成六三

（重庆工程职业技术学院，重庆 402260）

耕地资源是国家的战略性资源，是保障粮食安全的重要基础条件，其关乎着区域社会经济的可持续和高质量发展。耕地资源的演化发展一直受到政府和学者们的广泛关注［1-2］，相关的研究成果不仅促进了耕地资源的保护和高效利用，而且对于维持区域粮食安全具有积极意义。

近年来，全国耕地数量减少的趋势总体上趋于平缓，但区域社会经济发展差异及耕地生产力水平差异等，造成了耕地—粮食资源演化发展过程差异较大［3］，另外，如退耕还林等阶段性政策［4］也会影响区域耕地—粮食资源演化发展。因此，针对耕地—粮食演化发展的研究是一个需要长期监测和评估的课题。梁鑫源等［5-8］从研究的视角上，以国家、地区、省市以及县域不同尺度和不同空间的耕地总量、人均耕地最小面积、人均消费量的耕地压力指数等指标揭示了耕地的演化发展过程，研究在人口消费粮食水平基础上，对一段时期内耕地资源利用状态进行评估，发现各指标对保护耕地能够起到一定的积极作用。黄淇等［9-10］从研究方法上，利用1个阶段区域耕地数量演化过程的数据，建立了相关函数关系，进而预测了不同时段耕地数量的演变，这对于后期耕地资源保护利用具有参考价值。通过建立粮食生产因子线性回归模型，揭示了耕地—粮食资源的生产成因，这对于粮食生产建设具有重要的指导意义。区域耕地—粮食资源的数量和质量受阶段性政策、自然因素、社会经济水平、科学技术应用等多方面因素的影响，耕地—粮食资源演化过程是一个复杂系统，需要从不同尺度和时间进行研究，才能更为客观地反映其演化过程，进而为后期耕地—粮食资源生产保障提供指导和参考。

1 研究区概况与研究方法

1.1 研究区概况

武隆区地处重庆市东南边缘，乌江下游，位于107°13′～108°05′E，29°02′～29°40′N，全区总面积2882.67 km2，2022年总人口406868人，地区生产总值265.9亿元，农业总产值53.2亿元，人均年收入29483元。据2022年武隆区第三次国土调查主要数据公报显示，坡度位于2°以下的耕地331.14 hm2，占全区耕地的0.69%；位于2°～6°(含6°)的耕地1876.37 hm2，占全区耕地的3.93%；位于6°～15°(含15°)的耕地18934.97 hm2，占全区耕地的39.63%；位于15°～25°(含25°)的耕地17679.97 hm2， 占全区耕地的37.01%；位于25°以上的耕地面积8951.57 hm2，占全区耕地的18.74%。该区处于中国南方喀斯特高原丘陵山区，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温17.9 ℃，年平均降水量1246.6 mm，常年相对湿度为78%。土壤多属黄壤、黄棕壤，其次为紫色土。农业生产主要以种植玉米、小麦、水稻、薯类为主，经济作物主要包括烤烟、贮麻等。

1.2 数据来源

本研究数据来自于武隆区和重庆市的《统计年鉴》（1999—2021年）以及与耕地保护等相关的研究报告。

1.3 研究方法

1.3.1 耕地压力指数模型 本研究主要采用模型为耕地压力指数模型［11］。耕地压力指数是最小人均耕地面积与实际人均耕地面积之比，公式为：

式（1）中：K为耕地压力指数；Smin为最小人均耕地面积（hm2/人），即一定区域范围内为保障食物需求的最小人均耕地面积；S为实际人均耕地面积（hm2/人）。

最小人均耕地面积是指在一定区域范围内，在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。Smin是食物自给率、食物消费水平、耕地生产力水平等因子的函数，计算公式为：

式（2）中：β为食物自给率(%)；Gr为人均粮食需求量(kg/人)；P为粮食单产(kg/hm2)；q为粮食播种面积占播种总面积之比(%)；k为复种指数(%)，通过计算1年中各个季节的实际播种总面积除以耕地面积求得的。Smin即为保障一定区域食物安全而需保护的耕地数量的底线。

1.3.2 粮食生产波动分析方法 为了评估研究区粮食生产水平，借鉴耕地生产力［12］、粮食生产波动指数［13］和双累积曲线方法［14］综合分析评价区域粮食生产波动状况。评估思路和方法为：

1.3.2.1 耕地生产力 一般用单位面积耕地粮食的产量表示耕地生产力大小，用以评估单位面积耕地质量的高低。计算公式为：

式（3）中：PR为耕地生产力(t/hm2)；T为耕地粮食总产量(t)；S为耕地面积(hm2)。

1.3.2.2 粮食生产波动指数（Grain Yield Fluctuation Index, GYFI） 长期来看，粮食产量并不是一个稳定的变化过程，而是具有一定起伏性、波动性。为了便于表达这种波动性，采用粮食生产波动指数指标，其依据区域耕地生产力与全国平均耕地生产力差值占区域耕地生产力比例来反映粮食生产的波动情况。本研究以研究区耕地生产力和重庆地区耕地生产力的起伏变动趋势来表示粮食生产波动指数，计算公式为：

