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2000年～2015年江汉平原粮食生产的时空格局及影响因素

范文

余瑞林马宗良

摘要：粮食安全关系国计民生。以江汉平原19个县域单元为研究对象，以2000年～2015年粮食产量数据为基础，采用GIS空间分析和数理统计分析方法，对江汉平原粮食生产的时空格局及演变规律进行研究，进而探讨其影响因素。结论如下：（1）江汉平原粮食产量持续增长，空间集聚日益加强，粮食高产区集中在平原东部地区，低产区分布较散，日趋边缘化；（2）江汉平原粮食生产重心呈现出东进南移趋势，空间格局趋于稳定；（3）推进形成江汉平原粮食生产空间格局的影响因素主要包括耕地资源的时空变化、农业机械化水平的提升、农业从业人口的流失以及城镇化、工业化的冲击等。

关键词：江汉平原；时空格局；粮食生产；耕地

中图分类号：K921 文献标识码：A

粮食安全关系国计民生，党的十九大报告明确提出要确保国家粮食安全，把中国人的饭碗牢牢端在自己手中。粮食生产作为粮食安全的核心问题，历来是学术界关注的焦点。已有的研究成果主要涉及宏观的全球[1-2]、全国尺度[3-5]和中微观的省域[6-7]、流域尺度[8-9]，研究内容则集中在粮食生产格局的时空演变[2-9]、影响因素[6-8]、安全评价[9]等。这些研究成果为掌握粮食生产的时空演进规律、揭示其内部驱动机制、优化粮食生产布局、制定粮食安全政策提供了科学依据。

江汉平原位于湖北省中部，人口密集，物产丰富，素有“湖广熟、天下足”之誉，是我国重要的商品粮生产基地，在维护我国粮食安全中具有重要地位和重大意义。现有研究成果多聚焦于从耕地资源[10]、农户行为[11]、土地利用[12]等单一视角来分别揭示江汉平原粮食生产的影响机制，关于江汉平原粮食生产的综合研究相对较少。本研究基于县域单元尺度，系统分析2000年～2015年江汉平原粮食生产的时空格局及演进规律，从耕地变化、农业机械化发展等视角揭示其驱动机制，为江汉平原粮食生产提供合理建议，为全国粮食安全研究提供区域样本。

1 研究区概况、研究方法及数据来源

1.1 研究区概况

江汉平原位于长江中游、汉江中下游，湖北省中南部，包括荆州市的荆州区、沙市区、江陵县、公安县、监利县、石首市、洪湖市、松滋市、孝感市的汉川市、应城市、荆门市的沙洋县、京山县、钟祥市、武汉市的蔡甸区、襄阳市的宜城市、宜昌市的枝江市以及仙桃市、天门市、潜江市共19个县级行政单元（图1），江汉平原湖泊星罗，水网交织，土壤肥沃，是全国重要的商品粮基地，也是国家层面的农产品主产区。根据《全国优势农产品区域布局规划（2008年～2015年）》，江汉平原属于长江流域水稻优势区，水稻是江汉平原最具代表性的粮食作物。因此，本研究以水稻产量为核心指标考察江汉平原的粮食生产格局。

1.2 研究方法

（1）变异系数

变异系数又称“标准差率”，是衡量数据中各观测值变异程度的一个统计量。标准差与平均数的比值称为变异系数，记为C.V。公式如下：

变异系数越小，变异（偏离）程度越小，风险也就越小；反之，变异系数越大，变异（偏离）程度越大，风险也就越大。本文采用变异系数考察江汉平原粮食生产的离散程度。

（2）空间洛伦兹曲线与集中化指数

空间洛伦兹曲线是将样本频率高低排序，依次计算累积百分比，横轴表示样本数，纵轴表示累积百分比，绘制空间洛伦兹曲线，用来表示空间差异状况，并可进行空间差异比较，是研究地理要素区域分布的重要指标和方法。洛伦兹曲线与对角线的偏离程度可以反映样本在空间上的聚集程度[13]，并依此计算集中化指数：

