（一）城市化、工业化对耕地的影响
城市化、工业化对耕地的影响主要表现为城市扩张和工业建设对耕地的占用，包括两个方面：一是数量，二是质量。由于城市化、工业化对耕地质量影响的衡量比较复杂，加上数据难以获得，这里仅对耕地数量减少的情况进行分析。改革开放以来，中国耕地面积大幅度减少，耕地问题日益成为制约粮食生产的瓶颈。
1.耕地资源减少及其构成情况
新中国建立初期，中国通过开发荒地等途径，耕地面积总量不断增加，并于1957年达到最大值。此后，耕地面积逐年递减，特别是改革开放以来，耕地资源非农化的现象更加明显，耕地面积下降的趋势进一步加剧。1979年，中国耕地面积为13476万公顷，2004年减少到12082万公顷，比1979年减少1394万公顷，减少了10.3%，年均减少速度为0.41%，相当于平均每年减少49.96万公顷的耕地。期间，出现两个耕地面积大幅度减少的时期，分别是1984年～1986年和2000年～2003年。
第一个时期是1984年～1986年，以乡镇企业和农民建房占用耕地为主。改革开放后，中国乡镇企业异军突起，发展迅猛，并带动农民收入的快速增长。乡镇企业的扩张和农民收入提高所形成的建房热，导致对耕地的大量占用，到20世纪80年代中期，中国耕地面积减少出现了第一个高峰期，1984年～1986年的3年间耕地面积每年减少50万公顷以上。1986年为遏制耕地面积下降的势头，国务院先后发布《关于加强土地管理、制止乱占耕地的通知》和《中华人民共和国土地管理法》等土地管理法律和规章。此后，耕地面积减少的幅度趋于缩小，并于1991年达到低谷，当年耕地面积减少了48.8万公顷，净减少1.93万公顷。从1992年开始，受到邓小平南巡讲话的鼓舞，各地经济发展不断升温，大量占用耕地的现象重现，每年耕地面积减少都在62万公顷以上。
第二时期是2000年～2003年，以开发区和城市化扩张占地为主。1999年以后，中国耕地面积减少进入第二个高峰期。1999年以来，全国出现开发区热和城市快速扩张的趋势，各地大规模建设开发区，扩展城市发展的土地空间，占用了大量的耕地，加上期间实施的退耕还林政策，耕地面积以递增的速度快速下降，2002年和2003年耕地面积净减少分别高达168.58万公顷和253.78万公顷。2004年，国务院下达《关于深入开展土地市场治理整顿、严格土地管理的紧急通知》，全面清理开发区，开发区热逐步降温，2004年和2005年中国耕地面积净减少分别为94.79万公顷、36.16万公顷，耕地面积减少有所缓和。
改革开放以来，中国耕地面积减少和人口继续增长的现象同时并存，其带来的直接后果是人均耕地面积逐年减少。中国人均耕地已由1996年的1.59亩减少到2005年的1.40亩，仅为世界平均水平的40%，耕地资源的稀缺性日益突出。其中，有666个县（市、区）的人均耕地甚至低于联合国确定的0.795亩的安全警戒线。农户平均耕地仅7.3亩，只相当于美国的1/400，日本的1/10.
