基于空间模型的全球粮食安全评价

      修订日期：2009-12-23

      1 引言

      粮食是人类生存之根本，粮食安全是每个人应该享有的基本权利。1974年，联合国粮食与农业组织(FAO)首先提出了“粮食安全”的概念，即“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食品”。1983年，FAO通过了总干事萨乌马提出的粮食安全概念，即“确保所有人在任何时候既能买得到又能买得起他们所需要的基本食品”[1]。1996年，在《粮食安全罗马宣言》中，FAO又对粮食安全内涵作了第三次表述：“让所有人在任何时候都能在物质上和经济上获得充足的、安全的和有营养的食物，来满足其积极和健康生活的膳食需要及食物喜好”[2]。从此定义可看出，粮食安全包括粮食供给性、粮食可获取性和粮食利用性等方面的具体指标。粮食供给性指确保生产足够数量的粮食，粮食可获取性是确保所有需要粮食的人都能获得粮食，粮食利用性是确保消费者充分消费和吸收食物的营养成分。近年来，随着气候变化研究的不断深入，粮食稳定性(即最大限度的稳定粮食供应)也被认为是粮食安全的重要内容[3]。

      虽然目前人类所处的时代比任何历史时刻都发达，社会文明程度更高，但多种困扰粮食安全的因素依然存在，使得全球仍然有相当数量人口面临着粮食危机。据FAO统计，2002-2004年期间，全世界约有8.6亿人口(约占世界总人口的14％)处于饥饿之中[4]。全球诸多国家，尤其是很多发展中国家正以不同方式抗争着粮食危机。联合国2000年公布的“新千年人类发展目标”中明确提出将消除贫困和饥饿作为其任务目标之一，并计划将饥饿人口总量减少到现有水平的一半[5]。总的来说，实现粮食安全目标需要更多目标明确的资金投入、技术创新和政策响应，着重解决农业科技能力、人力资源、基础设施、水土高效资源利用和管理等方面的问题[6]。但这些都需要建立在一个科学的、合理的粮食安全评价体系之上。粮食安全评价因此成为各国政府和国际社会高度关注的重大问题。

      国内外很多学者从作物单产或粮食生产水平变化角度进行了粮食安全评价研究[7-9]，尤其注重分析气候变化[10-13]或土地利用变化[14-16]对粮食供给能力的影响作用。虽然这些已有的粮食安全评价研究取得了一定的成果，但其具有明显局限性。侧重粮食供给能力的粮食安全评价仅对粮食安全进行了部分评价，评价结果实用性不够，因为粮食安全除包括粮食供给性，还包括粮食可获取性、稳定性和利用性等特征。此外，这些已有研究多以一定面积的行政单元为评价对象，小到一个县市[17-18]，大到一个区域[19-20]或一个国家[21-22]，其明显不足是忽略了评价单元内部的异质性和粮食安全状况的差异性，评价结果较粗，空间定位能力低。因此，开展空间显性粮食安全评价研究十分必要。本研究拟构建适宜的粮食安全评价指标，覆盖粮食安全更多范畴，基于地理信息系统(GIS)构建空间模型，以此来空间显性评价全球粮食安全状况。

      

      图1 粮食安全评价总体框架

      Fig.1 General framework for assessment of global food security

      2 研究方法

      2.1 总体框架

      本研究中粮食安全评价的总体框架如图1所示。该框架综合考虑了自然、社会和经济等因子对粮食安全的影响作用，选择粮食生产、人口和国内生产总值(GDP)分别描述自然、社会和经济因子。粮食生产作为一个自然因子，是影响粮食供给的最基本因素；人口作为一个社会因子，是推动粮食需求变化的最重要因素；作为一个经济因子，GDP直接决定着粮食需求者或消费者的购买能力。某一国家或地区的人口增长总是会带来粮食需求增长，这种粮食需求既可以通过该国家或地区的粮食生产自给予以满足，也可以通过外部购买或粮食进口得到解决。如果该国家或地区的购买力严重不足，其粮食供给很大程度上依赖于该国或该区域的粮食生产能力。对于无粮食生产优势的国家或地区，由于其内部粮食供给能力往往不能满足其人口的粮食需求，其粮食供给则主要依赖从外部购买或输入来实现。因此，这3个因子交互作用，影响粮食供求关系，综合决定粮食安全状况。

      基于上述考虑，本研究选择了人均粮食占有量和人均GDP两个指标来描述粮食安全状况。人均粮食占有量可以描述粮食供给性和稳定性状况，人均GDP则可以反映粮食可获取性状况，两者一起综合决定一个国家或地区的粮食安全状况。如图1所示，人均粮食占有量受粮食生产能力和人口状况影响，其中粮食生产能力主要取决于作物单产水平和作物播种面积；而人均GDP则由总GDP水平和人口状况决定。为获取这两个指标的空间特征，本研究构建了3个模型，即空间EPIC(Environmental Policy Integrated Climate)模型、作物选择模型和IFPSIM(International Food Policy and Agricultural Simulation Model)模型，分别模拟作物单产水平、作物播种面积和作物价格与贸易变化。

      2.2 模型构建

      2.2.1 空间EPIC模型 EPIC模型原名Erosion Productivity Impact Calculator，系美国农业部农业研究中心最初于1984年开发推出的研究土壤侵蚀与作物单产关系的作物生长模型，近年来被更名为“考虑气候的作物环境决策模型”(Environmental Policy Integrated Climate)。通过输入温度、降水、土壤养分，以及不同作物参数等数据，EPIC模型能准确模拟不同生长环境下的作物单产水平，已经被应用于全球150多个样点10多种作物的单产研究[23]。通过与GIS的集成，空间EPIC模型能被应用于区域甚至全球农作物单产模拟研究[24]。