耕地資源生產潛力的空間特征

0耕地資源生態結構核算土地是人類生存和發展的重要資源和基礎。作為一個土地精英，它是糧食綜合生產能力的最重要因素之一。這是國家糧食安全的基礎和保證。隨著工業化與城鎮化的快速發展,耕地面積急劇減少,對國家糧食安全與生態環境保護威脅巨大。而目前保障糧食安全的核心由產量安全逐步轉向能力安全,研究中國耕地資源的糧食單產能力,并結合耕地面積的變化,核算中國耕地資源的糧食總生產能力及其變化,可以為國家實施耕地保護戰略和確保糧食安全提供決策依據。近年來,在耕地分等成果的基礎上,許多專家學者對耕地生產潛力的核算方法做了大量研究[4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,17,18,19,20,21,22,23,24,25,26,27],國土資源部在山西省進行試點研究,探討了光溫潛力、自然質量分、利用系數與標準糧之間的關系;張鳳榮以糧食作物審定品種的區域試驗產量為基礎,計算了各類耕地的糧食單產,計算糧食總生產能力,并與現實產量比較,計算其潛力;鄖文聚等將農用地生產能力劃分為農用地遠景理論生產能力、當前理論生產能力、實際生產能力3個層次,并提出依據農用地自然質量等指數核算遠景理論生產能力,依據農用地利用等指數核算當前理論生產能力,依據農業統計數據核算實際生產能力,這些研究使得耕地生產能力核算方法趨于完善。但是,能夠結合農用地分等成果,以鄉鎮尺度調查數據為基礎,核算區域耕地資源的生產能力的研究還不多;而中國東北平原、華北平原等6省糧食總產量為32829.53萬t,占全國糧食總產的66%,是中國重要的糧食產區。因此,研究這個區域耕地生產能力層次差異性及其空間分布差異規律有重要的科學意義和應用價值。本文基于省級耕地生產能力核算成果,以中國糧食主產區(黑龍江省、吉林省、遼寧省、河北省、山東省、江蘇省)鄉鎮尺度的耕地資源生產能力數據為基礎,核算了糧食主產區的理論生產能力、可實現生產能力和實際生產能力,分析了6省在12個耕作制度二級區間的耕地生產能力的分異規律,并把生產能力核算結果與區域資源本底、同期糧食產量的統計數據進行對比研究,以期為區域生產能力提升提供參考,為耕地資源數量、生產能力并重管理提供決策依據。1研究區域的概況和數據來源1.1研究區域自然條件黑龍江省、吉林省、遼寧省、河北省、山東省、江蘇省(以下簡稱6省)是位于中國東北部及東部的6個省份,6省地處30°45′-53°33′N,113°11′-135°05′E。從最北端的黑龍江省漠河縣到最南端的江蘇省吳江市,南北最長約2600km,從最西邊的河北省平山縣到最東邊的黑龍江省撫遠縣東西最寬約1500km,本文以6省作為研究區域。研究區域內耕地資源自然條件優越,土壤質量好,集中了中國相當數量的優質高產田。區域總面積約為124萬km2,占全國陸地總面積的13%。2006年,區域耕地總面積約為39.91萬km2,占全國耕地面積的31%。根據影響耕作制度的主要環境指標:熱量、水分、地貌以及社會經濟條件進行耕作制度分區,將全國分為12個一級區和40個二級區。按照《農用地分等規程》中劃定的全國農業耕作制度,6省共覆蓋到4個一級區和12個二級區,本文以12個二級區為單位進行分析研究,見圖1。1.2明確產出核算依據理論單產的核算依據是指定作物審定品種區域試驗產量調查數據,由6省國土資源廳會同省農業廳等專家共同確定;可實現單產的核算依據是2004-2006年高產穩產田指定作物單產統計數據;實際單產來源于2004-2006年6省鄉鎮級調查數據;統計產量來源于2007年各省國民經濟統計年鑒。