王連喜，趙 晶 ，李 琪 ，吳榮軍 ，耿秀華

糧食是人類賴以生存的生活物質(zhì)基礎(chǔ)，確保糧食安全，是確保國(guó)家安全的前提和條件。近些年來(lái)，在全球氣候變化的大背景下，糧食安全問(wèn)題已越來(lái)越受到人們的關(guān)注。稻谷是我國(guó)的三大主要糧食作物之一，稻谷（包括水稻、旱稻）生產(chǎn)的變化直接影響到糧食市場(chǎng)的穩(wěn)定性，準(zhǔn)確掌握稻谷生產(chǎn)的變化趨勢(shì)，可以為中國(guó)糧食生產(chǎn)布局的優(yōu)化及相關(guān)區(qū)域政策的制定提供依據(jù)。重心模型是研究區(qū)域發(fā)展過(guò)程中要素空間變動(dòng)的重要分析工具[1]。由于區(qū)域發(fā)展是要素集聚與擴(kuò)散的過(guò)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，其移動(dòng)的方向即為變量空間格局變化的方向，移動(dòng)的距離可以表示作用力的差異程度[2]。以往的重心研究多用于全國(guó)或地區(qū)人口、經(jīng)濟(jì)重心遷移[3-7]，目前已有應(yīng)用于自然資源的重心研究，如李鑫等[8]利用空間自相關(guān)和重心分析模型，對(duì)江蘇省1980-2009年耕地空間分布變化進(jìn)行分析。分析表明，江蘇省耕地空間分布與變化表現(xiàn)為嚴(yán)重的不均衡，相比1980年，2009年耕地分布重心向東北方偏移；葉長(zhǎng)盛等[9]運(yùn)用ESDA空間相關(guān)分析及重心理論，結(jié)合GIS技術(shù)，探討了1980-2009年江西省縣域糧食生產(chǎn)的地域格局變化規(guī)律及特征，影響江西糧食產(chǎn)量空間格局主要因素為糧食播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力、化肥使用量等；周巧福等[10]利用HP濾波法及糧食生產(chǎn)重心模型，分析了近年來(lái)我國(guó)主要糧食作物產(chǎn)量的時(shí)空格局變化規(guī)律。以往的研究多側(cè)重區(qū)域內(nèi)近年來(lái)糧食產(chǎn)量的重心變化趨勢(shì)，而針對(duì)建國(guó)以來(lái)我國(guó)稻谷生產(chǎn)重心（包括種植面積、總產(chǎn)量、單產(chǎn)的重心）演變路徑和移動(dòng)距離的研究尚不多見。本文利用重心理論，揭示1949-2009年全國(guó)稻谷種植面積重心、總產(chǎn)量重心、單產(chǎn)重心演變路徑和移動(dòng)距離，定量分析稻谷生產(chǎn)的時(shí)空變化趨勢(shì)。

1 研究方法和數(shù)據(jù)來(lái)源

糧食生產(chǎn)重心方法是通過(guò)選取各省區(qū)的糧食生產(chǎn)數(shù)據(jù)（包括總產(chǎn)量、種植面積、單產(chǎn)）占全國(guó)的比重和各省區(qū)省會(huì)的經(jīng)緯度作為分析指標(biāo)，這些指標(biāo)能夠直觀地顯示各省對(duì)全國(guó)糧食生產(chǎn)情況的貢獻(xiàn)在變化趨勢(shì)上的差異。糧食生產(chǎn)重心的測(cè)度方法如下[11-12]：

其中xi，yi分別表示第i年糧食生產(chǎn)重心所在地理位置的經(jīng)度值和緯度值。xj，yj分別表示j省省會(huì)的經(jīng)度值和緯度值；Mij表示j省第i年的糧食產(chǎn)量（種植面積、單產(chǎn)），n為省區(qū)數(shù)量。通過(guò)對(duì)多年糧食生產(chǎn)重心經(jīng)緯度值在同一平面內(nèi)的描繪，我們可以清楚地觀察到糧食產(chǎn)地重心的時(shí)空變化情況。

