粮食生产结构演变及节土效应分析——以中东部粮食主产区为例

尹 路 刘鹏凌 李 想 姚 彤

[内容提要]新形势下，我国粮食安全的主要矛盾已经从总量不足转变为结构性矛盾，以包含八个省份的中东部粮食主产区为研究区域，五类粮食作物为决策单元，选用2008—2019年的各粮食作物播种面积、产量、加权平均单产等数据对粮食生产结构演变及演变产生的节土效应进行测算。结果表明：(1)粮食播种面积信息熵经历了缓慢降低、较快速降低和快速增长三个阶段，粮食产量信息熵经历了平稳变动、较快速降低和较快速增长三个阶段，两者整体皆呈现降低态势。(2)2008—2015年为研究区域粮食种植结构调整后的前一段时期，节土效应较为显著，2016—2019年为后一段时期，节土效应减弱，其余研究域内各省份存在节土效应和负节土效应。据此，提出中东部粮食主产区粮食生产结构调整的建议，以期优化其粮食生产布局，提高综合生产能力，缓解耕地资源制约性。

“食为政首，粮安天下”，粮食安全事关政治稳定和社会经济发展。在新形势下，我国粮食安全的主要矛盾已经从总量不足转变为结构性矛盾。经过粮食生产结构的不断调整，近几年中国主要农产品的产量、进口量、库存量“三量齐增”[1]，粮食总需求量问题已得到保证。与此同时粮食安全的矛盾出现阶段性的供求关系不平衡，一些地区的农作物玉米产量供过于求，区域外玉米转化困难，“高库存”效应凸显，而相对低产的豆类、薯类和杂粮占据的种植比例仍然不高。由于不同粮食作物单位产量的耗地程度不同，在推动粮食总产增长的同时，粮食内部种植结构调整势必也会对我国粮食生产的土地资源消耗产生影响[2]。这些粮食安全新矛盾的出现表明对于粮食生产结构的调整需要进一步优化。

对于粮食生产结构的研究，封志明等人分别从全国和省域两个层面，对2003-2013年中国的粮食增产状况和区域差异进行了定量分析，得出我国的粮食增产主要依靠稻谷、小麦和玉米的增产[3]。吴佩蓉等采用等式分解法，通过对粮食内部结构调整的贡献率测算，深入剖析吉林省粮食结构的演变情况、形成原因及存在问题[4]。孟军等利用结构熵指标从粮食种植面积和粮食产量的角度来研究粮食生产结构的变动趋势[5]。吴静芬等运用变异系数、Theil 指数、探索性空间数据分析、重心模型等方法探究1999—2018年长江经济带粮食生产的时空演变，并结合地理加权回归模型分析影响粮食产量的主要因素[6]。粮食种植结构的调整与农业资源利用的关系同样属于粮食安全研究的范畴，沈方等利用1990—2015年河北省粮食生产相关数据，在分析河北省粮食生产结构变化特征的基础上，系统测算了粮食种植结构变化对水土资源消耗的影响[7]。

粮食生产结构的演变对于地区和国家的发展至关重要，但地区间因区位相隔较远且种植环境存在较大差异，所以选取相邻地区进行粮食生产结构演变研究具有一定意义，在此基础上，笔者考虑到目前在粮食安全保障中存在耕地面积制约性这一问题，也对其进行了探讨。本文选用包含八个省份的中东部粮食主产区为研究区域，五种粮食作物为决策单元，结合2008—2019年的各粮食作物播种面积、产量、加权平均单产等数据对粮食生产结构演变产生的节土效应进行测算。以期优化中东部粮食主产区粮食生产布局，提升粮食生产综合能力，缓解耕地面积制约性。

一、中东部粮食主产区粮食生产结构演变

本节以包含八个省份在内的中东部粮食主产区为研究对象，以2008—2019年为研究期，对稻谷、小麦、玉米、豆类和薯类五种粮食作物的播种面积、产量和加权单位面积产量数据进行收集和计算。数据来源于《中国农村统计年鉴》《中国统计年鉴》和八个省份的统计年鉴。通过引用信息熵这一物理概念对研究区域的生产结构进行深层次地分析。

(一)信息熵的构建

信息嫡原是应用于物理学的一个概念，可以将能量的分布均匀程度转换为可视化的数据，以度量一个系统的复杂性和均衡性[8]。信息熵值越高，系统有序度越低，系统越紊乱，通过这一特性作为一种标度逐渐被引用于系统结构的演变研究中。粮食生产结构信息熵可以综合反映一定时期研究区域内粮食生产结构的动态变化及变化程度。

