中国峰值人口期粮食约束研究

本文是收集更多数据后，整理成论文形式的关于中国粮食的研究成果。 

论文摘要：计划生育基本依据的粮食约束研究存在跨学科的专业难题。主流的逻辑斯蒂方程，土地人口承载力和生态足迹等方法，都有内在的根本缺陷。本文直接以农学等学科的专业研究为基础，对人均粮食消费量引入“刚性递增约束”，农作物品种选择遵从“高产作物优先法则”，以此为基础创立全新的“主粮法则”。对2030-2040年中国峰值人口期粮食约束问题，获得了简洁清晰却坚实可靠的研究方法。

关键词：峰值人口期，主粮，单产，耕地，粮食总产量

自从1980年《公开信》开始最严格的计划生育政策到现在，已经过去38年。当初设定的时限是30年，随着近几年的计划生育政策从单独二胎、全面二胎等不断调整，如何全面准确地评价过去计划生育工作的成效？如何在新形势下准确把握未来中国人口政策？这些问题将进入越来越困难的阶段。这是因为，当初在《公开信》中就已经充分讨论过、客观上也预计到的各项计划生育的负作用的确开始越来越显著,“例如：人口的平均年龄老化，劳动力不足，男性数目会多过女性，一对青年夫妇供养的老人会增加”。

另一方面，中国的人口因为基数的庞大，依然存在巨大的增长惯性，根据《国务院关于印发国家人口发展规划（2016—2030年）》，到2030年中国人口总量达到峰值时会在2015年底基数上再增加约6千5百万人左右，达到14.5亿人。在这个峰值水平上，无疑还会持续很长一段时间，出现一个“峰值人口期”。另外，全球人口已经突破76亿，并且每年还会以净增近8300万的速度增长①。马尔萨斯《人口原理》的核心，就是讨论人口生产与粮食生产的数量关系。从计划生育理论的核心基础来说，最关键的问题并不是人口变化的中间过程，而是当人口总量处于峰值人口期的历史阶段，中国的资源尤其是粮食生产能力是否能承载？因此，从2030年至2040年这个特殊历史阶段的“中国峰值人口期粮食约束”，不仅是一个很现实的问题，而且是评价中国几十年来计划生育真正成效的终极检验阶段，同时也是计划生育工作最艰难的历史时期。很显然，如果人口与资源产生矛盾，这个矛盾最严重、最容易发生粮食危机、社会崩溃灾难的阶段就是在峰值人口期。如果这个时期可以安全渡过，以后的问题相对来说就越来越小了。

粮食决定的人口极限数量约束关系可总结如下：

最大粮食消费量 <最大粮食产量       （1）                                              

暂不考虑库存等因素，只考虑生产因素的话，（1）式可写成：

峰值人口总量×人均粮食消费量 < 最大耕地面积 ×最大平均粮食单产量（2）

    或者

峰值人口总量 < 最大耕地面积×最大平均粮食单产量/人均粮食消费量（3）

如果再考虑到有安全的粮食进口作补充，同时还需要留出一定的安全余量，（3）式又可改进为：

峰值人口总量 <（最大耕地面积×最大平均粮食单产量+安全的粮食进口量-粮食安全余量）/人均粮食消费量（4）

但要真正确认（4）式的约束是否遭到违反，学术上却存在一个巨大的困难：该不等式两边的各个变量是分属差异极大的不同专业学科范围，参见表1。

表1  人口极限研究涉及的专业学科

直到目前，还没有一个专业学科的学术范围能够同时涵盖这个不等式两边所有变量的研究。传统计划生育理论是以人口生态学为基础。它的研究方法概括起来有三类：逻辑斯蒂方程，土地人口承载力以及生态足迹。这些方法存在的问题是：主要以经验性的数学模型为基础，如瓦赫宁根法等。但对于缺乏深厚农学专业支撑的人口学者来说，要精确理解那些数学模型，并从中得出可靠的结论非常困难。对直接研究农学专业本身，人口学者往往在一开始就会感到很畏难。例如，马铃薯的理论最大单产量可达8吨，而国际上实际能获得的单产水平较高的像荷兰等农业发达国家，平均单产为3吨，中国到2014年全国大田平均单产只有1吨。究竟该如何估计未来中国单产水平，变化空间过大，难以有效把握。因此，对计划生育理论来说最为核心和关键的问题，到目前为止却是研究得最薄弱的环节。

对于（4）式涉及的各个变量，本文采取以下方法：

• 峰值人口总量。这是人口统计学研究非常成熟的领域，我们采纳已有的成熟方法甚至直接采纳已有研究数据。

• 最大耕地面积。我们主要采用国土资源等权威部门的统计数据。

• 人均浪食消费量。在这个问题上我们引入“刚性递增约束”。它一方面是由人类生理特征和营养学决定的相对恒定的量，同时又是由社会心理经济因素决定的变化约束。后一个因素决定了这个变量具有“刚性递增”的特性，因为它反应了人们的生活水平。虽然人均粮食消费代表的生活水平不会无止尽上升，但一旦上去就难以降下来。短暂地下降可以承受，但如果长期下降的话，必将会引发相应的社会问题。

