基于GIS的湖南糧食生產(chǎn)重心遷移分析

陽寬達(dá)，黃運(yùn)湘，謝紅霞，余 丹，袁 紅

（湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院，湖南 長沙 410128）

美國世界觀察研究所所長Lester R. Brown 曾發(fā)出“誰來養(yǎng)活中國”的驚人之問，其焦點(diǎn)問題就是中國的糧食供給和糧食安全。作為一個(gè)一直被世界所廣泛關(guān)注的焦點(diǎn)問題，糧食問題對(duì)于人口眾多的中國來說，更關(guān)乎國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)穩(wěn)定。近年來，在我國人口持續(xù)增加，耕地面積逐年減少的背景之下，糧食生產(chǎn)及其消費(fèi)格局在不斷變化，糧食供求關(guān)系偏緊，結(jié)構(gòu)性矛盾突出，糧食安全與耕地保護(hù)正面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)[1]。湖南省工業(yè)化、城市化的進(jìn)程不斷加快，建設(shè)項(xiàng)目占用耕地越來越多，而人民生活水平不斷提高對(duì)糧食總量的需求呈增加的態(tài)勢(shì)，湖南是一個(gè)糧食生產(chǎn)大省，研究該區(qū)域糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移問題，有利于統(tǒng)籌區(qū)域城鄉(xiāng)發(fā)展，合理配置區(qū)域內(nèi)糧食生產(chǎn)，為區(qū)域的持續(xù)健康發(fā)展提供重要保障。項(xiàng)目組選取了湖南省作為研究對(duì)象，分8個(gè)時(shí)段探討近25 a 來糧食總量的重心遷移，希望對(duì)優(yōu)化湖南省糧食生產(chǎn)布局以及糧食生產(chǎn)相關(guān)政策的制定提供相應(yīng)的數(shù)據(jù)參考，為確保糧食安全的規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

湖南省地處長江中游南部，位于東經(jīng)108°47′～114°15′，北緯24°39′～30°08′。全省土地面積 21.18萬km2，是連接?xùn)|部沿海省與西部內(nèi)陸省的橋梁地帶。地貌以山地、丘陵為主，全省三面環(huán)山，形成一個(gè)從東南西三面向北傾斜開口的馬蹄形盆地。湘江、資水、沅江、澧水四大水系由西南向北匯集至有全國第二大淡水湖之稱的洞庭湖，經(jīng)岳陽城陵磯注入長江。全省屬中亞熱帶季風(fēng)氣候，雨量充沛，熱量豐富，年平均降水量在1 200～1 700 mm 之間，年平均溫度在16～18℃之間，物產(chǎn)富饒、資源豐富以及自然條件優(yōu)越，素有“湖廣熟，天下足”之謂，也是全國水稻產(chǎn)量最大的省以及全國糧食主產(chǎn)區(qū)之一[2]。

1.2 數(shù)據(jù)來源

使用數(shù)據(jù)均來自湖南省統(tǒng)計(jì)年鑒（1990～2014年），以縣（區(qū)）為單位收集相關(guān)數(shù)據(jù)，包括各個(gè)縣（區(qū)）的歷年人口數(shù)、耕地面積、糧食播種面積、糧食總產(chǎn)量和農(nóng)作物播種面積等。由于近25 a 湖南省部分行政區(qū)劃發(fā)生了一些變動(dòng)，為了保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性，對(duì)有些行政區(qū)進(jìn)行了歸并。長沙市區(qū)包括長沙郊區(qū)、芙蓉區(qū)、天心區(qū)、岳麓區(qū)、開福區(qū)和雨花區(qū)；株洲市區(qū)包括株洲郊區(qū)、荷塘區(qū)、蘆淞區(qū)、石峰區(qū)和天元區(qū)；湘潭市區(qū)包括湘潭郊區(qū)、雨湖區(qū)和岳塘區(qū)；衡陽市區(qū)包括衡陽郊區(qū)、珠暉區(qū)、雁峰區(qū)、石鼓區(qū)和蒸湘區(qū)；邵陽市區(qū)包括邵陽郊區(qū)、雙清區(qū)、大祥區(qū)和北塔區(qū)；岳陽市區(qū)包括岳陽郊區(qū)、岳陽樓區(qū)、云溪區(qū)和君山區(qū)；常德市區(qū)包括武陵區(qū)、鼎城區(qū)；張家界市區(qū)包括永定區(qū)、武陵源區(qū)；益陽市區(qū)包括資陽區(qū)、赫山區(qū)，南縣包括南縣和大通湖區(qū)；郴州市區(qū)包括郴縣、北湖區(qū)和蘇仙區(qū)；永州市區(qū)包括零陵區(qū)、冷水灘區(qū)；懷化市區(qū)包括鶴城區(qū)、中方縣；婁底市區(qū)包括婁星區(qū)。

