1 问题的提出

目前，全国范围内正在实施退耕还林(草)工程。这一工程对于从根本上改变我国生态环境不断恶化趋势，减少和遏制水土流失以及土地荒漠化等生态问题具有重大的意义。与此同时，它又是一项以粮食换生态工程，这又不可避免地影响到人口—耕地—粮食三者之间正常的耦合关系。目前，虽认识到问题的严峻性以及解决的紧迫性，但其量测标准和具体应用模型，很难因地制宜地兼顾退耕还林还草和粮食安全对土地的需求，为了突出科学性和可操作性，这方面的研究迫在眉睫。

张北是河北省坝上地区的退耕县之一，笔者从生态安全角度对其进行了退耕地域分析，通过分析可知，张北县退耕规模较大，理论退耕地总面积为51 277.2 hm²，占总土地面积的14.2%，将近2/5的耕地需要退耕。如此大的退耕力度，必然会对当地的粮食生产带来巨大的影响，其中最直接的便是由于耕地大面积的减少，导致粮食总产量的降低，进而危及当地的粮食安全。如何才能协调好弃耕换生态与粮食安全之间的矛盾，可以说是保证张北县退耕还林还草“退得下、还得上、稳得住、不反弹”的关键性问题。因此，研究张北县耕地退耕可能产生的粮食安全保障问题，并探讨其调控机制，将具有重大的理论和现实意义。

2 粮食安全性分析 2.1 分析模型

本研究采用了最小人均耕地面积和耕地压力指数模型(蔡运龙等，2002)，对张北县退耕可能造成的粮食安全问题进行了分析。

2.1.1 最小人均耕地面积

是指在一定区域范围内，一定粮食自给水平和耕地综合生产能力条件下，为了满足每个人正常生活的粮食消费所需的耕地面积。最小人均耕地面积实质上是给出了为保障一定区域粮食安全而需保护的耕地数量底线。最小人均耕地面积是粮食自给率、粮食消费水平、粮食综合生产能力等因子的函数，其数学模型如下：

(1)

式中，S_min为最小人均耕地面积(hm²·人^-1); β为粮食自给率(%)；G_r为人均粮食需求量(kg·人^-1)；P为粮食单产(kg·hm^-2)；q为粮食播种面积占总播种面积之比(%)；m为复种指数(%)。

此模型揭示出了如下含义：最小人均耕地面积S_min与人均粮食需求量G_r及粮食自给率β成正比，而与粮食单产P、耕地利用指数q×m成反比，p×q×m实际上反映耕地粮食生产力水平。显然，在耕地粮食生产能力不变而人均粮食消费水平及粮食自给水平较高时，要求有较大的最小人均耕地面积；而在保持一定粮食自给率和粮食消费水平条件下，随着粮食单产水平提高及耕地利用指数增大，所需最小人均耕地面积减小。

2.1.2 耕地压力指数

是指在一定区域内，为保障粮食安全所需的最小人均耕地面积与实际人均耕地面积的对比关系。其数学模型如下：

(2)

式中，K为耕地压力指数；S_a为实际人均耕地面积(hm²·人^-1)。

K值给出了耕地保护的阈值，可作为耕地保护的调控指标。不同时空域上的K值大小反映了此时此处耕地资源所承受的压力水平，其中：K < 1表示耕地压力较轻；K=1表示耕地压力平衡；K > 1表示耕地压力较重。

由于人口数量、耕地生产力、人均消费水平等因素都是动态的，因而最小人均耕地面积和实际人均耕地面积都随时间和空间发生变化，进而决定了耕地压力指数也是一个随时空变化的变量(蔡运龙等，2002)。

2.2 最小人均耕地面积的确定

根据张北县2001年国民经济统计资料和对其进行的实际调研，确定张北县人均粮食消费水平为400 kg(小康线)，粮食自给率为100%，复种指数为100%。张北县2001年粮食作物由小麦、莜麦、豆类和马铃薯构成，为了计算结果的合理性，在计算粮食单产时，考虑到了各种粮食作物的营养水平和国内对标准粮的规定以及当地居民的饮食结构，以小麦产量作为基准标准粮产量，莜麦、豆类和马铃薯的产量以相应的转换系数转换成基准标准粮产量。利用数学模型(1)对张北县各乡镇进行了最小人均耕地面积的计算，其中粮食单产p由小麦、莜麦、豆类和马铃薯产量乘以各自的转换系数之和除以粮食播种面积获得。各乡镇最小人均耕地面积计算结果见表 1。