本文所用數(shù)據(jù)包括1949-2009年全國(guó)31個(gè)省(市，自治區(qū))稻谷的種植面積、總產(chǎn)量以及單位面積產(chǎn)量資料，數(shù)據(jù)來(lái)自中國(guó)種植業(yè)信息網(wǎng)（http://zzys.agri.gov.cn/）[13]。

2 結(jié)果與分析

2.1 我國(guó)建國(guó)以來(lái)稻谷生產(chǎn)變化情況

建國(guó)以來(lái)，我國(guó)稻谷總產(chǎn)基本上呈現(xiàn)波動(dòng)性上升趨勢(shì)，1949年稻谷總產(chǎn)為4860萬(wàn)t；1982年稻谷總產(chǎn)量首次突破15000萬(wàn)t；近十年來(lái)，稻谷產(chǎn)量最低的年份為2003年，為16000萬(wàn)t，2009年產(chǎn)量達(dá)19500萬(wàn)t[13]。種植面積呈現(xiàn)波動(dòng)性上升后下降的趨勢(shì)，建國(guó)初期，稻谷種植面積為2570萬(wàn)hm2；1976年達(dá)到最大為3620萬(wàn)hm2；近些年種植面積維持在2900萬(wàn)hm2左右[13]。建國(guó)以來(lái)，稻谷單產(chǎn)也呈現(xiàn)出波動(dòng)性上升的趨勢(shì)，1949年僅為1892.1 kg/hm2，而2009年則達(dá)到了6585.3 kg/hm2[13]。

2.2 稻谷生產(chǎn)重心演變路徑分析

（1）稻谷種植面積重心演變。1949-2009年各地稻谷的種植面積一直在變化，使得全國(guó)稻谷種植重心也逐年移動(dòng)。重心移動(dòng)范圍為 112.75°E（1949年）-114.35°E（2009年），27.99°N（1949年）-30.5°N（2009年），東西跨度達(dá) 1.6°，南北跨度達(dá)2.5°。

為了減少偶然因素的影響，采用5a平均值分析全國(guó)稻谷種植面積重心的演變路徑（圖1）。由圖1可以看出，以1949年為基點(diǎn)（稻谷種植重心為 112.75°E，27.99°N），1950-1954年，1955-1959年，稻谷種植面積重心的緯度和經(jīng)度上都有所增加，整體呈向東北方向移動(dòng)的趨勢(shì)；1960-1964年經(jīng)度增加，緯度減少，向東南方向移動(dòng)；1965-1969年經(jīng)度減少，緯度略微增加，向西北方向移動(dòng)；自1970年開始，到1999年為止，這30年，稻谷種植面積重心持續(xù)向東北方向移動(dòng)，經(jīng)度和緯度都有相對(duì)較大程度的增加；2000-2004年經(jīng)度略有減少，緯度有所增加，種植面積重心向西北方向移動(dòng)；2005-2009年，重心移動(dòng)方向又再次恢復(fù)向東北方向移動(dòng)的趨勢(shì)。

1949-1994年此階段稻谷面積重心落在我國(guó)湖南省境內(nèi)，在這之后的各階段面積重心均位于湖北省境內(nèi)。1949-2009年這61年中，稻谷種植面積重心除有部分年份向東南、西北方向移動(dòng)的趨勢(shì)外，整體呈現(xiàn)出向東北方向移動(dòng)的態(tài)勢(shì)，這與稻谷在東北地區(qū)種植面積增加緊密相關(guān)。建國(guó)初期，稻谷在東北三?。ㄖ负邶埥?、遼寧、吉林?。┑姆N植面積僅為32.1萬(wàn)hm2，到1958年已經(jīng)上升到105萬(wàn)hm2；雖然1959-1963年?yáng)|北三省稻谷種植面積持續(xù)下降到建國(guó)初期水平，但從1964年開始，種植面積呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢(shì)，1970-1999年，東三省稻谷種植面積占全國(guó)總種植面積已從2.43%上升到8.25%；2009年?yáng)|三省總種植面積為3780萬(wàn)hm2，占全國(guó)的 12.75%[13]。