• 最大平均粮食单产量。这是我们重点改进研究方法的领域。任何专业的问题，最终必须直接遵循相应专业领域的方法和知识支撑才能得到有效的解决。如何能够从人口学角度出发，却又可以符合农学专业的规范和方法解决相应的问题，的确是一个巨大的难题。但我们发现问题并不像初看起来那么困难。

首先，我们所需要解决的问题并不是农学的全部，而只是其相对很小的一个部分。

其次，农业自身特殊的主粮特性，使我们有可能找到可获得可靠结论的高度简化研究方法。

第三，我们并不是要研究无限远的时间限度内地球上的理论粮食单产量，而是研究中国特定时期内状况。结合人口生态学中的时间序列法，在此前提下，过去若干年的农业生产技术变化有非常好的参考意义。

第四，我们所要讨论课题与人口密切相关。在这个特定问题上，从人口学专业角度来看问题比单纯农业专家更有优势。

农业技术的发展深度受限制于生物进化规律的制约。农业技术的变革主要体现在种子改良、土地耕种的效率、化肥、土地开垦的能力、灌溉能力、设施农业等上面。单位耕地产出的农作物产量的提升是一个极其艰难和缓慢的过程。400年来的工业革命进程并没有带来任何全新的更加高产的农作物品种。所有我们今天食用的主粮作物品种，全都是在几千年甚至上万年以前就由古人类驯化培育完成了。还在耕种的主粮品种不是越来越多，而是因为对有限土地耕种效益最大化的追求而越来越少。我们可以将一切人类可以食用的“大粮食”概念分为以下几类：

• 主粮。目前还在作为主粮的其实只有三个品种：水稻、小麦、玉米。它们正好分别是由世界三大农业起源中心在五千到一万年前驯化培育完成的。中国农业起源中心培育了水稻，西亚起源中心培育了小麦，美洲起源中心培育了玉米。

• 杂粮。主粮以外的各种粮豆作物，包括各种豆类，薯类，旱地作物的谷子、高粱、荞麦等。现在中国也把马铃薯称为主粮。我们之所以做出主粮和杂粮区分的主要依据是干货（去掉水分后）单产的水平。三个主粮的单产水平显著高于杂粮。这些杂粮在历史上也曾经作为更为细分的农业起源亚中心的人类主要食物。例如谷子是中国农业起源中心里的北方起源亚中心培育的、曾作为主要食物的农作物品种。

  表2 2014年中国以稻谷单产为参照的各杂粮单产水平②

从以上数据可见，除高粱之外，其他杂粮单产水平相对都较低，为稻谷的5分之1到2分之1水平。

• 蔬果。各类蔬菜和水果。这些作物的特点是含水量非常高，大约80%-95%的成分是水。因此他们只能作为人类辅助性的食物，不能成为抗饥饿的主食。包括薯类，表面上看产量非常高，但事实上约80%的成分也是水。因此它更像蔬果，而不是主粮。中国2016年蔬菜产量为7.978亿吨，这个数据中大约近7亿吨左右是水分。剩下约1亿吨里面又有约40%是人的消化系统不能吸收的纤维素和半纤维素，只有约0.6亿吨是有可能被人体吸收的营养物质。在正常食物充足的情况下，人们会提醒多吃蔬果，有利获取维生素等营养成份。即使不能吸收的纤维素和半纤维素也是有很大好处的，如可清除油腻，因此它们甚至被营养学界补充认定为第七类营养素。但在出现食物短缺的情况时，这种价值就完全失去意义了。

• 肉类。鱼和家畜等如果采用养殖方式的话，大多数情况下依然要消耗粮食，这会有一定的饲料转化率（也称为料肉比、饲料报酬）问题。大致来说，鸡的料肉比约为2:1，猪为3:1。也就是2公斤粮食转化成1公斤鸡肉，3公斤粮食转化成1公斤猪肉。如果是捕猎自然环境中的肉食来源，只要超过一定的自然生产能力的数量，就很容易导致相应的野生动物灭绝，不可持续。

从以上简单分析可见，尽管表面上农作物品种成千上万，但只要深入研究清楚了主粮的单产和耕地适应情况，兼顾杂粮、蔬果及肉类生产情况，就可以比较有把握地估算出中国土地人口承载力的相对精确和可靠的数据。

还有一个难题是，如果同一块土地耕种不同的农作物，其单产差异也就会很大。从理论上说，如果全部耕地都种植单产量最高的作物，与多种作物都种植，总产量差异将会非常大。但在实际农业生产中，情况远远不是这样复杂不定。因为不同农作物对耕地的适应能力是不同的，人们已经在长期生产实践过程中将可以耕种最高产作物如水稻的土地优先耕种了水稻。只有当实在不能种植最高产作物时，才会去种植其他相对低产量的作物。我们把这称为“高产作物优先法则”。美洲农业起源中心培育的玉米和薯类对全世界人口的增长起到巨大作用，主要并不是因为这些作物的单产更高，而是因为它们对土地的适应能力更强，从而使过去大量不能耕种水稻和小麦的土地变得可以产出粮食。因此，现在最重要的主粮水稻播种面积之所以是今天的实际数值，并不是一个随意决定的假设数据，而是由高产作物优先法则所必然决定的。那些不适合种稻谷的耕地如果一定要去种，只会比种小麦产量更低。因此，“高产作物优先法则”就是在现有实际耕地状况前提下，经过无数实际种植测试发现的粮食总产量最大化的策略。

