江西省縣域糧食生產(chǎn)地域格局變化研究

葉長(zhǎng)盛，朱傳民

（東華理工大學(xué)地球科學(xué)學(xué)院，江西撫州344000）

糧食安全是社會(huì)經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定和發(fā)展的物質(zhì)保證，一直是全球關(guān)注的熱點(diǎn)問題。在人口持續(xù)增加、工業(yè)化、城市化加速發(fā)展、耕地面積快速減少的背景下，糧食生產(chǎn)的區(qū)域環(huán)境和區(qū)域格局發(fā)生了重大變化[1]，保障糧食安全面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。自20世紀(jì)90年代中期以來，糧食生產(chǎn)空間格局變化研究逐漸成為我國(guó)學(xué)者關(guān)注的熱點(diǎn)。宏觀角度研究表明，我國(guó)傳統(tǒng)的“南糧北調(diào)”格局明顯地被“北糧南調(diào)”格局所取代[2,3]；糧食生產(chǎn)重心進(jìn)一步由南方向北方和由東部向中部推移，北方和中部地區(qū)成為新的增長(zhǎng)中心[4]，重心移動(dòng)的速率不斷增大[1]；糧食供需平衡以東西分異規(guī)律為主，其次是南北分異[5]，糧食優(yōu)勢(shì)省區(qū)有集中的趨勢(shì)[6]。區(qū)域角度的研究主要集中在東北[7]、江蘇[8]、河北[9]等地。這些研究為我國(guó)糧食生產(chǎn)政策的制定提供了重要依據(jù)。但現(xiàn)有糧食生產(chǎn)空間格局研究忽視了地理空間效應(yīng)及評(píng)價(jià)單元之間的相關(guān)性，研究方法主要以糧食產(chǎn)量比重變化為主，研究結(jié)果不能揭示深層次的糧食生產(chǎn)空間格局規(guī)律，運(yùn)用探索性空間數(shù)據(jù)分析（ESDA）方法來探討省域范圍內(nèi)縣域糧食生產(chǎn)空間格局變化規(guī)律的研究較為鮮見。為此，本文選取江西省91個(gè)縣域單元作為評(píng)價(jià)單元，運(yùn)用ESDA和GIS空間分析技術(shù)，探討江西省1980～2009年糧食生產(chǎn)的地域格局變化規(guī)律，為區(qū)域糧食生產(chǎn)布局與優(yōu)化、糧食安全政策的制定提供科學(xué)決策依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

江西省地處我國(guó)東南偏中部長(zhǎng)江中下游南岸，古稱“吳頭楚尾，粵戶閩庭”，乃“形勝之區(qū)”，范圍 24°29'14"N～30°04'41"N、113°34'36"E ～118°28'58"E，總面積 16.69×104km2。東鄰浙江、福建，南連廣東，西靠湖南，北毗湖北、安徽而共接長(zhǎng)江。全省氣候溫暖，日照充足，雨量充沛，年均降水量1341mm～1940mm，無霜期長(zhǎng)。境內(nèi)除北部較為平坦外，東西南部三面環(huán)山，中部丘陵起伏，成為一個(gè)整體向鄱陽湖傾斜而往北開口的巨大盆地。根據(jù)高程和地貌類型特點(diǎn)，將江西省劃分為4個(gè)糧食生產(chǎn)類型區(qū)，即湖區(qū)、平原區(qū)、低山丘陵區(qū)和高山丘陵區(qū)[10]（表1）。全省共設(shè)南昌、九江、景德鎮(zhèn)、萍鄉(xiāng)、新余、鷹潭、贛州、宜春、上饒、吉安、撫州等11個(gè)設(shè)區(qū)市，10個(gè)縣級(jí)市，70個(gè)縣，19個(gè)市轄區(qū)。