（2）稻谷總產(chǎn)量重心演變。1949-2009年稻谷總產(chǎn)量重心的移動(dòng)范圍為 111.94°E（1949年）-114.49°E（2008年）、28.38°N（1949年）-30.94°N（2008年），東西跨度達(dá)2.55°，南北跨度達(dá)2.56°，變幅更大。

為了減少偶然因素的影響，亦采用5a平均值分析全國(guó)稻谷總產(chǎn)量重心的演變路徑（圖2）。由圖2可以看出，以1949年為基點(diǎn)（稻谷總產(chǎn)量重心 111.94°E，28.38°N），1950-1954年重心緯度方向增加0.16°，經(jīng)度方向增加0.53°，向東北偏東方向移動(dòng)；1955-1959年產(chǎn)量重心持續(xù)向東北方向移動(dòng)；1960-1964年，產(chǎn)量重心經(jīng)度有所增加，緯度略有減少，向東南方向移動(dòng)；1965-1969年產(chǎn)量重心恢復(fù)向東北方向移動(dòng)的趨勢(shì)；自1970年起到1999年為止，這30年中，稻谷生產(chǎn)重心呈向東北方向移動(dòng)趨勢(shì)，緯度經(jīng)度都有大幅增加，2000-2004年稻谷產(chǎn)量重心緯度增加，經(jīng)度略有減少，向西北偏北方向移動(dòng)；2005-2009年產(chǎn)量重心繼續(xù)向東北方向移動(dòng)。

1949-1984年稻谷總產(chǎn)量重心落在我國(guó)湖南省境內(nèi)，在這之后的各階段產(chǎn)量重心均位于湖北省境內(nèi)。與稻谷種植面積重心類似，1949-2009年這61年中，稻谷產(chǎn)量重心除有部分年份向東南、西北方向移動(dòng)的趨勢(shì)外，整體呈現(xiàn)出向東北方向移動(dòng)的態(tài)勢(shì)。建國(guó)初期至今，東北三省稻谷總產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的比重由1.19%上升到13.3%，1960-1964年，東北三省稻谷總產(chǎn)量有略微下降，而此時(shí)期，東南部省份諸如廣東、福建、江西等稻谷產(chǎn)量上升較快，其中廣東省1964年相比1960年總產(chǎn)量上升了30.9%，并且廣東省這5年稻谷總產(chǎn)量占全國(guó)均維持在13%左右，由此可能導(dǎo)致稻谷生產(chǎn)重心在此階段向東南方向偏移[13]。

（3）稻谷單位面積產(chǎn)量重心演變。單位面積產(chǎn)量是總產(chǎn)量與種植面積變化的綜合結(jié)果，由兩者的比值計(jì)算得到。由于各地的自然條件、經(jīng)濟(jì)水平、科技水平等不同，單位面積產(chǎn)量的變化步調(diào)勢(shì)必不一致，由此就會(huì)造成稻谷單位面積產(chǎn)量重心的偏移和演變。

1949-2009年稻谷單產(chǎn)重心移動(dòng)范圍為111.89°E（2000年）-114.33°E（1968 年），32.48°N（1960 年）-34.29°N（1975年），東西跨度達(dá)2.44°，南北跨度達(dá)1.81°，且沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)。相對(duì)1949年稻谷單產(chǎn)重心，除2000-2009年單產(chǎn)重心偏西北外，其余數(shù)年份的單產(chǎn)重心偏東北。建國(guó)以來(lái)，隨著科技水平的提高，稻谷單產(chǎn)水平各個(gè)省份都呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)，如1949年，江蘇、湖北、遼寧稻谷單產(chǎn)水平分別為1704.3 kg/hm2、2359.05 kg/hm2、1586.85 kg/hm2， 而 2009 年 分 別 為8073 kg/hm2、7784.1 kg/hm2、7705.2 kg/hm2[13]。