以中东部粮食主产区为研究区域，假设其粮食生产总量为S，用S(xi)，i=1，2，…，n表示研究区域内各种粮食作物占总量的比重。显然，ΣS(xi)=1，满足归一化条件，则该区域粮食生产结构信息熵可定义如下：

H(x)=-ΣS(xi)lnS(xi)

(1)

本文研究区域内粮食作物类型有5种，当区域内各粮食作物类型已趋于稳定、均匀，且满足熵值最大化条件时，即S(x1)=S(x2)=…=S(x5)=S/5时，该区域熵值最大；相反，如果各粮食作物比重差异较大，则熵值越小；

基于粮食生产结构信息熵的概念，本文对其的研究可以分为粮食播种面积信息熵和粮食产量信息熵。

(二)中东部粮食主产区粮食播种面积信息熵的变动分析

基于统计年鉴收集的数据，对2008—2019年中东部粮食主产区粮食播种面积信息熵的变动分析如图1所示。

图1 中东部粮食主产区粮食播种面积信息熵的变动

根据粮食播种面积信息熵变化趋势以2014年和2017年为界可将整个研究期分为三个阶段：第一阶段(2008—2014年)为缓慢降低阶段，五种粮食作物的差异度增加导致粮食种植面积信息熵降低。在这一阶段小麦、豆类及薯类播种面积占比并没有明显变化。稻谷播种面积占比稍微下降，从2008年的31.4%占比降至2014年的30.9%占比。玉米播种面积占比稍微上升，从2008年的22.6%占比升至2014年的24.6%占比；第二阶段(2014—2017年)为较快速降低阶段，五种粮食作物的差异度加大是这一阶段信息熵较快速降低的原因所在。在这一阶段稻谷和小麦播种面积占比没有明显变化。玉米播种面积占比发生明显变化，从2014年的24.6%占比升至2017年的27.8%。豆类和薯类发生较小程度占比降低；第三阶段(2017—2019年)为快速上升阶段。这一阶段小麦、豆类和薯类发生明显变化，其中豆类从2017年3.9%占比升至2019年4.4%占比。稻谷和玉米播种面积占比没有变化。五种粮食总体呈现播种面积趋于均匀的态势。

从研究期整体(2008—2019年)看，中东部粮食主产区粮食播种面积占比变化发生显著变化的包含玉米、豆类和薯类三种作物，其中玉米播种面积占比增加了22%，豆类播种面积占比减少了31.3%，薯类播种面积占比减少了32.7%，稻谷和小麦的种植面积占比趋于平稳，其中稻谷播种面积占比下降6%。

(三)中东部粮食主产区粮食产量信息熵的变动分析

基于统计年鉴收集的数据，对2008—2019年中东部粮食主产区粮食产量信息熵的变动分析如图2所示。

图2 中东部粮食主产区粮食产量信息熵的变动

图2显示，粮食产量信息熵经历了平稳变动、较快速降低和快速增长三个阶段，整体呈现快速降低态势。第一阶段(2008—2011年)为平稳变动阶段，五种粮食作物的产量占比没有发生明显变动，其粮食产量信息熵趋于平稳。第二阶段(2011—2016年)为较快速降低阶段。这一阶段稻谷、小麦、玉米和薯类产量占比都发生了较为明显变化，稻谷和薯类产量占比分别从2011年的37.5%、30%降至2016年的35%、17.6%。小麦和玉米产量占比从2011年的34%、23.8%升至35.2%、27%。豆类没有明显变化。这一阶段五种粮食作物的产量占比差异度显著增加，作物产量集中度增加，导致整体的信息熵值降低；第三阶段(2016—2019年)为较快速增长阶段，五种粮食作物的产量占比有趋于均匀的态势。玉米产量占比小范围降低，从2016年的27%占比降至2019年的26.5%占比。豆类和薯类产量占比小范围增加。稻谷和小麦产量占比变化趋于平稳。

从研究期整体(2008—2019年)看，中东部粮食主产区粮食产量占比变化与播种面积占比变化一致。其中玉米产量占比增加了16.7%，豆类产量占比减少了25.5%，薯类产量占比减少了34.9%，稻谷产量占比增加了9%。目前研究区域内粮食产量主要以稻谷、小麦和玉米为主，其产量的小幅度变化都会对整体粮食产量产生影响，这也导致研究区域的粮食产量信息熵整体呈现快速降低态势。