导致耕地减少的原因有多种多样，最主要的因素是建设占地、灾毁耕地、生态退耕和农业结构调整调减等。一是中国正在处于城市化工业化加快发展时期，城镇、基础设施等建设用地需求持续增长，占用了相当数量的耕地。从1990年到2004年，全国城镇建设用地面积由1.3万平方公里扩大到将近3.4万平方公里。二是自1999年国家提出生态退耕的重大战略决策以来，各地相继开展了退耕还草、还林、还湖，封山护坡，土地生态复垦，生态利用，护湿地等一系列以改善生态环境为目标的工程建设，不可避免地占用了耕地。三是农业结构调整导致了耕地减少和质量的退化。农业结构调整是新时期解决“三农”问题的一项重要战略举措。然而，在市场经济条件下，部分农业结构调整结果不仅不利于保护耕地，反而会引起耕地数量的减少和质量的退化，如挖塘养鱼、把耕地改成果园种树或兴建农副产品加工厂等。四是一些不可避免的自然变化摧毁了部分耕地。
2.城市化、工业化与耕地面积减少的相关性
改革开放以来，除个别年份外，中国城市化和工业化水平呈现不断上升的趋势，特别是进入21世纪以来，呈现出进一步加快的趋势。由于城市化是伴随着工业化的进程共同发展的，城市化的影响更为明显，因此，本部分主要从城市化率来衡量与耕地减少的相关性。分阶段看，改革开放以来，中国城市化进程可以分为四个阶段：
一是1979年～1984年以农村城市化为主导的发展时期。十一届三中全会后，随着家庭联产承包责任制在全国范围内推广，中国粮食生产连续几年获得大丰收，有效缓解了中国粮食供求的矛盾，为一部分农民从土地上解放出来转为市民奠定了基础。加上乡镇企业异军突起，促进了小城镇的快速发展。1978年～1984年，中国城镇总人口从17245万人增加到24017万人，年均增长5.67%，远高于同期总人口1.36%的年均增长率；城市化水平17.92%上升到23.01%，年均增加0.85个百分点。
二是1984年～1992年由城市经济体制改革推动的发展时期。从1984年开始，中国经济体制改革由农村转向城市，增强了城市经济的发展活力，新增城市数目急剧增加，人口吸纳能力不断增强，1984年～1992年中国市镇总人口由24017万人增加到32372万人，年均增长3.80%；城市化水平由23.01%提高到27.63%，年均增长0.58个百分点。
三是1993年～1998年以县改市与城市数量扩张为主导的发展时期。1992年邓小平同志南巡讲话后，中国经济进入新一轮高速增长期，加上国家降低设市标准和放宽户籍管理限制等一系列推进城市化进程的措施，城市数量快速扩张，从1992年的517个增加到1996年底的668个，城镇人口也从1992年的32372万人增加到1998年的37942万人，年均增长2.7%；城市化水平由27.63%增加到30.40%，年均增长0.46个百分点。
四是1999年～2005年城市化加快推进时期。随着工业化进程的加速，城市化也得到了快速发展。1999年～2005年，中国城镇人口也从43748万人增加到56212万人，年均增长4.3%；城市化水平由34.8%增加到43.0%，年均提高0.36个百分点。
3.耕地面积与粮食产量变化的相关性
前述分析表明，耕地变化通过影响粮食播种面积对粮食生产产生影响。为评估耕地数量变化对粮食产量的影响程度，这里对耕地面积变化率与粮食产量增长率的相关性进行分析。耕地面积年变化率指当年耕地面积的净减少占上一年耕地总面积的百分比，粮食产量年增长率指当年粮食产量的净增长占上一年总产量的百分比。计算结果表明，1984年～2005年的耕地面积年变化率和粮食产量年增长率。
改革开放以来，中国粮食生产具有明显的周期波动特征，基本呈现出“两增（产）一减（产）”的波动周期规律。但是，进入21世纪以来，这种特征越来越弱化。而耕地面积除了1995年～1996年两年增加外，其余年份都减少的趋势，而且这种趋势在1997年～2003年逐年递增。
虽然耕地面积年变化率和粮食总产量年增长率的变化趋势并不完全一致，但他们之间也存在相关性。通过对耕地面积年变化率和粮食产量年增长率3年平均滑动的相关分析，结果表明两者的相关系数达0.70，说明耕地面积与粮食总产量之间具有明显的正相关。
不过，在一些年份，耕地面积年变化率与粮食总产量年增长率的变化并不完全同步，即耕地面积的减少并非必然引起粮食总产的减少。这是因为，粮食播种面积下降和自然灾害频发也是影响粮食产量的重要原因。粮食的播种面积从1980年的117234千公顷下降到2005年的104278千公顷，同时随着农业产业结构的调整，粮食播种面积在农作物总播种面积的比重也在不断下降，从1980年的80.34%下降到2005年的67%。
