中國峰值人口期糧食約束研究
本文是收集更多數據後，整理成論文形式的關於中國糧食的研究成果。
論文摘要：計劃生育基本依據的糧食約束研究存在跨學科的專業難題。主流的邏輯斯蒂方程，土地人口承載力和生態足跡等方法，都有內在的根本缺陷。本文直接以農學等學科的專業研究為基礎，對人均糧食消費量引入「剛性遞增約束」，農作物品種選擇遵從「高產作物優先法則」，以此為基礎創立全新的「主糧法則」。對2030-2040年中國峰值人口期糧食約束問題，獲得了簡潔清晰卻堅實可靠的研究方法。
關鍵詞：峰值人口期，主糧，單產，耕地，糧食總產量
一、「峰值人口期」問題是中國計劃生育的核心命題
自從1980年《公開信》開始最嚴格的計劃生育政策到現在，已經過去38年。當初設定的時限是30年，隨著近幾年的計劃生育政策從單獨二胎、全面二胎等不斷調整，如何全面準確地評價過去計劃生育工作的成效？如何在新形勢下準確把握未來中國人口政策？這些問題將進入越來越困難的階段。這是因為，當初在《公開信》中就已經充分討論過、客觀上也預計到的各項計劃生育的負作用的確開始越來越顯著,「例如：人口的平均年齡老化，勞動力不足，男性數目會多過女性，一對青年夫婦供養的老人會增加」。
另一方面，中國的人口因為基數的龐大，依然存在巨大的增長慣性，根據《國務院關於印發國家人口發展規劃（2016—2030年）》，到2030年中國人口總量達到峰值時會在2015年底基數上再增加約6千5百萬人左右，達到14.5億人。在這個峰值水平上，無疑還會持續很長一段時間，出現一個「峰值人口期」。另外，全球人口已經突破76億，並且每年還會以凈增近8300萬的速度增長①。馬爾薩斯《人口原理》的核心，就是討論人口生產與糧食生產的數量關係。從計劃生育理論的核心基礎來說，最關鍵的問題並不是人口變化的中間過程，而是當人口總量處於峰值人口期的歷史階段，中國的資源尤其是糧食生產能力是否能承載？因此，從2030年至2040年這個特殊歷史階段的「中國峰值人口期糧食約束」，不僅是一個很現實的問題，而且是評價中國幾十年來計劃生育真正成效的終極檢驗階段，同時也是計劃生育工作最艱難的歷史時期。很顯然，如果人口與資源產生矛盾，這個矛盾最嚴重、最容易發生糧食危機、社會崩潰災難的階段就是在峰值人口期。如果這個時期可以安全渡過，以後的問題相對來說就越來越小了。
二、主糧法則
糧食決定的人口極限數量約束關係可總結如下：
最大糧食消費量
暫不考慮庫存等因素，只考慮生產因素的話，（1）式可寫成：
峰值人口總量×人均糧食消費量
或者
峰值人口總量
如果再考慮到有安全的糧食進口作補充，同時還需要留出一定的安全餘量，（3）式又可改進為：
峰值人口總量
但要真正確認（4）式的約束是否遭到違反，學術上卻存在一個巨大的困難：該不等式兩邊的各個變數是分屬差異極大的不同專業學科範圍，參見表1。
表1 人口極限研究涉及的專業學科
相關變數
對應的專業學科
峰值人口總量
人口統計學
最大耕地面積
地球資源科學
最大平均糧食單產量
農學
安全的糧食進口量
國際貿易、軍事戰略、糧食安全
安全餘量
農學、系統工程、糧食安全、氣候變化
人均糧食消費量
生理學、營養學、社會學、經濟學
直到目前，還沒有一個專業學科的學術範圍能夠同時涵蓋這個不等式兩邊所有變數的研究。傳統計劃生育理論是以人口生態學為基礎。它的研究方法概括起來有三類：邏輯斯蒂方程，土地人口承載力以及生態足跡。這些方法存在的問題是：主要以經驗性的數學模型為基礎，如瓦赫寧根法等。但對於缺乏深厚農學專業支撐的人口學者來說，要精確理解那些數學模型，並從中得出可靠的結論非常困難。對直接研究農學專業本身，人口學者往往在一開始就會感到很畏難。例如，馬鈴薯的理論最大單產量可達8噸，而國際上實際能獲得的單產水平較高的像荷蘭等農業發達國家，平均單產為3噸，中國到2014年全國大田平均單產只有1噸。究竟該如何估計未來中國單產水平，變化空間過大，難以有效把握。因此，對計劃生育理論來說最為核心和關鍵的問題，到目前為止卻是研究得最薄弱的環節。
對於（4）式涉及的各個變數，本文採取以下方法：
峰值人口總量。這是人口統計學研究非常成熟的領域，我們採納已有的成熟方法甚至直接採納已有研究數據。
最大耕地面積。我們主要採用國土資源等權威部門的統計數據。
人均浪食消費量。在這個問題上我們引入「剛性遞增約束」。它一方面是由人類生理特徵和營養學決定的相對恆定的量，同時又是由社會心理經濟因素決定的變化約束。後一個因素決定了這個變數具有「剛性遞增」的特性，因為它反應了人們的生活水平。雖然人均糧食消費代表的生活水平不會無止盡上升，但一旦上去就難以降下來。短暫地下降可以承受，但如果長期下降的話，必將會引發相應的社會問題。
