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耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展

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中国农业科学2017,50(7):1210—1222 Scientia Agricultura Sinica doi:10.3864 ̄.issn.0578—1752.2017.07.004 耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展 石淑芹 ,曹玉青 ,吴文斌 ,杨鹏 ,蔡为民 ,陈佑启 ( 天津工业大学管理学院,天津300387: 中国农业科学院农业资源与农业区划研究所/农业部农业信息技术重点实验室,北京100081) 摘要:耕地集约化是社会经济发展、土地面积约束、人口增长与技术进步等压力作用下人类土地利用的 必然选择。作者在论文中从耕地集约化、农业可持续利用、生态保护及粮食安全的互动框架切入,对现有耕 地集约化评价指标体系进行了系统梳理,构建了基于互动框架的耕地集约化评价指标体系,并对现有技术、 方法及相关成果分别评述,提出了下一步的研究要点及发展方向。研究认为耕地集约化、农业可持续、生态 环境及粮食安全之间主要存在正负双重及互相促进作用。目前评价指标体系主要从频度、投入、产出、潜力、 增产、综合指标体系、集约度及能值等多个方面考虑。基于互动框架的耕地集约化评价指标体系包括地均劳 动力投入、地均化肥、农药投入及灌溉指数等基本指标,粮食安全系数、非农指数和人均耕地面积等表征农 业可持续的指标,地下水矿化度、生物多样性和碳排放等影响生态保护的指标,以及复种指数、稳产指数、 粮食单产和地均产值等与粮食安全密切的指标;具体评价时还需依据不同研究区、研究尺度进行针对性选择 和修订。研究方法中,频度指标是遥感技术在耕地集约化领域的重点关注热点之一;潜力指标以模型模拟为 主;增产指标中,产量差研究成果丰富,收获面积差所受关注较少;集约庋综合测度模型也是较为常用的方 法。此外,还可 l入其他相关成果开展评价。今后耕地集约化指标类型呈多样化态势,需推动新方法与新技 术手段的综合集成。 关键词:耕地集约化;指标体系;评价方法;技术手段;互动框架 Progresses in Research of Evaluation I ndex System and Its Method on Arable Land IntenSlfiCatiOn:A Review SHI ShuQin ,CAO YuQing ,wu WenBin ,YANG Peng ,CAI WeiMin。,CHEN YouQi (1School ofManagement,Tianjin Polytechnic University,Tianjin 300387; Institute ofAgricultural Resources and Regional Planning Chinese Academy ofAgricultural Sciences ̄Key Laboratory ofAgri—Informatics,Ministry ofAgriculture,Beijing 1 00081) Abstract:Arable land intensification iS a necessary choice to face the multiple pressure of socio—economic development. 1imits of land use quantity,population growth and technology improvement.Started with the interactive framework among arable land intensiicatifon,agricultural sustainable utilization,ecological protection and grain security,this paper summarized the current indicator system of arable 1and intensiicatifon.proposed the evaluation index system of intensive cultivated 1and use based on interactive framework,and reviewed the existing technology,method and their related achievements.Based on above analysisthe ,next hotspot and development trend of future study were proposed.The result showed that arable land intensiicatifon,agricultural sustainable utilization,ecologic—environment and grain