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[摘要]耕地是人类最重要的自然资源和生产资料，保持稳定的耕地生产能力对实现粮食供应的稳定性有着重要的意义。所以为更好合理的利用、保护耕地资源，就需要掌握好耕地产能的时空变异特征和主控因素。本文主要介绍了国内外耕地生产能力的时空变化特征及主控因素研究的现状及进展，并提出提高耕地生产能力的措施，最后指出耕地产能可能的研究方向。
[关键词]耕地 产能 时空 主控因素
[中图分类号] S341.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2014）-8-260-2
耕地是国民经济和社会发展的宝贵资源和财富，产能更是粮食安全核心所在。研究耕地生产能力的时空变化特征及主控因素，对实现产能提升和耕地可持续利用，满足我国社会的经济发展的需要具有重要意义。
1耕地生产能力内涵
耕地综合生产能力大多被定义为特定时期的社会经济和农业科学技术条件下的某个地区，通过综合投入各类农业生产要素如耕地、劳动力、资本、科技、管理、环境等，所能实现的相对稳定的粮食产出能力。
2耕地生产能力研究的理论基础
最小因子定律说明了位于某种最低标准的养分量和生态量决定了粮食作物的生长[1]，是产能计算和影响因素的研究的基础。
农业生态带理论根据作物的气候、土壤和管理等三个限制因素将作物的产量依次划分为三个层次，其中气候产量可视为作物可实现的最高产量水平，是理论产能的最高水平。
土地报酬理论认为土地报酬是先上升，接着为趋于平稳，最后递减至零，这意味着在产能核算时，需考虑其经营方式是集约还是粗放，寻求合理的产投比。
地域分异理论是研究耕地产能自然区划的基础，产能具有地带性特征，还受到如河流、湖泊等等非带状分异特性影响[2]。
3研究方法
耕地产能计算方法主要有统计法、机理模型模拟法和试验地块法。统计法是按照能量转为产量的形成过程，相继乘以各限制因子的统计或经验转化系数，利用衰减法来估算各层次的耕地生产潜力，如Miami模型等[3]；机理模型为数字化的作物生长过程模拟。比较有影响力的为Wageningen模型[4]、CERES（玉米、小麦、高粱等）模型、农业生态区划（AEZ）模型[1]、WOFOST 模型[5]等；而试验地块法，如现在应用较多的农用地产能核算则是前两种方法的综合发展而来的，以农用地分等成果为基础，建立层次产能样本值，及实验样地、高产地产能与自然、利用等指数的线性回归模型，最终计算得出研究区域的各层次产能值[6-9]。
产能的分布变异特征一般表征为产能上下浮动程度，即变异系数[10，11]。
产能影响因素的研究方法主要有相关分析[8，9]、逐步回归分析[12，13]和分类回归树模型[11] 等。
4耕地生产能力时空变化特征
4.1主要区域的产能时空变化
我国耕地粮食总产能1998年前整体呈现波动上升趋势，统计最大值5.12亿t，1998年后耕地因生态保护等国家政策实施和自然灾害问题，总产呈现降低趋势。空间上表现出明显的地带性，黑河-腾冲线分中国为东西两区域，西部光温潜力远低于东部[14-16]。6个粮食主产区省份的各层次单位耕地产能的空间分布基本相似，江苏省最高，黑龙江最低，大致为从南向北递减；北方草地与农牧交错带1990年到2000年耕地整体自然生产潜力呈现降低态势，华北南部及西北东部大于华北及东北北部[17] ，总潜力从1.88亿t降低至1.62亿t；长江中下游地区6省中耕地单位潜在和试验站高产产量最高的为浙江省和福建省，实际产量最高的为湖南省[18]；海河冲积平原区理论单产由西南至东北呈现降低趋势，实际产能因各县农田投入管理水平相差甚远，不具有明显分布规律，其中大名县最高，海兴县最低[19]。省级研究成果中，河北省总产变异系数霸州最大，栾城最小，单产则霸州最大，张北最小 [20]；河南省平原单产大于山地和丘陵，太行山前平原最大，西北太行山区最小 [21]；新疆1999-2008年耕地产能总体为攀升态势[22]。市县级研究成果包括重庆市[23]、河北省栾城县[24]和雄县黑龙港地区[25]等。