最大平均糧食單產量。這是我們重點改進研究方法的領域。任何專業的問題，最終必須直接遵循相應專業領域的方法和知識支撐才能得到有效的解決。如何能夠從人口學角度出發，卻又可以符合農學專業的規範和方法解決相應的問題，的確是一個巨大的難題。但我們發現問題並不像初看起來那麼困難。
首先，我們所需要解決的問題並不是農學的全部，而只是其相對很小的一個部分。
其次，農業自身特殊的主糧特性，使我們有可能找到可獲得可靠結論的高度簡化研究方法。
第三，我們並不是要研究無限遠的時間限度內地球上的理論糧食單產量，而是研究中國特定時期內狀況。結合人口生態學中的時間序列法，在此前提下，過去若干年的農業生產技術變化有非常好的參考意義。
第四，我們所要討論課題與人口密切相關。在這個特定問題上，從人口學專業角度來看問題比單純農業專家更有優勢。
農業技術的發展深度受限制於生物進化規律的制約。農業技術的變革主要體現在種子改良、土地耕種的效率、化肥、土地開墾的能力、灌溉能力、設施農業等上面。單位耕地產出的農作物產量的提升是一個極其艱難和緩慢的過程。400年來的工業革命進程並沒有帶來任何全新的更加高產的農作物品種。所有我們今天食用的主糧作物品種，全都是在幾千年甚至上萬年以前就由古人類馴化培育完成了。還在耕種的主糧品種不是越來越多，而是因為對有限土地耕種效益最大化的追求而越來越少。我們可以將一切人類可以食用的「大糧食」概念分為以下幾類：
主糧。目前還在作為主糧的其實只有三個品種：水稻、小麥、玉米。它們正好分別是由世界三大農業起源中心在五千到一萬年前馴化培育完成的。中國農業起源中心培育了水稻，西亞起源中心培育了小麥，美洲起源中心培育了玉米。
雜糧。主糧以外的各種糧豆作物，包括各種豆類，薯類，旱地作物的穀子、高粱、蕎麥等。現在中國也把馬鈴薯稱為主糧。我們之所以做出主糧和雜糧區分的主要依據是乾貨（去掉水分後）單產的水平。三個主糧的單產水平顯著高於雜糧。這些雜糧在歷史上也曾經作為更為細分的農業起源亞中心的人類主要食物。例如穀子是中國農業起源中心裡的北方起源亞中心培育的、曾作為主要食物的農作物品種。
表2 2014年中國以稻穀單產為參照的各雜糧單產水平②
從以上數據可見，除高粱之外，其他雜糧單產水平相對都較低，為稻穀的5分之1到2分之1水平。
蔬果。各類蔬菜和水果。這些作物的特點是含水量非常高，大約80%-95%的成分是水。因此他們只能作為人類輔助性的食物，不能成為抗飢餓的主食。包括薯類，表面上看產量非常高，但事實上約80%的成分也是水。因此它更像蔬果，而不是主糧。中國2016年蔬菜產量為7.978億噸，這個數據中大約近7億噸左右是水分。剩下約1億噸裡面又有約40%是人的消化系統不能吸收的纖維素和半纖維素，只有約0.6億噸是有可能被人體吸收的營養物質。在正常食物充足的情況下，人們會提醒多吃蔬果，有利獲取維生素等營養成份。即使不能吸收的纖維素和半纖維素也是有很大好處的，如可清除油膩，因此它們甚至被營養學界補充認定為第七類營養素。但在出現食物短缺的情況時，這種價值就完全失去意義了。
肉類。魚和家畜等如果採用養殖方式的話，大多數情況下依然要消耗糧食，這會有一定的飼料轉化率（也稱為料肉比、飼料報酬）問題。大致來說，雞的料肉比約為2:1，豬為3:1。也就是2公斤糧食轉化成1公斤雞肉，3公斤糧食轉化成1公斤豬肉。如果是捕獵自然環境中的肉食來源，只要超過一定的自然生產能力的數量，就很容易導致相應的野生動物滅絕，不可持續。
從以上簡單分析可見，儘管表面上農作物品種成千上萬，但只要深入研究清楚了主糧的單產和耕地適應情況，兼顧雜糧、蔬果及肉類生產情況，就可以比較有把握地估算出中國土地人口承載力的相對精確和可靠的數據。
還有一個難題是，如果同一塊土地耕種不同的農作物，其單產差異也就會很大。從理論上說，如果全部耕地都種植單產量最高的作物，與多種作物都種植，總產量差異將會非常大。但在實際農業生產中，情況遠遠不是這樣複雜不定。因為不同農作物對耕地的適應能力是不同的，人們已經在長期生產實踐過程中將可以耕種最高產作物如水稻的土地優先耕種了水稻。只有當實在不能種植最高產作物時，才會去種植其他相對低產量的作物。我們把這稱為「高產作物優先法則」。美洲農業起源中心培育的玉米和薯類對全世界人口的增長起到巨大作用，主要並不是因為這些作物的單產更高，而是因為它們對土地的適應能力更強，從而使過去大量不能耕種水稻和小麥的土地變得可以產出糧食。因此，現在最重要的主糧水稻播種面積之所以是今天的實際數值，並不是一個隨意決定的假設數據，而是由高產作物優先法則所必然決定的。那些不適合種稻穀的耕地如果一定要去種，只會比種小麥產量更低。因此，「高產作物優先法則」就是在現有實際耕地狀況前提下，經過無數實際種植測試發現的糧食總產量最大化的策略。
工業革命的作用一方面是靠化肥等提高單產，但還有一個更重要的方面是通過開墾更多耕地實現。正是這個結論非常令人擔憂。如果是將過去鹽鹼荒地和沙漠等無生命區改造成糧田，這是有凈收益的。如果主要是通過與野生動植物爭奪土地資源來增加糧食產量，必然伴隨的是環境的急劇惡化和野生動植物因棲息地的急劇萎縮而帶來的生物大滅絕。
