鄭亞楠，張鳳榮※，謝 臻，張?zhí)熘?，?超，王秀麗

(1.中國農業(yè)大學土地科學與技術學院，北京 100193； 2.自然資源部農用地質量與監(jiān)控重點實驗室，北京 100193； 3.河南農業(yè)大學資源與環(huán)境學院，鄭州 450002)

0 引言

中國擁有全球21%的人口，但耕地占有量卻不足世界耕地總量的9%[1， 2]。隨著經濟的發(fā)展，人口的增加，中國對糧食的需求量將會持續(xù)增加，糧食安全涉及國家安全，必須始終把解決好十幾億人口吃飯問題作為治國安邦的頭等大事[3-5]。相關統計表明，截止2015年，中國糧食生產已實現“十二連增”，產量突破6億噸，但耕地面積減少、灌溉用水短缺等約束糧食生產的問題仍是導致中國糧食供需結構處于次平衡狀態(tài)的潛在因素[6， 7]。黨的十九大報告明確提出要“確保國家糧食安全，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中”，可見，國家對于糧食安全的高度重視。鞏固和提升糧食生產能力是確保國家糧食安全的根本所在[8， 9]，但建設用地的占用、農業(yè)結構的調整等原因，造成耕地總面積始終呈現下降趨勢[10-12]。此時，國家藏糧于技戰(zhàn)略的實施，就顯得尤為重要。依靠農業(yè)科技進步提高糧食單產是藏糧于技戰(zhàn)略的核心部分，也是提高全國耕地糧食生產能力的關鍵[13]。

耕地糧食生產能力是指一定區(qū)域內，由當地的自然條件和技術經濟條件決定的糧食作物或糧食作物組合所能達到的最大產量。目前關于糧食生產能力的測算，大多采用的是機制法和產量調查法[14-16]。機制法應用較為普遍，但對于不同的研究區(qū)，模型參數需要做相應調整，而目前中國缺少相應的參數或者所需參數很少做系統的試驗測定，測算結果與中國作物的真實生產能力有一定偏差[16]。調查法是通過對農業(yè)生產機構和個人的廣泛調查，獲取高產穩(wěn)產田糧食作物產量，以此為參照估算耕地糧食生產能力，這種方法將作物的生長過程作為“黑箱”處理，所獲得的糧食作物生產能力更具現實性[17]。為了使測算結果貼近現實糧食產量，中國耕地糧食生產能力研究多采取“反彈琵琶”的逐級修正法。綜合權衡，全國尺度上耕地糧食生產能力的測算采用產量調查法更合理。鑒于糧食作物品種的區(qū)域試驗產量既是作物品種在大田生產的條件下可以實現的產量，又是經過農業(yè)部門審定的產量，因此可以作為測算糧食作物生產能力的單產基礎。其另一大優(yōu)勢在于，測算過程中借鑒了機制法測算作物單產潛力的結果，對基于作物區(qū)試產量測算出的作物單產能力進行補充、修正。文章研究的創(chuàng)新之處在于，以作物區(qū)域試驗產量作為基礎數據，測算各農業(yè)生態(tài)小區(qū)糧食作物單產能力，并對全國耕地糧食總生產能力做進一步核算。糧食作物審定品種的區(qū)域試驗產量是當前自然和技術條件下高產田可以實現的產量，用該單產水平測算中國耕地的糧食生產能力更具現實意義。通過對比分析糧食單產的提升，研究是否可以通過藏糧于技實現國家糧食安全，還是必須藏糧于技、藏糧于地雙管齊下，才能夠保證國家糧食安全。

1 數據來源與研究方法

1.1 數據來源

2004年和2016年各省及全國糧食作物審定品種的數據由中國種子信息網、中國種業(yè)商務網、中國種子集團公司、中國水稻信息網等[注]中國種子信息網http：//www.seedchina.com.cn/，中國種業(yè)商務網http：//www.chinaseed114.com/，中國種子集團公司 http：//www.chinaseeds.com.cn/，中國水稻信息網http：//www.chinariceinfo.com/網站搜集獲取。其中， 2004年數據包含了368個小麥品種、438個玉米品種、454個水稻品種、99個甘薯品種的審定材料； 2016年數據包含了389個小麥品種、321個玉米品種、533個水稻品種、103個甘薯品種的審定材料，主要包括各個品種的氣候、水肥管理要求、生長特性、區(qū)域試驗產量、適種區(qū)域等。1996年和2004年全國各縣的耕地亞類的面積來源于國土資源部。各省糧食作物單產數據來源于《中國統計年鑒》(2005、2017)及各省統計年鑒。

