甘肅省玉米生產(chǎn)空間格局變遷及驅(qū)動(dòng)因素——基于全膜雙壟溝播技術(shù)的視角

王海鴻，吳頔

(蘭州大學(xué)管理學(xué)院，蘭州730000)

0 引言

旱作農(nóng)業(yè)是中國農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中極為重要的組成部分。中國旱地面積占總耕地面積的52%，全國糧食生產(chǎn)面積的2/3為旱地，特別是北方旱作區(qū)占全國水資源的19%，卻生產(chǎn)了全國糧食總產(chǎn)量的46%。隨著中國工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進(jìn)，發(fā)達(dá)地區(qū)尤其是東南沿海地區(qū)耕地面積出現(xiàn)趨勢性減少，灌溉農(nóng)田面積下降，導(dǎo)致全國糧食生產(chǎn)重心向北方旱作區(qū)轉(zhuǎn)移，糧食生產(chǎn)的空間格局發(fā)生了根本性轉(zhuǎn)變，由“南糧北運(yùn)”轉(zhuǎn)向“北糧南運(yùn)”。與全國糧食生產(chǎn)空間格局調(diào)整的進(jìn)程相并行，甘肅省糧食生產(chǎn)的空間格局也發(fā)生了重大變動(dòng)。尤其是隴中旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，由于極度缺水被稱為“苦甲天下”，原先為糧食調(diào)入?yún)^(qū)和國家級貧困縣的集中分布區(qū)，近年來逐步成為全省糧食的主產(chǎn)區(qū)、調(diào)出區(qū)和新的商品糧基地。對甘肅省糧食生產(chǎn)格局調(diào)整的背景、原因、進(jìn)程以及驅(qū)動(dòng)因素的分析為本研究主線。

甘肅省是中國西北地區(qū)重要的生態(tài)屏障區(qū)、扶貧攻堅(jiān)區(qū)和糧食自給區(qū)，自然條件嚴(yán)酷，農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)薄弱，長期以來農(nóng)業(yè)生產(chǎn)一直處于“年年抗旱、年年受旱”的被動(dòng)局面。全省86個(gè)縣(市、區(qū))中有67個(gè)屬于旱作農(nóng)業(yè)區(qū)，70%的耕地是山旱地，近80%的農(nóng)村人口生活在干旱半干旱地區(qū)，是一個(gè)典型的水資源嚴(yán)重短缺的旱作農(nóng)業(yè)省份。自2003年全膜雙壟溝播技術(shù)示范推廣以來，不僅有效地?cái)U(kuò)大了玉米等高產(chǎn)作物的種植區(qū)域，而且大幅度地提高了單產(chǎn)水平，極大地增強(qiáng)了旱作農(nóng)業(yè)的穩(wěn)定性和可控性，從根本上解決了廣種薄收、靠天吃飯的問題，使旱作農(nóng)業(yè)發(fā)展實(shí)現(xiàn)了質(zhì)的飛躍。

全膜雙壟溝播技術(shù)是甘肅省農(nóng)業(yè)技術(shù)推廣總站針對半干旱地區(qū)降雨量少、分布時(shí)空不均、春旱出現(xiàn)頻次高等情況，在傳統(tǒng)地膜覆蓋技術(shù)基礎(chǔ)上，于2003年創(chuàng)新研發(fā)出的一項(xiàng)旱作節(jié)水農(nóng)業(yè)新技術(shù)。該技術(shù)集“覆蓋抑蒸、地膜集雨、壟溝種植、增溫保墑”為一體，形成了“全膜覆蓋+雙壟+秋季(或頂凌)覆膜+溝播+免耕地膜重復(fù)利用”的降水高效利用集成技術(shù)體系。該技術(shù)具有良好的增產(chǎn)效果，種植玉米比相同條件下的半膜平覆增產(chǎn)35%以上，種植馬鈴薯比露地栽培增產(chǎn)30%以上［1］。尤其是與傳統(tǒng)地膜覆蓋技術(shù)相比，玉米平均產(chǎn)量達(dá)到了8 374.5 kg/hm2，較對照半膜平鋪增產(chǎn)2 265 kg/hm2，增產(chǎn)率高達(dá)37.1%［2］。

近年來，糧食生產(chǎn)的空間格局開始受到關(guān)注。在宏觀視角上，伍山林［3］、黃愛軍［4］、張落成［5］等的研究表明“南糧北調(diào)”格局已被“北糧南調(diào)”格局所取代;楊春等［6］、陸文聰?shù)龋?］采用Moran’I指數(shù)驗(yàn)證了中國各地區(qū)糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)的空間特征，并構(gòu)建面板數(shù)據(jù)模型實(shí)證分析了糧食生產(chǎn)空間格局變遷的成因。在省域尺度上，仇方道等［8］、李裕瑞等［9］運(yùn)用GIS空間分析和區(qū)域差異分析法，揭示了江蘇省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局分異特征，并通過多元回歸分析與耗散結(jié)構(gòu)理論定量化得出了影響全省糧食生產(chǎn)地域格局變化的驅(qū)動(dòng)因素;王千等［10］運(yùn)用ESDA空間相關(guān)分析理論對河北省糧食產(chǎn)量空間差異變化規(guī)律、特征和成因進(jìn)行了分析。盡管甘肅省糧食生產(chǎn)宏觀格局的變化已引起不少學(xué)者的關(guān)注［11］，但選取農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的視角，從中小尺度分析甘肅省玉米生產(chǎn)空間格局變遷少有涉及。本研究基于甘肅省1991—2011年玉米生產(chǎn)面板數(shù)據(jù)，在對玉米產(chǎn)量時(shí)空尺度分析的基礎(chǔ)上，以全膜雙壟溝播技術(shù)的應(yīng)用影響玉米生產(chǎn)空間格局演變?yōu)橹骶€，揭示甘肅省玉米生產(chǎn)時(shí)空格局及演化特征，并分2個(gè)時(shí)段對玉米生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)分析，找出玉米生產(chǎn)時(shí)空格局變化的驅(qū)動(dòng)因素，旨在為甘肅省玉米生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供決策支持。