由圖3可以看出，以1949年為基點(diǎn)，1950-1954年稻谷單產(chǎn)重心移動(dòng)的路徑為經(jīng)度、緯度都有所增加，即向東北方向移動(dòng)；1955-1959年稻谷單產(chǎn)重心移動(dòng)的路徑為緯度減少、經(jīng)度略有減少即向南偏西方向移動(dòng)，說(shuō)明此階段，南、北稻谷主產(chǎn)區(qū)的單產(chǎn)增加速度失衡；1960-1964年，重心移動(dòng)的路徑為經(jīng)度增加、緯度減少即向東南方向移動(dòng)；1965-1969年，此階段與上一階段相比，稻谷單產(chǎn)重心向東北方向移動(dòng)明顯，而1970-1979年這10年中，單產(chǎn)重心向東偏西方向移動(dòng)幅度相對(duì)較大，東西部嚴(yán)重失衡的情況得到改善，東部先進(jìn)的耕作技術(shù)、良種等引入西部以后，使東西部地區(qū)單產(chǎn)差距減?。?980-1984年，稻谷單產(chǎn)重心移動(dòng)路徑為經(jīng)、緯度都有所增加即向東北方向移動(dòng)；自1985年起至2004年止，這期間除1990-1994年單產(chǎn)重心略向東南方向移動(dòng)外，整體均呈向西南方向移動(dòng)的態(tài)勢(shì)，說(shuō)明此階段西部技術(shù)水平提高顯著；2005-2009年，此階段單產(chǎn)重心移動(dòng)的路徑與上一階段正好相反，即向東北方向移動(dòng)，但移動(dòng)幅度不大。

2.3 稻谷種植面積和產(chǎn)量重心偏移對(duì)比

（1）偏移軌跡對(duì)比。如圖4所示，在經(jīng)度方向（東西方向）上，1949-1969年總產(chǎn)量重心、種植面積重心均呈現(xiàn)向高經(jīng)度方向移動(dòng)的趨勢(shì)，說(shuō)明在這一階段，從生產(chǎn)規(guī)模上看，東西部差距加大，東部稻谷種植面積增加速度高于西部，東西部失衡重心向東移動(dòng)，由此導(dǎo)致稻谷總產(chǎn)重心隨之向東移動(dòng)。偏移幅度由大到小依次為單產(chǎn)重心、總產(chǎn)重心、面積重心，總產(chǎn)量是由單產(chǎn)和種植面積共同決定，使產(chǎn)量重心移動(dòng)一定距離，單產(chǎn)重心移動(dòng)幅度較大、面積重心移動(dòng)幅度較小，說(shuō)明面積變化對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)相對(duì)較大，而單產(chǎn)變化的東西部不平衡對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)小。1970-2009年種植面積重心和總產(chǎn)重心基本上呈持續(xù)向高經(jīng)度（東）移動(dòng)的趨勢(shì)，2000-2004年雖有略微下降，但2005-2009年又恢復(fù)向高經(jīng)度移動(dòng)，這可能是由于近幾年稻谷在東北三省種植面積擴(kuò)大所造成的，如2000年?yáng)|三省稻谷種植面積為268萬(wàn)hm2，2006年為327萬(wàn)hm2，而2009年達(dá)到378萬(wàn)hm2[13]；1970-2009年單產(chǎn)呈波動(dòng)向低經(jīng)度（西）移動(dòng)的趨勢(shì)，這一階段與上一階段相比，單產(chǎn)重心改為向西移動(dòng)，說(shuō)明西部稻谷單產(chǎn)水平得到提高，總產(chǎn)量重心在經(jīng)度上的偏移量比種植面積多，說(shuō)明面積變化對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)相對(duì)較大，相應(yīng)單產(chǎn)變化對(duì)產(chǎn)量貢獻(xiàn)較小，這一點(diǎn)可以從單產(chǎn)重心較大幅度向西移動(dòng)而總產(chǎn)重心依然持續(xù)向東移動(dòng)可以說(shuō)明。

