全 文 ：中国生态农业学报 2009年 7月 第 17卷 第 4期
Chinese Journal of Eco-Agriculture, July 2009, 17(4): 770−775


* 国家自然科学基金项目(40771019)和陕西师范大学研究生培养创新基金项目(2009CXS036)资助
** 通讯作者: 任志远(1953~), 男, 教授, 博士生导师, 主要从事国土资源开发与生态环境评价研究。E-mail: renzhy@snnu.edu.cn
杨忍(1984~), 男, 硕士研究生, 主要从事国土评价规划与 GIS开发应用研究。E-mail: yangren0514@163.com
收稿日期: 2008-05-20 接受日期: 2008-11-08
DOI: 10. 3724/SP.J.1011.2009.00770
陕西省粮食安全时空变化及预测研究*
杨 忍 1,2 任志远 1,2** 徐 茜 1 王美霞 1
(1. 陕西师范大学旅游与环境学院 西安 710062；2. 陕西师范大学西北国土资源研究中心 西安 710062)
摘 要 本文利用耕地压力指数模型定量测评陕西省及各县 1949~2006 年的粮食安全程度, 结合耕地压力动
态度进一步分析区域的粮食安全变化速度, 在历史研究的基础上, 利用灰色系统模型对未来陕西省粮食安全
走势做出预测。分析结果表明：1949~2006 年, 陕西省的耕地压力指数呈下降趋势, 以人均粮食占有量 400 kg
的消费水平标准, 耕地压力指数从 1949 年的 1.591 降至 2006 年的 1.298, 粮食安全问题趋于缓和；各县的耕
地压力指数存在明显差异, 关中平原大部分地区偏小, 陕北黄土高原的榆林、延安地区和陕南秦巴山地的商洛
地区偏大；各县的耕地压力指数变化率存在明显差异。陕西省粮食安全问题目前依然存在, 未来区域粮食安
全问题应高度关注。
关键词 耕地压力指数 粮食安全 灰色模型 陕西省
中图分类号: F326. 11 文献标识码: A 文章编号: 1671-3990(2009)04-0770-06
Spatio-temporal analysis and prediction of grain security
in Shaanxi Province
YANG Ren1,2, REN Zhi-Yuan1,2, XU Qian1, WANG Mei-Xia1
(1. College of Tourism & Environment Sciences, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China; 2. Center For Land
Resources Research in Northwest China, Shaanxi Normal University, Xi’an 710062, China)
Abstract Using the cultivated land-pressure index model, the level of grain security in the counties of Shaanxi Province for the
period 1949~2006 was quantitatively evaluated. Also, the rate of development and change of regional food security analyzed along
with the dynamics of cultivated land-pressure. Based on the data, the future trend of food security in Shaanxi Province was forecasted
by using the gray model. In 1949~2006, cultivated land-pressure index for Shaanxi Province decreases from 1.591 in 1949 to 1.298
in 2006. The assessment is based on per capita share of grain consumption level of 400 kg, which means that grain security tend is
alleviate. There exists an obvious difference in cultivated land-pressure index among the counties, which is low for most regions of
Guanzhong Plain, and high for Yulin and Yan’an in the Loess Plateau region of northern Shaanxi and Shangluo (Qinling-Bashan Moun-
tain region in southern Shaanxi). Differences in cultivated land-pressure index rates among the counties are also significant. Currently,
there still exist problems of grain security in Shaanxi Province. In the future, regional grain security should be given high priority.
Key words Cultivated land-pressure index, Grain security, Grey model, Shaanxi Province
(Received May 20, 2008; accepted Nov. 8, 2008)
粮食安全的概念是粮农组织 1974 年 11 月在第
一次世界粮食首脑会议上提出的 , 当时的定义是
“保证任何人在任何时候, 都能得到为了生存和健
康所需要的足够的粮食”[1,2]。耕地资源是农业生产
最基本的物质条件, 它在数量和质量上的变化将影
响粮食的产出, 从而影响粮食的区域自给及粮食安
全水平。我国工业化、城市化进程加快, 在机会成
本和利益的驱动下, 耕地资源向其他建设用地类型
的转变速度加快, 近几年每年净减少耕地数十万公
顷 , 严重影响到国家的粮食安全 [2−5]；加之水土流
失、工业废物排放、农药化肥的大量使用、不合理
的灌溉方式及自然灾害等导致耕地质量下降, 也将
第 4期 杨 忍等: 陕西省粮食安全时空变化及预测研究 771


