甘肃省粮食生产分析及产能提升战略构思

樊廷录,吕迎春,杨天育,王淑英,王 睛,李尚中,赵 刚,李兴茂

(1.甘肃省农业科学院,甘肃 兰州 730070;2. 甘肃省农业科学院旱地农业研究所,甘肃 兰州 730070)

粮食是一种重要的战略资源,粮食安全“乃国之大者”,关乎社会稳定、国家安全[1]。我国粮食连续十多年丰收,2021年人均粮食占有量达到483.5 kg,超过400 kg国际粮食安全线[2],实现了谷物基本自给、口粮绝对安全,夯实了国民经济发展基础。但人多地少、资源趋紧等基本国情决定了我国粮食供求长期处于紧平衡状态,特别是面对新冠疫情、气候变化、粮价波动、俄乌危机等新挑战,地区性粮食危机推升为全球性恐慌[3]。“保障粮食供给,端牢中国饭碗”是永恒的主题。

新中国成立以来,经过70多年艰苦奋斗,甘肃省解决了“一方水土不能养活一方人”的难题,2021年人均粮食占有量超过全国平均值,有力支撑了全省社会经济的发展。但甘肃生态环境严酷,农业生产条件脆弱,自然灾害易发、频发、重发,粮食生产的成本和资源环境代价较高[4]。在全国进入第二个百年奋斗目标时期,粮食生产面临的水土资源短缺、极端气候变化、农村劳动力转移、投入不足等问题加剧[5]。因此,以新中国成立70年甘肃省粮食生产数据(甘肃农村经济年鉴1949—2000年,甘肃农业年鉴2001—2021年)为基础,分析全省粮食产量变化及产区转移趋势,把握粮食供需要求,预判粮食生产能力,明确粮食生产能力提升思路及重点,对保障全省粮食安全和乡村振兴具有重要意义。

1 甘肃省粮食产量增长趋势

1.1 粮食生产发展取得的成效

1.1.1 粮食总产量实现跃增 甘肃省粮食总产量由1949年的206.0万t增加到2021年的1 231.5万t(图1A),实现了由粮食极度短缺到温饱及达到供需紧平衡的历史性跨越。72年粮食总产量增加了1 025.5万t,按百万吨级增量水平,持续增加了10个百万吨级生产能力,平均每7.2 a形成1个百万吨级的生产能力。改革开放后的前30年,1949—1978年增长304.6万t,年均增量10.2万t,每形成1个百万吨级生产能力用时10 a。改革开放后的42年增长770万t,年均增量18.3万t,每形成1个百万吨级生产能力需时近5.5 a[6]。粮食总产量由2011年的1 014.6万t增加到2021年的1 231.5万t,10年增产216.9万t,生产1个百万吨级生产能力需时4.6 a。

1.1.2 粮食单产大幅增长 1949年甘肃粮食单产仅783.9 kg·hm-2,2021年达到4 600.3 kg·hm-2(图1B),72年全省粮食单产增长3 816 kg·hm-2,若以300 kg·hm-2单产的增长量划分,72年大约跨上近13个增量台阶,平均每5.5 a形成1个300 kg·hm-2的生产能力。特别是1979—2021年,粮食单产42年跨上10个,2011—2021年,10年跨上3个300 kg·hm-2的增量台阶,即3～4年生产1个300 kg·hm-2的增量能力。1986—1989、1989—1992年生产1个300 kg·hm-2的增量能力缩短到近3 a,但1998—2009年期间生产1个300 kg·hm-2的增量能力时间延长到11 a。

1.1.3 粮田面积减少未显著影响粮食产量 甘肃省农作物播种面积持续扩大(图1A),从1949年的288.1万hm2增加到2021年的399.4万hm2,72年增幅38.6%,年递增近6万hm2,特别是2017—2021年的4年增加了24.2万hm2,年递增64.2万hm2;全省粮食播种面积却呈现明显的下降趋势(图1A),从1978年的299.8万hm2减少到2021年的267.7万hm2,44年减少10.7%,年均递减7 051 hm2,全省粮食播种面积占农作物播种面积的比例由1978年的85.5%下降到2021年的67.0%。全省粮食总产和单产大幅度增长,2021年较1949年分别提高497.8%、486.8%。由于粮食单产提高幅度较大,粮田面积并未显著影响粮食总产量的提高,农作物面积中非粮作物面积扩大成为可能,以经济作物为主体的非粮作物占比从1949年的8.8%、1978年的14.5%提高到2021年的33.0%,农民收益大幅度提高(图1D)。甘肃省70年粮食单产倍增促进了总产跃增,支撑了粮经种植结构的调整和农业增效。

