亞森江·喀哈爾，王敬哲，呂光輝,3，劉志輝

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3. 新疆大學(xué)干旱生態(tài)研究所，烏魯木齊 830046)

基于耕地壓力指數(shù)的新疆糧食安全狀況研究

亞森江·喀哈爾1,2，王敬哲1,2，呂光輝1,2,3，劉志輝2,3

(1.新疆大學(xué)資源與環(huán)境科學(xué)學(xué)院，烏魯木齊 830046；2.新疆大學(xué)綠洲生態(tài)教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，烏魯木齊 830046；3. 新疆大學(xué)干旱生態(tài)研究所，烏魯木齊 830046)

目的研究新疆1949～2012年64年的耕地面積和糧食產(chǎn)量的變化趨勢，并針對(duì)耕地壓力指數(shù)變化的特點(diǎn)，預(yù)測新疆未來10年的糧食安全狀況，為新疆糧食安全提出相應(yīng)的對(duì)策。方法運(yùn)用最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型以及GM(1，1)灰色預(yù)測模型定量分析新疆糧食安全程度。結(jié)果1949～2012年新疆最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)呈增加趨勢，并且在未來10年耕地壓力指數(shù)仍將大于1且呈顯著增長趨勢。結(jié)論新疆的糧食安全形勢將愈加嚴(yán)峻，大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、增加農(nóng)業(yè)科技投入、確保耕地“占-補(bǔ)”平衡等對(duì)策來保障糧食安全。

耕地壓力指數(shù)；糧食安全；灰色預(yù)測

0 引 言

【研究意義】新疆是我國重要的糧食和棉花生產(chǎn)基地，有著豐富的光熱資源和得天獨(dú)厚的地理?xiàng)l件。隨著西部大開發(fā)戰(zhàn)略的穩(wěn)步實(shí)施，新疆加大了對(duì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整和城鎮(zhèn)基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度，致使耕地資源保有量面臨著新的嚴(yán)峻挑戰(zhàn)[1-2]。因此，保障基本耕地面積，提高糧食生產(chǎn)水平，增強(qiáng)糧食有效供給，對(duì)確保新疆的糧食安全以及促進(jìn)新疆社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定協(xié)調(diào)發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】目前，國內(nèi)很多學(xué)者在耕地?cái)?shù)量變化對(duì)糧食安全的影響上進(jìn)行了深入研究。蔡運(yùn)龍等[3]認(rèn)為以最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)作為糧食安全的基本標(biāo)準(zhǔn)，具有顯著的科學(xué)性和可操作性，可以做到因地制宜地兼顧食物安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)土地的需求；陳佑啟[4]認(rèn)為耕地利用變化對(duì)糧食生產(chǎn)的影響主要表現(xiàn)在對(duì)糧食生產(chǎn)面積、糧食生產(chǎn)環(huán)境及糧食生產(chǎn)水平三個(gè)方面的影響；郭毅[5]認(rèn)為耕地利用結(jié)構(gòu)變化對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)減弱，然而其對(duì)糧食生產(chǎn)的制約性漸強(qiáng)。國內(nèi)學(xué)者對(duì)中國不同省區(qū)的糧食安全及供應(yīng)預(yù)測方面的研究較多，包括李福奪，喻保華等[6-16]學(xué)者利用各種不同方法和模型對(duì)未來中國不同省區(qū)的糧食安全狀況做出了判斷分析；在有關(guān)新疆糧食生產(chǎn)與糧食安全問題上也進(jìn)行了一定的研究，如阿依吐爾遜·沙木西，陶永紅等[17-22]的研究。【本研究切入點(diǎn)】目前尚未見到對(duì)新疆糧食安全的研究。利用新疆1949～2012年耕地面積、糧食產(chǎn)量等相關(guān)數(shù)據(jù)，結(jié)合最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型及灰色預(yù)測模型，研究新疆耕地面積和糧食產(chǎn)量的變化趨勢?！緮M解決的關(guān)鍵問題】應(yīng)用耕地壓力指數(shù)和灰色預(yù)測法，研究1949年以來新疆耕地壓力指數(shù)和糧食安全相互關(guān)系，為合理利用土地資源、協(xié)調(diào)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與耕地壓力之間的矛盾提供幫助。