我們把建立在以上農業深刻特點基礎上，確定一定時間內最大糧食單產量，從而確定最大糧食產量的方法稱為「主糧法則」。
三、中國糧食單產分析
1995年至2014年中國糧食單產情況如圖1所示。
圖1 1995年至2014年中國糧食單產變化②。請注意有一半的年份單產是同比下降的。甚至2000年單產同比下降5.15%。
中國糧食單產量從1995年的282.65公斤/畝增長到2014年的359.01公斤/畝，20年時間累計增長了27.02%。這個變化反映的是所有糧食作物加在一起的平均值。過去我們有三大主糧：大米、小麥、玉米，現在名義上新增加了一個主糧是馬鈴薯。
圖2 1995年-2014年中國水稻單產（公斤/畝）變化②
中國水稻單產從1995年的401.65公斤/畝增長到了2014年的454.21公斤/畝，增長了13.09%。水稻是早稻、中稻和一季晚稻、雙季晚稻三個不同類型統計平均值，這三種類型在上述時間段的畝產增長情況參見表3。
表3 1995-2014年不同水稻單產增長分析②
水稻品種
2014年單產（公斤/畝）
比1995年增長
早稻
391.27
13.98%
中稻和一季晚稻
493.78
9.93%
雙季晚稻
398.48
2.07%
圖3 1995年至2014年小麥單產（公斤/畝）變化分析②
小麥單產從1995年236.10公斤/畝增長到了2014年的349.57公斤/畝，增長了48.06%，非常可觀，成為單產增長的主力。
以下表4中我們不再給出詳細年度數據，而只給出1995年至2014年總的變化情況：
表4 1995-2014年玉米與薯類單產增長分析②
品種
2014年單產（公斤/畝）
比1995年增長
玉米
387.26
18.14%
薯類（含馬鈴薯，木薯，紅薯）
248.79
8.88%
馬鈴薯
228.51
28.72%
從這些數據分析可見，雖然過去媒體上公開宣傳最多的是雜交水稻，但近20年來中國糧食單產增長最快的卻是小麥，其次是馬鈴薯。雜交水稻的利用是從20世紀80年代初開始的，中國水稻單產增長最快的時期也是從1980年到2000年這20年時間，增長了51.85%。而如果對比同時期小麥單產變化，竟然是增長95.32%，2014年與1980年相比更是2.74倍的驚人數據。從1980年到2014年，小麥播種面積與水稻之比一直維持在76.2% - 99.6%區間波動，從未超過水稻。而從總產量增長的絕對數值來說，2014年相比1980年，水稻總產量增長了6660.24萬噸，而小麥卻是7100.34萬噸。這些數據讓我們感到很意外。但也可以看到，2014年小麥單產數據已經相當接近水稻，約為水稻單產的77%。歐盟地區小麥單產量是世界最高的，其歷史峰值的單產水平是2016年的398.7公斤/畝。中國小麥單產在全球範圍內已經處在最高水平之列，2016 年單產為355.33公斤/畝，世界上絕大多數小麥主產國家的單產水平只有中國和歐盟的一半左右，中國繼續提升的空間不是沒有，但顯然已經很小了。
玉米單產低於水稻14.7%，高於小麥10.78%。薯類單產低於小麥28.83%，馬鈴薯更遠低於小麥34.6%。之所以2015年中央一號文件把馬鈴薯列為第四主糧，原因一是它還有較高的單產增長潛力，二是三大主糧的單產增長潛力都已經很難再有明顯挖掘空間了，三是馬鈴薯儲存時間是四個主糧中最長的，具有較高戰備價值。水稻產量最高，但也最難儲存。每年國家糧庫水稻儲存時間一般在3到4年，最長5年。但每年變質損失率約在3%，農戶分散儲存的約為8-10%③。
表5 四個主糧2014年的總產量②
主糧品種
總產量（萬噸）
水稻
20650.74
小麥
12620.84
玉米
21564.63
馬鈴薯
1910.3
中國將馬鈴薯作為主糧，具體措施上是會增加播種面積和提升單產，但前提是不會去佔用前三大主糧的耕地。這事實上表明了馬鈴薯的單產要想與前三大主糧相比還是有較大差距的。
表6三大主糧價格④⑤
價格（元/50公斤）
備註
早秈稻（三等，下同）
120
2018年最低收購價
中晚秈稻
126
同上
粳稻
130
同上
小麥
115
同上
玉米
100
2016年臨儲價
從這三大主糧的價格也可看出，單產最高的水稻單價也最高。因此，只要有種水稻的技術可能性，農民一定會將土地優先用來種。玉米雖然也稱為主糧，但事實上主要不是直接給人吃，而是80-90%都用來作飼料或其他加工業的原料。
圖4 1979年-2014年10年期單產增長率②
