山东省耕地压力指数动态分析与预测

张文信,张惠中,程伟亚,李新举,李俊颖

1.山东省国土空间规划院,山东 济南 271000

2.山东农业大学资源与环境学院,山东 泰安 271018

粮食安全是关系着国运民生的“压舱石”，同时也是维护国家安全的重要基础和保障[1]。当前，我国耕地面临数量减少和质量下降的双重挑战，耕地保护压力大，直接影响着粮食安全。在疫情及国内外复杂的经济情况下，粮食安全问题在全球范围内日益受到关注[2,3]，中国和其他快速发展的经济体都面临严重的挑战[4]。在我国“十四五”规划中，首次将粮食综合生产能力作为安全保障类约束性指标，同时也在经济社会发展主要指标中予以明确，体现出我国对粮食安全的特殊重视。国内学者关于粮食安全的研究最早开始于20 世纪80 年代初，主要集中于粮食安全的概念、影响因素和评价方法，以及粮食安全的变化趋势等[5-7]；关于耕地压力的研究主要从耕地压力的评价方法、影响因素以及不同时空尺度下的分布规律等角度进行了探讨[8-12]，研究区多集中于经济较发达的东南地区与耕地资源相对稀缺的西北地区，而对粮食主产区的研究相对较少[13,14]。山东省是我国的农业大省、粮食生产大省，粮食产量多年来一直占全国产量的10%左右，在维护全国粮食安全方面扮演着重要角色。因此测算和预测山东省耕地压力指数，分析其压力情况，对进一步合理安排耕地的利用及粮食生产和经济发展，有着十分重要的理论和现实意义。以往研究区域大多采用粮食生产能力这一指标来衡量，但不能全面并准确的表示粮食安全与耕地和人口的关系，耕地压力指数模型可以科学、合理的反映出粮食安全与确保粮食安全的耕地之间的动态关联性。本研究在基于耕地压力指数模型的基础上，综合考虑了各地级市人均GDP、城镇化率等经济指标以及耕地压力指数变化类型，并进行区域耕地保护与经济发展权衡分区，以期为不同区域因地制宜开展耕地优化布局和粮食生产调控技术提供参考及决策依据。

1 研究区概况

山东省的地理环境是以山地丘陵为骨架、平原盆地在其间环列交错。平原主要分布在鲁西北和鲁西南局部地区占全省面积的65.56%，丘陵主要分布在东部、鲁西南局部地区，山地主要分布在鲁中和鲁西南局部地区占全省面积的14.59%。山东省气候属于温带季风气候类型。降水集中，雨热同季，热量条件可以满足农作物一年两作的需要。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文采用的数据主要来源于《山东统计年鉴》（2010～2020 年）、各市地统计年鉴（2010～2020年），部分数据通过山东省及各市地统计信息网、山东省及各市地农业农村厅提供的基础数据计算整理得来。

2.2 研究方法

本研究采用人均最小耕地面积和耕地压力指数模型，对2009 年～2019 年山东省、市2 个行政级别的农作物播种面积、粮食作物播种面积、复种指数、粮食总产量、粮食单产、人均最小耕地面积和耕地压力指数进行分析。再通过线性回归预测2025 年耕地压力状况。

2.2.1 最小人均耕地面积Smin是最小人均耕地面积，计算在一定区域范围内，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[15]，可以为我们划定保护一定区域的食物安全而需要保护的耕地数量底线提供参考，也可将其看成一个区域粮食安全的耕地阈值。公式为：

式中：β为食物自给率（%）。山东省是农业大省，粮食产量不仅满足自需，还能外销，粮食自给率取100%来计算；Gr是指人均食物需求量（kg/人），分别用400 kg/人和450 kg/人来计算；P是指单位耕地面积粮食产量（kg/hm2）；q为农作物播种面积占总播种面积之比（%）；k为复种指数（%），即年末总播种面积除以耕地面积。

2.2.2 耕地压力指数 耕地压力指数为最小人均耕地面积与实际人均耕地面积之比，衡量一个地区耕地资源的稀缺程度及其冲突程度。公式为：

式中：K表示耕地压力指数；Sa为实际人均耕地面积(hm2/人)，是区域可耕地总面积与人口数量的函数。数值变化的主要含义是：K＞1 时，粮食供给小于需求，当K=1 时，粮食供需基本平衡，当K＜1时，粮食供给大于需求，可以理解为当K≤1 时，粮食处于基本安全状态。耕地压力指数K给出了耕地保护的阈值，可以作为区域耕地保护的调控指标[16]。

