我國糧食生產格局的區(qū)域變化及其驅動因素分析

我國糧食生產格局的區(qū)域變化及其驅動因素分析

糧食生產與經濟和社會發(fā)展密切相關，在經濟和社會發(fā)展中發(fā)揮著極其重要的作用。中國人多地少,糧食生產具有特殊的重要性。眾多研究表明,解決中國的糧食安全問題必須要立足國內,提高糧食生產綜合能力并維持較高的自給率水平。雖然自1990年以來,我國的糧食單產和總產水平穩(wěn)定發(fā)展,尤其是近年來連年豐收,全國總量基本可以滿足糧食供需平衡,然而區(qū)域間的糧食自給率存在明顯的失衡現(xiàn)象。因此,研究我國區(qū)域間糧食生產格局的變化,探明其關鍵驅動因素,是實現(xiàn)區(qū)域間供求總量平衡,保證國家糧食長期安全的重要內容之一。近年來,國內學者針對不同農業(yè)分區(qū)、省以及縣市尺度的糧食生產狀況開展了大量的研究。然而這些研究關注的焦點在于國家和省區(qū)層面糧食生產的總量和主要糧食作物的產量與單產水平等,對不同糧食作物生產的變化趨勢、區(qū)域間差異和生產重心變化以及驅動因子的研究較少,不利于我國糧食安全戰(zhàn)略的科學決策。為此,本研究以省(區(qū))為基本研究單元,對近30年來我國主要糧食作物(水稻、小麥、玉米)生產的區(qū)域格局變化及其驅動因素進行了系統(tǒng)分析,以期為我國區(qū)域糧食增產和糧食安全戰(zhàn)略決策提供理論依據(jù)。1研究區(qū)域和方法1.1糧食生產區(qū)域格局與糧食種植區(qū)域格局的動態(tài)變化分析以我國大陸(因資料收集問題,臺灣省、香港與澳門特別行政區(qū)除外)31個省、市、自治區(qū)為研究區(qū)域,并按照地理位置劃分為七大糧食產區(qū),從時間與空間的角度比較我國1981—2008年水稻、小麥和玉米主要糧食作物生產的區(qū)域格局及其驅動因素。七大糧食主產區(qū)劃分如下:華北包括北京、天津、河北、內蒙和山西,東北包括黑龍江、吉林和遼寧,華東包括上海、江蘇、浙江、安徽、福建、江西和山東,華中包括河南、湖北和湖南,華南包括廣東、廣西和海南,西南包括重慶、四川、貴州、云南和西藏,西北包括陜西、甘肅、青海、寧廈和新疆。1.2數(shù)據(jù)來源1.3主要研究方法1.3.1年的數(shù)量及研究要素的空間變化公式(1)和(2)分別為研究要素重心的經度與緯度,因此P(xj,yj)代表了研究要素第j年重心的地理坐標。式中:Qij表示研究要素在第i個省份第j年的數(shù)量情況;xi與yi表示第i個省份的地理中心的經緯度坐標。公式(3)和(4)分別為研究要素在不同年份間的重心移動方向和移動距離。式中:θ與dm分別表示研究要素重心移動的方向與距離;yk+m和yk分別表示研究要素在第k+m年和第k年的緯度坐標;xk+m和xk分別表示研究要素在第k+m年和第k年的經度坐標。將上述公式與參數(shù)輸入ArcGIS9.2軟件中進行運算與處理,分別計算出三大糧食作物播種面積和總產量歷年重心位置及空間移動情況。1.3.2水稻播種時效變化率為定量分析引起糧食產量變化的主要原因,本研究將播種面積、單產、播種面積的年變化率以及單產的年變化率等直接影響到糧食產量的因素定義為內部驅動因素,采用龍卷風圖(Tornadodiagram)定量分析了1981—2008年單一內部驅動因素在其他因素處于基準水平情況下時對三大糧食作物和糧食總產的影響。播種面積的年變化率計算公式如下:式中:ΔA為播種面積的年變化率;Ai+1和Ai分別為當年與前一年水稻播種面積。單產的年變化率計算公式如下:式中:ΔY為單產的年變化率;Yi+1和Yi分別為當年與前一年水稻單產。基準水平以各因素1981—2008年的平均值為準,而最高與最低水平則以各因素的最大和最小值為準。