1 研究區(qū)域與方法

1.1 研究區(qū)域

根據(jù)甘肅省農(nóng)業(yè)自然條件、發(fā)展基礎(chǔ)和生產(chǎn)方式等，將全省14個(gè)市州劃分為4個(gè)區(qū)域:河西地區(qū)，包括酒泉、張掖、武威、金昌和嘉峪關(guān);隴中地區(qū)，包括蘭州、白銀、定西和臨夏;隴東地區(qū)，包括慶陽和平?jīng)?隴南地區(qū)，包括天水、隴南和甘南。

1.2 數(shù)據(jù)來源

原始數(shù)據(jù)主要來源于《甘肅發(fā)展年鑒》(1992—2012)、《甘肅農(nóng)村經(jīng)濟(jì)年鑒》(1992—2012)和《改革開放三十年農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)資料匯編(1978—2007)》;1∶400萬矢量地理信息數(shù)據(jù)來源于國家基礎(chǔ)地理信息系統(tǒng)(NFGIS)共享平臺(tái)。采用MATLAB 7.14、DPS 7.05和Microsoft Excel等進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

1.3 研究方法

1.3.1 Mann-Kendall檢驗(yàn)法。Mann-Kendall檢驗(yàn)法(M－K法)是一種非參數(shù)統(tǒng)計(jì)檢驗(yàn)方法，該方法不需要樣本遵從一定的分布，同時(shí)也不受個(gè)別異常值的干擾，具有檢驗(yàn)范圍寬、定量化程度高、人為性小、計(jì)算方便等優(yōu)點(diǎn)，更適用于類型變量和順序變量，是目前突變性檢驗(yàn)方法中理論基礎(chǔ)較強(qiáng)且應(yīng)用較多的一種，適用于玉米產(chǎn)量時(shí)間序列變化的突變檢驗(yàn)。運(yùn)用該方法對玉米產(chǎn)量進(jìn)行突變分析時(shí)，繪制出UF(正序)和UB(反序)曲線，給定置信度水平(a=0.01)，在正序列曲線(UF)超過臨界值信度線時(shí)，若正序列和反序列兩個(gè)統(tǒng)計(jì)量序列僅有一個(gè)明顯的交叉點(diǎn)，且位于信度線之間，則表明該交叉點(diǎn)即為滿足一定置信度的突變點(diǎn)，且統(tǒng)計(jì)上顯著，交點(diǎn)對應(yīng)的時(shí)刻就是突變開始的時(shí)間。

1.3.2 生產(chǎn)集中度指數(shù)。玉米生產(chǎn)集中度指數(shù)是指某時(shí)期各地區(qū)玉米產(chǎn)量占全省玉米總產(chǎn)量的比重，一般被用來衡量區(qū)域玉米生產(chǎn)情況。該指標(biāo)既能考察某時(shí)點(diǎn)各地區(qū)玉米產(chǎn)量對該時(shí)期全省總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)情況，又能比較各地區(qū)玉米生產(chǎn)增長速度的差別。

1.3.3 空間重心模型法。玉米生產(chǎn)重心指的是某個(gè)時(shí)期玉米生產(chǎn)(可用播種面積或產(chǎn)量指標(biāo)度量，本研究度量指標(biāo)為產(chǎn)量)分布在某個(gè)區(qū)域上的力矩達(dá)到平衡的點(diǎn)(地理重心)。玉米產(chǎn)量重心的變化表征了區(qū)域玉米產(chǎn)量分布的不均衡，反映了玉米生產(chǎn)空間格局的變動(dòng)。當(dāng)玉米生產(chǎn)重心朝著某個(gè)方向發(fā)生移動(dòng)時(shí)，表明該方向上的玉米產(chǎn)量增長較快，對玉米生產(chǎn)系統(tǒng)的貢獻(xiàn)幅度就更大，而重心的移動(dòng)速度則能很好地衡量玉米生產(chǎn)的區(qū)域調(diào)整強(qiáng)度。玉米生產(chǎn)重心計(jì)算公式如下:

式中:xi，yi分別表示第j年甘肅省玉米生產(chǎn)重心所在地理位置的經(jīng)度值和緯度值，即Pj(xi，yi)為甘肅省玉米產(chǎn)量第j年的重心坐標(biāo);xi，yi分別表示甘肅省第i市(州)的經(jīng)度坐標(biāo)和緯度坐標(biāo);Tij表示甘肅省第i市(州)第j年的玉米產(chǎn)量;n為甘肅省地州市的數(shù)量。

