山西省農(nóng)業(yè)機械化水平評價及空間分異*

劉蕓，李麗紅，盧琦，裴二鵬，張靜，鄭德聰

(1.山西農(nóng)業(yè)大學農(nóng)業(yè)工程學院，山西太谷，030801；2.中國農(nóng)業(yè)機械化科學研究院，北京市，100083)

0 引言

隨著工業(yè)化、城鎮(zhèn)化水平的推進，農(nóng)村勞動力的大量轉(zhuǎn)移，農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展將成為必然。山西省農(nóng)業(yè)立地條件較差，地貌類型復雜多樣，丘陵、山地面積約占全省總面積的80%，平川、河谷面積約占總面積的20%[1-3]。由于自然、經(jīng)濟、社會條件等方面的差異，農(nóng)業(yè)機械化區(qū)域發(fā)展不平衡的問題日益突出[4]。加之現(xiàn)代農(nóng)業(yè)發(fā)展的新形勢、新模式對山西省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展提出了新需求，科學的對山西省不同地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平進行測度及空間差異分析，對縮小區(qū)域差距、統(tǒng)籌區(qū)域發(fā)展機制，推動山西省農(nóng)業(yè)機械化整體快速、良性發(fā)展具有重要意義。

在農(nóng)業(yè)機械化的研究方面，目前國外發(fā)達國家已基本實現(xiàn)農(nóng)業(yè)機械化，單純農(nóng)業(yè)機械化方面的研究較少，研究多集中在農(nóng)業(yè)機械化與農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展、整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化分析與評價等方面[5-8]?，F(xiàn)有國內(nèi)關(guān)于農(nóng)業(yè)機械化的研究主要集中在以下幾個方面：一、對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展進行系統(tǒng)分析。建立全面反映農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展情況的評價指標體系和評價方法，分析農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展現(xiàn)狀，提出推進農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的對策，揭示農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的主要影響因素，定量分析其作用關(guān)系[9-12]。二、研究農(nóng)業(yè)機械化對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟增長的作用，如定量分析農(nóng)業(yè)機械化貢獻率，農(nóng)業(yè)機械化與農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率、農(nóng)業(yè)產(chǎn)量、農(nóng)民增收、農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移等的內(nèi)在聯(lián)系，各種要素的投入對農(nóng)業(yè)經(jīng)濟增長的作用等[5, 13-15]。三、農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展趨勢預測。主要集中在采用創(chuàng)新的方法手段，對全國和各地區(qū)的農(nóng)機總動力、農(nóng)業(yè)機械化裝備水平、農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)程度進行科學預測[13]，正確引導農(nóng)業(yè)機械化進一步發(fā)展。四、我國農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段性及區(qū)域性問題。建立發(fā)展階段模糊評判模型對全國及各個省市區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展階段進行評判。針對我國不同地區(qū)、同一省內(nèi)不同縣市在自然資源和經(jīng)濟發(fā)展上的巨大差異，對農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的不平衡性和空間分布規(guī)律進行研究[16-17]。

現(xiàn)有研究成果為促進我國農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展提供了重要參考，但仍存在一些不足。當前有關(guān)農(nóng)業(yè)機械化的研究大多以農(nóng)機總動力來表征某地區(qū)機械化的程度，然而這類指標無法準確衡量該地區(qū)真實的機械化情況[18-20]。因此，本研究以農(nóng)作物綜合機械化率作為衡量地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化水平的指標，對山西省及所轄11個地級市的指標值進行測算，并在此基礎(chǔ)上進行空間差異分析，旨在為更好地推動山西省農(nóng)業(yè)機械化整體協(xié)調(diào)發(fā)展提供理論依據(jù)。

1 研究方法

1.1 農(nóng)作物綜合機械化率的測算

1.1.1 加權(quán)綜合法

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部對于農(nóng)作物綜合機械化率的測算是由耕、種、收三個環(huán)節(jié)的機械化程度加權(quán)綜合計算得出，以MR、MP、MS、MH分別代表農(nóng)作物綜合機械化率、耕整地機械化程度、播栽機械化程度、收獲機械化程度，具體方法如式(1)[21]。