严重影响粮食生产的发展。因此,加强耕地资源的保
护、管理和有效利用, 维护我们的生命线, 已成为我
国 21 世纪实现国家粮食安全的必然选择[6−8]。国家
粮食安全的保障基础是区域粮食安全。因而, 开展
区域粮食安全和耕地压力的测评研究对我国粮食整
体安全十分重要。我国学者围绕粮食生产安全问题
及耕地总量和人均面积减少问题, 在耕地变化的驱
动因子、耕地变化与经济发展等诸多方面做了许多
研究 [9−12], 虽然一定程度上反映了耕地资源状况持
续恶化的危机态势, 但难以反映出耕地资源所承载
的压力。鉴于此, 本文基于耕地压力指数模型分析
了陕西全省及各县近 55 年的耕地资源所承载压力
的时空差异, 研究了陕西省的粮食安全问题, 为今
后区域农业的发展和耕地保护战略的制定提供依据。
1 研究区概况
陕西省位于中国西北地区东部的黄河中游, 地
处 105°29′~111°15′E 和 31°42′~39°35′N, 地域南北
长、东西窄, 南北长约 880 km, 东西宽约 160~490
km。地势南北高、中间低, 有山地、平原、高原等
多种地形, 从北到南可分为陕北高原、关中平原、
秦巴山地 3 个地貌区。陕北黄土高原约占全省土地
面积 45%, 地势西北高, 东南低, 其北部为风沙区,
南部是丘陵沟壑区, 是我国水土流失最严重的地区
之一, 经过 50 年来的建设, 陕北防护林体系、生态
农业、沙漠绿洲等都取得了显著成绩, 畜牧业较为
发达, 煤、石油、天然气储量丰富。关中平原约占
全省土地的 19%, 地势平坦, 交通便利, 气候温和,
物产丰富, 经济发达, 粮油产量和国民生产总值约
占全省的 2/3, 是全省的精华之地。秦巴山地即秦岭、
大巴山山地以及介于两山之间的汉江谷地, 约占全
省土地面积的 36%, 秦巴山区是林特产的宝库, 汉
江谷地土质肥美, 物产丰富。陕西省横跨 3 个气候
带, 南北气候差异较大, 陕南具有北亚热带气候特
色, 关中及陕北大部具有暖温带气候特色, 长城沿
线以北具有中温带气候特色。其总特点是春季干燥,
降水较少, 气温回升快而不稳定, 多风沙天气；夏季
炎热多雨, 间有伏旱；秋季凉爽较湿润, 气温下降
快；冬季寒冷干燥, 气温低, 雨雪稀少。全省年平均
气温 9~16 ℃, 自南向北递减：陕北 7~12 ℃, 关中
12~14 ℃, 陕南 14~16 ℃。年平均降水量 340~1 240
mm且时空分布不均, 5~9月占总降水量的 70%以上,
南多北少。
2 研究方法
本文基于 1949~2006 年统计资料数据[13,14], 采
用最小耕地面积及耕地压力指数模型[15−17], 对 1949
年以来陕西省及其 101 个县区的耕地压力指数进行
时空动态分析。
(1)最小人均耕地面积是指在一定区域范围内 ,
一定食物在自给水平和耕地综合生产能力条件下 ,
为满足每个人正常生活的食物消费所需的耕地面
积。此概念给出了保障一定区域食物安全而需保护
的耕地数量底线, 计算公式如下:
min r
GβS
p q k
= × × (1)
式中, Smin 为最小耕地面积(hm2), β为粮食自给率
(%, 本文预设自给率为 100%), Gr为人均粮食需求量
(kg·人−1, 本研究取 320 kg·人−1、400 kg·人−1), p
为粮食单产(kg·hm−2), q 为粮食播种面积占耕地面
积的百分比(%)[17], k为复种指数。
(2)耕地压力指数是人均所需最小耕地面积与实
际人均耕地面积之比, 它可以反映一个地区耕地资
源的紧张程度。
K=Smin/Sa (2)
式中, K 为耕地压力指数, Sa 为实际人均耕地面积
(hm2·人−1)。以 K=1为临界状态, K可分为以下 3种
耕地压力状况。
当 K=1 时, 说明实际人均耕地面积等于最小人
均耕地面积, 此时必须防止耕地流失, 在提高耕地
物质投入水平和生产能力的情况下合理引导耕地的
用途转移。
当 K<1 时, 实际人均耕地面积大于最小人均耕
地面积, 可以适度转移耕地用途以保证城市化、工
业化对土地的需求, 退耕还林还草以改善生态环境,
调整农业种植结构以保持耕地的综合生产能力。
当 K>1 时, 实际人均耕地面积小于最小人均耕
地面积, 表明耕地承受巨大的压力, 需防止出现粮
食不安全问题。
3 陕西省粮食生产与耕地压力动态变化
陕西省建国以来的粮食产量呈上升趋势, 近年
来有减少的趋势, 人口数量呈增长态势, 耕地则出现
减少态势(图 1)。粮食产量从 1949 年的 331.1×104 t
增加至 2006年的 1 150.9×104 t, 人均粮食占有量从
1949年的 251 kg增加到 2006年的 308 kg。人口从
1949年的 1 317万人增加至 2006年的 3 735万, 增
加 2 418万。耕地面积从 1949年的 438.5×104 hm2
减少至 2006 年的 278.3×104 hm2, 减少 160.2×104
hm2。耕地压力指数呈波动下降趋势, 从 1949 年的
1.591 降至 2006 年的 1.298(以人均粮食消费 400 kg
计), 粮食安全趋于缓和, 由于 3 年自然灾害的原因
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出现了 1959~1961 年剧烈上升的波动, 粮食安全问
题短时间处于极度不安全状态, 其他几个小波波动
幅度不大, 对区域粮食的安全问题影响不大(图 2)。
随着农业科学技术的发展和投入的加大, 耕地的粮
食综合生产力提高, 人均最小耕地面积呈减少态势,
从 1949年的 0.530 hm2减少至 2006年的 0.097 hm2,
同时, 随着退耕还林还草工程的进行, 近几年来人
均耕地面积减少速度也在加快(图 3)。其中耕地变化
的原因主要是城市化发展和近年来退耕还林还草政
策的实施等因素, 而粮食变化则主要是耕地数量减
少、气候条件变化和农业内部产业结构调整等因素
所致。总体上, 陕西省的粮食安全向好的方向发展,
能保持在人均粮食消费温饱线的水平, 处于安全状
态, 但离人均粮食消费 400 kg的小康水平线还有很
大差距, 耕地的粮食产出压力还很巨大, 保护耕地


