粮食生产潜力中长期预测的验证

应用全国、31个省、6个典型地区和16个典型县的数据对粮食生产潜力中长期预测的"综合预测模型"进行了系统性的验证和讨论。研究结果如下:(1)预测误差大小反映中长期生产潜力的预测精度,预测误差大的主要原因是经济发达地区高产农田被大量占用或蔬菜、水果面积大幅度增加而短期内使粮食单产下降;(2)就"综合预测模型"中长期生产潜力预测精度而言:国家级大于省级和地区级、省级和地区级大于县级;不同省、不同地区、不同县之间预测精度差别比较大,这与境内气候的互补性和农田抗御自然灾害的能力有关;(3)粮食生产潜力中长期预测"综合预测模型"是科学的、准确的和实用的,可作为今后粮食生产潜力预测的理论和方法基础。     

科技进步增产的“多年平均产量移动模型”的验证

应用全国、31个省、6个典型地区和16个典型县的数据对科技进步增产的"多年平均产量移动模型"进行了系统性的验证和讨论。研究结果如下:(1)定义了用相邻10年平均单产之差表示科技进步对单产的贡献及其趋势,结论是科技进步是单产增加的主要驱动力;(2)分别定义了用每年单产与5、10、20年平均单产对比关系的概率作为短、中、长期单产稳定性的指标;稳定性研究结果表明国家级大于省级、省级大于地区级、地区级大于县级,不同省、不同地区、不同县之间稳定性差别比较大,这与境内气候的互补性和农田抗御自然灾害的能力有关;(3)就全国而言,越是经济发达的地区科技进步增产加速的时间越早;发达地区单产存在增加-下降-回升阶段,下降原因是经济快速发展初期高产农田被大量占用和(或)蔬菜、水果面积大量增加,回升原因是科技进步持续作用于中、低产田而使其单产得到稳步提高。     

粮食产量预测理论、方法与应用Ⅱ.粮食生产潜力短期预测理论、模型及其应用

粮食生产潜力短期预测结果可以检验粮食中长期生产潜力预测的准确性和为国家提供制定粮食生产战略的科学依据。粮食生产潜力短期预测理论即"趋势-波动理论",它建立在粮食或作物"现状生产潜力"概念和"天-人-地概念模型"基础上,预测模型为最佳移动步长条件下的多年单产移动平均趋势模型,实际预测时采用系统预测方法。11个研究案例预测的平均误差为0.77%,最大误差为2.99%,预测精度高。本研究初步结论是:粮食生产潜力短期预测理论和模型是科学和实用的。     

粮食估产的“通道-概率模型”的验证

本文应用全国、31个省、6个典型地区和16个典型县的数据对粮食估产的"通道-概率模型"进行了系统性的验证和讨论。研究结果如下:(1)国家级估产由于地域空间尺度足够大,不同地区气象条件对产量影响的互补性强,所以估产误差小,因此国家级可以不使用小趋势修正和气候年型修正;省级、地区级和县级的估产由于同处一个气候区,因此气象条件对产量影响的互补性不强,必须使用小趋势修正和气候年型修正,县级估产还必须增加根据作物适时长势和专家经验的修正。(2)小趋势修正有两个公式:当预测误差小于10%时,使用Y×(1-K)修正;当预测误差大于10%时,使用Y/(1+K)修正。(3)估产单元气候年型可以自动划分,一般分为5级,波动大的预测单元可以使用7级,其中超丰年和超欠年的修正参数必须根据实时气象条件和作物实时长势具体确定。(4)研究表明:"通道-概率"估产理论和方法是科学的、实用的和准确的;在小趋势修正和气候年型修正基础上,如能结合作物长势调查和当地专家经验,估产误差可以达到3%以下。     

气候变化对宁夏自治区中卫市环香山地区气候生产潜力的影响

根据宁夏回族自治区中卫市兴仁气象站1961-2008年逐月气温、降水数据,采用Miami和Thornthwaite Memorial模型模拟了中卫市环香山地区气候生产潜力及其变化。结果表明:(1) 环香山地区气候向"暖干型"方向变化,年平均气温呈明显上升趋势,降水量变化波动大,呈逐年递减的趋势;(2) 温度生产潜力逐年增加,降水生产潜力和气候生产潜力呈波动中减少的趋势;(3) 气候生产潜力与年平均降水量具有着极其显著的线性相关关系,与年平均气温没有明显的相关性,温度生产潜力分别是降水生产潜力和气候生产潜力的2.79和2.35倍,说明降水条件是制约环香山地区气候生产潜力的关键因子;(4) 对未来气候进行情景模拟分析,结果表明环香山地区气候主要以"暖干型"气候为主,这对当地农业生产极为不利,需大力发展节水农业技术以保证农业生产。     