式（4）中：GYFI为粮食生产波动指数；PRi为重庆地区耕地生产力(t/hm2)；PRj为研究区耕地生产力(t/hm2)。

1.3.2.3 借鉴双累积曲线法评估其粮食生产波动的自然和综合技术因素的影响程度 双累积曲线法是在直角坐标系中同时绘制的一个变量的连续累积值与另一个变量的连续累积值的关系曲线，其结果是基于在相同时段内给定的数据成正比，即一个变量的连续累积值与另一个变量的连续累积值在直角坐标上为一条斜率固定的直线，倘若双累积曲线的斜率发生改变，则斜率发生突变点所对应的年份就是2个变量累积关系出现突变的时间。在突变时间点以前建立线性回归方程，并以参照区粮食生产累积量为自变量，代入线性回归方程，计算出突变点以后的研究区理论粮食生产累积量，再分别计算出理论耕地生产力、突变前后实际与理论耕地生产力的差值，以此分析研究区与重庆地区耕地生产力之间的关系。若差值小于零，表示研究区耕地生产力相对重庆地区耕地生产力提升较慢；若差值大于零，则表示研究区耕地生产力相对重庆地区耕地生产力提升较快；若差值等于零，则表示研究区耕地生产力与重庆地区耕地生产力相当。计算公式为：

式（5）～式（6）中：YPRj为突变点前研究区累积粮食生产力(t/hm2)；YPRi为突变点前重庆地区累积粮食生产力(t/hm2)；k和α为线性回归方程系数；Y′PRj为突变点后研究区累积粮食生产力(t/hm2)；Y′PRi为突变点后重庆地区累积粮食生产力(t/hm2)。

1.3.3 土地资源承载力指数 耕地—粮食承载力指数是基于自足条件下，耕地、粮食与人口的关系。依据相关研究［15］，我国营养安全的标准参考年人均粮食消费 400 kg 计算土地资源承载力(LCC)和土地资源承载力指数(LCCI)，计算公式为：

式（7）～式（10）中：G为区域粮食总产量(t)；GPC为人均粮食消费标准(kg/人)；Pa为实际人口数量（人）；Rp为人口超载率(%)；Rg为粮食盈余率(%)。依据LCCI的大小，划分出评价标准等级(表1）。

表1 LCCI 的分级评价标准

2 结果与分析

2.1 耕地—粮食动态变化

由图1可知，1999—2021年武隆区耕地面积总体上趋于下降趋势，耕地资源减少了17.8%。其中包括3个起伏阶段，1999—2012年耕地面积一直处于减少状态，即耕地面积从1999年的6.91万hm2减少到2012年6.40万 hm2，减幅为7.3%，这一时段下降的原因主要是由于退耕还林工程的实施；2013—2016年与1999—2012年相比，耕地面积呈上升趋势，基本保持在6.90万 hm2；2017—2021年耕地面积呈现快速减少状态，即耕地面积从2017年的6.84万hm2减少到2021年5.68万hm2，减幅为16.97%，这一时期降幅过大的主要原因是建设用地和新一轮退耕还林工程的实施。

图1 1999—2021年武隆区耕地—粮食动态变化

1999—2021年武隆区粮食总产量总体上呈上升趋势，粮食总产量增加了12.5%。其中在2001、2006和2012年粮食总产量出现了减产的情况，特别是2006年粮食总产量下降为14.25万t，为1999年的83.72%和2021年的74.41%，其主要原因是重庆地区长时间的干旱所导致的粮食减产。

由图2可知，1999—2021年武隆区粮食单产变化较为复杂。在2001、2006、2012和2015年粮食单产均出现了低点，除了受气候干旱的影响外，也受到耕地面积减少的制约。虽然2015—2021年粮食单产呈上涨的趋势，但2021年粮食单产水平为2014年的94.95%。

图2 1999—2021年武隆区粮食单产变化趋势

2.2 耕地压力指数动态变化

由图3可知，1999—2021年武隆区在人均粮食消费300和400 kg/人水平下的耕地压力指数K300和K400变化趋势总体上呈现出一致性，但耕地压力指数K400整体上大于K300，K300均小于1.0，K400基本上在0.93以上，处于耕地压力临界状态。表明当人均粮食消费在300 kg/人水平以下时，武隆区耕地呈无压力状态，耕地资源较富裕；当人均粮食消费在400 kg/人水平以下时，武隆区耕地压力指数K400基本呈现接近1.0或大于1.0的状态，耕地资源处于临界或紧张状态，则需要调控耕地面积，以保障粮食生产。结合图1进行综合分析可知，无论耕地压力指数K300或K400，其起伏较高点均与气候干旱年份相对应。在2019—2021年耕地面积减少情况下，K400也小于1.0，主要是由于粮食单产水平的增加。

