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1.耕地预警的可行性分析
（1）粮食生产的发展与人口增长密切相关，解决粮食问题成为一个事关生存与发展的问题
历史上粮食问题的解决，一是靠扩大耕地总量面积，二是靠提高粮食的单位面积产量。然而，到了近现代，随着工业化进程的加快，粮食生产呈现出前所未有的新特点。一方面人均消费粮食比例有所降低，但由于动物性食品消费比例的增加使得粮食需求量有增无减；另一方面，非农用地数量的增加导致耕地面积递减。从现在起到21世纪30年代（预计中国人口出现零增长为止的时期），庞大的人口基数不可控制的惯性增长，同时难以避免的大量耕地会被占用。这迫使我们一方面不得不尽量挖掘土地生产潜力，提高粮食单产。
（2）确保一定数量的耕地以维护人类社会的生存和发展
国土资源部李元副部长最近指出：从我国人口众多，人均土地少，耕地尤为珍贵的基本国情出发，新世纪我国土地资源可持续利用的第一优先目标是：切实保护耕地，保证我国的粮食安全。我国是一个拥有十几亿人口的大国，人口的增加将使总人口在21世纪前半叶就达到16亿人的高峰。经济迅速发展带来的消费水平的提高，也对农业生产提出了更高的要求。我们还必须清醒地看到，尽管我国耕地总量大，但土与水、光热配合条件好的耕地比例很低，而且总体气候条件仍在恶化。在可以预见的未来，我国不可能有66660000 hm2以上（10多亿亩）的稳产高产田。因此，我们不仅要努力提高耕地质量，提高农作物单产，同时还必须保证耕地的数量。
2.耕地预警研究是对未来经济社会状态的测度
（1）河南省是全国人口的第一大省，人均资源量较少
根据全国第五次人口普查公布资料，截止2000年底，河南全省总人口为9200万人，位居全国第一位。据此推算，全省人均耕地0.087 hm2，仅占全国平均数0.112 hm2的78%，比全国平均数少0.025 hm2。据有关方面研究，要保证人类社会的正常需要，人均必须保证0.067 hm2的耕地，联合国把人均0.053 hm2定为警戒线。
（2）河南省土地开发程度较高
土地利用率为89%，高于全国的73%；土地垦殖率全国为14%，而河南是51.6%；耕地复种率全国是157.8%，河南是173.6%。由此可知，河南的后备资源与全国相比明显不足。开展土地生产潜力研究，分析提高单产的可能性和提高其幅度，阐明粮食产出潜力及潜力分区，对于河南农业生产、土地资源的合理利用与管理以及经济社会可持续发展，具有重要的现实意义和深远的历史意义。
（3）为保证粮食安全，必须明确耕地保有量的目标
对河南省的耕地进行预警研究就是对未来经济社会的未来状态进行测度，预报不正常状态的时空范围和危害程度以及提出防范措施。预警系统是指为了防止宏观经济运行中可能偏离正常发展轨道或可能出现危机而建立的报警和实施系统。进行预警研究对于宏观决策和管理，维持经济社会可持续发展有重要的意义。
3.土地生产潜力评价模型选择
（1）统计－机理混合模型
A.作物生产力的形成
作物生产力是在大气－作物－土壤这一开放系统中进行的。它由四个依次递减层次构成，即：光合生产潜力、光温生产潜力、气候生产潜力和土地生产潜力。
B.光合生产潜力
光合生产潜力是指作物具有理想群体结构，且在其生长发育过程中，温度、水分和肥料等环境参数都处于最佳状态的作物，其光合器官以最大速率摄取太阳能的条件下，根据光合理论计算的单位面积上所能获得的产量。
C.光温生产潜力
光温生产潜力是指在光合潜力的基础上，假设除温度以外的其他环境因子仍然处于最佳状态，从而不影响潜力的发挥时，由光、温两因子共同决定的生产潜力为光温生产潜力。
D.气候生产潜力
气候生产潜力是指在光温生产潜力的基础上，考虑水分的满足程度来决定的生产潜力。
E.土地生产潜力
土地生产潜力是由光、温、水、土等各种综合作用所决定的。土地生产潜力可直接用土地生产力指数对气候潜力加以修正得到。在完成光温潜力或气候潜力测算以后，确定土地生产潜力的关键在于土地生产力指数的计算。
（2）逐级订正的方法模型