江西省是我國(guó)13個(gè)糧食主產(chǎn)?。▍^(qū)）之一，是我國(guó)南方所剩不多的三個(gè)主要糧食調(diào)出省之一[11]，也是《全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃（2009-2020年）》中確定的重點(diǎn)區(qū)域之一，有36個(gè)縣（區(qū)）被列入全國(guó)產(chǎn)糧大縣，江西糧食生產(chǎn)狀況對(duì)保障南方地區(qū)的糧食供應(yīng)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)協(xié)調(diào)發(fā)展發(fā)揮著重要作用。江西具有承東啟西、通南聯(lián)北的區(qū)位優(yōu)勢(shì)，是我國(guó)東部沿海發(fā)達(dá)地區(qū)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的主要承接地之一，必然加快江西省工業(yè)化、城市化的發(fā)展和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，致使耕地?cái)?shù)量快速減少，氣候變化等因素對(duì)糧食生產(chǎn)的約束日益突出，嚴(yán)重威脅到江西省乃至整個(gè)國(guó)家的糧食安全。開展江西省糧食生產(chǎn)地域格局變化研究對(duì)于確保區(qū)域糧食供需平衡和糧食安全、推動(dòng)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義。

表1 江西省不同糧食生產(chǎn)區(qū)范圍

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源及處理

本文來源于《江西統(tǒng)計(jì)年鑒（1991～2010年）》、《江西統(tǒng)計(jì)50年》。以2009年行政區(qū)劃為基準(zhǔn)，對(duì)行政區(qū)劃調(diào)整及名稱變更的單元進(jìn)行修正，將市轄區(qū)進(jìn)行歸并，如南昌市東湖區(qū)、西湖區(qū)、青云譜區(qū)、灣里區(qū)、青山湖區(qū)統(tǒng)一歸并為南昌市區(qū)。經(jīng)處理，空間尺度劃分為91個(gè)縣（市、區(qū)）。運(yùn)用ArcGIS9.2和GeoDa空間統(tǒng)計(jì)分析軟件，對(duì)江西省1980～2009年縣域糧食生產(chǎn)地域格局變化進(jìn)行分析。

2.2 研究方法

2.2.1糧食產(chǎn)量重心模型 重心模型是研究區(qū)域發(fā)展過程中要素空間變動(dòng)的重要分析工具。糧食生產(chǎn)受到自然條件與社會(huì)經(jīng)濟(jì)條件的影響，導(dǎo)致了糧食生產(chǎn)空間分布的不均衡，生產(chǎn)重心位置處于不斷變動(dòng)之中，重心的移動(dòng)反映了糧食生產(chǎn)的空間軌跡。糧食產(chǎn)量重心模型表示為[1,9]：

式中，Ti（i=1,2,3,…，n）表示第 i評(píng)價(jià)單元糧食產(chǎn)量；Pi（xi，yi）為該評(píng)價(jià)單元的地理中心坐標(biāo)；Pj（xi，yi）為糧食產(chǎn)量第j年的區(qū)域重心坐標(biāo)。

2.2.2空間自相關(guān)分析 空間自相關(guān)是用來描述區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)現(xiàn)象空間相互作用的一種空間統(tǒng)計(jì)方法，通過對(duì)事物或現(xiàn)象空間分布格局的描述與可視化，發(fā)現(xiàn)空間集聚和空間異常，揭示研究對(duì)象之間的空間相互作用機(jī)制，包括全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)[12]。

全局空間自相關(guān)是對(duì)屬性值在整個(gè)區(qū)域的空間特征的描述，常用Moran’s I來分析區(qū)域總體的空間關(guān)聯(lián)和空間差異程度。計(jì)算公式如下[13]：

式中：xi和xj分別是變量x在相鄰配對(duì)空間點(diǎn)的取值，是變量的平均值，wij是相鄰權(quán)重（若空間點(diǎn)i和j相鄰，wij=1，否則 wij=0），n 是空間點(diǎn)總數(shù)。Moran’s I系數(shù)的取值為[-1，1]，小于0表示負(fù)相關(guān)，等于0表示不相關(guān)，大于0表示正相關(guān)。

局部空間自相關(guān)可以測(cè)度一個(gè)局部小區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值的空間異質(zhì)性，推算出集聚地空間位置和范圍。用局部Moran’s I統(tǒng)計(jì)量（LISA）和Moran散點(diǎn)圖來揭示各個(gè)區(qū)域單元空間自相關(guān)的程度。局部Moran指數(shù)計(jì)算公式為[14,15]：