4.2主要作物的产能时空变化
水稻：南方水稻产能分布及变化与品种和光照时间及热量情况有关。光温产能中早稻为上升，中、晚稻略有下降，实际产能则均为上升态势[18，26]。
冬小麦：1981年到2000年期间，除1992年由于降水减少产量急剧下降外，黄淮海地区产能整体呈现上升态势，高产集中分布于研究区东南部，低产分布于渤海周边的平原上[27]；京津冀地区的气候潜力从西北向东南逐渐上升，时间上中、南部潜力变化幅度低于东北部[28]；
春玉米：其主产区为三江平原。现有研究成果中，黑龙江光温潜力和气候产量分布分别表现为东部低于西部、东西部地区低于中部地区，时间上，除齐齐哈尔等西部区域波动性较大外，皆在中产区波动，且幅度较小[10]；陕甘交接处黄土旱塬区的田间试验结果表明不同品种的玉米其产量潜力不同，时间上，气候产能变异系数略高于光温潜力[29]。
5耕地生产能力主要影响因素
耕地是自然环境和人类社会共同作用的复杂系统，受自然和人为作用的影响，其中自然因素包含气候和耕地自然属性因素，人为因素分为农田投入管理因素和农户耕作目标因素两类。
5.1自然因素
自然因素构成了耕地生产能力的基础，为主导耕地产能变化的内在要素。我国东南部地区热量条件较好、降水量较多，耕地产能较高。但过犹不及，形成灾害性气候后，反而会使产能下降，洪涝和泥石流的发生甚至会导致耕地灭失。西北干旱地区温度较低，无霜期较短，降水量较少，耕地产能较低。河北省对小麦产量限制因素的农户问卷调查结果表明，气候为最大的限制因素[30]。 耕地自然属性通常是指土壤的质地、土体构型以及地块的坡度等。在一般情况下，土壤肥力较高，土壤结构相对比较稳定，海拔较低，坡度平缓的区域产能较高，反之则产能较低。如北方农牧交错带，气候灾害频繁，属于干旱半干旱地区，无霜期短，海拔较高，多为沙质土壤，养分低，结构不稳定，产能地下[31]。位于地势较低洼的土壤，营养成分和水分的含量都较高，农作物产能自然也较高；地势较高的耕地情况则相反。但如环渤海的平原地区，其地势虽低，为粘土土质，但盐渍化严重，地下水矿化度较高，导致产量较低[27]。另外土壤中各成分对于产量影响的研究表明速效氮是影响耕地生产能力的首要因素，其次是有机质的含量，再是速效钾[11]。
5.2人为因素
人为的对耕地和作物进行投入和管理，对农地采取施肥、灌溉、排水、平整、喷洒农药、机械投入、优选籽种等措施，使耕地自然地力和作物品种得到优化。松嫩平原的排水条件与耕地产能的相关度较高，是该区产能主要的控制因素[8]。运用回归分析可以了解到化肥投入量、灌溉、播种面积、农药等投入管理因素与我国耕地产能存在较显著的相关关系，化肥投入作用最明显，但其增产的效用在递减[32，33]。逐步回归分析可知化肥投入，土壤翻耕，灌溉和农药施用等为河北吴桥县重要的产能限制因素[30]。而利用分类回归树模型方法来对河北雄县耕地管理因素和小麦单产进行分析，耕地生产能力的变异有44%是由耕地管理因素造成的，模型中灌溉保证率和氮肥施用量为第一和第二个父节点，他们是耕地生产能力的主控因素 [11]。
而社会经济因素和农户耕作目标对耕地产能影响主要表现在：随着社会经济和城市化进程加快，大量的耕地遭到侵占破坏，土地污染及“占优补劣”现象普遍存在，可耕地数量和质量都在减少下降，最终导致了全国总产能在减少，影响到了粮食的安全及社会经济的可持续发展。产能要变为实际产量，由国家政策和粮食供求关系等因素形成的粮食比较效益起到决定性的作用。在东北，粮食生产基地的多年经营产生的聚集效应，使得经济效益较非基地高，且交通便利，农民积极种粮，产量明显高于非基地的耕地产能[34]。而随着机会成本的提高，又会使得农民转换耕地用途，甚至直接荒废土地，进城务工，导致产能下降[35]。
6提高耕地生产能力主要措施
影响耕地生产能力的高低有多方面的因素，其中包括了上诉多种因素，且各个地区的主要控制因素都有所不同，针对可以通过采取干预手段进行控制的因素，因地制宜地实施相应措施来发挥各地优势、提高耕地的生产能力。