1 材料與方法

1.1材料

新疆地處亞歐大陸腹地，我國的西北邊陲，地理位置為73°32′～96°21′E，34°22′～49°33′N。新疆下轄3個(gè)地級(jí)市、6個(gè)地區(qū)、5個(gè)自治州，截至2012年新疆總?cè)丝? 232.78×104人，年末實(shí)有耕地面積513.5×104hm2，人均耕地面積0.230 hm2，糧食總產(chǎn)量1 259.83×104t，人均糧食產(chǎn)量564.24 kg。此外，新疆又是我國重要的農(nóng)墾地區(qū)，區(qū)域的農(nóng)業(yè)活動(dòng)主要發(fā)生在綠洲及其周邊區(qū)域，綠洲農(nóng)業(yè)供養(yǎng)了全疆95%以上的人口，是新疆穩(wěn)定發(fā)展與長治久安的基本命脈[23]。

研究中1949～2004年糧食產(chǎn)量、耕地面積和人口相關(guān)數(shù)據(jù)來源于《新疆五十年》，2004～2012年糧食產(chǎn)量和人口數(shù)據(jù)來自于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》，2004～2012年耕地面積數(shù)據(jù)來自于《新疆年鑒》。由于選取的指標(biāo)時(shí)間序列長(1949～2012年) ，部分?jǐn)?shù)據(jù)出現(xiàn)了時(shí)間序列長度不夠或空缺等問題，研究對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行了插補(bǔ)和延長；在此基礎(chǔ)上相互校正并補(bǔ)充資料，最終整理出新疆1949～2012年完整的數(shù)據(jù)資料。

1.2 方 法

運(yùn)用最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)模型以及GM(1，1)灰色預(yù)測模型進(jìn)行計(jì)算得到新疆的耕地壓力指數(shù)，進(jìn)而對(duì)新疆糧食安全程度進(jìn)行定量分析。

1.2.1 最小人均耕地面積模型

最小人均耕地面積是人均耕地面積的警戒值，是為確保一定區(qū)域糧食安全所需保護(hù)的耕地?cái)?shù)量的底線。低于最小人均耕地面積，糧食安全將會(huì)受到威脅。計(jì)算公式如下:

(1)

其中Smin為最小人均耕地面積(hm2/人)；β為糧食自給率(%)；G為人均糧食需求量(kg/人)；P為糧食單產(chǎn)(kg/hm2)；q為糧食播種面積占總播種面積之比(%)；k為復(fù)種指數(shù)(%)。

1.2.2 耕地壓力指數(shù)

耕地壓力指數(shù)是最小人均耕地面積與實(shí)際人均耕地面積的比值，如下式：

K=Smin/Sa.

(2)

式中:K為耕地壓力指數(shù);S為實(shí)際人均耕地面積(hm2/人)。

耕地壓力指數(shù)是測度糧食安全程度的指標(biāo)，給出了耕地保護(hù)閾值，可以衡量一個(gè)地區(qū)耕地資源的稀缺和沖突程度，即當(dāng)K值大于1時(shí)，糧食供給小于需求，糧食處于不安全狀態(tài)；當(dāng)K值等于1時(shí)，糧食供需平衡；當(dāng)K小于1時(shí)，糧食供給大于需求，糧食處于安全狀態(tài)。

1.2.3 GM(1，1)灰色預(yù)測模型

鄧聚龍教授[24]在1982年創(chuàng)立的灰色系統(tǒng)理論是研究“少數(shù)據(jù)、貧信息、不確定性問題”的有效方法?；疑到y(tǒng)理論核心內(nèi)容之一的GM(1，1)模型特別適合于土地利用與糧食生產(chǎn)方面的預(yù)測?；疑A(yù)測就是對(duì)某一指標(biāo)在未來各個(gè)時(shí)刻的具體數(shù)值所作的預(yù)測。GM(1，1)模型的具體建模過程見文獻(xiàn)[25]。