2.3 求算耕地压力指数

利用数学模型(2)，对张北县退耕前和退耕后(假设退耕地一次性退完)两个阶段分别进行了各乡镇耕地压力指数的计算，计算结果见表 2。

2.4 计算结果分析

由表 2可知，张北县各乡镇退耕前实际人均耕地面积均不小于最小人均耕地面积且偏差较大，表明了各乡镇耕地生产力的供给水平高于粮食消费水平，耕地压力较轻，有17个乡镇K < 1，只有张北镇K=1，不存在粮食安全危机。但我们也应看到，张北县各乡镇实际人均耕地面积平均为0.39hm²，即使最小人均耕地面积平均值也达到了0.18 hm²，有将近一半的乡镇则达到了0.22 hm²以上，可见张北县各乡镇粮食比较安全的现状是以人均占有较多的耕地资源为前提的。这充分说明了张北县因自然、经济和技术条件以及土地利用结构的限制，耕地生产力水平低下；也充分说明了优化土地利用结构、提高耕地资源生产力的必要性。从目前粮食安全角度出发，退耕还林还草是可行的。

由表 2可知，退耕后张北县各乡镇实际人均耕地面积大幅度的减少，各乡镇实际人均耕地面积平均值减少到0.22 hm²，几乎减少了一半。由此导致了张北县绝大多数乡镇退耕后实际人均耕地面积接近或大于最小人均耕地面积，大多数乡镇耕地出现了不同程度的压力。其中有6个乡镇K > 1，表现出了耕地压力程度较重，二台、公会、郝家营3个乡镇K值甚至接近于2，粮食安全出现了严重危机；有5个乡镇K值达到了0.85以上，其中黄石崖K等于1，已发出了耕地压力预警信号。有7个乡镇退耕面积小，退耕后对粮食安全影响不大。为了更形象的说明退耕对各乡镇粮食安全所造成的影响，以退耕压力指数为预警信号，利用GIS软件MapInfo绘制了张北县耕地退耕后粮食安全状况空间分异图(见图 1)。

3 确定退耕还林还草工程的调控机制

由上述分析可知，退耕还林还草工程将会给张北县各乡镇造成不同程度的粮食安全危机。虽然国家在退耕还林还草工程中实行了“以粮代赈”政策，可以对张北县由于退耕而造成的粮食安全影响有一定的缓解作用。但也应看到，目前的粮款补贴政策是阶段性的(国家规定分别对还生态林和经济林提供8 a和5 a的粮款补偿)，不可能长期实行由国家永久性的供给。补助年限到期以后怎么办?这是摆在张北县各乡镇人民面前的一个现实问题。民以食为天，在退耕环节上不能解决农民的生计问题，退耕还林还草这一宏伟工程将成为一纸空文，昙花一现。因此，张北县在退耕还林还草工程进程中，一定要针对各乡镇的社会、经济、环境和资源禀赋特点，制定自身的还林还草规划，这是目前张北县亟待解决的问题。

本文以粮食安全这一敏感问题为主线，以最小人均耕地面积为调控器，以耕地压力指数为粮食安全状况指示器，确定了张北县退耕还林还草工程的调控机制(见图 2)。

3.1 操作步骤

(1) 在构建张北县第n年社会经济数据库的基础上，对数据进行分析处理和统计计算；(2)基于最小人均耕地面积和耕地压力指数数学模型，求算当年的S_min、S_a和K；(3)根据K值的具体大小，利用SQL选择，确定各乡的粮食安全状况，并绘制各乡耕地粮食安全状况空间分异图; (4)根据各乡镇的粮食安全状况，确定各乡的退耕规模[第i年理论退耕地—(第i年实际耕地—第i年S_min×第i年人口数)]，不能全退的乡，实行分步骤退耕并根据各乡镇特点，制定年耕地利用和粮食安全保护调控措施；(5)在第(n+1)年更新张北县第n年社会经济数据库，以后操作步骤同(2)~(4)，直到退耕完成为止。