工业革命的作用一方面是靠化肥等提高单产，但还有一个更重要的方面是通过开垦更多耕地实现。正是这个结论非常令人担忧。如果是将过去盐碱荒地和沙漠等无生命区改造成粮田，这是有净收益的。如果主要是通过与野生动植物争夺土地资源来增加粮食产量，必然伴随的是环境的急剧恶化和野生动植物因栖息地的急剧萎缩而带来的生物大灭绝。

我们把建立在以上农业深刻特点基础上，确定一定时间内最大粮食单产量，从而确定最大粮食产量的方法称为“主粮法则”。

1995年至2014年中国粮食单产情况如图1所示。

图1  1995年至2014年中国粮食单产变化②。请注意有一半的年份单产是同比下降的。甚至2000年单产同比下降5.15%。

中国粮食单产量从1995年的282.65公斤/亩增长到2014年的359.01公斤/亩，20年时间累计增长了27.02%。这个变化反映的是所有粮食作物加在一起的平均值。过去我们有三大主粮：大米、小麦、玉米，现在名义上新增加了一个主粮是马铃薯。

图2  1995年-2014年中国水稻单产（公斤/亩）变化②

中国水稻单产从1995年的401.65公斤/亩增长到了2014年的454.21公斤/亩，增长了13.09%。水稻是早稻、中稻和一季晚稻、双季晚稻三个不同类型统计平均值，这三种类型在上述时间段的亩产增长情况参见表3。

表3  1995-2014年不同水稻单产增长分析②

 图3  1995年至2014年小麦单产（公斤/亩）变化分析②

小麦单产从1995年236.10公斤/亩增长到了2014年的349.57公斤/亩，增长了48.06%，非常可观，成为单产增长的主力。

以下表4中我们不再给出详细年度数据，而只给出1995年至2014年总的变化情况：

表4  1995-2014年玉米与薯类单产增长分析②

从这些数据分析可见，虽然过去媒体上公开宣传最多的是杂交水稻，但近20年来中国粮食单产增长最快的却是小麦，其次是马铃薯。杂交水稻的利用是从20世纪80年代初开始的，中国水稻单产增长最快的时期也是从1980年到2000年这20年时间，增长了51.85%。而如果对比同时期小麦单产变化，竟然是增长95.32%，2014年与1980年相比更是2.74倍的惊人数据。从1980年到2014年，小麦播种面积与水稻之比一直维持在76.2% – 99.6%区间波动，从未超过水稻。而从总产量增长的绝对数值来说，2014年相比1980年，水稻总产量增长了6660.24万吨，而小麦却是7100.34万吨。这些数据让我们感到很意外。但也可以看到，2014年小麦单产数据已经相当接近水稻，约为水稻单产的77%。欧盟地区小麦单产量是世界最高的，其历史峰值的单产水平是2016年的398.7公斤/亩。中国小麦单产在全球范围内已经处在最高水平之列，2016 年单产为355.33公斤/亩，世界上绝大多数小麦主产国家的单产水平只有中国和欧盟的一半左右，中国继续提升的空间不是没有，但显然已经很小了。

玉米单产低于水稻14.7%，高于小麦10.78%。薯类单产低于小麦28.83%，马铃薯更远低于小麦34.6%。之所以2015年中央一号文件把马铃薯列为第四主粮，原因一是它还有较高的单产增长潜力，二是三大主粮的单产增长潜力都已经很难再有明显挖掘空间了，三是马铃薯储存时间是四个主粮中最长的，具有较高战备价值。水稻产量最高，但也最难储存。每年国家粮库水稻储存时间一般在3到4年，最长5年。但每年变质损失率约在3%，农户分散储存的约为8-10%③。

表5  四个主粮2014年的总产量②

中国将马铃薯作为主粮，具体措施上是会增加播种面积和提升单产，但前提是不会去占用前三大主粮的耕地。这事实上表明了马铃薯的单产要想与前三大主粮相比还是有较大差距的。

表6三大主粮价格④⑤

从这三大主粮的价格也可看出，单产最高的水稻单价也最高。因此，只要有种水稻的技术可能性，农民一定会将土地优先用来种。玉米虽然也称为主粮，但事实上主要不是直接给人吃，而是80-90%都用来作饲料或其他加工业的原料。

图4  1979年-2014年10年期单产增长率②

图4是粮食及各主粮相比10年前的单产增长率。从图中可清楚看到，20世纪80年代是单产增长的高峰期，随后逐步下降。到21世纪初期几年甚至降低为零。2005年直到2014年除小麦以外，维持在相对较低平台水平。粮食单产主要是靠小麦单产的高增长支撑的，玉米和稻谷的单产增长都在10%左右。未来随着小麦单产增长的下滑，总的粮食单产10年增长率会向下快速下降。根据各主粮品种技术发展状况，2030年至2040年间单产相比2014年增长会在10%左右，对应总量为6000万至7000万吨。