2 結(jié)果與分析

2.1 耕地資源變化

研究表明，1949～2012年間，新疆的耕地面積整體上處于持續(xù)上升的趨勢。1949新疆年末實(shí)有耕地面積為1 209.70×103hm2，到2012年耕地面積增加為3 904×103hm2。64年間共增加耕地面積2 694.30×103hm2，年均增加42.10×103hm2。新疆耕地面積變化經(jīng)歷了迅速增加→波動(dòng)變化→動(dòng)態(tài)保持→緩慢回升的變化歷程。第一階段為1949～1960年，耕地面積迅速增加，1949年底新疆的耕地面積僅為1 209.70×103hm2，到1960年底已經(jīng)突破了3 000×103hm2，年增長率13.33%。政策對(duì)耕地具有重要的調(diào)控作用[26]，耕地?cái)?shù)量迅速增加，并對(duì)國民經(jīng)濟(jì)的恢復(fù)和發(fā)展起到了有效的促進(jìn)作用[27]。第二階段為1961～1970年，耕地面積波動(dòng)變化，經(jīng)歷了兩次減少和一次增加的過程。1960～1963年，耕地面積從3 145.11×103hm2減小到3 021.71×103hm2，此后持續(xù)增長，至1967年達(dá)3 376.83×103hm2，1970年時(shí)又降到了3 131.86×103hm2。耕地面積震蕩波動(dòng)[28]。第三階段為1971～2004年，耕地面積保持動(dòng)態(tài)平衡，耕地總量有微小的波動(dòng)變化，但基本穩(wěn)定在 3 200×103hm2。第四階段為恢復(fù)增長階段2005～2012年，耕地面積由本階段初期的4 063.4×103hm2增長至末期的5 135×103hm2，采用生態(tài)自我修復(fù)與人工治理相互結(jié)合的方式加速了耕地?cái)?shù)量的增加。整個(gè)發(fā)展歷程中新疆受水資源不足、鹽漬化的影響，新疆耕地變化呈現(xiàn)開荒—耕作—棄耕往復(fù)循環(huán)的特點(diǎn)[29]。圖1

2.2 糧食產(chǎn)量變化

研究表明，糧食總產(chǎn)從1949年的84.77×104t到2012年的1 259.83×104t，64年的時(shí)間里糧食產(chǎn)量凈增1 175.06×104t。糧食單產(chǎn)從1949年的700.75 kg/hm2增加到2012年的2 453.42 kg/hm2，而2009年的單產(chǎn)高達(dá)2 767.76 kg/hm2。圖2

新疆 1949至2012年人均糧食產(chǎn)量與人均耕地面積的變化。圖3

圖1 新疆1949～2012年總?cè)丝凇⒏孛娣e的變化
Fig.1 The changes of total population and cultivated area in Xinjiang from 1949 to 2012

圖2 新疆 1949～2012年糧食總產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)的變化

Fig.2ThevarietyofgrainyieldandgrainyieldperunitareainXinjiangduring1949-2012

圖3 新疆1949～2012年人均糧食產(chǎn)量、人均耕地面積的變化
Fig.3 The changes of per capita grain production and arable land area in Xinjiang during 1949-2012

用SPSS 19.0軟件對(duì)糧食產(chǎn)量的變化進(jìn)行相關(guān)分析。將時(shí)間作自變量t，糧食總產(chǎn)量作因變量y1，糧食單產(chǎn)作因變量y2。據(jù)此建立時(shí)間序列與糧食產(chǎn)量的回歸模型為：

y1= 16.367t-31 916(R2= 0.933 4，n=64)。y2= 35.44t-68 680(R2= 0.855 6，n=64)。 通過計(jì)算可知64年來新疆的糧食總產(chǎn)量在84.77×104t的基礎(chǔ)上，平均每年以18.36×104t的速度遞增，糧食單產(chǎn)在700.75 kg/hm2的基礎(chǔ)上以每年27.38 kg/hm2的速度遞增。1949～2012年新疆糧食總產(chǎn)和單產(chǎn)都有了很大提高，并且單產(chǎn)的增加速度大于總產(chǎn)。圖3

基于以上耕地、糧食的動(dòng)態(tài)情況分析，可以得出最小耕地面積(Smin)和耕地壓力指數(shù)(K)的變化。推算新疆1949～1960年，1961～1970年，1971～1980年，1981～1990年，1991～2000年，2001～2012年的人均糧食需求量分別在230、280、320、360、390和420 kg浮動(dòng)變化[30-31]。鑒于我國糧食自給程度很高，研究糧食自給率統(tǒng)一采用100%；以此計(jì)算，可知在研究期內(nèi)K值總體變化呈上升趨勢，新疆耕地壓力越來越大。但期間存在一定的波動(dòng)，根據(jù)波動(dòng)狀況可以將整個(gè)變化過程分為4個(gè)階段：(1)1949～1970年，K值在1949年的1.423至1970年的1.246波動(dòng)變化；(2)1971～1984年，K值穩(wěn)定在1.623左右，處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)，耕地壓力穩(wěn)定；(3)1985～2006年，受改革開放和人口生育高峰影響K值呈增長趨勢，并達(dá)到建國以來的最高值3.100，耕地壓力巨大；(4)2007～2012年耕地面積迅速增加，耕地壓力指數(shù)處于快速下降趨勢。但K值仍大于1 ，說明耕地處于超負(fù)荷狀態(tài)。耕地壓力指數(shù)波動(dòng)變化的原因與上述糧食總產(chǎn)量和耕地變化的原因基本一致。圖4