3.2 调控途径措施

从最小人均耕地面积和耕地压力指数的原理可知，实际人均耕地面积不能小于最小人均耕地面积，即K≤1，否则就会危及粮食安全的基础。因此，在制定具体的调控途径措施时，一定要确保K≤1这一基本前提不变。根据耕地压力指数数学模型，唯有在保证S_min尽可能的小或S_a尽可能的大的情况下才能满足这一条件。而要使S_a尽可能的大，只有两个途径：一是在目前的条件下，扩大耕地面积，这就需要将林地、草地或荒地转化为耕地，显然这与张北县的生态需求相矛盾，是不现实的，也是不可能实现的；二是继续实行计划生育政策，控制人口增长，但计划生育政策是国家的长久之策，张北县只能遵守，无任何调控能力。因此要使S_a尽可能的大是不能做到的。根据最小人均耕地面积数学模型，最小人均耕地面积取决于食物消费水平、粮食自给率和耕地生产力水平的对比关系，而耕地生产力又是粮食单产和粮食耕地利用指数的函数，实质上反映了投入和科技进步的作用。因此，可通过增加投入、提高科学技术水平、优化土地利用结构、提高县域经济实力、拓展粮食供给渠道等手段使S_min尽可能的小，从而达到粮食安全的目的。为此，在退耕还林还草过程中根据K值的大小选择不同的调控对策，可以调节退耕对粮食安全的影响，保证工程的顺利实施。

(1) 对于K < 1的乡镇，从粮食安全角度考虑退耕比较安全，可以一次性退耕。此情况决定了这些乡镇调控措施应摒弃以增产粮食为目的这一自我实用、社会低效的常规农业发展模式，致力于开发各乡镇优势资源高效利用，通过资源互补利用获取超额利润，然后促进各乡内资源的深度开发，实现各乡自给性生产与商品性生产的协调发展，以脱贫致富为重点的发展模式。具体来讲，可以大力调整农业种植结构：一是在粮食作物方面，适当缩小春小麦和莜麦等低产作物的种植面积，增加高产、稳产及市场竞争力强作物马铃薯的种植面积；在油料作物方面，通过“优效替代”原则，缩减亚麻种植面积，代之以高产作物向日葵。通过实行“以葵代麻”的油料作物结构调整，可在保证食油总量的基础上，腾出耕地发展其它经济作物；在经济作物方面，增加高附加值作物豆类、甜菜的种植面积，提高经济产出能力。此外，也可以采取让耕地休闲等优化土地利用措施以保持耕地的综合生产能力。通过以上举措，可真正实现退耕还林还草改善生态环境、农民增收和缓解粮食结构性矛盾的目标，也必将推动周边各乡镇农民退耕的积极性，确保张北县退耕任务最终完成。

(2) 对于K=1的乡镇，已发出了粮食安全预警信号，虽然退耕后粮食刚好自给，但是由于张北县气候自然条件恶劣，自然灾害频繁，粮食产量年变化很大。因此，在制定年退耕计划时，实行分步骤退耕，适当缩小年退耕面积。采取稳定增产与发展经济相结合的策略方针。具体来讲，可在退耕还林还草的同时调整与优化农作物生产结构，提高耕地的物质投入水平等措施下，提高粮食单产水平。

(3) 对于K > 1的乡镇，实际拥有耕地面积已达不到入均所需耕地面积的要求，粮食安全已出现严重危机。在制定年退耕计划时，必须实行分步骤退耕，以尽量降低退耕对粮食安全所造成的不利影响。在这种情况下，调控措施要以努力降低粮食安全所需的最小人均耕地面积这一前提为准则。在退耕还林还草的过程中，所进行的调控举措包括：政府应适当加大对这些乡镇的资金与技术的支持；在国家提供补助年限内，这些乡镇应加大对基础设施修建与改造的力度，比如对农田水利设施的修建和改造、对一系列中低产田的改造等以提高耕地的综合生产能力；增加粮食供给渠道，比如从K < 1的乡镇调拨粮食，以适度降低粮食自给率；通过合理引导消费适度降低粮食消费水平；对农作物生产结构进行优化与调整，比如在食油自给的基础上，缩小油料作物的种植面积，增加粮食作物的种植等等。通过以上举措确保当地粮食安全。

4 结论与讨论

本研究是张北县退耕还林还草决策研究的部分内容，其理论退耕地是在对张北县土地资源进行土地适宜性评价基础上确定的，注意到土地评价结果要科学合理，真实展现张北土地质量生产力现状。

由分析可知，在张北县18个退耕乡镇中，有6个乡镇粮食安全出现了严重危机，而7个乡镇退耕对粮食生产基本不存在影响，喜忧参半。因此，我们有理由相信，通过对张北全县各乡镇退耕工程进行科学规划，并采取相应的配套措施，如在县域内实行粮食调拨等，张北县由退耕引起的粮食安全隐患完全可以在县域内消化。

采用最小人均耕地面积和耕地压力指数模型进行退耕还林还草粮食安全评价分析与调控，方法简单、科学实用。本文通过对张北县退耕工程进行的探索性研究，希望能为各地退耕还林还草机制研究起到一定的参考作用。