1.1.4 人均粮食占有量超过全国平均水平 甘肃省粮食生产条件差,特别是水土资源区域间分配极不均衡、数量刚性约束大,但在总人口持续增长情况下,人均粮食占有量却大幅度增加(图1C)。2021年人均粮食占有量达到494.6 kg,高于2021年全国平均水平(483.5 kg),超过国际公认的“400 kg”粮食安全线[2],人均占有粮食先后迈上250、300、350、400、450、500 kg量级6个台阶。从1949—2008年近60年时间才使人均粮食占有量增加了138 kg,2009—2021年仅12年人均粮食占有量就增加了140.6 kg。1949—1978年、1979—2021年、2011—2021年、1949—2021年,全省人口年均递增30.80万、16.9万、-3.2万、25.6万人,而人均粮食占有量年递增1.09、5.34、6.18、2.87 kg。甘肃省用70年时间解决了历史上“一方水土不能养活一方人”的重大难题,人均粮食占有量逼近500 kg,端牢了“饭碗”。

1.2 粮食产量变化特征

如图1所示,新中国成立70年(1949—2021年),甘肃省粮食面积每年以7 859 hm2速度递减(y=-0.7859x+1849.4,R2= 0.598***), 但粮食总产量、单位面积产量每年却以13.532万t、53.485 kg·hm-2速度提升,粮食总产量年均递增率平均为2.51%(表1),粮食单产年均递增率为3.01%。

图1 甘肃省粮食产量、播种面积及人均粮食占有量变化趋势(1949 —2021 年)

表1 甘肃省不同年代粮食产量及播种面积变化

如表2所示,不同年代全省粮食增产特征差异较大。改革开放以来的43年期间,粮食总产量先后跨上了500万、800万、1 000万t和1 200万t台阶。与1949—1957年粮食总产量平均值283.4万t相比,1958—1978年平均产量为372.9万t,增产近100万t粮食用了20 a;1979—1989、1990—2000、2001—2010、2011—2022年约每10 a粮食总产平均依次持续递增150万、200万、100万、300万t。2011年总产突破千万吨后,连续11年稳定在1 000万t以上,其中2012—2019年为1 100万t,2020—2021年为1 200万t。甘肃省增产1个百万吨粮食所需时间在缩短,由20、10、5 a下降到3.3 a。

粮食总产量增加主要归结于粮食单产显著提高。2021年全省粮食单产4 600.3 kg·hm-2,是1949年单产(783.9 kg·hm-2)的5.87倍。同粮食总产量变化趋势一样,单产也连续跨了几个台阶。1949—1957年平均单产915.9 kg·hm-2,1958—1978年平均单产1 208.6 kg·hm-2,8年时间单产提高近300 kg·hm-2;1979—1989年平均单产1 850.2 kg·hm-2,10年单产提高642 kg·hm-2;1990—2000年、2001—2010年平均单产分别为2 563.8、3 192.1 kg·hm-2,每10 a单产又接续增加了755、628 kg·hm-2;2011—2021年平均单产4 239.5 kg·hm-2, 10年时间单产继续提高1 047 kg·hm-2。尤其是2011年粮食单产突破3 700 kg·hm-2后,连续7年(2012—2018年)单产稳定在4 000 kg·hm-2以上,2019—2021年超过4 000 kg·hm-2,即粮食单产提高1个300 kg·hm-2量级需时也在缩短,由8 a降到不足3 a。

70年来,甘肃省粮食总产和单产的变异系数高达48.07%和55.18%(表2),表明粮食产量增加受技术进步和气候变化的双重影响。但不同时间粮食总产和单产变化的标准差、产量变异系数均呈下降趋势,说明影响产量波动性的气候因素作用在减弱,技术进步的作用在增强。从不同时间粮食总产变化趋势的线性倾向率来看(表1),1979—1989年、1990—2000年、2011—2021年3个阶段粮食年均增加13～15万t,1949—1957年年均增加18.768万t,2001—2010年年均增加19.601万t,是粮食增加最快的两个时期。特别是2005—2021年的16年,粮食总产年均增加26.596万t,显著高于其他阶段;改革开放的42年间(1979—2021年),粮食年均增加18.034万t,是改革开放前28年年均增产9.389万t的近2倍。