1.2 研究方法

1.2.1 農業(yè)生態(tài)分區(qū)及種植制度的確定

種植制度作為一個地區(qū)或生產單位的作物組成與配置、熟制與種植方式(間作、套作、輪連作)的綜合，是測算耕地糧食單產能力的基礎，包括種什么作物、種多少、一年種一茬還是多茬，種植方式是采用間作、套作、移栽，還是單作或平播，不同生產季節(jié)或年份作物的輪換順序或連作等[18]。種植制度通常受自然和技術經濟條件的雙重影響，在自然條件和經濟發(fā)展水平相似的區(qū)域內，種植制度會呈現出一定程度的相似性。國家“九五”科技攻關項目的子專題“中國農業(yè)生態(tài)區(qū)劃方案”把全國劃分為12個農業(yè)生態(tài)區(qū)、49個農業(yè)生態(tài)亞區(qū)、105個農業(yè)生態(tài)小區(qū)。每個農業(yè)生態(tài)小區(qū)都是一個自然條件、社會經濟條件相對均一的區(qū)域，有著相同或相似的種植制度。因此，該文直接采用“中國農業(yè)生態(tài)區(qū)劃方案”的研究結果，以每個農業(yè)生態(tài)小區(qū)作為耕地糧食單產能力研究的基本單位。

參考《農用地分等規(guī)程》中的“全國標準耕作制度方案”，征詢農學、耕作學相關專家的意見，對其進行簡化、調整，確定各農業(yè)生態(tài)小區(qū)的種植制度。此種植制度的確定，不考慮社會經濟因素，而只考慮能夠充分發(fā)揮當地氣候生產潛力的作物或作物組合。

1.2.2 作物單產能力測算

根據作物品種的區(qū)域試驗產量以及適種區(qū)域，整理匯總出2004年和2016年兩個階段各農業(yè)生態(tài)小區(qū)種植的糧食作物審定品種的區(qū)域試驗產量。各農業(yè)生態(tài)小區(qū)糧食作物單產能力的測算，根據式(1)。

(1)

式(1)中，yc表示某一農業(yè)生態(tài)小區(qū)內某種糧食作物的單產能力；ybi表示該農業(yè)生態(tài)小區(qū)內該作物第i個品種近年區(qū)域試驗的平均產量；n表示搜集到的該農業(yè)生態(tài)小區(qū)內該作物參與區(qū)域試驗的品種個數。

需要說明的是，并不是每個農業(yè)生態(tài)小區(qū)都有種植制度所涉及的糧食作物的區(qū)域試驗產量記錄，例如，種植制度涉及夏玉米的30個農業(yè)生態(tài)小區(qū)中，有2個生態(tài)小區(qū)無夏玉米品種的區(qū)域試驗產量記錄，該文根據其相鄰農業(yè)生態(tài)小區(qū)的氣候和地貌類型的相似性，采用空間插值和臨近替代相結合的方法，得到該作物的單產能力。

1.2.3 耕地糧食單產能力測算

根據各農業(yè)生態(tài)小區(qū)糧食作物單產能力和該文所確定的種植制度，可以測算出各農業(yè)生態(tài)小區(qū)的耕地糧食單產能力。假設各類耕地不受水分條件的限制，那么耕地糧食單產能力則主要由作物區(qū)域試驗產量和種植制度確定，根據式(2)。

(2)

式(2)中，y表示耕地的糧食單產能力，yci表示種植制度所涉及的第i種糧食作物的單產能力，β表示該作物的糧食單產能力折算系數，n表示種植制度所涉及的糧食作物的茬數，t表示種植制度的周期。

不同的糧食作物營養(yǎng)價值不同，應該按照一定的標準進行折算。該文咨詢相關專家和根據以往經驗，將小麥、玉米、水稻按等值物測算，β值為1，對甘薯單產能力進行修正，按照作物栽培學家的建議，β值為0.2。

2 結果與分析

2.1 糧食單產分析

2.1.1 糧食作物單產能力變化

基于糧食作物區(qū)域試驗產量測算全國及各農業(yè)生態(tài)區(qū)主要糧食作物的單產能力，并對比分析2004年和2016年的糧食作物單產能力及變化(表1)。