图 1 陕西省 1949~2006年粮食产量、耕地面积、
人口变化图
Fig. 1 Changes of grain output, cultivated land area and
population in Shaanxi Province from 1949 to 2006


图 2 陕西省 1949~2006年耕地压力指数变化图
Fig. 2 Changes of cultivated land-pressure index in
Shaanxi Province from 1949 to 2006

图 3 陕西省 1949~2006年实际人均耕地面积、
人均最小耕地面积变化图
Fig. 3 Changes of per capita actual area and per capita
minimal area of cultivated land from 1949 to 2006

数量、提高耕地质量、控制人口、加大农业科技投
入、增加农业灌溉区面积的任务艰巨。

4 陕西省各县耕地压力时空动态变化分析
4.1 陕西省各县的粮食安全时空格局变化
为进一步深入研究陕西省粮食安全的时空格局,
以县为基本研究单元对 1949 年、1978 年、2006 年
各县的耕地压力进行定量测算, 得出耕地压力指数
空间格局图(图 4)。
从图 4a可知, 1949年陕西省各县压力指数较低
的仅有陇县、千阳县、麟游县、洛川县、合阳县、
淳化县、永寿县 7 个县, 其中千阳县的耕地压力指
数最小, 为 0.712。除此之外, 其他各县的粮食未到
400 kg 的消费水平, 都处于不安全状态。基本达到
温饱消费水平的县主要是关中地区各县和陕北延安
地区的富县、甘泉县、志丹县, 陕南汉中的南郑县、
西乡县和石泉县。耕地压力指数最大、粮食安全最
为严峻的地区主要是陕北延安地区的北部大多县、
榆林地区的全部县和陕南秦巴山区的商洛地区。其
中榆林地区的神木县耕地压力指数高达 3.175, 商洛
地区的丹凤县耕地压力指数高达 2.878, 区域粮食安
全问题突出。
1978 年的陕西省耕地压力指数空间格局(图 4b)
较 1949 年发生很大变化。大部分 1949 年粮食供给
处于极度不安全县的耕地压力指数到 1978 年都有
所下降, 榆林地区北部的神木县、府谷县、榆阳区、
横山县、佳县、吴堡县和陕南汉中市、安康市的大
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图 4 1949年(a)、1978年(b)和 2006年(c)陕西省耕地压力指数空间分布图
Fig. 4 The spatial distribution of cultivated land-pressure index in Shaanxi Province in 1949(a), 1978(b) and 2006(c)