式中，I为集中化指数，A为样本数据的累积百分比总和，M为集中分布时的累积百分比总和，R为均匀分布时的累积百分比总和。I取值在0-1之间，I趋近于1时，样本在空间的聚集程度高，I趋近于0时，样本在空间的分布趋向于均匀。本文运用空间洛伦兹曲线和集中化指数揭示江汉平原粮食生产的集中程度。

（3）重心测算

假设一个区域由n个次级区域单元组成，其中，第i个次级区域单元中心的地理坐标为（xi，yi），mi为该次级区域单元某种地理现象的属性量值，则该属性地理现象的区域重心坐标为[14，15]：

由于重心的位置会受到不同地理现象发展的影响，因此当重心出现了空间上的变化时会向作用力大的影响方向移动，其移动方向即为空间格局变化的方向。本文以粮食产量为属性值mi，测算历年粮食生产重心，分析江汉平原粮食生产重心的时空变迁。

（4）空间自相关分析

地理空間自相关方法可以确定变量是否在空间上相关，其相关程度如何，并对某一地理变量空间分布中相邻位置间的相关性进行检验。空间自相关指数MoranI主要探索属性数据值在整个区域分布上空间趋同特征的强弱，公式如下[16]：

式中：I为Moran指数；n为研究区域内空间单元总数；wij空间权重矩阵；xi为区域i的观测值。Moran指数I的取值一般在-1～1之间，小于0表示负相关，等于0表示不相关，大于0表示正相关。对于Moran指数，可以用标准化统计量Z来检验n个区域是否存在空间自相关关系，Z的计算公式为：

根据（5）式计算检验统计量，对空间自相关关系进行显著性检验，显著性水平可由标准化Z值的P值检验来确定。在0.05的置信水平下，|Z|=1.96，当Z大于1.96时，观测值呈现高-高聚集和低-低聚集的趋同分布格局；当Z小于-1.96时，观测值呈现高-低聚集和低-高聚集的空间异常格局；当|Z|小于1.96时，要素在区域的自相关性不显著，观测值在区域呈独立随机分布。本文采用Moran指数揭示江汉平原粮食生产的空间自相关关系。

1.3 数据来源

江汉平原粮食产量数据、耕地面积数据、农业机械化总动力数据和农业从业人口数据均来源于2001年～2016年《湖北省农村统计年鉴》，部分年份荆州市的荆州区和沙市区因行政区划调整带来的分区数据缺失参照荆州区和沙市区的耕地及农业人口比例进行分拆修正；江汉平原县级行政区划空间数据来源于湖北省基础地理信息中心。

2 江汉平原粮食生产的时空演化

2.1 时序变化

（1）粮食产量持续增长

2000年～2015年江汉平原粮食产量从6.6×106t增长到8.0×106t，增幅为21.6%。分阶段考察，2000年～2005年粮食产量增幅为3.7%，2006年～2010年增幅最高，达到10.4%，2011年～2015年增速略有下降为6.3%。综合来看，2000年～2015年江汉平原粮食产量增速经历了由慢到快再放缓的过程，呈现出低-高-中的增速变化。

（2）粮食生产县域差距有所扩大，集中度提高

以县域单元为单位，分别核算2000年～2015年江汉平原分县粮食产量的变异系数（表1），发现其总体呈现上升趋势，2000年变异系数为0.52，2005年回落为0.48，但到2015年大幅增长至0.69，即江汉平原粮食产量的内部差异在增大，粮食产量最大与最小的县域单元之间的差距日益扩大，2000年县域最大差距为7.98×105t，而到了2015年，这一差距增长到1.29×106t，扩大了61%，说明江汉平原粮食生产的区域不平衡问题日益突出。

采用集中化指数考察江汉平原粮食产量的集中程度，2000年集中化指数为0.28，2015年增长至0.37，集中化指数虽然在2005年略有回落，但总体仍呈明显的上升趋势，其走向变化与变异系数基本保持同步，说明江汉平原粮食生产的集聚化程度逐步提升，粮食生产日益集中于少数县域单元，粮食生产的集聚程度日益强化，这与变异系数的分析结论区域差异在扩大也是基本一致的。