security play a role of mutual improvement mainly or with the dual influence of positive or negative.The current indicator system of arable 1and intensiication can be consifdered mainly in diierentf view of requency ifndices,input indices,output indices,potential indices,gap indices,comprehensive indices,intensity indices, energy indices,etc.The evaluation index system of intensive cultivated land use based on interactive framework included some 收稿日期:2016.10-20;接受日期:2016—11-29 基金项目:教育部人文社科项目(16YJCZH082,16YJC630149)、农业部财政专项(2016MOA616.3) 联系方式:石淑芹,E-mail:ssq0533@163.corn。通信作者吴文斌,E-mail:wuwenbin@caas.cn 7期 石淑芹等:耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展 1211 basic indexes such as the average labor input,average fertilizer input,average pesticide input,irrigation index,etc.Indexes which affecting agricultural sustainable utilization mainly included food security facto ̄non—farming index,cultivated land area per capita, etc.And indexes strongly correlated with grain safety included multiple cropping index,stable production index,grain yield per hectare,per-cultivated land production,etc.Nevertheless,the further choice and revision of the indexes should be considered according to the different study region and scale in speciic condiftion.Within all the research method relating those indices,the paper found that frequency indices were the hotspot of remote sensing focused on arable land intensification.Potential indices were researched mainly by model simulation.On the contrary with the abundant research achievements of yield gap,harvest gap got little concern in those gap indices today.In addition,comprehensive measuring model of intensity also was the main and common method to appraise the arable land intensiication.Itf is noteworthy that some other related research results can be utilized further to appraising the arable land intensification.The type of arable land intensiicatfion indices demonstrates the development trend of diversified characteristic.Besides,the comprehensive integration of new method and new technology should push forward in the future. Key words:arable land intensiicatifon;indicator system;appraising method;technological means;interactive framework 集约化发生在土地面积为约束条件的情况下,非 土地投入不断增加的过程中,边际收益恰好等于边际 成本的临界点l1]。