多数县的人均粮食占有量达到了温饱线以上, 耕地
压力指数处于 1.0~1.5之间, 值得注意的是延安北部
的米脂县、子长县、定边县、子洲县和商洛地区的
山阳县、丹凤县、洛南县、商县的耕地压力指数为
1.5~2.0, 未达到温饱线的粮食占有水平, 区域的粮
食安全问题依然严峻。同时凸显出城市区域的粮食
生产明显不能自给, 耕地压力指数大于 2.0, 如西安
市的耕地压力指数达 3.493, 铜川市城区的耕地压力
指数为 3.859, 说明 1949~1978年间研究区的城市化
水平提高 , 城市属于开放型系统的特点初步体现 ,
城市的粮食供给逐渐依靠外援。耕地压力指数较小
的区域依然处在关中大部分县, 在 1949~1978 年间,
陕南的粮食生产有很大提高 , 耕地压力指数下降 ,
如安康市的平利县、岚皋县、镇巴县。其中平利县
的耕地压力指数从 1949 年的 2.477 降至 1978 年的
1.223, 榆林地区北部各县的耕地压力指数降幅都较
大。粮食安全程度最高的区域主要集中在关中地区
和陕南的西部地区, 各县基本在温饱线以上, 一些
县还达到了小康水平, 如咸阳市、陇县、千阳县、
麟游县、南郑县、洋县、留坝县等。
2006 年陕西省耕地压力指数空间格局较 1978
年发生了较大变化, 大部分地区的耕地压力指数进
一步下降, 关中地区粮食安全程度最高的格局更为
明显, 除府谷县、神木县、榆阳区、延安市辖区、
延长县、铜川市辖区、宝鸡市辖区、西安市辖区、
商州区、山阳县、安康市辖区、太白县、留坝县、
略阳县之外, 陕西省其他各县的粮食安全水平都在
温饱线以上, 耕地压力指数都小于 1.5, 区域粮食安
全问题缓和, 但要达到小康水平, 各县耕地粮食生
产的压力依然很大, 区域之间粮食安全程度的差异
依然存在, 粮食安全问题不容小视。
4.2 陕西省各县的粮食安全动态度格局
以耕地压力指数的年均变化率来测度区域粮食安
全态势的好转或是恶化的快慢, 具体计算公式如下：
2 1
1
1 100%t t
t
k k
k T
μ −= × × (3)
式中, μ为研究区在 T时间段内的耕地压力指数年均
变化率, kt1为研究区 t1时间的耕地压力指数, kt2为 t2
时间的耕地压力指数, T=t1−t2。当μ＜0 时, 说明耕
地压力指数减小, 区域粮食安全向好的方向转变；
μ =0, 说明区域粮食安全状况未发生变化；μ＞0, 说
明区域耕地压力指数增大 , 粮食安全问题更加
严峻。
对陕西省各县 1949~1978 年和 1978~2006 年的
耕地压力指数进行综合测算(图 5)发现, 1949~1978
年, 耕地压力指数年均变化率小于 0 的区域占大部
分, 其中榆林地区的神木县、榆阳区、横山县、佳
县、吴堡县、米脂县, 延安地区的清涧县、延长县、
宜川县、黄龙县, 商洛地区除商南县、山阳县以外
几个县, 以及安康地区旬阳县、平利县、宁陕县和
汉中地区西部各县的耕地压力指数变化率均小于
−0.01, 区域粮食安全好转的速度较快, 而关中地区
和延安地区的大部分县耕地压力指数变化率较大 ,
其中凤县、太白县、宝鸡市区、陇县、彬县、永寿
县、淳化县、铜川市、黄陵县、富县、甘泉县、旬
邑县等的耕地压力指数变化率大于 0, 说明这些县
的耕地压力指数加大 , 粮食安全问题加剧恶化。
1978~2006 年, 陕西省大部分县的耕地压力指数年
均变化率小于−0.01, 耕地压力指数减小, 区域粮食
安全趋于好转, 但府谷县、神木县、清涧县、延川
县、宜川县、延安市、延长县、米脂县、韩城市、
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图 5 1949~1978年(a)和 1978~2006年(b)全省耕地压力指数变化情况
Fig. 5 Change rate of the cultivated land-pressure index in Shaanxi Province from 1949 to 1978(a) and from 1978 to 2006(b)

