吉林省虚拟耕地生产与消费盈亏量时空分异研究
杨 鑫，秦丽杰，赵竹君，邱 垚
（东北师范大学地理科学学院，吉林长春 130024）
摘 要： 吉林省是我国重要的粮食生产基地，为保障我国粮食安全提供了重要支撑。本研究基于虚拟耕地理论，计算吉林省48个县（市、区）2004—2015年主要粮食作物虚拟耕地的生产与消费盈亏量，并分析其时空分布规律，旨在为保护吉林省耕地资源、合理调整粮食生产战略提供依据。结果表明，2004—2015年，吉林省玉米、水稻虚拟耕地含量较低，大豆虚拟耕地含量较高；玉米虚拟耕地盈余量充足且呈逐年波动增加趋势，水稻虚拟耕地总体略有盈余，亏缺区范围有所减小，盈余量有所提高，大豆虚拟耕地盈余区范围急剧缩小，生产量不能满足当地居民需要，小麦虚拟耕地亏口有所减小，但全省各县（市、区）亏缺情况仍普遍存在。综上所述，笔者建议吉林省可以适当提高玉米和水稻的种植面积，增加大豆的进口量，同时鼓励虚拟耕地贸易，优化农业种植结构并实施农产品虚拟土战略，实现区域水土资源安全以及农业可持续发展。
关键词： 粮食作物；虚拟耕地；盈亏量；吉林省
耕地是人类赖以生存和发展的重要物质基础，随着改革开放的深入发展，人口数量不断增加，居民粮食消费水平不断提升，人口与耕地的矛盾便日益显现，而且耕地短缺的问题将会更加严峻[1]。在未来一定时期，耕地资源短缺将始终是最根本的问题[2]。传统的解决耕地资源危机问题的方法主要通过行政调控和工程技术手段，如提高单产、扩耕和调整土地的利用方式等，而采用经济、制度管理的方法并未得到充分的应用[3]。虚拟耕地战略，是立足于经济、系统的全新角度，引入市场机制来提高耕地资源利用的合理性和可持续性，达到保护耕地和粮食安全，促进土地、建设和生态协调发展的目的[4]。
吉林省是我国重要的粮食主产区，盛产玉米、水稻、大豆和杂粮杂豆等优质农产品。全省总面积18.74万km2，其中耕地703.38万hm2，占总面积的37.53%，居全国第9位，人均耕地面积0.21 hm2，是全国平均水平的两倍多。吉林省是农业大省，为实现吉林省农业可持续发展，保障全国的粮食安全，协调经济发展、人民需要及耕地保护之间的矛盾势在必行。
虚拟土是指在商品生产和服务过程中所需要的土地资源数量[5]。理论上，虚拟耕地可以被看作虚拟土的具体化，这种耕地资源并非真正意义上的“耕地”，而是以“虚拟”的形式附着在产品或服务之中[6]。目前国外对虚拟耕地的研究主要探讨国际虚拟耕地贸易现状及作用。Laura等[7]研究了瑞士农产品进出口所带来的虚拟土贸易，及其对经济和生态的影响。国内对于虚拟耕地的研究起步相对较晚，主要侧重对于虚拟耕地理论[8]、流动分析[9-12]、粮食安全及虚拟耕地贸易[13-17]等方面的研究。罗贞礼等[5]受虚拟水和虚拟面积概念[18]的启发首次提出“虚拟土”和“虚拟土战略”的概念，并研究了区域土地资源可持续利用和管理的策略。胡宝清等[19]、伍国勇[20]探究了虚拟土战略与农业可持续发展的关系，并提出了促进农业可持续发展的对策建议等；唐洪松等[21]建立VAR模型，分析了虚拟耕地进口的主要影响因素；范辉等[22]探究了虚拟土的研究内容与方法，并对虚拟土的测度方法进行了改进。
本文从虚拟耕地的角度出发，在国内外学者研究的基础上，对2004—2015年吉林省主要粮食作物虚拟耕地盈亏量进行计算，并分析其时序变化和空间分异特征，为保护耕地资源、调整粮食生产战略、保障粮食安全提供依据，为区域未来的发展提供参考。
1 研究方法和数据来源
1.1 虚拟耕地含量计算方法
虚拟耕地含量是指一定产量的作物所需的耕地资源量，其计算公式为：
2.4.4 小麦 2004—2015年吉林省小麦虚拟耕地盈亏量最大值为-21.07万hm2（2015年），最小值为-39.3万hm2（2004年），平均值为-32.73万hm2，如图7。吉林省小麦虚拟耕地盈亏量始终为负值，虚拟耕地处于亏缺状态，完全依靠进口才能满足居民需要，但由于小麦消费量下降，所以小麦虚拟耕地亏缺程度有所缓和。
1.2 虚拟耕地生产与消费盈亏量计算方法