MR=0.4MP+0.3MS+0.3MH

(1)

隨著社會經(jīng)濟和農(nóng)業(yè)機械全程全面化的發(fā)展，農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)指標也應(yīng)隨之調(diào)整才能科學反映農(nóng)業(yè)機械化作業(yè)水平。結(jié)合山西省農(nóng)機實際作業(yè)情況，本文增設(shè)了灌溉機械化程度MI和植保機械化程度MPP兩個指標，并采用德爾菲法即專家匿名函詢方式確定各指標權(quán)重。將五個環(huán)節(jié)的機械化率加權(quán)綜合計算得出本地區(qū)農(nóng)作物綜合機械化率MR*。具體方法如式(2)。

MR*=0.30MP+0.20MS+0.15MI+

0.15MPP+0.20MH

(2)

1.1.2 改進多邊形面積法

考慮到5個維度的不完全替代關(guān)系，突出各環(huán)節(jié)相互聯(lián)系、相互制約和協(xié)同作用的效果[22]，本文亦采用改進多邊形面積法對農(nóng)作物綜合機械化率進行測算。該方法是在平面上確定一個中心點，以該點為起始向不同方向分布指標軸，每個指標軸代表一個評價指標。其中，軸線長度表示評價指標的大小，各軸之間夾角表示評價指標的權(quán)重。由于任何一個環(huán)節(jié)機械率不高都會導致農(nóng)村勞動力轉(zhuǎn)移的不充分，因此本文將五個維度等權(quán)處理[10]。在坐標系統(tǒng)中將各軸數(shù)值連線得到一個多邊形，其面積可表征農(nóng)業(yè)機械化綜合評價結(jié)果[23-24](圖1)。

圖1 改進多邊形面積法示意圖

已知農(nóng)業(yè)機械化水平為正向指標，其數(shù)值越大，多邊形面積越大，表示農(nóng)業(yè)機械化程度越高。多邊形面積

MPP×MH+MP×MH)sin72°]

(3)

(4)

1.2 山西省農(nóng)業(yè)機械化水平區(qū)域差異分析

泰爾指數(shù)是測度區(qū)域發(fā)展不平衡的重要指標，既可以衡量區(qū)域內(nèi)差異，也可以衡量不同區(qū)域間的差異。本文以農(nóng)作物播種面積為權(quán)重對區(qū)域差異進行分解[25]，計算公式如式(5)～式(6)。

(5)

式中：T——泰爾指數(shù)，其值越大表示機械化水平差異越大，反之越??；

Tb——區(qū)域間的差異；

Tw——區(qū)域內(nèi)的差異；

Si——i區(qū)域的播種面積，hm2；i=1、2、3；

ST——山西省總播種面積，hm2；

Mi——i區(qū)域機械作業(yè)面積，hm2；

MT——山西省總機械作業(yè)面積，hm2；

Ti——未加權(quán)的組內(nèi)泰爾指數(shù)。

(6)

式中：ni——i區(qū)域內(nèi)的城市個數(shù)；

Sj——第j個城市的播種面積，hm2；

Mj——第j個城市的機械作業(yè)面積，hm2。

1.3 數(shù)據(jù)來源

以山西省及所轄11個地級市為研究對象，選取2017—2019年各地區(qū)機械作業(yè)情況統(tǒng)計數(shù)據(jù)作為樣本(表1～表3)。機耕、機播、機電灌溉、機械植保、機收面積數(shù)據(jù)來自《山西農(nóng)機統(tǒng)計年鑒》，農(nóng)作物總播種面積、有效灌溉面積等來自《中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)年鑒》《山西統(tǒng)計年鑒》及各地級市統(tǒng)計年鑒。