1.3.4 灰色關(guān)聯(lián)分析。灰色關(guān)聯(lián)分析是以分析灰色系統(tǒng)中主行為因子序列和相關(guān)行為因子序列曲線的幾何相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密為基本思想、以關(guān)聯(lián)度計(jì)算為其基本手段的一種灰色系統(tǒng)分析方法。它彌補(bǔ)了采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法作系統(tǒng)分析所導(dǎo)致的缺陷，對大樣本量的多少和樣本有無規(guī)律都同樣適用，計(jì)算量小且便捷，不會(huì)出現(xiàn)量化結(jié)果與定性分析結(jié)果不符的情況?？紤]到影響玉米生產(chǎn)空間格局變遷的的實(shí)際情況和資料可得性及數(shù)據(jù)收集的完整程度，本研究以1991—2011年甘肅省玉米總產(chǎn)量為母因素序列，選取10個(gè)和玉米總產(chǎn)量(X0)密切相關(guān)的指標(biāo)(X1～X10)作為子因素序列，利用MATLAB 7.14編程軟件對原始數(shù)據(jù)初值化，分辨系數(shù)ρ取0.5，分別對玉米生產(chǎn)傳統(tǒng)技術(shù)期(1991—2002年)與全膜雙壟溝播玉米期(2003—2011年)進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)分析。

2 玉米生產(chǎn)時(shí)間尺度與區(qū)域變化趨勢

2.1 玉米生產(chǎn)時(shí)序變化特征

通過甘肅玉米生產(chǎn)變化趨勢圖(圖1，圖2)可以看出玉米生產(chǎn)波動(dòng)性特征明顯:玉米總產(chǎn)量從長期波動(dòng)演化為持續(xù)增長;玉米播種面積表現(xiàn)出波動(dòng)上升趨勢;玉米單產(chǎn)波動(dòng)幅度逐漸收斂。1991年以來，甘肅省玉米生產(chǎn)大致經(jīng)歷了4個(gè)階段:(1)玉米生產(chǎn)平穩(wěn)略降期(1991—1995年)，玉米播種面積總體呈現(xiàn)逐年下降，玉米單產(chǎn)與總產(chǎn)的趨勢基本保持一致，均處于玉米生產(chǎn)低水平均衡階段;(2)生產(chǎn)波動(dòng)期(1996—2000年)，該階段玉米產(chǎn)量增速明顯加快，但波動(dòng)幅度加劇，主要表現(xiàn)為兩個(gè)低谷(1997、2000年均有大面積受災(zāi)情況)，說明自然因素對玉米生產(chǎn)的周期性波動(dòng)影響顯著;(3)緩慢增長期(2001—2005年)，玉米總產(chǎn)年均增長率僅為4.97%，玉米單產(chǎn)逐年上升，由2001年的4 260.60 kg·hm－2增加到2005年的5 126.10 kg·hm－2，增長幅度超過20%，玉米播種面積增幅達(dá)7.71%，基本保持穩(wěn)定;(4)急劇增長期(2006—2011年)，玉米總產(chǎn)量和播種面積均保持逐年快速增長，其年均增長率分別為14.41%，11.00%，玉米單產(chǎn)穩(wěn)定保持在5 000 kg·hm－2上下的較高水平，且單產(chǎn)波動(dòng)幅度逐漸收斂(排除2006年受自然因素干擾的奇異值)。

圖1 1991—2011年甘肅省玉米總產(chǎn)量和增長率變化趨勢Fig.1 The trend of corn production and growth rate change during 1991—2011 in Gansu Province

圖2 1991—2011年甘肅省玉米播種面積和單產(chǎn)變化趨勢Fig.2 The trend of corn planting area and per unit yield change during 1991—2011 in Gansu Province

2.2 玉米產(chǎn)量突變點(diǎn)檢測分析

利用DPS軟件進(jìn)行突變點(diǎn)檢測(圖3)。給定99%的信度水平，置信區(qū)間為(－2.58，2.58)。由圖3可知1993—1997年UF值＜0，表明該階段甘肅省玉米產(chǎn)量呈下降趨勢;自1998年以來，玉米產(chǎn)量開始逐漸回升(UF值＞0)，尤其是2003年這種上升趨勢突破顯著性a=0.01的臨界值區(qū)域，表明此時(shí)玉米產(chǎn)量上升趨勢十分顯著，且與UB曲線在臨界值區(qū)間內(nèi)有且僅有一個(gè)交點(diǎn)，交點(diǎn)位置位于2003年。以上分析說明，玉米產(chǎn)量在2003年發(fā)生了突變，即該年甘肅省玉米產(chǎn)量出現(xiàn)了突發(fā)性上升，自此以后玉米總產(chǎn)保持了持續(xù)快速增長態(tài)勢，玉米生產(chǎn)由原先的低水平波動(dòng)進(jìn)入了持續(xù)平穩(wěn)高產(chǎn)時(shí)期。這個(gè)分析結(jié)果和甘肅省玉米生產(chǎn)有關(guān)文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)資料是一致的。另外，UF和UB曲線于信度線之外存在兩交點(diǎn)分別位于2006，2007年，說明甘肅省玉米生產(chǎn)在這兩年間發(fā)生了由升高到降低的減產(chǎn)突變，分析原因是由于2006，2007年經(jīng)歷了連續(xù)兩年大旱的自然因素干擾，導(dǎo)致玉米產(chǎn)量出現(xiàn)奇異值。

