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一之濑俊明・王 勤 学・大坪国顺〈日本国立环境研究所〉

摘 要
本文从中国土地利用现状出发，根据目前的中国粮食生产，粮食供需关系和地区经济水平差异等因素，建立粮食调拨运输模型──计划经济型（非市场原理型：配给型）和市场原理型（自由购买型）。
将这两种模型分别应用到中国华中─华南地区，讨论中国华中─华南地区的粮食储备变化特点。模拟结果显示：非市场原理型运输模型中，粮食分布的区域不平衡只是一种短期现象，不会长期存在。依据市场原理型运输模型，内陆地区会出现大范围的粮食短缺现象。这种粮食分布的区域不平衡现象不会在短时间内得到缓解。
关键词 粮食供需、粮食运输、数学模型、市场原理、经济水平差距另外，从粮食生产的角度来分析中国土地利用

１、引言的例子已经很多，80年代以来由于城市化进程，在过去的40年里，中国的粮食生产呈阶梯型

农用土地减少，较大地影响了粮食生产的产量，这

上升，粮食的供给能力有了很大提高，1996年粮

样的研究结论已经很明确2), 3)，同时由于正在发展

食生产总量达到5.04 亿 t，创造了人均 412kg 历史

中的中国物资流动的交通运输网还不够完善4)，可最 高 水 平， 但 与 发 达 国 家 相 比， 如 美 国 的 人 均以预想到，不同地区间的粮食供需的不平衡，会把1371.2kg，中国仍处于较低水平。

粮食运输（主要依靠铁路）变成巨大的交通运输网

随着中国经济的发展，人民生活水平的提高，负担。比如，1993年，向中国南部５个省级行政工业和畜牧业的扩大，将来粮食供需平衡有可能被区运输的粮食达到了1661 万 t，占当年铁路总运输破坏。而且中国国土辽阔，不同地区间的自然条件、量的25％。再加上80年代以来，中国开始实行市

经济水平等差异巨大，在不同地区间粮食供需很不

场经济制度，一部分粮食作为商品进入市场，生产平衡。一般而言，中国东部地区平原较多，水热条者与经营者为了获得最大利益，将粮食向高价地区件较好，因此土地生产能力较高。而西部地区的山

运输（主要是东部沿海地区），中国加入 WTO 后，地分布广泛，尤其是在水资源不足、低温等因素的粮食买卖会更加自由，因而会更加速这一粮食流动影响下，可耕作土地面积较少，土地生产力低。例的变化倾向。

如，1985‒1995 年粮食增产量多的地区，多出现在

根据以上背景，本研究从中国土地利用与粮食东北平原、河北平原等自然条件丰惠的地区 ；而

供需关系的现状出发，预测粮食的流动，评价粮食且，东部地区多大城市，农业物资投入（如农业用储备的脆弱性，讨论由此带来的对土地利用变化的电消费量，机械化程度，化学肥料使用量，灌溉面压力。研究中我们考虑到，粮食运输问题不仅反映积等）增长很快，更加剧了这种粮食不均衡的现象。