圖4是糧食及各主糧相比10年前的單產增長率。從圖中可清楚看到，20世紀80年代是單產增長的高峰期，隨後逐步下降。到21世紀初期幾年甚至降低為零。2005年直到2014年除小麥以外，維持在相對較低平台水平。糧食單產主要是靠小麥單產的高增長支撐的，玉米和稻穀的單產增長都在10%左右。未來隨著小麥單產增長的下滑，總的糧食單產10年增長率會向下快速下降。根據各主糧品種技術發展狀況，2030年至2040年間單產相比2014年增長會在10%左右，對應總量為6000萬至7000萬噸。
但是，在這個時期有另一個重大變化因素會形成減少單產的動力，就是中國農業土地流轉形成集約化經營。要從根本上提高農業的經濟效益，這是一條必經之路，必須將中國人均農業勞動力佔有的耕地面積從9畝左右提升100多倍到上千畝左右，才能具有與美國農業相競爭的基礎條件。但大規模的集約化經營會在多個方面降低單產量。一是很難再進行精耕細作，單產會下降。二是相同單產生長情況下，僅僅是收割環節也會造成較多的損失，很難做到「顆粒歸倉」。美國的主糧收割環節有大約5-10%的損失，棉花的收割損失甚至高達30%。中國未來農業集約化後在收割環節也會增加10%左右的損失，這會使生長過程中單產提升的好處基本上被全部抵消掉。
四、工業文明影響糧食單產的潛力
自工業革命以後，世界人口從幾個億增長到現在76億，糧食生產能力不斷增長。這使人們產生一個誤解，以為工業文明解決糧食問題的能力是無限的。但是根據大量歷史考證的資料顯示，中國在唐、宋、元、明等時代水稻的單產能力就已經達到與中國建國時差不多的水平了，我們今天的水稻單產水平不過是比1千多年前的農業文明時代提升了2到3倍左右。
圖5 中國南方稻作區畝產量大體走勢圖11。
農作物的單產主要取決於品種、土地、水、溫、肥料、光照、農藥、種植管理等因素。在品種相同情況下，水對作物的單產有決定性的影響。
水稻是天然地、從人類上萬年前開始耕種時，就將水的利用程度達到最大化的農作物品種。水稻是一種水生作物，它從發芽直到成熟，除了收割以外基本上一直是在有一定水深的水中生長。水對肥的效力也是有極大影響的。古代的水稻田裡就算沒有化肥，因為水的存在也很容易出現大量水生的植物、動物和微生物，這些非常有利於產生天然的肥料。魚稻共生等就證明有助於提升產量，因為魚的糞便等可以成為水稻的肥料。植物秸稈在水裡也因水中微生物快速地大量繁殖，很容易腐爛變成有機肥。
而對於小麥等旱地作物來說，就算施了化肥，要真正被吸收也需要有水將養分帶到作物根部才會有效。植物秸稈如果一直是在乾旱的環境里，腐爛變成有機肥的周期會大大拉長。因此，即使採用了化肥，其效力的發揮也嚴重取決於水的灌溉情況。
另外，南方稻作區溫度和光照條件天然地就非常優良，在這些條件上今天的工業文明並沒有太多改進。這就是為什麼中國古代南方稻作單產量並不比今天差太遠的原因所在。現在稻穀單產的提升較大程度上來自於通過雜交等實現的品種改良，以及化肥和農藥的使用等因素。
正因為小麥等旱地作物與水稻在水資源支持上的巨大差異，使得只要有充分的水利等灌溉條件以及化肥等，其單產的增產潛力就會遠遠大於水稻。
中國在工業文明之前的清代就已經實現了4億多人口的峰值，已經遠超過更早期的6000萬到1億的峰值人口數量，主要原因是美洲培育的玉米、薯類等可以在更惡劣條件下生長的作物品種傳到中國。這部分的糧食增產雖然與世界工業文明進程處於相同時期，但在農業生產技術上並不能歸因於工業文明，而是美洲農業文明時代就已經完成。工業文明所起到的作用僅僅通過美洲大發現將這些作物在全球進行了推廣。這樣的全新作物引進的機會以後已經沒有了。工業文明也存在增加人均糧食消費的一面，綜合考慮下來，以糧食決定的中國峰值人口實際測量數據，工業文明與農業文明之間僅僅是3倍的差距。工業文明時代人口峰值的增長有相當大的一部也應歸因於美洲作物品種在世界上的推廣。尤其在提升主糧單產方面，工業文明的提升空間已經接近極限。新的水肥一體化技術，主要作用是節省化肥尤其是水資源，對提升單產有一定作用，但最多不過10%。
由於主糧的經濟性較低，大田的生產很大程度上還是靠天吃飯，因此新型作物品種在實驗田、示範田和大田的單產水平差異非常大。這使得理論單產、實驗田單產與大規模推廣後的大田單產有巨大差距。2016年，袁隆平團隊在雲南省箇舊市一季稻「超優千號」百畝片平均畝產1088.0公斤，創世界水稻百畝片單產最高紀錄。這遠遠超出全國平均水稻單產水平1倍多。實際到大田生產時，因水、溫、光照、肥等條件的差異，遠遠達不到這麼高的水平。中國在水稻品種科研方面不斷創造世界紀錄，但從平均單產上來說，美國水稻單產卻遠高於中國。例如2015年，美國水稻單產比中國高出21%。關鍵原因在於，美國種植水稻的面積很小，只有最適合產水稻的阿肯色州、加州等地區種植了2000萬畝。雖然他們也是引進了袁隆平的雜交水稻，但獲得的平均單產遠高於播種面積達4.55億畝中國就是很自然的事情。袁隆平公開表示人生兩大心愿完成就會退休。其中之一就是將超級稻畝產從現在1088公斤提升到1200公斤（僅112公斤，10.3%的增長空間）。這充分表明他已經很清楚水稻單產提升的空間已經極其狹小了。