表2 甘肃省不同年代粮食产量变化的特征参数

2 甘肃省粮食生产重心转移

2.1 农业种植结构不断调整

第3次全国土壤普查(2021年)结果显示,甘肃省现有耕地520.95 万hm2,其中水浇地占28%、旱地占72%。2021年粮食总产1 231.5万t,其中夏粮占27%、秋粮占73%;灌溉农田粮食占30%,旱地农田粮食占70%。粮食产区主要集中在庆阳、平凉、武威、张掖、陇南、定西和天水7个市,其粮食产量占全省粮食总产量的74.3%,其中张掖和武威两个市以占全省14%耕地和41.7%农田灌溉用水,生产了全省21.1%的粮食,庆阳、平凉、天水、定西4市以占全省51.3%耕地和8.2%农田灌溉用水,生产了全省43.4%的粮食。

改革开放40多年来,全省顺应“三个规律”调整农业结构。一是顺应经济规律,调整农业产业结构。全省农牧林总产值中,2000年、2021年农业产值分别为239、1 623亿元,分别是1978年18亿元的13倍、90倍,农业与畜牧业比重由1978年的81∶19调整到2000年的76.4∶23.6和2021年的72.4∶27.6,种植业占比下降、畜牧业比重提高,但全省仍然以种植业为主,畜牧业发展较慢。二是顺应市场规律,调整种植结构。粮食作物、经济作物、果树和蔬菜的种植比例由1992年的80.7∶11.7∶7.6调整为2005年的67.8∶14.9∶17.3和2021年的65.1∶16.3∶18.6,粮食作物占比下调了19.3%,经济作物、果树和蔬菜占比分别提高了39.3%、144.7%。三是顺应自然规律,建立了与降水规律相一致的适水型种植结构。夏粮(小麦)与秋粮(玉米、马铃薯、杂粮等)之比由1978年的47.6∶52.4调整到1998年的45.8∶44.2和2021年的24.9∶75.1(图2),夏秋种植结构40年转了个向,这与夏粮与秋粮作物生育期降水之比为30∶70的分布基本一致。

2.2 粮食生产重心向中东部旱作区转移

新中国成立70年来,甘肃省粮食增产得益于农业结构调整、物质投入的增加和优良品种的应用。一是扩大了秋作物种植面积,玉米和马铃薯播种面积分别由1978年的30.0万hm2和27.9万hm2增加到2005年的48.5万hm2和53.1万hm2、2021年的100.1万hm2和73.3万hm2,小麦播种面积却由142.8万hm2(1978年)调减到100.1万hm2(2005年)、67.7万hm2(2021年),43年间小麦面积压缩了1倍多、杂粮面积减少了72.7%、秋粮面积增加了近2倍;二是扩大了覆盖集雨种植技术普及范围,全省地膜覆盖面积超过了174万hm2,一半粮田实现了地膜覆盖,尤其是全膜双垄沟集雨种植技术的应用使粮食平均增产20%～30%;三是农业物质投入明显增加,化肥投入由1978年的75.6万t增加到2021年的85.3万t,地膜投入由0.082万t增加到15.68万t,提高了90倍;四是筛选推广了一批抗逆增产优质作物新品种,支撑农业种植结构调整,如甘肃省农科院选育的陇薯系列马铃薯、陇鉴和兰天系列冬小麦占相应作物播种面积的一半,单产提高10%以上。