6.1合理施肥改良土壤
土壤是农作物生长的基本条件，土壤营养成分的“肥瘦”，很大程度上关系到农作物生长的好坏，最终影响到耕地的生产能力，因此，施肥改善土壤的肥力是关键环节。土壤肥力跟自然条件有关，也可通过后期的干预来进行改善。对于肥力较薄的土壤可以通过以下措施进行改善：首先，是兴修水利基建工程，应用滴灌、喷灌等先进灌溉技术，改善水源在土壤间的分布情况，适当对土壤进行翻犁，以增强土壤的透气性和保水能力，调节土壤中水、热、气、肥之间的关系；积水较多、容易内涝的土壤则需要做好排水、防涝措施；最后，改善施肥方式，施加绿色有机化肥，提高化肥利用率，避免土壤板结，水体富营养化的同时还能保持农作物高产。
6.2实施轮作措施
对热量较高地区，可以通过轮作的制度来提高耕地的生产能力。在同块田地上定期更换种植作物种类，不但不会长期消耗土壤的同种营养成分，而且还可发挥互补作用，其次，是积极推广间套作，扩大晚秋作物的种植，实行多熟立体套种，变两垄为三垄，充分利用丰富的气候、土地条件，提高耕地的生产能力。
6.3加强运用农业科技
农作物种植水平已经从以前的靠经验传授到现在的向科技兴农的方向发展，充分利用农业科学技术是提高耕地生产能力最有效、最主要的措施之一。所以，要组织农业科技人员向广大种植户宣传教导农业科技，普及提高耕地生产能力的科学知识，帮助农民从选种、施肥、田间管理等方面都能掌握科学有效的方法措施。
6.4加大政府耕地支持力度
政府需加大耕地保护力度，首先要稳定耕地面积，杜绝非法占用行为，依法建立农田保护试验基地；其次，制定更多惠农政策，采取增加农业补贴、提高粮食收购价格和鼓励农用地适度流转等措施，提高农民耕种粮食的积极性；最后，加大农业技术研究投入力度，走科技兴农发展道路，走机械化发展农业道路，促使农业向规模化、产业化模式发展。
7结束语
生产能力是耕地资源的重要作用之一，保护和提高耕地的生产能力是实现粮食安全的基础和保障，对维持社会经济的稳定持续发展有着非常重要的意义。当今，粮食问题日益突出，正确科学把握耕地生产能力的时空变异特征和辨识其主控因素是研究提高耕地生产力的前提。目前，现有耕地生产力时空变异特征和主控因素的研究较多集中在自然因素和投入管理因素对产能分布的影响，其经济因素和生态效益考虑的较少，遥感估产的数据应用也不常见，今后可向该方向研究发展。
参考文献
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[关键词]耕地 产能 时空 主控因素
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2耕地生产能力研究的理论基础
最小因子定律说明了位于某种最低标准的养分量和生态量决定了粮食作物的生长[1]，是产能计算和影响因素的研究的基础。
农业生态带理论根据作物的气候、土壤和管理等三个限制因素将作物的产量依次划分为三个层次，其中气候产量可视为作物可实现的最高产量水平，是理论产能的最高水平。
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地域分异理论是研究耕地产能自然区划的基础，产能具有地带性特征，还受到如河流、湖泊等等非带状分异特性影响[2]。
3研究方法
耕地产能计算方法主要有统计法、机理模型模拟法和试验地块法。统计法是按照能量转为产量的形成过程，相继乘以各限制因子的统计或经验转化系数，利用衰减法来估算各层次的耕地生产潜力，如Miami模型等[3]；机理模型为数字化的作物生长过程模拟。比较有影响力的为Wageningen模型[4]、CERES（玉米、小麦、高粱等）模型、农业生态区划（AEZ）模型[1]、WOFOST 模型[5]等；而试验地块法，如现在应用较多的农用地产能核算则是前两种方法的综合发展而来的，以农用地分等成果为基础，建立层次产能样本值，及实验样地、高产地产能与自然、利用等指数的线性回归模型，最终计算得出研究区域的各层次产能值[6-9]。
