《一、前言》

一、前言

中国是世界人口大国，在自然条件的约束下不 得不面临着以全球 9 % 的耕地养活全球 21 % 人口 的困境。自 1994 年莱斯特 · 布朗发表《谁来养活 中国》以来，中国的粮食安全问题一直是世界性论 题。受人口和经济增长的影响，中国的食物需求不 断增加，仅 2010—2016 年，中国谷物、谷物粉及 大豆的的进口量增长了 1.65 倍，农、林、牧、渔业 对外直接投资净额增长了 5 倍。根据预测，未来中 国食物自给率仍将下降，大豆、谷物及谷物粉和奶 制品的进口规模将持续上升。

耕地是粮食生产的基础，过去几十年来，中国 的耕地经历了快速的变化。耕地一旦非农化之后， 尤其是转为建设用地之后，下垫面的改变使其很难 在短时间内恢复为可耕种状态，因而建设用地扩张 侵占耕地的现象引起了许多学者的关注。刘彦随 等 [1] 比较了中国人口规模较大的城市和集中连片 优质农田的分布，发现二者具有高度重合性。据 Tan 等 [2] 对 145 个大中城市的调查研究，发现城 市扩张多是占用优质耕地，1990—2000 年这些被城 市占用的耕地能够生产的粮食产量相当于全国耕地 平均粮食生产水平的 1.47 倍。He 等 [3] 计算之后 发现，1992—2015 年建设用地扩张造成的粮食减 产导致了我国粮食自给率下降 2 %。在建设用地扩 张的过程中，学者注意到农村居民点在人口不断 减少的过程中建设用地却快速增长的现象 [4]，认 为农村建设用地扩张比城市建设用地扩张对耕地 减少的影响更大。

与此同时，一些生态脆弱、耕地立地条件较 差地区的耕地扩张趋势十分显著。比如在新疆地 区，1990—2015 年耕地增加了近 53 % [5]，2000— 2015 年内蒙古地区耕地增加近 23 %[6]。耕地从复 种指数较高、质量较好的南方和中部地区向复种指 数较低的西北和东北转移的趋势已经被许多学者注 意。有些学者采用统计年鉴数据或者全国第二次 土地调查数据来描述这种耕地空间格局的变化 [7]， 后来则多以遥感数据，比如 Landsat 专题绘图仪 / 增强型绘图仪（TM/ETM）数据 [8]、HJ-1 卫星电 荷耦合器件（CCD）数据 [9] 等。

综上所述，过去几十年来中国耕地空间格局变 化显著，但是由于受到耕地自然资源禀赋的限制，转入与转出耕地之间的粮食产量并不能保证相等， 耕地空间格局的变化会给粮食生产带来一定影响。 耕地空间格局具体是如何变化的？这种变化带来怎 样的影响？如何定量评估这种影响？

在以前的研究中，学者通常倾向于用潜在生产 力作为描述粮食生产力的指标 [10]，它通常比实际 产量要高。为进一步提高精度，本研究利用北师大 土壤数据库的土壤有机质数据来重新调整县域内部 栅格尺度的耕地单产。此前，学者发现在中国的不 同地区，土壤有机碳和作物产量之间存在着一个正 相关的线性关系 [11]，这为县域尺度内调整格网的 粮食生产力提供了依据。

《二、数据与方法》

二、数据与方法

《（一）数据来源》

（一）数据来源

本文所用的土地利用图（1990 年、2000 年、 2010 年）来自中国科学院资源环境科学数据中 心 [12]，比例尺为 1∶100 000。主要由六种土地利 用类型组成，分别是耕地、林地、草地、湿地、建 设用地和未利用地。野外调查和随机检验表明，解 译的精确度超过了 90 %。

1990 年、2000 年、2010 年的县级农业统计数据 来源于中国种植业信息网，包括粮食作物的总产量和 播种面积，以及所有农作物的耕地面积和播种面积。

1 km 空间分辨率的土壤有机质数据是基于第二 次土壤调查（1975—1985 年）以及其他 25 本出版 刊物和 60 份未出版材料得来的，共计 8 979 个土壤 剖面，收录在北京师范大学的土壤数据库内 [13]。

《（二）研究方法》

（二）研究方法

首先，以县级为单位计算每个县的多年粮食平 均单产，即先求出某一年某个县的播种单产（粮食 播种产量 / 粮食播种面积），然后乘以耕地的复种指 数（所有作物播种面积 / 耕地面积）得到耕地的粮 食单产，最后求多年的平均值。