按照国土资源部《农用土地分等定级规程》的要求，采用逐级订正的方法计算农作物的气候生产潜力，在计算作物光合生产潜力的基础上，进行温度和水分影响订正，从而获得作物的光温生产潜力和气候生产潜力。
在参考《中国人口承载力研究》对气候生产潜力修正的方法的基础上，根据河南省的土壤和施肥状况，把气候生产潜力订正到土壤生产潜力。
最后，结合实际耕作水平将生产潜力修订到实际应能达到的最高潜力值。
4.土地生产潜力计算
（1）光辐射生产潜力计算
根据河南省的日照分率图和主要作物、耕作制度，计算指定作物在其生长季内的光辐射生产潜力。根据河南的作物构成情况把小麦和玉米作为计算生产潜力的指定作物。根据日照百分率图和纬度带将河南省分成14个区，然后分别计算各区指定作物的光辐射生产潜力。
A.计算作物生长季总辐射量
Qi=QAi·（a+b·Si）。（i,1,2,3……n）
式中：Qi——农作物生长季内有用总辐射；QAi——日天光辐射量；Si——月日照百分率；a、b——经验系数，对于华北地区a取0.105,b取0.708。
Q＝∑Qi
Q——生长季总辐射。
B.光合生产潜力生长速率和季内日光合生产速率
Ypi＝(EQi)/[h(1-CA）（1-CM)］;
遥感·河南省国土资源综合调查与评价
YP=CH·∑Ypi。
式中：Ypi——光合生产潜力生长速率；Yp——季内日光合生产速度；E——理论光能利用率；φ——有效辐射比例，0.49；α——叶面反射率，0.214；β——漏射率，0.07；τ——光饱和限制率，0.00；ρ——无效吸收，0.1； ——呼吸损耗率，0.3；ω——量子转化效率，0.224;CA——作物灰分含量，0.05;CM——水分含量，0.14;h——1g干物质所需的热量；CH——作物经济系数。由计算结果可得出：
河南省小麦、玉米的光合生产潜力分别达到25459.19 kg/hm2和25749.01 kg/hm2；
河南省光合潜力最高的地区在濮阳地区，光合潜力最低的地区在南阳地区。
（2）光、温生产潜力计算
在得出光照生产潜力图的基础上，叠加作物生长季的温度图，得到光温生产潜力图。对每一图斑的作物光合生产潜力进行温度订正，可得到光温生产潜力。
生长季内月光温生产速率为
Ypti=Ypi·f(Ti）
式中：f(Ti）——温度修正；t——生长季内月平均气温。
生长季内光温生产潜力为
由计算结果可得出：
遥感·河南省国土资源综合调查与评价
河南省小麦和玉米的平均光温生产潜力分别为14173.06 kg/hm2和24344.13 kg/hm2；
河南省光温生产潜力较高的地区主要分布在濮阳、焦作一带，较低的地区主要在豫西山地和南阳盆地。
（3）光温水生产潜力计算
对光温生产潜力进一步用水分条件进行修正可得到作物的气候生产潜力。利用河南省的蒸散量图、灌溉保证率图、降雨量图和光温生产潜力图进行叠加得到气候生产潜力图。然后分别计算每个图斑的气候生产潜力。
Yci=YPti·f(Wi），
F(Wi)＝r＋(1-r)pt/Etoi,Yc=CH·∑Yci。
式中：f(Wi）——水分影响函数；p——年降水量；r——灌溉百分率；CH——作物经济系数。
由计算结果知：
河南省小麦和玉米的平均光温水生潜力分别为12455.77 kg/hm2和21323.53 kg/hm2；
河南省光温水生产潜力较高的地区主要在信阳、驻马店以及清丰、南乐等地区，较低的地区主要在三门峡和郑州地区。
（4）光温水土生产潜力计算
土地生产潜力可用土壤生产潜力指数对光温潜力订正而获得。所评价的土地相对最佳土地的自然生产力，这里我们采用产量法。根据收集到的各地粮食产量资料，确定各地的土地生产力指数。这一步关键是确定土壤有效系数。
Ys=Yc·Cs
式中：Ys——光、温、水、土生产潜力；Cs——土壤有效系数。
Cs=Yn/Yc
式中：Yn——良好管理条件下的土壤自然生产潜力；Yc——最佳土地的自然生产力，也即气候生产潜力。由计算结果知：
河南省小麦、玉米的平均光温水土生产潜力分别为8181.62 kg/hm2和14042.52 kg/hm2；
河南省光温水土生产潜力最高的地区分布在濮阳的清丰、南乐以及许昌、焦作地区，较低的地区主要分布在豫西的三门峡地区。
5.粮食单产和粮食总产量预测