由生产消费平衡的原理得出，生产量与消费量的差额即为结余量。因此，某种粮食作物的虚拟耕地生产与消费盈亏量（简称虚拟耕地盈亏量）即为计算该种粮食作物生产量、消费量的差额与该作物虚拟耕地含量的乘积。当该粮食作物虚拟耕地盈亏量为正值时，说明当地生产该粮食作物的耕地处于盈余状态，地区居民对该粮食的需求能够得到满足；当该粮食作物虚拟耕地盈亏量为负值时，说明当地生产该粮食作物的耕地处于亏缺状态，需加快种植结构优化或增加粮食进口[23]。虚拟耕地生产与消费盈亏总量计算公式为：
李副镇长调侃吴主任说，那时候，全乡就属你们村最穷。老百姓还专为你编了一段《书记爱开会》的打油诗：“蜜蜂爱恋着花卉，喜鹊爱成双成对；人家的书记爱劳动，我们的书记爱开会；开了大会开小会，开了长会开短会；讲了生产讲形势，讲了国际讲国内；天黑讲到鸡子叫，问题还是一大推；叫声书记快住嘴，明天我们还要去送肥；小康社会喊不来，劝你今后少开会。”李副镇长一口气把它背出来了。吴主任解释说，我是在践行上级的指示。他还用顺口溜对复杂的农村工作总结了“四怕”：死人怕烧（火葬），活人怕劁（结扎），农田怕交（提留），水利怕挑（堤防）。
肌细胞增强因子2D影响肝癌细胞对索拉菲尼耐药的机制研究 …………………………………………… 马清霞等（17）：2337
由图3可知，2004—2015年吉林省主要粮食作物消费总量呈波动下降趋势，可见随着经济的发展，居民膳食结构不断变化，主食类消费量逐步下降；玉米在居民粮食消费中所占比重最小，下降幅度较小；水稻和小麦消费量呈波动下降趋势；而大豆消费量则呈波动上升趋势，并在2015年达到最高值，为183.15万t，比最低年2004年高出59.39万t。
1.3 数据来源
2.4.2 水稻 2004—2015年吉林省水稻虚拟耕地盈亏量总体呈增加趋势，如图5。2004—2008年，吉林省水稻虚拟耕地盈亏量呈上升趋势，平均每年上升5.71万hm2；而2009年水稻大幅减产，导致水稻虚拟耕地盈余量下降至 66.1万 hm2；2010—2015年，水稻虚拟耕地盈亏量缓慢波动上升，由于退耕还林、还草政策的实施，水稻播种面积增长有限，但随着农业技术的提高，其盈余量仍呈缓慢增长趋势。
2 结果与分析
2.1 主要粮食作物虚拟耕地含量
吉林省的主要粮食作物为玉米、水稻、大豆，其播种面积分别占耕地面积的68.8%，15.1%，7.7%，产量分别占粮食作物总产量的74.1%，18.4%，3.5%。虽然小麦为主要消费的粮食作物之一，但吉林省种植极少，在相应的统计年鉴上没有列入记载，因此，吉林省小麦虚拟耕地含量借鉴辽宁省与黑龙江省的小麦虚拟耕地含量的平均值进行计算。2004—2015年吉林省主要粮食作物的虚拟耕地含量的变化趋势如图1。
绿色、健康生产理念已深入人心，为满足人们的健康饮食要求，需要针对常见蔬菜病虫害问题，加强监管，采取科学的防治措施，减少病虫害的影响，以为社会供应更加健康、营养的蔬菜。
图1 2004—2015年吉林省主要粮食作物虚拟耕地含量
2.5.2 水稻 2004年，吉林省水稻虚拟耕地盈亏总量为29.18万hm2，各县（市、区）相差不大，最高值和最低值之间相差6.67万hm2，空间上呈现中部高，东、西部低的特点（图10A），其中28个县（市、区）水稻生产量能够满足当地居民的需求，略有盈余，其它20个县（市、区）水稻无法自给自足，需考虑水稻进口；2015年，吉林省水稻虚拟耕地盈亏总量为57.8万hm2，各县（市、区）相差较大，最高值和最低值相差9.24万hm2，空间上呈中、西部高，东部低的特点（图10B），有37个县（市、区）水稻生产量能够满足居民所需，且略有盈余，其它11个县（市、区）水稻不能自给自足，需考虑水稻进口。综合而言，从2004年到2015年，吉林省水稻BVF整体较2004年有所增加，增加了28.3万hm2，水稻生产可满足居民消费的自给县（市、区）增加了9个，盈余量较高地区从中部扩大至中、西部。
2.2 主要粮食作物生产量
选取2004年和2015年，分析吉林省各县（市、区）虚拟耕地盈亏量空间分布特征。
