关键词：
粮食安全
农业固碳减排
协同发展
粮食生产环境效率
情景模拟
摘要：
民为国基,谷为民命,粮食事关国运民生。随着居民生活水平和消费结构的不断提高,我国的粮食供需长期处于紧平衡的态势,但以高投入、高消耗、高污染的粮食生产模式对全球气候变暖产生深远影响,加剧了我国粮食综合生产能力提升的复杂性和不确定性,粮食安全问题和农业固碳减排形势不容乐观。为了应对全球气候变化带来的不利局面,作为世界上最大的农业温室气体排放国,具有碳源和碳汇功能的粮食生产在加快全面绿色转型和实现农业低碳发展中发挥着举足轻重的作用。当前,我国正处于农业现代化、低碳化转型期,如何在保障国家粮食安全的同时实现农业固碳减排显得尤为重要,不仅要保障国家粮食安全及重要农产品的有效供给,还要面临减少碳排放可能造成的粮食生产效率减缓问题。因此,在日益严峻的全球气候变暖形势下,科学评估我国粮食安全形势,明晰粮食生产环境效率影响因素,探索粮食安全与农业固碳减排协同发展策略是促进农业发展与生态环境和谐共进、实现碳达峰与碳中和目标的迫切需要。
本文以“双碳”为背景,系统探讨了我国粮食安全与农业固碳减排之间的相互联系及协同发展策略,主要围绕四个方面来详细开展以下研究工作:
(1)我国粮食安全综合评价及风险因素研究。从粮食供给、粮食调配、利用效率、稳定性、持续性和政府调控六大维度构建了中国粮食安全的多层次评价体系,通过熵权-可拓物元模型和障碍度模型实证研究我国粮食安全发展形势,对粮食安全领域的新矛盾和新挑战进行前瞻性风险识别。
(2)我国粮食安全与农业固碳减排协同效应的系统建模与测度。依据碳源系数法系统地测算和探讨我国省域粮食生产净碳汇情况,借助重心-标准差椭圆和空间马尔科夫模型等空间统计方法对我国省域粮食生产碳汇强度的空间演化及转移路径做进一步预测评价。在此基础上基于时间序列的耦合协调度修正模型对我国粮食安全与农业固碳减排的协同效应进行评估和预警。
(3)我国粮食生产环境效率的测度及其影响因素分析。建立考虑非期望产出的超效率SBM模型测算粮食生产环境效率,结合可拓展的随机性环境影响评估模型(STIRPAT)和机器学习的随机森林(RF)算法识别我国粮食生产环境效率的关键驱动要素,同时引入经济地理嵌套空间权重矩阵构建空间计量模型从三大粮食功能区视角来捕捉我国粮食生产环境效率的影响因素。
(4)我国粮食安全与农业固碳减排协同发展政策优化。从人口子系统、经济子系统、资源子系统和环境子系统等四个方面构建我国粮食安全与农业固碳减排协同发展的系统框架,利用系统动力学模型观察比较不同政策情景下我国粮食安全与农业固碳减排协同发展水平,并据此针对未来形势及特点因地制宜地提出有效的低碳农业可持续发展政策和行动方案。
本文得出以下几点结论:
(1)采用可拓物元模型对我国2002-2021年粮食安全状况进行了综合评价,研究结果表明,2003年和2018年粮食安全水平略有下降,但中国的粮食安全总体状况持续改善。就危险度而言,粮食调配危险度呈现波动性下降趋势,而持续性和稳定性呈现缓慢上升态势。作为一个人口大国、资源小国来说,资源环境问题已成为我国粮食生产持续性与稳定性的瓶颈。近二十年来看,单位粮食播种面积化肥施用量与粮食自给率逐渐成为制约我国粮食安全发展的风险因素。长期使用农药、化肥导致我国农业固碳减排的潜力受到明显的制约,大豆对外依存度较高,粮食结构性矛盾突出给我国粮食安全埋下一定的隐患,粮食安全要素协同机制尚需完善等诸多未解决问题需要我们的重视。
(2)我国农业碳减排工作成效显著,在整个样本周期内我国粮食生产净碳汇总量变动幅度较大,碳排放总量整体呈现波动上升的趋势,但增长幅度逐渐减缓。就碳排放结构而言,我国粮食生产碳排放相对稳定,以水稻种植和农用物资投入碳排放为主,土壤硝化和农地利用碳排放为辅。从空间维度来看,我国粮食生产碳汇强度重心在山西省临汾市范围内朝着东北方向迁移,空间分布范围总体上表现出相对集聚态势,大致呈“东北-西南”空间格局。不同省域之间存在明显差异,高碳汇强度区域主要集中于粮食主产省。
(3)我国粮食生产碳汇强度存在“马太效应”和“俱乐部趋同”现象,大部分省份粮食生产碳汇强度表现出较强的“惰性”,跨等级的跳跃式转移路径受阻,只能向相邻等级的类型转移。考虑邻近省份的空间效应后,邻域水平削弱碳汇强度发展的路径依赖性,增强各省份粮食生产碳汇强度状态转移的活跃度。此外,低水平邻域会阻碍本省份碳汇强度的发展,甚至会拉低其碳汇强度水平;而高水平邻域则会对本省份碳汇强度发展发挥正向推动作用。我国省域粮食生产碳汇强度长期演变趋势较为乐观,随时间的推移将逐渐形成高水平集聚的“偏峰”式分布,整体呈现逐渐提升趋势。粮食安全与农业固碳减排协同程度基本实现了从失调衰退向整体协调的转变,有待进一步朝着优质协调方向改善,空间分布整体呈现出沿胡焕庸线“西北高-东南低”的趋势格局。
(4)我国粮食生产
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