圖5顯示，在緯度方向（南北方向）上，1949-2009年稻谷總產(chǎn)重心、種植面積重心總體上均呈現(xiàn)向高緯度方向移動(dòng)的變化趨勢(shì)，而單位面積產(chǎn)量重心呈波動(dòng)上升、下降的變化趨勢(shì)，但幅度不大，單產(chǎn)重心變化范圍大約在33-34°N之間。總體來(lái)看，總產(chǎn)量重心偏移量比面積重心偏移量多，說(shuō)明面積變化對(duì)產(chǎn)量的貢獻(xiàn)較大。

（2）偏移距離對(duì)比。在分析重心移動(dòng)距離時(shí)，以1949年為起點(diǎn)，第k年重心坐標(biāo)為（Lok,Lak），第k+1年的重心坐標(biāo)為（Lok+1，Lak+1），則從第k年到第k+1年的重心偏移距離d=c·，式中常數(shù)c=111.111，表示由地球表面坐標(biāo)單位（°）轉(zhuǎn)化為平面距離（km）的系數(shù)[2]。用東西南北方位表述偏移方向，結(jié)果詳見表1。

表1 1949-2009年稻谷生產(chǎn)的重心偏移分析

續(xù)表1

從重心的總偏移距離來(lái)看，1949-2009年稻谷種植面積的總偏移距離最小，為876.26km，總產(chǎn)量次之，為1230.29km，單產(chǎn)的總偏移距離最大，達(dá)到3508.87km。因?yàn)殡S著工業(yè)化和城鎮(zhèn)化進(jìn)程不斷推進(jìn)，使得我國(guó)水稻主產(chǎn)區(qū)種植面積減少，此外退耕還林、農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整等原因?qū)Φ竟确N植面積均會(huì)產(chǎn)生一定影響[14]，使其可變的彈性相對(duì)較小，因此種植面積重心的移動(dòng)距離最小。而單產(chǎn)的變化受科技水平、投入水平、管理水平以及品種等許多因素的影響，可變化的范圍相對(duì)較大，因此重心移動(dòng)距離最大?？偖a(chǎn)量受面積和單產(chǎn)的影響，其重心的偏移距離介于兩者之間。稻谷種植面積變化最大年份是1961年，最小年份是2009年；總產(chǎn)量變化最大年份是2004年，最小年份是1991年；單產(chǎn)變化最大年份是1976年，最小年份是2006年。

從偏移方向來(lái)看，種植面積重心偏移向東北方向的年份最多，其次為西南方向、西北方向和東南方向，分別占56%、23%、14%、3%；總產(chǎn)量重心偏移向東北方向最多，其次為西南方向、東南方向和西北方向，分別占44%、21%、17%和13%；單產(chǎn)重心偏移向西南方向最多，其次為東北方向、西北方向和東南方向，分別占37%、25%、14%和13%?？梢?，東北、西南方向的發(fā)展不平衡狀態(tài)較西北、東南方向的嚴(yán)重。

進(jìn)一步統(tǒng)計(jì)偏移緯度與偏移經(jīng)度的比值，即│（Lak+1-Lak）/（Lok+1-Lok）│≥1的年數(shù)，種植面積、總產(chǎn)量和單位面積產(chǎn)量分別為38a、33a和19a，說(shuō)明稻谷種植面積和總產(chǎn)量在南北方向上的動(dòng)態(tài)變化相對(duì)東西向的變化劇烈，而單產(chǎn)則是東西向的變化比南北向的變化劇烈。