表1 2017年山西省及各地級市機械作業(yè)總體情況

表2 2018年山西省及各地級市機械作業(yè)總體情況

表3 2019年山西省及各地級市機械作業(yè)總體情況

2 結(jié)果與討論

2.1 山西省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平評價

加權(quán)綜合法和改進多邊形面積法得到的山西省綜合機械化率變化趨勢一致，但前者計算的結(jié)果要高于后者(圖2)。原因在于加權(quán)綜合法賦予機耕、機播兩個環(huán)節(jié)較高的權(quán)重，且在實際生產(chǎn)過程中兩個環(huán)節(jié)機械化程度較高，而多邊形面積法較均衡地考慮了整個農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的五個環(huán)節(jié)，體現(xiàn)了機械化過程中的薄弱環(huán)節(jié)。

圖2 不同測算方法下山西省綜合機械化率

以多邊形面積法為例，山西省農(nóng)作物綜合機械化率由2017年的57.75%提高到2019年的58.78%，各環(huán)節(jié)機械化作業(yè)表現(xiàn)出明顯的不平衡性。研究期間農(nóng)作物機耕率和機播率的平均值較高，分別為75.48%和73.64%，機電灌溉率和機收率平均值相對較低為64.49%和53.23%，而機械植保率的平均值僅為24.80%，大大低于其他環(huán)節(jié)(圖3)。該數(shù)據(jù)表明山西省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的最薄弱環(huán)節(jié)為植保環(huán)節(jié)。

圖3 2017—2019年山西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機械化作業(yè)程度平均值

2019年，山西省11個地級市綜合機械化率均超過50%，其中四個地級市超過全省綜合機械化率，分別為運城市、朔州市、晉中市和臨汾市(圖4)。進一步分析可得(表4)，運城市機械化水平為68.43%，一直處于全省領(lǐng)先水平，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)五個環(huán)節(jié)機械化發(fā)展相對協(xié)調(diào)。朔州綜合機械化率僅次于運城，為67.19%。其機電灌溉率為全省之最，達到92.30%，機耕、機播率較高為81.25%和75.04%，機收率相對較低為54.43%，機械植保率最低為34.95%。晉中市綜合機械化率為63.15%，其中機耕率高達89.13%，機播率次之為81.94%，機電灌溉和機收率分別為55.66%和55.89%，其發(fā)展的薄弱環(huán)節(jié)亦是植保環(huán)節(jié)，僅為27.75%。臨汾市綜合機械化率為59.98%，其機耕、機播、機電灌溉、機收發(fā)展較為協(xié)調(diào)，均在65%以上，但機械植保率僅為18.17%，為最薄弱環(huán)節(jié)。

表4 2019年山西省各地級市機械化作業(yè)程度

圖4 2019年山西省各地級市綜合機械化率MR**

其余7個地級市綜合機械化率均低于全省綜合機械化率。其中，陽泉市為54.18%，其機播率為全省最高，達到87.57%，機耕率為81.01%，機電灌溉率為49.61%，但機械植保和機收率均較低，僅為8.86%和31.18%，成為制約其發(fā)展的兩個薄弱環(huán)節(jié)。大同市綜合機械化率為53.69%，機械植保和機收仍為兩個薄弱環(huán)節(jié)，機械率分別為20.86%和34.29%。晉城市綜合機械化率為52.02%，其機耕、機播、機收率處于全省中間水平，機電灌溉率較低為40.45%，機械植保率僅為11.23%，為最薄弱環(huán)節(jié)。緊隨其后的是忻州市51.38%，其機耕、機播、機收率、機電灌溉率表現(xiàn)一般，機械植保仍最薄弱環(huán)節(jié)，僅9.65%。全省綜合機械化率最低的是長治市50.52%，其機耕、機播率在全省處于中上水平，但其余三個環(huán)節(jié)均較薄弱，機收率42.43%，機電灌溉率36.74%，機械植保率為全省最低，僅4.50%。