圖4 新疆1949-2012年耕地壓力指數(shù)變化
Fig.4 The changes of cultivated land pressure index in Xinjiang during 1949-2012

2.3 新疆耕地壓力指數(shù)的灰色GM(1，1)預(yù)測

自1949年以來的耕地壓力指數(shù)的數(shù)據(jù)，利用DPS V15.10軟件中的GM(1，1)模型，得到相應(yīng)的耕地壓力指數(shù)灰色GM(1，1)預(yù)測模型如下:

x(t+1)=89.5587e0.1221t-88.135 7.

(3)

(4)

由此得到的殘差平方和為0.592 536，平均相對(duì)誤差為4.676%，相對(duì)精度高于90%，模型可信，預(yù)測值可用。

根據(jù)(3)、(4)式預(yù)測模型，對(duì)2018～2027年的耕地壓力指數(shù)進(jìn)行了預(yù)測。預(yù)測結(jié)果顯示：2018～2027年的耕地壓力指數(shù)都大于1而且將持續(xù)增大，這說明此期糧食供給小于需求且差距越來越大。表1

表1 新疆2018～2027年耕地壓力指數(shù)預(yù)測結(jié)果
Table 1 Prediction results of cultivated land pressure index in 2018-2027 in Xinjiang

年份Years預(yù)測值Predictivevalue20181 169120191 183420201 197920211 212720221 227520231 242620241 257920251 273320261 289020271 3048

3 討 論

3.1 新疆糧食安全的制約因素

3.1.1 耕地生產(chǎn)能力低

新疆受干旱氣候的影響，土壤砂質(zhì)含量高，水分少，熱容量小，增溫、降溫迅速，有機(jī)質(zhì)積累少消耗快，土壤肥力不高，農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境十分脆弱。2000～2012年，新疆化肥使用量增加了143.46%。農(nóng)藥及化肥的大量使用造成了耕地生產(chǎn)能力的降低。耕地質(zhì)量在人為和自然雙重因素的作用下不斷退化。表2

表2 2000～2012年新疆化肥使用量(折純量)
Table 2 Fertilizer usage (discounted amount)ofXinjiangin2000-2012(104t)

3.1.2 水資源不足

農(nóng)業(yè)用水量在整個(gè)新疆用水量中占95%，隨著人工綠洲的迅速擴(kuò)展(從1950～2003年，綠洲面積擴(kuò)張了5倍[32])，使流域的水資源分布發(fā)生了變化，降水少、蒸發(fā)大的氣候特點(diǎn)以及特殊的地理格局使土壤沙化鹽漬化程度不斷加劇。

3.1.3 農(nóng)村市場化及創(chuàng)新程度較低

新疆的農(nóng)村市場化組織程度低，在一定程度上制約著新疆的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品流通。另一方面，由于新疆農(nóng)村勞動(dòng)力初中以上人數(shù)僅占總勞動(dòng)力的 14.3%，低于全國16.98%的平均水平，在各省市中排在倒數(shù)第5；勞動(dòng)力數(shù)量也不足，耕地占有的勞動(dòng)力數(shù)量僅為1.67人[33]，這也在一定程度上制約著新疆的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和農(nóng)產(chǎn)品流通。

3.2 確保新疆糧食安全的必要性及其對(duì)策

糧食安全事關(guān)新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定的大局[34]。雖然新疆作為中國的一個(gè)農(nóng)業(yè)大區(qū)(是中國最具增糧空間的省區(qū)之一[35]，宜農(nóng)荒地達(dá)10 000×103hm2，占全國宜農(nóng)荒地資源的20%以上)。

3.2.1 增加農(nóng)業(yè)科技投入

糧食產(chǎn)量的增加必須依靠物質(zhì)、技術(shù)的高投入以提高糧食單產(chǎn)來實(shí)現(xiàn)[36]。加大農(nóng)業(yè)科技強(qiáng)度，推動(dòng)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)村信息化的建設(shè)，依靠科技進(jìn)步來提高糧食的單產(chǎn)和品質(zhì)。通過培訓(xùn)等方式提高農(nóng)村勞動(dòng)力的素質(zhì)，積極調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)，實(shí)施集約化生產(chǎn)經(jīng)營，提高糧食單產(chǎn)，穩(wěn)定糧食總產(chǎn)。

3.2.2 大力發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)

