武隆区耕地—粮食变化特征及其压力分析.pdf

江西农业学报 2023，35（06）：194199ActaAgriculturaeJiangxiDOI:10.19386/ki.jxnyxb.2023.06.027武隆区耕地粮食变化特征及其压力分析成六三（重庆工程职业技术学院，重庆 402260）摘 要:为了指导区域耕地资源的合理利用，运用耕地压力指数、粮食生产波动指数和土地资源承载力指数等指标，对武隆区耕地粮食资源变化特征及其压力进行了系统分析。结果表明：19992021年，武隆区耕地资源减少了约17.8%，但粮食总产量增加了12.5%；武隆区与重庆地区的耕地生产力水平差距由19992007年的2.47倍缩小至20082021年的1.52倍，耕地压力指数K400基本上在0.93以上，处于耕地压力临界状态；土地资源承载力指数均值为0.954，82.61%的年份处于人粮平衡状态。鉴于此，应该结合武隆区耕地结构以坡地为主的特征，通过加大高标准农田建设、整体提升农田水利设施等措施，缓解耕地粮食资源压力，促进区域的可持续和高质量发展。关键词:耕地压力指数；耕地承载力；粮食安全；耕地粮食人口 中图分类号：F326.11 文献标志码：A 文章编号：1001-8581（2023）06-0194-06Characteristics of Farmland-grain Change and Its Challenges in Wulong District CHENGLiu-san(ChongqingVocationalInstituteofEngineering,Chongqing402260,China)Abstract:Inordertoguidetherationalutilizationofregionalcultivatedlandresources,thecultivatedlandpressureindex,thegrainproductionfluctuationindexandthecultivatedland-grain-populationcarryingcapacityindexwereusedtoanalyzethechangesofcultivatedlandandfoodresourcesanditschallenges.Theresultsshowthatfrom1999to2021,cultivatedlandresourcesdecreasedbyabout17.8%,butthetotalgrainoutputincreasedby12.5%.ThegapofcultivatedlandproductivitybetweenWulongDistrictandChongqinghasnarrowedfrom2.47timesduring19992007to1.52timesduring20082021,andthepressureindexofcultivatedlandvalueK400hasbeenover0.93,whichhasbeencriticalstateofcultivatedlandpressure.Theaveragevalueofland-grain-populationcarryingcapacityindexwas0.954,whichwasbalanceofgrainandpopulation,andtherewere82.61%yearsfrom1999to2021.Therefore,weshouldtakethecharacteristicsoffarmlandstructureandslopingland,focusontheconstructionofhigh-standardfarmlandsandimprovefarmlandandwaterconservancyfacilitiesoverallareas,whichmayreducethepressuresofthecultivatedlandandfoodresources,andpromoteregionalsustainableandhigh-qualitydevelopment.Key words:Pressureindexofcultivatedland;Cultivatedlandcarryingcapacity;Foodsecurity;Farmland-grain-population 耕地资源是国家的战略性资源，是保障粮食安全的重要基础条件，其关乎着区域社会经济的可持续和高质量发展。耕地资源的演化发展一直受到政府和学者们的广泛关注1-2，相关的研究成果不仅促进了耕地资源的保护和高效利用，而且对于维持区域粮食安全具有积极意义。近年来，全国耕地数量减少的趋势总体上趋于平缓，但区域社会经济发展差异及耕地生产力水平差异等，造成了耕地粮食资源演化发展过程差异较大3，另外，如退耕还林等阶段性政策4也会影响区域耕地粮食资源演化发展。