本次評價結(jié)果中，值得注意的是太原和呂梁兩座城市。在以往以耕種收機械化作業(yè)程度為評價指標的文獻中，太原市機械化水平名列前茅，而呂梁市排名落后[17, 26]，但引入灌溉和植保兩個作業(yè)環(huán)節(jié)后整體機械化水平發(fā)生了明顯變化。本文測算的太原市機耕、機播、機收率分別為84.54%、75.78%和53.63%，處于全省中上水平，但機電灌溉率和機械植保率均位于末端，分別為16.75%和10.36%(圖5)，其綜合機械化率為50.87%，位于全省第十。造成這一結(jié)果的主要原因在于太原地區(qū)人均耕地面積較少，單位面積水資源占有量遠低于全省平均水平[27]，當?shù)剞r(nóng)民注重發(fā)展果蔬等經(jīng)濟作物，對種植面積較廣的糧食作物田間管理力度不夠，阻礙了其全程全面機械化發(fā)展的進程。與之相反的呂梁市，雖然丘陵山地比例高、土地平整性差導致耕種收機械化作業(yè)程度低，但機電灌溉率較高為74.57%，機械植保率為19.45%，因此綜合五個環(huán)節(jié)機械化水平，呂梁市在本次測算結(jié)果中排名居中。

圖5 2019年太原市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)各環(huán)節(jié)機械化作業(yè)程度

2.2 山西省不同地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的空間分異

為進一步分析山西省農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的空間分異特征，本文采用系統(tǒng)聚類的原理將各地級市進行分類，利用SPSS軟件生成聚類樹狀圖(圖6)。根據(jù)聚類分析的結(jié)果將11個地級市劃分為3類區(qū)域。Ⅰ區(qū)包括運城、朔州、晉中、臨汾4個市，其自然條件較好，平原面積較大，土地較為平整，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)組織程度和農(nóng)機裝備水平較高，因此農(nóng)業(yè)機械作業(yè)程度較高。Ⅱ區(qū)包括陽泉、呂梁、大同3個市，該地區(qū)多為丘陵山地，地形地貌不利于農(nóng)業(yè)機械的應(yīng)用和推廣，耕種收綜合機械化率較低，但田間工程設(shè)施配套完好，機電灌溉率高，提升了全程機械化水平。Ⅲ區(qū)為晉城、忻州、太原、長治4個市，農(nóng)業(yè)機械化水平發(fā)展相對較低。其中晉城、忻州地區(qū)多為丘陵山地，土地平整性差，降水時空分布不平衡，加之經(jīng)濟發(fā)展水平一般，農(nóng)民對農(nóng)機的投入力度不高，限制了當?shù)剞r(nóng)業(yè)機械化水平的發(fā)展。太原、長治兩地經(jīng)濟較發(fā)達，農(nóng)機裝備水平也較高，耕種收機械率較高，但該地區(qū)各縣區(qū)積極推進農(nóng)業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)和區(qū)域布局，結(jié)合政府相關(guān)補貼政策，農(nóng)民更加關(guān)注于水果、蔬菜、特種作物等高效益經(jīng)濟作物，忽視了糧食作物的田間管理，機電灌溉和機械植保環(huán)節(jié)機械率低，大大拉低了本地區(qū)整體農(nóng)業(yè)機械化水平。

圖6 聚類分析樹狀圖

山西省綜合機械化率的泰爾指數(shù)值從2017年的0.005 4升至2018年的0.005 6，再降至2019年的0.005 1，說明全省農(nóng)業(yè)機械化水平整體差異呈現(xiàn)輕微波動狀態(tài)(圖7)。區(qū)域間差異和區(qū)域內(nèi)差異與整體差異變化趨勢相同，但區(qū)域間差異始終大于區(qū)域內(nèi)差異，其中區(qū)域間差異對整體差異的平均貢獻率為73.37%，平衡山西省各市農(nóng)業(yè)機械的發(fā)展應(yīng)著重縮小區(qū)域間差異。就三類區(qū)域內(nèi)部而言，近三年Ⅰ區(qū)的泰爾指數(shù)變化不大，說明運城市、朔州市、晉中市和臨汾市四個地級市農(nóng)業(yè)機械化水平差異變化不大；Ⅱ區(qū)泰爾指數(shù)從2017年的0.000 8降至2019年的0.000 1，說明陽泉、呂梁、大同3市農(nóng)業(yè)機械化水平差異不斷縮??；Ⅲ區(qū)的泰爾指數(shù)呈波動狀態(tài)，主要是因為太原、長治、晉城、忻州在地形地貌、經(jīng)濟發(fā)展水平各方面均存在明顯差異。

