未來30年中國耕地和高標準農田分布的省級預測

李 俊,石曉麗,史文嬌,王紹強

(1.中國科學院地理科學與資源研究所陸地表層格局與模擬院重點實驗室,北京 100101;2.河北省環境演變與生態建設實驗室/ 河北師范大學地理科學學院,河北 石家莊 050024;3.河北省環境變化遙感識別技術創新中心/ 河北師范大學地理計算與規劃研究中心,河北 石家莊 050024;4.中國科學院大學資源與環境學院,北京 100049)

耕地資源保護是關系到全球可持續發展的重要戰略性問題,近年來受國際形勢變化、極端天氣頻發等多種因素影響,糧食安全問題頻出,因此耕地資源保護更加迫切[1]。2012年我國人均耕地面積僅為0.08 hm2,遠低于全球人均0.20 hm2的水平[2]。隨著社會經濟發展,我國耕地面積逐年減少,對糧食安全的威脅日益加大[3]。部分國家早期已采取有效的耕地保護和農田質量提升措施,著重于保障糧食安全[4-5]。我國在耕地保護和高標準農田建設方面雖然起步較晚,但一貫十分重視[6]。對于高標準農田建設,我國于2012年頒布《高標準基本農田建設標準(試行)》,政策實施逐步進入規范化階段[7]。到2020年底,全國已完成0.53×108hm2高標準農田建設任務,耕地面積為1.28×108hm2,實現了耕地保有量1.24×108hm2的目標,在耕地資源保護和農田質量提升方面取得了巨大成效。在國內外的發展經驗中,耕地數量和質量被認為是確保糧食安全的至關重要的調控因素。因此,對耕地數量和質量的相關預測研究顯得尤為緊迫。

目前,對于耕地面積和高標準農田面積預測的研究相對較少。現有研究采用了多種方法,如流向統計法[8]、糧食需求法、供需平衡法、趨勢外推法[9]、空間自回歸模型[10]、時間序列預測模型[11]、PCA-BP神經網絡[12]等。例如,王柳等[8]利用流向統計法從不同角度分析了中國糧食安全現狀,并建立模型預測了2020、2025、2030年高標準農田面積。趙永等[10]則采用空間自回歸模型,基于多個自變量對全國的耕地面積進行了預測。羅益等[13]以糧食需求法為基礎,對貴州省2035年的耕地保有面積進行了初步推測。然而,現有研究多集中在對耕地面積的單一預測,較少涉及對耕地面積和高標準農田面積的同時預測。此外,這些研究往往僅對面積進行預測,沒有提出相應的預測指標,而且預測年份也較為有限,大多僅到2035年。隨著社會經濟的發展,對2035年以后的預測和相關預測指標的研究需求變得更加迫切。

該研究提出耕地面積保有率和高標準農田占耕地比例2個指標,利用統計年鑒及其他公布數據進行統計分析,對2025、2030、2035、2050年2個指標在全國、區域、省級尺度的變化規律進行預測。該研究提供的預測方法可為相關宏觀預測提供科學參考,預測結果可以為未來土地利用、國土空間規劃、耕地布局、農田利用等提供依據。

1 研究方法、研究區域與數據來源

1.1 數據來源

研究數據來源見表1。根據《全國高標準農田建設規劃(2021—2030年)》,將全國(除港澳臺地區外)分為七大區域:東北區、黃淮海區、西北區、長江中下游區、東南區、西南區、青藏區。在《全國高標準農田建設規劃(2021—2030年)》中,將內蒙古自治區分為東北區和西北區,但筆者搜集到的數據是按省份劃分的省級數據,因此該研究將內蒙古自治區統一劃入東北區(表2)[14]。

表1 數據來源

表2 高標準農田分區

1.2 指標選擇

根據發達國家的經驗并結合我國實際情況,基于耕地面積保有率和高標準農田占耕地比例2個指標,對我國2025、2030、2035、2050年的耕地和高標準農田變化趨勢進行預測。采用耕地面積保有率表征耕地的數量變化,以本年末與上年末耕地面積的變化趨勢表示。采用高標準農田占耕地比例表征耕地的質量變化,以本年末高標準農田面積占本年末耕地面積的比例表示。