但是，在这个时期有另一个重大变化因素会形成减少单产的动力，就是中国农业土地流转形成集约化经营。要从根本上提高农业的经济效益，这是一条必经之路，必须将中国人均农业劳动力占有的耕地面积从9亩左右提升100多倍到上千亩左右，才能具有与美国农业相竞争的基础条件。但大规模的集约化经营会在多个方面降低单产量。一是很难再进行精耕细作，单产会下降。二是相同单产生长情况下，仅仅是收割环节也会造成较多的损失，很难做到“颗粒归仓”。美国的主粮收割环节有大约5-10%的损失，棉花的收割损失甚至高达30%。中国未来农业集约化后在收割环节也会增加10%左右的损失，这会使生长过程中单产提升的好处基本上被全部抵消掉。

自工业革命以后，世界人口从几个亿增长到现在76亿，粮食生产能力不断增长。这使人们产生一个误解，以为工业文明解决粮食问题的能力是无限的。但是根据大量历史考证的资料显示，中国在唐、宋、元、明等时代水稻的单产能力就已经达到与中国建国时差不多的水平了，我们今天的水稻单产水平不过是比1千多年前的农业文明时代提升了2到3倍左右。

图5 中国南方稻作区亩产量大体走势图11。

农作物的单产主要取决于品种、土地、水、温、肥料、光照、农药、种植管理等因素。在品种相同情况下，水对作物的单产有决定性的影响。

水稻是天然地、从人类上万年前开始耕种时，就将水的利用程度达到最大化的农作物品种。水稻是一种水生作物，它从发芽直到成熟，除了收割以外基本上一直是在有一定水深的水中生长。水对肥的效力也是有极大影响的。古代的水稻田里就算没有化肥，因为水的存在也很容易出现大量水生的植物、动物和微生物，这些非常有利于产生天然的肥料。鱼稻共生等就证明有助于提升产量，因为鱼的粪便等可以成为水稻的肥料。植物秸秆在水里也因水中微生物快速地大量繁殖，很容易腐烂变成有机肥。

而对于小麦等旱地作物来说，就算施了化肥，要真正被吸收也需要有水将养分带到作物根部才会有效。植物秸秆如果一直是在干旱的环境里，腐烂变成有机肥的周期会大大拉长。因此，即使采用了化肥，其效力的发挥也严重取决于水的灌溉情况。

另外，南方稻作区温度和光照条件天然地就非常优良，在这些条件上今天的工业文明并没有太多改进。这就是为什么中国古代南方稻作单产量并不比今天差太远的原因所在。现在稻谷单产的提升较大程度上来自于通过杂交等实现的品种改良，以及化肥和农药的使用等因素。

正因为小麦等旱地作物与水稻在水资源支持上的巨大差异，使得只要有充分的水利等灌溉条件以及化肥等，其单产的增产潜力就会远远大于水稻。

中国在工业文明之前的清代就已经实现了4亿多人口的峰值，已经远超过更早期的6000万到1亿的峰值人口数量，主要原因是美洲培育的玉米、薯类等可以在更恶劣条件下生长的作物品种传到中国。这部分的粮食增产虽然与世界工业文明进程处于相同时期，但在农业生产技术上并不能归因于工业文明，而是美洲农业文明时代就已经完成。工业文明所起到的作用仅仅通过美洲大发现将这些作物在全球进行了推广。这样的全新作物引进的机会以后已经没有了。工业文明也存在增加人均粮食消费的一面，综合考虑下来，以粮食决定的中国峰值人口实际测量数据，工业文明与农业文明之间仅仅是3倍的差距。工业文明时代人口峰值的增长有相当大的一部也应归因于美洲作物品种在世界上的推广。尤其在提升主粮单产方面，工业文明的提升空间已经接近极限。新的水肥一体化技术，主要作用是节省化肥尤其是水资源，对提升单产有一定作用，但最多不过10%。

由于主粮的经济性较低，大田的生产很大程度上还是靠天吃饭，因此新型作物品种在实验田、示范田和大田的单产水平差异非常大。这使得理论单产、实验田单产与大规模推广后的大田单产有巨大差距。2016年，袁隆平团队在云南省个旧市一季稻“超优千号”百亩片平均亩产1088.0公斤，创世界水稻百亩片单产最高纪录。这远远超出全国平均水稻单产水平1倍多。实际到大田生产时，因水、温、光照、肥等条件的差异，远远达不到这么高的水平。中国在水稻品种科研方面不断创造世界纪录，但从平均单产上来说，美国水稻单产却远高于中国。例如2015年，美国水稻单产比中国高出21%。关键原因在于，美国种植水稻的面积很小，只有最适合产水稻的阿肯色州、加州等地区种植了2000万亩。虽然他们也是引进了袁隆平的杂交水稻，但获得的平均单产远高于播种面积达4.55亿亩中国就是很自然的事情。袁隆平公开表示人生两大心愿完成就会退休。其中之一就是将超级稻亩产从现在1088公斤提升到1200公斤（仅112公斤，10.3%的增长空间）。这充分表明他已经很清楚水稻单产提升的空间已经极其狭小了。