2.2.3 线性回归 以年份为横坐标，以不同的数值为纵坐标做出散点图，进而再得出其线性回归趋势的公式。利用各类数据得出的不同的公式对2025 的数据进行预测。

3 结果与分析

3.1 省域尺度耕地压力指数分析

根据前述公式进行山东省和各地级市2009～2018 耕地压力指数并预测至2025 年（图1）。从省域尺度来看，当山东省以400 kg/人作为人均粮食需求量时，耕地压力指数均小于1，2009～2018 年山东省的粮食供大于求，山东省的粮食状况较为安全，可以满足人民的基本粮食需求。10 年间耕地压力指数最高为2010 年的0.88，之后整体呈现下降趋势，2017 年之后有大幅下降，主要是由于2017年和2018 年粮食播种面积和粮食总产量相较于2016 年之前，均有大幅度的提升，粮食安全状况有所改善。当人均粮食需求量为450 kg/人时，耕地压力指数在个别年份仍然均小于1，说明在450 kg/人的粮食需求量下，靠本省的粮食生产供给仍然能满足粮食需求，但指数在2009～2016 年均大于0.9，处于接近于1 的水平，2010 年最高为0.99，耕地紧张程度明显提高。同样由于粮食播种面积和总产量的大幅提高，在2017 年耕地压力指数大幅下降。

图1 耕地压力指数变化情况Fig.1 change of pressure index of cultivated land

总体来看，10 年间山东省耕地压力指数呈现下降趋势，耕地紧张程度降低，主要是由于播种面积和粮食总产量的提高，保证了在耕地面积逐年减少的情况下压力指数降低，缓解了耕地减少对粮食安全的影响。

通过预测结果可以得出：2019～2025 年，耕地面积持续减少，人口数量持续上升，粮食播种面积和农作物播种面积持续上升，粮食单产也逐年增长，粮食产量处于稳步增长的状态；在400 kg/人和450 kg/人的需求标准下，实际人均耕地面积、最小人均耕地面积均呈下降趋势，但实际人均耕地面积一直大于人均最低耕地面积，耕地压力指数保持小于1，且逐年降低，因此，今后山东省应该持续提高耕地质量，保证耕地生产能力的有效提升，同时通过增加投入提高耕地集约利用程度，提升耕地投入产出效率，以保证山东省耕地资源压力指数保持在小于1 的范围内。

3.2 市域尺度耕地压力指数分析

市域尺度只针对400 kg/人的粮食需求标准进行压力指数测算及预测，主要进行各地级市间差异对比。通过2009～2025 年的耕地压力指数变化特征（图2）可以将16 个地级市归为四类（图3）。

图2 各地级市耕地压力指数变化情况Fig.2 The changes of cultivated land pressure index in different cities

图3 各地级市耕地压力指数变化类型Fig.3 Types of cultivated land pressure index change in different cities

第一类包括德州市、聊城市、滨州市、菏泽市和济宁市，该类型耕地压力指数较为稳定，长期保持较低水平，并有下降趋势，耕地粮食生产能力能够长期满足本市人口的粮食需求外，还有相当一部分粮食产量作为商品粮输出，主要位于鲁西北平原区和鲁西南平原区及其与鲁中南山地丘陵区的交界区域，是山东省的传统农区，耕作历史悠久，地势平坦，土地肥沃，耕地面积广阔，水资源丰富，灌溉有保证，适宜农业生产，有部分水稻种植，是重要的商品粮产区。通过指标数据的变化来看，农作物播种面积、粮食播种面积、粮食总产量以及人口均呈现增长趋势，耕地面积呈下降趋势，复种指数和粮食单产呈现逐年增长的趋势，这些地级市的耕地利用程度和利用效益均呈现增长趋势，耕地集约利用类型属于整体上升型和波动上升型，耕地资源的集约利用程度整体呈现增长趋势。