當(dāng)Ii≥E(Ii)時(shí)，表明第i個(gè)地理單元周圍有一種相似屬性值的空間集聚現(xiàn)象，即空間正相關(guān)現(xiàn)象；當(dāng)Ii＜E(Ii)時(shí)，表明第i個(gè)地理單元與其周圍區(qū)域的屬性值差別較大，即存在著一種空間負(fù)相關(guān)現(xiàn)象。

Moran散點(diǎn)圖定性區(qū)分出每個(gè)地區(qū)與其周邊地區(qū)屬性值間的相互關(guān)系，分為4個(gè)象限，分別對(duì)應(yīng)于縣域單元與其鄰縣的4種類型的局部空間聯(lián)系形式：第1象限表示高高集聚（HH型）；第2象限表示低高集聚（LH型）；第3象限表示低低集聚（LL型）；第4象限表示高低集聚（HL型）。

3 結(jié)果與分析

3.1 江西省糧食生產(chǎn)總體特征

1980年以來，江西省糧食總產(chǎn)量和人均糧食總體均呈增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)（圖1）。2009年全省糧食產(chǎn)量為2002.56萬t，是1980年的1.61倍，年均增長(zhǎng)率為1.67%。人均糧食由1980年的379.19kg/人，增至2009年的451.83kg/人，年均增長(zhǎng)率0.61%。

從各糧食產(chǎn)區(qū)看（圖2），低山丘陵區(qū)糧食產(chǎn)量所占比重最大，但比重近30a僅提高了0.25%，湖區(qū)和平原區(qū)所占比重則分別提高了1.85%和2.83%，而高山丘陵區(qū)所占比重降低了4.93%，江西省糧食生產(chǎn)向湖區(qū)和平原區(qū)集中分布的趨勢(shì)明顯。

圖1 江西省1980～2009年糧食產(chǎn)量變化圖

圖2 江西省不同糧食產(chǎn)區(qū)糧食產(chǎn)量分布

從糧食生產(chǎn)縣域分布來看（表2），1980年糧食產(chǎn)量20萬t以上的縣域?yàn)?4個(gè)，2009年達(dá)46個(gè)，糧食產(chǎn)量占全省總產(chǎn)量的比重由34.05%增至78.70%。1980～2009年，產(chǎn)量50萬t以上的縣域由1個(gè)增至10個(gè)，比重由4.37%增至30.96%；產(chǎn)量40～50萬t、30～40萬t的縣域分別由1個(gè)、3個(gè)增至4個(gè)、8個(gè)，比重由3.66%、8.73%增至8.06%、12.49%；產(chǎn)量20～30萬t的縣域由9個(gè)增至24個(gè)，比重由17.30%增至27.19%。36個(gè)國(guó)家產(chǎn)糧大縣糧食產(chǎn)量比重則由1980年的58.76%增至2009年67.50%。江西省糧食生產(chǎn)向產(chǎn)糧大縣集中，且隨時(shí)間推移，趨勢(shì)愈來愈明顯。

3.2 總體空間差異

從表3的計(jì)算結(jié)果可知，江西省糧食生產(chǎn)全局Moran’s I從1980年的0.2076，增加到2009年的0.3025，整個(gè)研究期內(nèi)全局Moran’s I估計(jì)值全部為正，且總體趨勢(shì)在不斷增加，顯著性水平都小于0.05。這表明，1980年以來江西省的縣域糧食生產(chǎn)在空間分布上具有明顯的正相關(guān)性，即相鄰縣域間存在相互影響，呈現(xiàn)出空間上的集中分布，即高高集聚（HH型）、低低集聚（LL型），隨著時(shí)間的推移，糧食生產(chǎn)相似的縣域的空間集聚表現(xiàn)出逐漸增強(qiáng)的趨勢(shì)。