2015年，中国的小麦平均单产（5392.6公斤/公顷）远高于美国（2928公斤/公顷）84.17%。

2015年美国玉米的实际单产水平（10565公斤/公顷）远高于中国（5892公斤/公顷）79.31%。为什么有这么大差距？是否中国玉米科研能力远不如美国，还有很大提升空间？并不是这样。号称“中国紧凑型杂交玉米之父”李登海曾于1989年和2005年两次创造夏玉米单产的世界最高记录，分别为1096.29公斤/亩和1402.86公斤/亩。1974年5月他开始培育玉米高产良种之初，是从莱阳农学院的刘恩训副教授那里获得的美国引进品种“XL80”，而李登海只有初中文化程度。这里面有很多非常特殊的历史机缘。2017年，中国农科院作物科学研究所在新疆的玉米密植高产全程机械化示范田，最高亩产达到1517.11公斤，是中国平均玉米单产的近4倍。这些说明了这样的问题：中国玉米科研水平并不低，囿于土地等自然条件的巨大差异，尽管玉米种子并不比美国差多少，但最终推广的大田平均单产量却远低于美国，更是远低于自己在实验田或示范田里创造的优良品种单产世界记录。

根据自然资源部提供的“2015年中国国土资源公报”，截至2014年底，全国共有农用地645.7411万平方公里，其中耕地135.0573万平方公里（20.26亿亩），林地253.0713万平方公里，牧草地219.466万平方公里；建设用地38.1142万平方公里。大致来说是以下关系：

农用地 = 耕地 + 园地 + 林地 + 牧草地 + 其他农用地 + 各类建设用地

中国有963.4057平方公里国土面积，这不包括领海。农用地与国土面积之间有317.6646万平方公里差值。其中261.16万平方公里是无生命区，它们是雪山、荒漠等几乎寸草不生的地方，占国土面积的32.973%。另外56.5万平方公里是生态保护区等。

图6：中国农用地面积变化情况分析⑥，2011年及之前数据是根据自然资源部各年度公报以2012年数据为基础反向推算。

从2007到2014年，农用地减少了大约1.5万平方公里。从2009年到2014年，由于中国在生态保护上努力的成功，荒漠化土地面积净减少1.212万平方公里（第五次《中国荒漠化和沙化状况公报》）。这相当于在这5年前大约增加了近3万平方公里的生态保护区等面积。

图7 2010至2014年中国耕地变化情况⑥。

从2011到2015年中国耕地面积减少了0.211万平方公里（316.5万亩）。这5年数据由于采用了新的遥测遥感技术，数据相对比较准确。耕地减少原因主要是建设占用等。一般有城市的地方往往都是历史上耕地质量最好的地方，但因发展经济需要，政府每年都要在质量最好的耕地里征地卖地500万至1000万亩，永久性地占用变成房地产、道路或厂房等人工建筑物。

图8  2015年国土资源公报数据⑥

中国的耕地不仅已经极其紧张，而且品质相当不好。图9是中国不同耕地质量占比情况，优等地只占2.9%。不仅如此，区域性和季节性缺水都很严重。南方水资源占80%，耕地占38%，北方水资源量只占20%，耕地却占62%。而主要降水又分布在6-9月一年多熟的种植季节。

 图9  中国耕地质量情况⑥

图10 1995-2014年中国粮食总产量②

中国粮食总产量从1995年的4.67亿吨增长到2014年的6.07亿吨，增长30%。粮食单产、耕地与粮食总产量之间的数据要匹配起来需要用到以下耕地的概念。

中国农作物总播种面积是从1995年的22.48亿亩增长到2014年的24.82亿亩，增长10.39%。粮食作物播种面积从1995年的16.51亿亩，增长到2014年的16.54亿亩，增长2.42%。粮食单产增长的27.02%加上播种面积2.42%的增长，就是粮食总量增长30%原因所在。

在耕地面积减少情况下播种面积不断增加，反映的是耕地利用率的较大增加。这会带来一定的负面后果。因为持续地播种可能会导致土地的肥力下降。直到现在，维持土地肥力的有效方法依然是最传统的休耕撂荒的方法。美国耕地面积多于中国，粮食总产量却低于中国，原因就在于不仅总的单产水平低于中国，而且大量采用了休耕撂荒的方法以保持土地的肥力。

中国从1978年到2014年粮食产量增加了1倍，同时化肥消费量却增加了6倍。中国用占全球8%左右的耕地面积，使用了占全球比例超过1/3的化肥。因为抽取地下水灌溉农田导致地下水位不断下降。化肥的不断强化使用会导致土地盐碱化，地下水的过量抽取会导致土地沙化。