第二类包括枣庄市、泰安市、潍坊市、济南市、淄博市、临沂市和青岛市，压力指数长期在1附近徘徊，前期压力指数小于1，但均在0.5 以上，随着时间的推移，压力指数呈现增长趋势，逐渐接近于1，后期超过1，耕地粮食生产能力从稍有盈余逐渐过渡到不能自给自足，主要位于山地丘陵区，平均海拔较高，地形起伏水土流失普遍存在，灌溉保证率较低，旱地分布较多，部分地级市社会经济发达，二三产业发展水平较高，在可以预见的将来需要通过外部输入粮食来满足本市人口的粮食需求。通过指标数据的变化来看，农作物播种面积、粮食播种面积、粮食总产量、耕地面积均呈现不同程度的降低趋势，人口呈增加趋势，且农作物播种面积的减少速率要高于耕地面积，导致复种指数呈现下降趋势，粮食总产量下降速率也超过了耕地面积下降速率导致粮食单产也呈现下降趋势，部分地级市农作物播种面积下降速率也超过粮食播种面积，总体来看，这些地级市对耕地的利用程度以及利用效益均呈现下降趋势，耕地集约利用程度属于波动下降型和整体下降型，耕地资源的集约利用程度整体在下降。

第三类包括日照市、烟台市和威海市，压力指数长期处于较高的水平，并且增长速度较快，远远高于其他地级市，耕地粮食生产能力不足以满足本市人口的需求，需要长期外源粮食输入，且均位于鲁东丘陵区，低山丘陵连绵起伏，社会经济较为发达，丘陵区主要用于林果生产，丘陵之间的盆地、谷地是主要的粮食生产区域。通过指标数据的变化来看，农作物播种面积、粮食播种面积、粮食总产量、耕地面积、人口的变化趋势与第二类类似，但变化速率差距更大，复种指数、粮食单产下降更快，总体来看，这些地级市对耕地的利用程度以及利用效益同样均呈现下降趋势且下降更快，耕地集约利用程度也属于波动下降型和整体下降型，耕地资源的集约利用程度整体在下降。

第四类为东营市，压力指数呈现下降趋势，前期为山东省压力指数最高，后期开始下降，并最终下降到小于1 的水平，粮食生产能力逐渐能够达到自给自足并出现盈余。通过指标数据的变化来看，农作物播种面积、粮食播种面积、粮食总产量、耕地面积、人口的变化趋势与第一类类似，但变化速率差距更大，复种指数、粮食单产提升更快，总体来看，东营市对耕地的利用程度以及利用效益同样均呈现上升趋势且上升迅速，耕地集约利用程度也属于整体上升型。

总体来看，耕地压力指数在平原区较小，长期趋势均小于1，耕地规模大，质量高，生产条件优越，耕地集约利用程度较高，粮食生产能力高，并且耕地资源保护成效普遍较好，粮食非粮化、非农化风险较低，粮食生产不仅能自给自足还能向外输出商品粮，是山东省的重要的商品粮基地。山地丘陵区特别是东部沿海发达地区耕地压力指数较高，区域二三产业较为发达，耕地资源质量相对较差，生产条件不如平原区，耕地集约利用程度较低，并且耕地非粮化、非农化风险较高，耕地保护成效较低，长期来看，均需要粮食的外源输入来满足区域人口的粮食需求。

3.3 区域耕地保护与经济发展权衡分区耕地压力指数分析

基于区域产业分工的要求，山东省不可能每个城市都达到粮食自给自足，特别是对于二三产业发达的城市，不能实行一刀切的耕地保护要求，对于耕地压力指数较高的城市可以适当降低耕地保护的要求，并向耕地压力指数低的城市转嫁保护指标任务，同时给予承接城市经济扶持，实现区域经济发展要求与耕地保护要求的平衡。在此基础上，综合考虑各地级市人均GDP、城镇化率等经济指标以及耕地压力指数变化类型进行区域耕地保护与经济发展权衡分区（图4）。共分为四个区，其分别为：耕地保护转嫁区、耕地保护承接区、耕地保护管控区和耕保经济兼顾区。

图4 区域耕地保护与经济发展权衡分区Fig.4 Trade-off zoning between cultivated land protection and economic development