表2 1980-2009年江西省糧食生產(chǎn)縣域分布

表3 江西省糧食生產(chǎn)GlobalMoran’s I估計(jì)值

3.3 局部空間差異

根據(jù)江西省縣域糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)，得到江西省1980、1990、2000和2009年糧食生產(chǎn)的Moran散點(diǎn)圖（圖3），統(tǒng)計(jì)出4種空間聯(lián)系類型的單元數(shù)，括號(hào)中的數(shù)值表示在p=0.05顯著性水平下的單元數(shù)（表4）。近30年來，位于HH和LL象限的縣域數(shù)量由45個(gè)增至65個(gè)，1980、1990、2000和2009年位于HH和LL象限的縣域分別占總單元數(shù)的49.45%、59.34%、58.24%和71.43%，表明江西省糧食生產(chǎn)在局域范圍內(nèi)具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，局部集聚格局顯著，且在研究期內(nèi)集聚能力不斷增強(qiáng)。

圖3 江西省糧食生產(chǎn)Moran散點(diǎn)圖 (1980-2009)

將Moran散點(diǎn)圖與LISA顯著性水平相結(jié)合，可以得出5%顯著性水平下的LocalMoran’s I圖（圖4），可以進(jìn)一步分析各縣域糧食生產(chǎn)的空間自相關(guān)程度。

圖4反映出1980-2009年江西省糧食生產(chǎn)地域格局分布及其演變過程：①顯著的高高（HH）類型區(qū)，局部高值聚集類型，在研究期內(nèi)分布較為穩(wěn)定，以鄱陽湖平原南部地區(qū)為中心集中分布，南昌縣、進(jìn)賢縣、高安市、樟樹市、豐城市、新干縣、余干縣、撫州市區(qū)、東鄉(xiāng)縣一直處于該區(qū)，上高縣在1980、1990和2000年，崇仁縣在1990年、2009年，樂安縣在2000年分別落入該區(qū)。該區(qū)位于鄱陽湖平原，是江西省傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)區(qū)，生產(chǎn)條件優(yōu)越，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施較為完善。②顯著的低低（LL）類型區(qū)，局部低值聚集類型，分布的縣域很少。僅包括1980年的湖口縣和2000年的湖口縣、星子縣、永修縣。該類型處于鄱陽湖湖區(qū)，糧食生產(chǎn)受洪澇災(zāi)害影響較大。③顯著的低高（LH）類型區(qū)，分布的縣域較少。1980年包括九江縣、萬年縣、崇仁縣和井岡山市；1990年包括九江縣、樂安縣和井岡山市；2000年與1980年分布一致；2009年包括九江縣、萬年縣、井岡山市和南昌市區(qū)。這類“凹點(diǎn)”主要分布在糧食生產(chǎn)較高的縣的周圍。④顯著的高低（HL）類型區(qū)，1980年、1990年和2009年包括樂平市和信豐縣，2000年僅有樂平市落入該區(qū)。這類“凸點(diǎn)”處于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較周圍縣的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)較好的區(qū)域，如信豐縣雖處于贛南山區(qū)，但境內(nèi)低丘盆地面積較大，與南雄盆地相連，耕地面積較大，糧食生產(chǎn)條件良好。

表4 江西省糧食生產(chǎn)4種類型空間聯(lián)系的單元數(shù)及顯著單元數(shù)（p=0.05）

圖4 江西省糧食生產(chǎn)LISA聚集圖（p=0.05）

3.4 糧食生產(chǎn)重心變化

利用公式（1）可以計(jì)算出江西省糧食生產(chǎn)重心及變化，結(jié)果如圖5。江西省糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)范圍較小，一直在豐城市境內(nèi)移動(dòng)。2009年與1980年相比較，向東北方向偏移了2.09km，偏移位置很小。這主要是由于鄱陽湖平原區(qū)糧食生產(chǎn)占全省的比重較高，且呈增加趨勢(shì)。高山丘陵區(qū)糧食生產(chǎn)比重持續(xù)下降，共同造成了江西省糧食生產(chǎn)重心微弱東北移動(dòng)。重心模型的分析結(jié)果與空間自相關(guān)分析的結(jié)果一致，即江西省糧食生產(chǎn)集中于鄱陽湖平原南部，表現(xiàn)出一定的空間集聚性。

