资派学 Resources science 第32卷第9期2010年9月 010,32(9):1710-1717 o.32,No.9Sep,2010 文章编号:1007-7588(2010)09-1710-08 中国耕地食物供需平衡分析 王情',岳天祥,卢毅敏,范泽孟',辛晓平2,张宏斌2 1中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信息系统国家重点实验室,北京100101; 2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所,北京100081) 摘要:利用 Arcgis空间分析工具和食物营养模型,对我国主要7种耕地食物产品(水稻,小麦,玉米,高粱,谷 子,大豆,油料)实际产量进行计算和分析,得到全国和各县耕地食物营养产量,结合县级人口数据,进行食物供需 平衡分析。结果表明:①全国2360个县级行政单位中,1351个县(市、区)耕地食物热量供大于需(1995年-2005年 平均值),主要分布在东北平原、华北平原、江汉平原、洞庭湖平原、鄱阳湖平原、四川盆地等粮食主产区,另外1009 个县(市、区)耕地食物热量供小于需,需要从外调入食物,或者利用本区域草地、林地和水域等食物;②耕地食物蛋 白质供大于需的县(市、区)有896个,供小于需的县(市、区)有1464个;③耕地食物脂肪供大于需的县(市、区)仅有 121个,供小于需的县(市、区)有2239个。脂肪的供给有较大的短缺,要保障食物安全,应优化种植结构,逐步使各 类食物的供需达到平衡。东北、华北地区是我国食物供给充足有余的地区,应保护耕地食物供给可持续的发展;华 中的长江中下游地区,耕地食物热量供给有较大盈余但蛋白质和脂肪有所短缺,需优化种植结构,增加富含蛋白质 或富含油脂作物的种植和培育,以均衡食物供给。对于耕地食物不足的西部地区、北部地区和东南沿海地区的省 区,保障食物调入渠道通畅的同时,应发挥地区优势,因地制宜的提高食物供给能力。 关键词:中国;耕地食物;食物营养模型;食物供需平衡 1引言 正确评估我国实际的食物供给能力和需求水平,以 食物是人类生存和发展的基础,食物安全是一及供需平衡状况时空格局。 个国家繁荣进步的前提。目前,在全球金融危机 1994年布朗发表著名的《谁来养活中国人?》 能源危机、气候变化大背景下,食物安全也越来越文,提出中国将对世界的食物安全造成巨大隐 受到国际社会的重视。中国是世界人口大国,食物患,引发热议,许多学者用科学的证据反驳了他的 生产和消费影响世界的食物供应和分配,中国的食断言“。中国政府在1996年发表的白皮书中也明 物安全一直以来受到国内外广泛关注。据联合国确表明,建国以来的事实证明中国不仅使人民的温 经济及社会事务部人口司预测,2030年中国人口将饱问题得到解决,而且为在全球范围内消除饥饿与 达到145亿,在未来的20多年中,中国要解决1亿贫困做出了贡献。未来中国可以使粮食自给率始 多新增人口的吃饭问题,保证足够的食物生产,维终不低于95%,净进口量不超过国内消费的5%,对 护食物安全至关重要。但是,目前环境污染、水资世界粮食安全不会造成威胁。 源短缺、自然灾害和极端天气现象频发等一系列影 总体来看,目前中国的食物供给研究集中于两 响食物安全的问题还将继续存在并恶化,为了进一个方向:一是从自然生产力出发的食物资源潜力研 步保障国民的食物安全,迫切需要用科学的证据,究。如20世纪90年代完成的《中国土地资源生产 收稿日期:2010-03-05;修订日期:2010-07-28 金项目:国家杰出青年科学基金(编号:4082503);国家科技支撑计划课题(编号:2006BACO8B04);资源与环境信息系统国家重点实验 室自主研究项目(编号.81105) 作者简介:王情,女,湖南益阳市人博士生,主要研究方向为生态系统食物供给时空格局研究、资源环境模型和G应用。 Email: wangg. 08b(@igsnrracen 通讯作者:岳天样,E-mail; yue @lreisacen