因此，针对耕地粮食演化发展的研究是一个需要长期监测和评估的课题。梁鑫源等5-8从研究的视角上，以国家、地区、省市以及县域不同尺度和不同空间的耕地总量、人均耕地最小面积、人均消费量的耕地压力指数等指标揭示了耕地的演化发展过程，收稿日期：2023-03-12基金项目：重庆市自然科学基金面上项目“武隆岩溶区小流域山坪塘淤积物特征及其来源地侵蚀影响因素研究”(cstc2019jcyjmsx-mX0291)；重庆市教委课题“武隆区退耕还林工程生态经济耦合效应研究”（KJQN202203409）。作者简介：成六三（1977），副教授，高级工程师，博士，主要从事环境地质评价工作。6 期195成六三：武隆区耕地粮食变化特征及其压力分析研究在人口消费粮食水平基础上，对一段时期内耕地资源利用状态进行评估，发现各指标对保护耕地能够起到一定的积极作用。黄淇等9-10从研究方法上，利用1个阶段区域耕地数量演化过程的数据，建立了相关函数关系，进而预测了不同时段耕地数量的演变，这对于后期耕地资源保护利用具有参考价值。通过建立粮食生产因子线性回归模型，揭示了耕地粮食资源的生产成因，这对于粮食生产建设具有重要的指导意义。区域耕地粮食资源的数量和质量受阶段性政策、自然因素、社会经济水平、科学技术应用等多方面因素的影响，耕地粮食资源演化过程是一个复杂系统，需要从不同尺度和时间进行研究，才能更为客观地反映其演化过程，进而为后期耕地粮食资源生产保障提供指导和参考。1 研究区概况与研究方法1.1 研究区概况武隆区地处重庆市东南边缘，乌江下游，位于107 13 108 05 E，29 02 29 40 N，全区总面积2882.67km2，2022年总人口406868人，地区生产总值265.9亿元，农业总产值53.2亿元，人均年收入29483元。据2022年武隆区第三次国土调查主要数据公报显示，坡度位于2 以下的耕地331.14hm2，占全区耕地的0.69%；位于2 6(含6)的耕地1876.37hm2，占全区耕地的3.93%；位于6 15(含15)的耕地18934.97hm2，占全区耕地的39.63%；位于15 25(含25)的耕地17679.97hm2，占全区耕地的37.01%；位于25 以上的耕地面积8951.57hm2，占全区耕地的18.74%。该区处于中国南方喀斯特高原丘陵山区，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温17.9，年平均降水量1246.6mm，常年相对湿度为78%。土壤多属黄壤、黄棕壤，其次为紫色土。农业生产主要以种植玉米、小麦、水稻、薯类为主，经济作物主要包括烤烟、贮麻等。1.2 数据来源本研究数据来自于武隆区和重庆市的 统计年鉴（19992021年）以及与耕地保护等相关的研究报告。1.3 研究方法1.3.1 耕地压力指数模型 本研究主要采用模型为耕地压力指数模型11。耕地压力指数是最小人均耕地面积与实际人均耕地面积之比，公式为：K=Smin/S （1）式（1）中：K为耕地压力指数；Smin为最小人均耕地面积（hm2/人），即一定区域范围内为保障食物需求的最小人均耕地面积；S为实际人均耕地面积（hm2/人）。最小人均耕地面积是指在一定区域范围内，在一定食物自给水平和耕地生产力条件下，为了满足人口正常生活的食物消费所需的耕地面积。Smin是食物自给率、食物消费水平、耕地生产力水平等因子的函数，计算公式为：Smin=GrPqk （2）式（2）中：为食物自给率(%)；Gr为人均粮食需求量(kg/人)；P为粮食单产(kg/hm2)；q为粮食播种面积占播种总面积之比(%)；k为复种指数(%)，通过计算1年中各个季节的实际播种总面积除以耕地面积求得的。Smin即为保障一定区域食物安全而需保护的耕地数量的底线。1.3.2 粮食生产波动分析方法 为了评估研究区粮食生产水平，借鉴耕地生产力12、粮食生产波动指数13和双累积曲线方法14综合分析评价区域粮食生产波动状况。评估思路和方法为：1.3.2.1 耕地生产力 一般用单位面积耕地粮食的产量表示耕地生产力大小，用以评估单位面积耕地质量的高低。计算公式为：PR=TS （3）式（3）中：PR为耕地生产力(t/hm2)；T为耕地粮食总产量(t)；S为耕地面积(hm2)。1.3.2.2 粮食生产波动指数（Grain Yield Fluctu-ation Index,GYFI）长期来看，粮食产量并不是一个稳定的变化过程，而是具有一定起伏性、波动性。为了便于表达这种波动性，采用粮食生产波动指数指标，其依据区域耕地生产力与全国平均耕地生产力差值占区域耕地生产力比例来反映粮食生产的波动情况。本研究以研究区耕地生产力和重庆地区耕地生产力的起伏变动趋势来表示粮食生产波动指数，计算公式为：GYFI=PRi-PRjPRj （4）式（4）中：GYFI为粮食生产波动指数；PRi为重庆地区耕地生产力(t/hm2)；PRj为研究区耕地生产力(t/hm2)。