分出評價標準等級(表1）。

表1 LCCI 的分級評價標準

2 結果與分析

2.1 耕地—糧食動態變化

由圖1可知，1999—2021年武隆區耕地面積總體上趨于下降趨勢，耕地資源減少了17.8%。其中包括3個起伏階段，1999—2012年耕地面積一直處于減少狀態，即耕地面積從1999年的6.91萬hm2減少到2012年6.40萬 hm2，減幅為7.3%，這一時段下降的原因主要是由于退耕還林工程的實施；2013—2016年與1999—2012年相比，耕地面積呈上升趨勢，基本保持在6.90萬 hm2；2017—2021年耕地面積呈現快速減少狀態，即耕地面積從2017年的6.84萬hm2減少到2021年5.68萬hm2，減幅為16.97%，這一時期降幅過大的主要原因是建設用地和新一輪退耕還林工程的實施。

圖1 1999—2021年武隆區耕地—糧食動態變化

1999—2021年武隆區糧食總產量總體上呈上升趨勢，糧食總產量增加了12.5%。其中在2001、2006和2012年糧食總產量出現了減產的情況，特別是2006年糧食總產量下降為14.25萬t，為1999年的83.72%和2021年的74.41%，其主要原因是重慶地區長時間的干旱所導致的糧食減產。

由圖2可知，1999—2021年武隆區糧食單產變化較為復雜。在2001、2006、2012和2015年糧食單產均出現了低點，除了受氣候干旱的影響外，也受到耕地面積減少的制約。雖然2015—2021年糧食單產呈上漲的趨勢，但2021年糧食單產水平為2014年的94.95%。

圖2 1999—2021年武隆區糧食單產變化趨勢

2.2 耕地壓力指數動態變化

由圖3可知，1999—2021年武隆區在人均糧食消費300和400 kg/人水平下的耕地壓力指數K300和K400變化趨勢總體上呈現出一致性，但耕地壓力指數K400整體上大于K300，K300均小于1.0，K400基本上在0.93以上，處于耕地壓力臨界狀態。表明當人均糧食消費在300 kg/人水平以下時，武隆區耕地呈無壓力狀態，耕地資源較富裕；當人均糧食消費在400 kg/人水平以下時，武隆區耕地壓力指數K400基本呈現接近1.0或大于1.0的狀態，耕地資源處于臨界或緊張狀態，則需要調控耕地面積，以保障糧食生產。結合圖1進行綜合分析可知，無論耕地壓力指數K300或K400，其起伏較高點均與氣候干旱年份相對應。在2019—2021年耕地面積減少情況下，K400也小于1.0，主要是由于糧食單產水平的增加。

圖3 1999—2021年武隆區耕地壓力指數動態變化

2.3 耕地生產力動態變化

2.3.1 糧食生產波動指數動態變化 對1999—2021年重慶地區和武隆區的耕地生產力進行對比（圖4）可知，重慶地區耕地生產力明顯高于武隆區的。前者是后者的1.89倍，其中1999—2007年重慶地區平均耕地生產力是武隆區的2.47倍，2008—2021年重慶地區平均耕地生產力是武隆區的1.52倍。從整個研究時段看，2002年重慶地區耕地生產力與武隆區的差距最大，約為其2.65倍；2010和2011年重慶地區耕地生產力與武隆區的差距最小,約為其1.32～1.33倍。這可能是由于武隆區耕地面積坡地比例較高，隨著退耕還林工程的實施，大量的坡耕地轉換為林地，重慶地區和武隆區的耕地生產力水平比值才逐漸下降。綜上，糧食生產波動指數與耕地生產力變化基本相同。

圖4 1999—2021年武隆區糧食生產波動動態變化

2.3.2 累積耕地生產力關系 由表2可知，通過雙累積曲線線性回歸了武隆區和重慶地區累積耕地生產力關系，武隆區累積耕地生產力可分為4個階段：1999—2007年，武隆區累積耕地生產力與重慶地區累積耕地生產力線性回歸方程為Y=0.398x+472.65(R2=0.999）；2008—2013年武隆區累積耕地生產力與重慶地區累積耕地生產力線性回歸方程為Y=0.740x-22994.00(R2=0.999）；2016—2021年武隆區累積耕地生產力與重慶地區累積耕地生產力線性回歸方程為Y=0.650x-15987.00(R2=0.999）。對比這3個階段線性回歸方程的斜率依次排序為2008—2013年斜率＞2016—2021年斜率＞2014—2016年斜率＞1999—2007年斜率，斜率越大，武隆區耕地生產力水平提高越快，則縮小了與重慶地區耕地生產力水平的差距，這與實際耕地生產力相符合。

表2 武隆區與重慶地區累積耕地生產力線性回歸分析 kg/hm2

由圖4和表2對比分析可知，經線性回歸方程計算，1999—2007年武隆區耕地生產力水平的理論值均值與實際值均值之差為-1290.06 kg/hm2，這表明1999—2007年武隆區耕地生產力水平提升速度遠低于重慶地區耕地生產力水平速度；2008—2013年，武隆區耕地生產力水平的理論值均值與實際值均值之差為562.91 kg/hm2，這表明2008—2013年武隆地區耕地生產力水平提升速度高于重慶地區耕地生產力速度；2016—2021年，武隆區耕地生產力水平的理論值均值與實際值均值之差為-473.27 kg/hm2，這表明2016—2021年武隆區耕地生產力水平提升速度小于重慶地區耕地生產力速度。從整體研究時段來看，武隆區耕地生產力水平與重慶地區耕地生產力水平差距不斷縮小。這些變化主要歸功于農田水利設施的改善、農業投資的增加以及高標準農田建設等方面的舉措。

2.4 土地資源承載力指數

參照LCCI的分級評價標準（表1），結合對圖5的分析可知，1999—2021年武隆區LCCI類型級別為盈余的年份有3個、級別為平衡有余的年份有16個、級別為臨界超載的年份有3個、級別為超載的年份有1個，且對應的概率分別為13.04%、69.57%、13.04%和4.35%。總體上看，武隆區整體處于人糧平衡的狀態，僅在2006年出現了超載狀態，其主要原因是2006年重慶地區長時間干旱造成了糧食減產。

圖5 武隆區土地資源承載力指數變化

3 結論

通過對1999—2021年武隆區耕地—糧食資源特征變化及其壓力進行系統分析，主要得出以下結論：

（1）1999—2021年，武隆區耕地資源總量減少幅度約為17.8%，特別在2017—2021年，占到耕地資源減少量的93.8%；糧食總產量增加了12.5%，在2012—2021年糧食總產量連續增長，年均增長率為1.66%。綜合耕地資源和糧食總產量一減一增，耕地糧食單產水平變化較為復雜，波動起伏較多。

（2）當武隆區在人均糧食消費400 kg時，耕地壓力指數基本上在0.93以上，武隆區耕地壓力處于臨界狀態，未來需要調控耕地數量。

（3）武隆區耕地生產力水平與重慶地區耕地生產力水平差距逐漸縮小，特別在2018年以后，武隆區耕地生產能力提升速度高于重慶地區耕地生產力提升速度，但與重慶地區耕地生產力總體水平還有一定差距。

（4）武隆區耕地—糧食—人口承載力指數基本上處于人糧平衡狀態，耕地—糧食資源還將面臨壓力。

總之，根據武隆區耕地—糧食資源的變化特征，結合耕地多為坡地資源組成的特點，應重點加大高標準農田建設，整體提升農田水利設施建設等，進而緩解耕地—糧食資源面臨的壓力，促進社會經濟的可持續和高質量發展。