农业结构调整使果树、蔬菜、制种玉米等效益较高的作物种植面积大幅度增加,并向水资源相对丰富的灌溉区、降水相对较多的旱作区集中,迫使用水较少、比较效益低的粮食作物向中东部旱作区转移[7],推动了粮食生产区域布局的重大调整,形成了旱作粮食生产功能区,占全省136.37万hm2粮食生产功能区的75.6%。旱作区粮食播种面积占全省粮食面积的比重由1991年的64.9%提高到2014年的71.9%、2021年的75.8%,粮食总产量占比依次为50.2%、62.5%、65.4%(图3),30年(1991—2021年)旱作粮食播种面积、总产量占比分别提高了16.8%、30.3%。河西灌区以占全省20%的播种面积,生产约30%的粮食。甘肃省在粮食总产单产双双增长过程中,粮食生产重心向中东部旱作区转移,成为粮食安全的“压舱石”,彰显了旱地农业在稳定粮食生产基本盘和乡村振兴中的战略地位。

图2 甘肃省夏粮(小麦)与秋粮(玉米、马铃薯及其他作物)种植结构变化

3 甘肃省粮食生产能力需求研判

3.1 粮食供需形势分析

在粮食生产方面,一是气候变化使甘肃省粮食生产区水土资源刚性约束加大,中低产田耕地占比高(76.7%),耕地中有效灌溉占比不到30%,粮田变良田需要一个较长过程,旱作区基本以自然降水为主,粮食持续增产受水资源制约力增大,未来粮食增产面临水缺和地差的双重制约。二是由于国家种业基地及高水效农业的功能定位,河西走廊种植业中种子和蔬菜等高水效作物占主体,贡献全省1/3粮食产量的份额短期内难以改变。三是粮食与经济作物收益差距大,粮食增产的政府目标与农民增收目标存在矛盾,非粮经济作物挤占粮食作物面积,确保266.67万hm2粮食播种面积的难度加大。

从粮食需求方面来看,一是充分考虑目前全省粮食数量供需紧平衡格局中,口粮保供率为47.8%[8],每年缺口(约占粮食总产的20%)要从国内主产区调入,马铃薯和玉米等外销量增加,加之强筋、弱筋专用小麦品种缺乏,粮食供给的结构性矛盾比较突出,保障全省粮食刚性需求的任务比较繁重。二是随着人们对肉、蛋、奶等农副产品需求量不断增加,粮食间接消费比重迅速提高,饲料玉米需求扩张、缺口加大,预计粮食净调入量加大不可避免。三是城镇化水平提高,粮食需求量随之增长,2021年甘肃省城镇化率为53.3%,按城镇化率每提高1个百分点拉动粮食产量增加2.57个百分点计[9],2025年全省城镇化率预计达到58.0%,粮食产量要提高近12个百分点,即在2021年粮食总产基础上要增加近150万t,才能保障粮食数量供给安全。

3.2 粮食生产能力预期

3.2.1 按总产年均14.1万t增量的发展预期 甘肃省粮食作物播种面积稳定在2021年267.7万hm2基础上,以年均粮食14.1万t增量(2011—2021年)为依据,全省粮食总产量预期到2025年为1 288万t、2030年为1 358万t,在2021年基础上依次提高4.7%、10.4%。

3.2.2 按单产年均53.8 kg·hm-2增量的发展预期 以甘肃粮食单产年均53.8 kg·hm-2(1949—2021年)增量为基础,在保持2021年267.7万hm2粮食作物播种面积基础上,甘肃省粮食总产量2025年、2030年分别可实现1 289万t、1 360万t的产量预期,分别较2021年总产量提高4.8%、10.6%。

3.2.3 单产适度增长和复种指数增加的发展预期 气候生产力研究表明,中东旱作农区、河西干旱区分属我国七级、八级气候生产潜力区,全省应能实现的气候生产力均明显高于现时生产力,预示着甘肃粮食生产能力有较大提升空间[10]。全省作物复种指数1979年为98.2%,2010年降至86.3%,2011—2021年下降为72.5%～75.6%。在水热条件相对较好的一年一熟区,因地制宜减少轮歇地面积,发展套种、一年两熟和两年三熟复种制,将耕地复种指数提高到85%以上,可增加作物种植面积约50万hm2,相当于粮田播种面积扩增18%。新增粮田面积单产按53.5 kg·hm-2年均增量(1949—2021年)的2/3计,全省将新增110万t粮食生产能力,总产量可在2021年基础上提高9.0%。