第32卷 第9期 2010年9月 2010，32（9）：1710-1717 Resources Science Vol.32，No.9 Sep.，2010 http://www.resci.cn 文章编号：1007-7588（2010）09-1710-08 中国耕地食物供需平衡分析 王 情1 ，岳天祥1 ，卢毅敏1 ，范泽孟1 ，辛晓平2 ，张宏斌2 1.中国科学院地理科学与资源研究所 资源与环境信息系统国家重点实验室，北京 100101； 2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081） 摘 要：利用ArcGIS空间分析工具和食物营养模型，对我国主要7种耕地食物产品（水稻，小麦，玉米，高粱，谷 子，大豆，油料）实际产量进行计算和分析，得到全国和各县耕地食物营养产量，结合县级人口数据，进行食物供需 平衡分析。结果表明：①全国2360个县级行政单位中，1351个县（市、区）耕地食物热量供大于需（1995年-2005年 平均值），主要分布在东北平原、华北平原、江汉平原、洞庭湖平原、鄱阳湖平原、四川盆地等粮食主产区，另外1009 个县（市、区）耕地食物热量供小于需，需要从外调入食物，或者利用本区域草地、林地和水域等食物；②耕地食物蛋 白质供大于需的县（市、区）有896个，供小于需的县（市、区）有1464个；③耕地食物脂肪供大于需的县（市、区）仅有 121个，供小于需的县（市、区）有2239个。脂肪的供给有较大的短缺，要保障食物安全，应优化种植结构，逐步使各 类食物的供需达到平衡。东北、华北地区是我国食物供给充足有余的地区，应保护耕地食物供给可持续的发展；华 中的长江中下游地区，耕地食物热量供给有较大盈余但蛋白质和脂肪有所短缺，需优化种植结构，增加富含蛋白质 或富含油脂作物的种植和培育，以均衡食物供给。对于耕地食物不足的西部地区、北部地区和东南沿海地区的省 区，保障食物调入渠道通畅的同时，应发挥地区优势，因地制宜的提高食物供给能力。 关键词：中国；耕地食物；食物营养模型；食物供需平衡 收稿日期：2010-03-05；修订日期：2010-07-28 基金项目：国家杰出青年科学基金（编号:40825003）；国家科技支撑计划课题（编号:2006BAC08B04）；资源与环境信息系统国家重点实验 室自主研究项目（编号:081105）。 作者简介：王情，女，湖南益阳市人，博士生，主要研究方向为生态系统食物供给时空格局研究、资源环境模型和GIS应用。 Email：wangq.08b@igsnrr.ac.cn 通讯作者：岳天祥，E-mail：yue@lreis.ac.cn 1 引言 食物是人类生存和发展的基础，食物安全是一 个国家繁荣进步的前提。目前，在全球金融危机、 能源危机、气候变化大背景下，食物安全也越来越 受到国际社会的重视。中国是世界人口大国，食物 生产和消费影响世界的食物供应和分配，中国的食 物安全一直以来受到国内外广泛关注。据联合国 经济及社会事务部人口司预测，2030年中国人口将 达到 14.5 亿，在未来的 20 多年中，中国要解决 1 亿 多新增人口的吃饭问题，保证足够的食物生产，维 护食物安全至关重要。但是，目前环境污染、水资 源短缺、自然灾害和极端天气现象频发等一系列影 响食物安全的问题还将继续存在并恶化，为了进一 步保障国民的食物安全，迫切需要用科学的证据， 正确评估我国实际的食物供给能力和需求水平，以 及供需平衡状况时空格局。 1994 年布朗发表著名的《谁来养活中国人？》 一文，提出中国将对世界的食物安全造成巨大隐 患，引发热议，许多学者用科学的证据反驳了他的 断言[1-5] 。中国政府在1996年发表的白皮书[6] 中也明 确表明，建国以来的事实证明中国不仅使人民的温 饱问题得到解决，而且为在全球范围内消除饥饿与 贫困做出了贡献。未来中国可以使粮食自给率始 终不低于95%，净进口量不超过国内消费的5%，对 世界粮食安全不会造成威胁。 总体来看，目前中国的食物供给研究集中于两 个方向：一是从自然生产力出发的食物资源潜力研 究。如 20 世纪 90 年代完成的《中国土地资源生产