1.3.2.3 借鉴双累积曲线法评估其粮食生产波动江 西 农 业 学 报35 卷196的自然和综合技术因素的影响程度 双累积曲线法是在直角坐标系中同时绘制的一个变量的连续累积值与另一个变量的连续累积值的关系曲线，其结果是基于在相同时段内给定的数据成正比，即一个变量的连续累积值与另一个变量的连续累积值在直角坐标上为一条斜率固定的直线，倘若双累积曲线的斜率发生改变，则斜率发生突变点所对应的年份就是2个变量累积关系出现突变的时间。在突变时间点以前建立线性回归方程，并以参照区粮食生产累积量为自变量，代入线性回归方程，计算出突变点以后的研究区理论粮食生产累积量，再分别计算出理论耕地生产力、突变前后实际与理论耕地生产力的差值，以此分析研究区与重庆地区耕地生产力之间的关系。若差值小于零，表示研究区耕地生产力相对重庆地区耕地生产力提升较慢；若差值大于零，则表示研究区耕地生产力相对重庆地区耕地生产力提升较快；若差值等于零，则表示研究区耕地生产力与重庆地区耕地生产力相当。计算公式为：YPRj=kYPRi+（5）YPRj=kYPRi+（6）式（5）式（6）中：YPRj为突变点前研究区累积粮食生产力(t/hm2)；YPRi为突变点前重庆地区累积粮食生产力(t/hm2)；k和为线性回归方程系数；YPRj为突变点后研究区累积粮食生产力(t/hm2)；YPRi为突变点后重庆地区累积粮食生产力(t/hm2)。1.3.3 土地资源承载力指数 耕地粮食承载力指数是基于自足条件下，耕地、粮食与人口的关系。依据相关研究15，我国营养安全的标准参考年人均粮食消费400kg计算土地资源承载力(LCC)和土地资源承载力指数(LCCI)，计算公式为：LCC=GGPC （7）LCCI=PaLCC （8）Rp(%)=Pa-LCCLCC100%=(LCCI-1)100%（9）Rg(%)=LCC-PaLCC100%=(1-LCCI)100%（10）式（7）式（10）中：G为区域粮食总产量(t)；GPC为人均粮食消费标准(kg/人)；Pa为实际人口数量（人）；Rp为人口超载率(%)；Rg为粮食盈余率(%)。依据LCCI的大小，划分出评价标准等级(表1）。表1 LCCI 的分级评价标准类型级别LCCIRp/Rg人均粮食占有量/(kg/人)粮食盈余富富有余LCCI0.500Rg50.0%800富裕0.500LCCI0.75025.0%Rg50.0%533800盈余0.750LCCI0.87512.5%Rg25.0%457533人粮平衡平衡有余0.875LCCI1.0000Rg12.5%400457临界超载1.000LCCI1.1250Rp12.5%356400人口超载超载1.125LCCI1.25012.5%Rp25.0%320356过载1.250LCCI1.50025.0%Rp50.0%267320严重超载1.500LCCIRp50.0%2672 结果与分析2.1 耕地粮食动态变化由图1可知，19992021年武隆区耕地面积总体上趋于下降趋势，耕地资源减少了17.8%。其中包括3个起伏阶段，19992012年耕地面积一直处于减少状态，即耕地面积从1999年的6.91万hm2减少到2012年6.40万hm2，减幅为7.3%，这一时段下降的原因主要是由于退耕还林工程的实施；20132016年与19992012年相比，耕地面积呈上升趋势，基本保持在6.90万hm2；20172021年耕地面积呈现快速减少状态，即耕地面积从2017年的6.84万hm2减少到2021年5.68万hm2，减幅为16.97%，这一时期降幅过大的主要原因是建设用地和新一轮退耕还林工程的实施。19992021年武隆区粮食总产量总体上呈上升趋势，粮食总产量增加了12.5%。其中在2001、2006和2012年粮食总产量出现了减产的情况，特别是2006年粮食总产量下降为14.25万t，为1999年的83.72%和2021年的74.41%，其主要原因是重庆地区长时间的干旱所导致的粮食减产。由图2可知，19992021年武隆区粮食单产变化较为复杂。在2001、2006、2012和2015年粮食6 期197成六三：武隆区耕地粮食变化特征及其压力分析单产均出现了低点，除了受气候干旱的影响外，也受到耕地面积减少的制约。虽然20152021年粮食单产呈上涨的趋势，但2021年粮食单产水平为2014年的94.95%。年份20191817161514粮食总产量/万t7.57.06.56.05.55.0耕地面积/万hm2粮食总产量图1 19992021年武隆区耕地粮食动态变化年份粮食单产/(kg/hm2)图2 19992021年武隆区粮食单产变化趋势2.2 耕地压力指数动态变化由图3可知，19992021年武隆区在人均粮食消费300和400kg/人水平下的耕地压力指数K300和K400变化趋势总体上呈现出一致性，但耕地压力指数K400整体上大于K300，K300均小于1.0，K400基本上在0.93以上，处于耕地压力临界状态。