2015年，中國的小麥平均單產（5392.6公斤/公頃）遠高於美國（2928公斤/公頃）84.17%。
2015年美國玉米的實際單產水平（10565公斤/公頃）遠高於中國（5892公斤/公頃）79.31%。為什麼有這麼大差距？是否中國玉米科研能力遠不如美國，還有很大提升空間？並不是這樣。號稱「中國緊湊型雜交玉米之父」李登海曾於1989年和2005年兩次創造夏玉米單產的世界最高記錄，分別為1096.29公斤/畝和1402.86公斤/畝。1974年5月他開始培育玉米高產良種之初，是從萊陽農學院的劉恩訓副教授那裡獲得的美國引進品種「XL80」，而李登海只有初中文化程度。這裡面有很多非常特殊的歷史機緣。2017年，中國農科院作物科學研究所在新疆的玉米密植高產全程機械化示範田，最高畝產達到1517.11公斤，是中國平均玉米單產的近4倍。這些說明了這樣的問題：中國玉米科研水平並不低，囿於土地等自然條件的巨大差異，儘管玉米種子並不比美國差多少，但最終推廣的大田平均單產量卻遠低於美國，更是遠低於自己在實驗田或示範田裡創造的優良品種單產世界記錄。
五、中國耕地分析
根據自然資源部提供的「2015年中國國土資源公報」，截至2014年底，全國共有農用地645.7411萬平方公里，其中耕地135.0573萬平方公里（20.26億畝），林地253.0713萬平方公里，牧草地219.466萬平方公里；建設用地38.1142萬平方公里。大致來說是以下關係：
農用地 = 耕地 + 園地 + 林地 + 牧草地 + 其他農用地 + 各類建設用地
中國有963.4057平方公里國土面積，這不包括領海。農用地與國土面積之間有317.6646萬平方公里差值。其中261.16萬平方公里是無生命區，它們是雪山、荒漠等幾乎寸草不生的地方，占國土面積的32.973%。另外56.5萬平方公里是生態保護區等。
圖6：中國農用地面積變化情況分析⑥，2011年及之前數據是根據自然資源部各年度公報以2012年數據為基礎反向推算。
從2007到2014年，農用地減少了大約1.5萬平方公里。從2009年到2014年，由於中國在生態保護上努力的成功，荒漠化土地面積凈減少1.212萬平方公里（第五次《中國荒漠化和沙化狀況公報》）。這相當於在這5年前大約增加了近3萬平方公里的生態保護區等面積。
圖7 2010至2014年中國耕地變化情況⑥。
從2011到2015年中國耕地面積減少了0.211萬平方公里（316.5萬畝）。這5年數據由於採用了新的遙測遙感技術，數據相對比較準確。耕地減少原因主要是建設佔用等。一般有城市的地方往往都是歷史上耕地質量最好的地方，但因發展經濟需要，政府每年都要在質量最好的耕地里征地賣地500萬至1000萬畝，永久性地佔用變成房地產、道路或廠房等人工建築物。
圖8 2015年國土資源公報數據⑥
中國的耕地不僅已經極其緊張，而且品質相當不好。圖9是中國不同耕地質量佔比情況，優等地只佔2.9%。不僅如此，區域性和季節性缺水都很嚴重。南方水資源佔80%，耕地佔38%，北方水資源量只佔20%，耕地卻佔62%。而主要降水又分布在6-9月一年多熟的種植季節。
圖9 中國耕地質量情況⑥
六、糧食總量分析
圖10 1995-2014年中國糧食總產量②
中國糧食總產量從1995年的4.67億噸增長到2014年的6.07億噸，增長30%。糧食單產、耕地與糧食總產量之間的數據要匹配起來需要用到以下耕地的概念。
七、耕地利用率
中國農作物總播種面積是從1995年的22.48億畝增長到2014年的24.82億畝，增長10.39%。糧食作物播種面積從1995年的16.51億畝，增長到2014年的16.54億畝，增長2.42%。糧食單產增長的27.02%加上播種面積2.42%的增長，就是糧食總量增長30%原因所在。
在耕地面積減少情況下播種面積不斷增加，反映的是耕地利用率的較大增加。這會帶來一定的負面後果。因為持續地播種可能會導致土地的肥力下降。直到現在，維持土地肥力的有效方法依然是最傳統的休耕撂荒的方法。美國耕地面積多於中國，糧食總產量卻低於中國，原因就在於不僅總的單產水平低於中國，而且大量採用了休耕撂荒的方法以保持土地的肥力。
八、單產增長的化肥因素及後果
中國從1978年到2014年糧食產量增加了1倍，同時化肥消費量卻增加了6倍。中國用佔全球8%左右的耕地面積，使用了佔全球比例超過1/3的化肥。因為抽取地下水灌溉農田導致地下水位不斷下降。化肥的不斷強化使用會導致土地鹽鹼化，地下水的過量抽取會導致土地沙化。
圖11 1978-2014年糧食產量和化肥用量分析⑦
