基于主成分分析法的天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力研究

張同悅 付娜

摘要：為分析天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，文章選取了2007—2021年國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和《天津統(tǒng)計(jì)年鑒》的天津市稻谷、玉米、小麥的播種面積、農(nóng)用化肥施用折純量、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、機(jī)耕面積、機(jī)播面積、有效灌溉面積、農(nóng)村用電量、除澇面積、地方財(cái)政農(nóng)林水事務(wù)支出等11個(gè)指標(biāo)，運(yùn)用主成分分析法分析上述指標(biāo)對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的影響。結(jié)果表明，生產(chǎn)資料投入是影響天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的第一主成分，方差貢獻(xiàn)率為56.709%；第二主成分為玉米播種面積和機(jī)械化2個(gè)指標(biāo)，方差貢獻(xiàn)率為23.251%；第三主成分為小麥播種面積，方差貢獻(xiàn)率為11.250%；其他指標(biāo)的方差貢獻(xiàn)率為8.790%。由此得出，通過(guò)增加農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料投入、提高玉米播種面積以及提升機(jī)械化生產(chǎn)水平可顯著提高天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

關(guān)鍵詞：主成分分析法；糧食；競(jìng)爭(zhēng)力；天津市

收稿日期：2023-04-09

基金項(xiàng)目：天津市哲學(xué)社會(huì)科學(xué)規(guī)劃項(xiàng)目（TJGL22-015）

主要作者簡(jiǎn)介：張同悅（1997—），男，在讀碩士生，主要從事現(xiàn)代都市農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)理論與政策方面研究。E-mail：zhangtongyue@qq.com

通訊作者簡(jiǎn)介：付娜（1979—），女，副教授，博士，主要從事農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理研究工作。E-mail：scarlett_fn@126.com

糧食產(chǎn)業(yè)是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，糧食是關(guān)系國(guó)家穩(wěn)定的戰(zhàn)略物資，糧食安全是國(guó)家安全的重要基石，提升糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力、提高種植效益、促進(jìn)種植業(yè)者種糧積極性是保障我國(guó)糧食安全的重要舉措，也是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)學(xué)研究的重點(diǎn)。張有志等[1]基于GEM模型和專家打分的方法研究山東省糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，表明山東省糧食產(chǎn)業(yè)在藍(lán)黃經(jīng)濟(jì)區(qū)屬于上等。孟慶福等[2]使用熵值法研究我國(guó)省份之間糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，結(jié)果表明，黑龍江省、山東省、江蘇省、河南省的糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力較強(qiáng)。薛選登[3]運(yùn)用主成分分析法進(jìn)行研究，表明我國(guó)糧食生產(chǎn)大省河南省的糧食產(chǎn)業(yè)國(guó)際綜合競(jìng)爭(zhēng)力在研究的13個(gè)省份中屬于較弱省份。李鑫[4]研究表明，1990年以來(lái)，隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用和肥料投入的增加使安徽省糧食產(chǎn)量大幅度提高。上述研究多采用不同的方法研究我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)的糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，而根據(jù)現(xiàn)有的新型糧食區(qū)域劃分，對(duì)我國(guó)糧食主銷區(qū)的糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的研究較少。

根據(jù)“新糧食安全觀”，我國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)、主銷區(qū)、產(chǎn)銷平衡區(qū)要響應(yīng)“飯碗一起端、責(zé)任一起扛”的政策[5]，要求糧食主銷區(qū)也要保持一定的生產(chǎn)能力。天津市由于人口較多，耕地產(chǎn)能有限，屬于糧食主銷區(qū)，但做好糧食生產(chǎn)工作，提升天津市糧食產(chǎn)業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力同樣十分重要。天津市主要糧食作物為稻谷、玉米、小麥，2021年天津市糧食作物總產(chǎn)量249.87萬(wàn)t，其中稻谷、玉米、小麥總產(chǎn)量分別為54.73萬(wàn)t、118.28萬(wàn)t、72.16萬(wàn)t，三大糧食作物總產(chǎn)量占全市糧食作物總產(chǎn)量的98.12%（國(guó)家統(tǒng)計(jì)局，2021年）。本研究基于主成分分析法對(duì)天津市主要糧食作物產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)進(jìn)行分析，研究結(jié)果將對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升具有重要意義。

1? 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究指標(biāo)