并决定于粮食的供需关系，也反映了不同地区间的

1)93

环境篇同比例的）。除此，每一单位代表 20km 的距离（无次元化）。

IOkP

PSS

G

G２、模型的构造S

2.1 非市场原理型模型
CCR

依据各地区间 GDP 的相对比例，粮食从有余地区向不足地区运输，模型的基本公式如下：图１
表１

非市场原理型模型的构造dSa /dt＝Pa−Ca+Ia−Oa１无次元化单位网格（grid-cell）
的粮食生产需求量（kg/年）

Ia＝ΣbOba２

Oa＝ΣbOab３阶

Oab＝k（Gb /Ga）
（Sa−Sb）/Rab

４

级
0123
4
56789范围

0〜40000
40000〜80000

式中，80000〜120000
120000〜160000

Sa：网格 a 的粮食储备量Sb：网格 b 的粮食储备量

200000〜240000

Pa：网格 a 的年间粮食生产Ca：网格 a 的年间粮食需求

Ia：网格 a 的粮食输入总量

160000〜200000
240000〜280000
280000〜320000
320000〜360000
360000〜

Oa ：网格 a 的粮食输出总量
Ga ：网格 a 的 GDP（GDP 密度）

经济水平的差异、运输能源消耗、运输成本等情况。

Gb ：网格 b 的 GDP（GDP 密度）

其中，决定运输成本与运输能源消耗的最重要因素Rab ：网格 a 与网格 b 之间的距离是运输距离。为此，我们依据粮食生产、粮食需求、

Oab ：从网格 a 到网格 b 的粮食输出经济水平等因素的分布规律，建立了数学模型，提设定时间步长 dt＝0.1

出了两种粮食调拨运输的模型。

k：一维速度系数（粮食运输强度系数：单位首先，依据各地区间的 GDP 的相对比例，从时间粮食运输量）当 (Sa−Sb) ＜ 0 时，Oab＝0（即网格 a 到网格粮食有余地区到粮食不足地区的网格（grid-cell）

b 之间不发生粮食运输）。

间的调拨运输模型，建立计划经济型（非市场原理型：配给型）模型（见图１）。其次，依据网格间的粮食吸引力分布（由各网格本身 GDP 的购买力

2.2 市场原理型模型

比例决定），建立市场原理型（自由购买型）模型。

根据市场原理，定义网格内粮食潜在吸收量与再次，应用以上这两个模型，以中国华中─华南地网格内的 GDP 成比例，则很有可能出现粮食从短区为研究对象，对粮食储备量的变化进行预测。模缺地区向过剩地区运输的现象。为了解决这一不平型输入数据为20km×20km 网格的值 ，模拟时间衡现象，有必要根据粮食产量和粮食消耗量进行调

从1995年左右开始计算。计算时，为保证输出结整（包括人口迁移）。因此，我们认为市场原理型

果的稳定性，对模型进行参数化设置，将输入值划

模型更接近中国的现状。市场原理型模型的基本公分为0‒9 级，如表１所示（粮食生产与粮食需求是式大致与非市场原理型模型一致，仅 Ia 与 Oa 的定5)94

依据经济水平建立的中国国内粮食运输模型求量）。Go 为 GDP 在空间上的平均值，Rab 为网格义有所不同。
网格 a 的潜在输入量 Ia 由网格 a 的人口（Na）

a 与网格 b 之间的距离。Ga /Go 为相对经济值。单

和 GDP 值（Ga）决定（见公式５）。用密度函数位时间单位网格内的粮食预算和非市场原理型模型

来表示从网格 b 向网格 a 的粮食输入量 Iab（见公一样。假定如果网格 b 的粮食储备量 Sb 非正，则式６）
。因此，网格内的粮食潜在输入量与人口和

不发生向 a 的粮食输入（公式７）。另一方面，网

GDP 成比例。

格 a 粮食输出量 Oa，定义为从网格 a 向其他网格

Ia＝pNaGa/G0５

Iab＝Ia  f (Rab)/∫b f (Rab)dRab

６的输入量的和（公式８）。

式中，p 为单位时间单位人口的粮食潜在吸引力（粮食吸收系数：如单位时间单位人口的粮食需图２Sb≤ 0 → Iab＝0７

Oa＝Σb Iba８这里的密度函数 f 与距离 R（二维水平面上的华中─华南的人口密度（左上），GDP 密度（右上），粮食需求量（左下），粮食生产
量的分布（右下）
95

环境篇

图３

华中─华南的粮食储备量的分布（非市场原理型模型）
时间长度为 25 的状态（白色为５以上、黑色为不到−５）。
（左上）没有运输的情况，（右上）运输强度系数：0.0005，（左下）运输强度系数：0.001，（右下）运输强度系数：0.005.