大荔县、西安市辖区、咸阳市、礼泉县、太白县、
汉中市、南郑县、城固县、西乡县、勉县、宁强县、
略阳县等的耕地压力指数年均变化率大于 0, 今后
一段时间应着重关注这些县市区的粮食安全问题。
5 粮食安全预测
5.1 陕西省粮食安全预测
利用灰色模型对陕西省未来 15 年的耕地压力
指数变化进行预测, 拟合度达 99%, 拟合效果较好,
预测模型较接近实际。具体模型如下：
( 0.005 935 )ˆ 1 437 6e ty . −= 　 (4)
式中, t为预测时间(模型的原始数据取 1978~2000年
的耕地压力指数数据, 以 2000~2006 年数据作为检
验)。从预测结果看, 陕西省未来 15年耕地压力指数
呈减小的趋势, 区域粮食安全得以缓解, 到 2020 年
耕地压力指数为 1.101, 但始终未达到小康水平下区
域粮食的绝对安全, 故陕西省的粮食安全问题将受
到长期关注, 耕地保护、水土保持的任务艰巨。
5.2 陕西省各县粮食安全预测
进一步分析预测 2020 年陕西省粮食安全空间
差异, 用 1978~2000 年的陕西省各县人口总量、耕
地面积、粮食单产统计数据作为原始数据, 各县分
别建立人口、耕地面积、粮食单产的灰色系统
GM(1,1)预测模型, 用 2000~2006年的原始数据进行
检验, 通过对各县建立的 GM(1,1)预测模型进行检
验, 精度都在“好”以上, 在检验通过的前提下, 分
别对各县 2020年的人口、耕地面积、粮食单产进行
预测 , 将预测结果代到 (1 )和 (2 )式进行计算 , 在
ARCGIS9.3 软件支持下做出 2020 年陕西省各县耕
地压力指数空间格局图, 以更好的对区域粮食安全
进行预警(图 6)。从预测结果看, 未来汉中市的山区
各县、延安地区东部各县和商洛地区的粮食自给处

图 6 2020年陕西省粮食安全空间格局
Fig. 6 The grain security spatial distribution of
Shaanxi Province in 2020

于不安全状态, 这些地区将是未来农业发展、耕地
保护、人口控制和区域粮食重点调入地区。加强陕
西省粮食生产, 确保区域粮食安全将是未来陕西省
社会经济建设的关注重点, 随着城市化进程的发展
和人口的增加, 依靠大量增加耕地面积在陕西省是
不可行的, 陕西省应从以下几方面提高全省的粮食
安全, 降低耕地压力指数。①确保耕地数量和质量
上的占补平衡。②加强农业基础设施建设, 通过改
良品种、利用先进农业生产技术等途径提高粮食单
产[18]。③提高耕地复种指数, 充分利用现有耕地资
源。④合理调整大农业结构比例和用地布局安排 ,
依靠提高农民收入, 保证粮食播种面积；陕北黄土
高原水土流失严重, 应加大治理力度, 保护耕地的
第 4期 杨 忍等: 陕西省粮食安全时空变化及预测研究 775


质量。⑤针对区域粮食安全的差异性, 应做好区域
间的粮食调配。
6 结论与讨论
6.1 结论
1949~2006 年, 陕西省的耕地压力指数呈下降趋
势, 区域粮食安全问题趋于缓和。1949~2006年, 陕
西省的粮食产量和人口大幅增加, 耕地面积则出现
锐减, 人地矛盾突出。陕西省各县的耕地压力指数
差异较大, 关中平原大部分地区偏小, 陕北黄土高
原的榆林、延安地区和陕南秦巴山地的商洛地区偏
大, 区域粮食安全问题值得关注。1949~1978 年和
1978~2006 年的耕地压力指数变化率各县存在明显
差异, 1978~2006 年耕地压力指数变化大于零的各
县, 将是未来确保粮食安全重点关注区。通过灰色
模型对陕西省未来的耕地压力指数进行预测, 结果
显示：未来 15年陕西省的耕地压力指数呈减小趋势,
到 2020年为 1.101。区域粮食安全向好的方向发展,
但耕地保护和提高耕地粮食综合生产力仍极为迫
切。未来陕西省各县的粮食安全程度存在差异, 关
中地区除城区以外的大部分县的粮食安全程度较
高, 汉中的山区各县、延安地区东部各县、商洛地
区的粮食自给处于不安全状态, 这些地区将是未来
农业发展、耕地保护、人口控制和区域粮食重点调
入地区。
6.2 讨论
区域粮食安全未来发展的趋势是一个十分复杂
的问题, 由于粮食安全受到多种因素影响, 粮食产
量受到自然条件的约束, 同时受众多社会经济、科
技因素影响, 各影响因素在未来的发展变化存在一
定的不确定性, 本文尝试以灰色系统理论预测模型
预测未来的粮食安全发展态势, 对未来陕西省的人
口发展规划与农业发展规划政策的制定具有重要意
义。区域粮食安全还受到未来人们的粮食消费水平
和结构的影响, 以固定的消费水平进行预测, 有一
定的局限性。区域粮食安全问题的预警方法与影响
因素方面的研究有待于进一步探索。
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