圖3 1991—2011年M-K法確定甘肅省玉米產(chǎn)量突變點(diǎn)Fig.3 Analysis of mutation point of corn yield by M-K method during 1991—2011 in Gansu Province

以2003年突變點(diǎn)為界，將玉米產(chǎn)量時(shí)間序列分為2003年前后2個(gè)序列，比較其年均玉米產(chǎn)量，分別是182.73萬，288.13萬t，相差105.40萬t，增長率為57.68%。2003年以來，甘肅省玉米產(chǎn)量出現(xiàn)突發(fā)性持續(xù)上升的根本原因是大面積推廣全膜雙壟溝播技術(shù)。截至2011年底，全省累計(jì)推廣全膜雙壟溝播玉米面積210 hm2，單產(chǎn)增產(chǎn)糧食2.25 t·hm－2以上，累計(jì)增產(chǎn)糧食400萬t以上，不僅為十年九旱的甘肅省實(shí)現(xiàn)糧食生產(chǎn)“八連增”和突破1 000萬t大關(guān)做出了積極貢獻(xiàn)，更為重要的是為實(shí)現(xiàn)全省糧食較高水平的動(dòng)態(tài)平衡奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)［12］。此外，該突變增長趨勢還受到玉米市場價(jià)格持續(xù)上漲的經(jīng)濟(jì)效益拉力，國家玉米良種補(bǔ)貼項(xiàng)目實(shí)施的政策推力，以及全省玉米種植面積逐年擴(kuò)大、玉米制種產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展、農(nóng)業(yè)機(jī)械化參與率顯著提高和玉米病蟲害監(jiān)測力度加大等其他原因的影響。

2.3 不同時(shí)期玉米生產(chǎn)區(qū)域變化

本研究選取1991，1996，2001，2006，2011年為樣本年份，計(jì)算甘肅省各地區(qū)玉米生產(chǎn)集中度變化(表1)。

表1 1991—2011年甘肅省各地區(qū)玉米生產(chǎn)集中度變化值%Tab.1 The change value of corn production concentration in various areas of Gansu Province during 1991—2011

該階段甘肅省玉米生產(chǎn)地域格局呈現(xiàn)“西減南減”“中增東平”的變動(dòng)特征，玉米生產(chǎn)集中度指標(biāo)上河西和隴南減少，隴中大幅度增加，隴東基本平穩(wěn)。隴中地區(qū)玉米生產(chǎn)集中度升幅很大，由1991年的14.16%上升到2011年的30.03%，其玉米生產(chǎn)對全省的貢獻(xiàn)度不斷上升，已成為玉米生產(chǎn)新的主產(chǎn)區(qū)，且玉米生產(chǎn)有向隴中地區(qū)集聚的趨勢。尤其是大面積推廣全膜雙壟溝播技術(shù)的定西市(隴中地區(qū))，該指標(biāo)由1991年的2.92%上升到2011年的11.03%，隴中地區(qū)的蘭州市、白銀市、臨夏州也均有較大程度增加。另外，傳統(tǒng)的河西玉米主產(chǎn)區(qū)在全省玉米生產(chǎn)中的地位不斷下降。

3 玉米生產(chǎn)重心演變軌跡

采用空間重心模型法量化測定甘肅省玉米生產(chǎn)重心演變過程，分別計(jì)算出1991，1996，2001，2006，2011年5個(gè)時(shí)點(diǎn)的玉米產(chǎn)量重心及其移動(dòng)距離、方向(表2)。并繪制重心移動(dòng)軌跡圖(圖4)。

甘肅省玉米生產(chǎn)重心變動(dòng)從空間位置看，1991—2011年玉米生產(chǎn)重心在東經(jīng)103°49'～104°11'、北緯36°22'～36°63'之間變化;從移動(dòng)軌跡看，玉米生產(chǎn)重心的波動(dòng)性較強(qiáng)，呈現(xiàn)“東南—西北”往復(fù)移動(dòng)態(tài)勢，總體移動(dòng)方向趨向于東南;從移動(dòng)距離看，玉米生產(chǎn)重心在1991—2011年向東南方向移動(dòng)了70.88 km。1991—2011年甘肅省玉米生產(chǎn)重心總體趨勢沿“東南—西北”方向往復(fù)擺動(dòng)，呈現(xiàn)出“東進(jìn)南移”態(tài)勢。從外部因素考慮，2006年全國范圍內(nèi)完全取消農(nóng)業(yè)稅以及國家糧食直補(bǔ)等優(yōu)惠政策的驅(qū)動(dòng)，隴中、隴東地區(qū)玉米生產(chǎn)受糧食政策傾斜的影響，農(nóng)民的種糧積極性快速提高，玉米產(chǎn)量增幅顯著，尤其是隴中地區(qū)玉米產(chǎn)量占全省比重增加了大約12%;從內(nèi)部因素考慮，2006年以后，通過大面積推廣玉米全膜雙壟溝播技術(shù)，不僅較大幅度地增加了單位面積產(chǎn)量，而且還有效地提高了地溫，大大增強(qiáng)了玉米種植的適應(yīng)性，使一些高海拔地區(qū)和極度干旱地區(qū)也可以種植玉米，將玉米可種植區(qū)域由海拔1 800 m提高至2 300 m，由年降水400 mm以上的區(qū)域擴(kuò)展到250 mm的區(qū)域，極大地拓展了玉米生產(chǎn)的空間范圍，特別是使隴中黃土高原丘陵區(qū)、溝壑區(qū)以及大片山旱地成為了玉米生產(chǎn)主要播種區(qū)。綜合以上因素，隴中地區(qū)玉米產(chǎn)量的增長速度已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過其他地區(qū)，2011年該地區(qū)玉米生產(chǎn)集中度已達(dá)到30.03%，基本與河西優(yōu)勢玉米產(chǎn)區(qū)的產(chǎn)量持平，其對全省玉米生產(chǎn)重心的遷移起到明顯的東南方向拉動(dòng)作用。

