京津冀地區(qū)市域及縣域蔬菜生產(chǎn)特征分析

張倩 胡雁翔 于峰 王明 李剛

摘 要： 利用區(qū)位熵指數(shù)和K均值聚類算法（K-means）分析了京津冀地區(qū)13個市域單元和184個縣域單元的蔬菜生產(chǎn)空間分布、集聚程度及分類。結(jié)果表明：京津冀地區(qū)市域蔬菜生產(chǎn)大致分為緊縮型、發(fā)展型和平衡型三類;縣域蔬菜生產(chǎn)呈現(xiàn)一定的專業(yè)聚集度，區(qū)位熵兩極分化趨勢明顯，可根據(jù)縣域蔬菜生產(chǎn)特征將京津冀地區(qū)劃分為4個蔬菜生產(chǎn)區(qū)。

關(guān)鍵詞： 蔬菜生產(chǎn); 空間分布; 京津冀地區(qū); 區(qū)位熵

中圖分類號： S641.2 文獻標志碼： A 文章編號： 1673-2871（2021）02-082-06

Analysis of vegetable production characteristics in Beijing-Tianjin-Hebei region

ZHANG Qian1， HU YanXiang1， YU Feng1， WANG Ming1， LI Gang2

（1. Institute of Agricultural Information and Economics， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China; 2. Beijing Agricom Network Technology Co.， Ltd， Beijing 100070， China）

Abstract： The spatial distribution， concentration degree and classification of vegetable production were investigated in 13 cities and 184 counties of Beijing-Tianjin-Hebei region， the location entropy index and K-means clustering algorithm were used in this survey. The results showed that the production patterns of vegetables in the Beijing-Tianjin-Hebei region at city level could be roughly divided into three types： compact type， development type and balanced type， while it showed a certain degree of professional aggregation at county level， and the polarization trend of location entropy was obvious. According to the characteristics of vegetable production at county level， the whole area could be divided into four vegetable production areas.

Key words： Vegetable production; Space distribution; Beijing-Tianjin-Hebei region; Location entropy

保障蔬菜供給是重大的民生問題，蔬菜的生產(chǎn)與布局一直受到國家的重視。從全國來看，蔬菜產(chǎn)業(yè)布局逐漸朝著區(qū)域化、規(guī)?；姆较虬l(fā)展，形成了明顯的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶和塊狀產(chǎn)地布局。蔬菜生產(chǎn)空間分布研究能夠為蔬菜產(chǎn)業(yè)的專業(yè)化發(fā)展提供參考。隨著城市的發(fā)展，蔬菜生產(chǎn)由城市近郊向遠郊及農(nóng)村轉(zhuǎn)移，外埠蔬菜已成為城市居民多元化蔬菜消費的主體，蔬菜主產(chǎn)區(qū)和主銷區(qū)日趨分離[1]。京津冀作為中國三大區(qū)域經(jīng)濟體之一，是中國主要蔬菜產(chǎn)區(qū)。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展以及環(huán)京津1小時物流圈的構(gòu)建，河北省的蔬菜生產(chǎn)對北京、天津的蔬菜市場和蔬菜質(zhì)量安全起著越來越重要的作用。

近年來，國內(nèi)外學者對于蔬菜生產(chǎn)格局變化的相關(guān)研究較少，對市縣尺度的研究更為薄弱。研究縣域尺度的蔬菜生產(chǎn)時空特征，對科學評估、優(yōu)化蔬菜產(chǎn)業(yè)格局，以及節(jié)本增收、保障供給都具有重要意義。李艷梅等[1]從地區(qū)和縣域兩個尺度上揭示了京津冀地區(qū)蔬菜生產(chǎn)各級的時空分布和分區(qū)研究;楊鈺澤等[2]通過區(qū)位商和規(guī)模優(yōu)勢指數(shù)分析保定市蔬菜產(chǎn)業(yè)競爭力，探討保定市蔬菜產(chǎn)業(yè)存在的制約因素;彭暉等[3]利用區(qū)位熵指數(shù)分析了我國蔬菜生產(chǎn)集聚的變動態(tài)勢;吳建寨等[4]分析了我國蔬菜生產(chǎn)的空間格局變動，并利用空間重心模型分析了蔬菜生產(chǎn)空間格局變化的特征。于麗艷等[5]分析了我國蔬菜生產(chǎn)的時空變遷與比較優(yōu)勢的一致性。