2數據處理和分析2.1理論產出模型農用地分等單元是農用地分等評價的最小空間單位,分等單元邊界采用明顯的河流、道路、水壩、溝渠、權屬界線、地貌分界線等地物界線作為邊界。根據調查分等單元指定作物審定品種的區域試驗單產,按照標準糧換算系數折算為調查分等單元標準糧理論單產,建立二級區調查分等單元耕地標準糧理論單產和對應單元的耕地自然質量等指數的關系模型式中,yi″為第i個分等單元標準糧理論單產樣本值,kg/hm2;Ri為第i個分等單元自然質量等指數;a、b為回歸系數。經過數理分析和論證檢驗,各二級區理論單產模型(表1)。將各二級區內所有分等單元的耕地自然質量等指數代入模型,可獲取它們的耕地理論單產YFi。然后核算分等單元理論生產能力WFi式中,WFi為第i個分等單元理論生產能力,kg;YFi為第i個分等單元理論單產,kg/hm2;Si為第i個分等單元耕地面積,hm2。各鄉鎮域內分等單元理論生產能力之和即為各鄉鎮理論生產能力,除以該鄉鎮耕地面積即為鄉鎮理論單產;各區縣理論生產能力為域內各鄉鎮理論生產能力之和,除以各區縣耕地面積即為各區縣理論單產;各省/二級區理論生產能力為域內各區縣理論生產能力之和,除以各省/二級區耕地面積即為理論單產。2.2耕地利用等指數的函數及驅動依據農用地利用等指數核算農用地可實現生產能力,以二級指標區為單位,建立抽樣單元的可實現單產和相應的農用地利用等指數的函數關系,將所有分等單元的農用地利用等指數代入函數方程。可實現單產調查樣本以農用地分等二級指標區為單位進行分層抽樣,樣本數量要求符合統計學要求,在各省各縣內部都布設了調查樣本,優先將指標區內國家級和省級標準樣地作為調查樣本,還兼顧了農用地分等所有等別及地類。通過樣本抽樣調查正常年景下高產穩產田指定作物近3a能獲得的最高產量,根據標準糧換算系數折算為抽樣分等單元標準糧產量,作為可實現單產,以二級指標區為單位,建立分等抽樣單元指定作物的標準糧單產樣本值與相應的分等單元利用等指數的函數關系式中,yi″為第i個分等單元標準糧可實現單產樣本值,kg/hm2;Yi為第i個分等單元利用等指數;c、d為回歸系數。經過數理分析和論證檢驗,確定各二級區可實現單產核算模型(表2)。將所有分等單元的耕地利用等指數代入函數方程,可以核算出耕地可實現單產YPi。然后,核算分等單元可實現生產能力WPi式中,WPi為第i個分等單元可實現生產能力,kg;YPi為第i個分等單元可實現單產,kg/hm2;Si為第i個分等單元耕地面積,hm2;各鄉鎮域內分等單元可實現生產能力之和即為各鄉鎮可實現生產能力,除以該鄉鎮耕地面積即為鄉鎮可實現單產;各區縣可實現生產能力為域內各鄉鎮可實現生產能力之和,除以各區縣耕地面積即為各區縣可實現單產;各省/二級區可實現生產能力為域內各區縣可實現生產能力之和,除以各省/二級區耕地面積即為可實現單產。2.3和現產—實際生產能力核算根據實際耕作制度,核算各鄉鎮農用地實際生產能力。區縣域內各鄉鎮實際生產能力之和即為該區縣實際生產能力,除以耕地面積為該區縣實際單產;各區縣實際生產能力為域內各鄉鎮實際生產能力之和,除以各區縣耕地面積即為各區縣實際單產;各省/二級區實際生產能力為域內各區縣實際生產能力之和,除以各省/二級區耕地面積即為實際單產。2.4各個分等單元的理論利用潛力農用地單產潛力值包括理論單產潛力和可實現單產潛力。農用地理論單產潛力數值上等于理論單產與可實現單產的差值。式中,Gap1i為第i個分等單元的理論利用潛力,kg/hm2;YPi為第i個分等單元的可實現單產,kg/hm2;YFi為第i個分等單元的理論單產,kg/hm2?？蓪崿F單產潛力值反映投入和政策調整,可以實現的潛力,數值上等于可實現單產與實際單產的差值。