1.3.3數(shù)據(jù)來源與社會經濟指標將與糧食總產相關的諸如社會經濟、農業(yè)生產資料投入和氣候因素等定義為外部驅動因素,外部驅動因素的驅動力采用灰色關聯(lián)度分析模型進行計算?？紤]到我國社會經濟的實際情況和資料收集與數(shù)據(jù)的可獲取性,以1981—2008年我國三大糧食作物產量為母因素序列,選擇社會經濟指標6項:年末總人口(X1)、年末農民人口(X2)、第一產業(yè)GDP(X3)、第二產業(yè)GDP(X4)、第三產業(yè)GDP(X5)和農民人均純收入(X6);農業(yè)生產投入指標4項:農業(yè)機械總動力(X7)、化肥施用量(X8)、農村用電量(X9)和有效灌溉面積(X10);氣候因素指標2項:水災受災面積(X11)和旱災受災面積(X12)。上述12項與糧食產量密切相關的指標作為子因素序列,數(shù)據(jù)分析采用DPS7.5軟件進行。2結果與分析2.1三個糧食生產結構的變化2.1.1水稻種植面積年際變化水稻是我國的第一大糧食作物,總產量從1981年的14395.5×104t增加到2008年的19189.6×104t(圖1-A),其間經歷了3個發(fā)展階段,即從1981年至1999年為穩(wěn)定增長階段,并在1999年達到水稻總產的歷史最高峰19848.3×104t;從2000年至2003年為滑坡階段,水稻總產在4年內連續(xù)下滑,并跌落至2003年的16065.6×104t;而從2004年至今,水稻生產迎來了快速恢復階段,總產量連年增加,2008年達到了19189.6×104t,但仍未達到歷史最高水平。水稻種植面積總體來看呈逐漸減少的趨勢(圖1-B),已經從1981年的33295.0×103hm2下降到了2008年的29241.1×103hm2,其中歷史最低點為2003年的26507.8×103hm2。從水稻生產空間格局來看(圖2),1981—2008年東北與華中地區(qū)水稻的產量與播種面積占全國總產量與總播種面積的比例總體呈增加的趨勢,其中東北水稻產量與播種面積占全國比例2000s比1980s分別增加了7.20%和6.13%,增長迅速。與之相反的則是華東、華南與西南地區(qū)水稻生產呈總體下滑的趨勢,特別是華東地區(qū)的產量與播種面積2000s比1980s分別下降了5.44%和4.20%。受東北地區(qū)水稻生產快速發(fā)展的影響,我國水稻總產的重心以平均9.82km·a-1的速度向東北方向偏移了275km,由湖南省汨羅市移動至湖北省紅安縣,而種植面積的重心則以平均7.79km·a-1的速度向東北方向偏移了218km,由湖南省岳陽縣移動至湖北省黃陂區(qū)(表1)。2.1.2小麥種、小麥產量下降迅速從小麥生產的空間格局來看(圖3),華東與華中地區(qū)的小麥產量與播種面積占全國的比例顯著上升,華北地區(qū)保持穩(wěn)中有升,而其他地區(qū)則表現(xiàn)為不同程度的下降趨勢。特別是東北地區(qū),小麥播種面積由1981年占全國的6.63%下降到2008年的1.08%,產量更是由5.62%下降到了0.86%。受小麥生產“北退南進”的影響,我國小麥的產量重心以平均2.07km·a-1的速度向東偏南方向移動了58km,由山西省晉城市到達河南省武陟縣,而播種面積重心則以平均3.61km·a-1的速度向正南方向移動了101km,由山西省高平市移動到河南省孟州市(表1)。2.1.3玉米生產的總體變化玉米生產發(fā)展速度迅速,進入21世紀以來,已經取代小麥,成為我國第二大糧食作物。玉米總產從1981年的5920.5×104t增加到2008年的16591.4×104t,增加了2.80倍(圖1-A)。玉米總產的發(fā)展也可分為3個階段,但與水稻和小麥的發(fā)展趨勢存在差異,其中1981—1996年為緩慢增長階段,總產量以每年386.6×104t的趨勢增加,而1997—2003年為過渡階段,玉米總產在波動中上升,而2004—2008年,則迎來了玉米生產的快速發(fā)展時期,在這一階段總產量以每年647.8×104t的幅度快速增加。