1.3 研究方法

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。由于區(qū)域發(fā)展是要素集聚與擴(kuò)散的過程，各要素的重心位置處于不斷變動(dòng)之中，要素重心的移動(dòng)客觀地反映了區(qū)域發(fā)展諸要素空間集聚及其位移規(guī)律。人口重心模型、經(jīng)濟(jì)重心模型以及生產(chǎn)重心模型是地理學(xué)常用的分析模型[3]。依據(jù)重心模型理論嘗試構(gòu)建了湖南省糧食產(chǎn)量重心擬合模型公式（1）。

式中，Tij（i=1，2，3，…，n）表示第i 評(píng)價(jià)單元第j年糧食產(chǎn)量。xi、yi為第i 評(píng)價(jià)單元的地理經(jīng)緯度。xj、yj為湖南省糧食產(chǎn)量第 j年的重心橫縱坐標(biāo)。設(shè)第k、k+m年湖南省糧食產(chǎn)量重心坐標(biāo)分別為Pk（xk，yk）、Pk+m（xk+m，yk+m），那么，重心Pk向Pk+m移動(dòng)方向模型公式為（2），重心移動(dòng)距離模型公式為（3）。

2 結(jié)果與分析

2.1 湖南省糧食、人口的時(shí)序變化

盡管實(shí)行了計(jì)劃生育這一基本國策，但是因人口基數(shù)較大，1989～2013年人口仍然有增加的趨勢(shì)，湖南省總?cè)丝跀?shù)量增加了762.35 萬人。糧食總量的需求將會(huì)隨著人口的增加而增加，耕地資源成為了維系糧食生產(chǎn)的最基本的保障，無論是數(shù)量上還是質(zhì)量上都會(huì)影響著糧食生產(chǎn)和糧食安全[4-5]。但由于近年來湖南省工業(yè)化、城市化進(jìn)程加快，非理性用地所造成耕地非農(nóng)化利用的趨勢(shì)不可逆轉(zhuǎn)，該省耕地面積從1989～2013年減少了2.6×105hm2，在一定程度上影響了湖南省的糧食生產(chǎn)。此外農(nóng)藥化肥的大量使用、不合理的灌溉方式等導(dǎo)致的耕地質(zhì)量下降 , 也制約了糧食生產(chǎn)和糧食安全。1989～2013年，湖南省糧食總產(chǎn)量在2.60×107～3.45×107t 范圍內(nèi)上下波動(dòng)（圖1）?？傮w來說，經(jīng)歷了緩慢下降、快速下降和緩慢上升三個(gè)階段。隨著改革開放的推行，湖南進(jìn)入了真正意義上的發(fā)展時(shí)期，由于該省位于我國中部地區(qū)，經(jīng)濟(jì)和技術(shù)發(fā)展相對(duì)滯后，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化進(jìn)程緩慢，糧食產(chǎn)量出現(xiàn)小幅度的下降。進(jìn)入21 世紀(jì)后，我國區(qū)域的發(fā)展戰(zhàn)略進(jìn)行了調(diào)整，制定了一系列加快中西部地區(qū)開發(fā)的政策和措施，因此湖南省迎來發(fā)展的契機(jī)，隨著建設(shè)用地占用的不斷增加，糧食產(chǎn)量大幅度下降。但伴隨著技術(shù)的進(jìn)步以及政策的導(dǎo)向，加速推進(jìn)了湖南省農(nóng)業(yè)發(fā)展的現(xiàn)代化和規(guī)?；苿?dòng)糧食產(chǎn)量穩(wěn)步上升。

圖1 湖南省1989～2013年人口總數(shù)、耕地總量、糧食播種面積、糧食單產(chǎn)、糧食總產(chǎn)量變化

2.2 湖南省糧食生產(chǎn)重心遷移變化

采用湖南省糧食重心模型，運(yùn)用Excel 計(jì)算出1989～2013年湖南省糧食總產(chǎn)量重心坐標(biāo)的位置以及移動(dòng)距離、移動(dòng)速度和移動(dòng)的角度（表1），并且利用ArcGIS10.2 繪制了湖南省1989～2013年糧食總產(chǎn)量重心移動(dòng)軌跡（圖2）。