BROOKFIELD[ 1描述集约化是为了 获得较高的长期产品,用劳动力、资本和技术或者其 中任何组合替代固化土地进行生产的过程。农业土地 集约化概念的提出较早 ,KATES[ 、NETTING[ 和 1.1 耕地集约化与农业可持续 1950年以来,通过增加化肥与农药投入,选择最 优管理方式、机械化、灌溉和改良品种等可持续利用 1 耕地集约化与农业可持续、生态保 护及粮食安全的互动框架 SHRIAR[6】等认为与耕作的外延式扩张相比,农业集约 化是通过持续增加单位面积投入提高土地生产率的 与管理方式,国外迅速实现了农业集约化的过程『9。 , 可持续集约化道路得到广泛支持l】 ],有效缓解了对 自然生态系统的压力,促进了以休耕为主的土地保护 策略[13-14]。随着欧洲环境计划项目及标准的实施,以 过程。面对国内外粮食安全战略需求、耕作精细化、 生态安全、农业绿色化、新型农业经营体系、新的 消费结构与需求等发展形势,耕地集约化的理论研 究与实践探索面临一系列挑战,亟需厘清集约化现 物质产量和环境服务为内容的农业环境可持续概 念日益受到重视,众多公共部门及学术组织逐步将关 注点转向复合农业、精细农业、保护性农业和有机农 业等领域l】 。复合农业的低投入型耕作方式促进了资 源可持续利用[16-171,有机农业由于禁止化学物质投入, 将非再生资源和非农业投入减至最小化,改善了营养 物质的循环过程[18-20],更有利于集约化的效率与可持 续发展 ”。 状及相关成果,为进一步科学探索与决策提供参 考依据[7】口 吕晓等【 认为近30年中国耕地集约利用研究 表现出研究视角与分析尺度的多元化、研究内容广 泛化以及研究方法的实证化等特点,但缺少全球尺 度下不同国家与地区以及结合气候、生态等要素与 遥感数据的耕地集约化分析与总结。朱会义等 J从 土地可持续利用角度,围绕基本特征与测度指标、 极值问题与潜力研究、驱动因素与因素、环境 影响与可持续集约化等4个方面,评述了土地利用 1.2耕地集约化与生态保护 土地集约化会对陆地和水文生态系统产生正负双 重影响[22-23】。从1961年起,节约用地和农业集约化避 集约化的主要成果,不过其内容并非只针对耕地集 约化,还涉及其他用地类型。本研究试图在明确耕 地集约化与农业可持续、生态保护及粮食安全互动 框架基础上,评述耕地集约化评价指标体系构成及 其优缺点,总结不同指标体系下的评价方法及关键 技术,梳理近年来取得的重要进展,以期为系统开 展耕地集约化研究,推动粮食安全、生态保护及农 业可持续研究提供参考。 免了1600亿吨的碳排放_2钔,小尺度生态农业较少投 入化学物质,被认为比传统产业化农业对生物多样性 更为有利l2引。但全球各地不同的集约化过程也影响到 了人类与生态系统的健康[26-27],密集种植作物和牧业 生产等过度集约化使很多发达国家遭受环境污染[2 。 持续不断的化肥、农药等投入[ 。。 以及景观要素的 减少,对生物多样性以及生态系统功能产生不利影 响【31-36]。灌溉会引发土壤盐碱化并对生态系统产生层 12l2 50卷 叠效 。叫Jl 的农、Jl,过度集约化傲认为足 敛{I。_ 框架川样足一个完整的系统,且动框 【人J—fll-婴裘发 改变,会引起 架【人J其他要素的改变。 这个框架 内,农业可持续 牛念环境之间以 十¨促进及 十¨父 作用为 。耕地 约化对农业 持续利』1J及 念 1 境 会带来正负双重 响,需汴重技术进步和 ,、’,:力捉, ’ 情况卜各投入 鬃的合理有效及精细化利用。耕地 约化刈 c5食坟个以】 i 积}J支影H向为=F、,策约化水、r捉 高llJ’以促进粮食 求的增加,而农业I,J 持续及/卜态环 境良好足实现K久粮食安个的最终 障( I)。J Jll 强耕地集约化与其他■要素n勺研究,I-J 以更清怂地了 它 之问n勺十Il且关系,为选取耕地集约化 价指 提供参考,以删提 栅地集约化水、 ,实 1动框 源 染和改变水体质量的上 求源 弛]。 1.3耕地集约化与粮食安全 耕地集约化足针对拼地资源订限、 地减少、 产增加 粮食发/\战略的优先考虑途 39-421。过 30 l ,耕地集约化带来的粮食单产增力ll对J 粮食总产量 的增JJ1] ‘} {人贞献f 。肥料、农约、灌溉、机械化 命背 卜的科学研究、 和作物改良品种n9h效使川成为增』Jl】个球粮食生J 的 献I r【 驯。绿 产发展 1披术转让刨新带米了农'lkq-:.j :率的极人增 KI 1,RUDELI 对1970—2【)()5;I-IT,J l0种卜嘤作物 J :率研究农f』fJ技术进步平I J1 ‘卒捉 、 将他农 为他 I’[, 导致粮食 求增JJ ll,达 仃…定 求弹 。 。 一 的 济作物卜(例如 』 人 )表脱 为 综l ,『】然 足 个J l:l 联系的系统, 约化 的良, 衙 。 2耕地集约化评价指标体系 实现耕地集约化 价,仃利J 允分发挥 地他川 价值,捉舟耕地利J1 J率,促进礼会 济J 19发 。 』『』 发,I 【_Jj(变会引起自然界 他功能的变化。