2.2 空间演变

2.2.1 粮食生产集中在监利、沙洋、仙桃等地

横向比较历年来江汉平原县域单元粮食产量发现，监利县、沙洋县、仙桃市、洪湖市、钟祥市等地的粮食产量一直维持在较高水平，绘制2015年江汉平原粮食产量的空间洛伦兹曲线（图2），可见这5个县域单元在2015年的粮食产量占江汉平原粮食总产量的55.07%，在粮食生产中占有举足轻重的地位，沙市区、蔡甸区、荆州区等县域单元的粮食产量一直处于相对较低的水平，且在逐年下降，农业生产的功能趋于弱化。

2.2.2 形成较稳定的粮食高产、中产和低产区格局

根据图3的粮食生产格局演变，根据科学性及实用性原则，分别以5×105t 和2×105t为界划分粮食高产区、中产区和低产区，可将江汉平原19个县域单元划分为粮食高产区、粮食中产区和粮食低产区。粮食高产区主要包括监利县、沙洋县、仙桃市、洪湖市、钟祥市、公安县、天门市、汉川市、京山县9个县域单元；粮食中产区则有枝江、松滋、石首、江陵、潜江、宜城、应城7个县域单元，荆州区、沙市区和蔡甸区3个县域单元则属于粮食低产区。

2.2.3 粮食生产由相对均衡到相对集聚

比较2000、2005、2010、2015四个时间节点的江汉平原粮食生产格局（图3）。2000年，粮食高产区主要集中在江汉平原西部和南部，共有6个县域单元，粮食生产相对均衡；2005年，粮食高产区仍维持在西部和南部，但在南部增加了洪湖市，共有7个县域单元；2010年，高产区进一步延展，京山县、天门市进入高产阵营，北部、东部和南部形成一个连续的粮食高产带；到2015年，江汉平原东缘的汉川市也达到粮食高产标准，这个连续的粮食高产带进一步强化，而江汉平原西部的高产区一直维持在2000年初的格局，甚至荆州区由中产区掉落为低产区。由此可见，江汉平原粮食生产的空间格局由2000年左右的相对均衡，经过多年的发展培育，不断向东相对集聚，形成一个较为明显的北-东-南粮食高产带。

2.2.4粮食生产增速的区域差异显著

根据江汉平原县域粮食产量增长率，以时段为轴线，将19个县域单元划分为四类（图4）：a持续增长类，包括钟祥市、京山县、沙洋县、天门市、漢川市、仙桃市、洪湖市共7个县（市）；b持续下降类，包括荆州区、沙市区、松滋市3个市（区）；c先降后增类，包括枝江市、潜江市、公安县、监利县4个县（市）；d先增后降类，包括宜城市、应城市、蔡甸区、江陵县、石首市5个县域单元。其中，粮食产量增速波动较大的则有汉川市、蔡甸区、荆州区、潜江市、沙市区、公安县、江陵县等县域单元。

2.2.5 粮食生产重心跳跃式向东迁移

考察历年来江汉平原粮食生产的重心，绘制成重心移动轨迹图（图5），2000年江汉平原粮食生产的重心位于潜江市广空农场附近（112°46′30″E，30°25′57″N）；2005年重心向东北向偏移到黄家岭与赵家台交界地区（112°48′16″E，30°26′51″N）；2010年重心则向东南偏移，由交界处往赵家台方向偏（112°48′53″E，30°26′19″N）；至2015年则出现向东南的大幅移动，由周矶街道办事处转移到园林街道办事处（112°50′20″E，30°25′17″N）。综合来看，2000年～2015年江汉平原粮食生产的重心一直在潜江市北部振荡迁移，总体呈现跳跃式向东迁移的趋势。