其次，将县级平均产量根据土壤有机质的水平 进行内部调整，从县级尺度细化到 1 km 的格网内， 得到每个格网的多年平均单产。具体方法是计算每 个县表层土壤（0~30 cm）的平均有机质含量，以 该县内每个格网的有机质含量与县平均有机质含量 的比值为系数，调整该格网内的粮食单产。

《三、结果与讨论》

三、结果与讨论

《（一）耕地空间格局变化》

（一）耕地空间格局变化

研究数据显示，1990—2010 年，耕地面积整体 净增加了 0.87 %，以 2000 年左右为分界点呈现出 先增长后下降的趋势。2000 年前，年均净增加耕地 面积约为 2.8×105 hm2 ，而 2000 年后，年均净减少 面积约为 1.3×105 hm2 。

1990—2010 年，全国的新增耕地中最多是由 草地转来的，占比为 46.9%，其次是林地，大约占 38.8%，湿地和未利用地一共仅占 14.3%。北方的 新增耕地主要来源是草地，南方则主要来源于林地。 分时段来看，前期（1990—2000 年）中国的新增耕 地来源中草地占比为 46.0%，林地占比为 42.7%， 后期（2000—2010 年）草地占比上升了 6.1%，林地占比则大幅下降了 28.2%，意味着后期耕地的开垦 相对而言更多向草地、湿地以及荒地偏移（见图 1）。

《图 1》

图 1 中国 1990—2000 年和 2000—2010 年新增耕地来源占比变化

 

1990—2010 年，中国的城市化进程不断推进， 全国转出的耕地中有 24.5 % 被建设用地占用。另 一方面，受到 1999 年推行的退耕还林、还草、还 湿等生态保护政策以及农村劳动力不断向城镇转 移的影响，主动或被动减少的耕地中有 37.9 % 转 为了林地，28.7 % 转为了草地，7.3 % 转为了湿地。 转出耕地呈现出大幅向建设用地倾斜的趋势，后 10 年转出为建设用地的耕地占比大幅上升了 32.3%， 占比达到了 53.0 %（见图 2）。

《图 2》

图 2 中国 1990—2000 年和 2000—2010 年转出耕地类型占比变化

 

虽然整体看来中国的耕地面积变化幅度不大， 但观其内部可发现耕地面积此消彼长，不同区域之 间差异显著。根据中国农业综合区划 [14]，中国有 八个主要的农产品主产区。

八大农产品主产区中，黄淮海平原、长江中游和江淮地区、四川盆地以及华南蔗果区的耕地在 1990—2010 年共净减少了 1.65×106 hm2 ，而在新疆、 内蒙古东部地区和东北平原（包括松嫩平原和三江 平原），耕地净增加共 3.67×106 hm2 （见图 3）。

《图 3》

图 3 1990—2010 年中国农产品主产区耕地面积变化

 

从空间上来看，1990—2010 年间的新增耕地 主要分布在中国的东北和西北地区。在八大农产品 主产区中，内蒙古东部地区、新疆、松嫩平原、黄 淮海平原以及三江平原耕地主要来源是草地，占比 分别达到了 70.8 %、68.8 %、57.7 %、44.1 % 以 及 35.7 %。南部的主产区华南蔗果区、四川盆地和长 江中游及江淮地区的耕地则主要来源于林地，占比 分别为 85.3 %、74.9 % 和 53.0 %。三江平原侵占湿 地开垦耕地的现象十分严重，新增耕地中有 38.3 % 都来源于湿地。在前人的研究中，这个比例甚至更 高 [15]。新疆地区的新增耕地主要来源除了草地以 外，未利用地也占了 23.2 % 左右。

在八大农产品主产区的转出耕地中，黄淮海 平原、四川盆地、长江中游及江淮地区以及华南 蔗果区四个经济相对发达的地区一共占了 70.91 %。 黄淮海平原的损失耕地中有 72.2 % 都转为了建 设用地，在长江中游及江淮平原这个比例也高达 44.9 %。从空间分布上可以看到城市周围建设用地 侵占耕地的现象十分明显，尤其是在京津冀、长三 角、珠三角三大城市群范围内。1990—2010 年，北 京周边的转出耕地中，建设用地占用了 72.5 %，上 海周边这个占比则高达 90.0 %。