产能的分布变异特征一般表征为产能上下浮动程度，即变异系数[10，11]。
产能影响因素的研究方法主要有相关分析[8，9]、逐步回归分析[12，13]和分类回归树模型[11] 等。
4耕地生产能力时空变化特征
4.1主要区域的产能时空变化
我国耕地粮食总产能1998年前整体呈现波动上升趋势，统计最大值5.12亿t，1998年后耕地因生态保护等国家政策实施和自然灾害问题，总产呈现降低趋势。空间上表现出明显的地带性，黑河-腾冲线分中国为东西两区域，西部光温潜力远低于东部[14-16]。6个粮食主产区省份的各层次单位耕地产能的空间分布基本相似，江苏省最高，黑龙江最低，大致为从南向北递减；北方草地与农牧交错带1990年到2000年耕地整体自然生产潜力呈现降低态势，华北南部及西北东部大于华北及东北北部[17] ，总潜力从1.88亿t降低至1.62亿t；长江中下游地区6省中耕地单位潜在和试验站高产产量最高的为浙江省和福建省，实际产量最高的为湖南省[18]；海河冲积平原区理论单产由西南至东北呈现降低趋势，实际产能因各县农田投入管理水平相差甚远，不具有明显分布规律，其中大名县最高，海兴县最低[19]。省级研究成果中，河北省总产变异系数霸州最大，栾城最小，单产则霸州最大，张北最小 [20]；河南省平原单产大于山地和丘陵，太行山前平原最大，西北太行山区最小 [21]；新疆1999-2008年耕地产能总体为攀升态势[22]。市县级研究成果包括重庆市[23]、河北省栾城县[24]和雄县黑龙港地区[25]等。
4.2主要作物的产能时空变化
水稻：南方水稻产能分布及变化与品种和光照时间及热量情况有关。光温产能中早稻为上升，中、晚稻略有下降，实际产能则均为上升态势[18，26]。
冬小麦：1981年到2000年期间，除1992年由于降水减少产量急剧下降外，黄淮海地区产能整体呈现上升态势，高产集中分布于研究区东南部，低产分布于渤海周边的平原上[27]；京津冀地区的气候潜力从西北向东南逐渐上升，时间上中、南部潜力变化幅度低于东北部[28]；
春玉米：其主产区为三江平原。现有研究成果中，黑龙江光温潜力和气候产量分布分别表现为东部低于西部、东西部地区低于中部地区，时间上，除齐齐哈尔等西部区域波动性较大外，皆在中产区波动，且幅度较小[10]；陕甘交接处黄土旱塬区的田间试验结果表明不同品种的玉米其产量潜力不同，时间上，气候产能变异系数略高于光温潜力[29]。
5耕地生产能力主要影响因素
耕地是自然环境和人类社会共同作用的复杂系统，受自然和人为作用的影响，其中自然因素包含气候和耕地自然属性因素，人为因素分为农田投入管理因素和农户耕作目标因素两类。
5.1自然因素
自然因素构成了耕地生产能力的基础，为主导耕地产能变化的内在要素。我国东南部地区热量条件较好、降水量较多，耕地产能较高。但过犹不及，形成灾害性气候后，反而会使产能下降，洪涝和泥石流的发生甚至会导致耕地灭失。西北干旱地区温度较低，无霜期较短，降水量较少，耕地产能较低。河北省对小麦产量限制因素的农户问卷调查结果表明，气候为最大的限制因素[30]。 耕地自然属性通常是指土壤的质地、土体构型以及地块的坡度等。在一般情况下，土壤肥力较高，土壤结构相对比较稳定，海拔较低，坡度平缓的区域产能较高，反之则产能较低。如北方农牧交错带，气候灾害频繁，属于干旱半干旱地区，无霜期短，海拔较高，多为沙质土壤，养分低，结构不稳定，产能地下[31]。位于地势较低洼的土壤，营养成分和水分的含量都较高，农作物产能自然也较高；地势较高的耕地情况则相反。但如环渤海的平原地区，其地势虽低，为粘土土质，但盐渍化严重，地下水矿化度较高，导致产量较低[27]。另外土壤中各成分对于产量影响的研究表明速效氮是影响耕地生产能力的首要因素，其次是有机质的含量，再是速效钾[11]。
5.2人为因素