表明当人均粮食消费在300kg/人水平以下时，武隆区耕地呈无压力状态，耕地资源较富裕；当人均粮食消费在400kg/人水平以下时，武隆区耕地压力指数K400基本呈现接近1.0或大于1.0的状态，耕地资源处于临界或紧张状态，则需要调控耕地面积，以保障粮食生产。结合图1进行综合分析可知，无论耕地压力指数K300或K400，其起伏较高点均与气候干旱年份相对应。在20192021年耕地面积减少情况下，K400也小于1.0，主要是由于粮食单产水平的增加。2.3 耕地生产力动态变化2.3.1 粮食生产波动指数动态变化 对19992021年重庆地区和武隆区的耕地生产力进行对比（图4）可知，重庆地区耕地生产力明显高于武隆区的。前者是后者的1.89倍，其中19992007年重庆地区平均耕地生产力是武隆区的2.47倍，20082021年重庆地区平均耕地生产力是武隆区的1.52倍。从整个研究时段看，2002年重庆地区耕地生产力与武隆区的差距最大，约为其2.65倍；2010和2011年重庆地区耕地生产力与武隆区的差距最小,约为其1.321.33倍。这可能是由于武隆区耕地面积坡地比例较高，随着退耕还林工程的实施，大量的坡耕地转换为林地，重庆地区和武隆区的耕地生产力水平比值才逐渐下降。综上，粮食生产波动指数与耕地生产力变化基本相同。年份图3 19992021年武隆区耕地压力指数动态变化年份耕地生产力/(kg/hm2)图4 19992021年武隆区粮食生产波动动态变化2.3.2 累积耕地生产力关系 由表2可知，通过双累积曲线线性回归了武隆区和重庆地区累积耕地生产力关系，武隆区累积耕地生产力可分为4个阶段：19992007年，武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.398x+472.65(R2=0.999）；20082013年武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.740 x-22994.00(R2=0.999）；20162021年武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.650 x-15987.00(R2=0.999）。对比这3个江 西 农 业 学 报35 卷198阶段线性回归方程的斜率依次排序为20082013年斜率20162021年斜率20142016年斜率19992007年斜率，斜率越大，武隆区耕地生产力水平提高越快，则缩小了与重庆地区耕地生产力水平的差距，这与实际耕地生产力相符合。由图4和表2对比分析可知，经线性回归方程计算，19992007年武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为-1290.06kg/hm2，这表明19992007年武隆区耕地生产力水平提升速度远低于重庆地区耕地生产力水平速度；20082013年，武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为562.91kg/hm2，这表明20082013年武隆地区耕地生产力水平提升速度高于重庆地区耕地生产力速度；20162021年，武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为-473.27kg/hm2，这表明20162021年武隆区耕地生产力水平提升速度小于重庆地区耕地生产力速度。从整体研究时段来看，武隆区耕地生产力水平与重庆地区耕地生产力水平差距不断缩小。这些变化主要归功于农田水利设施的改善、农业投资的增加以及高标准农田建设等方面的举措。表2 武隆区与重庆地区累积耕地生产力线性回归分析 kg/hm2时间段武隆区实际耕地生产力均值时间段后期（20082021年）线性回归的理论耕地生产力均值时间段后期（20082021年）线性回归的实际耕地生产力均值武隆区耕地生产力理论实际差值19992007年3062.161912.733202.79-1290.0620082013年3233.903549.162986.25562.9120162021年3214.092549.163022.43-473.27注：因2014和2015年耕地生产力数据差异较大，本文未进行回归分析。2.4 土地资源承载力指数参照LCCI的分级评价标准（表1），结合对图5的分析可知，19992021年武隆区LCCI类型级别为盈余的年份有3个、级别为平衡有余的年份有16个、级别为临界超载的年份有3个、级别为超载的年份有1个，且对应的概率分别为13.04%、69.57%、13.04%和4.35%。