耕地 、『【,『・Jl持续、 卜态 护 粮食坟个构成的 L动 图1 耕地集约化、农业可持续、生态保护与粮食安全互动框架流程图 Fig.1 lnte ̄’active framework of arable land intensificationagricultural sustainable utilization.ecological protection and grai11 ,security 7期 石淑芹等:耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展 1213 价过程中,评价指标的选取直接决定了评价结果的科 具体应用中,评价指标选取应该更多取决于研究 学性与适用性。目前的耕地集约化评价指标可以从频 度、投入、产出、潜力、增产、综合指标体系、集约 度及能值等多个方面考虑。 (1)频度指标,最初采用休耕期指代。因其不 便统计比较,随后提出复种指数,通常用农作物播 种面积与耕地面积的比值表示,成为代表耕地集约 利用程度的基础性指标之一,是增加作物产量的最 简单方法。一般来讲,复种指数越高,耕地生产率 也越高[50-52】。 (2)投入指标,指采用价值形态或实物形态的单 位面积投入的各项成本指标【 ,包括劳动力、农业机 械、化肥、农药、农膜、种子等众多要素『5 ,更适用 于分析农业生产对生态环境的影响 。 (3)产出指标,采用单位耕地面积产量和耕地产 值测算耕地集约利用程度【】】,一般只限于同一地区同 类作物之间时序变化研究,具体应用中通常与频度和 投入指标相结合[8,551。 (4)构建综合评价指标体系进行复合测度,多鉴 于“压力.状态.响应”,以投入强度、利用程度、产 出效果、持续状况等方面为准则层,在此基础上筛选 隶属于不同准则的具体指标,构建综合评价指标体系, 有效避免了单项指标测度的不完备,但同时应注意所 选指标的准确性、数据的可获得性及指标之间的相关 性等问题[ , 。 (5)潜力指标,通过复种潜力、产出潜力及经济 潜力,分别从频度、产出、投入报酬角度,揭示耕地 利用集约化的发展潜力,通常采用模型法估算,但其 精确性往往需要进一步验证l8J。 (6)增产指标,采用产量差或收获面积差来度量, 产量差指作物可获得的上限产量与实际产量之问的差 距,其成果较为丰富[58-60】。收获面积差指理论上的最 大复种潜力与实际复种指数的差距,目前所受关注较 少。 (7)集约度,是度量现实中耕地利用集约程度的 指标,有产出指标测度、实物形态的投入与产出指标 相结合测度、价值形态的投入成本指标测度以及综合 测度[1,56,61】。 (8)能值法,根据耕地各实物投入的能值转换 率[62-63],采用能值形态对劳动力、机械化、化肥、农 药及地膜等投入指标统一量纲后,进行耕地利用集约 度的测度【 , ”,此方法对于各投入要素的数据可获取 性要求较高,是近年来新兴的评价指标(表1)。 对象本身以及研究目的I 。目前多从自然禀赋.利用程 度(投入水平).产出效率等层面构建评价指标体系, 没有考虑引入通过灾害治理实现耕地集约利用的单项 指标,也较少涉及耕地生态意义及其相关指标上的持 续化和集约化_5]。综合性指标可以考虑主成分分析法 J进行降维以规避指标之问的相关性;其指标权重的 确定、分级易受评价者个人经验和偏好等主观判断的 影响,结果可能和客观赋权差异甚大,因此,采用客 观与主观赋权法相结合、运用不同方法开展评价并进 行结果比较分析,对相互验证评价结果、提高评价准 确性具有重要意义【 1。 3 基于互动框架的耕地集约化评价 指标体系 土地是一个复杂的自然.经济综合体,地处不同区 域的耕地,其集约化水平存在差异。本次借鉴上述国 内外耕地集约化评价工作的基础指标,进而以耕地集 约化与农业可持续、生态保护及粮食安全互动框架为 理论基础,综合考虑影响农业可持续、生态保护和粮 食安全的各类因子,通过分析各因子与耕地 集约化的关系,推导出基于互动框架的耕地集约化评 价指标体系。其中,地均劳动力投入、地均化肥及农 药投入及灌溉指数等属于耕地集约化评价基本指标。 影响农业可持续的因子主要包括粮食安全系数、非农 指数和人均耕地面积等;影响生态保护的因素有地下 水矿化度、生物多样性和碳排放等;影响粮食安全的 主要有复种指数、稳产指数、粮食单产及地均产值等 因素(表2)。 在后期的具体评价工作中,获取各项指标的数据 资料及评价单元的选择是耕地集约化评价的重要工作 内容。基于互动框架的耕地集约化评价指标体系主要 涉及农业统计数据(包括投入指标、产出指标和持续 状况)、遥感解译数据(包括利用程度)和土壤采样 及实验数据(包括生态指标)。需要注意的是,评价 单元的选择需考虑研究尺度以及多源数据融合等问 题。例如以市或县为基本评价单元评价全国或区域耕 地集约化水平,所选取指标将以统计年鉴等较粗指标 为主,其他指标可以通过样点插值或者其他方法统计 县域单元的均值来取值,此类评价对数据空间分异性 要求相对较低。