内蒙古地区气候生产潜力变化及其敏感性分析

利用内蒙古地区110个气象站1961-2016年年平均气温、降水量数据,基于Miami模型和Thornthwaite Memorial模型计算气候生产潜力,分析内蒙古地区年平均气温、年降水量及气候生产潜力的时空变化特征,并通过敏感性试验,分析不同气象要素变化情景下的气候生产潜力敏感性。结果表明:(1)内蒙古气温和降水量地区间差异显著,56a来平均气温显著上升,97%的站点平均气温上升趋势极显著(P0.01),降水量呈波动变化,其线性变化趋势不显著;(2)气候生产潜力呈东南-西北向的带状分布,地区间差异较大,年变化趋势不显著,呼伦贝尔地区气候生产潜力显著增加(P0.05);(3)气候生产潜力对降水量更敏感,未来在内蒙古地区显著变暖的背景下,降水量的多寡决定气候生产潜力的变化;(4)粮食单产及气候资源利用率逐步提高,未来仍存在作物增产空间,但应考虑可持续发展问题,合理利用气候资源。     

近50年气候驱动下三江平原粮食生产潜力时空演变分析

三江平原作为中国重要的商品粮基地,近年来区域气候变化显著。运用GAEZ模型定量测算了1961—2010年三江平原粮食生产潜力,从整体状况、年际变化、县域差异等角度对近50年以来气候变化导致其粮食生产潜力演变的时空格局进行了分析,旨在为该区种植结构调整及产能保护提供依据。结果表明:(1)1961—2010年三江平原粮食平均生产潜力整体呈现波动性增长态势,每10a粮食生产潜力增长量为140.39kg/hm2,年均增长率为0.60%;1991—2010年的粮食生产潜力呈增加态势但稳定性较低,波动频繁且幅度较大;(2)三江平原粮食生产潜力变化具有显著的县域差异性,北部的友谊县、富锦市等县域粮食生产潜力较大,而南部的穆棱市、勃利县等县域粮食生产潜力较低,且集贤县、密山市、虎林市等县域粮食生产潜力的年均增长率较高,均在0.70%以上,但穆棱市粮食生产潜力年均增长率最小,仅为0.24%;(3)三江平原粮食生产潜力除西部和南部部分区域呈负增长趋势外,其余地区均呈正增长趋势;各地区正向增长的程度有所差异,东南部的部分区域的正向增长程度较高,中部的部分区域的正向增长程度较低。     

西藏山南地区自然环境与土地人口承载力研究——以乃东县、琼结县、扎囊县与贡嘎县为例

山南地区是西藏经济较为发达的地区，其土地资源的结构特点制约着当地的社会经济发展，土地生产潜力的实现程度反映了土地资源的利用效率。为揭示西藏山南地区土地利用人口承载力特点，综合分析了西藏山南地区贡嘎、乃东、琼结与扎囊四个县的自然和社会人文环境的区域特征；通过分析土地生产潜力和现实生产力水平，用粮食-经济人口承载力指数来评价和预测四个县在1990年、1995年、2000年、2003年及2010年的粮食、经济人口承载力。结果表明，目前四个县已达到人均粮食400kg，人均产值800元的温饱水平，并预测于2010年，四个县均能达到人均粮食500kg，人均产值1200元的富裕水平。     

粮食产量预测理论、方法与应用Ⅲ.粮食生产潜力中、长期预测理论、模型及其应用

粮食生产潜力中、长期预测的目的是为国家中、长期粮食生产规划提供科学依据。粮食生产潜力中、长期预测的"双向预测理论":从若干个预测模型中选择出2个模型,一个模型预测的未来产量是持续增加的,体现产量持续增加的科技进步力量;另一个模型预测的未来产量是先增加后减少或持续减少的,体现影响产量持续增加的负面综合因素力量。应用结果表明:模型可预测未来1~10年的粮食生产潜力,平均预测误差在5%以内。大量案例证明粮食生产潜力中、长期预测的"双向预测理论"是科学的、方法是通用的、结果是实用的。     