本研究各項(xiàng)研究指標(biāo)的原始數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家統(tǒng)計(jì)局和《天津統(tǒng)計(jì)年鑒2022》[6]，關(guān)于天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力相關(guān)的指標(biāo)主要來(lái)自年鑒中的“第十二篇農(nóng)業(yè)”條目。影響糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)眾多，指標(biāo)不能過(guò)多過(guò)細(xì)，使指標(biāo)之間互相重疊，繁簡(jiǎn)要適當(dāng)[7]?？紤]到糧食產(chǎn)業(yè)的特殊性，其產(chǎn)業(yè)基礎(chǔ)在于糧食生產(chǎn)，因此選取與糧食生產(chǎn)直接相關(guān)的一些指標(biāo)作為本研究指標(biāo)。指標(biāo)選取遵循以下原則：一是科學(xué)性原則，指標(biāo)設(shè)置便于理解并充分考慮糧食產(chǎn)業(yè)的特征，同時(shí)采用科學(xué)方法，準(zhǔn)確找出影響糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的關(guān)鍵指標(biāo)；二是可操作性原則，指標(biāo)設(shè)置可量化，用盡量少的指標(biāo)實(shí)現(xiàn)科學(xué)真實(shí)的研究結(jié)果，保證所選指標(biāo)具有一定的獲取渠道，同時(shí)實(shí)現(xiàn)研究的可操作性[8]，確保數(shù)據(jù)來(lái)源于權(quán)威統(tǒng)計(jì)部門和統(tǒng)計(jì)年鑒；三是重要性原則，選取最能直接影響天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的指標(biāo)。

根據(jù)上述指標(biāo)設(shè)置原則和天津市主要糧食作物生產(chǎn)現(xiàn)狀，本研究采用的指標(biāo)主要有天津市稻谷、玉米、小麥的播種面積、農(nóng)用化肥施用折純量、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、機(jī)耕面積、機(jī)播面積、有效灌溉面積、農(nóng)村用電量、除澇面積、地方財(cái)政農(nóng)林水事務(wù)支出等11個(gè)具體指標(biāo)（表1）。各指標(biāo)選取了天津市2007—2021年的原始數(shù)據(jù)，其中機(jī)耕面積和機(jī)播面積來(lái)自《天津統(tǒng)計(jì)年鑒2022》[6]，其他指標(biāo)均來(lái)自國(guó)家統(tǒng)計(jì)局。

2? 材料和方法

在研究糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的過(guò)程中，可以采用的方法很多，其中主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一種較為合適的方法[9]。選用PCA作為天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的研究方法在于它能將繁雜的若干變量轉(zhuǎn)化為互不相關(guān)的新變量，新變量在有效簡(jiǎn)化原始數(shù)據(jù)的同時(shí)又能保留原有數(shù)據(jù)的大部分信息。通常的做法是對(duì)原始數(shù)據(jù)提取主成分，通過(guò)因子載荷矩陣反映出原始指標(biāo)對(duì)主成分的影響程度，該方法避免了層次分析法、德?tīng)柗品ǖ绕渌a(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力研究方法易受主觀因素影響的弊端。主要過(guò)程如下：

（1）顯著性檢驗(yàn)。根據(jù)Kaiser檢驗(yàn)的度量標(biāo)準(zhǔn)，若KMO＞0.6，則適合進(jìn)行分析；若KMO＜0.6，則不適合進(jìn)行分析。

（2）計(jì)算相關(guān)矩陣，求出對(duì)應(yīng)特征值與方差解釋率。根據(jù)特征值大于1和累計(jì)方差解釋率大于85%的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)提取主成分。

（3）選取合適的主成分，計(jì)算各個(gè)主成分對(duì)應(yīng)的系數(shù)，得到主成分的函數(shù)表達(dá)式。

3? 結(jié)果與分析

3.1? ?顯著性檢驗(yàn)

在進(jìn)行天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力主成分分析前，需要確定原變量之間是否具有相關(guān)性，通常根據(jù)Kaiser給出的KMO檢驗(yàn)是否大于0.6的度量標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行判斷。由表2可知，該組數(shù)據(jù)KMO=0.654，大于0.6，適合進(jìn)行主成分分析。

3.2? ?方差解釋率

由表3可知，第一主成分對(duì)應(yīng)的特征值為6.238，其方差貢獻(xiàn)率為56.709%；第二主成分對(duì)應(yīng)的特征值為2.558，其方差貢獻(xiàn)率為23.251%；第三主成分對(duì)應(yīng)的特征值為1.237，其方差貢獻(xiàn)率為11.250%。根據(jù)特征值大于1和累計(jì)方差貢獻(xiàn)率大于85%的原則，從中提取了3個(gè)主成分，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到91.210%，超過(guò)85%，而第四及以后的主成分特征值均在1以下，對(duì)解釋原有變量的貢獻(xiàn)率很小，可以忽略。因此選取第一、第二、第三主成分代表天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的11個(gè)指標(biāo)原始數(shù)據(jù)的大部分信息。

3.3? ?主成分載荷分析

由主成分因子載荷矩陣（表4）分析可知，農(nóng)用化肥施用折純量、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、有效灌溉面積、除澇面積、地方財(cái)政農(nóng)林水事務(wù)支出這幾個(gè)指標(biāo)在第一主成分上表現(xiàn)出較高的因子載荷量，玉米播種面積、機(jī)播面積、農(nóng)村用電量在第二主成分上表現(xiàn)出較高的因子載荷量，而小麥播種面積在第三主成分上表現(xiàn)出較高的因子載荷量。可以看出，第一主成分主要體現(xiàn)了生產(chǎn)資料投入，第二主成分主要體現(xiàn)了玉米播種面積和機(jī)械化應(yīng)用情況，第三主成分則體現(xiàn)了小麥播種面積。