（1）根据现有耕地数量和土地生产潜力计算未来指定年粮食产量
A.耕地数量预测
依据耕地总量动态平衡和河南省土地利用总体规划（1997～2010）耕地数量保持不变。
B.未来经营管理水平预测
预计指定粮食作物到2010年经营管理水平平均可达到光、温、水、土生产潜力的0.68，到2030年达到0.85。
C.粮食单产水平预测
经过修正预计到2010年小麦的平均单产水平可以达到5415.21kg/hm2，玉米的平均单产水平可以达到9298.06kg/hm2。到2030年小麦的平均单产水平可以达到6683.25kg/hm2，玉米的平均单产水平可以达到1 1473.06kg/hm2。
D.标准粮单产水平预测
这里结合河南省的实际以小麦为标准作物，然后把所有粮食作物的单产通过产量比系数折算成标准粮单产。2010年河南省标准粮单产平均可达到5415.21 kg/hm2,2030年达到6683.25 kg/hm2。粮食单产水平最高的地区在焦作地区，最低的地区在三门峡、洛阳、郑州等地区。
（2）根据全省粮食作物和经济作物种植比例对未来发展的预测
A.推算出2010年和2030年的粮经比
1994年全省粮经比为72.9:27.1,1995年为72.6:27.4,1996年为73.1:26.9，三年平均值为72.9:27.1。从1978年至今的近20年中，全省粮经结构中，粮食播种面积所占比重从83.2下降到73.1。表现为一种波动式下降。从全省对农产品需求结构变化趋势看，未来粮经结构中，粮食作物的比重还将有所下降，而经济作物的比重将有所上升。对1978年至1996年粮经比作三年滑动处理后，进行曲线拟合，计算2010年到2030年的粮经比将分别达到65:35和60:40。
B.预计2010年和2030年的复种指数
1994～1996年三年河南省的复种指数分别为176.95%、178.32%和180.63%。就全省的气候条件和目前的复种水平而言，全省复种指数会有缓慢提高。预计2010年和2030年的复种指数分别达到192%和200%。
（3）河南省2010/2030年粮食总产量的预测
根据各县的粮食单产、耕地面积、粮经比和复种指数可得到各县2010年和2030年的粮食产量。河南省2010年粮食总产量为5481 1200 t;2030年粮食总产量可达到65014100 t。
6.粮食需求量预测
（1）人口发展与粮食需求预测
人口预测可分为趋势性人口预测和规划性人口预测。趋势性预测就是根据各种可变因素的取值范围或区间，推测未来人口发展的规模。规划性预测就是在人口政策和人口目标的要求下，在趋势性预测的基础上，通过对控制参数的选择性调整，确定未来的人口规模。实质上就是在趋势性预测的基础上，综合考虑人口政策、人口发展目标、人口控制能力等因素来确定未来人口规模或结构。这里，根据我国的人口政策特点，采用规划性预测。
根据全省人口规划近年来全省人口自然增长率的变化情况，以2030年人口实现零增长为目标，预测未来人口数。人口预测分高低两种方案。
粮食需求量计算因子根据未来人口数量和人均粮食消费水平可以确定指定时期的粮食总需求量。
（2）粮食需求量计算因子
A.口粮
1996年全省城乡居民平均每人每年直接生活消费用粮228.58 kg，每人每月平均19.05kg。考虑到全省粮食直接消耗还将继续上升，我省居民对粮食的直接需求回落点在250～260 kg左右。预计全省居民对粮食的直接需求在2010年前后达到最高，按人均粮食直接需求250 kg计算，比1996年增加21.42 kg。2030年，全省人均直接消费粮食将比2010年有较大幅度回落，预计将在210～220 kg之间。按其中值215 kg计算，人均直接耗粮比1996年下降13.5 kg。
B.饲料粮
通过对全省近几年人均肉、蛋、奶需求的预测，2010年和2030年全省人均肉、蛋、奶需求分别为22 kg和36 kg。按混合转化率2010年1:2.5,2030年1:2计算，折合饲料粮为55 kg和72 kg。
C.第二产业用粮