从自然灾害的角度来看，中国处在全球季风气候显著、自然灾害发生频繁的区域。农业又是受自然灾害危害程度最大的产业。近5年的统计资料表明，中国平均每年因气象灾害造成的粮食损失已超过500亿公斤。据农业部农情调度统计，截止2006年8月底，全国因各种自然灾害损失粮食810多亿斤，分别比2004年和2005年全年损失总量多200亿斤和120亿斤。
（二）工业化对农业现代投入要素的影响
为粮食生产提供化肥、农药、农业机械等现代投入要素的农业生产资料工业，会随着工业化的进展而发展，为粮食供给的增长创造更为有利的条件。这里我们选择化肥和农机两种要素，分析工业化对现代农业投入的影响。
1.化肥施用量与农机拥有量的变动趋势
随着工业化的进展，无论是化肥施用量还是农机拥有量都在快速稳定增长。1980年至2005年间，中国化肥施用量从1269.4万吨，一直增加到4766.2万吨，二十多年的时间内增长了2.75倍，年平均增长率高达5.22%。同期，中国农机拥有量由14745.7万千瓦，增长到68398万千瓦，增长了3.64倍，年平均增长率高达6.08%。
从时间变化来看，化肥施用量的增长从1998年起增长速度略为趋缓。分阶段计算化肥施用量的年平均增长率，我们发现1998年至2005年间的年平均增长率为1.94%，比1980年至1997年间的6.95%有较大幅度的降低。与这种趋势相反，农机拥有量的增长则从1993年开始呈现出增长加速趋势，分阶段计算农机拥有量的年平均增长率，我们发现1993年至2005年间为6.06%，比1980年至1992年间的6.62%略低。
2.化肥施用量和农机拥有量对工业化的弹性
1980年至2005年间，化肥施用量对二三产业生产总值占GDP比重增加的弹性值的简单平均是0.0468，表明二三产业生产总值占GDP比重每增加1个百分点，化肥施用量将增加4.68个百分点。同期，农机拥有量对二三产业生产总值占GDP比重增加的弹性值的简单平均为0.0405，表明二三产业生产总值占GDP比重每增加1个百分点，农机拥有量将增长4.05个百分点。两者的简单平均弹性相差不大，农机拥有量略小一些。
从分时期的弹性变化来看，1980年-2005年间，无论是化肥施用量还是农机拥有量的弹性值都基本保持上升态势，表明工业化、城市化对农业现代投入是正向影响的。就化肥施用量而言，弹性最高的时期是1996年-1999年间，其次是2000年-2005年间，弹性最低的时期在1980年-1986年间。而对于农机拥有量来说，弹性最高的是2000年-2005年间，其次是1996年-1999年间，弹性最低的是1980年-1986年间。
（三）城市化、工业化对粮食单位面积产量的影响
城市化和工业化对粮食单产的影响，主要是来自于技术的提高和投入的增加所致，为评价城市化和工业化对粮食单产的影响，弹性的计算公式如下。
（7-3）
其中：u表示城市化率，P表示粮食单产；du和dP分别是城市化率和粮食单产的变化率。粮食单位面积产量对城市化率增加的弹性值，在1980年至2005年期间平均为0.0203，也就是说城市化率每增加1个百分点，粮食单位面积产量将会增长2.03个百分点。这表明随着城市化的进展，中国粮食单位面积产量是在不断地提高，城市化对粮食单位面积产量具有积极影响。分时段来看，从1983年-1986年的0.023降至2000年-2005年的0.0177，说明城市化率对粮食单产的影响有不断下降趋势。
粮食单位面积产量对二三产业生产总值占GDP比重的弹性值，在1980年至2005年期间平均为0.0145，也就是说二三产业生产总值占GDP比重每增加1个百分点，粮食单位面积产量将会增长1.45个百分点。这表明随着工业化的进展，中国粮食单位面积产量是在不断地提高，工业化对粮食单位面积产量具有积极影响。
但是，从分时期的变化趋势来看，中国粮食单位面积产量对二三产业生产总值占GDP比重增加的弹性呈现出逐步增大的趋势，不过2000年-2005年略有下降。1980年-1986年间的弹性值为0.0135，1987-95年为0.0146，1996年-1999年间进一步下降到0.0153，2000-05年间略有下降到0.0145.这说明，工业化对粮食单位面积产量一直具有积极的正面影响，而且这种影响呈现不断增强的趋势。
（四）城市化、工业化对水资源的影响