圖5 江西省糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移（1980-2009）

3.5 糧食生產(chǎn)空間格局變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

影響糧食生產(chǎn)空間格局變化的主要因素包括自然因素和社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入因素。自然條件對(duì)糧食產(chǎn)量具有一定的影響，但空間和時(shí)間尺度具有波動(dòng)性，而社會(huì)經(jīng)濟(jì)投入相對(duì)比較穩(wěn)定。因此，本文選擇了從事農(nóng)林牧漁業(yè)人員、糧食播種面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、有效灌溉面積、化肥使用量、農(nóng)藥使用量、農(nóng)業(yè)用電量、地膜使用量、農(nóng)村居民純收入等9個(gè)主要影響因素，利用91個(gè)評(píng)價(jià)單元糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)與9個(gè)主要影響因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，分別得出2000、2005和2009年糧食產(chǎn)量與各因素之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)（圖6）。

圖6 不同年份江西省糧食生產(chǎn)空間格局的影響因素

從圖6可知，糧食作物播種面積和有效灌溉面積是影響2000-2009年糧食生產(chǎn)空間格局的最主要的兩個(gè)因素，2009年關(guān)聯(lián)系數(shù)分別為0.8617和0.7604，其次是農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力和化肥使用量，地膜使用量和農(nóng)村居民人均純收入對(duì)糧食生產(chǎn)空間格局影響相對(duì)較小。2000-2009年間各因素對(duì)糧食生產(chǎn)格局的影響程度基本保持穩(wěn)定，說明由生產(chǎn)資料投入引起糧食產(chǎn)量空間格局變化的程度在逐漸縮小。

4 結(jié)論

探索性空間數(shù)據(jù)分析方法（ESDA）能揭示一般截面分析或時(shí)序分析所沒能揭示或忽略的信息，較好地解決了區(qū)域之間的空間關(guān)系問題，真正反映區(qū)域差異變化的空間特征，為區(qū)域空間變量差異的定量分析提供了有力支撐。本文通過運(yùn)用ESDA和GIS技術(shù)，分析了1980-2009年江西省縣域糧食生產(chǎn)的地域空間格局及其演變過程，主要結(jié)論如下：

（1）研究期內(nèi)江西省糧食總產(chǎn)量、人均糧食穩(wěn)步增加，糧食生產(chǎn)向產(chǎn)糧大縣、湖區(qū)和平原區(qū)集中分布。

（2）近30a糧食生產(chǎn)重心一直在豐城市境內(nèi)，略微向東北方向偏移2.09km。

（3）1980-2009年江西省縣域單元糧食生產(chǎn)具有明顯的正相關(guān)性，全局空間自相關(guān)系數(shù)逐漸增加，糧食生產(chǎn)存在顯著的空間聚集分布，空間集聚能力逐漸增強(qiáng)。

（4）1980、1990、2000和2009年位于HH和LL象限的縣域分別占總單元數(shù)的49.45%、59.34%、58.24%和71.43%，局部集聚格局顯著，集聚能力不斷增強(qiáng)；糧食生產(chǎn)局部空間集聚顯著高產(chǎn)區(qū)（HH）以鄱陽湖平原南部地區(qū)為中心，包括南昌縣、進(jìn)賢縣、高安市、樟樹市、豐城市、新干縣、余干縣、撫州市區(qū)、東鄉(xiāng)縣,顯著低產(chǎn)區(qū)（LL）縣域較少，僅包括1980年的湖口縣和2000年的湖口縣、星子縣、永修縣。

（5）影響江西省糧食生產(chǎn)空間格局變化的主要因素是糧食播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥使用量等。

糧食生產(chǎn)的地域格局特征對(duì)于糧食生產(chǎn)政策的制定具有重要的參考價(jià)值。糧食生產(chǎn)要因地制宜、分區(qū)管理，加大耕地資源的保護(hù)力度，提高農(nóng)業(yè)科技水平，注重糧食生產(chǎn)投入要素的利用效率。

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