 图11 1978-2014年粮食产量和化肥用量分析⑦

使用化肥并不一定就会导致负面作用，这个需要更深入的分析。传统的化肥可以提供植物所缺乏的氮磷钾等元素。因为过去粗放型的使用化肥，带来了以下若干问题：

• 一是传统化肥是固体颗粒物质，手工撒在田里。这样有相当部分并没有到达农作物的根部，而是被作物之间的杂草吸收了，从而不仅没起到作用，反而增加除草的工作量。

• 二是撒在田里的化肥一般情况下只有通过雨水溶解后，流到作物的根部，才会被吸收。如果没有溶解，就长期不会被吸收，或造成供肥不均匀。有些地方甚至出现烧苗，而有些地方却施肥不足。更重要的是化肥产品除了植物所需要的成份外，还含有硫酸根等成份，长期未溶解或被植物吸收的化肥，其硫酸根的累积会对土壤产生不利的酸化影响。如果要用人工灌溉充分溶解化肥，又可能形成大水漫灌，造成水资源的浪费。

• 三是传统化肥成份较为单调，缺少微量元素和其他有益成份，导致作物主要在产量上增加，但食物口感和营养却变差了。

现在，随着化肥科技的不断进步，采用水肥一体化的灌溉技术，直接将水溶性的化肥灌溉到作物的根部。并且化肥的成份也越来越丰富形成复合肥，也添加越来越多有益的微量元素成份。水溶肥还可根据作物生产的不同阶段，采用不同的配方，从而达到不同的效果。例如，发芽、生根、开花、结果等不同阶段，对肥料的成份需求可能是不同的，水溶肥可以根据不同需要采用不同的成份配方。这些化肥技术的改进不仅极大减少了以上问题，而且在产量更有效增加前提下，使作物的营养及口感都越来越接近甚至超过天然的有机农产品。在节约水资源同时，对土壤的不利影响也大大减轻。因此，现在化肥技术并不是单一某个事物，并不是说只要使用了化肥就一定是有害的，而要看具体的化肥是什么，以及如何使用。当然，水溶肥也不是一下子就能解决一切粮食问题的，它一般是通过滴灌等技术进行施肥，这需要远比过去粗放型的施肥方式更多的技术和成本投入。因此，水溶肥用于蔬果类经济作物会更为有效，而对主粮生产存在投入产出比的经济平衡问题。

 图12  1995-2014年中国总人口变化分析②

中国人口从1995年的12.11亿增长到2014年13.68亿，总量增长了1.57亿，增长比例为12.93%。因为人们生活水平的提升，人均粮食消费量的增加，到2014年以增加后的粮食总产量计算，同样勉强地只够12亿人生存，不足的部分已经必然是依赖进口粮食解决。再来看粮食进口，见表7。

表7 1995年 2014年 粮食进口比较②

粮食增产超过人口增长，为什么进口量还会有这么大的增长？首先我们要怀疑是否一边进口，一边又加工后出口了。2014年主要粮食品种出口数据如表8。

 表8 2014年谷物及谷物粉出口数量(万吨)②

大豆的主要用途是榨油，豆粕用来做家畜的饲料，是否养了家畜后的肉出口转化掉了？表9是1995年和2014年主要肉类出口对比数据：

 表9 1995年和2014年主要肉类出口对比②

由此可见，通过出口消化掉的粮食基本可以忽略不计，而且从1995年到2014年出口数据都是降低的，尤其活家禽出口锐减了90%以上。因此，不仅中国自己生产的粮食被中国人吃掉了，进口的粮食最终也基本上都被中国人自己吃掉，即使转化成肉类也是如此。粮食消费总量是从1995年的4.78亿吨增长到2014年的6.98亿吨，增长了46%，远高于中国人口总量增长33.07个百分点。原因在于：

(1) 随着生活水平的提高，人们的肉类消费量会不断增加。这会以料肉比为倍数大幅度增加粮食消耗。

(2) 粮食作为工业原料的量越来越多，如加工成酒等，也会增加人均粮食消费量。

(3) 随着持续的城市化进程，每个农村居民转成城市居民平均会增加20%的粮食消耗。

(4) 城市的餐馆消费过程中存在大量食物浪费。

中国人口总量已经超过粮食生产能力约14%，相当于约1.92亿人超过中国粮食产能决定的极限。从未来发展看，无论什么口径的预测，中国人口峰值点会在14.3到14.5亿左右，还将多超过极限6500多万。