图2 2004—2015年吉林省主要粮食作物生产量
2.3 主要粮食作物消费量
吉林省居民消费的粮食以玉米、水稻、小麦和大豆为主，其中大豆常用来加工各种豆制品、榨取豆油等，营养价值丰富。据统计，我国大豆出油率在15%～18%之间，本文采用16.5%的大豆出油率[37]，反推大豆消费量。
图3 2004—2015年吉林省主要粮食作物消费量
式中，BVFi,r为国家或区域i、作物r虚拟耕地生产与消费盈亏量，hm2；FPi,r为国家或区域i、作物r的生产量，t；FCi,r为国家或区域 i、作物 r的消费量，t；n为粮食作物的种类。
2.4 主要粮食作物虚拟耕地盈亏量时间变化
2.4.1 玉米 2004—2015年吉林省玉米虚拟耕地盈亏量始终为正值，处于盈余状态，且呈波动上升趋势，如图4。2004—2007年，玉米虚拟耕地盈亏量始终处于258万～284万hm2之间，变化相对平稳，主要因为总产量有所增加，并且期间居民消费量逐年下降；2008—2009年波动较大，2008年玉米虚拟耕地盈亏量较2007年增加了84.54万hm2，2009年则较2008年降低了74.81万hm2。主要原因是2008年玉米种植面积较2007年增加了12万hm2，总产量增加了662.28万t，玉米大量盈余；而2009年遭遇严重春旱，导致玉米大量减产，总产量较2008年降低了21.87%，因此玉米虚拟耕地盈余量也大幅下降；2010—2015年，玉米虚拟耕地盈亏量呈缓慢上升趋势，由于人口的减少，居民玉米消费总量缓慢下降，而总产量则呈上升趋势，除了玉米播种面积的增加外，玉米虚拟耕地盈亏量的增加也在于农业生产效率和技术的提高。
3 D细胞培养是肿瘤细胞缺氧较好的研究模型，而缺氧诱导因子HIF-1α是糖酵解通路及Warburg效应重要调节因子，在无紫云英苷作用时，3 D细胞培养条件HIF-1α蛋白表达较2 D培养明显升高，而紫云英苷作用可明显减少HIF-1α蛋白表达，且呈现一定的剂量依赖效应关系(图5)。
图4 2004—2015年吉林省玉米虚拟耕地盈亏量
计算所需的吉林省48个县（市、区）人口、作物种植面积、产量及人均主要粮食消费量等数据，来源于2005—2016年《吉林统计年鉴》[24-35]。
图5 2004—2015年吉林省水稻虚拟耕地盈亏量
2.4.3 大豆 近年来，随着居民饮食习惯的改善和生活水平的提高，大豆逐渐成为居民日常生活的必需品。由于居民需求量呈逐年上升趋势，而大豆产量持续下降，造成2004—2015年吉林省大豆虚拟耕地盈亏量呈逐年下降趋势，除2004年略有盈余（4万hm2）外，之后一直是负值，如图6。这说明吉林省大豆虚拟耕地始终处于亏缺状态，大豆生产量完全不能满足当地居民需要。
图6 2004—2015年吉林省大豆虚拟耕地盈亏量
式中，VFi,r=为国家或地区i、作物r的虚拟耕地含量，hm2·t-1；Pi,r为国家或地区 i、作物 r的耕地需求量即播种面积，hm2；Qi,r为国家或地区i、作物 r的总产量，t；Ai,r为国家或地区i、作物r的单位产量，t·hm-2。
图7 2004—2015年吉林省小麦虚拟耕地盈亏量
2.4.5 虚拟耕地盈亏总量 2004—2015年主要粮食作物的虚拟耕地盈亏总量变化趋势为波动上升，如图8。2004—2006年，吉林省主要粮食作物虚拟耕地盈亏总量为缓慢上升期，平均每年增加9.15万hm2；2007—2009年为明显波动期，2008年虚拟耕地盈亏量比前一年增加了95.44万hm2，增长27.9%，2009年下降了91.32万hm2，比前一年降低27.11%；2010—2015年为波动上升期，平均每年增加10.37万hm2。总体而言，吉林省主要粮食作物虚拟耕地盈余量充足，且盈余量有所增加。
1998年，翟桂芝从供销社下岗后，自己开始做生意，卖蔬菜、种子、农药和农膜。翟大姐做生意一向都是诚信经营，进货都进最好的，卖最好的，这样老百姓用着效果好，久而久之大家都很信任她。很多街坊邻居都跟她说：“翟大姐，我们就信你卖的东西，既然你都卖了种子、农药、农膜，你也卖卖化肥吧，省得我们还得去别处买。”