表2 1991—2011年甘肅省玉米生產(chǎn)重心演變Tab.2 Corn production center of gravity changes during 1991—2011 in Gansu Province

圖4 1991—2011年甘肅省玉米生產(chǎn)重心移動(dòng)軌跡Fig.4 The moving path of corn production center of gravity during 1991—2011 in Gansu Province

4 玉米生產(chǎn)空間格局變遷的驅(qū)動(dòng)機(jī)制

4.1 玉米生產(chǎn)驅(qū)動(dòng)因子的灰色關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)分析

玉米生產(chǎn)是自然再生產(chǎn)與經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)的統(tǒng)一，玉米生產(chǎn)空間格局變化受自然地理因素、經(jīng)濟(jì)社會(huì)因素以及技術(shù)進(jìn)步的共同作用。甘肅省玉米生產(chǎn)具有較強(qiáng)的時(shí)間變異性和顯著的空間異質(zhì)性，自然環(huán)境的演替、要素投入的調(diào)整、玉米價(jià)格的變化、需求結(jié)構(gòu)的改變、人口數(shù)量的增減均會(huì)導(dǎo)致玉米生產(chǎn)格局發(fā)生變遷。基于已有研究成果［13－19］，結(jié)合甘肅省玉米生產(chǎn)的實(shí)際狀況，并咨詢相關(guān)領(lǐng)域?qū)＜遥狙芯窟x擇了10個(gè)影響玉米總產(chǎn)量X0的主要因子:X1為耕地面積(hm2)，X2為玉米播種面積(103hm2)，X3為地膜玉米覆蓋面積(hm2)，X4為玉米單產(chǎn)(kg·hm－2)，X5為從事農(nóng)業(yè)人員(萬人)，X6為農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力(億W)，X7為農(nóng)村用電量(億kW·h)，X8為化肥施用量(萬t)，X9為農(nóng)藥施用量(t)，X10為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格指數(shù)(上年=100)。由于玉米種植栽培技術(shù)這一指標(biāo)難以直接量化，在構(gòu)建關(guān)于玉米總產(chǎn)量的灰色關(guān)聯(lián)度模型時(shí)，選取地膜玉米覆蓋面積作為間接反映玉米種植栽培技術(shù)推廣應(yīng)用范圍的替代指標(biāo)，并且根據(jù)甘肅省玉米生產(chǎn)地方實(shí)踐資料，把1991—2002年這一時(shí)段的地膜玉米覆蓋面積認(rèn)定為玉米生產(chǎn)應(yīng)用半膜平鋪穴播技術(shù)，把2003—2011年這一時(shí)段的地膜玉米覆蓋面積認(rèn)定為玉米生產(chǎn)應(yīng)用全膜雙壟溝播技術(shù)。

以2003年為轉(zhuǎn)折點(diǎn)，分2個(gè)時(shí)段對影響玉米生產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)因素進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)動(dòng)態(tài)分析，計(jì)算得出甘肅省玉米總產(chǎn)量和其他10個(gè)變量間的關(guān)聯(lián)結(jié)果(表3，表4)。并繪制其關(guān)聯(lián)系數(shù)戴布拉圖(圖5)。地膜玉米覆蓋面積已成為影響玉米產(chǎn)量的首要因子，玉米播種面積、單產(chǎn)及農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平(農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、農(nóng)村用電量和化肥施用量)始終是甘肅省玉米生產(chǎn)的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。

4.2 主要影響因素分析

4.2.1 地膜玉米覆蓋面積已成為影響玉米產(chǎn)量的首要因子。自全膜雙壟溝播技術(shù)應(yīng)用推廣以來，地膜玉米覆蓋面積對玉米產(chǎn)量的影響不斷增強(qiáng)。從地膜玉米覆蓋面積和玉米產(chǎn)量關(guān)聯(lián)程度變化來看，其關(guān)聯(lián)序由1991—2002年期間的第10位上升到2003—2011年期間的第1位，是所有子因素中關(guān)聯(lián)序上升幅度最大的因子;其關(guān)聯(lián)度變化在2個(gè)時(shí)期由關(guān)聯(lián)程度適中的0.554 3驟升為關(guān)聯(lián)程度極強(qiáng)的0.972 0。究其原因，關(guān)鍵就在于地膜覆蓋方式的不同。該技術(shù)較傳統(tǒng)半膜平鋪穴播技術(shù)，可增加耕層土壤溫度4～6℃，使玉米提早成熟10～15 d，并使玉米的適種海拔提高150 m左右，一些中晚熟品種在海拔2 000 m的地區(qū)能夠正常成熟，有效地?cái)U(kuò)大了玉米的種植區(qū)域。根據(jù)全省玉米生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)田數(shù)據(jù)，該技術(shù)較傳統(tǒng)半膜栽培增產(chǎn)2 075.1 kg/hm2，平均增產(chǎn)幅度達(dá)23.13%，已然成為影響玉米產(chǎn)量的首要因子。