以2014年计算，中国人平均每人粮食消费量为512公斤，这意味着每增加一个人，至少需要512/454=1.13亩播种面积，约合1亩耕地。

2017年进口粮食总量是13062万吨。其中作为进口主力的大豆为9553万吨，比2014年增长了33.79%。作为传统三大主粮的谷物及谷物粉进口数量也达到2559万吨，比2014年增长了31.16%。2014至2017年中国总人口增加2226万，如果仅以2014年人均粮食需求计算，只需要增加约1140万吨，而事实上粮食自产加上进口总共增加了3551万吨。自产增加量为1088.39万吨，勉强够人均粮食消费不增加前提下的人口增长消费。因人均消费量提升而新增的粮食需求，全部是靠进口增加的2462.61万吨解决。粮食消费总量如此大幅度地持续增长，约70%是中国人均粮食消费量持续增加引起。2017年中国人均粮食消费量已经从2014年的512公斤，增加到了538公斤，每年约增加8.7公斤。2030年达到峰值人口时，人均粮食消费超过600公斤是大概率的事件，每年需要的粮食总量至少将达到8.7亿吨。美国1980年时人均粮食消费量就已经达到800公斤。如果中国在峰值人口后期的2040年左右达到这样的水平，总的粮食需求将是11.6亿吨，与当前粮食生产之间的差额分别为2.521亿吨和5.421亿吨。

至2016年，全球大豆总产量3.46亿吨的82.2%高度集中在美国（33.9%）、巴西（32.1%）、阿根挺（16.2%）三个美洲国家。国际贸易大豆出口总量1.43亿吨的88%更加高度集中在巴西（43.2%）、美国（38.5%）、阿根廷（6.3%）这三个美洲国家，而与此对应的进口量中国就占了62.8%，并且这个比例还在持续大幅增加。近几年前三大主粮的进口量也开始在大幅度增加。

2017年全球大米贸易量4090万吨，小麦1.66亿吨，玉米1.4974亿吨。中国目前在这些主粮中的进口占比相对还很小。但是在未来20年，非洲人口将大幅度增加，与中国在国际市场上争抢粮食。亚洲国家除泰国外，都将因人口增长转入进口粮食。欧洲粮食基本自给平衡。具备粮食出口能力的产区极度集中到美洲地区，尤其是集中到美国。

 图13  粮食消费全流程图

粮食消费有多种渠道：直接食用，工业加工，作饲料转化成肉类，通过餐饮的第三产业被人食用。无论何种途径，最终基本都以食物为人类食用。只是消费的路径不同，损失率会不一样。以人类食用的生理需求量为基数，可能通过各个损失率或转化率反推出原粮的需求量。粮食种类不同，损失率和转化率以及各个路径的比例是不一样的。

除马铃薯外，中国自身通过农作物品种的单产提升来增产的潜力都已经非常有限，要实现重大的粮食增产，途径只能是增加耕地面积。根据作者长期搜寻，只发现少数有技术上可能性的途径。它们是：

(1)   施设农业

(2)   海水稻

(3)   红旗河等重大水利工程

1. 设施农业

设施农业技术上可将土地的单产量提升一个数量级以上。它并不是一个新技术，在这方面做得比较好的是荷兰和以色列。以西红柿为例，中国大田的西红柿亩产一般在4到6吨，而荷兰纹洛（Venlo）型温室里的西红柿亩产可以达到53吨⑧。需要注意的是，从来没有任何研究设施农业的人设想过用它们去种植低价值的主粮。但这个技术如果能在中国大规模普及，有可能大幅度节省种植蔬菜的优质耕地。2016年中国有3.35亿亩播种面积是种蔬菜的，如果大量采用设施农业，有可能将其中1到2亿亩左右置换出来种主粮。但该技术的问题是成本太高，必须有效降低成本才能使其真正在中国大规模商用化。

2. 海水稻

近期一个比较引入注目的新闻是农业学家陈日胜经过30年培育的海稻86⑨。理论上说，它可以使中国过去无法耕种的15亿亩盐碱地中的约2亿亩用来种植这种抗盐碱的作物。目前最新成果是2016年推广种植的6千亩，平均亩产达到150公斤。袁隆平院士也加入了培育海稻86的进程，并且2017年在青岛实验田里有一个品种小面积测产实现了0.6%含盐量条件下亩产620.95公斤的水平。袁隆平之所以转向海水稻研究方向，事实上从侧面反映了农业学界已经充分认识到，提升水稻单产的空间已经非常狭窄，继续增产只有找其他出路。关于这个技术需要清醒地注意到这样几个问题：

一是海稻86远远不是全世界唯一的抗盐碱作物，甚至不是唯一的抗盐碱水稻。研究抗盐碱的作物一直就是农业学界的课题之一，所以不能误以为是突然之间从天上掉下来的一个重大突破的新品种。

二是海水平均含盐量为3.5%左右，海稻86远远达不到直接通过海水灌溉生长的程度。它只是可以抗击短时间的海水浸泡，以及盐碱度相对较高的土地。相比之下，美国农业学家培育的“毕氏海蓬子”可以直接用海水种植，甚至在高达5%含盐度的水中也可以正常生长。但如果海稻86能提升到抗0.8%以上含盐量的土地，的确可以在很多盐碱地里种植。

三是很多土地之所以成为盐碱地，主要是因为缺水。如果能有水，直接冲刷就可以将盐碱地简单改造成普通耕地，从而就可以使普通作物正常生长。这是为什么只有少部分盐碱地有可能适合种植海稻86的原因所在。这也反应了中国粮食危机的另一个重大方面的问题，中国水资源同样奇缺，严重制约了土地产出粮食的能力，以及土地改良的能力。