本文基于京津冀協(xié)同發(fā)展視角，利用京津冀地區(qū)13個市域單元和184個縣域單元的統(tǒng)計數(shù)據(jù)，分析京津冀地區(qū)市域及縣域蔬菜生產(chǎn)的空間分布特征;通過區(qū)位熵指數(shù)研究不同尺度的蔬菜生產(chǎn)集聚程度;利用K-means聚類算法對京津冀地區(qū)縣域單元進行分區(qū);旨在為京津冀區(qū)域蔬菜生產(chǎn)格局優(yōu)化和調(diào)整提供科學依據(jù)，為促進蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 基于區(qū)位熵的蔬菜生產(chǎn)集聚度測算 新利用區(qū)位熵（Location Quotient）來測算京津冀地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的集聚程度。區(qū)位熵是經(jīng)濟地理學中的一個常用指標，也稱生產(chǎn)的地區(qū)集中度指標或?qū)ｉT化率。用來衡量某一區(qū)域要素的空間分布情況，反映某一產(chǎn)業(yè)部門的專業(yè)化程度。以及某一區(qū)域在高層次區(qū)域的地位和作用。區(qū)位熵的計算公式為：

以蔬菜生產(chǎn)為例，LQij為某市（縣）蔬菜生產(chǎn)在區(qū)域內(nèi)區(qū)位熵，qij為該市（縣）的蔬菜種植面積;qj為該市（縣）所有農(nóng)作物的種植面積;qi為區(qū)域內(nèi)總體的蔬菜種植面積;q為區(qū)域內(nèi)所有農(nóng)作物的種植面積。

LQij的值越高，則說明該市（縣）蔬菜產(chǎn)業(yè)的集聚水平越高。一般來說，當LQij>1時，則認為該市（縣）的蔬菜產(chǎn)業(yè)在研究區(qū)域內(nèi)具有優(yōu)勢。

1.1.2 基于K均值聚類的蔬菜生產(chǎn)分區(qū) K均值聚類算法（K-means）是最常用的聚類算法之一。該算法先隨機選取K個對象作為初始的聚類中心，按照樣本之間的距離大小，將樣本集劃分為K個類。讓同類的點盡量緊密分布在一起，而讓不同類之間的距離盡量的大。

假設類的劃分為（C1，C2，...Ck），則算法的目標是最小化平方誤差E：

其中μi是類Ci的均值向量，有時也稱為質(zhì)心，表達式為：

1.2 數(shù)據(jù)來源及處理說明

本研究中所采用的數(shù)據(jù)主要來源于相應年份的《北京統(tǒng)計年鑒》《天津統(tǒng)計年鑒》《河北經(jīng)濟年鑒》《河北農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》等統(tǒng)計數(shù)據(jù)。主要采用的是蔬菜產(chǎn)量、蔬菜播種面積、農(nóng)作物播種面積等數(shù)據(jù)。

本研究從市域和縣域兩個尺度揭示京津冀地區(qū)蔬菜生產(chǎn)的時空動態(tài)特征：市域單元的研究對象為京津冀地區(qū)的13個市域單元，即北京、天津、石家莊、承德、張家口、秦皇島、唐山、廊坊、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲。縣域單元包括城市轄區(qū)、縣級市和縣，經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗和校正后的研究對象共有184個。

2 蔬菜生產(chǎn)總體現(xiàn)狀分析

京津冀地區(qū)是我國東部地區(qū)三大城市群之一，擁有常住人口1億多，土地面積21.8萬km2，占全國的2.25%[6]。2019年京津冀地區(qū)的GDP達8.46萬億，占全國的8.54%。2019年京津冀地區(qū)蔬菜產(chǎn)量為5 509.7萬t，占全國的7.64%。其蔬菜生產(chǎn)水平高于全國平均值。