图3 1999—2021年武隆区耕地压力指数动态变化

2.3 耕地生产力动态变化

2.3.1 粮食生产波动指数动态变化 对1999—2021年重庆地区和武隆区的耕地生产力进行对比（图4）可知，重庆地区耕地生产力明显高于武隆区的。前者是后者的1.89倍，其中1999—2007年重庆地区平均耕地生产力是武隆区的2.47倍，2008—2021年重庆地区平均耕地生产力是武隆区的1.52倍。从整个研究时段看，2002年重庆地区耕地生产力与武隆区的差距最大，约为其2.65倍；2010和2011年重庆地区耕地生产力与武隆区的差距最小,约为其1.32～1.33倍。这可能是由于武隆区耕地面积坡地比例较高，随着退耕还林工程的实施，大量的坡耕地转换为林地，重庆地区和武隆区的耕地生产力水平比值才逐渐下降。综上，粮食生产波动指数与耕地生产力变化基本相同。

图4 1999—2021年武隆区粮食生产波动动态变化

2.3.2 累积耕地生产力关系 由表2可知，通过双累积曲线线性回归了武隆区和重庆地区累积耕地生产力关系，武隆区累积耕地生产力可分为4个阶段：1999—2007年，武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.398x+472.65(R2=0.999）；2008—2013年武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.740x-22994.00(R2=0.999）；2016—2021年武隆区累积耕地生产力与重庆地区累积耕地生产力线性回归方程为Y=0.650x-15987.00(R2=0.999）。对比这3个阶段线性回归方程的斜率依次排序为2008—2013年斜率＞2016—2021年斜率＞2014—2016年斜率＞1999—2007年斜率，斜率越大，武隆区耕地生产力水平提高越快，则缩小了与重庆地区耕地生产力水平的差距，这与实际耕地生产力相符合。

表2 武隆区与重庆地区累积耕地生产力线性回归分析 kg/hm2

由图4和表2对比分析可知，经线性回归方程计算，1999—2007年武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为-1290.06 kg/hm2，这表明1999—2007年武隆区耕地生产力水平提升速度远低于重庆地区耕地生产力水平速度；2008—2013年，武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为562.91 kg/hm2，这表明2008—2013年武隆地区耕地生产力水平提升速度高于重庆地区耕地生产力速度；2016—2021年，武隆区耕地生产力水平的理论值均值与实际值均值之差为-473.27 kg/hm2，这表明2016—2021年武隆区耕地生产力水平提升速度小于重庆地区耕地生产力速度。从整体研究时段来看，武隆区耕地生产力水平与重庆地区耕地生产力水平差距不断缩小。这些变化主要归功于农田水利设施的改善、农业投资的增加以及高标准农田建设等方面的举措。

2.4 土地资源承载力指数

参照LCCI的分级评价标准（表1），结合对图5的分析可知，1999—2021年武隆区LCCI类型级别为盈余的年份有3个、级别为平衡有余的年份有16个、级别为临界超载的年份有3个、级别为超载的年份有1个，且对应的概率分别为13.04%、69.57%、13.04%和4.35%。总体上看，武隆区整体处于人粮平衡的状态，仅在2006年出现了超载状态，其主要原因是2006年重庆地区长时间干旱造成了粮食减产。

图5 武隆区土地资源承载力指数变化

3 结论

通过对1999—2021年武隆区耕地—粮食资源特征变化及其压力进行系统分析，主要得出以下结论：

（1）1999—2021年，武隆区耕地资源总量减少幅度约为17.8%，特别在2017—2021年，占到耕地资源减少量的93.8%；粮食总产量增加了12.5%，在2012—2021年粮食总产量连续增长，年均增长率为1.66%。综合耕地资源和粮食总产量一减一增，耕地粮食单产水平变化较为复杂，波动起伏较多。

（2）当武隆区在人均粮食消费400 kg时，耕地压力指数基本上在0.93以上，武隆区耕地压力处于临界状态，未来需要调控耕地数量。

（3）武隆区耕地生产力水平与重庆地区耕地生产力水平差距逐渐缩小，特别在2018年以后，武隆区耕地生产能力提升速度高于重庆地区耕地生产力提升速度，但与重庆地区耕地生产力总体水平还有一定差距。

（4）武隆区耕地—粮食—人口承载力指数基本上处于人粮平衡状态，耕地—粮食资源还将面临压力。

总之，根据武隆区耕地—粮食资源的变化特征，结合耕地多为坡地资源组成的特点，应重点加大高标准农田建设，整体提升农田水利设施建设等，进而缓解耕地—粮食资源面临的压力，促进社会经济的可持续和高质量发展。