3.3 旱作区粮食生产能力预估

现阶段旱地农田降水潜力开发度为50%左右,经过努力,潜力开发度可提升到60%。全省旱作区粮食种植面积为玉米67万hm2、马铃薯55万hm2、小麦60万hm2,单产依次达到7 500 kg·hm-2(提高1 500 kg·hm-2)、4 500 kg·hm-2(提高1 500 kg·hm-2,折粮)、4 125 kg·hm-2(提高375 kg·hm-2),粮食总产量将达到1 000万t。即在保持三大作物面积不减少的基础上,旱地粮食产量有近150万t的增长空间。

4 甘肃省粮食生产能力提升的战略构思

4.1 提升“陇东粮仓”对全省粮食生产的贡献

陇东地区的平凉、庆阳两市15个县(区),年降水量450～550 mm,水热条件相对较好,长期实行小麦、油菜收获后填闲复种传统,历史上曾是甘肃的“粮仓”。2018年甘肃省划定的旱作粮食功能区中,庆阳和平凉两市占40%,建议把重塑“陇东粮仓”纳入全省粮食战略规划。特别是陇东26条30万hm2坡度小于6°的黄土旱塬,土壤耕性好,适宜机械化作业,近几年大量研究与示范证明,旱塬有冬小麦单产7.5 t·hm-2、春玉米单产15 t·hm-2的一年一季高产水平[11],特别是地膜玉米适水密植用350 mm耗水量(自然降水)实现15 t·hm-2水平,远低于国际平均用水标准。“陇东粮仓”可承担全省25%的粮食生产任务,较目前提高5个百分点,为甘肃省粮食生产做出贡献。

4.2 强化河西绿洲粮食生产的功能

张掖、武威、酒泉和金昌4市是甘肃省水资源相对较多的绿洲灌区和粮食高产区,曾经是甘肃省乃至全国的十大商品粮基地之一,在全省粮食战略上承担过“兴西济东”的历史重任,1995年以占全省14.4%的粮食播种面积生产了全省35.9%的粮食产量,目前占全省粮食播种面积的15.6%、粮食总产的29.6%,对全省粮食生产的贡献下降。特别是长期单一的作物制种生产,使该地区不可避免地出现了连作障碍、病虫草害危害加剧、土壤地膜残留污染加重、土壤肥力下降等严重问题[12]。在未来发展中,要强化河西绿洲粮食生产的功能,治理开发盐碱地,建设高标准农田,大力实施节水增粮工程,通过提高单产和适度扩大面积来完成全省1/3以上的粮食生产任务。

4.3 发挥沿黄及洮、渭、泾河灌区和徽成盆地粮食生产潜力

甘肃沿黄灌区及洮河、渭河、泾河灌区也是粮食生产高产区,适宜发展粮-粮型、粮-菜型、粮-经型等间套复合种植,小麦-玉米带状种植及小麦收获后复种马铃薯、早熟玉米可实现1 000 kg·666.7m-2单产水平。陇南徽成盆地是甘肃省粮食生产条件较好的地区,近几年甘肃省农科院创建了冬小麦10.71 t·hm-2的高产记录,预计大面积1 000 kg·666.7m-2是可以实现的,要发挥这些区域承担全省粮食生产任务的潜力。

4.4 支撑粮食生产迈上新台阶的措施

甘肃省粮食总产稳定提升到1 200万t,其中以提高粮食单产和结构调整为主的科技进步起了决定性作用,科技进步率由2007年的47%提高到了2020年57%[13]。在2021年1 231万t粮食总产基础上,预期实现1 300万t目标,丰产高产技术是迈上台阶的主要措施,应重点抓好4个方面工作:

4.4.1 稳定粮食播种面积,优化粮食种植结构 保证粮食安全要实施最严格的耕地保护制度,坚决遏制耕地非农化、基本农田非粮化。优化耕地“占补平衡”政策,保障耕地产能占补平衡,坚决杜绝“占优补劣”现象发生,新垦耕地要防止生态破坏和水土流失[14],千方百计确保266.67万hm2食播种面积不减,继续优化粮食作物种植结构,夏秋种植结构比保持在40∶60。在玉米单产显著高于小麦的中部半干旱、高寒阴湿一熟区扩大玉米面积,在天水、庆阳、平凉等水热条件较好的川塬区发展油菜收后复种马铃薯,在川道灌溉地扩大早熟菜用马铃薯种植面积。粮食播种面积中,要确保100万hm2玉米、75万hm2马铃薯和70万hm2小麦播种面积不减;品种结构调整中,要加快研发应用抗旱耐密和青贮高产玉米、优质强筋高产小麦、高淀粉马铃薯等新品种。