王情等:中国耕地食物供需平衡分析 2010年9月 能力及人口承载量研究》从土地、粮食与人口的平22分析思路 衡关系出发,讨论了中国土地与粮食的限制性,从2.2.1全国主要作物单产分析随着城市化进程的 可能性角度估算了食物生产能力及其可供养人口推进,我国耕地面积逐年缩减,后备耕地资源数量 规模,结果表明:在高投入水平下,2025年粮食生产有限且开垦难度加大,在努力保持耕地面积相 能力可达7亿t,可承载1548亿人口,大体可维持对稳定的基础上,作物单产的稳步提高是确保未来 0.878MJ热量、75g蛋白质和50kg脂肪的营养需人口增长情况下食物安全的必由之路門。图1-图3 求。陈百明等四研究考虑耕地资源和非耕地资源的分别显示了中国建国以来粮食(谷物)、油料、大豆 综合生产能力,计算出中国2010年可承载1676亿单位面积产量增长情况,整体而言,三大类食物的 人,2030年可承载1847亿人。许世卫等人通过对单产水平50多年来都呈平稳增长趋势。目前我国 中国食物数量、质量、营养和可持续性发展四个方小麦和大豆单产仅为国际水平的55%,玉米和马铃 面的分析,对中国食物安全面临的问题进行了探薯单产还不足世界平均水平的50%,随着农业科技 讨,并对食物安全未来的发展提出建议。岳天祥等水平的不断提高,我国的粮食单产提高仍有较大潜 人圓基于食物营养(热量,脂肪,蛋白质)供给,利用 力,将持续提高凹,从这方面讲,中国未来的食物安 模型测算出中国陆地生态系统食物供给潜力,得出 全形势较为乐观。 在温饱、小康、富裕生活水平下中国陆地生态系统 22耕地食物营养成分产量计算本文计算了主 能供养的人口数为:20.29亿,19.14亿,17.94亿,认 要的几种粮食和油料作物的产量,包括水稻,小麦 为只要能合理分配各种资源,优化配置食物种植结 000 构,中国食物可以自给自足。另一个方向是对作物 y=71.538x-138712 R2-0.9618 实际产量或人均占有量等指标的分析或预测。不 4000 少学者从粮食产量出发,通过粮食生产资源利用效 哥2000 率、人均粮食占有量、粮食自给率、粮食产量波动系 袋1000 数、粮食储备水平和贫困人口的粮食保障水平等指 标,来分析全国或区域粮食安全问题m。辛良杰 1940 1960 1980 2020 图11949年-2007年中国粮食单产 等人悶采用地区粮食优势度指数,发现近10年来中 Fig 1 Grain yield per unit in China during 1949-2007 粮食优势省区有集中的趋势,东部地区的粮食生 2000 产优势正在逐步减弱,粮食生产重心正向中部和东 y=21.262x-40903 北地区转移。然而,将食物产量结合人口营养需求 E1500 R2=0.8122 水平的实际供需平衡分区研究,还比较少。为了正1000 确认识我国粮食安全现状,为制定区域食物供需平 500 衡目标和食物生产、流通等政策提供依据。本文从 耕地粮食作物实际产量出发,结合小康水平的人口 1940 1960 1980 2000 2020 营养消耗水平和分县人口数据,利用食物营养折算 图21949年-2007年中国油料作物单产 模型和 Aregis工具,进行全国和县域、省域水平的 g2 Oil seeds yield per unit in China during 1949-2007 食物供需平衡分析。 y=28.456x-55132 2数据来源与研究思路 R2=0.861 21数据来源 500 本文原始数据包括:1949年-2007年主要作物 视1000 单位面积产量数据(1981年-2008年中国统计年鉴 中国农业年鉴),1997年、2000年全国县域矢量图 2020 2000年土地利用资料,1995年-2005年全国主要作 图31949年-2007年中国大豆单产 物产量(县域)、耕地面积、全国各县人口数据等。 Fig 3 Soybean yield per unit in China during 1949-2007 http:/wowe.resci.cn