表3 1991—2002年甘肅省玉米總產(chǎn)量和影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析Tab.3 The gray correlation analysis of corn production and influencing factors during 1991—2002 in Gansu Province

表4 2003—2011年甘肅省玉米總產(chǎn)量和影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析Tab.4 The gray correlation analysis of corn production and influencing factors during 2003—2011 in Gansu Province

圖5 不同時(shí)期甘肅省玉米生產(chǎn)的因素與影響Fig.5 The influence factors of corn prodution in Gansu Province at different periods

地膜玉米覆蓋面積不僅從規(guī)模上大幅度地提高了甘肅省玉米總產(chǎn)量，而且從結(jié)構(gòu)上也深刻地影響了全省玉米生產(chǎn)的空間格局變遷。全膜雙壟溝播技術(shù)大面積推廣于甘肅省中東部半干旱偏旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，尤其是隴中地區(qū)的地膜玉米覆蓋率已達(dá)到90%以上，該技術(shù)在集雨保墑、增加地溫、縮短玉米生育期、提高土壤水分利用效率以及增產(chǎn)增收上效果明顯，使得隴中地區(qū)玉米生產(chǎn)對全省的貢獻(xiàn)程度逐年上升，已成為甘肅省重要的優(yōu)質(zhì)蛋白飼料玉米及糧飼兼用玉米種植區(qū)。依據(jù)甘肅省各地區(qū)玉米生產(chǎn)地方實(shí)踐調(diào)查資料，2011年河西、隴中、隴東和隴南4個(gè)地區(qū)地膜玉米覆蓋面積分別為117.44×103，271.10×103，204.26×103，123.61×103hm2，玉米產(chǎn)量分別為141.42萬，139.24萬，101.03萬，82.07萬t，分別占當(dāng)年全省玉米總產(chǎn)量的30.50%，30.03%，21.79%，17.70%。資料顯示，推廣雙壟溝播地膜玉米面積最大的隴中地區(qū)其玉米產(chǎn)量基本與河西優(yōu)勢玉米產(chǎn)區(qū)持平，隴中地區(qū)玉米生產(chǎn)重要性凸顯，使得甘肅省玉米生產(chǎn)空間格局呈現(xiàn)出中部崛起的態(tài)勢。

4.2.2 玉米播種面積和單產(chǎn)是影響玉米產(chǎn)量的核心驅(qū)動(dòng)因素。玉米產(chǎn)量在很大程度上依賴于玉米播種面積和單產(chǎn)。1991—2002年期間，甘肅省玉米播種面積與玉米產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度高達(dá)0.943 4，居關(guān)聯(lián)序首位，是制約甘肅省玉米產(chǎn)量的核心因素;2003—2011年期間，二者的關(guān)聯(lián)度上升為0.967 1，玉米播種面積對玉米產(chǎn)量的影響越來越大。資料表明，2003年以來，玉米播種面積逐年擴(kuò)大(排除2007年遭受冬春嚴(yán)重干旱的自然災(zāi)害干擾)，由2003年的490.47×103hm2增加到2011年的851.69×103hm2;同期，玉米產(chǎn)量也大幅度提高，由2003年的244.40萬t增加到2011年的425.60萬t。二者基本遵循同趨勢、同幅度增長。由此可見，玉米播種面積對玉米產(chǎn)量的影響力不斷加深，已逐漸成為影響玉米產(chǎn)量的核心驅(qū)動(dòng)因素。未來隨著農(nóng)業(yè)科技的發(fā)展和應(yīng)用以及后備耕地日漸枯竭，單產(chǎn)將是甘肅省玉米增產(chǎn)的核心驅(qū)動(dòng)因素。單產(chǎn)與玉米產(chǎn)量在2個(gè)時(shí)段的關(guān)聯(lián)度分別為0.880 0，0.902 9;關(guān)聯(lián)序從第5位變化到第7位?？傮w來說，玉米單產(chǎn)是影響玉米生產(chǎn)的核心因素，單產(chǎn)和玉米產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度呈上升趨勢，在未來玉米播種面積出現(xiàn)減少的情況下，玉米總產(chǎn)量的增加有賴于單產(chǎn)的提高。