改善新疆農(nóng)田基本生產(chǎn)條件，加大農(nóng)業(yè)水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的力度，推廣高效節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)(膜上灌溉、噴灌、滴灌等技術(shù)的應(yīng)用對(duì)糧食總產(chǎn)的提高可發(fā)揮重要的作用)。此外，發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)也在緩解各業(yè)用水需求之間的矛盾，尤其是對(duì)生態(tài)用水的保障，進(jìn)行綠洲外圍的生態(tài)屏障的建設(shè)，保證綠洲內(nèi)部的耕地安全等方面起著重要作用[37-38]。

3.2.3 確保耕地“占-補(bǔ)”平衡

增強(qiáng)對(duì)耕地資源的保護(hù)力度，確保現(xiàn)有的耕地?cái)?shù)量并在一定程度上提高質(zhì)量，是確保區(qū)域糧食安全的重要措施。耕地是糧食生產(chǎn)活動(dòng)最基本的生產(chǎn)資料，是其他物質(zhì)或資源無法比擬的[39-40]。貫徹落實(shí)耕地保護(hù)責(zé)任制，確保耕地“占-補(bǔ)”平衡，積極推進(jìn)土地資源的復(fù)墾與開發(fā)。

4 結(jié) 論

4.1 1949～2012年新疆耕地面積和糧食產(chǎn)量呈逐年增加趨勢，隨著人口數(shù)量的逐年增加，最小人均耕地面積和耕地壓力指數(shù)也呈增加趨勢，說明新疆在過去64年里，受諸多因素影響，耕地壓力指數(shù)波動(dòng)較大，糧食需求量因人口的持續(xù)增長及人民生活水平的提高而剛性增長，糧食的供給小于需求，存在糧食安全隱患。

4.2 GM(1，1)模型預(yù)測表明在未來10年，耕地壓力指數(shù)仍將大于1，且呈顯著增長趨勢。在此期間糧食供需差距加大，糧食安全問題形勢比較嚴(yán)峻。

4.3 根據(jù)新疆較低的耕地生產(chǎn)能力、水資源不足和市場化程度低等制約因素提出了發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)、增加科技投入、確保耕地“占-補(bǔ)”平衡。

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Abstract：【Objective】 To study the changing tendency of cultivated land and grain yield in Xinjiang in the past 64 years and forecast the food security situation in Xinjiang in the next 10 years according to the characteristics of cultivated land pressure index, and corresponding countermeasures to ensure grain security in Xinjiang will be put forward.【Method】The minimum per capita arable land area and the cultivated land pressure index model and the GM (1,1) gray prediction model were used to quantitatively analyze the food safety level in Xinjiang.【Result】The minimum per capita arable land area and cultivated land pressure index of Xinjiang increased from 1949 to 2012, and the cultivated land pressure index in the next 10 years would be greater than 1 and showed a significant growth trend.【Conclusion】Xinjiang's food security is unsafe and the future food security situation will become more and more serious. In view of this situation, it is proposed to develop water-saving agriculture, increase agricultural science and technology investment and maintain the amount of cultivated land to ensure food security.

Keywords: cropland pressure index; grain security; gray prediction

GrainSecurityofXinjiangBasedonCroplandPressureIndex

Yasenjiang Kahar1,2, WANG Jing-zhe1,2, Lü Guang-hui1,2,3, LIU Zhi-hui2,3

(1.CollegeofResourcesandEnvironmentSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;2.KeyLaboratoryofOasisEcology,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China;3.InstituteofAridEco-environmentalSciences,XinjiangUniversity,Urumqi830046,China)

10.6048/j.issn.1001-4330.2017.09.021

S-03

A

1001-4330(2017)09-1737-09

2017-04-18

國家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目“干旱區(qū)湖泊流域陸面過程及人類活動(dòng)適應(yīng)性—以艾比湖為例”(41130531)

亞森江·喀哈爾(1993- )，男，新疆阿克蘇人，碩士研究生，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)資源與環(huán)境遙感應(yīng)用，(E-mail)ysj_0801@163.com

呂光輝(1963- )，男，山東青島人，教授，研究方向?yàn)楦珊祬^(qū)生態(tài)學(xué)，(E-mail)ler@xju.edu.cn

Supported by: Key Program of National Natural Science Foundation of China "Land Surface Process and Adaptability of Human Activities in Lake Basin of Arid Area - Taking Ebinur Lake as an Example" (41130531)

Corresponding author：Lü Guang-hui (1963-), male, native place: Qingdao, Shandong. Professor, research field: Arid area ecology. (E-mail) ler@xju.edu.cn