式中,Gap2i為第i個分等單元的可實現利用潛力,kg/hm2;YOi為第i個分等單元的實際單產,kg/hm2;YPi為第i個分等單元的可實現單產,kg/hm2。2.5空間分析功能將6省生產能力核算成果做為分析的基礎數據,采用Arcgis9.3軟件的空間分析功能,對其成果進行轉化。采用空間疊加分析、統計分析和綜合分析等相關分析方法,研究理論單產、可實現單產與實際單產在省際、耕作制度二級區等空間尺度上的分布規律。3結果與分析3.1耕地生產力在省級行政區的分布特點3.1.1理論產出、實現高產的空間分布分別對6省進行生產能力核算并匯總,對匯總數據對比分析。從省級行政區耕地3層次單產分布情況來看(表3),江蘇省理論單產、可實現單產、實際單產均最高,分別為19428.15、17265.37和14618.82kg/hm2;山東省的理論單產、實際單產低于江蘇省高于其他4省,值分別為15398.18和9435.35kg/hm2;而黑龍江省的理論單產、可實現單產均最低,分別為9598.77和7886.24kg/hm2,實際單產最低的是河北省,為5986.34kg/hm2。耕地綜合生產能力空間分布來看(圖2),理論單產、可實現單產、實際單產空間分布規律基本一致。其中,江蘇省的理論單產最高,山東省的大部分、河北省的中部、黑龍江省的南部理論單產次之,河北省的西北部、黑龍江省的西北部和東北部理論單產最低。江蘇省的實現單產最高,黑龍江省南部可實現生產能力次之,河北省的西北部、黑龍江省的西北部和東北部可實現單產最低。江蘇省的實際單產最高,山東省西北部、河北省中部、黑龍江省南部實際單產次之,河北省的西北部、黑龍江省的西北部和東北部實際單產最低。3.1.2配套生產企業以省級行政區劃為計算單位,耕地面積最大的是黑龍江省,其面積值為1196.46萬hm2,理論生產能力、可實現生產能力和實際生產能力最高的也是黑龍江省,其值分別為11484.59、9435.61和7255.21萬t;其次,耕地面積第二大的是山東省,其值為728.50萬hm2,其理論生產能力、可實現生產能力和實際生產能力值為11217.56、7609.97和6873.64萬t;耕地面積最小的是遼寧省,其面積值為408.51萬hm2,理論生產能力、可實現生產能力和實際生產能力最低的也是遼寧省,其值為5144.51、3898.01和3317.23萬t。從圖3可以看出,各省耕地總面積與其生產能力值大致呈正相關關系。3.2耕地生產力在兩個區域的分布特征3.2.1主要耕地主要生產經營區將6省所覆蓋的12個二級區的耕地生產能力數據進行匯總,并對匯總結果進行分析(表4)。由于6省地區跨度較大,因此耕地質量整體差異較大,不同地區的理論單產波動明顯,其中江淮平原區、沿江平原區和黃淮平原區理論單產最高,其理論單產值分別為18961.38、18931.37和18640.16kg/hm2;山東丘陵區、燕山太行山山前平原區和冀魯豫低洼平原區的理論單產都超過了13000kg/hm2,分別為15558.01、13883.80和13831.41kg/hm2。耕地理論單產最小的區為大小興安嶺山地區,其理論單產為4013.60kg/hm2。江淮平原區、沿江平原區和黃淮平原區位于北亞熱帶中部,濱江近海,氣候溫和濕潤,地勢平坦,其光熱資源條件較好,土壤多為水稻土和潮土,土壤肥力均較高,因此其理論單產也較高。大小興安嶺山地區屬于山區,地形條件和氣候條件都較差,其耕地質量比較低,理論單產低。從各二級區的耕地可實現單產分布情況來看,江淮平原區和沿江平原區的可實現單產最高,其單產值分別為17163.98和17063.54kg/hm2,黃淮平原區、燕山太行山山前平原區和山東丘陵區的可實現單產也均超過10000kg/hm2,其單產值分別為14729.74、10536.40和10178.09kg/hm2,后山壩上高原的可實現單產最低,為3031.77kg/hm2。