使用化肥並不一定就會導致負面作用，這個需要更深入的分析。傳統的化肥可以提供植物所缺乏的氮磷鉀等元素。因為過去粗放型的使用化肥，帶來了以下若干問題：
一是傳統化肥是固體顆粒物質，手工撒在田裡。這樣有相當部分並沒有到達農作物的根部，而是被作物之間的雜草吸收了，從而不僅沒起到作用，反而增加除草的工作量。
二是撒在田裡的化肥一般情況下只有通過雨水溶解後，流到作物的根部，才會被吸收。如果沒有溶解，就長期不會被吸收，或造成供肥不均勻。有些地方甚至出現燒苗，而有些地方卻施肥不足。更重要的是化肥產品除了植物所需要的成份外，還含有硫酸根等成份，長期未溶解或被植物吸收的化肥，其硫酸根的累積會對土壤產生不利的酸化影響。如果要用人工灌溉充分溶解化肥，又可能形成大水漫灌，造成水資源的浪費。
三是傳統化肥成份較為單調，缺少微量元素和其他有益成份，導致作物主要在產量上增加，但食物口感和營養卻變差了。
現在，隨著化肥科技的不斷進步，採用水肥一體化的灌溉技術，直接將水溶性的化肥灌溉到作物的根部。並且化肥的成份也越來越豐富形成複合肥，也添加越來越多有益的微量元素成份。水溶肥還可根據作物生產的不同階段，採用不同的配方，從而達到不同的效果。例如，發芽、生根、開花、結果等不同階段，對肥料的成份需求可能是不同的，水溶肥可以根據不同需要採用不同的成份配方。這些化肥技術的改進不僅極大減少了以上問題，而且在產量更有效增加前提下，使作物的營養及口感都越來越接近甚至超過天然的有機農產品。在節約水資源同時，對土壤的不利影響也大大減輕。因此，現在化肥技術並不是單一某個事物，並不是說只要使用了化肥就一定是有害的，而要看具體的化肥是什麼，以及如何使用。當然，水溶肥也不是一下子就能解決一切糧食問題的，它一般是通過滴灌等技術進行施肥，這需要遠比過去粗放型的施肥方式更多的技術和成本投入。因此，水溶肥用於蔬果類經濟作物會更為有效，而對主糧生產存在投入產出比的經濟平衡問題。
九、中國糧食安全現狀
圖12 1995-2014年中國總人口變化分析②
中國人口從1995年的12.11億增長到2014年13.68億，總量增長了1.57億，增長比例為12.93%。因為人們生活水平的提升，人均糧食消費量的增加，到2014年以增加後的糧食總產量計算，同樣勉強地只夠12億人生存，不足的部分已經必然是依賴進口糧食解決。再來看糧食進口，見表7。
表7 1995年 2014年 糧食進口比較②
糧食增產超過人口增長，為什麼進口量還會有這麼大的增長？首先我們要懷疑是否一邊進口，一邊又加工後出口了。2014年主要糧食品種出口數據如表8。
表8 2014年穀物及穀物粉出口數量(萬噸)②
穀物及穀物粉
70.93
大豆
20.71
食用植物油
13.4
大豆的主要用途是榨油，豆粕用來做家畜的飼料，是否養了家畜後的肉出口轉化掉了？表9是1995年和2014年主要肉類出口對比數據：
表9 1995年和2014年主要肉類出口對比②
指標
2014年
1995年
活豬出口數量(萬頭)
173.32
253
活家禽出口數量(萬隻)
493.46
5263
牛肉出口數量(萬噸)
0.65
2
豬肉出口數量(萬噸)
9.15
15
凍雞出口數量(噸)
117063.3
248573
由此可見，通過出口消化掉的糧食基本可以忽略不計，而且從1995年到2014年出口數據都是降低的，尤其活家禽出口銳減了90%以上。因此，不僅中國自己生產的糧食被中國人吃掉了，進口的糧食最終也基本上都被中國人自己吃掉，即使轉化成肉類也是如此。糧食消費總量是從1995年的4.78億噸增長到2014年的6.98億噸，增長了46%，遠高於中國人口總量增長33.07個百分點。原因在於：
(1) 隨著生活水平的提高，人們的肉類消費量會不斷增加。這會以料肉比為倍數大幅度增加糧食消耗。
(2) 糧食作為工業原料的量越來越多，如加工成酒等，也會增加人均糧食消費量。
(3) 隨著持續的城市化進程，每個農村居民轉成城市居民平均會增加20%的糧食消耗。
(4) 城市的餐館消費過程中存在大量食物浪費。
中國人口總量已經超過糧食生產能力約14%，相當於約1.92億人超過中國糧食產能決定的極限。從未來發展看，無論什麼口徑的預測，中國人口峰值點會在14.3到14.5億左右，還將多超過極限6500多萬。
以2014年計算，中國人平均每人糧食消費量為512公斤，這意味著每增加一個人，至少需要512/454=1.13畝播種面積，約合1畝耕地。