4.2.3 農(nóng)機(jī)動(dòng)力、農(nóng)村用電量和化肥是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的集中體現(xiàn)。農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)現(xiàn)代化水平的一個(gè)重要標(biāo)志。農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力的投入與玉米產(chǎn)量在兩個(gè)玉米生產(chǎn)時(shí)期的關(guān)聯(lián)度分別為0.896 3，0.929 0;二者關(guān)聯(lián)序始終保持在第4位，說明農(nóng)機(jī)總動(dòng)力對玉米生產(chǎn)的影響較大，機(jī)械化程度已成為衡量玉米生產(chǎn)能力的重要指標(biāo)。農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力由1991年的59.90億W增加到2011年的213.65億W，增長了3.57倍;機(jī)耕面積占耕地面積由1991年的28.18%增加到2011年的54.37%，增加了26個(gè)百分點(diǎn)。因而，加大農(nóng)業(yè)機(jī)械的投入，實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)營對玉米增產(chǎn)具有相當(dāng)大的潛力。農(nóng)村用電量和玉米產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度極強(qiáng)。2個(gè)時(shí)段的關(guān)聯(lián)度分別為0.926 4，0.931 3;關(guān)聯(lián)序從第2位變化到第3位。農(nóng)村用電量與玉米產(chǎn)量在關(guān)聯(lián)序上呈現(xiàn)出略降的走勢，然而兩者之間的關(guān)聯(lián)程度卻逐漸上升。在農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度逐步提高的未來，農(nóng)村電力在促進(jìn)玉米增產(chǎn)上越來越重要。化肥施用量是玉米增產(chǎn)的重要因素。化肥施用量反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的現(xiàn)代化水平，增加農(nóng)用化肥施用量一直是促進(jìn)玉米產(chǎn)量增長的重要措施。甘肅省玉米產(chǎn)量和化肥施用量顯著相關(guān)，其關(guān)聯(lián)度在1991—2002年曾達(dá)到0.908 5，居第3位;直到2011年，二者關(guān)聯(lián)度仍舊相當(dāng)大。但受到邊際效用遞減規(guī)律作用，化肥在促進(jìn)玉米增產(chǎn)方面的能力逐漸下降，關(guān)聯(lián)序由第3位下降到第5位。這表明盲目大量施用化肥并不能對玉米生產(chǎn)起到預(yù)期的增產(chǎn)效應(yīng)。

4.2.4 耕地面積是玉米產(chǎn)量的重要保障。玉米播種面積是影響玉米產(chǎn)量的核心驅(qū)動(dòng)因素，而耕地是玉米播種面積得以提高的基礎(chǔ)。1991—2002年甘肅省耕地面積和玉米總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度較強(qiáng)，關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)序分別為0.861 5和7;2003—2011年該因素和玉米總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)序均有所上升，二者分別為0.908 8，6?？梢?，耕地面積對甘肅省玉米產(chǎn)量有著重要的影響。但是隨著甘肅省經(jīng)濟(jì)建設(shè)的發(fā)展以及新型城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，建設(shè)用地和工業(yè)用地占用了大量的耕地，加上生態(tài)恢復(fù)退耕和后備耕地資源日漸枯竭等因素，耕地減少和玉米增產(chǎn)的矛盾將日益尖銳。

4.2.5 農(nóng)藥施用量對玉米產(chǎn)量產(chǎn)生負(fù)面影響。病蟲草害的防治是玉米生產(chǎn)過程中最常見的一項(xiàng)農(nóng)事活動(dòng)，而農(nóng)藥的使用則是控制玉米病蟲草害的重要措施之一。1991—2002年甘肅省農(nóng)藥施用量和玉米總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)序分別為0.814 2，8;2003—2011年該因素和玉米總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度與關(guān)聯(lián)序分別為0.627 3，10。農(nóng)藥施用量與玉米總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度下降，關(guān)聯(lián)序在整個(gè)分析期內(nèi)也呈現(xiàn)逐漸下降的特征，農(nóng)藥施用量已不是玉米生產(chǎn)的重要促進(jìn)因素，增產(chǎn)潛力較小。由于大量施用農(nóng)藥，由農(nóng)藥引起的土壤污染導(dǎo)致玉米產(chǎn)量和品質(zhì)下降，對玉米生產(chǎn)造成了負(fù)面影響。

5 結(jié)論

1991—2011年，甘肅省玉米產(chǎn)量總體遵循著“增長—波動(dòng)—增長”的軌跡，近年來呈逐年上升態(tài)勢;玉米總產(chǎn)量和玉米播種面積及單產(chǎn)曲線的動(dòng)態(tài)變化趨勢基本一致;Mann-Kendall突變檢驗(yàn)法分析表明，自2003年以后，甘肅省玉米產(chǎn)量出現(xiàn)了突發(fā)性的上升，由玉米生產(chǎn)低水平波動(dòng)時(shí)期進(jìn)入了玉米生產(chǎn)抗旱平穩(wěn)高產(chǎn)時(shí)期。運(yùn)用生產(chǎn)集中度指數(shù)分析方法，甘肅省玉米生產(chǎn)空間布局發(fā)生了顯著變化，玉米產(chǎn)量呈現(xiàn)出西減南減、中增東平且有向隴中地區(qū)集聚的趨勢。1991年以來，玉米生產(chǎn)重心的波動(dòng)性較強(qiáng)，產(chǎn)量重心移動(dòng)的速率逐漸增大，玉米產(chǎn)量重心沿著“東北—東南—西北—東南”的軌跡移動(dòng)，呈現(xiàn)“東南—西北”往復(fù)拉扯移動(dòng)態(tài)勢，總體上保持“東進(jìn)南移”的演變規(guī)律，向東南方移動(dòng)了70.88 km。自2003年玉米全膜雙壟溝播技術(shù)應(yīng)用推廣以來，地膜玉米覆蓋面積已成為影響玉米產(chǎn)量的首要因子;玉米播種面積和單產(chǎn)始終是影響玉米總產(chǎn)量的核心驅(qū)動(dòng)因素。農(nóng)業(yè)栽培技術(shù)(全膜雙壟溝播技術(shù))這個(gè)外在驅(qū)動(dòng)因子在影響甘肅省玉米產(chǎn)量及分布格局等方面都發(fā)揮著深刻作用。實(shí)踐證明，全膜雙壟溝播技術(shù)的推廣使甘肅省旱作農(nóng)業(yè)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)型跨越發(fā)展，有力地促進(jìn)了糧食增產(chǎn)、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)民增收，對于轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、拓展農(nóng)業(yè)發(fā)展空間、保障甘肅省區(qū)域糧食安全產(chǎn)生了重大意義。同時(shí)，該技術(shù)作為旱作農(nóng)業(yè)一項(xiàng)革命性技術(shù)，對于提高中國北方旱地綜合生產(chǎn)能力、優(yōu)化農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、促進(jìn)現(xiàn)代循環(huán)農(nóng)業(yè)發(fā)展、為中國北方旱作區(qū)建成新型糧食產(chǎn)區(qū)等提供了技術(shù)保障。目前，該技術(shù)已推廣到非洲的肯尼亞、埃塞俄比亞和贊比亞等典型干旱國家，為非洲國家解決糧食危機(jī)提供科技支撐。最后，全膜雙壟溝播技術(shù)對全國糧食安全的保障作用，以及該技術(shù)對干旱、半干旱地區(qū)“三農(nóng)”問題的影響均是下一步亟待探究的方向。