由表1可知，在北京、天津兩大城市的消費拉動下，2005年以來京津冀地區(qū)整體上蔬菜產(chǎn)量在全國一直占有7.5%以上的份額;但也能看到，在研究期內(nèi)京津冀地區(qū)的蔬菜產(chǎn)量在全國的占比一直在波動性下降。隨著京津冀協(xié)同發(fā)展戰(zhàn)略的提出，三地的分工更加明確，農(nóng)產(chǎn)品跨區(qū)域供給進一步加強[7]。河北省的蔬菜產(chǎn)量在京津冀區(qū)域內(nèi)占絕對優(yōu)勢，且優(yōu)勢呈增強趨勢;隨著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型和疏解非首都功能，2019年北京市的蔬菜產(chǎn)量較2005年的大幅縮減了70%以上;天津市的蔬菜生產(chǎn)在研究期內(nèi)經(jīng)過一段波動后逐漸恢復平穩(wěn)。

3 京津冀市域蔬菜生產(chǎn)分析

3.1 蔬菜生產(chǎn)地理特征

京津冀地區(qū)現(xiàn)有行政區(qū)劃下共有13個市域單元，區(qū)域內(nèi)地勢西北高、東南低，由西北向東南傾斜。北部地區(qū)為壩上高原和燕山山脈，西部地區(qū)為太行山山脈。東部和南部地區(qū)為華北平原的一部分，地勢平坦。京津冀地區(qū)的蔬菜生產(chǎn)規(guī)模，總量在全國居于第2位，僅次于山東[8]。區(qū)域內(nèi)蔬菜生產(chǎn)主要供應北京、天津等城市，蔬菜種植主要是按照節(jié)氣種植，以露天種植為主。唯有壩上地區(qū)的張家口、承德兩地主要生產(chǎn)錯季蔬菜，在每年的7—9月份供應北京、上海、深圳、廣州等城市。天津市的蔬菜生產(chǎn)區(qū)域分布已經(jīng)形成了北部遠郊果菜產(chǎn)區(qū)、西北部遠郊葉菜產(chǎn)區(qū)、東北部遠郊果菜產(chǎn)區(qū)以及南部近郊葉菜和根莖類蔬菜產(chǎn)區(qū)。

3.2 市域蔬菜生產(chǎn)變化分析

京津冀地區(qū)13個市的蔬菜生產(chǎn)情況差異較大，其中唐山、石家莊、保定和邯鄲的蔬菜產(chǎn)量和種植面積占比均較高。分析13市的蔬菜生產(chǎn)趨勢，如表2和圖1所示。

由表2及圖1可以看出，根據(jù)蔬菜生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)量占比的增長情況，可將京津冀市域蔬菜生產(chǎn)大致分為緊縮型、發(fā)展型和平衡型3類：

緊縮型：以北京為典型代表，包括天津、石家莊、保定和秦皇島，蔬菜生產(chǎn)規(guī)模呈現(xiàn)縮減態(tài)勢，蔬菜產(chǎn)業(yè)競爭力逐漸降低。北京、天津作為大型都市，經(jīng)濟發(fā)達，科技、人才聚集，低收益率的蔬菜產(chǎn)業(yè)不斷被擠占;保定毗鄰京津，大城市的虹吸效應使得蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展受限。

發(fā)展型：包括承德、邢臺、張家口、邯鄲和滄州，蔬菜種植規(guī)模在研究期內(nèi)有較大幅度的增長。這些市域結(jié)合自身自然稟賦優(yōu)勢大力發(fā)展蔬菜產(chǎn)業(yè)。張家口和承德利用壩上冷涼地區(qū)的氣候特點生產(chǎn)錯季、無公害蔬菜，使“壩上蔬菜”占據(jù)夏秋季供京蔬菜的半壁江山;作為河北省大白菜主產(chǎn)地，邢臺擁有冀南最大的農(nóng)產(chǎn)品市場，優(yōu)越的區(qū)位條件為蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供了良好環(huán)境。