2.2.6 粮食生产的全局空间自相关不显著、局部空间自相关较显著

江汉平原县域单元粮食产量的全局MoranI 指数均趋近于0，由2000年的-0.0435变化为2015年的0.0009，始终在0值附近变动，且Z值均小于1.96，P值未通过显著性检验，显著性均在30%以下（表2）。即江汉平原粮食产量在空间分布上呈现出一定的随机性，这主要是因为各县域单元邻近区域生产水平存在差异性，并无显著的空间关联。江汉平原粮食产量的全局MoranI指数虽然一直在0值上下波动，但由负转正，说明江汉平原粮食生产正由不显著的负相关向不显著的正相关过渡。

全局自相关反映要素在空间上受到的整体影响程度，并不能识别某一单元与相邻单元之间的空间影响模式。而粮食生产所受的空间区域影响完全一致的情况非常少见，因此存在着空间异质性，即不同水平与性质的空间自相关。当空间过程表现为非平稳状态时，全局指数会掩盖局部区域的不稳定性。采用局部空间自相关指标（LISA）进一步揭示江汉平原各县域单元粮食产量与邻近单元粮食产量的相关程度。应用GeoDa软件，采取Rook方式构造空间权重，即当两个地理单元在空间上存在相邻关系时，空间权重系数取值为1，当两个地理单元在空间上不存在相邻关系或者两个单元相等时，空间权重系数取值为0，选取2000、2005、2010、2015年四个年份的粮食产量进行局部自相关分析，生成LISA聚集图（图6），并利用Moran散点图对四个象限的描述进行地图的空间视图表达，将全域分成HH（高高）、HL（高低）、HL（低高）、低低（LL）四种空间类型。

2000年以来江汉平原的粮食产量呈现出一定程度的局部空间自相关性，区域高产区集聚趋势明显HH（高高）和LL（低低）的比重逐步提高，表明江汉平原粮食生产随时间变化逐步趋于集聚。从空间演变过程而言，高产区一直分布在江汉平原东部地区，以洪湖市为中心，周边集聚着高产区，而低产区集中分布在平原西侧，高低产区之间的产量差异也逐年扩大。上述研究表明，江汉平原粮食高产区向东部和南部聚集现象明显，相对低产区向西部聚集现象明显，呈现出“东多西少”的格局。

3 江汉平原粮食生产时空格局的影响因素

3.1 耕地资源的时空变迁

2000年～2015年江汉平原耕地面积从1.13×106hm2增加至1.41×106hm2，耕地面积在16年间增长了24.73%（图7）。除蔡甸区、枝江市、仙桃市耕地面积有小幅减少外，江汉平原其余县市均呈现增长态势，其中监利县耕地面积增长最多，共增长了5.99×104hm2，各区县中耕地面积增长较多的还有洪湖市、公安县、江陵县和松滋市，2000年～2015年间分别增长4.94×104hm2、2.72×104hm2、2.62×104hm2和2.48×104hm2。仙桃市耕地面积则减少最多，共减少3.70×103hm2。在国家重点建设江汉平原商品粮基地的背景下，湖北省创建以武汉为中心的“中部种都”，从2012年开始种植业集群建设，同时在荆门“中国农谷”等地建设区域性的特色作物种子（苗）研发和加工基地，通过多种措施确保快速城镇化背景下耕地面积稳步增长。耕地面积的增加是粮食产量增长的基本保障，江汉平原东部耕地面积增长速度高于西部，推动了粮食生产格局和重心向东迁移。

3.2 农业机械化水平的提升

农业机械化对于农业生产有着十分重要的积极意义，是满足各项需求、提升农业的综合竞争力以及实现农民效益的增收的重要途径。2000年江汉平原农业机械总动力为5.72×106kw，其中位于江汉平原东部及北部的钟祥市、天门市、监利县、仙桃市4个县域单元总占比达39.56%。至2015年，江汉平原农业总机械动力增加至1.76×107kw，其中钟祥市、天门市、监利县、仙桃市仍保持着较高的机械化水平，4个县域单元总占比37.29%。其他县域单元机械化水平有所提升，如沙洋县、京山县等地，占比分别上升1.97%、3.20%。由此可见，钟祥、天门、监利、仙桃等农业机械化水平较高的县域单元对周边产生辐射作用，带动东部粮食高产区机械化的发展，对江汉平原的粮食生产重心的“东进”产生了重要影响。