四是海稻86的口感非常不好，正常情况下很难通过人类食用来商业化。但只要能够提升单产使得正常经济循环成立，作为饲料替代其他杂粮是没有问题的。

3. 红旗河

西线的南水北调是论证了长达近70年的一个宏伟设想。最近新的全程自流方案的红旗河工程新闻引发社会广泛关注。根据该工程方案的支持者S4679课题组所给的数据，红旗河总长度6188公里，年输水量600亿立方米。该工程总投资4万亿人民币，最终可将2亿亩沙漠土地改造成耕地。该工程存在以下需要高度关注之处：

• 一是时间问题。红旗河仅主体工程建设工期也需要10年（中线工程也是花了10年时间），目前只是完成一个初步的方案论证。加上修路，工程试运行和达到设计输水能力，乐观考虑要到2036年。另外还需要耗费更漫长时间作沙漠改造，才有可能实现新增2亿亩耕地的目标。基本可以肯定会错过中国峰值人口期，远水解不了近渴。

• 二是经济效益制约。农业从来不是有很好经济效益的产业，尤其主粮生产更是这样。南水北调中线工程等是将水调到人口密集的北方地区用于城市生活用水。水一旦调过去立即可以开始回收投资。红旗河最终是要将水调到现在几乎没有人烟的荒漠之地，在相当长时期内谁来买单是一个大问题。

• 三是就算最终新增2亿亩耕地的目标完全达到，按照2017年中国粮食单产水平计算，增产的粮食总产量为7340万吨，还是远远不足以弥补中国峰值人口时期的粮食缺口。还有约1.8亿吨到4.7亿吨需要其他途径弥补。当然，这个工程如果完工后对粮食增产的价值可能不止是新增的2亿亩耕地，还包括原有的西北地区缺水的农田，会因灌溉的水资源更充足而显著增产，这部分的增产效益会更快体现，也更具实际意义。以可能最先受益的山西、陕西、甘肃、青海、宁夏五个省2017年粮食总产量4113.3万吨考虑，他们的产量翻一倍，增加4113.3万吨。这个粮食增量是峰值人口期有可能获得的。

2018年4月10日，国务院南水北调工程建设委员会办公室发布了“南水北调西线工程前期工作协调专项研究（2018年度）招标公告”。是否能够快速启动以及所采纳的方案值得高度关注。

从以上分析可见，所有大幅度粮食增产的技术突破都还处在研究论证阶段。

综上所述，中国粮食单产增长潜力空间已非常有限，如果没有大幅度增加耕地的技术突破，中国自身粮食产能最多只能支撑12亿人口。从2025年到2045年，尤其2030至2040年中国的峰值人口期粮食差额在2.521亿吨到5.421亿吨，出现严重粮食危机的可能性不能排除。

参考文献：

①https://www.unfpa.org/sites/default/files/pub-pdf/UNFPA_PUB_2017_EN_SWOP.pdf

②中国国家统计局，http://www.stats.gov.cn/

③贾富国，浅谈稻谷的储藏新技术的发展与研究，东北农业大学，http://wlkc2013.neauce.com/dgccjgxzb_c1423.htm

④国家粮食和物资储备局，

http://www.chinagrain.gov.cn/n316630/n316660/n316735/n326789/n512551/c1183919/content.html

⑤国家粮食和物资储备局，

http://www.chinagrain.gov.cn/n316630/n316660/n316735/n326789/n512551/c1146868/content.html

⑥中国国土资源公报，http://www.mlr.gov.cn/sjpd/gtzygb/，自然资源部

⑦杜森（全国农技中心节水处），“水肥一体化——现代农业的1号技术”，河北沽源智慧农业会议主题演讲稿，2016年7月。

⑧国务院发展研究中心农村经济研究部 陈春良，“荷兰、日本、以色列设施农业发展经验与政策启示”，中国经济时报，2016年8月8日，第005 版。

⑨我国海水稻试种成功 “海稻86″抗盐碱、耐淹亩产300斤，

http://news.cctv.com/2016/12/15/ARTIR81G30BG0PUwngJQ4vgW161215.shtml

⑩南水北调西线工程前期工作协调专项研究（2018年度）招标公告，

http://www.nsbd.gov.cn/zw/zqxx/jsgl/6/201804/t20180410_710767.html

11.王宝卿，“我国历代粮食亩产量的变化及其原因分析”，《莱阳农学院学报(社会科学版)》，2005年3月。

作者简介

汪涛

独立学者

“人类第三次科学革命”倡导者，纯科学理论体系创始人

云铝股份（000807）独立董事

浙江宇视科技 顾问

上海析易船舶 联合创始人、总经理

中央民族大学中俄能源研究院 客座教授

中关村长风联盟 国际化导师

中国农投会、中关村京港澳青年创新中心等创业导师

中兴通讯（000063）国际市场管理体系奠基人

 

著 作：

《实验、测量与科学》

《超越战争论——战争与和平的数学原理》

《即将来临的粮食世界大战》

《纯电动：一统天下》

《生态社会人口论》

《通播网宣言》

《科学经济学——看见看不见的手》（即将出版）