基于经验模态分解的中国粮食单产波动特征及影响因素

探索中国粮食单产的多尺度波动特征及其影响因素,进而有针对性地采取措施来稳定和提高粮食单产对保障中国粮食安全有重要意义。该文对1978-2012年中国粮食及其主要构成作物稻谷、小麦和玉米的单位面积产量,利用经验模态分解方法进行了多尺度波动分解,并分析了改革开放以来中国粮食单产波动的多尺度特征及其主要影响因素。结果表明:1)应用经验模态分解方法可以将1978年以来中国的粮食和三大作物的单产分解为1个趋势项和2个波动项,分别反应了科技、政策和气候对于中国粮食单产波动的影响。其中技术趋势为主导,2个尺度的波动都较小。2)粮食趋势单产年增长率从1997年前的2.28%下降到之后的0.69%,明显放缓。稻谷的趋势单产与粮食走势最为接近,但1997年以后几乎走平。玉米和小麦的趋势单产增速1997年后虽有所下降,但目前上升依然明显。3)中期波动项包括了3个完整的周期和1个进行中的周期,且与中国粮食政策的重大调整及其所产生的后效在时段上具有很好的一致性。总体看粮食生产领域政策的影响大于气候的影响,但不同作物对各种政策的响应也有所不同,土地、税收、补贴、奖励和保险政策的普惠性和同步性较价格政策更强。小麦的中期波动率明显大于其他作物,显示其对政策更加敏感。4)粮食单产的短期波动率为1.80%,其中玉米为3.38%,高于小麦(2.55%)和稻谷(1.06%),显示中国的粮食生产系统有较强的抵御气象灾害的能力,但玉米防灾能力不及稻谷和小麦。5)综合长期趋势和中短期波动来看,3大作物中稻谷最为稳产。稻谷的主要问题是1998年以后单产的趋势产量上升乏力,玉米的主要问题是短期波动较大,受气象灾害的影响大,而小麦的政策波动大于玉米和稻谷。当前中国的农业已经进入了新的发展阶段,农业政策的调整势在必行,该研究结果可为新阶段农业宏观调控政策的制定提供决策依据。     

中国区域粮食生产优势度的演变及分析

该文采用地区粮食优势度指数,实证了1994至2005年间中国粮食生产区域格局的演变情况。结果显示,近10年来中国粮食优势省区有集中的趋势,经济最为发达的北京、上海、天津和浙江等省（市）的粮食生产优势度下降最为严重,辽宁和吉林两省上升最大;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。粮食生产优势的区域变动可以从种粮收益、经营规模、农业劳动力机会成本等方面进行解释,东部地区虽然粮食收益较高,但是较小的规模、较高的劳力成本、以及经济作物的相对高收益都对粮食生产产生了负面影响。由此可见,东部地区粮食生产的逐步退出是历史必然。     

1980－2008年环渤海地区县域粮食的时空动态变化及分析

为了揭示粮食生产的异质性,应用基尼系数、探索性空间数据分析法(exploratory spatial data analysis,ESDA)和空间误差模型(spatial error model,SEM),深入分析了1980-2008年环渤海地区县域粮食生产的时空动态特征及其影响因素。结果表明,环渤海地区粮食产量增加了3647×104t,县域粮食生产以上升为主,并逐步向平原区和产量大县集中;县域粮食总产量空间自相关性显著且空间差异增大,人均粮食极化态势加剧;粮食生产热点区向内陆平原区偏移,辽宁中北部和山东西部地区的粮食总产量明显增加,坝上高原区和冀北辽西山地丘陵区的粮食总产量下降,县域粮食供需矛盾的区域差异加剧。最后,SEM模型分析表明,县域耕地面积、种植结构、前期粮食产量是县域粮食格局的重要影响因素。该研究结果可为环渤海地区粮食生产布局与优化和粮食生产政策制定提供科学依据。     

基于虚拟水流动均衡性的农业用水综合调控

为了解决密不可分的干旱区水资源和农业问题,使虚拟水流动与水资源量和经济规模相适应,该文借鉴基尼系数概念评价虚拟水流动的区域均衡性,并以尽量提高区域均衡性为目标,建立融合了粮食流通模型的农业用水综合调控模型,从而在控制灌溉水使用总量的前提下,通过调整粮食生产耗水和产量来改变粮食流通格局,进而优化虚拟水流动状态。在甘肃的应用研究证明该方法可在满足用水总量限制要求前提下,使虚拟水流动均衡性较调控前有明显改善,实现了干旱区实体水和虚拟水的统一管理。这对促进干旱区不同地区间的协作、缓解水资源利用与粮食生产间的矛盾,具有重要的理论指导意义。     

冬小麦观测产量与统计产量的差异性分析

分析对比全国123个冬小麦农业气象观测站1991−2017年观测产量与所在县统计产量的年代际、变异系数和倾向率的差异；利用2006−2010年各县冬小麦种植面积平均值省内占比作为权重因子，将县观测产量与县统计产量加权集成为省级尺度观测产量和省级尺度统计产量，并与统计局发布的省公布产量进行对比，分析省级尺度三种不同产量的年代际变化和倾向率差异。结果表明：（1）县观测产量和县统计产量均表现为高产县数量增幅明显，低产县数量减幅明显；21世纪10年代两者均为高产年代，21世纪00年代两者差值达到峰值。（2）县尺度变异系数观测产量离散程度高于县统计产量，49个县观测产量的变异系数小于0.20，仅8个站大于0.40；72个县统计产量变异系数小于0.20，仅9个站点变异系数大于0.30。（3）各县观测产量中有73个站点倾向率呈现显著增加趋势，大多集中在河北、河南、山东、江苏、安徽等冬小麦主产省；100个县统计产量呈显著增加趋势。（4）21世纪00年代为各省观测产量和统计产量的高产年代，20世纪90年代为低产年代；山东、安徽、河北、江苏、陕西和山西等省10a观测产量的平均值在各个年代均高于省统计产量平均值。（5）除新疆和山西外其余省份省级尺度观测产量倾向率均通过显著性检验；所有省份省统计产量和公布产量倾向率均通过显著性检验，且产量增幅均为正值。总体来说，基于观测产量的冬小麦产量序列可以为产量预报提供新的数据来源。     