2017年進口糧食總量是13062萬噸。其中作為進口主力的大豆為9553萬噸，比2014年增長了33.79%。作為傳統三大主糧的穀物及穀物粉進口數量也達到2559萬噸，比2014年增長了31.16%。2014至2017年中國總人口增加2226萬，如果僅以2014年人均糧食需求計算，只需要增加約1140萬噸，而事實上糧食自產加上進口總共增加了3551萬噸。自產增加量為1088.39萬噸，勉強夠人均糧食消費不增加前提下的人口增長消費。因人均消費量提升而新增的糧食需求，全部是靠進口增加的2462.61萬噸解決。糧食消費總量如此大幅度地持續增長，約70%是中國人均糧食消費量持續增加引起。2017年中國人均糧食消費量已經從2014年的512公斤，增加到了538公斤，每年約增加8.7公斤。2030年達到峰值人口時，人均糧食消費超過600公斤是大概率的事件，每年需要的糧食總量至少將達到8.7億噸。美國1980年時人均糧食消費量就已經達到800公斤。如果中國在峰值人口後期的2040年左右達到這樣的水平，總的糧食需求將是11.6億噸，與當前糧食生產之間的差額分別為2.521億噸和5.421億噸。
至2016年，全球大豆總產量3.46億噸的82.2%高度集中在美國（33.9%）、巴西（32.1%）、阿根挺（16.2%）三個美洲國家。國際貿易大豆出口總量1.43億噸的88%更加高度集中在巴西（43.2%）、美國（38.5%）、阿根廷（6.3%）這三個美洲國家，而與此對應的進口量中國就佔了62.8%，並且這個比例還在持續大幅增加。近幾年前三大主糧的進口量也開始在大幅度增加。
2017年全球大米貿易量4090萬噸，小麥1.66億噸，玉米1.4974億噸。中國目前在這些主糧中的進口佔比相對還很小。但是在未來20年，非洲人口將大幅度增加，與中國在國際市場上爭搶糧食。亞洲國家除泰國外，都將因人口增長轉入進口糧食。歐洲糧食基本自給平衡。具備糧食出口能力的產區極度集中到美洲地區，尤其是集中到美國。
圖13 糧食消費全流程圖
糧食消費有多種渠道：直接食用，工業加工，作飼料轉化成肉類，通過餐飲的第三產業被人食用。無論何種途徑，最終基本都以食物為人類食用。只是消費的路徑不同，損失率會不一樣。以人類食用的生理需求量為基數，可能通過各個損失率或轉化率反推出原糧的需求量。糧食種類不同，損失率和轉化率以及各個路徑的比例是不一樣的。
十、內部增產可行性分析
除馬鈴薯外，中國自身通過農作物品種的單產提升來增產的潛力都已經非常有限，要實現重大的糧食增產，途徑只能是增加耕地面積。根據作者長期搜尋，只發現少數有技術上可能性的途徑。它們是：
(1) 施設農業
(2) 海水稻
(3) 紅旗河等重大水利工程
1. 設施農業
設施農業技術上可將土地的單產量提升一個數量級以上。它並不是一個新技術，在這方面做得比較好的是荷蘭和以色列。以西紅柿為例，中國大田的西紅柿畝產一般在4到6噸，而荷蘭紋洛（Venlo）型溫室里的西紅柿畝產可以達到53噸⑧。需要注意的是，從來沒有任何研究設施農業的人設想過用它們去種植低價值的主糧。但這個技術如果能在中國大規模普及，有可能大幅度節省種植蔬菜的優質耕地。2016年中國有3.35億畝播種面積是種蔬菜的，如果大量採用設施農業，有可能將其中1到2億畝左右置換出來種主糧。但該技術的問題是成本太高，必須有效降低成本才能使其真正在中國大規模商用化。
2. 海水稻
近期一個比較引入注目的新聞是農業學家陳日勝經過30年培育的海稻86⑨。理論上說，它可以使中國過去無法耕種的15億畝鹽鹼地中的約2億畝用來種植這種抗鹽鹼的作物。目前最新成果是2016年推廣種植的6千畝，平均畝產達到150公斤。袁隆平院士也加入了培育海稻86的進程，並且2017年在青島實驗田裡有一個品種小面積測產實現了0.6%含鹽量條件下畝產620.95公斤的水平。袁隆平之所以轉向海水稻研究方向，事實上從側面反映了農業學界已經充分認識到，提升水稻單產的空間已經非常狹窄，繼續增產只有找其他出路。關於這個技術需要清醒地注意到這樣幾個問題：
一是海稻86遠遠不是全世界唯一的抗鹽鹼作物，甚至不是唯一的抗鹽鹼水稻。研究抗鹽鹼的作物一直就是農業學界的課題之一，所以不能誤以為是突然之間從天上掉下來的一個重大突破的新品種。
二是海水平均含鹽量為3.5%左右，海稻86遠遠達不到直接通過海水灌溉生長的程度。它只是可以抗擊短時間的海水浸泡，以及鹽鹼度相對較高的土地。相比之下，美國農業學家培育的「畢氏海蓬子」可以直接用海水種植，甚至在高達5%含鹽度的水中也可以正常生長。但如果海稻86能提升到抗0.8%以上含鹽量的土地，的確可以在很多鹽鹼地里種植。
三是很多土地之所以成為鹽鹼地，主要是因為缺水。如果能有水，直接沖刷就可以將鹽鹼地簡單改造成普通耕地，從而就可以使普通作物正常生長。這是為什麼只有少部分鹽鹼地有可能適合種植海稻86的原因所在。這也反應了中國糧食危機的另一個重大方面的問題，中國水資源同樣奇缺，嚴重製約了土地產出糧食的能力，以及土地改良的能力。
四是海稻86的口感非常不好，正常情況下很難通過人類食用來商業化。但只要能夠提升單產使得正常經濟循環成立，作為飼料替代其他雜糧是沒有問題的。
3. 紅旗河