1.3 預測方法

1.3.1耕地面積保有率

耕地面積保有率是衡量農業用地的穩定性和可持續性的指標。如果保有率高,說明農業用地相對穩定,變化不大;如果保有率低,表示農業用地可能面臨較大的波動。2030、2050年全國耕地面積來源于相關規劃文件,2025、2035年全國耕地面積是基于最小二乘法的二次多項式擬合[19]進行推算。為保證每個省份產糧地位不變,假設未來各省份耕地和高標準農田面積占全國的比例不變,根據2020年各省份耕地面積占全國耕地面積的比例預測其在2025、2030、2035、2050年的耕地面積。

為保證糧食安全,假設2050年以后全國以及各省份的耕地面積將保持穩定不變,且2050年耕地面積保有率穩定在100%,2025、2030、2035年的耕地面積保有率按照如下公式估算:

(1)

式(1)中,S為耕地面積保有率,%;G為本年末耕地面積,hm2;Q為上年末耕地面積,hm2。

1.3.2高標準農田占耕地比例

2025、2030、2050年全國高標準農田面積來源于相關規劃文件,2035年全國高標準農田面積基于最小二乘法的二次多項式擬合進行推算,2025、2030年各省份高標準農田面積來源于《全國高標準農田建設規劃(2021—2030年)》。基于各省份高標準農田面積地位在未來總體不變的假設,根據2030年各省份高標準農田面積占全國高標準農田面積的比例預測2035、2050年各省份高標準農田面積占耕地比例。對于高標準農田占耕地比例超過90%的省份和年份,其占比統一用≥90%表示。高標準農田占耕地比例的計算公式為

(2)

式(2)中,P為高標準農田占耕地比例,%;Y為高標準農田面積,hm2;X為耕地面積,hm2。

2 結果與分析

2.1 國家尺度

總體來說,2020—2050年全國耕地面積呈減少趨勢,到2050年全國耕地面積穩定在1.20×108hm2;全國高標準農田面積呈增長趨勢,到2050年全國高標準農田面積將達1.03×108hm2。

預測結果顯示,2025、2030、2035、2050年全國耕地面積分別為1.23×108、1.22×108、1.21×108、1.20×108hm2(圖1)。2020年全國耕地面積保有率為96.91%,在2050年將達到100%,這代表2050年之后耕地面積不會發生大幅波動(表3)。高標準農田面積從2020年的0.57×108hm2增長到2050年的1.03×108hm2,增長接近一倍。與此同時,高標準農田占耕地比例則從2020年的43.59%增長到2050年的85.89%,預計2050年之后高標準農田建設將主要集中在已有高標準農田的提質改造(表4)。

圖1 全國耕地面積和高標準農田面積預測

表3 區域和省級尺度耕地面積保有率預測結果

表4 區域和省級尺度高標準農田占耕地比例預測結果

2.2 區域尺度

東北區作為我國重要的糧食生產基地,2020—2050年耕地面積一直居于首位,2050年耕地面積為0.37×108hm2,占全國耕地總面積的30.8%。相較而言,東南區和青藏區的耕地面積較小,2020—2050年分別介于0.048×108～0.051×108和0.009 3×108～0.01×108hm2之間,其他4個區域的耕地面積均在0.19×108～0.22×108hm2之間(圖2)。就耕地面積保有率而言,2020—2050年,東北區、西北區分別從108%、105%下降到100%,這反映了西北區和東北區在某些年份耕地面積還會出現小幅增長,其余區域則從70%～90%上升到100%(圖2)。