糧食產(chǎn)量重心的變化表征了區(qū)域糧食產(chǎn)量分布，反映了糧食生產(chǎn)空間格局的變動(dòng)。重心偏離的方向指示了省域空間范圍內(nèi)糧食產(chǎn)量的高密度部位，偏離的距離則指示了糧食產(chǎn)量的均衡程度[6]。通過繪制出的湖南省糧食總產(chǎn)量重心移動(dòng)軌跡，結(jié)果表明：湖南省近25 a 糧食產(chǎn)量的重心位置位于湖南省的地理中心位置的東側(cè)，說明湖南省糧食生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)區(qū)域在湖南省東部。1989～2001年湖南省糧食總產(chǎn)量重心向東南方向偏移，2001～2013年湖南省糧食總產(chǎn)量有向西北方向偏移的趨勢(shì)，即1989～2001年糧食產(chǎn)量的“高密度”區(qū)向湖南省東南部偏移；2001～2013年糧食產(chǎn)量的“高密度”區(qū)向湖南省西北部偏移。全省糧食生產(chǎn)的空間波動(dòng)較小，表明了湖南省糧食總產(chǎn)量的分布大致處于比較均衡的狀態(tài)，同時(shí)也說明了湖南省糧食生產(chǎn)的優(yōu)勢(shì)區(qū)域格局相對(duì)比較穩(wěn)定。

表1 1989～2013年湖南糧食產(chǎn)量重心位置及移動(dòng)態(tài)勢(shì)

圖2 1989～2013年湖南省糧食產(chǎn)量重心軌跡

由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)、自然資源條件限制、農(nóng)業(yè)投入和耕地質(zhì)量等因素在地域上存在差異，導(dǎo)致全省糧食單產(chǎn)和耕地利用集約度在地域上也存在差異。一般光照資源、水熱條件優(yōu)良、土地生產(chǎn)潛力較大和社會(huì)投入越多的地區(qū)，往往其耕地利用集約度較高，糧食產(chǎn)量較高，因此糧食產(chǎn)量重心會(huì)向其遷移。1989～1992年，受農(nóng)業(yè)政策的引導(dǎo)和灌溉條件的改善，位于湖南省地理中心東部的寧鄉(xiāng)縣、湘鄉(xiāng)市、雙峰縣、湘潭縣等地區(qū)糧食產(chǎn)量處于湖南省糧食生產(chǎn)的前列，而位于湖南省地理中心東南部的湘鄉(xiāng)市、雙峰縣兩個(gè)糧食增產(chǎn)較大，且其糧食年均總產(chǎn)量要高于湖南省平均水平，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以3.59 km/a 的速度向南偏東15.08°方向移動(dòng)了14.36 km；1992～1995年，位于湖南省東北部的長沙、益陽、岳陽市糧食產(chǎn)量普遍減少，共減產(chǎn)4.2×105t，相反婁底、邵陽地區(qū)增產(chǎn)5.2×105t，占全省糧食增產(chǎn)量的71.93%，且糧食單產(chǎn)和耕地利用效率均高于全省水平，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以2.43 km/a的速度向南偏西5.14°方向移動(dòng)了9.73 km；1995～1998年，由于受到自然災(zāi)害的侵襲，位于湖南省東北部的長沙縣、望城縣、華容縣、湘陰市、雙峰縣、南縣和沅江市等地區(qū)糧食減產(chǎn)量達(dá)到9.2×105t，與此同時(shí)位于湖南省西部的邵陽縣、隆回縣、綏寧縣、新寧縣、洞口縣、芷江縣和麻陽縣等地糧食增產(chǎn)量占全省增產(chǎn)量的61.76%，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以1.30 km/a 的速度向南偏西83.11°方向移動(dòng)了5.18 km；1998～2001年，城市化的不斷推進(jìn)以及傳媒、餐飲和服務(wù)等相應(yīng)配套設(shè)施的不斷完善，雖然在一定程度上促進(jìn)了經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但是由于建設(shè)用地的增加導(dǎo)致耕地?cái)?shù)量的減少和農(nóng)業(yè)勞動(dòng)力非農(nóng)轉(zhuǎn)移的速度增加，使得全省耕地利用和集約程度降低，農(nóng)作物播種面積減少，導(dǎo)致糧食總產(chǎn)量減少。在該時(shí)期湖南省東南部地區(qū)的衡陽縣、雙峰縣、衡南縣、耒陽市、安仁縣和炎陵縣地區(qū)糧食年均總產(chǎn)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于全區(qū)糧食年均總產(chǎn)量，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以2.54 km/a 的速度向南偏東42.13°方向移動(dòng)了10.16 km；2001～2004年，由于國家糧食生產(chǎn)補(bǔ)貼等一系列惠農(nóng)政策的實(shí)施，加上湘中、湘北地區(qū)農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)條件的改善、農(nóng)業(yè)技術(shù)的進(jìn)步以及農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)設(shè)施的配套逐步完善，糧食產(chǎn)量有較大幅度的提高，其中漢壽縣、澧縣、桃源縣和石門縣等湖南西北地區(qū)增產(chǎn)5.5×105t，占全省增產(chǎn)的47.19%，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以2.65 km/a 的速度向北偏西25.44°方向移動(dòng)了10.58 km；2004～2007年，衡陽縣、祁東縣和耒陽市等湖南省東南部地區(qū)糧食產(chǎn)量下降，而安化縣、桃江縣等湖南省西北部地區(qū)糧食產(chǎn)量穩(wěn)步上升，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以0.74 km/a 的速度向北偏西22.81°方向移動(dòng)了2.95 km；2007～2010年，由于南部地區(qū)城市化、工業(yè)化逐步發(fā)展以及種植結(jié)構(gòu)的迅速調(diào)整，衡陽縣、衡東縣、衡山縣和永興縣等東南地區(qū)糧食產(chǎn)量減少1.1×105t，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以0.8 km/a 的速度向北偏西17.68°方向移動(dòng)了3.19 km；2010～2013年，盡管湖南省大部分地區(qū)糧食產(chǎn)量有所下降，但寧鄉(xiāng)縣、益陽市區(qū)和長沙縣等湘北地區(qū)糧食產(chǎn)量占全省的比重較大，故該時(shí)期糧食產(chǎn)量重心以0.32 km/a 的速度向北偏東60.88°方向移動(dòng)了1.29 km。

