华北平原作物产量差与可持续粮食生产能力评估

Associated with 12 years’ increase in the total food production since 2004, the mean yield of food crops in China has approached 6 tons per hectare, already at a rather high level. To further increase the yield is constrained by low benefit due to small farm size and labor price rising, therefore, crop yield is confronted with high risk of stagnation. As the food supply-demand structure is unbalanced with soybean demand heavily depending on import, there is limited room to increase the food production by improving the cropping structure. Losses of high quality farmland due to urban occupation and shortage of water resources have further reduced the increasing room of food production in China. Therefore, China’s food security is not optimistic and confronted with various challenges. This project selects the North China Plain (NCP), the most important food production base in China as the study area, to have a systems analysis on the above issues. The project has two major aims: the first is to evaluate intensity of arable farming, quantify yield gap of major crops, identify key factors affecting crop production and estimate the yield effect of farming scale, labor price, farming profit, etc. at household and regional scales, and then determine attainable yield of staple food crops. The second is to build a systems model by integrating food supply-demand relationship, land quality, land use and input-outputs, to estimate the sustainable food production capacity for the whole region. Further, scenario analyses will be conducted to explore effects of changes in food demand, cropping structure and land-water resources on the regional food supply capacity, and then reveal the contribution of food production in the NCP to China’s food security.

2004年以来我国粮食生产持续增长，单产已处于较高水平，加上小规模经营方式和劳动力成本上升对农业生产效率的制约，作物单产可能面临滞长风险；食物供求结构失衡（大豆严重依赖进口），使通过种植结构调整实现粮食增产的空间变小；快速城镇化占用优质耕地，水资源短缺加重，也对我国粮食增产形成制约。因此，我国粮食安全并不乐观，还面临诸多挑战。针对这些问题，该项目选择华北平原为研究区，拟通过农户调查、指标和模型分析，评估土地集约化和规模化程度，揭示作物产量差/增产空间及其区域差异；在农户和区域尺度识别影响粮食产量的关键因子，测度土地经营规模、劳动力成本、收益等因素对单产的贡献率，探讨经济产量阈值；综合食物供需关系、土地质量、土地利用方式、产投关系等，构建模型，测算区域可持续粮食生产能力，评估食物需求、种植结构、水土资源变化等对区域粮食净供给能力的影响，揭示华北平原对我国粮食安全的贡献，提出增产增效对策。

我国耕地资源有限，要提高粮食生产，保障供给，必须提高作物单产。但资料显示，我国谷类作物单产已处于较高水平，可能面临滞长风险。因此，明晰近20年作物单产的变化趋势，评估作物产量差及增产潜力对理解我国粮食供给和安全形势有重要意义。本研究构建了趋势判别指标体系，在县域水平上识别了华北平原主要粮食作物冬小麦、玉米和大豆单产1998年以来单产的变化趋势，确定了滞长区；利用校验的WOFOST模型，计算了三种作物的潜在产量，确定了产量差和增产潜力。在此基础上，采用情景方法，测算了华北平原的粮食增产潜力，提出了可持续增产建议。取得的主要成果包括：（1）1998-2015年，冬小麦单产多呈增长趋势，只有22.0%的县出现滞长或下降，但玉米和大豆单产存在明显滞长，单产滞长或下降的县分别占87.8%和81.7%；投入要素价格上升和农产品价格相对滞缓导致的种植成本增加和净利润下降是主要原因。（2）基于1960-2017年逐日气候数据模拟计算发现，华北平原冬小麦、玉米和大豆的年均生产潜力在6.9-9.8 t/ha、9.8-13.8 t/ha和3.2-4.6t/ha之间，区域差异显著。（3）华北平原不同区域冬小麦、玉米和大豆的产量差分别为0.43-5.30、4.1-7.0、0.3-2.6 t/ha，相当于潜在产量的5.7%-64.0%、17.1%-69.6%和10.0%-71.5%。其中冬小麦产量差/增产潜力较大的区域主要集中在东北和东南部区域，而玉米和大豆则集中在北部和西南区域。（4）在基准、高科技和低投入的情景下，2030年三种作物的总生产能力分别为205.68、206.80 和 204.52百万吨，较2015年分别还有37.2%、38.0%和36.5%的增产潜力。在政策影响情景下，预计未来10年华北平原地区冬小麦总产量保持不变，玉米总产量将出现降低（下降38.72%），大豆总产量预计会显著增长（增加2.83倍）。虽然华北平原冬小麦、玉米和大豆单产均出现不同程度的滞长现象，但局部区域还有较大的增长空间。要打破单产滞长，关键是提高和保障农民收益，因此，建议国家提高三农补贴、稳定农资和粮食价格；同时，应重点加强南部和北部低产区的农田基础设施建设，提高农田的生产能力。