中国是一个水资源短缺的国家，人均占有量只有2200立方米，约为世界人均水量的1/4，且时空分布极不均衡。这种状况决定了水在提高粮食单产中占有举足轻重的作用。随着城镇化进程的加快，城市用水量不断增加，城市生活与农业生产争水的矛盾进一步加剧。特别是西北和华北地区，从20世纪70年代末开始，城市缺水的范围不断扩大。为满足城市用水的需求，一批原来以供应农业灌溉为主的水库，已不同程度地转向工业及城市生活供水，进一步加剧了粮食生产用水的短缺程度，导致农业灌溉用水减少，粮食生产只能在非充分灌溉的条件下进行，产出水平受到一定程度的影响。
1.中国农业用水状况及特点
从静态看，农业用水虽然占全国总用水量的份额最大，但是农业可利用水资源远远少于需求。根据水利部全国水资源综合规划成果（2006），目前全国水资源总量为28412亿立方米，其中地表水资源量为27374亿立方米，不重复的地下水资源量为1038亿立方米。2004年全国总供水量和总用水量均为5547.8亿立方米。其中，农业用水3585.7亿立方米，占总用水量的64.6%；工业用水1228.9亿立方米，占总用水量的22.2%；生活用水651.2亿立方米，占总用水量的11.7%。从近几年的情况来看，农业用水基本保持在3800亿立方米左右，每年缺水约300亿立方米。
从动态看，农业用水的比重不断下降。1980年农业用水的比重为88.2%，2000年下降为73.9%，2004年进一步降为64.6%；绝对量在1997年达到高点后，呈现出逐年下降趋势。而工业用水和城市生活用水比重和绝对数量都在不断上升，2004年工业用水和城市生活用水的比重分别比1980年提高了12个百分点和10个百分点，比2000年提高了1.5个百分点和2.2个百分点。
分区域看，长江流域农业用水量最大，年平均为984亿立方米，缺水的西北内陆地区和黄淮海地区农业用水量也较大。
随着中国农业用水总量的不断减少，灌溉面积、单位耕地面积用水都远远满足不了需求。2004年，全国有效灌溉面积8.44亿亩，占总耕地面积的45%左右，但每年实际灌溉的只有7亿多亩，其余都是“望天田”。单位耕地平均用水量也逐步下降，从2000年的每公顷317立方米减少到2004年的每公顷293立方米。在中国农业用水供给不足的情况下，这种下降并不是因为水资源利用效率提高所引起，而是由于总量减少造成。
在中国农业生产上，存在用水总量不足与水浪费严重并存的矛盾。近些年来，随着农业结构调整的深入和节水灌溉新技术的推广使用，灌溉用水的利用系数有所提高，但由于灌溉设施水平整体落后，管理粗放，目前中国农业灌溉用水的利用率仅为45%，比发达国家70%～90%的水平低25～45个百分点。
2.农业灌溉用水与粮食单产的相关分析
前述分析可知，农业灌溉用水对粮食单产具有重要的影响。研究表明，2000年全国耕地亩均粮食产量为300公斤/亩，灌溉面积粮食平均单产约为500公斤/亩，是非灌溉农田单产水平的2倍左右；而在降雨量较少的北方地区，灌溉农田粮食单产甚至高达非灌溉农田的近3倍。可见，农业灌溉用水是提高耕地粮食单产水平的重要因素。
从中国目前农业用水粮食产出效率来看，生产1公斤的粮食大约耗水1立方米，是国外0.5立方米的2倍。1997年是中国粮食产量历史最高的年份之一，对应的用水总量和农业用水量也创历史最高水平，因此，可以以该年为基期测算1997年以来农业用水减少对粮食单产的影响。为简便起见，这里用农业用水量与粮食播种面积占耕地面积的比例的乘积作为粮食用水量的近似值。1997～2004年中国农业用水从4198亿立方米，减少到3586亿立方米，减少了592亿立方米；其中，粮食用水从3079亿立方米减少到2373亿立方米，减少了706亿立方米。如果按照每生产1公斤粮食需求农业用水1立方米的口径计算，相当于减少粮食产量1412亿斤（706亿公斤）。2004年中国粮食播种面积为1.02亿公顷，据此可以测算每公顷耕地减少1384斤（692公斤）粮食，折合每亩92斤（46公斤）。
（五）城市化、工业化对农业劳动力的影响
城市化对粮食生产影响的另一个体现是通过吸纳农村中的农业劳动力到城市来打工，从而减少从事粮食生产的劳动力数量。理论上说，如果所吸纳最后一个农业劳动力的边际粮食产量大于零，那么城市化就会对粮食生产造成不利影响。对快速转出是否会影响到粮食生产所必需的劳动力。考虑到中国农业剩余劳动力大量存在的现实状况，从全国整体来看，至少在相当长的时期内，农业劳动力的转出还不会影响到粮食生产。研究表明，改革开放以来，随着城市化水平的不断提高，大量农业劳动力从农村转向城镇，累计转移农村劳动力数量达到1.4亿左右。特别是1990年以后，农业劳动力的转出速度开始大于农业劳动力的自然增长率，不仅农业劳动力占社会总劳动力中的相对比重不断下降，而且其绝对数量也在1997年开始下降。1980年至2002年间，农业劳动力就业比重由1980年的68%，下降到2002年的43%。说明中国已经处于劳动力就业结构的快速转换阶段，已经由大部分劳动力从事农业的社会进入到大部分劳动力在非农业就业的社会。