图8 2004—2015年吉林省主要粮食作物虚拟耕地盈亏总量
2.5 主要粮食作物虚拟耕地盈亏量空间分布
由图2可知，2004—2015年吉林省主要粮食作物生产量中玉米生产量最大，二者变化趋势相同，总体呈波动上升趋势，这是由于吉林省以种植玉米为主，其播种面积占有绝对优势，是生产总量的决定性因素，2004—2015年玉米产量占粮食总产量的74.1%，最高值为2015年3 034万t，最低值为2007年1 984万t；水稻生产量变化平稳，最高值为2008年624.3万t，最低值为2004年437.6万t；与玉米和水稻相比，吉林省大豆的种植面积较少，产量较低，总体呈下降趋势，平均每年下降7.68万t。
2.5.1 玉米 2004年，吉林省降水较少，玉米虚拟耕地盈余量低，盈亏总量（BVF）为252.19万hm2（图9A），空间分布呈中部地区高，东、西部地区低的状态；2015年，吉林省玉米虚拟耕地盈余量高，BVF为390.81万hm2（图9B），各县（市、区）玉米BVF相差较大，最高值和最低值相差36.67万hm2，空间分布呈中、西部高，东部低的状态。综合而言，2015年玉米虚拟耕地盈余量较2004年有所增加，且盈余量较高地区向西部移动，东部地区盈余量相对较低，主要是由于2007年吉林省西部土地开发整理项目的实施，利用园地改耕地、开垦荒地等途径，使西部耕地面积缓慢回升，从而极大地提高了虚拟耕地盈余值。
2004—2015年，玉米和水稻虚拟耕地含量较稳定，平均值分别为 0.132 1 hm2·t-1、0.123 9 hm2·t-1；大豆虚拟耕地含量最高，平均值为0.424 1 hm2·t-1，其中，2009年大豆虚拟耕地含量值最大，主要是由于当年吉林省经历了严重的春旱，致使豆类严重减产[36]。虚拟耕地含量越高，代表该种作物产量越低，生产相同质量的粮食占用的耕地面积越大，生产该种作物的机会成本越高；相反，虚拟耕地含量越低，说明该粮食作物产量高，需要的耕地量相对较少，生产该种粮食作物的机会成本越低。因此，吉林省种植大豆的机会成本较高，种植水稻和玉米的机会成本较低。
图9 2004和2015年吉林省玉米虚拟耕地盈亏量分布
图10 2004和2015年吉林省水稻虚拟耕地盈亏量分布
2.5.3 大豆 2004年，吉林省大豆虚拟耕地盈亏总量为4.00万hm2（图11A），空间分布总体呈现中、东部高，西部低的特点，但中部个别地区（长春市市区、吉林市市区）亏缺程度较高；2015年，吉林省大豆虚拟耕地盈亏总量为-63.68万hm2（图11B），亏缺量在空间上呈东部低，中、西部高的特点。综合而言，吉林省2004—2015年大豆BVF降低了67.68万hm2，从空间分布来看，中部和西部地区亏缺量有所增加，亏缺量整体呈现东部低、西部次之、中部最高的特点。
图11 2004和2015年吉林省大豆虚拟耕地盈亏量分布
图12 2004和2015年吉林省小麦虚拟耕地盈亏量分布
2.5.4 小麦 2004年，吉林省小麦虚拟耕地盈亏总量为-39.30万hm2（图12A），全省需进口小麦来满足居民的生活需求，东部小麦虚拟耕地缺口最小，西部次之，中部人口密集，小麦虚拟耕地缺口最大；2015年，吉林省小麦虚拟耕地盈亏总量为-21.62万hm2（图12B），东、西部地区小麦虚拟耕地亏缺程度较小，而中部的小部分地区仍为缺口较大的区域。综合而言，吉林省2004年至2015年小麦BVF升高了17.68万hm2，亏缺量较少地区有所增加，亏缺程度有所缓和，主要是由于人口减少和膳食结构改变，但仍依赖于进口。
2.5.5 虚拟耕地盈亏总量空间分布 2004年，吉林省虚拟耕地盈亏总量为246.09万hm2，主要粮食作物虚拟耕地生产与消费总体有盈余（图13A），盈余量呈中部最高，西部次之，东部最低，个别东部地区呈虚拟耕地亏缺状态；2015年，吉林省虚拟耕地生产与消费总体有盈余，盈余总量为365.85万hm2（图13B），中部盈余量最大，但长春市市区呈亏缺状态，西部次之，东部最低，部分地区虚拟耕地呈亏缺状态。综合而言，2004—2015年吉林省虚拟耕地盈亏量增加了127.86万hm2，虚拟耕地生产与消费盈亏量空间分布变化较大，盈余量充足地区范围明显增加，由中部向西部扩张。