3.3 农业从业人口的流失

随着城镇化进程的加速，大量人口向城市集中，农业从业人口不断流失，对农业生产造成了较大的影响。江汉平原农业从业人口由2000年的592.74万人减少到2015年的389.51万人，降幅高达34.29%。其中江汉平原西部的县域单元降幅大于东部，如松滋市、石首市、枝江市、沙洋县等县域单元的农业从业人口降幅均大于45%，而东部县域单元如应城市、蔡甸区、仙桃市、洪湖市、潜江市等农业从业人口的降幅则相对较小，多在25%以下。即江汉平原东部的农业从业人口数量相对西部更加稳定，使得江汉平原东部逐步成为粮食生产的核心地带，也推动粮食生产的重心自西向东迁移。

3.4 城镇化与工业化的冲击

江汉平原农业社会发展历史悠久，水资源、土地资源、人力资源相对丰富，在工业社会的发展优势亦十分明显。江汉平原是湖北省重要的城鎮化和工业化发展区，《湖北省主体功能区规划》城镇空间战略格局“一主两副、两纵两横”中的“长江暨沪汉渝高速公路城镇发展复合轴”从江汉平原穿境而过，江汉平原19个县域行政单元有6个国家级重点开发区、3个省级重点开发区，这些重点开发区有一定经济基础，资源环境承载能力强，发展潜力较大，集聚人口和经济的条件较好，规划重点进行工业化、城镇化开发。这些县域单元功能划分和发展定位的转变对江汉平原粮食生产能力产生重大的冲击。

4 结论与讨论

（1）粮食安全关系国计民生，江汉平原作为国家重要的商品粮生产基地，其粮食生产的时空格局变化规律对保障国家粮食安全具有重要意义。研究表明，21世纪以来，江汉平原粮食生产持续增长，粮食产量从6.6×106t增长到8.0×106t，增幅为21.6%。江汉平原粮食生产的持续稳定增长对保障国家粮食安全发挥了重要作用。

（2）江汉平原粮食生产的地域差异较为显著，形成较为稳定的“东多西少”的粮食生产格局，粮食生产的空间集聚水平日益加强。江汉平原粮食生产的集中化趋势有助于集中力量组织扩大粮食生产，优化粮食生产结构等，但粮食生产的集聚导致对少数地域的过度依赖对于保障区域粮食安全、抗击自然灾害风险是相对不利的，且江汉平原东部也是武汉城市圈的核心圈层，仙桃、天门、潜江、蔡甸等地快速城市化的推进将对其粮食生产带来较大的干扰。

（3）粮食生产受诸多因素影响，通常包括自然地理环境格局、耕地资源数量、农业机械化水平、农业从业人口和城镇化与工业化进程等。研究表明，耕地资源时空变化是江汉平原粮食生产空间格局形成的基本因素，农业机械化水平的提升则强化了江汉平原粮食生产空间格局，农业从业人口的流失和城镇化与工业化的冲击都对江汉平原粮食生产时空格局带来了较大的影响。

（4）江汉平原作为鱼米之乡富饶之地，素有“湖广熟、天下足”的美誉，进入21世纪以来，江汉平原既是国家重要的商品粮生产基地、国家级农产品主产区，同时也是长江经济地、武汉城市圈的重要组成部分，在快速城市化、工业化的进程中，粮食生产与城市发展、工业生产同步推进，相互不可避免的产生冲击和影响。江汉平原粮食生产格局日益集中，粮食生产重心向东迁移等将对江汉平原粮食安全带来较大风险。在未来发展中，应理清江汉平原粮食生产与工业化城市化的关系，坚持主体功能区划，结合区域资源环境现状、土地利用与人口格局以及政策制度等因素，推进江汉平原粮食生产格局的均衡稳定发展。

參考文献：

[1] 王頔. 世界粮食安全问题分析[J]. 河南农业，2016，（17）：124-125.