圖2 國家尺度與區域尺度耕地面積及其保有率、高標準農田面積及其占耕地比例預測結果

2020—2050年,七大區域高標準農田面積及其占耕地比例均呈增加趨勢,各區域之間存在差異。就高標準農田面積而言,2020—2050年東北區的高標準農田面積介于0.12×108～0.25×108hm2之間,占全國高標準農田面積的20%～24%,在七大區域中占比最高;除青藏區和東南區高標準農田面積較小外(介于0.004×108～0.008×108和0.039×108～0.046×108hm2之間),其余區域的高標準農田面積均在0.07×108～0.18×108hm2之間。就高標準農田占耕地比例而言,2020年長江中下游區和東南區的高標準農田建設比例較高,分別達61.71%和75.57%,其他區域高標準農田占耕地比例處于30%～60%之間。到2050年,黃淮海區、長江中下游區、東南區、青藏區的高標準農田占耕地比例均達90%以上,而西南區和西北區的高標準農田占耕地比例處于70%～90%之間,只有東北區的高標準農田占耕地比例處于70%以下。東北區高標準農田占耕地比例較低的原因有以下兩點:首先是內蒙古東部地區緯度高,溫度低,森林面積較大,滿足高標準農田建設標準的耕地較少;其次是東北區部分耕地存在土壤鹽堿化、土壤酸化、黑土地肥力下降、水資源分布不均、農田基礎設施薄弱等問題,因此該區高標準農田建設任務艱巨。

2.3 省級尺度

從耕地面積保有率預測結果來看,各省份的耕地面積保有率存在明顯的空間差異。到2050年全國各省份耕地面積保有率均達100%。北方省份的耕地面積保有率普遍較高,部分省份在2020年耕地面積保有率已達100%,如內蒙古自治區、吉林省、黑龍江省、新疆維吾爾自治區;而南方省份與北方相比耕地面積保有率較低,普遍在70%～90%之間。出現這種差異的原因與南北方的經濟發展水平、城市化進程、各省份發展的側重點不同有關。

從預測結果來看,各省份高標準農田占耕地比例也存在明顯的空間差異。各省份高標準農田占耕地比例均呈上升趨勢,南方省份高標準農田占耕地比例普遍高于北方省份。2020年,上海市、浙江省、江蘇省、福建省、廣東省等省份高標準農田占耕地比例達70%以上,而北方省份大部分處于50%以下,整體建設比例低于南方省份。但北方省份的高標準農田建設速度較快,如山東省、河南省、遼寧省、寧夏回族自治區。到2050年,全國有一半以上的省份高標準農田占耕地比例達90%以上,高標準農田占耕地比例“南高北低”的現象有所緩解。在各省份高標準農田占耕地比例大于90%后,將這些省份的高標準農田占耕地比例預測值統一調整為≥90%,因為此時高標準農田建設的工作重點應考慮從新建轉變為已有高標準農田維護和提質改造,為各省份提供一個較為寬泛的參考值范圍,便于各省份自行擬定高標準農田建設的后續發展和規劃。

3 討論

3.1 區域差異性與區域建議

2020—2050年全國耕地面積保有率呈不斷上升趨勢,到2050年達100%,原因是到2050年要守住1.20×108hm2耕地紅線,2050年之后耕地面積將保持穩定。未來30 a,我國將持續推進高標準農田建設,高標準農田占耕地比例將不斷增加。西北區和東北區都屬于地廣人稀的區域,其耕地面積保有率分別從105%、108%下降到100%,反映了西北區和東北區在某些年份耕地面積還會出現小幅增長,其余區域耕地面積保有率則逐年增長到100%,到2050年之后保持不變,這與全國耕地面積保有率的變化趨勢相同。2020—2050年,黃淮海區、東南區、長江中下游區高標準農田占耕地比例增長速率較慢,這些區域由于高標準農田建設起步較早,2020年高標準農田占耕地比例已達70%左右,后續需新建高標準農田較少。2020—2050年,東北區、西南區、西北區、青藏區高標準農田占耕地比例增長速率較快,這些區域由于高標準農田建設比例相對較低,可建設空間較大。