如果以较小尺度如地块为基本评价单 元,评价一个农区的耕地集约化水平,气候或大的社 l214 中国农业科学 50卷 表1 耕地集约化评价指标体系构成及优缺点 Table 1 Components of indicator system of arable land intensification and its advantages and disadvantages 频度指标 Frequency 休耕期 Fallow period 休闲轮作、用地养地结合,最初采用的频度指标The initial rfequency不适合统计比较分析 index,aim to integrate fallow and rotation,farming with protecting land No suitable for statistical comparative analysis indexes 复种指数 Multiple cropping index 个地区年内种植面积占种植业土地面积的比率,以年度数据为测度未考虑不同作物生育期的差异和不同地区 复种潜力的差异,难以反映投入量差异 J crop growth period and potential multiple cropping in different area,therefore it is hard to reflect the diference in input 基础 on annual data The ratio of plntaing area to arable land area in a region which is based Without considering the difference between 投入指标 Input indexes 资本投入 Capital input BROOKFIELD[2_认为从投入角度,反映了土地利用集约化的基本特存在不同属性的生产要素一系列定量和统 征和本质。能够反映频度指标不能反映的相同频度情况下的集约化状--N度问题 况,解决了产出指标不适合不同自然条件地区的集约化程度比较问题There are problems about diferent attributes From the view of input.BROOKFIELD believed that reflect the essential on quantitative test and uniied measure of ffeatures and quality of arable land intensiicatifon.It can show the land the production factors 劳动投入 Labor input 技术投入 Technology input intensiicatifon under the same frequency which frequency indexes can not reflect,and solve the problem that the output index is not suitable for lnd aintensiicatfion comparison ofdiferent natural conditions 产出指标 耕地单产 cultivated land NETTINGL5 认为是测度土地利用集约度的理想指标和重要测度指无法用统一的度量单位对各种产出进行统 标,通常需要与频度指标和投入指标相结合 一处理 NETT1NG thought it is the ideal and important index to measure It can not use an uniform measuring unit to Output indexes Unit yield of 耕地产值 Output value of cultivated land land.use intensivism,usually combined with frequency and input index deal with all kinds of outF}ut 潜力指标 复种潜力 potential 以AEZ法、FAO生产力计算模型、WOFOST、EPIC、 SUCROS、 大都没有考虑技术进步因素 CERES、DSSAT、生产函数法等诸多模拟模型为代表, 揭示了土地It loses sight ofthe technological progress 利用集约化的发展潜力【 】 With the AEZ method,FAO productivity model,WOFOST,EPIC, SUCROS,CERES,DSSAT,production function method and other simulation models as representative,it reflects potential of the land Potential indexes Cropping index 作物生产潜力 Crop potential productivity 经济潜力 utilization intensification[ 】 Economic potential 增产指标 Yield lncreasement lnQexes 产量差 Yield gap 作物可获得的上限产量与实际产量之间的差距:理论上最大可能复种模拟的精度及有效性有待进一验证 潜力与实际复种指数之间的差距The accuracy nd avalidity of simulation need It means the gap between the maximum and actual productivity,the gap to be further veriied fbetween the maximum multiple