[2] 赵霞，封志明，杨艳昭. 1961年至2007年全球粮食生产的时空演变特征与地域格局[J]. 资源科学，2010，32（5）：907-916.

[3] 金涛. 中国粮食生产时空变化及其耕地利用效应[J]. 自然资源学报，2014，29（6）：911-919.

[4] 孙通，封志明，杨艳昭. 2003-2013年中国县域单元粮食增产格局及贡献因素研究[J]. 自然资源学报，2017，32（2）：177-185.

[5] 徐海亚，朱会义. 基于自然地理分区的1990-2010年中国粮食生产格局变化[J].地理学报，2015，70（4）：582-590.

[6] 周立青，程叶青. 黑龙江省粮食生产的时空格局及动因分析[J].自然资源学报，2015，30（3）：491-501.

[7] 屈艳辉，李二玲，范訸嘉. 河南省县域粮食生产格局演化及影响因素[J]. 地域研究与开发，2017，36（3）：148-153.

[8] 高军波，刘彦随，张永显. 1990年～2012年淮河流域粮食生产的时空演进及驱动机制[J]. 水土保持通报，2016，36（03）：179-185.

[9] 潘佩佩，杨桂山，苏伟忠，等. 太湖流域粮食生产时空格局演变与粮食安全评价[J]. 自然资源学报，2013，28（6）：931-943.

[10] 曹隽隽. 江汉平原耕地质量与粮食生产能力时空耦合研究[D]. 武汉：华中师范大学，2013.

[11] 王嫚嫚，刘颖，蒯昊，等. 土地细碎化、耕地地力对粮食生产效率的影响——基于江汉平原354个水稻种植户的研究[J]. 资源科学，2017，39（8）：1488-1496.

[12] 蔡银莺，罗成. 江汉平原耕地资源生态安全状况及空间集聚格局[J]. 华中农业大学学报：社会科学版，2015，（5）：110-120.

[13] 张耀光，刘锴，王圣云，等. 中国和美国海洋经济与海洋产业结构特征对比——基于海洋GDP中国超过美国的实证分析[J].地理科学，2016，36（11）：1614-1621.

[14] 杜国明，刘彦随，刘阁.黑龙江省近30年来粮食生产变化及增产因素分析[J]. 农业现代化研究，2014，35（05）：519-524.

[15] 赵哈林，赵学勇，张铜会，周瑞莲. 北方农牧交错带的地理界定及其生态问题[J]. 地球科学进展，2002，17（05）：739-747.

[16] 刘纪远，匡文慧，张增祥，等. 20世纪80年代末以来中国土地利用变化的基本特征与空间格局[J]. 地理学报，2014，69（01）：3-14.

Abstract： Food security concerns national economy and people's livelihood. Taking 19 units of county units in Jianghan Plain as the research object， based on the grain yield data of Jianghan Plain from 2000 to 2015， this paper studies the spatial and temporal changes of grain production in Jianghan Plain through GIS spatial analysis methods and mathematical statistics methods， and then discusses its influencing factors. The conclusions are as follows：（1）the grain production in jianghan plain continues to increase， the spatial agglomeration is increasingly intensified， and the high grain producing areas are concentrated in the eastern part of the plain， and the distribution of low-producing areas is scattered and increasingly marginalized；（2）the center of gravity of grain production in jianghan plain shows the trend of moving eastward and southward， and the spatial pattern tends to be stable；（3）the factors influencing the spatial pattern of food production in the Jianghan Plain include the temporal and spatial changes of cultivated land resources， the improvement of the level of agricultural mechanization， the loss of the agricultural workforce， and the impact of urbanization and industrialization.

Key words： Jianghan Plain； grain production； spatio-temporal pattern； farmland

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