西線的南水北調是論證了長達近70年的一個宏偉設想。最近新的全程自流方案的紅旗河工程新聞引發社會廣泛關注。根據該工程方案的支持者S4679課題組所給的數據，紅旗河總長度6188公里，年輸水量600億立方米。該工程總投資4萬億人民幣，最終可將2億畝沙漠土地改造成耕地。該工程存在以下需要高度關注之處：
一是時間問題。紅旗河僅主體工程建設工期也需要10年（中線工程也是花了10年時間），目前只是完成一個初步的方案論證。加上修路，工程試運行和達到設計輸水能力，樂觀考慮要到2036年。另外還需要耗費更漫長時間作沙漠改造，才有可能實現新增2億畝耕地的目標。基本可以肯定會錯過中國峰值人口期，遠水解不了近渴。
二是經濟效益制約。農業從來不是有很好經濟效益的產業，尤其主糧生產更是這樣。南水北調中線工程等是將水調到人口密集的北方地區用於城市生活用水。水一旦調過去立即可以開始回收投資。紅旗河最終是要將水調到現在幾乎沒有人煙的荒漠之地，在相當長時期內誰來買單是一個大問題。
三是就算最終新增2億畝耕地的目標完全達到，按照2017年中國糧食單產水平計算，增產的糧食總產量為7340萬噸，還是遠遠不足以彌補中國峰值人口時期的糧食缺口。還有約1.8億噸到4.7億噸需要其他途徑彌補。當然，這個工程如果完工後對糧食增產的價值可能不止是新增的2億畝耕地，還包括原有的西北地區缺水的農田，會因灌溉的水資源更充足而顯著增產，這部分的增產效益會更快體現，也更具實際意義。以可能最先受益的山西、陝西、甘肅、青海、寧夏五個省2017年糧食總產量4113.3萬噸考慮，他們的產量翻一倍，增加4113.3萬噸。這個糧食增量是峰值人口期有可能獲得的。
2018年4月10日，國務院南水北調工程建設委員會辦公室發布了「南水北調西線工程前期工作協調專項研究（2018年度）招標公告」。是否能夠快速啟動以及所採納的方案值得高度關注。
從以上分析可見，所有大幅度糧食增產的技術突破都還處在研究論證階段。
十一、結論
綜上所述，中國糧食單產增長潛力空間已非常有限，如果沒有大幅度增加耕地的技術突破，中國自身糧食產能最多只能支撐12億人口。從2025年到2045年，尤其2030至2040年中國的峰值人口期糧食差額在2.521億噸到5.421億噸，出現嚴重糧食危機的可能性不能排除。
參考文獻：
①https://www.unfpa.org/sites/default/files/pub-pdf/UNFPA_PUB_2017_EN_SWOP.pdf
③賈富國，淺談稻穀的儲藏新技術的發展與研究，東北農業大學，http://wlkc2013.neauce.com/dgccjgxzb_c1423.htm
④國家糧食和物資儲備局，
http://www.chinagrain.gov.cn/n316630/n316660/n316735/n326789/n512551/c1183919/content.html
⑤國家糧食和物資儲備局，
http://www.chinagrain.gov.cn/n316630/n316660/n316735/n326789/n512551/c1146868/content.html
⑥中國國土資源公報，http://www.mlr.gov.cn/sjpd/gtzygb/，自然資源部
⑦杜森（全國農技中心節水處），「水肥一體化——現代農業的1號技術」，河北沽源智慧農業會議主題演講稿，2016年7月。
⑧國務院發展研究中心農村經濟研究部 陳春良，「荷蘭、日本、以色列設施農業發展經驗與政策啟示」，中國經濟時報，2016年8月8日，第005 版。
⑨我國海水稻試種成功 "海稻86"抗鹽鹼、耐淹畝產300斤，
http://news.cctv.com/2016/12/15/ARTIR81G30BG0PUwngJQ4vgW161215.shtml
⑩南水北調西線工程前期工作協調專項研究（2018年度）招標公告，
http://www.nsbd.gov.cn/zw/zqxx/jsgl/6/201804/t20180410_710767.html
11.王寶卿，「我國歷代糧食畝產量的變化及其原因分析」，《萊陽農學院學報(社會科學版)》，2005年3月。
作者簡介
汪濤
獨立學者
"人類第三次科學革命"倡導者，純科學理論體系創始人
雲鋁股份（000807）獨立董事
浙江宇視科技 顧問
上海析易船舶 聯合創始人、總經理
中央民族大學中俄能源研究院 客座教授
中關村長風聯盟 國際化導師
中國農投會、中關村京港澳青年創新中心等創業導師
中興通訊（000063）國際市場管理體系奠基人
著 作：
《實驗、測量與科學》
《超越戰爭論——戰爭與和平的數學原理》
《即將來臨的糧食世界大戰》
《純電動：一統天下》
《生態社會人口論》
《通播網宣言》
《科學經濟學——看見看不見的手》（即將出版）
TAG:純科學 |