二、粮食生产结构演变的节土效应

外国学者Hooker[9]提出粮食生产结构调整就是用单位面积产量高的作物代替单位面积产量低的作物，当需要获得一定总产量时，调整后的粮食生产结构更能提高土地资源的利用率，节约土地使用面积。结合李天祥、沈万等学者对这一概念的延伸应用，提出粮食生产结构演变的节土效应测算方法。

(一)粮食生产结构演变的节土效应测算方法

假定为获得一定量的粮食总产量，利用粮食作物间单产存在差异的特点，设立对照组比较粮食生产结构的调整是否会引起总播种面积的变化。这里无粮食生产结构调整指各粮食作物播种面积比例不发生变化，若发生变化视为有粮食生产结构调整。比较无调整与有调整所使用的播种面积大小，当差值为正值说明存在节土效应，减少了耕地资源的消耗；当差值为负则存在负节土效应，即增加了耕地资源的消耗。测算方法如下：

研究区域的粮食总产量既可以表示为总播种面积与加权后平均单位面积产量的乘积，也可以使用稻谷、小麦、玉米、水稻、豆类五种粮食作物。各自的播种面积与其各自单位面积产量乘积加总得到：

=ΣMt·Zit·Yit

(2)

式中：其中，t为研究基期，i代表各粮食作物；St为研究区域的粮食总产量；Mt为t研究基期总播种面积；Nt为t研究基期加权后平均单位面积产量；Xt为t研究基期i粮食作物播种面积；Yt为t研究基期i粮食作物单位面积产量；Zit为t研究基期i粮食作物播种面积占粮食作物播种总面积的比例。

由(2)公式推得t+1研究对照期粮食总产量为：

St+1=ΣMt+1·Zit+1·Y+1

(3)

(4)

=St+1/ΣZit·Yit+1

(5)

(二)中东部粮食主产区生产结构节土效应

2008年8月国务院颁布了《国家粮食安全中长期规划纲要(2008-2020年)》，2016年4月农业农村部印发《全国种植业结构调整规划(2016-2020年)》，两则规划纲要基于目前粮食生产情况对粮食生产结构性矛盾、耕地数量逐步减少等问题进行了宏观分析与规划。在此基础上，本节引用对照组的方法，设立2008/2015、2015/2019和2008/2019三个对照组，对中东部粮食主产区生产结构总体节土效应的进行分析。

1.中东部粮食主产区整体生产结构演变的节土效应

从整个研究期来看，依据规划从2008年进行的粮食结构调整取得了一定的成效。粮食种植结构调整体现在相对高产的玉米种植比例增加，相对低产的豆类和薯类种植比例下降。如表3所示，与2008年相比，结构调整后加权平均单产比未调整的加权平均单产相对增加63.7百吨/公顷，2019年的粮食播种面积节省了526.2千公顷，节土效益较为明显。

表3 中东部粮食主产区粮食生产结构调整的节土效应

以2008为研究基期，2015年的粮食播种面积节省了350.1千公顷，结构调整后加权平均单产比未调整的加权平均单产相对增加42.4百吨/公顷。以2015为研究基期，2019年的粮食播种面积节省了152.2千公顷，结构调整后加权平均单产比未调整的加权平均单产相对增加18.6百吨/公顷。两个对照组的相对节约加权单产面积和播种面积存在一定的差别。原因归结于自2008年粮食种植结构调整以来，在前一段时期全国及各地区对于高产粮食作物的探索已经产生了稳定的效果，在这一段时期确定了以玉米、稻谷和小麦为主的高产作物，种植面积增加，粮食产量显著提升。前一段调整的粮食结构调整结束带来的问题是部分作物的库存增加，供大于求，而像豆类和薯类的种植面积及产量出现了库存减少，供不应求。自2016年后全国种植业结构调整规划从增加总产量、解决耕地面积问题的角度发生转变，在减少非优势区主粮播种面积的同时增加豆类、薯类等作物的播种面积。与前一段时期相比其相对节约土地面积的程度较少，节土效应相对减弱。

2.中东部粮食主产区各省份生产结构演变的节土效应

在宏观的粮食种植结构调整下，不同省份的地质及种植条件存在一定的差异，导致生产结构演变的节土效应有很大的区别。如表4所示以2008年为研究基期，2015年节土效应相对较高的多处在研究区域北部地区，其中安徽省的相对节约土地面积最多达到了169.6千公顷。节土效应较低的是江西、湖北和湖南，其中湖南省的节土效应为负，三个省份的主要粮食作物比较单一，以稻谷为主并且占据粮食作物的比例都超过50%。从2008—2015年三个省份的稻谷播种比例都相对减少，节土效应也因此受到影响；以2015年为研究基期，2019年各省节土效应发生了很大转变，其中江苏、山东、河南从之前的正节土效应转为负节土效应。原因归结于相对低产的豆类作物替代了原来较为高产的稻谷、小麦和玉米，江西和湖南从之前的负节土效应转为正节土效应。节土效应较多的是安徽省，相对节约土地面积达到了289.2千公顷。