表1 2004和2016年各農業(yè)生態(tài)區(qū)糧食作物單產能力及變化 kg/hm2、%

相比2004年， 2016年的全國糧食作物單產能力平均提高4.96%，但局部地區(qū)出現單產能力下降現象。從全國不同農業(yè)生態(tài)區(qū)來看，冬小麥單產能力在所涉及的區(qū)域呈上升趨勢，在黃淮海區(qū)提高最為明顯，達到10%； 春小麥單產能力則呈現出下降趨勢，但是涉及到春小麥的生態(tài)區(qū)并不多，且多分布在黃土高原區(qū)、橫斷山區(qū)等土壤氣候條件相對較差的區(qū)域。2016年春玉米單產能力相比2004年普遍提高，基本可達到15%； 夏玉米單產能力也呈上升趨勢，在黃土高原區(qū)、四川盆地、云貴高原等地提高較多，可達到10%。相比2004年， 2016年早稻單產能力普遍提高，在四川盆地提高明顯，達20%； 2016年一季稻的單產能力在部分區(qū)域也有所提高，在東北區(qū)、橫斷山區(qū)提高明顯，超過20%； 2016年晚稻的單產能力普遍下降。

2004—2016年，全國范圍內糧食作物單產能力總體呈上升趨勢。雖然在中國局部地區(qū)，部分水稻和春小麥出現減產現象，但仍不難發(fā)現這十幾年糧食作物單產能力普遍提升的規(guī)律。該文各個農業(yè)生態(tài)小區(qū)的糧食作物區(qū)域試驗產量數據，是在光溫水土、養(yǎng)分、管理條件等不作為限制因素的情況下獲得，那么單產能力的提升則主要是由于農業(yè)科技的進步對作物品種的改良所引起。研究數據表明，在這十幾年的農業(yè)發(fā)展過程中，農業(yè)科技的進步在糧食單產的提升方面扮演著至關重要的角色。

圖1 2004年和2016年各省耕地糧食單產能力和實際單產對比

2.1.2 耕地糧食單產能力和實際單產對比

耕地糧食實際單產和耕地糧食單產能力仍有較大的差距， 2004年和2016年各省的耕地糧食單產能力明顯高于各省耕地糧食實際單產(圖1)。其中，在黃淮海區(qū)和華南地區(qū)局部，耕地糧食實際單產僅實現了耕地糧食單產能力的一半左右，耕地仍蘊藏巨大糧食增產潛力； 江南區(qū)和長江中下游部分省份的耕地糧食實際單產很高，但距離完全實現耕地糧食單產能力仍有較大空間， 2004年江蘇的耕地單產能力、糧食實際單產分別為15 211.85kg/hm2、9 183.8kg/hm2， 2016年分別為16 065.93kg/hm2、10 807.22kg/hm2。從全國范圍來看， 2004年和2016年的全國平均耕地糧食單產能力分別為11 349.21kg/hm2、13 468.37kg/hm2，耕地糧食實際單產分別為5 581.50kg/hm2、7 044.90kg/hm2。2004年和2016年的耕地糧食單產能力實現率分別為49.18%和52.31%。研究數據表明，中國的糧食實際單產仍有較大的增長空間，糧食產量的增長仍蘊藏較大潛力。

2.2 糧食生產能力分析

以各農業(yè)生態(tài)小區(qū)耕地糧食單產能力數據為基礎，在剔除奇異值的情況下，采取算數平均法，計算出生態(tài)區(qū)的耕地糧食單產能力，最后匯總得出全國以及各農業(yè)生態(tài)區(qū)的耕地糧食生產能力。