总体上看，武隆区整体处于人粮平衡的状态，仅在2006年出现了超载状态，其主要原因是2006年重庆地区长时间干旱造成了粮食减产。年份图5 武隆区土地资源承载力指数变化3 结论通过对19992021年武隆区耕地粮食资源特征变化及其压力进行系统分析，主要得出以下结论：（1）19992021年，武隆区耕地资源总量减少幅度约为17.8%，特别在20172021年，占到耕地资源减少量的93.8%；粮食总产量增加了12.5%，在20122021年粮食总产量连续增长，年均增长率为1.66%。综合耕地资源和粮食总产量一减一增，耕地粮食单产水平变化较为复杂，波动起伏较多。（2）当武隆区在人均粮食消费400kg时，耕地压力指数基本上在0.93以上，武隆区耕地压力处于临界状态，未来需要调控耕地数量。（3）武隆区耕地生产力水平与重庆地区耕地生产力水平差距逐渐缩小，特别在2018年以后，武隆区耕地生产能力提升速度高于重庆地区耕地生产力提升速度，但与重庆地区耕地生产力总体水平还有一定差距。（4）武隆区耕地粮食人口承载力指数基本上处于人粮平衡状态，耕地粮食资源还将面临压力。总之，根据武隆区耕地粮食资源的变化特征，结合耕地多为坡地资源组成的特点，应重点加大高标准农田建设，整体提升农田水利设施建设等，进而缓解耕地粮食资源面临的压力，促进社会经济的可持续和高质量发展。参考文献：1 聂英.中国粮食安全的耕地贡献分析 J.经济学家,2015,193(1):83-93.2 武玲竹.粮食主产区耕地压力动态演变研究 D.石河6 期199成六三：武隆区耕地粮食变化特征及其压力分析子:石河子大学,2022.3 居祥.我国土地督察制度的耕地保护绩效研究 D.南京:南京大学,2016.4 成六三.陕北黄土高原退耕还林（草）工程综合效益评价研究:以榆林南部六县为例 D.杨凌:中国科学院大学（中国科学院教育部水土保持与生态环境研究中心）,2011.5 梁鑫源,金晓斌,孙瑞,等.多情景粮食安全底线约束下的中国耕地保护弹性空间 J.地理学报,2022,77(3):697-713.6 黄天能,许进龙.近40年来广西耕地非农化的时空演变特征、成因与对策 J/OL.中国农业资源与区划:1-122023-06-26.http:/ 成六三,时伟宇.退耕对县域耕地压力效应的影响分析研究:以武隆县为例 J.中国农业资源与区划,2018,39(3):201-206.8 钱凤魁,迟艳茹,徐欢,等.20062020年沈阳市耕地多功能权衡协同关系演变分析 J.中国土地科学,2022,36(10):31-41.9 黄淇,牟凤云,张用川,等.基于ANN-CA模型的重庆市多级流域耕地景观格局演化及预测 J.水土保持研究,2023,30(1):379-387.10 阴柯欣,商庆凯,米文宝.宁夏耕地生产力与粮食安全耦合关系及趋势预测 J.干旱区资源与环境,2020,34(7):37-45.11 李玉平,蔡运龙.区域耕地人口粮食系统动态分析与耕地压力预测:以河北省邢台市为例 J.北京大学学报:自然科学版,2007,43(3):79-83.12 贺祥,熊康宁.岩溶山区石漠化与耕地压力和粮食安全问题的耦合分析 J.贵州农业科学,2014,42(2):177-181.13 刘东,封志明,杨艳昭,等.中国粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局现状 J.农业工程学报,2011,27(7):1-6.14 穆兴民,张秀勤,高鹏,等.双累积曲线方法理论及在水文气象领域应用中应注意的问题 J.水文,2010,30(4):47-51.15 封志明,杨艳昭,张晶.中国基于人粮关系的土地资源承载力研究:从分县到全国 J.自然资源学报,2008,23(5):865-875.（责任编辑：管珊红）（上接第185页）21 熊涛,王蕾,杨鑫.不同融合方法及空间分辨率对遥感影像融合质量影响的研究 C/成都理工大学地球科学学院,四川省矿物岩石地球化学学会,“构造与成矿成藏”国土资源部重点实验室(成都理工大学)等,资源环境与地学空间信息技术新进展学术会议论文集.北京:科学出版社,2016.22 黄青霞.不同融合方法及空间分辨率对遥感影像融合质量影响的研究 D.昆明:昆明理工大学,2013.23 张艳超,杨海龙,信忠保,等.基于面向对象和无人机影像的黄土高原丘陵区小流域梯田提取研究 J.水土保持学报,2023,37(3):139-146.24 杨杰,张莹莹,王建雄,等.利用NDVI与EVI再合成的植被指数算法 J.遥感信息,2020,35(5):127-133.25 CohenJ.WeightedKappa:Nominalscaleagreementwithprovisionforscaleddisagreementorpartialcredit J.PsychologicalBulletin,1968,70(4):213-220.（责任编辑：管珊红）