反思以上情况，我认为，阅读对开发学生的智力，提高学生的写作水平是有帮助的，不仅仅对学生如此，一个教师要想成为优秀的教师，养成良好的阅读习惯也是势在必行的，人们常说：“活到老，学到老。”每个人对知识的渴望都是无穷的，成功的秘诀就在于你有没有坚持学习，坚持读书，我们每个人都期望成功，成功就掌握在自己手中，这就需要我们努力读书，养成良好的阅读习惯。
精密称取ATV对照品2.00 mg于50 mL量瓶中，用甲醇溶解并定容，摇匀，即得40 μg/mL的ATV对照品贮备液；精密量取该贮备液适量，用甲醇逐级稀释制成相应质量浓度的ATV系列对照品溶液。精密称取盐酸噻氯匹定适量，用甲醇配制成质量浓度为20 μg/mL的内标贮备液；精密量取该贮备液适量，用甲醇稀释制成20 ng/mL的内标溶液。上述溶液均于4℃冷藏保存备用。
图13 2004和2015年吉林省主要粮食作物虚拟耕地盈亏量分布
3 结论与建议
3.1 结论
2004—2015年，吉林省玉米和水稻的虚拟耕地含量较低，大豆的虚拟耕地含量较高，说明种植玉米、水稻的机会成本较低，种植大豆的机会成本较高；吉林省玉米虚拟耕地盈亏量为正值，总体盈余，水稻虚拟耕地盈余量增加，总体略有盈余，大豆虚拟耕地盈亏量除2004年为正值，其他年份均为负值，处于亏缺状态，小麦虚拟耕地始终为负，处于亏缺状态；在空间分布上，随着西部土地开发整理项目的落实，吉林省玉米虚拟耕地盈余区向西移动，水稻亏缺区范围有所减小，大豆盈余区范围急剧缩小，亏缺区几乎覆盖了整个吉林省，小麦虚拟耕地亏缺程度有所缓和，但全省各县（市、区）亏缺情况仍普遍存在。
3.2 建 议
根据2004—2015年吉林省虚拟耕地生产和消费盈亏量时空分异的研究结果，笔者提出如下几点建议：（1）应从虚拟耕地战略出发，不断探索土地资源优化配置和可持续发展的创新型模式，最终实现吉林省经济增长、粮食安全和生态安全的协调发展；（2）吉林省种植玉米和水稻相对于种植大豆具有明显的比较优势，从保障居民粮食安全和商品量供给的角度看，为了在相同的耕地中收获更多的粮食，可以考虑适当调高玉米和水稻的种植面积；（3）对耕地开发利用较为充分的地区，应避免耕地过度开发，对耕地资源较丰富，但单位面积产量较低的地区，应充分发挥当地的区位优势，适当提高土地利用效率，调整农业种植结构，根据当地的需求和具体情况生产和进口相应的农产品。
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Spatial and Temporal Differentiation of Surplus and Deficit of Virtual Cultivated Land in Jilin Province
YANG Xin,QIN Lijie,ZHAO Zhujun,QIU Yao
(School of Geographical Sciences,Northeast Normal University,Changchun,Jilin 130024,China)
Abstract: Jilin province is an important grain production base and provides an important support for the grain security in China.The experiment was conducted to provide reference for protecting cultivated land resource and adjusting grain production strategy of Jilin,the surplus and deficit of the virtual cultivated land of the main crops in the 48 counties