耕地保护转嫁区包括青岛市、济南市、烟台市、潍坊市、淄博市、威海市和泰安市，这些地级市耕地压力指数较高，且呈增长趋势，难以通过自给自足满足本市人口的粮食需求，需要外源粮食输入，经济发展水平相对较高，人均GDP 和城镇化水平较好，未来城镇化的进一步推进以及经济的进一步发展对耕地保护产生的压力较大，可以将耕地保护的任务部分转嫁到耕地保护承接区，包括滨州市、菏泽市、聊城市和济宁市，这些地级市耕地压力指数较小，且呈现降低趋势，耕地粮食生产可以自给自足，同时经济发展水平相对较低，人均GDP 和城镇化水平表现一般，作为补偿可以获得转嫁区的经济扶持。耕地保护管控区包括日照市、临沂市和枣庄市，这3 个地级市耕地保护压力较大，同时经济发展水平并不理想，在后续的经济发展、城镇化进程中要严格的管控耕地资源规模，提高耕地资源利用效率，加大土地整治力度，增加新增耕地资源量，降低压力指数增长速率，同时也要严格管控二三产业发展造成的建设用地扩张占用耕地，提高存量建设用地的利用效率。耕保经济兼顾区是东营市，耕地压力指数下降幅度较快，粮食生产能够自给自足，同时人均GDP 和城镇化水平表现较好，可以保持现有的耕地保护力度与经济发展态势，也可以承接部分转嫁区的耕地保护任务。

4 结论和建议

4.1 结论

本文通过人均最小耕地面积和耕地压力指数模型研究山东省域、市域两种尺度下的粮食安全状况，同时运用线性回归预测2025 年两种尺度下的耕地压力状况，通过人均GDP、城镇化率等经济指标以及耕地压力指数变化类型进行区域耕地保护与经济发展权衡分区的情况得出以下结论：

（1）粮食生产方面，山东省的粮食状况较为安全，粮食安全得到保障，可以满足人民的基本粮食需求。山东省耕地压力指数呈现下降趋势，耕地紧张程度降低，主要是由于播种面积和粮食总产量的提高，保证了在耕地面积逐年减少的情况下压力指数降低，缓解了耕地减少对粮食安全的影响，在可以预见的将来，随着粮食播种面积和耕地生产力的提高，山东省的粮食需求能够得到基本满足，粮食安全状况较为乐观；

（2）山东省耕地压力指数在平原区较小，长期趋势均小于1，耕地规模大，质量高，生产条件优越，耕地集约利用程度较高，粮食生产能力高，并且耕地资源保护成效普遍较好，粮食非粮化、非农化风险较低。山地丘陵区特别是东部沿海发达地区耕地压力指数较高，区域二三产业较为发达，耕地资源质量相对较差，生产条件不如平原区，耕地集约利用程度较低，并且耕地非粮化、非农化风险较高，耕地保护成效较低；

（3）耕地保护转嫁区耕地压力指数较高，且呈增长趋势；耕地保护管控区耕地保护压力较大，同时经济发展水平并不理想，耕保经济兼顾区耕地压力指数下降幅度较快，粮食生产能够自给自足，同时人均GDP 和城镇化水平表现较好。

4.2 建议

（1）大力开展耕地整理，保持动态平衡。

要想有效增加耕地面积、缓解耕地压力，土地有效开发利用和规范整理的做法不能丢。人地矛盾日益突出，土地的有效整理和保护是文中应有之义，这就要求注重耕地的整合,深入挖掘耕地的潜力开发,耕地的供给和需求维持一个动态平衡,既要注意数量的平衡，又要注意质量的平衡。为了改善当前的耕地资源状况，继续进行耕地整理，实行诸如耕地占补平衡等相关政策是必不可少的，这也是面对日益紧缺的耕地资源，保障粮食安全的有效手段。

（2）协调耕地自然禀赋与利用水平，提高利用效率和效益。

山东省应该持续提高耕地质量，保证耕地生产能力的有效提升，同时通过增加投入提高耕地集约利用程度，提升耕地投入产出效率，在投入方面，继续推行高标准农田建设提高耕地生产条件；推进耕地流转，促进耕地规模化经营，实现耕地利用的规模效益。以保证山东省耕地资源压力指数保持在小于1 的范围内。

（3）平衡区域耕地保护与经济发展，探索建立粮食生产能力指标交易制度。

各地级市内部也可以根据各县（市、区）的经济发展水平以及耕地保护压力进行区域内平衡。可以进一步结合区域经济发展水平、耕地资源禀赋、人口等因素确定不同区域的粮食生产任务及相应的所需要的耕地面积，剩余耕地根据生产能力划分为若干粮食生产能力指标，政府可以通过公开竞价拍卖、定价出售等方式在行政区内部或行政区间分配这些指标。