其他网格到网格 a 之间距离）之间的关系如下（公１的网格，从２个网格距离范围内收集粮食，对于

式９）所示：GDP 为９的网格，可以从９个网格的距离内大范

f（R）＝1/Ga exp（−R/Ga）

围吸收粮食。

９

市场原理型模型的密度函数 f 表现出随着从网

３、结果与讨论格 a 出发距离的不断增加，粮食吸引力不断减弱的现象。
不同网格其粮食吸引力随距离增加而减弱（对

3.1 研究对象（华中─华南地区）的基础数据

自身网格的粮食吸引力为1.0）。对于 GDP 密度为以东西方向上从上海起至昆明，兰州，南北方
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依据经济水平建立的中国国内粮食运输模型

图４华中─华南的粮食储备量的分布（市场原理型模型）
时间长度为 25 的状态（白色为５以上、黑色为不到−５）（左上）粮食吸收系数：0.01，（右上）粮食吸收系数：0.05，（左中）粮食吸收系数：0.1，（右中）粮食吸收系数：0.5，（左下）粮食吸收系数：1.0.
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环境篇

向上从广州起到北京的2220km×2220km 的四方形

个模型，并对中国华中─华南地区的粮食储备量的地域为研究对象，分别适用以上两个模型进行比较，变化，进行了研究。

时间步长设为25 时。考虑到计算区域的边缘部分当没有粮食运输时，城市地区（非粮食生产地

受到区域外部的影响，在分析讨论中排除边缘部分。

区）出现严重的粮食短缺现象。非市场原理型运输

图２中负值部分表示的是海洋及中国以外的区域。

模型中，随着粮食运输强度系数的增大，城市地区

假定粮食需求与人口成比例（400kg / 人・年）
，从的粮食不足现象逐步得到缓解 ; 而粮食产地的粮食图中可以看到，人口主要集中在沿海大城市，四川储量也将相应减少，粮食分布的区域不平衡只是一盆地，河北平原，武汉以及西安周围，粮食生产主种短期现象，不会长期存在。依据市场原理型运输

要集中在大城市周围地区（尤其是华东地区），以模型，随着粮食吸收系数的增大，粮食储备迅速集及河北平原，四川盆地，武汉─长沙，南昌，西安

中到沿海城市，此后粮食生产地区的粮食储备开始

等周围地区。因此，人口与粮食主要分布在经济水减少，内陆地区会出现大范围的粮食短缺现象。这

平中等以上（GDP 为平均值以上）的广大地区。

种粮食分布的区域不平衡现象不会在短时间内得到为了进一步计算，粮食储备量的初始值设定为０。

缓解。

3.2 非市场原理型模型的模拟结果

参考文献

依据非市场原理模型，没有粮食运输的情况下，

１）王勤学，大坪国顺，一之濑俊明．关于中国的粮食供武汉─长沙，四川盆地，南昌，华东地区，山东半

需平衡的研究．见：大坪国顺．LU/GEC 项目报告书Ⅵ岛，河北平原等地区已有粮食储备，而沿海大城市〜中国土地利用变化的机制与其相关影响的研究．日

以及重庆、云贵高原等地区会出现粮食短缺现象。

本：日本国立环境研究所地球环境研究中心，2000. 16‒
21.

随着运输强度系数的增大，这种不平衡现象会逐渐２）肖平，王勤学．中国 1949年以来的粮食生产变化及消失。当运输强度系数达到0.005，地区间的不平其重要原因．地理学评论，1999, 72A: 589‒599.

衡现象几乎消失（见图３）。

３）Xiao Ping. The Cultivated Land Change and Its Impacts
on Grain Production in China. Annals of the Hokkaido
Geographical Society, 1997, 71: 23‒31.

3.3 市场原理型模型的模拟结果４）中山裕文，井村秀文．关于中国将来的煤炭需要及其模拟结果显示：随着粮食吸收系数的增大，一运输问题的预测．环境系统研究，1997, 25: 295‒302.

部分沿海城市急速开始粮食储备，而粮食产区的粮５）见：大坪国顺．LU／GEC 项目报告书 V〜中国土地

食储备减少，内陆地区出现大范围的粮食危机（见利用变化的机制与其相关影响的研究．日本：日本国立图４）。

环境研究所地球环境研究中心，1999．1‒167.

４、结论
以上我们建立了非市场原理型与市场原理型两

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