表4 中东部粮食主产区各省粮食生产结构调整的节土效应

从整个研究期(2008—2019年)看，结构调整前后发生正节土效应的有河北、安徽、江西和河南，分别相对节约土地面积56.8千公顷、471.7千公顷、13.1千公顷、73.1千公顷，其中安徽省的节土效应最为显著。发生负节土效应的有四个省份，其中江苏省的负节土效应最为显著，其粮食种植结构后相对种植结构调整前增加土地播种面积29.0千公顷。在对比发生正节土效应和负节土效应的省份时，前者的主要粮食种植结构中包含玉米或者豆类及薯类的种植占据一定比例，而负节土效应的省份粮食种植结构多以一种或两种作物为主，这种相对集中地种植结构在面临种植结构调整时节土效应会受到负面的影响。

三、结论与建议

(一)结论

本文以八个省份的中东部粮食主产区为研究区域，五类粮食作物为决策单元，选用2008—2019年的各粮食作物播种面积、产量、加权平均单产等数据对粮食生产结构演变及演变产生的节土效应进行测算。结果表明：(1)中东部粮食主产区粮食播种面积信息熵经历了缓慢降低、较快速降低和快速增长三个阶段，粮食播种面积占比变化显著的包含玉米、豆类和薯类三种作物，由于从播种面积总量上来看，玉米的总量远大于豆类和薯类，相应的种植集中度增加，所以导致最终播种面积信息熵整体呈现下降趋势；粮食产量信息熵经历了平稳变动、较快速降低和较快速增长三个阶段，研究区域内粮食产量主要以稻谷、小麦和玉米为主，其产量的小幅度变化都会对整体粮食产量产生影响，这也导致研究区域的粮食产量信息熵整体呈现快速降低态势。(2)2008—2015年为研究区域粮食种植结构调整前一段时期，节土效应较为显著，原因归结于自2008年粮食种植结构调整以来，全国及各地区对于高产粮食作物的探索已经产生了稳定的效果。2016—2019年为后一段时期，自2016年后全国种植业结构调整规划从增加总产量、解决耕地面积问题的角度向平衡农作物供给关系发生转变，节土效应减弱；另外研究区域各省份节土效应存在差异，结构调整前后发生正节土效应的有河北、安徽、江西和河南，其中安徽省的节土效应最为显著。发生负节土效应的有四个省份，其中江苏省的负节土效应最为显著，其中负节土效应的省份粮食种植结构多以一种或两种作物为主，这种相对集中地种植结构在面临种植结构调整时节土效应会受到负面的影响。

(二)建议

针对以上的研究结论中生产结构演变情况及演变产生的节土效应，提出以下政策建议：

(1)合理调整粮食生产结构并保障粮食安全，粮食总产量的保证是粮食生产结构调整首要原则，提高豆类等趋向种植劣势的农作物，缓解目前存在的靠进口满足品种结构完整、填补工业用粮和饲料用粮的局面[10]。(2)因地制宜的发展地区优势条件，中东部粮食主产区存在一定的地形差距，在对区域资源禀赋进行分析的基础上加强粮食种植规划，划分粮食生产功能区和重要农产品生产保护区，优化粮食生产的品种布局和区域布局，充分依托各地区粮食生产的比较优势来提升粮食安全保障能力[11]。(3)重视农业资源短缺问题，保证耕地面积。耕地利用的“非农化”“非粮化”倾向明显，耕地质量有待提升。在守住18亿亩耕地红线的基础上，如何避免耕地利用“非农化”“非粮化”的势头，有效提高耕地质量，这是后小康时代保障粮食安全面临的首要问题[12]。(4)发挥宏观调控能力，引导农民的种植结构。追求务农收益最大化的纯农户，倾向于种植经济作物，追求务农成本最小化的兼业农户，则选择种植粮食作物的可能性更高[13]，对此，在国内粮食产能不断增强的背景下，迫切需要粮食价格形成机制进行调整，尽快构建异质粮食市场的优质优价制度[14]，提升其种粮的积极性，合理引导农民对种植作物的选择。