基于数据包络分析的河套灌区农业生产效率评价

为了科学评判农业生产水平,实现资源优化配置,该文运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA),同时考虑蓝水、绿水等多种要素,分析了河套灌区5个区域2000-2008年的农业生产相对效率,并对非DEA有效决策单元(decision making unit,DMU)提出建议。结果表明:各区域农业生产综合效率差异不显著。杭后和五原效率的提高主要取决于能否有效利用生产技术,而生产规模是影响前旗效率的主要因素。为实现DEA有效,21个非DEA有效DMU的各投入平均调整幅度分别为16.66%(蓝水),22.23%(绿水),19.46%(盐渍化灌溉面积),20.66%(非盐渍化灌溉面积)和23.82%(农业人口)。灌区应该调整产业结构,改善灌溉设施,加强土地管理,同时在现有绿水资源利用情况下,建立节水高效型种植结构。该研究为探寻河套灌区农业高效生产模式,指导其他灌区农业系统改善提供参考。     

2003-2011年中国粮食增产的贡献因素分析

理清2003年以来中国粮食产量增加的主要贡献因子及其贡献率,对于及时调整农业政策,保持和提升粮食生产能力有重要的意义。该文利用2003-2011年中国粮食及其各构成品种(根据国家统计局,粮食作物包括稻谷、小麦、玉米、薯类、豆类和其他谷物)的产量和播种面积数据,采用贡献因素分解的研究方法,研究了2003年以来中国粮食增产的作物和地区贡献,以及面积、单产和种植结构调整对于粮食增产的贡献率,并对各增产主力省区和主要粮食作物的增产贡献因素进行了分析,划定了增产主导类型。结果显示:研究期粮食增产全部来自3大粮食作物,其中玉米贡献了一半以上的增产量;杂粮、豆类和薯类总产均出现下降,其播种面积则分别下降了25.7%、17.4%和8.2%。地区贡献以黑龙江和河南最为突出,累积贡献率超过1/3;累积贡献率超过90%的13个省区,除新疆外其余都是粮食主产省区。作为传统农区的四川,其粮食增产贡献率仅为1.6%,与山西、陕西和甘肃等非主产区基本相当;全国粮食增产的面积贡献率最大,达到46.3%,其次是单产贡献率(44.2%),结构调整的贡献率将近10%,其中一半以上来自豆类向稻谷和玉米的调整;稻谷、玉米和春小麦的增产为面积主导型,而冬小麦的增产为单产和面积共同作用型;除河南和安徽为单产主导型,吉林和河北为面积单产共同作用型,其他增产主力省区的增产类型均为面积主导型。综合来看,2003-2011年中国粮食增产是以面积增加主导的外延式增产方式。由于粮食消费结构和国际粮食贸易容量的限制,今后结构调整的潜力已经很小。因此,在稳定粮食播种面积的基础上,进一步提高粮食作物的单产水平是今后稳定和提高粮食生产能力的重要举措。研究结果可为今后农业政策的调整提供决策依据。     

广东省不同典型区耕地产能利用潜力分析

在广东省农用地三个层次产能核算成果的基础上,分析了五个典型区农用地产能理论利用潜力(远景产能潜力)和可实现利用潜力(近期产能潜力)的空间分布格局,最后结合广东省农用地分等成果,根据各农用地分等参评因子的因子距和相关分析,分析了各典型区近期农用地产能提升的关键方向。结果表明:广东省粤北和潮汕地区农用地利用强度最高,农用地产能潜力较小,未来产能提升空间较低,尤其是潮汕平原区,有的地方已经基本用尽潜力。雷州半岛、粤西南、粤中南地区产能潜力较高,未来产能有较大的提升空间。雷州半岛地区产能提升主要靠提高灌溉保证率;粤西南和粤中南提升的主要方向均是农田基础设施整治,提高灌溉保证率,同时改善土壤pH和提高土壤肥力分别是粤西南区和粤中南区的另一个产能提升的重要方向;粤北主要靠提高灌溉保证率和有机质含量、改善田面坡度来提升产能;潮汕平原区农用地产能提升潜力较低,可通过对沿海土壤盐渍化的改善提升部分农用地产能。