2010年9月 王 情等：中国耕地食物供需平衡分析 http://www.resci.cn 图3 1949年-2007年中国大豆单产 Fig.3 Soybean yield per unit in China during 1949-2007 图1 1949年-2007年中国粮食单产 Fig.1 Grain yield per unit in China during 1949-2007 图2 1949年-2007年中国油料作物单产 Fig.2 Oil seeds yield per unit in China during 1949-2007 能力及人口承载量研究》[7] 从土地、粮食与人口的平 衡关系出发，讨论了中国土地与粮食的限制性，从 可能性角度估算了食物生产能力及其可供养人口 规模，结果表明：在高投入水平下，2025年粮食生产 能力可达 7 亿 t，可承载 15.48 亿人口，大体可维持 10.878MJ 热量、75g 蛋白质和 50kg 脂肪的营养需 求。陈百明等[8] 研究考虑耕地资源和非耕地资源的 综合生产能力，计算出中国2010年可承载16.76亿 人，2030年可承载18.47亿人。许世卫等人[9] 通过对 中国食物数量、质量、营养和可持续性发展四个方 面的分析，对中国食物安全面临的问题进行了探 讨，并对食物安全未来的发展提出建议。岳天祥等 人[10] 基于食物营养（热量，脂肪，蛋白质）供给，利用 模型测算出中国陆地生态系统食物供给潜力，得出 在温饱、小康、富裕生活水平下中国陆地生态系统 能供养的人口数为：20.29亿，19.14亿，17.94亿，认 为只要能合理分配各种资源，优化配置食物种植结 构，中国食物可以自给自足。另一个方向是对作物 实际产量或人均占有量等指标的分析或预测。不 少学者从粮食产量出发，通过粮食生产资源利用效 率、人均粮食占有量、粮食自给率、粮食产量波动系 数、粮食储备水平和贫困人口的粮食保障水平等指 标，来分析全国或区域粮食安全问题[11-17] 。辛良杰 等人[18] 采用地区粮食优势度指数，发现近10年来中 国粮食优势省区有集中的趋势，东部地区的粮食生 产优势正在逐步减弱，粮食生产重心正向中部和东 北地区转移。然而，将食物产量结合人口营养需求 水平的实际供需平衡分区研究，还比较少。为了正 确认识我国粮食安全现状，为制定区域食物供需平 衡目标和食物生产、流通等政策提供依据。本文从 耕地粮食作物实际产量出发，结合小康水平的人口 营养消耗水平和分县人口数据，利用食物营养折算 模型和ArcGIS工具，进行全国和县域、省域水平的 食物供需平衡分析。 2 数据来源与研究思路 2.1 数据来源 本文原始数据包括：1949年-2007年主要作物 单位面积产量数据（1981年-2008年中国统计年鉴、 中国农业年鉴），1997年、2000年全国县域矢量图， 2000年土地利用资料，1995年-2005年全国主要作 物产量（县域）、耕地面积、全国各县人口数据等。 2.2 分析思路 2.2.1 全国主要作物单产分析 随着城市化进程的 推进，我国耕地面积逐年缩减，后备耕地资源数量 有限且开垦难度加大[19, 20] ，在努力保持耕地面积相 对稳定的基础上，作物单产的稳步提高是确保未来 人口增长情况下食物安全的必由之路[21] 。图1-图3 分别显示了中国建国以来粮食（谷物）、油料、大豆 单位面积产量增长情况，整体而言，三大类食物的 单产水平50多年来都呈平稳增长趋势。目前我国 小麦和大豆单产仅为国际水平的55%，玉米和马铃 薯单产还不足世界平均水平的50%，随着农业科技 水平的不断提高，我国的粮食单产提高仍有较大潜 力，将持续提高[22] ，从这方面讲，中国未来的食物安 全形势较为乐观。 2.2.2 耕地食物营养成分产量计算 本文计算了主 要的几种粮食和油料作物的产量，包括水稻，小麦， 1711
1712 资源科学 32卷第9期 玉米,高粱,谷子,大豆,油料(花生、油菜籽、芝麻) a热量 根据《中国食物成分表》(表1),按照公式(1)将这七 大主要作物的产量(t)折算成三大营养成分(热量 蛋白质、脂肪)产量。 NUTR=·M·Q 式中NUTR代表耕地主要食物产品折算的第i种食 物营养总产量(热量MJ,蛋白质kg,脂肪kg);M为 第种食物产品总产量(k:(为第种食物产品转0m 化成第种食物营养的折算系数(热量MJkg,蛋白 质kg/kg,脂肪kg/kg);i=1,2,3,分别代表热量,蛋 □8.01~10.0 白质,脂肪;j=1,2,3,…,n,n为食物产品种类。 =015.00 15.0 将各县食物营养总产量除以该县耕地面积即 b蛋白质 得到单位面积产量,利用耕地作为掩膜,在 ArcGIs 中,将计算得到的单位面积产量数据矢量图转化为 Ikm×lkm栅格图(图4 2.23县琙耕地食物供需情况分析利用计算出的 各县耕地作物实际热量产量,结合小康水平下单位 人口每年所需的食物热量摄入,即可转化成人口供 给能力,再减去实际人口,得到该县供需差距人口数 人口供养能力计算公式: P=NUTR/ NUTR (2)=3001-88 式中MUTR为第i种食物营养总供给能力(热量MJ 400.00 c脂肪 每人每年对第种食物营养的需求量(表2)P代表分 蛋白质kg,脂肪kg),NTRm代表某类生活水平下 第i种食物营养可供养的人口量;i=1,2,3,分别代 表热量,蛋白质,脂肪。 供需差距计算式为 P=P-Po 式中P为实际人口数(户籍人口);P为供需差距人 表1食物营养成分(100g可食部) Table 1 Nutrition composition of difTerent food(100g edible part 蛋白质 (MD (g 图4中国耕地食物营养产量(1995年-2005年平均) 稻谷 1.448 Fig 4 Food nutrition productivity of cropland in China 小麦 1.326 119 表2不同生活水平人生活所需消耗营养成分 谷子 Table 2 Nutrition requirements among difTerent living standards 1.502 1.247 (MJ/天) 注:1.源自《中国食物成分表2004中国疾病预防控制中心营养温 饱 67.0 与食品安全所编著北京大学医学出版社;2油料作物成分按花生小康 81.0 计。 72.0
王情等:中国耕地食物供需平衡分析 1713 口数;P为正则表示该县食物营养供给有余的人口余2239个县市耕地食物脂肪供小于需。由于数据 数;P为负值则表示该县有多少人口依赖耕地以外来源限制,全国分县平衡分析时,只统计了花生这 的食物或从外调入食物 一类油料作物的产量,因此从图上看,除了东北地 3结果分析 区有所盈余,其他地区大都为亏缺,实际上如果加 3.1全国耕地食物供给能力与人口供养能力 入油菜籽、芝麻、茶油等其他油料作物产量,供需亏 以2005年为例,全国农田生态系统主要食物生 产量折合热量6.19×10MJ,蛋白质0.457亿t,脂肪 a热量 0.186亿t。在小康生活水平下,这些营养分别可以 供给1766亿,1547亿和753亿人口生活。可以看 出,我国耕地食物对国民的热量和蛋白质供给较为 充足,脂肪的供给能力相对较低,较大程度依赖别的 食物来源,如草地、林地等生态系统食物生产以及进 口食物等。事实上,目前我国食用油对外依存度比 较高,为了确保国家食物安全和均衡供给,需要进一 步调整优化种植结构,加强油脂作物的培育种植 32分县食物供需平衡分析 在统计到的全国2360个县级行政单位中(不包 括台湾省),1351个县(市、区)热量供大于需,主要 有以下两种分布情况(图5):①东北平原、华北平 原、江汉平原、洞庭湖平原、鄱阳湖平原、四川盆地 等粮食主产区,这些地区食物产量较大,人口也较 多,整体上供大于求,全国主要商品粮基地就分布 于这些区域;②人烟稀少的西北部荒漠及其周边地 区、西部耕地生产条件较差的高原山区等,这些地 区粮食生产较少,但人口稀少,对食物的需求小,因 此食物供给略大于需求。全国有1009个县(市、区) 耕地食物热量供小于需,分布情况有以下几种: c脂肪 ①东南部沿海地区及全国各地的大城市,这些地区 发展较快,人口分布密集,生活水平较高,耕地由于 城市化的侵占大大减少,食物供不应求,需要从外 调入;②中西部高原、山区等耕地条件较差的地区 这些地区食物热量的生产还未达到小康水平的需 求,这些地区有较大一部分农民或弃耕或农闲到就 近或东南沿海的大城市打工,但户口还留在农村, 因此统计时计入了总人口,实际上这部分人很大程 度上依赖打工收入,并不单从耕地获取食物。耕地 食物蛋白质供大于需的县市有896个,主要分布在 ~100 东北平原、黄淮海平原,江汉平原,华中地区的湖 南、江西中部、四川盆地部分地区,以及人烟稀少西 图51995年-2005年平均实际食物营养供需差距 北等地区。供小于需的有1464个,主要位于经济发 (负值代表食物亏缺,正值代表食物盈余) 展快的东南沿海和中部地区。耕地食物脂肪供大 Fig 5 Actual food nutrition provision-l Average during 1995 于需的县市仅有121个,绝大部分位于东北地区,其 (value negative means food nutrition deficit and positive means surplus)