cropping potential and actual multiple 收获面积差 Harvest gap cropping index 综合性指标体系上述几种的综合 多以投入强度、利用程度、产出效果(或利用效益、利用效率)、持存在指标的相关性、指标数量、详细程度、 Comprehensive Integration of 续状况等方面为准则层,在此基础上=筛选隶属于不同准则的具体指时空尺度、数据可得性等问题 标,构建综合评价指标体系[ 1 There are problems such as correlation, index system above—mentioned situation Using input intensity,utilization degree,output effect(or utilization quantity,level of details,temporal and spatial benefit,utilization eficifency)and sustainable capacity as rule hierarchy,scale,and data available of indexes they choice indexes that belong to different criteria,then propose a comprehensive evaluation index system【 集约度 测度模型 BRINKMANN提出的集约度指标,是一个包含劳动投入和各种资本不同学者采用的测度指标及所构建的模型 投入的综合指标,定义为单位土地面积的劳动工资、资本消耗和经营不一,无统一标准 资本利息的总和,是衡量土地利用效率的重要指标 1 There is no uniifed standard and different BRINKMANN proposed that intensive degree index is an important scholars used different measurement indexes index to characterize lnd ause eficifency which includes labor inputs and and built dilf ̄rent models capialt investments,and it is the sum of labor wages,capital consumption, management capital interest[ ] Intensive degree Measuring Model 能值 Energy value 各投入要素能值 很好地解决了量纲统一的问题,能够有效克服价值形态或实物形态测难以涵盖包括种子、除草剂等在内的全部 Energy value of 度的不足 overcomed the deficiency ofvalue orm for objects form measureI I 耕地投入要素 such as seeds,herbicides,etc. each input element It solved the problem of dimension unity properly,and effectively It is diiculft to cover all arable land inputs, 根据李秀彬【1】、吕晓 、朱会义_8l、WUE 、谢花林 、杨晓光 等文献整理 According to the paper written by LI X B【fj’El3 X[7J_ZHU H Yl81,WUf ,XIE H Lf ”,YANG x G[ 7期 石淑芹等:耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展 1215 表2基于互动框架的耕地集约化评价指标体系 Table 2 The evaluation index system of intensive cultivated land use based on interactive framework 会经济投入背景可以看作近似一致,此种评价研究的 指标选取以精细化、反映耕地地块特征的指标为主, 借助采样点插值、农户调查结果与地块空间关联等方 法进行评价。由此可见,评价指标体系难以普适性, 只能说大的准则层如投入、产出、生态等可以具有指 4耕地集约化评价方法 针对不同的耕地集约化评价指标体系,所选取的 评价方法也各有不同。国内外土地工作者在耕地集约 化评价方法的选取上,既有基于各项指标的评价方法, 也有其他的一些评价方法。 导性意义,而方案层的具体指标作为参考,具体评价 时还需依据不同研究区、研究尺度进行针对性选择和 修订。 4.1 基于频度指标的耕地集约化评价方法 复种能较好地反映耕地集约化的逐年变化过程, l216 中国农业科学 50卷 在全球大多数地区,尤其在降水充沛、高温和较长生 长季的热带地区非常普遍[67-68]。左丽君 、唐华俊 、 张伟[ 等分别对国内外复种指数研究进行了评述,普 遍认为耕地复种指数提取方法,经历了基于统计数据 向遥感手段转变的过程【6圳。 