在第一主成分中，載荷值高的指標(biāo)相互關(guān)聯(lián)。其中有效灌溉面積（X8）的因子載荷值最高（0.952），是天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力提升的最基本的生產(chǎn)條件。從2007—2021年的原始數(shù)據(jù)上看，有效灌溉面積從34.93萬(wàn)hm2下降到29.91萬(wàn)hm2，三大糧食作物合計(jì)播種面積卻從28.17萬(wàn)hm2上升至36.26萬(wàn)hm2，這“一降一升”凸顯了天津市必須高度重視農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)的重要性。天津市糧食作物播種面積受水利灌溉條件的制約，更加凸顯了有效灌溉面積這一指標(biāo)的重要程度，且農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力等生產(chǎn)資料的投入也受制于有效灌溉面積。

在第二主成分中，農(nóng)村用電量（X9）的因子載荷值最高（0.875），用電量多少直接關(guān)系到糧食生產(chǎn)的機(jī)械化程度。機(jī)播面積（X7）與玉米播種面積（X3）這2個(gè)指標(biāo)均在該主成分中，反映了這2個(gè)指標(biāo)存在相互關(guān)聯(lián)，這與天津市玉米機(jī)播率近100%的實(shí)際情況相符合[10-11]。

在第三主成分中，小麥播種面積（X2）的因子載荷值較高（0.895），這在糧食作物播種面積第二、第三主成分中均有體現(xiàn)。

綜上所述，穩(wěn)定糧食作物播種面積是提升天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素，此外要加大農(nóng)機(jī)具投入力度，提高機(jī)械化水平，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的提升，同時(shí)改善農(nóng)田水利設(shè)施，進(jìn)而穩(wěn)步提高天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

3.4? ?指標(biāo)權(quán)重分析

根據(jù)線性關(guān)系矩陣（表5），可建立主成分和各指標(biāo)之間的關(guān)系等式，得到以下線性關(guān)系公式：

F1=-0.347×X1-0.035×X2-0.234×X3+0.376×X4+0.372×X5+0.327×X6-0.086×X7+0.381×X8-0.008×X9+0.376×X10-0.379×X11

F2=-0.220×X1+0.128×X2+0.430×X3+0.182×X4+0.212×X5+0.292×X6+0.471×X7-0.131×X8+0.547×X9-0.150×X10+0.164×X11

F3=0.154×X1+0.804×X2-0.282×X3-0.030×X4-0.033×X5+0.111×X6+0.383×X7+0.102×X8-0.248×X9-0.098×X10-0.084×X11

計(jì)算公因子綜合得分，計(jì)算公式如下：

Q=0.622F1+0.255F2+0.123F3

根據(jù)公式，得出天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力各指標(biāo)綜合得分系數(shù)及權(quán)重（表6）。

由表6可知，權(quán)重排名前5位的指標(biāo)依次為機(jī)耕面積、稻谷播種面積、玉米播種面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、地方財(cái)政農(nóng)林水事務(wù)支出。這些指標(biāo)反映了天津市糧食作物機(jī)械化水平、播種面積和政府財(cái)政投入對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升有著較為顯著的作用。一是機(jī)耕面積（X6）權(quán)重最高（10.22%）排名第1位、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力（X5）權(quán)重（10.14%）排名第4位，二者均反映了機(jī)械化的重要性，說(shuō)明提高機(jī)械化水平是實(shí)施“藏糧于技”的一種方式[12]，是提高糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要因素。二是稻谷播種面積（X1）和玉米播種面積（X3）這2個(gè)指標(biāo)權(quán)重分別為10.20%和10.17%，權(quán)重位列第2位和第3位，反映了糧食作物播種面積對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的重要性。三是地方財(cái)政農(nóng)林水事務(wù)支出（X11）的權(quán)重（10.10%）排名第5位，說(shuō)明政府支持在提升天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力上具有重要作用，政府有必要在種糧補(bǔ)貼、農(nóng)機(jī)具補(bǔ)貼、耕地保護(hù)等方面繼續(xù)加大財(cái)政投入，并針對(duì)糧食作物生產(chǎn)的薄弱環(huán)節(jié)進(jìn)行精準(zhǔn)施策。

需要指出的是，一些指標(biāo)的權(quán)重雖然不高，但也要予以關(guān)注。通過(guò)計(jì)算各指標(biāo)權(quán)重的大小，發(fā)現(xiàn)對(duì)這些權(quán)重指標(biāo)進(jìn)行改善將對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的提升起到較顯著的作用。

4? 結(jié) 論

基于主成分分析法對(duì)天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的分析表明，生產(chǎn)資料投入、玉米播種面積及機(jī)械化水平、小麥播種面積分別是影響天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力的3個(gè)重要成分，方差貢獻(xiàn)率分別為56.709%、23.251%、11.250%，累計(jì)方差貢獻(xiàn)率達(dá)到91.210%。因此，天津市在穩(wěn)定糧食作物播種面積的基礎(chǔ)上，需要不斷完善農(nóng)田水利設(shè)施建設(shè)，加大農(nóng)用機(jī)械投入，以此提升天津市糧食產(chǎn)業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力。

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