in Jilin province from 2004 to 2015 were calculated based on the theory of virtual cultivated land,and the spatial and temporal differentiation were analyzed.The results showed that in 2004—2015,the content of corn and rice virtual cultivated land were lower than that of soybean in Jilin province.The virtual cultivated land of maize was sufficient surplus,which was showed a trend of fluctuations increase year by year；the deficit scope of the virtual cultivated land of rice reduced and the surplus amount increased；the surplus range of the virtual cultivated land of soybean reduced sharply,the production capacity could not meet the needs of the local residents；the deficiency of the virtual cultivated land of wheat alleviated,but the virtual cultivated land of wheat in the whole province was still in a state of loss.Thus,planting maize and rice in Jilin province had obvious comparative advantages compared with planting soybean,suggesting that the planting area of maize and rice should be increased and the import of soybean should be improved.In order to realize the safety of regional water and soil resources and the sustainable development of agriculture,the trade of virtual cultivated land should be encouraged,the structure of agricultural planting should be optimized and the strategy of virtual soil for agricultural products should be implemented.
Key words: food crops；virtual cultivated land；surplus and deficit；Jilin province
中图分类号： F307.11,S341.1
文献标识码： A
DOI编码： 10.3969/j.issn.1006－6500.2019.02.014
收稿日期： 2017-11-28
基金项目： 国家自然科学基金资助项目(41571526)
作者简介： 杨鑫（1993—），女，吉林白城人，在读硕士生，主要从事土地资源与环境管理研究。
通讯作者简介： 秦丽杰（1966—），女，辽宁阜新人，教授，博士生导师，主要从事水资源与水环境研究。
标签：粮食作物论文; 虚拟耕地论文; 盈亏量论文; 吉林省论文; 东北师范大学地理科学学院论文;