基于统计数据的方法,可以借助计量经济学模型 (如Theil指数[ )、GIS空间分析技术(如探索性 空间数据分析【7 31)等探讨复种指数的时空差异及演变 规律。利用统计数据虽然计算简便,但忽视了统计单 元内的空间异质性[ 】。 目前,基于遥感的复种指数提取方法仍处于发展 中,主要集中在两个方面:其一主要根据时间序列植 被指数,利用不同的拟合方法得到作物生长曲线,实 现作物复种模式有效监测【 。];其二是对各类耕地复种 模式的提取【6 。国外大多利用多尺度遥感数据和统计 数据相结合的方式,集中针对人均耕地较少、复种措 施较为普遍的亚非地区,尤其是亚洲地区【 ],也有部 分面向全球耕地复种指数的研究[75-76】。峰值法、二次 差分法、傅里叶变换法、决策树法、交叉拟合度检验 法、直接比较法、形态匹配法以及小波变换法等是国 内外反演提取耕地复种指数信息的常用方法[69-71,77】。 农作物集约化种植方式是作物连作、轮作、问种 与套种等的综合概括。相较于复种模式,农作物种植 方式遥感监测是更高层次的遥感应用,主要利用时间 序列遥感数据,根据作物植被指数的变化规律区分不 同作物生育周期,判断不同复种模式下作物的种植顺 序和方式。目前研究主要依据IRS+LISS.I多时相、 TM、ETM+以及MODIS数据,采用监督与非监督分 类法、傅里叶变换分析法、多阶段分类方法等分别对 印度、黄河三角洲、湖北漳河灌区以及华北地区开展 农作物种植方式遥感监测【加]。 4.2基于潜力指标的耕地集约化评价方法 气候变化通过改变热量条件和生长季,对复种潜 力有实质影响;可以在GIS软件的支持下,利用气候 参数和土壤条件等因素评估作物复种潜力,目前有 FAOE52-531提出的农业生态区(AEZ)法,取积温、降 水与复种指数的外包络线方程法[ ],以及遥感数据与 随机前沿分析相结合的方法[ 。YANG 。 研究表明 由于温度上升中国作物种植北界明显向北部和西北地 区扩展,未来可能通过北部地区一熟制向两熟制、南 部地区两熟制向三熟制转变来增加粮食生产。ZHANG 等_8l】考虑气候、地形和水资源,发现气候变暖使 高原一些地区的种植强度显著增长。FISCHER等 在全球农业生态区作物适宜性分析中,通过单一适宜性 作物生长期和温度需求定义了大量的复种潜力区l6 。 LIU 。 研究表明1960--2000年期间中国一熟制面 积减少三熟制作物面积显著增加,气候变化使水浇地 和旱地的复种潜力分别增加了13%和7%。 作物生产潜力具有长期的研究历史,包括从最早 的光能利用潜力、作物生长数值模拟模型及FAO生产 力计算模型、光热水潜力,以及后来发展起来的与碳 循环研究以及全球变化结合的WOFOST、EPIC、 SUCROS、CERES、DSSAT等诸多模拟模型 J。 经济潜力揭示了生产要素与技术水平不变、现有 市场价格调节下耕地集约化的投入潜力,因此并非长 期潜力 。目前估算投入潜力最有效的方法是生产函 数法。生产函数有多种形式,其中由美国数学家COBB 和经济学家DOUGLAS提出的COBB—DOUGLAS生 产函数应用最为广泛【8, ]。 4.3基于增产指标的耕地集约化评价方法 产量差受到了国内外广泛关注,主要包括三方面 概念:一种是作物模型模拟产量与实际产量之差;一 种是试验样地产量与实际产量之差;一种是农民最高 产量与实际产量之差,造成该产量差的主要因素取决 于农户的知识应用能力_6川、技术水平以及高成本 低回报的市场条件等经济因素。产量差研究方法有两 种途径:一种是试验调查及统计分析;一种是运用作 物模拟模型。前者更有针对性,但是试验费用大,且 要求足够的试验数据;后者不能对实际生产中的所有 管理措施精确定量化。实际研究中,可综合利用统计 方法、作物模拟模型及遥感方法,发挥各种方法的优 势 。 发达国家因栽培管理水平相对较高,作物产量提 升空间较小[ , 。即使农业生产效率最高的地区可实 现产量和农户实际产量之间仍旧存在很大的产量差l8 。 2013年全球产量差Atlas项目发表了从地方到全球尺 度、关于产量差内涵、方法和应用等系列专刊,有助 于在方法选择、数据来源、模型等方面达成科学共识, 也有利于分析不同空问尺度增加作物产量的因 素_8 。部分学者认为通过缩小产量差持续提高全球粮 食供应将对环境和粮食生产能力造成不确定性影响l1”, 有必要识别地方、区域以及全球技术水平、基础设施 和社会经济等因素的不同解决办法,缓解区域环境和 社会外部性等缩减产量差和影响集约化生产的因 素 。RAY等 研究表明1961--2008年全球很多地 区玉米、水稻、小麦和大豆产量持续增加,还有大约 7期 石淑芹等:耕地集约化评价指标体系与评价方法研究进展 —1217 1/4耕地作物播种面积增长地区的产量没有改善、甚至 停滞或暴跌。RAY等[8 9]利用1968--2008年数据和线 性回归模型预测玉米、水稻、小麦和大豆产量分别年 增加1.6%、1.0%、0.9%和1_3%,比2050年粮食产量年 增加2.4%的需求预测少很多。这些研究表明农户实际产 量向作物潜在产量上限增加变得更加困难。 收获面积差是在复种指数及复种潜力指数基础之 2002年农地利用集约度的变化特征进行了年际间、 不同种植业之间与不同经济发展水平区域之问的比较 研究。