從各二級區的耕地實際單產分布情況來看,江淮平原區和沿江平原區優勢明顯,其實際單產值分別為15194.04和14194.14kg/hm2,其次為黃淮平原區,其實際單產值為12221.44kg/hm2,后山壩上高原區為最低,其實際單產值僅為1929.07kg/hm2。從耕地生產能力在二級區的空間分布規律(圖4)可以看出,沿江平原區、江淮平原區、黃淮平原區理論單產最高,松嫩平原區的中部、冀魯豫低洼平原區的東南部、山東丘陵區的大部分理論單產次之,大小興安嶺山地區、三江平原長白山地區的東北部、遼吉西蒙東南冀北山地以及后山壩上高原區理論單產最低。可實現單產與實際單產的分布規律與理論單產趨于一致。3.2.2理論生產能力以耕作制度二級區為計算單位,耕地面積最大的是松嫩平原區,其值為1182.3萬hm2,該指標區理論生產能力、可實現生產能力、實際生產能力均最高,其值分別為13416.15、11345.42和8683.45萬t;山東丘陵區、冀魯豫低洼平原區理論生產能力、可實現生產能力、實際生產能力差異不大僅次于松嫩平原區,其耕地面積相近,均為423萬hm2左右;后山壩上高原區、大小興安嶺山地區的理論生產能力、可實現生產能力、實際生產能力差異不大均最低,耕地面積也最低。大小興安嶺山地區的理論生產能力最低,為212.25萬t。后山壩上高原區的可實現生產能力、實際生產能力均最低,分別為135.49和86.21萬t,耕地面積最小,為44.69萬hm2。其中,三江平原長白山地區耕地面積較大,為514.85萬hm2,僅次于松嫩平原區,而理論生產能力、可實現生產能力、實際生產能力較低,在二級區內居于中列。三江平原長白山地區位于黑龍江省東部,域內海拔較高,光熱條件匹配較差,耕地單產水平低,生產能力也較低。從圖5可以看出,二級區耕地總面積與其生產能力值大致呈正相關關系。3.3不同地區利用潛力農用地理論利用潛力Gap1是理論單產與可實現單產的差值,表征耕地利用水平提升可以實現的生產潛力。潛力提升需要針對當地氣候條件,通過建設、完善農田基礎設施等土地整治措施可有效提高耕地生產能力。圖6a顯示,黑龍江、吉林、江蘇3省的利用潛力較低,該地區耕地利用程度較高;遼寧省利用潛力次之;河北省的燕山太行山山前平原及冀魯豫低洼平原區、山東省的山東丘陵區的利用潛力最高,超過3500kg/hm2,部分區縣甚至超過5500kg/hm2,耕地提升潛力巨大。可實現利用潛力Gap2是可實現單產與實際單產的差值,表征耕地當前增產潛力。在當地氣候條件和耕地利用技術水平下,政策、投入是限制耕地生產能力的主要因素。圖6b顯示,6省區半數以上的耕地可實現利用潛力較低。黑龍江、吉林省松嫩平原區、河北平原區及江蘇西北部區域的耕地可實現利用潛力較高,通過實施提高糧食補貼價格等鼓勵性政策可充分發揮該地區的耕地生產能力。3.4生產核算的實際產出高于統計聯產水平的可能原因以省為單位,分別將6省生產能力核算成果與其2006年統計數據進行對比分析發現(表5),生產能力核算中采用的耕地面積數據與統計數據基本一致,但是6省通過生產能力核算得出的實際生產能力數據比實際統計的糧食產量數據高出很多,主要原因是生產能力核算的實際單產高于統計單產水平。生產能力核算的實際單產高于統計單產的可能原因如下:1)標準糧折算系數的影響。統計數據中的單產是指作物單位播種面積產量,而農用地生產能力核算中的單產,則是指作物單位耕地面積產量。對于不同的指定作物類型,需要轉化為標準糧播種面積單產水平。而轉化的方法,則是通過