1996年第二产业用粮食10270000 t。其中，粮油加工5894000 t，饮料及酒类1499900 t，食品703800 t。按照多种消费发展趋势和消费引导构想，粮食与食品加工用粮增长速度将加快，纯工业用粮与饮料酒用粮增长速度将放慢。结合今后发展目标，预计2010和2030年第二产业用粮将分别达12400000 t和17000000 t。
D.种子用粮
全省今后粮田面积将相对稳定或略有减少。随着科学技术的应用和优良品种的推广，种子用粮也将有所减少。以近几年粮食播种面积为基础，每公顷用种子粮160～170 kg，大致需种子粮1400000～1500000 t。
E.储备粮
按全省粮食总需求量的1%计算；损耗及折算差额按全省粮食总需求量的1%计算；调出按1000000 t计算。
（3）粮食需求量测算
人均需求量以上述因子和人口状况求总，然后按对应年份的人口计算人均需求量，得2010年粮食的人均需求量为459.63 kg;2030年为478.72 kg。
A.人口低方案下粮食需求量测算量
2010年需要粮食46422620800 kg;2030年需要粮食50504955200 kg。
B.人口高方案下粮食需求量测算量
2010年需要粮食47801543000 kg;2030年需要粮食53137934400 kg。
7.满足全省粮食需要的最低警戒线
（1）国际标准
联合国粮农组织人口承载状况标准以承载比（SR＝预测人口/承载潜力）标示：
a.SR＜0.95时承载良好；
b.SR在0.95～1.05时适度承载；
c.SR在1.05～1.10时勉强承载；
d.SR＞1.10时超载。
（2）河南耕地预警线
依据联合国粮农组织的承载比标准，通过人口、土地生产力和人均消费水平来确定耕地需求数量，对耕地数量进行预警研究。结合 FAO人口承载状况标准，对河南省各县、市的耕地警情严重程度分为五个警度：
a.需求/供给＜0.95时为无警；
b.需求/供给在0.95～1.05时为轻警；
c.需求/供给在1.05～1.10时为中警；
d.需求/供给在1.10～1.50时为重警；
e.需求/供给＞1.50时为巨警。
8.河南省耕地保持警示区确定
从河南省未来发生警情的地理分布来看，发生重警、巨警的地区分布在西部山区和人口密集的市区，豫东部平原区没有警情发生。
到2010～2030年耕地警情为巨警的县有林州市、栾川县、汝阳县、嵩县、西峡县、鲁山县、汝州市、舞钢市、卢氏县、义马市、巩义市、新密市、南召县；
到2010～2030年耕地警情为重警的县有新安县、偃师市、伊川县、淅川县、宝丰县、叶县、范县、台前县、灵宝市、新县、禹州市、荥阳市；
到2010～2030年耕地警情为中警的县有宜阳县、沈丘县、泌阳县；
到2010～2030年耕地警情为轻警的县有安阳县、孟津县、方城县、镇平县、郏县、陕县、新郑市、上蔡县。
9.河南省耕地保持警示线确定
河南省平均需供比到2010年为87.2%；到2030年为81.7%。
河南省耕地较宽余的地区分布在平原区，最为宽余的地区有原阳、正阳、延津和罗山等县；较紧张的地区有义马市、栾川县、巩义市、南召县、鲁山县和林州市等。
10.河南省最佳耕地持有水平
到2010年不出现缺粮的警情，应保持现有耕地的87.2%以上。即到2010年最低的耕地警戒线为7073131.89 hm2，人均为0.068 hm2(1.02亩/人）。
到2030年不出现缺粮的警情，应保持现有耕地的81.7%以上。即到2030年最低的耕地警戒线为6625757.49 hm2，人均0.0597 hm2(0.8954亩/人）。
11.说明
（1）警戒线相应放宽的可能性
我们确定未来粮食单产时，是假定在不断增加资金和科技投入的情况下所能达到的最高产量值。如果达不到预测的水平，则耕地的警戒线应相应地提高。
（2）最低耕地警界线方案
为确保将来不发生缺粮的警情，本次工作以高人口方案的高需求量来测算要求的耕地量作为最低的耕地警戒线。不排除因其他情况发生，而使警戒界线向下浮动的可能性。
遥感·河南省国土资源综合调查与评价
遥感·河南省国土资源综合调查与评价
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