人为的对耕地和作物进行投入和管理，对农地采取施肥、灌溉、排水、平整、喷洒农药、机械投入、优选籽种等措施，使耕地自然地力和作物品种得到优化。松嫩平原的排水条件与耕地产能的相关度较高，是该区产能主要的控制因素[8]。运用回归分析可以了解到化肥投入量、灌溉、播种面积、农药等投入管理因素与我国耕地产能存在较显著的相关关系，化肥投入作用最明显，但其增产的效用在递减[32，33]。逐步回归分析可知化肥投入，土壤翻耕，灌溉和农药施用等为河北吴桥县重要的产能限制因素[30]。而利用分类回归树模型方法来对河北雄县耕地管理因素和小麦单产进行分析，耕地生产能力的变异有44%是由耕地管理因素造成的，模型中灌溉保证率和氮肥施用量为第一和第二个父节点，他们是耕地生产能力的主控因素 [11]。
而社会经济因素和农户耕作目标对耕地产能影响主要表现在：随着社会经济和城市化进程加快，大量的耕地遭到侵占破坏，土地污染及“占优补劣”现象普遍存在，可耕地数量和质量都在减少下降，最终导致了全国总产能在减少，影响到了粮食的安全及社会经济的可持续发展。产能要变为实际产量，由国家政策和粮食供求关系等因素形成的粮食比较效益起到决定性的作用。在东北，粮食生产基地的多年经营产生的聚集效应，使得经济效益较非基地高，且交通便利，农民积极种粮，产量明显高于非基地的耕地产能[34]。而随着机会成本的提高，又会使得农民转换耕地用途，甚至直接荒废土地，进城务工，导致产能下降[35]。
6提高耕地生产能力主要措施
影响耕地生产能力的高低有多方面的因素，其中包括了上诉多种因素，且各个地区的主要控制因素都有所不同，针对可以通过采取干预手段进行控制的因素，因地制宜地实施相应措施来发挥各地优势、提高耕地的生产能力。
6.1合理施肥改良土壤
土壤是农作物生长的基本条件，土壤营养成分的“肥瘦”，很大程度上关系到农作物生长的好坏，最终影响到耕地的生产能力，因此，施肥改善土壤的肥力是关键环节。土壤肥力跟自然条件有关，也可通过后期的干预来进行改善。对于肥力较薄的土壤可以通过以下措施进行改善：首先，是兴修水利基建工程，应用滴灌、喷灌等先进灌溉技术，改善水源在土壤间的分布情况，适当对土壤进行翻犁，以增强土壤的透气性和保水能力，调节土壤中水、热、气、肥之间的关系；积水较多、容易内涝的土壤则需要做好排水、防涝措施；最后，改善施肥方式，施加绿色有机化肥，提高化肥利用率，避免土壤板结，水体富营养化的同时还能保持农作物高产。
6.2实施轮作措施
对热量较高地区，可以通过轮作的制度来提高耕地的生产能力。在同块田地上定期更换种植作物种类，不但不会长期消耗土壤的同种营养成分，而且还可发挥互补作用，其次，是积极推广间套作，扩大晚秋作物的种植，实行多熟立体套种，变两垄为三垄，充分利用丰富的气候、土地条件，提高耕地的生产能力。
6.3加强运用农业科技
农作物种植水平已经从以前的靠经验传授到现在的向科技兴农的方向发展，充分利用农业科学技术是提高耕地生产能力最有效、最主要的措施之一。所以，要组织农业科技人员向广大种植户宣传教导农业科技，普及提高耕地生产能力的科学知识，帮助农民从选种、施肥、田间管理等方面都能掌握科学有效的方法措施。
6.4加大政府耕地支持力度
政府需加大耕地保护力度，首先要稳定耕地面积，杜绝非法占用行为，依法建立农田保护试验基地；其次，制定更多惠农政策，采取增加农业补贴、提高粮食收购价格和鼓励农用地适度流转等措施，提高农民耕种粮食的积极性；最后，加大农业技术研究投入力度，走科技兴农发展道路，走机械化发展农业道路，促使农业向规模化、产业化模式发展。
7结束语
生产能力是耕地资源的重要作用之一，保护和提高耕地的生产能力是实现粮食安全的基础和保障，对维持社会经济的稳定持续发展有着非常重要的意义。当今，粮食问题日益突出，正确科学把握耕地生产能力的时空变异特征和辨识其主控因素是研究提高耕地生产力的前提。目前，现有耕地生产力时空变异特征和主控因素的研究较多集中在自然因素和投入管理因素对产能分布的影响，其经济因素和生态效益考虑的较少，遥感估产的数据应用也不常见，今后可向该方向研究发展。
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