《（二）耕地空间格局变化对粮食生产的影响》

（二）耕地空间格局变化对粮食生产的影响

在本研究的假设中，1990—2010 年农药、化 肥、种子等各种影响因素不变。由前文计算得到中 国耕地的粮食生产力，以此为耕地地块的固有属 性，再结合 1990 年、2000 年、2010 年的土地利用 数据，发现耕地空间格局变化造成全国范围内粮食 生产力的平均值在 1990—2010 年下降了约 2 %。在 20 世纪 90 年代，全国的平均粮食生产力下降了 1.5%， 而 2000 年以后下降趋势明显缓和，10 年仅下降了 0.5 %。

从八大主产区的角度来看，长江中游及江淮地 区、四川盆地、黄淮海平原以及华南蔗果区的粮食 生产力较强，均超过了全国平均值，而东北和西北 的四个主产区则远低于全国平均值（见图 4）。由此 可见，现今的农业生产出现了与粮食生产力相悖的 发展方式，新增耕地集中的地区反而是粮食生产力 较弱的地区。

《图 4》

图 4 八大主产区耕地平均粮食生产力

 

注：红线为全国耕地平均粮食生产力。

由于建设用地是耕地损失最主要的途径之一， 为保障国家粮食安全，中国实行了耕地“占补平衡” 的政策，即非农建设经批准占用耕地之后，要按 照“占多少，补多少”的原则，补充数量和质量 相当的耕地，以保证耕地总量基本平衡。但实际 上很难做到质量和数量的双重平衡，其主要原因 有两个：

（1）通常而言，补充的耕地土壤质量较差，且 多位于气候条件不太适宜耕作的地区 [16]。优质耕地则大多分布在城镇周边或交通沿线，容易和城镇 建设用地发生冲突，被城镇扩展所占用 [17]。因而 同地区耕地之间容易出现“占优补劣”。例如在八 大主产区内部，被建设用地占用的耕地的粮食生产 力通常也高于该地区新增耕地的粮食生产力。

（2）热量条件决定了我国北方耕地复种指数 较低，南方耕地复种指数较高，而经济发展程度 上又恰好相反，加之近些年节水灌溉技术的发展， 水资源对北方耕作的限制作用减弱，所以从总体 格局上出现南方耕地被建设用地侵占，北方耕地 大规模连片开垦的情况，南北耕地之间容易“占 优补劣”。

建设用地在转出耕地中的占比仅在研究期内的 两个时段中就上升了 32.28 %，而中国城镇化率还 有很大的提升空间。因而未来建设用地占用仍然会 是耕地流失的主要原因。另一方面，新增耕地主要 分布于东北、西北这些地区，而这些地区耕地的粮 食生产力比全国范围内建设用地占用耕地的生产力 要低得多。新疆、东北平原、内蒙古东部地区新增 耕地的平均粮食生产力分别是 5.7 t/hm2 、4.4 t/hm2 和 2.5 t/hm2 ，如果想弥补全国范围内 1 hm2 被建设 用地占用的耕地，就需要在新疆地区补 1.6 hm2 ，在 东北平原补 2.0 hm2 ，在内蒙古东部地区补 3.6 hm2 才能保证总的产能平衡。新增耕地一是粮食产量相 对较低，并且缺乏对耕地质量的后续提升与管理措施；二是容易对区域生态安全问题造成困扰，因而 新增耕地的大量开垦存在一定的风险，未来需谨慎 开发。

《四、结语》

四、结语

本文定量评估了 1990—2010 年中国耕地空间 格局变化带来的粮食生产变化。为更精准地评估这 种变化，本文基于县级农业数据和中国土壤有机质 的格网数据，建立了 1 km 分辨率的格网级耕地粮 食生产力数据库。将得到的格网级粮食生产力与土 地利用变化数据相结合，可以发现：

（1）1990—2010 年，中国耕地面积先增长后下 降，总体变化幅度不大，但其内部耕地面积在不同 地区发生较大变化。

（2）1990—2010 年，中国新增耕地主要来源 是草地（46.9 %），后期（2000—2010 年）草地占 比上升，主要去向前期（1990—2000 年）是林地 （36.6 %），后期建设用地占比上升，成为主要去向 （53.0 %）。南方的新增耕地主要来源于林地，北 方则来源于草地，东北地区开垦湿地的现象较为 严重。

（3）耕地的空间格局变化造成中国平均粮食生 产力在 20 年间下降了 2 %。在保证耕地产能平衡的 前提下，全国每有 1 hm2 耕地被建设用地占用，就需要在新疆开垦 1.6 hm2 耕地作为弥补，在东北平 原则需要 2.0 hm2 耕地作为弥补，而在内蒙古东部 地区则需要 3.6 hm2 耕地作为弥补。