3 結(jié)論與討論

（1）1949-2009年，全國(guó)稻谷種植面積重心、總產(chǎn)量重心整體上均呈現(xiàn)出向高緯度、高經(jīng)度即向東北方向移動(dòng)的變化趨勢(shì)，種植面積重心東西跨度達(dá)1.6°，南北跨度達(dá)2.5°；總產(chǎn)量重心東西跨度達(dá)2.55°，南北跨度達(dá)2.56°，變幅更大。鐘甫寧[15]通過(guò)對(duì)水稻布局變化實(shí)證分析認(rèn)為，近些年傳統(tǒng)水稻主產(chǎn)區(qū)的南方區(qū)、長(zhǎng)江中下游區(qū)水稻播種面積減少較多，而東北區(qū)水稻播種面積則出現(xiàn)較大幅度的增長(zhǎng)。各個(gè)地區(qū)的水稻凈收益雖然相差不是很大，但相對(duì)收益的大小及其變化最終決定了播種面積的調(diào)整方向，其中，南方區(qū)和長(zhǎng)江中下游區(qū)主要的替代作物為蔬菜和水果；東北區(qū)、西北區(qū)和華北區(qū)的主要替代作物仍然是糧食作物中的玉米和小麥，水稻凈收益高于這兩種糧食作物，但是，西北區(qū)和華北區(qū)受自然條件限制難以擴(kuò)大水稻播種面積，而東北區(qū)有潛在的農(nóng)業(yè)資源作為保障，所以，水稻播種面積的增長(zhǎng)幅度較大。此外，這種趨勢(shì)變化可能與氣候變暖使得稻谷可種植范圍擴(kuò)大有關(guān)。據(jù)研究，全球變暖會(huì)使氣候溫度帶向北移動(dòng)，年平均溫度每增加1℃，北半球中緯度地區(qū)的作物帶在水平方向上將北移150 km-200km[16]。我國(guó)華北北部、東北南部、川西、藏南、青海等地≥10℃的積溫增幅較大，年均增溫多在100-300℃之間；東北北部、黃河流域大部、江淮流域、西北大部增溫在50-100℃之間[17]。在過(guò)去50年中，由于氣候變暖、熱量資源的增加造成了全國(guó)種植制度界限不同程度北移[18]，如黑龍江省地區(qū)由于熱量資源的增加，水稻的種植北界向北移動(dòng)到了北緯47°附近，原來(lái)的不適宜種植區(qū)變?yōu)檫m宜種植區(qū)[19]，從而使稻谷的生產(chǎn)重心有了規(guī)律性地遷移。

（2）稻谷單產(chǎn)重心沒(méi)有明顯的變化趨勢(shì)，偏移軌跡從東西方向來(lái)看，20世紀(jì)50、60年代單產(chǎn)重心向東偏移，在此之后單產(chǎn)重心逐漸向西回歸，東西方向差距縮?。粡哪媳狈较蛏蟻?lái)看，單產(chǎn)重心在此方向上移動(dòng)幅度不大，呈現(xiàn)波動(dòng)上升、下降趨勢(shì)，大約在33-34°N之間移動(dòng)。這種變化趨勢(shì)可能與各地區(qū)生產(chǎn)水平有關(guān)，20世紀(jì)50、60年代東部先進(jìn)的技術(shù)水平、優(yōu)良的稻谷品種使得單產(chǎn)重心向東移動(dòng)；隨著西部地區(qū)引進(jìn)學(xué)習(xí)，產(chǎn)量提高，使得單產(chǎn)重心由東向西開始回移。

（3）從重心的總偏移距離來(lái)看，1949-2009年稻谷種植面積的總偏移距離最小，總產(chǎn)量次之，單產(chǎn)的總偏移距離最大。從偏移方向來(lái)看，種植面積重心偏移向東北方向的年份最多，其次為西南方向、西北方向和東南方向；總產(chǎn)量重心偏移向東北方向最多，其次為西南方向、東南方向和西北方向；單產(chǎn)重心偏移向西南方向最多，其次為東北方向、西北方向和東南方向。由此可見，稻谷生產(chǎn)東北、西南方向的發(fā)展不平衡狀態(tài)較西北、東南方向的嚴(yán)重。

（4）通過(guò)統(tǒng)計(jì)偏移緯度與偏移經(jīng)度的比值≥1的年份可知，稻谷種植面積和總產(chǎn)量在南北方向上的動(dòng)態(tài)變化相對(duì)東西向的變化劇烈，而單產(chǎn)則是東西向的變化比南北向的變化劇烈。

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