3 結(jié) 論

利用GIS 和空間重心的分析方法，以湖南省101個(gè)縣（區(qū)）為單元，對(duì)近25 a 來的糧食總產(chǎn)量的重心轉(zhuǎn)移以及糧食單產(chǎn)、耕地面積、農(nóng)作物播種面積、總?cè)丝谂c糧食總產(chǎn)量重心轉(zhuǎn)移之間的聯(lián)系進(jìn)行研究。湖南省近25 a 糧食產(chǎn)量的重心位置位于該省的地理中心位置的東側(cè)，且重心移動(dòng)速度和空間波動(dòng)都比較小，1989～2013年湖南省糧食總產(chǎn)量重心整體向西南方向移動(dòng)。其中1989～2001年湖南省糧食總產(chǎn)量重心整體向東南方向移動(dòng)，2001～2013年湖南省糧食總產(chǎn)量向西北方向移動(dòng)，整體移動(dòng)距離不大，反映了湖南糧食產(chǎn)量貢獻(xiàn)的內(nèi)部變化和相對(duì)穩(wěn)定性。目前湖南省耕地面積總量有減少的趨勢(shì)，耕地面積數(shù)量和質(zhì)量上的變化必然會(huì)影響到糧食產(chǎn)量的波動(dòng)，與此同時(shí)，隨著湖南省人口數(shù)量逐年增加，對(duì)于糧食需求量也會(huì)大幅度增加，此外由于種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整、食物消費(fèi)結(jié)構(gòu)的改變，均會(huì)影響到糧食總產(chǎn)量，帶來糧食產(chǎn)量重心的遷移。為了確保湖南省糧食安全，首先應(yīng)該確保一定的耕地?cái)?shù)量，著重要做好對(duì)基本農(nóng)田的保護(hù)，嚴(yán)格實(shí)行耕地保護(hù)制度。然后要加大生產(chǎn)分區(qū)管理的力度, 努力提高糧食生產(chǎn)核心區(qū)的糧食產(chǎn)量，提高耕地利用集約度和投入要素利用效率。同時(shí)要改進(jìn)基本農(nóng)田水利設(shè)施，確保水土資源的合理利用，加大投入力度，運(yùn)用高新技術(shù)去培養(yǎng)抗寒抗旱新品種，提高糧食單產(chǎn)。此外，還需要加大宣傳的力度，向農(nóng)民宣傳先進(jìn)的技術(shù)，提高農(nóng)民的種糧積極性。

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