王秀圆等[991利用农户调查样本,基于货币额衡 量生产成本,对比分析不同生计类型农户间耕地利用 集约度的差异,从农户耕地劳动集约度、资本集约度 等分别构建实物形态指标与综合价值形态指标,对耕 地利用集约度的内部结构进行了分析比较。陈瑜琦[ ]、 张琳等[101]研究发现耕地利用集约度的结构特征会随 上发展起来的新概念,有利于认识复种频率与作物生 产潜力等信息,目前所受关注较少。最近RAY ] 利用WorldClim月平均最低温、阈值10℃以及来源于 统计数据的实际收获面积差数据,分析了耕地最大潜 在收获面积差。wu 9。]建立了基于气候数据的耕地 复种潜力估算模型和基于遥感观测的耕地复种指数提 取模型,利用潜在复种指数和实际复种指数计算耕作 强度差,分析其在全球不同区域及国家的差异性,重 点分析其在粮食安全高风险区域和国家的空间分布, 并估算通过减小耕作强度差可以增加的耕地收获面积 数量。需要注意的一点,并不是任何地区都需缩小收 获面积差,要在投入(如灌溉、施肥、除草剂和农药)、 产出、其他农业系统参数(如土壤有机碳、生物多样 性等)及驱动力等整体框架中仔细权衡 , 】,也受 到交通网络、技术革新、土地管理和农民信用等社会 经济因素的。 4.4基于投入产出要素及集约度等综合测度的耕地 集约化评价方法 从投入角度理解土地利用集约化的代表人物是 BROOKFIELD。表征投入变化的特征指标,一般采用 德国农业经济学家BR1NKMANN提出的包含劳动投 入和各种资本投入的集约度指标,定义为单位土地面 积的劳动工资、资本消耗和经营资本利息的总和。不 过由于投入要素中包含资本、劳动、技术等不同属性 的生产要素,最后给出一个可以比较的集约度数值, 面临一系列定量和统一测度问题【8】。 运用频度、投入或产出等单项指标测度能够在单 个侧面对耕地集约化进行深入剖析,但难以全面反映 耕地集约利用的综合性。因此,通常将频度、投入与 产出指标等相结合,构建综合评价指标体系或集约度 指数模型开展评价分析[ , 。 国内对耕地利用集约度的研究主要集中在耕地利 用集约度的测度方法、变化规律、时空差异【9 、结构 特征和影响因素等方面。Theil指数可以测度区域差 异,计量经济模型分析其影响因素[96-97]。LIU等[ 以 价值形态的农作物种植成本为表征指标,对中国1980 着经济发展而变化,资金投入逐步替代劳动投入是基 本趋势。 4.5其他评价方法 除了上述基于各项评价指标体系及相应技术手段 与评价方法的研究之外,还有其他类型方法同样值得关 注。例如将农户调查法与计量经济模型相结合[15,102-102 、 对比分析 。 嘶】、GIS与计量经济模型相结厶【 。 以 及相关成果引入借鉴【 。 等方式,使得耕地集约化 研究更加关注微观层面(农户尺度),也能进一步切 合实际情况。农户尺度上,农户的家庭人口结构、生 活水平、资产规模、抗风险能力、经验和技能、受教 育水平等因素会影响到农户的土地利用决策,进而影 响其土地利用集约化水平。但是这些因素具有较大的 变异性,很难与耕地集约化之间建立普适性关系,只 能针对具体情况进行具体分析f8]。 5结论与展望 科学的实现耕地集约化评价是一项复杂的工作, 目前的研究尚未形成完整体系。本文从耕地集约化与 农业可持续利用、生态保护及粮食安全的互动框架切 入,对国内外耕地集约化评价指标体系和评价方法进 行了系统梳理,并探讨性构建了基于互动框架的耕地 集约化评价指标体系。总体来看,今后耕地集约化评 价指标体系与评价方法分别趋向于多样化、集成化等 方向发展,现主要从以下两个方面提出未来的发展趋 势和研究要点: (1)耕地集约化指标类型呈多样化态势。耕地集 约化评价指标体系涉及土地科学、经济学、生态学、 地理学等方面,属于多学科交叉研究领域,评价指标 亦从多个方面赋予耕地集约化发展水平不同的内涵。 由于地域差异性、时空尺度不同等原因,尚缺乏普世 性的指标体系标准,针对各地区考虑的因素及相应指 标也大不相同。今后,在现有评价指标体系基础上, 亦结合技术进步、生产力提高及对生态环境的新要求, 考虑耕地集约化与农业可持续、生态保护及粮食安全 1218 中国农业科学 50卷 的互动关系,对不同研究区域、不同研究尺度的指标 体系予以进一步深入细化及外延拓展,依据地域差异 及数据获取特点进行针对性选择和修订。 (2)评价方法与技术手段的综合集成态势。现有 研究主要采用统计数据、农户调查数据、试验分析数 据及遥感数据,利用计量经济模型、遥感、地理信息 系统、农户调查等不同方法及其相互结合对耕地集约 化的不同侧面开展研究。随着海量多样数据的积累以 及大数据分析手段的引入,如何将多源指标数据统一 到同一个评价单元仍旧是耕地集约化研究的难点问 题,今后还需加强社会经济调查数据和遥感数据的结 合,融合多源数据以形成有效的分析数据集;整合不 同模型与测度方法,构建耕地集约化评价方法库,深 入分析耕地集约利用过程、格局、机理和效应[8,110]。 此外,随着GPS及无人机监测技术的发展,可以采用 高新技术开展精细化耕作监测及管理研究,构建系统 动态监测模型,开展农户决策行为模拟,引领耕地集 约化研究的新方向。 Rererences [1] 李秀彬,朱会义,谈明洪,辛良杰.土地利用集约度的测度方法. 地理科学进展,2008,27(6):12.17. 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