圖7 山西省機械化水平泰爾指數(shù)

為更加直觀了解山西農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的空間分布狀況，本文利用ArcGIS軟件生成機械化空間差異圖(圖8)。

圖8 山西省農(nóng)業(yè)機械化水平空間差異圖

可以清晰地看出山西省各市區(qū)農(nóng)業(yè)機械化存在空間的發(fā)展不平衡，西南部地區(qū)、中東部及北部地區(qū)農(nóng)業(yè)機械化水平較高，而東南部及中北部地區(qū)發(fā)展明顯較弱，導致這種空間差異的原因既有自然環(huán)境條件的因素、社會經(jīng)濟發(fā)展的不平衡，也與當?shù)剞r(nóng)業(yè)政策、農(nóng)民的重視程度密不可分。因此，對于自然、經(jīng)濟條件較差的地區(qū)應(yīng)加大農(nóng)機投資力度，促進農(nóng)民增收，同時結(jié)合不同區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的基礎(chǔ)和條件，因地制宜制定不同的推進機制，促進山西省農(nóng)業(yè)機械化整體快速協(xié)調(diào)發(fā)展。

3 結(jié)論

本文分別采用加權(quán)綜合法和改進多邊形面積法對山西省及11個地級市農(nóng)業(yè)機械化水平進行測算，并揭示其薄弱環(huán)節(jié)；根據(jù)評價結(jié)果采用聚類分析的方法將各地級市劃分為三類區(qū)域，并運用泰爾指數(shù)分析不同區(qū)域農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平的差異，同時利用ArcGIS軟件直觀展示其空間分布情況，結(jié)論如下。

1)加權(quán)綜合法和改進多邊形面積法計算得到的山西省及各地區(qū)農(nóng)作物綜合機械化率變化趨勢一致，但加權(quán)法計算的結(jié)果高于多邊形面積法。以多邊形面積法為例，研究期間山西省農(nóng)作物綜合機械化率由2017年的57.75%提高到2019年的58.78%，各環(huán)節(jié)機械化作業(yè)表現(xiàn)出明顯的不平衡性，耕、種機械化程度平均值較高，分別為75.48%和73.64%，灌溉、收獲相對稍低為64.49%和53.23%，其中限制農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展的最薄弱環(huán)節(jié)為植保環(huán)節(jié)，機械化程度平均值僅為24.80%。

2)2019年，山西省11個地級市綜合機械化率均超過50%，其中運城、朔州、晉中和臨汾4個地級市綜合機械化率超過了全省綜合機械化率58.78%，分別達到68.43%、67.19%、63.15%和59.98%。其余7個地級市均低于全省綜合機械化率。除運城市耕、種、灌溉、植保、收獲五個環(huán)節(jié)機械化發(fā)展相對協(xié)調(diào)外，其余各市均存在明顯的發(fā)展不平衡，植保環(huán)節(jié)均為發(fā)展最為薄弱的環(huán)節(jié)。

3)按評價結(jié)果將各地級市劃分為三大區(qū)域：Ⅰ區(qū)包括運城市、朔州市、晉中市、臨汾市，Ⅱ區(qū)包括陽泉市、呂梁市、大同市，Ⅲ區(qū)包括晉城市、忻州市、太原市、長治市。研究期間泰爾指數(shù)值從2017年的0.005 4升至2018年的0.005 6，再降至2019年的0.005 1，表明山西省農(nóng)業(yè)機械化水平整體差異呈現(xiàn)輕微波動狀態(tài)，區(qū)域間差異始終大于區(qū)域內(nèi)差異，其對整體差異的平均貢獻率高達73.37%，平衡山西省各市農(nóng)業(yè)機械化的發(fā)展應(yīng)著重縮小區(qū)域間發(fā)展差異。

4)ArcGIS圖直觀展示了山西省各市區(qū)農(nóng)業(yè)機械化存在空間的發(fā)展不平衡，分析得出自然環(huán)境條件的因素、社會經(jīng)濟發(fā)展的不平衡、當?shù)剞r(nóng)業(yè)政策及農(nóng)民的重視程度是造成這種差異的主要原因。