表2 2004年和2016年各農業(yè)生態(tài)區(qū)糧食總生產能力

生態(tài)區(qū)耕地單產能力(kg/hm2)耕地面積(萬hm2)糧食作物播種面積所占比例(%)糧食總生產能力(萬t)20042016200420162004201620042016東北區(qū)8 119.159 452.942 237.492 200.0786.9982.6815 803.0517 195.03黃淮海區(qū)16 130.4117 173.882 375.262 330.5475.0464.4528 750.7725 795.68長江中下游區(qū)15 923.5615 641.021 512.691 458.2168.8259.7516 577.0013 627.72江南區(qū)16 020.3515 531.74971.31938.4965.2458.5310 151.778 531.60華南區(qū)15 791.1214 999.10647.21618.0563.9857.116 538.865 294.23內蒙古高原及長城沿線區(qū)9 197.4910 043.11929.94794.6482.4371.427 050.365 699.77黃土高原區(qū)10 225.7810 394.311 407.441 247.1480.6174.8411 601.549 701.66四川盆地14 334.2014 858.001 111.541 019.7477.4369.5112 336.9210 531.70云貴高原區(qū)11 481.0314 126.371 190.851 123.2569.8467.849 548.6410 764.48橫斷山區(qū)6 507.166 920.8769.8961.7175.4571.89343.14307.01西北區(qū)10 951.0411 454.41486.98491.0056.8444.543 031.222 505.00青藏高原區(qū)5 287.775 287.7763.3354.8278.3772.09262.44208.97全國11 664.0912 156.9613 003.9212 337.6673.4765.71121 995.70110 162.83 注:由于二調前后耕地面積數據差異較大,故2004和2016年的耕地面積分別由1996年和2004年的耕地面積代替

表3 各農業(yè)生態(tài)區(qū)主要糧食作物水分修正系數

一級區(qū)春小麥冬小麥春玉米夏玉米甘薯平均值東北區(qū)0.79-0.85-0.840.82黃淮海區(qū)-0.54-0.88-0.71長江中下游區(qū)-0.97-0.98-0.98江南區(qū)-1.000.98--0.99華南區(qū)-0.97--0.97內蒙古高原及長城沿線區(qū)0.420.52--0.47黃土高原區(qū)0.470.570.700.76-0.63四川盆地-0.860.97-0.91云貴高原區(qū)-0.700.910.98-0.86橫斷山區(qū)0.60-0.81-0.71西北區(qū)0.120.030.120.04-0.08青藏高原區(qū)0.71 - -- -0.71

由表2可知， 2004年的全國耕地糧食總生產能力為12.20億t， 2016年為11.02億t。測算過程中發(fā)現，相比2004年， 2016年的旱地、望天田所占耕地的比例下降1.42%。考慮到全國的實際情況，部分水澆地和絕大部分的旱地、望天田等無法保證灌溉率。所以，部分水澆地和絕大部分的旱地、望天田要考慮一個水分修正系數。該文參考張晉科對中國耕地糧食生產能力研究中的水分修正系數的測算，對測算出的全國耕地糧食生產能力進行修正[14]。主要采用糧食作物的氣候生產潛力除以光溫生產潛力的方法得出水分修正系數，通過各農業(yè)生態(tài)小區(qū)的主要糧食作物的水分修正系數，采用平均值法計算出各農業(yè)生態(tài)區(qū)的水分修正系數(表3)。最后，根據公式(3)，測算出修正后的2004年的全國耕地糧食總生產能力為10.70億t，2016年為9.59億t。

(3)

式(3)中，Zx表示修正后的耕地糧食總生產能力，yi表示某農業(yè)生態(tài)區(qū)的耕地糧食單產能力，Si表示該區(qū)耕地面積，α1i表示該區(qū)糧食作物播種面積所占比例，α2i表示該區(qū)旱地和望天田占總耕地面積的比例，α3i表示該區(qū)水分修正系數，n表示全國農業(yè)生態(tài)區(qū)的個數。

由《中國統計年鑒》(2017)知， 2016年的全國糧食實際總產量為6.16億t，總人口為13.83億。參考國內外一些研究結果[1， 19， 20]，以每年人均470kg糧食的標準，計算出全國每年需要糧食6.50億t?？梢钥闯?，在單產提升與耕地面積減少雙重影響下，中國耕地糧食總生產能力下降，但仍遠大于全國糧食實際總產量和每年糧食需求量。中國具備滿足人們日益增長的糧食需求的基礎，糧食安全的耕地資源保障程度較高。相比2004年， 2016年的全國耕地糧食總生產能力，有所下降。

3 結論與討論

(1)2004—2016年，農業(yè)科技進步改良了作物品種，提高了糧食作物單產。期間，全國糧食作物單產能力平均提高4.96%，且2004和2016年分別有5 767.71kg/hm2、6 423.47kg/hm2增產空間。農業(yè)科技進步改良作物品種，對提高糧食單產影響顯著，且仍有較大提升空間。除在農作物育種方面外，農業(yè)科技還在作物產前、產中、產后的過程中發(fā)揮重要作用，節(jié)約勞動力，減少農業(yè)投入，保證糧食高效生產。農業(yè)科技發(fā)展在保障糧食安全中，扮演著越來越重要的角色。但現階段，國家在農業(yè)科技上的財政支出仍處于較低水平。國家應重視農業(yè)科技的發(fā)展，加大農業(yè)科技投入力度，合理統籌規(guī)劃農業(yè)類科研項目； 加大新品種作物推廣力度，充分發(fā)揮農業(yè)科技的示范作用，提高農業(yè)科技成果的轉化率，提升科技進步對糧食安全的貢獻率。