4.4.2 改善农业生产条件,建设高标准农田 要确保“农田就是农田,并且是良田,只能用来发展种植业,特别是粮食生产”。甘肃省70%的耕地为山旱地和坡耕地,加快实施中东部旱作区6°～15°坡的梯田改造工程,建成66.67万hm2适宜大型机械作业的高标准梯田;通过土地整治建设高标准节水高产农田,加快农机农艺融合技术的集成应用。提升河西灌区农田节水灌溉、中东部旱作区全膜双垄沟种植的装备水平及机械化、自动化、绿色化水平。

4.4.3 加强丰产高产技术创新,建设抗旱节水增粮高产带 一是加强种源科技创新,实施良种攻关工程。粮食科技支撑的核心是种源安全,下决心把种业搞上去,才能实现种业科技自立自强。稳定支持农业科研院所和种业企业联合实施良种攻关工程,加强种质资源收集保护利用,评价和挖掘核心种质及优异性状的基因资源,开展抗旱节水和高产育种,选育适宜机械粒收玉米、抗旱优质高产小麦、抗病高淀粉和中早熟马铃薯、抗旱高产耐除草剂谷子等优良品种;建设好河西玉米制种繁种基地、中部马铃薯脱毒种薯繁育基地、陇东和陇南抗病优质小麦繁育基地,确保全省粮食稳定增产的良种供给和种子贮备。二是创新“藏粮于水、藏水于技”关键技术,实施节水增粮行动。在全球气候变化导致水文情势改变、极端气候危害加重背景下,甘肃“水缺”比“地少”更严重,保障粮食安全的水资源制约较大,需要在覆盖集雨和深度节水前提下,加快跨流域调水,确保粮食生产的用水保障能力。建议加强实施南水北调西线工程,充分挖掘河西走廊等地的后备耕地资源潜力[15],支撑河西走廊制种基地建设和粮食高产区建设,推进春小麦和马铃薯膜下滴灌、玉米密植滴灌等重大技术规模化应用,使玉米水分利用效率提高到2.5 kg·m-3·667m-2以上。将甘肃旱作区纳入国家粮食丰产工程建设,以“集水、蓄水、保水、节水、用水”为核心,推进以深松耕打破犁底层、机械化秸秆还田为主的土壤水库营造工程,实施旱塬6.6667万hm2玉米、6.6667万hm2冬小麦及中部6.6667万hm2马铃薯节水增粮工程,玉米水分效率达到2.0 kg·m-3·667m-2以上,马铃薯和小麦水分效率达到1.2～1.5 kg·m-3·667m-2;在水热条件较好区域实施复种增粮工程。三是加快节本增效技术集成应用,实施主要作物全程机械化行动。根据主要环节农艺技术需求,加快研发和改进适宜甘肃粮田覆盖种植方式的玉米、马铃薯及制种玉米去雄和收获机械,解决秸秆还田、地膜覆盖种植方式机艺一体化、地膜污染控制等重大难题;研发适宜丘陵山区的小型耕种和收获机械,使粮食作物耕种收综合机械化率达到65%。

5 结 论

新中国成立70年来,甘肃省粮食产量呈明显的直线上升趋势,粮食总产和单产增幅显著高于播种面积减幅。粮食总产量和单产年均递增率分别为2.54%和3.01%,粮食生产实现了供需紧平衡。每生产1个百万吨级粮食所需时间、每生产1个300 kg·hm-2粮食单产量级需要时间明显缩短。粮食增长过程中气候影响占比降低,技术进步作用占比增强。特别是改革开放40多年来,全省粮食生产重心向旱作区转移,粮食产量增加得益于压夏粮扩秋粮适水种植结构的建立及地膜覆盖集雨抗旱增粮技术的突破。尽管全省粮食生产的资源环境压力比较大,但粮食产能仍有较大提升空间,通过夯实陇东黄土旱塬和河西绿洲粮食生产功能,建设高标准农田,强化种源科技创新,加快实施以玉米、马铃薯和冬小麦为主的粮食单产提升行动,预计到2030年粮食总产可达到1 350万t。