尽管如此，由于中国农村存在大量的富余劳动力，研究表明目前农村富余劳动力大约在1.5～2亿人，他们的边际粮食产量几乎是零，因此，从这个视角看，城市化所带来的农业劳动力转移对粮食生产几乎没有什么消极影响，即使有也是非常小的。
今后即使按照每年转1000万农业劳动力的乐观估计（实际上是不可能的），到2020年中国农村还会存在一部分富余劳动力。可见，从劳动力数来的供给角度看，城市化所带来的农业劳动力转移对粮食安全不会造成消极影响。然而，从劳动力的素质来看，因为城市化所推动的农业劳动力转移大部分属于农村中文化素质较高的青壮年，留在农村从事粮食生产的主要是“386199”部队，这样就可能影响科技成果的应用和生产的效益，从而影响到粮食产量。
（六）城市化对农业经营规模的影响
发达国家的经验表明，随着城市化的提高，农业土地经营规模一般来说呈现扩大的趋势。但是，在中国，由于人口增长、耕地减少以及农村居民向城市迁移缓慢等因素的共同作用，因此，自1980年至2005年的20多年中，虽然农业劳动力人均的耕地面积从1980年的0.33公顷/人提高到2005年的0.41公顷/人，但是同期农户的耕地面积反而从0.56公顷/户降低到2005年0.48公顷/户。中国的城市化并没有带来农业土地经营规模的扩大。
从长远发展趋势来看，随着中国工业化的进展，无论是农业劳动力的转移还是农地制度的创新，都会朝着有利于农业经营规模扩大的方向转变；但是，这是一个漫长的过程。同时，根据中国耕地资源的秉赋条件，中国也很难从小规模的农户经营转换到美国等耕地资源相对丰富国家那样的大规模企业化农业经营。
（七）城市化、工业化对粮食综合生产能力的综合影响
粮食综合生产能力由粮食产量来表示。根据粮食产量（Y）与面积（L）、单产（P）之间的关系（Y=L×P），我们可以得出三者的增长率存在以下关系：
g（Y）=g（L）+g（P）（7——4）
其中g（Y）、g（L）、g（P）分别代表粮食产量（Y）与面积（L）、单产（P）的增长率。
在同时考虑g（Y）、g（L）、g（P）对同一指标变化的弹性时，以上的关系式仍然存立，即粮食产量对城市化的弹性可以由以下等式计算：
η（Y）=η（L）+η（P）（7——5）
式中，η（Y）、η（L）、η（P）分别表示粮食产量（Y）与粮食耕地面积（L）、粮食单位面积产量（P）对城市化的弹性。
根据上式，利用前述关于耕地面积和粮食单产的弹性研究结果，可以测算城市化和工业化对粮食综合生产能力的综合影响，结果如下。
首先，城市化和工业化对粮食综合生产能力的综合影响虽然是积极的，但是进入2000年以后这种积极影响正在减弱。以城市化率作为指标计算的城市化、工业化对粮食供给的综合影响弹性是0.015，表明随着城市化率每增加1个百分点，粮食生产将会增加1.5个百分点。值得关注的是综合影响弹性的分时期变化，虽然各个时期的弹性都是正值，说明城市化和工业化对粮食生产的综合影响是积极的，但是，2000年以后弹性值出现减小。从1996年-1999年的0.0171下降到2000年-2005年0.0128.
其次，耕地面积减少的消极效果增强和粮食单产增加的积极效果降低，同时造成了城市化对粮食生产综合影响积极效果的弱化。1983-1986年和1987-1995年，城市化进程中耕地面积减少的弹性分别为-0.006和-0.0056，粮食单产增加的弹性分别为0.0203和0.0214，说明两个时期的影响是基本稳定的。而从20世纪90年代后期开始，耕地面积减少的弹性从-0.0047提高（指绝对值）到2000年-2005年间的-0.0049，而粮食单产增加的弹性则从0.0218下降到2000年-2005年间的0.0177.上述情况表明，一方面，化肥、农机等农业现代投入虽然随着工业化的进展在迅速增长，但是粮食单位面积产量却不仅没有随之提高，反而处在缓慢下降至中。另一方面，随着城市化的进展，因为占用耕地而引起的耕地面积减少的影响则迅速恶化。
总之，虽然从改革开放以来到2005年为止，城市化、工业化对粮食综合生产能力的综合影响是积极的，可以抵消其对粮食需求的负面影响，基本保障了中国的粮食安全。但是2000年以来的趋势表明，今后城市化、工业化对粮食生产的综合影响将不再能够抵消需求增加的影响，从而使国家粮食安全面临挑战。