(2)耕地糧食單產能力實現率較低，中國糧食產量提高仍有巨大潛力，具備滿足人們日益增長的糧食需求的基礎。2004年和2016年的全國平均耕地糧食單產能力實現率分別為49.18%、52.31%。耕地糧食單產能力實現率較低與中國耕地質量差密切相關，中國耕地質量多集中在中等、中等偏下水平，優(yōu)質耕地較少。研究發(fā)現，以種植水稻為主的長江以南地區(qū)[21]，土壤酸化問題日益嚴重，尤其水稻土，土壤酸化推遲水稻始穗期，延長生育期，導致水稻減產[22， 23]?！度珖鴩烈?guī)劃綱要(2016—2030 年)》提出，到2030年建成高標準農田0.8億hm2。應積極推進土地綜合整治，加大高標準農田建設，改善耕地現存問題，滿足作物生長基本的光溫水肥條件，增加耕地單產能力轉化為實際的糧食產量。對于土壤貧瘠、陡坡耕地等不適宜耕種的地區(qū)，積極退耕還林還草，保證該區(qū)耕地可持續(xù)。

(3)糧食單產提升不足以彌補耕地面積減少對糧食總生產能力的影響，仍要以耕地面積為基礎，特別是優(yōu)質耕地。研究結果表明， 2004—2016年，耕地面積的變化對糧食生產能力的影響大于糧食單產能力變化，耕地面積是糧食穩(wěn)定生產的基礎。隨著經濟的發(fā)展，尤其南方省份，非農建設用地占用耕地嚴重，耕地占補質量嚴重不平衡； 農民投身農業(yè)的機會成本增高、積極性降低，甚至雙季稻改一季稻，以節(jié)省時間投身二、三產業(yè)，帶來更多經濟效益[24， 25]?！蛾P于改進管理方式切實落實耕地占補平衡的通知》政策文件中，明確建立以數量為基礎、產能為核心的占補新機制。國家應繼續(xù)實施嚴格的土地用途管制、耕地占補平衡策略，加大土地用途轉變的監(jiān)督力度，堅持“占優(yōu)補優(yōu)”原則，對于違規(guī)占用耕地的非農建設用地加大處罰力度，確保耕地面積。

(4)糧食安全不能完全依靠藏糧于技，還必須藏糧于地。2004年和2016年的全國耕地糧食總生產能力分別為10.70億t和9.59億t，且呈下降趨勢。2004—2016年，農業(yè)科技提高了糧食單產，但隨著經濟的發(fā)展，耕地面積逐漸減少，最終導致耕地糧食生產能力降低。研究結果表明，僅僅依靠農業(yè)科技手段提高糧食單產，不能保證糧食的穩(wěn)定生產，還必須確保穩(wěn)定的耕地面積，藏糧于地。隨著社會科技的發(fā)展，在新時代需求下，國家應繼續(xù)同步推進藏糧于技和藏糧于地戰(zhàn)略，貫徹落實“十三五”規(guī)劃提出的“堅持最嚴格的耕地保護制度，堅守耕地紅線，實施藏糧于地、藏糧于技戰(zhàn)略，提高糧食產能”。防止單純依靠糧食單產提升，忽略耕地面積保護等思想，對國家糧食安全政策的影響。

該文沒有利用最新的耕地數據來對應新品種。原因是，土地“二調”數據顯示，中國耕地面積比“一調”多出0.13億hm2。耕地增多，主要是由于土地“一調”和“二調”的技術規(guī)程和技術手段存在差異，也有西北區(qū)域、東北區(qū)域新開發(fā)耕地的原因。該文的研究區(qū)間橫跨土地“一調”和“二調”，兩者耕地數據并無可對比性，故沒有應用最新的耕地數據。該文未考慮各區(qū)自然條件的差異對耕地質量提升的影響，后期會繼續(xù)深入研究。