平衡型：包括衡水、唐山和廊坊，其蔬菜種植面積呈波動式增長態(tài)勢，但在整個研究期內(nèi)蔬菜種植規(guī)模的增幅在逐漸減弱。蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨于穩(wěn)定，由注重規(guī)模、產(chǎn)量轉(zhuǎn)變?yōu)樽⒅仄焚|(zhì)、特色。

3.3 市域蔬菜生產(chǎn)集聚程度分析

根據(jù)2012—2018年京津冀地區(qū)13個市域單元的蔬菜和農(nóng)作物播種面積計算得到蔬菜生產(chǎn)區(qū)位熵如表3所示。區(qū)位熵大于1的市域單元有北京、石家莊、承德、張家口、秦皇島、唐山和廊坊，其蔬菜產(chǎn)業(yè)在農(nóng)業(yè)中的相對集聚程度較高，蔬菜生產(chǎn)的專業(yè)化程度較高;區(qū)位熵小于1的市域單元有天津、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲，其蔬菜產(chǎn)業(yè)在區(qū)域內(nèi)的集聚程度相對不高，蔬菜生產(chǎn)的專業(yè)化程度相對較低。

4 京津冀縣域蔬菜生產(chǎn)分析

京津冀地區(qū)現(xiàn)有行政區(qū)劃下共有200個縣域單元（包括城市轄區(qū)、縣級市和縣）。經(jīng)過數(shù)據(jù)清洗與整理選取184個主要縣域單元2013—2018年的數(shù)據(jù)進行分析。2019年河北省的蔬菜產(chǎn)量占京津冀地區(qū)的93.57%，北京及天津的蔬菜生產(chǎn)規(guī)模及產(chǎn)量占比非常小。因此，縣域蔬菜生產(chǎn)分析應重點聚焦河北省的縣域單元。

4.1 縣域蔬菜生產(chǎn)空間分布

2018年京津冀地區(qū)縣域蔬菜種植面積分布如表4所示，燕山太行山山前平原地區(qū)尤其是唐山市域，以及冀北壩上地區(qū)蔬菜生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)勢明顯。具體來說，唐山的玉田縣、樂亭縣、灤南縣、豐南區(qū)，天津的武清區(qū)，承德的隆化縣，張家口的沽源縣，保定的定州市，廊坊的固安縣、永清縣，滄州的青縣以及衡水的饒陽縣蔬菜種植規(guī)模均超過1.5萬hm2，這12個縣域的蔬菜種植面積達到京津冀地區(qū)蔬菜種植面積的32%。蔬菜生產(chǎn)在空間上呈現(xiàn)一定的集聚態(tài)勢。

4.2 縣域蔬菜生產(chǎn)集聚程度分析

計算2018年京津冀縣域單元的蔬菜生產(chǎn)區(qū)位熵（表5），可得到區(qū)位熵大于2（具有明顯優(yōu)勢）的縣域單元有36個。分析可知這些縣域單元普遍集中在市轄區(qū)或者中心城市的近郊區(qū)縣，其蔬菜種植具有一定的專業(yè)化程度，主要功能是就近服務于中心城市的蔬菜供給[9]。

對比分析2016年與2018年縣域單元的蔬菜生產(chǎn)區(qū)位熵的數(shù)值分布，如圖2所示，相較于2016年，2018年的縣域單元蔬菜生產(chǎn)區(qū)位熵兩極分化趨勢更明顯，說明縣域單元的蔬菜生產(chǎn)專業(yè)化程度進一步提升。

4.3 縣域蔬菜生產(chǎn)分區(qū)研究

基于Python語言編寫k-means 聚類算法，對2018年京津冀184個縣域單元蔬菜生產(chǎn)情況分類。以蔬菜生產(chǎn)的產(chǎn)量、面積、單產(chǎn)、區(qū)位熵等為輸入?yún)?shù)。經(jīng)多次對比試驗，擇優(yōu)選擇k值取4，分區(qū)參數(shù)為蔬菜單產(chǎn)和區(qū)位熵。得到的縣域單元聚類散點圖如圖3所示。

在分類的基礎上對中心城市的數(shù)據(jù)進行去噪和優(yōu)化，借鑒前人經(jīng)驗[10]，通過微調(diào)將京津冀地區(qū)劃分為4個蔬菜生產(chǎn)區(qū)：