從玉米的播種面積變化來看(圖1-B),1981—2008年一直呈上升的趨勢,總體來看以每年379.5×103hm2的速度增加。從玉米生產的空間格局來看(圖4-A),東北與華北是我國玉米主產區(qū),總產量占全國總產的比例一直保持在30%和20%左右,但東北地區(qū)玉米生產以雨養(yǎng)為主,受年際間氣象條件影響,產量的波動性較大,華東和西南地區(qū)產量近年來呈現(xiàn)下降的趨勢,其他地區(qū)則保持穩(wěn)定。玉米播種面積同樣表現(xiàn)為東北和華北地區(qū)穩(wěn)定增加,華東和西南地區(qū)持續(xù)減少(圖4-B)。由于東北和華北地區(qū)玉米生產的增強以及華東和西南生產的滑落,其產量重心和播種面積重心同時向北偏東方向移動,其中產量重心以平均6.57km·a-1的速度偏移了184km,由河北省曲周縣到達河北省肅寧縣,播種面積重心則以平均4.39km·a-1的速度偏移了123km,由河北省曲周縣到達河北省深州市(表1)。2.2三個糧食結構變化的驅動因素分析2.2.1平均產量和極值以1981—2008年三大作物生產的數(shù)據(jù)為基礎,利用龍卷風圖方法計算了影響這一時期糧食產量變化的內部驅動因素。表2為三大作物各驅動因素的基準值、最低值以及最高值,以基準值為標準,計算了水稻、小麥和玉米的平均產量以及各個極值條件下可能引起的產量波動。由圖5可知,單產和播種面積是導致水稻總產波動的主要內部驅動因素,而播種面積和播種面積年變化率則是小麥和玉米總產波動的關鍵內部驅動因素。其中需要說明的是,近幾十年來我國水稻的單產水平不斷提高,特別是進入2000s以來,已經基本保持在6000kg·hm-2以上,而在水稻單產達到一定高度的情況下,穩(wěn)定水稻播種面積對保持水稻總產更為重要。因此,穩(wěn)定播種面積是保障三大糧食作物總產的關鍵因素。2.2.2影響糧食產量增長的外部因素運用灰色關聯(lián)度模型對影響三大作物產量的外部驅動因素進行了分析,按照模型特點并參考以往研究成果,設定當取值在0.8~1.0范圍內時為強相關。結果表明(表3),影響水稻總產的外部驅動因素包括5項,由高到低分別為農村人口、總人口、有效灌溉面積、水災面積、旱災面積;影響小麥生產的外部驅動因素包括6項,由高到低分別為有效灌溉面積、總人口、農村人口、旱災面積、水災面積、化肥施用量;影響玉米生產的外部驅動因素包括7項,由高到低分別為有效灌溉面積、總人口、農村人口、化肥使用量、旱災面積、農業(yè)機械總動力、水災面積。三大作物的共同驅動因素包括了總人口、農村人口、有效灌溉面積和旱災面積等。由此可見總人口是驅動我國糧食作物產量增長的關鍵因素,隨著人口數(shù)量的增加,我國的糧食總產必須要保持同步增長,才能滿足未來的糧食需求。農村人口的下降與糧食增長關系同樣密切,這表明農村中存在剩余勞動力,通過引導農村勞動力從事其他產業(yè),有利于提高糧食生產效率。此外有效灌溉面積與產量存在正相關,而旱災和水災面積與產量存在負相關,這說明我國的農田基礎建設還比較薄弱,通過加強農村水利建設、改善農田抵御自然災害能力,也是未來保證糧食增產穩(wěn)產的途徑之一。三大糧食作物的驅動因素之間還存在差異,如小麥和玉米產量與化肥施用量和有效灌溉面積關系密切,玉米產量還與農業(yè)機械總動力關系密切等。3區(qū)域格局變化,糧食生產企業(yè)面臨轉型升級的挑戰(zhàn)本研究利用糧食作物生產數(shù)據(jù)分析了1981—2008年我國水稻、小麥和玉米的生產格局區(qū)域變化特征及其驅動因素,結果表明:1)改革開放以來,我國的糧食生產格局發(fā)生了較大變化,其中水稻生產以東北和華中增長較為迅速,與之相對應的是華東和華南等傳統(tǒng)水稻種植區(qū)域的比例下降較快;小麥生產以華東與華中地區(qū)在全國的比例顯著上升,華北地區(qū)保持穩(wěn)中有升,而其他地區(qū)則表現(xiàn)為不同程度的下降;玉米生產無論種植面積和產量近30年來一直保持上升的趨勢,特別是東北和華北地區(qū)依然是玉米的主要生產區(qū)域。