該研究針對我國不同區域的農田特征提出了差異化的耕地保護和高標準農田建設措施,以推動農業可持續發展?？偟膩碚f,各區域應當在強化高標準農田新增建設和改造提升的同時,加強具有高產潛力的中低產農田改造,可根據制約因素因地制宜合理分配高標準農田建設數量,優先在農業資源較好的平原地區推進高標準農田建設,但應注意保護生態脆弱地區[20]。具體來講,在東北區強調黑土保護,同時致力于防治土壤鹽堿化和土壤酸化,完善農田基礎設施,加大力度推進新增高標準農田建設,特別關注水稻、玉米、大豆、甜菜等保障基地的建設。黃淮海區應注重農田節水設施建設,提高灌溉水資源利用率,著眼于小麥、玉米、大豆、棉花等保障基地的建設。長江中下游區需解決土壤酸化問題,加強農田防護工程建設,提升平原圩區和漬害嚴重區的農田防洪除澇能力,特別關注水稻、小麥、油菜籽、棉花等保障基地的建設。東南區應重視農田土壤酸化、潛育化、水田冷浸等問題,加強農田基礎設施建設,提高農田防洪抗災能力,改良土壤,特別關注水稻、糖料甘蔗等保障基地的建設。西南區需應對土壤酸化、農田滯水潛育等問題,加強農田田間道路、灌排工程等基礎設施建設,進行細碎化農田整理,丘陵區建設水平梯田,配置農田防護設施,特別關注水稻、玉米、油菜籽、糖料甘蔗等保障基地的建設。西北區需解決土壤沙化和土壤鹽堿化等問題,強化土壤改良和農田節水工程建設,提升田間道路通行標準,特別關注小麥、玉米、棉花、甜菜等保障基地的建設。青藏區需應對土壤肥力差和土層淺薄等問題,加大農田生態保護力度,加強沿河引水灌溉區農田開發建設,特別關注小麥、青稞等保障基地的建設[14]。

3.2 方法合理性與研究結果對比

研究基于最小二乘法的二次多項式擬合方法,對2025、2030、2035、2050年國家、區域和省級尺度高標準農田面積和耕地面積及相應指標進行預測,該方法在以往研究中被廣泛運用[13,21]。已有研究表明,未來中國耕地面積將呈逐漸減少趨勢[22],筆者的研究結果與其一致。于昊辰等[23]構建兼顧人口、人均糧食、糧食單產的耕地預測模型,預測結果顯示2025、2030、2035年的耕地基礎應保量分別為1.18×108、1.19×108、1.07×108hm2,而筆者預測的耕地面積分別為1.23×108、1.22×108、1.21×108hm2,略高于于昊辰等的結果。出現這種差異與預測時考慮的因素不同有關,于昊辰等[23]基于人口、糧食產量等因素建立預測模型,而筆者側重于考慮國家規劃、歷史數據等因素。目前,對全國高標準農田面積預測的研究相對較少。以往研究中,王柳等[8]采用流向統計法從糧食、谷物和口糧自給率的角度建立預測模型,預測得到2020、2025、2030年高標準農田面積分別為0.68×108、0.71×108、0.72×108hm2。筆者則對2030年之后的高標準農田面積進行了預測,填補了已有研究的空白。通過這一預測,有望獲得更全面、長遠的關于高標準農田建設發展趨勢的信息。

3.3 不足與展望

該研究還存在一些不足之處。首先,研究根據國家規劃數據以及統計年鑒進行預測,隨著社會經濟的發展以及國家政策的變化,預測結果僅在一定的時間范圍內具有參考性,后續有待從糧食需求、土地利用變化、自然和社會經濟變量等多角度對我國的耕地面積保有率和高標準農田占耕地比例進行預測,以得到更為科學可靠的結果。其次,目前尚未全面考慮其他政策因素對耕地保護和高標準農田建設的潛在影響。例如,一些省份提出了具體的政策措施,計劃在2035年逐步將永久基本農田全部建設為高標準農田,這類政策變化可能對預測趨勢產生一定的影響。在未來的工作中,需要充分結合各省份的實際情況,對這些具體政策的實施情況進行更深入的分析和研究,包括政策的實際執行情況以及可能的影響機制等。

4 結論

(1)預測結果表明,2025—2050年我國耕地面積呈逐漸減少趨勢,到2050年耕地面積保有率穩定在100%,2020—2050年我國高標準農田占耕地比例從43.59%增長到85.89%。

(2)2050年七大區域的耕地面積保有率均穩定在100%,黃淮海區、長江中下游區、東南區、青藏區高標準農田占耕地比例均可達到90%以上。

(3)從各省份來看,在高標準農田建設方面,南方省份的高標準農田占耕地比例普遍較高。相反,在耕地面積保有率方面,北方地區則普遍高于南方地區。

該研究提供的耕地面積及其保有率、高標準農田面積及其占耕地比例等指標的分省份預測值可以為未來相關部門制定國土空間規劃等提供科學依據,為未來耕地布局和農田利用等研究提供分省份的總量參考。