［1］中國農(nóng)村科技編輯部.全膜雙壟溝播技術(shù)創(chuàng)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)奇跡［J］.中國農(nóng)村科技，2012(4):60－61.

［2］李來祥，楊祁峰，劉廣才，等.旱地全膜雙壟溝播技術(shù)在甘肅省旱作農(nóng)業(yè)中的應(yīng)用［J］.現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2009(17):55－57.

［3］伍山林.中國糧食生產(chǎn)區(qū)域特征與成因研究——市場化改革以來的實(shí)證分析［J］.經(jīng)濟(jì)研究，2000(10):38－45.

［4］黃愛軍.我國糧食生產(chǎn)區(qū)域格局的變化趨勢探討［J］.農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)問題，1995(2):20－23.

［5］張落成.我國糧食生產(chǎn)布局變化特點(diǎn)及其成因分析［J］.長江流域資源與環(huán)境，2000，9(2):221－228.

［6］楊春，陸文聰.中國糧食生產(chǎn)空間布局變遷實(shí)證［J］.經(jīng)濟(jì)地理，2008，28(5):813－816.

［7］陸文聰，梅燕.中國糧食生產(chǎn)區(qū)域格局變化及其成因?qū)嵶C分析——基于空間計(jì)量經(jīng)濟(jì)學(xué)模型［J］.中國農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2007，24(3):140－152.

［8］仇方道，錢進(jìn)，佟連軍，等.江蘇省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變及影響因素［J］.農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化研究，2009，30(1):11－15.

［9］李裕瑞，卞新民.江蘇省糧食生產(chǎn)地域格局變化研究［J］.地域研究與開發(fā)，2008，27(2):113－117.

［10］王千，金曉斌，阿依吐爾遜·沙木西，等.河北省糧食產(chǎn)量空間格局差異變化研究［J］.自然資源學(xué)報(bào)，2010，25(9):1525－1535.

［11］呂立剛，石培基，潘竟虎，等.甘肅省糧食生產(chǎn)區(qū)域格局變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析［C］//中國地理學(xué)會(huì).中國地理學(xué)會(huì)百年慶典學(xué)術(shù)論文摘要集.北京:中國地理學(xué)會(huì)，2009.

［12］劉偉平.旱作農(nóng)業(yè)區(qū)加快發(fā)展的必由之路——關(guān)于推廣全膜雙壟溝播技術(shù)的實(shí)踐與思考［N］.甘肅日報(bào)，2012－06－06(001).

［13］于法穩(wěn).影響糧食生產(chǎn)的因素分析與政策建議［J］.農(nóng)業(yè)系統(tǒng)科學(xué)與綜合研究，2005，21(2):133－135.

［14］肖海峰，王姣.我國糧食綜合生產(chǎn)能力影響因素分析［J］.農(nóng)業(yè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)，2004(6):45－49.

［15］熊華，譚麗燕，王爭艷.南寧市糧食生產(chǎn)影響因素分析［J］.華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào):社會(huì)科學(xué)版，2006(6):46－50.

［16］張建平.20世紀(jì)90年代以來我國糧食生產(chǎn)的發(fā)展趨勢及影響因素分析［J］.山西農(nóng)業(yè)科學(xué)，2006，34(3):3－6.

［17］王楠君，吳群.省域耕地資源數(shù)量安全底線測算的實(shí)證研究——以江蘇省為例［J］.地域研究與開發(fā)，2006，25(5):94－97.

［18］Xiang L，Shen Y，He Y，et al.Application of Rough Set Theory on Factors Analysis of Influencing the Grain Output［J］.Journal of Zhejiang Agricultural University，2003，29(3):343－346.

［19］Wu Y，Li J，Xu J.A Grey Relational Analysis and Artificial Neural Networks of Corn Production Prediction in China［J］.Journal of Central China Normal University，2002，36(4):419－423.