2)受區(qū)域糧食生產格局變化影響,我國水稻的生產重心持續(xù)向東北方向偏移,其中水稻總產重心向東北方向偏移了275km,而播種面積重心則偏移了218km;而華東和華中小麥生產能力的提升導致小麥總產重心向東偏南方向移動58km,而播種面積重心則向正南方向移動了101km,小麥生產重心的南移與我國水資源分布相一致,有利于實現(xiàn)小麥生產的可持續(xù)發(fā)展;玉米生產受東北和華北地區(qū)玉米生產的增強,其產量重心和播種面積重心同時向北偏東方向移動了184和123km。3)龍卷風圖分析表明,在單產穩(wěn)定的前提下,播種面積是影響我國三大糧食作物生產的關鍵內部驅動因素,特別是近30年來水稻和小麥播種面積持續(xù)下降,對我國糧食安全影響較大。因此,要以市場機制來調控,以區(qū)域資源條件為依托,做好糧食作物生產布局,穩(wěn)定糧食作物播種面積,同時加強后備土地資源的開發(fā),確保糧食生產穩(wěn)中有升。4)社會經濟、農業(yè)生產投入以及氣候條件等因素同樣影響到我國糧食生產的穩(wěn)定性,其中總人口的持續(xù)增加要求我國的糧食總產必須持續(xù)增加;有效灌溉面積、農業(yè)機械總動力和化肥投入量對糧食增產的正面效應較大,而旱災與水災的成災面積對糧食生產存在負面效應。因此,加強農田基礎設施建設,加強農業(yè)抗災能力,是保障糧食增產的重要途徑。糧食生產既受區(qū)域資源稟賦條件的影響,也受區(qū)域社會經濟因素的影響。我國的糧食生產在各種因素的相互作用下表現(xiàn)出較大的波動性和區(qū)域差異性,而區(qū)域集中化的趨勢逐漸明顯。近30年來,氣候變化導致北方地區(qū)逐漸變暖和農業(yè)技術條件不斷改善,特別是化肥、地膜以及優(yōu)良品種廣泛應用。我國北方地區(qū)高產耕地面積不斷增加,通過農業(yè)結構調整,優(yōu)質玉米、小麥和水稻等產量持續(xù)提升,使我國糧食生產重心逐漸由南方向北方推移。并且隨著我國東部與南部地區(qū)城市化進程的不斷加深,導致上述地區(qū)土地利用非農化加速。而為保障我國生態(tài)環(huán)境的安全與健康發(fā)展,我國西部地區(qū)還將繼續(xù)推行退耕、還林、還草的政策,因此這些因素將會在較長的一段時間內對我國糧食生產格局產生重大影響,而東北、華北等地區(qū)的糧食生產在全國的地位將會更加突出。特別是東北地區(qū)由于農業(yè)開發(fā)歷史較晚,農業(yè)生態(tài)環(huán)境較其他糧食主產區(qū)要好,加之自然資源豐富,通過調整種植業(yè)與農村產業(yè)結構、合理開發(fā)利用后備土地資源與水資源,改造中低產田,加大物質、科技投入,以及加強社會、經濟和技術等政策調控,糧食增產潛力大,將成為21世紀中國糧食增產最具潛力的地區(qū)之一。華北地區(qū)在糧食生產上處于較為重要的地位,但從地區(qū)長遠發(fā)展趨勢看,受區(qū)域城市化加速、地區(qū)人口增長、耕地減少以及農業(yè)水資源嚴重不足的制約,糧食增產的潛力有限,糧食生產在全國的地位將有可能下降。就目前趨勢來看,我國糧食生產重心向東北和中部推移的情況可能還將持續(xù)一段時間。另一方面,糧食生產重心的北移對我國糧食安全保障也存在不利的影響。農業(yè)水資源短缺是制約我國北方農業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關鍵問題,我國北方地區(qū)人口和耕地面積分別占全國的