l714 资源科学 第32卷第9期 缺的地区会减少,平衡和盈余的地区会增加 表3全国耕地食物热量供大于需300万人以上县(市) 根据公式(3)的计算结果,全国耕地食物热量 Table 3 Counties/cities that cropland food calorie surplus 供给盈余人口数达300万人以上的县市(表3)、食 over 3 million people in China (万人) 物蛋白质供给盈余人口数达250万人以上的县市 县(市)名 供大于需人口 表4)、食物脂肪供给盈余人口数达80万人以上的 公主岭市 县市(表5),全部分布在东北地区,其中,公主岭市 农安县 榆树市 5026l 农安县、榆树市、梨树县、昌图县、双城市、长岭县等 梨树县 县市三类营养成分供给盈余人口数均居前列。东 岭县 北地区耕地资源良好,生产优势较大,产量高,而人 德惠市 口相对稀疏,因此供大于求的地区较多;其次,从热 前郭尔罗斯县 量和蛋白质供需平衡图中还可看出,水热条件好的 辽宁省 昌图县 37895 黄淮海地区、长江中游地区也大都呈绿色,即供大 黑龙江省 双城市 370.21 于需,东北平原、黄淮海地区和长江中下游平原都 31246 是我国重要的商品粮输出地,是保障国民食物安全 肇东市 30940 的重要食物生产基地,近些年随着这些地区经济的 快速发展,不少耕种条件好的土地被建筑用地侵 表4全国耕地食物蛋白质供大于需250万人以上县(市) 占,因此,需要从数量和质量上加以重点保护这些 Table 4 Counties/cities that cropland food protein surplus 地区的优质耕地,以保障我国食物生产和食物安全 over 2.5 million people in China (万人) 的持续稳定发展。 (市)名 供大于需人口 全国耕地食物供给短缺人口数排名前列的县 吉林省 榆树市 391.23 市一上海、北京、武汉、天津、重庆、广州等市,均为 农安县 380.27 经济发达、人口密集的全国主要大城市,这些大城 373.18 市及其周边经济发展迅速,建筑用地对耕地的占用 梨树县 现象也较为严重,因此食物(尤其是粮油)主要靠从 长岭县 外地调入,为了保障这些地区的食物安全,应确保 德惠市 交通运输的通畅和来源地食物的充足供给。 图 33分省对比 黑龙江省 双城市 26347 为了解全国各省的耕地食物供需平衡情况,在 富锦市 分县统计的基础上进行了分省统计(表6)。耕地食 物热量和蛋白质供需局势相似,盈余省份包括东北 表5全国耕地食物脂肪供大于需80万人以上县(市) Table 5 Counties/cities that cropland food fat surplu 三省、华北平原的河南、河北、山东省、内蒙古,以及 over 0.8 million people in China (万人) 江淮地区的江苏、安徽、长江中下游平原的湖南、湖 供大于需人口 北和江西省等;对于耕地食物脂肪供给,除了黑龙 林省 江和吉林两省有所盈余,其余省份均为短缺。耕地 公主岭市 食物热量和蛋白质供给短缺2000万人以上的省份, 梨树县 124.35 均为东南沿海的福建和广东两省,而脂肪供给短缺 榆树市 2000万人以上的有20个省(或直辖市),除了东南 长岭县 沿海省份还包括中部和中西部一些省份。考虑到 辽宁省 昌图 分省统计时油料类作物也只计算了花生,未将油菜 黑龙江省 双城市 籽、芝麻、茶籽油、以及动物性油脂等计入,所以脂 高锦市 88.90 肪供给总量计算值偏低 巴颜县 针对不同省区的食物供需平衡分析结果,得出 内蒙古 莫力达瓦达斡 以下结论和建议: 尔族自治县