（1）冀北錯季蔬菜生產(chǎn)區(qū)：地處燕山山脈，包括張家口北部區(qū)縣和承德地區(qū)。海拔較高，溫差大，蔬菜病蟲害少。

（2）冀西山地蔬菜生產(chǎn)區(qū)：地處太行山山地丘陵區(qū)，包括張家口南部區(qū)縣，以及保定、石家莊、邢臺和邯鄲的西部區(qū)縣。

（3）中南部平原蔬菜生產(chǎn)區(qū)：地處華北平原，包括保定、石家莊、邢臺和邯鄲的東部區(qū)縣，以及廊坊、滄州、衡水地區(qū)。

（4）冀東蔬菜生產(chǎn)區(qū)：包括天津、唐山和秦皇島等地區(qū)。水資源豐沛，日照充足。

5 討論與結(jié)論

本文利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)分析了京津冀地區(qū)市域和縣域尺度的蔬菜生產(chǎn)空間演變及分區(qū)研究，以期為區(qū)域內(nèi)蔬菜生產(chǎn)格局優(yōu)化和調(diào)整提供科學依據(jù)，為促進蔬菜產(chǎn)業(yè)健康發(fā)展提供參考。主要研究結(jié)論如下：

（1）2005—2019年京津冀地區(qū)的蔬菜產(chǎn)量在全國一直占有7.5%以上的份額，但占比一直在持續(xù)下降。而河北省的蔬菜產(chǎn)量在京津冀區(qū)域內(nèi)占絕對優(yōu)勢且優(yōu)勢呈增強趨勢。

（2）市域蔬菜生產(chǎn)差異較大，可歸納為緊縮型、發(fā)展型和平衡型3種類型。且在空間上呈現(xiàn)一定的集聚態(tài)勢：燕山太行山山前平原地區(qū)及冀北壩上地區(qū)蔬菜生產(chǎn)規(guī)模優(yōu)勢明顯。蔬菜產(chǎn)量變化呈現(xiàn)兩極分化，承德、張家口、邢臺等地蔬菜產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，北京、天津和保定等地蔬菜產(chǎn)業(yè)不斷萎縮。

（3）縣域蔬菜生產(chǎn)具有一定的專業(yè)化程度，城市轄區(qū)或中心城市的近郊區(qū)縣其蔬菜生產(chǎn)的區(qū)位熵普遍較高，其主要功能是就近服務于中心城市的蔬菜供給。根據(jù)縣域生產(chǎn)特征可將京津冀蔬菜生產(chǎn)劃分為4個區(qū)域：冀北錯季蔬菜生產(chǎn)區(qū)、冀西山地蔬菜生產(chǎn)區(qū)、中南部平原蔬菜生產(chǎn)區(qū)和冀東蔬菜生產(chǎn)區(qū)。

通過本文研究，建議京津冀地區(qū)的蔬菜生產(chǎn)按照分區(qū)進行差異化的發(fā)展，具體為：

（1）冀北錯季蔬菜生產(chǎn)區(qū)：進一步發(fā)展錯季蔬菜生產(chǎn)，提升蔬菜品質(zhì)，打造綠色、無公害“壩上蔬菜”品牌，提升蔬菜生產(chǎn)效益。

（2）冀西山地蔬菜生產(chǎn)區(qū)：由于地勢起伏大，蔬菜種植區(qū)域分散且面積小。應利用山地和生態(tài)優(yōu)勢發(fā)展特色蔬菜。

（3）中南部平原蔬菜生產(chǎn)區(qū)：地勢平坦、水資源豐富，勞動力資源豐富，應發(fā)展規(guī)?；卟朔N植，應用工廠化、機械化等高新技術(shù)提升蔬菜綜合生產(chǎn)能力。

（4）冀東蔬菜生產(chǎn)區(qū)：水資源豐沛，日照充足。應利用區(qū)位優(yōu)勢，大力發(fā)展蔬菜產(chǎn)業(yè)，提升蔬菜品質(zhì)，促進蔬菜的出口創(chuàng)匯。

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