高軍波, 劉彥隨, 張永顯

(1.信陽(yáng)師范學(xué)院 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河南 信陽(yáng) 464000; 2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101; 3.喬治亞南方大學(xué) 地質(zhì)與地理系， 喬治亞州 30458， 美國(guó))

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1990-2012年淮河流域糧食生產(chǎn)的時(shí)空演進(jìn)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制

高軍波1,2,3, 劉彥隨2, 張永顯1

(1.信陽(yáng)師范學(xué)院 城市與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 河南 信陽(yáng) 464000; 2.中國(guó)科學(xué)院 地理科學(xué)與資源研究所,北京 100101; 3.喬治亞南方大學(xué) 地質(zhì)與地理系， 喬治亞州 30458， 美國(guó))

摘要：[目的] 動(dòng)態(tài)研究糧食連增及農(nóng)業(yè)政策調(diào)整背景下淮河流域1990—2012年的糧食產(chǎn)量時(shí)空變化進(jìn)程及影響因素,為淮河流域科學(xué)合理糧食安全政策構(gòu)建提供理論參考。[方法] 采用區(qū)域重心計(jì)算模型和空間自相關(guān)技術(shù)。[結(jié)果] (1) 淮河流域糧食總產(chǎn)量及縣域均值持續(xù)增長(zhǎng)。高產(chǎn)縣域集中在流域中游皖北地區(qū),中高產(chǎn)縣域逐步向中上游推進(jìn),低產(chǎn)縣域日趨邊緣化。 (2) 淮河流域糧食產(chǎn)量重心呈西進(jìn)南移態(tài)勢(shì)變動(dòng),西進(jìn)速率減緩,南北波動(dòng)幅度較小,空間格局趨向穩(wěn)定。 (3) 縣域糧食產(chǎn)量分布呈顯著空間聚集性特征,且有持續(xù)增強(qiáng)趨勢(shì)。高產(chǎn)縣域聚集于流域中游豫皖交界及下游蘇中沿海地區(qū);低產(chǎn)縣市逐步集中連片聚集于流域上游豫西北邊緣地區(qū);高—低與低—高聚集縣域規(guī)模較小,空間分布變化劇烈。[結(jié)論] 水土資源變化、農(nóng)業(yè)新技術(shù)及政策傾斜、種糧比較效益等主導(dǎo)因素共同驅(qū)動(dòng)流域糧食產(chǎn)量空間格局演進(jìn)。

關(guān)鍵詞：糧食生產(chǎn); 時(shí)空演變; 驅(qū)動(dòng)機(jī)制; 淮河流域

文獻(xiàn)參數(shù)： 高軍波, 劉彥隨, 張永顯.1990—2012年淮河流域糧食生產(chǎn)的時(shí)空演進(jìn)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制[J].水土保持通報(bào)，2016,36(3)：179-185.DOI:10.13961/j.cnki.stbctb.2016.03.031

倉(cāng)稟實(shí)而知禮節(jié)，糧食足則天下安。自古以來(lái)糧食就是人類生存與發(fā)展的最基本的生活資料，關(guān)系著國(guó)計(jì)民生。作為一個(gè)13億多人口的國(guó)家，既是糧食生產(chǎn)大國(guó)，也是糧食消費(fèi)大國(guó)，中國(guó)的糧食安全舉世矚目，圍繞糧食安全的研究一直是近年來(lái)的熱點(diǎn)[1-2]。淮河流域是中國(guó)重要的糧食生產(chǎn)基地，具有氣候適宜、日照豐富、無(wú)霜期長(zhǎng)、土地質(zhì)量高等優(yōu)越的自然條件。耕地面積占全國(guó)12%，糧食產(chǎn)量約占全國(guó)總產(chǎn)量的1/6，對(duì)于保障國(guó)家糧食安全發(fā)揮了舉足輕重的作用[3]。2008年國(guó)家也做出了加快推進(jìn)淮河流域糧食生產(chǎn)主題功能區(qū)建設(shè)的戰(zhàn)略決策[4]，但在“十二五”規(guī)劃中淮河流域承擔(dān)著產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)移的任務(wù)，工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和市場(chǎng)化的進(jìn)程必然對(duì)糧食的生產(chǎn)造成一定的影響[5]。鑒于糧食生產(chǎn)受工業(yè)和經(jīng)濟(jì)發(fā)展影響視角，一些學(xué)者從不同時(shí)空尺度對(duì)糧食生產(chǎn)動(dòng)態(tài)變化做了諸多實(shí)證探討，王介勇等[6]定量探討了1990—2005年中國(guó)糧食生產(chǎn)時(shí)空格局的演進(jìn)；劉會(huì)玉等[7]以小波診斷技術(shù)為基礎(chǔ)，對(duì)近50 a江蘇省糧食產(chǎn)量變化進(jìn)行了多尺度的分析；劉玉等[8]為揭示糧食生產(chǎn)的異質(zhì)性，深入分析了1980—2008年環(huán)渤海地區(qū)縣域糧食生產(chǎn)的時(shí)空動(dòng)態(tài)特征及其影響因素，而周立青等[9]動(dòng)態(tài)探討了黑龍江糧食生產(chǎn)的時(shí)空格局及其動(dòng)因?，F(xiàn)有成果對(duì)揭示中國(guó)糧食生產(chǎn)時(shí)空規(guī)律及糧食安全國(guó)家戰(zhàn)略構(gòu)建具有重要意義，但研究尺度以國(guó)家和省域?yàn)橹?，流域尺度?shí)證研究逐步引起較多關(guān)注[10-11]，而流域在自然條件、行政區(qū)劃、區(qū)域功能等方面獨(dú)具特色，顯著影響區(qū)域糧食生產(chǎn)的時(shí)空格局。就淮河流域而言，現(xiàn)有研究涉及主體功能區(qū)劃探討、糧食生產(chǎn)潛力、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率及生產(chǎn)氣候[12-13]條件分析，時(shí)空動(dòng)態(tài)視角的糧食生產(chǎn)空間格局演進(jìn)還未見(jiàn)實(shí)證成果出現(xiàn)。

基于此，本文基于縣域空間尺度，選取1990，2000和2012年3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)，借助ArcGIS技術(shù)平臺(tái)，通過(guò)糧食生產(chǎn)空間格局可視化、區(qū)域重心遷移刻畫、空間自相關(guān)及驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析，綜合探討近20 a余來(lái)淮河流域縣域糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演進(jìn)規(guī)律，以期為淮河流域科學(xué)合理糧食安全政策構(gòu)建提供理論參考。

1研究區(qū)概況

淮河流域(東經(jīng)111°55′—121°20′，北緯30°55′—36°20′)是中國(guó)7大流域之一，地處中國(guó)東部地區(qū)，西起桐柏山、伏牛山，東臨黃海，南側(cè)以大別山、江淮丘陵、通揚(yáng)運(yùn)河及如泰運(yùn)河南堤與長(zhǎng)江流域分界，北側(cè)以黃河南堤和沂蒙山與黃河流域毗鄰。流域跨鄂、豫、皖、蘇、魯5省40個(gè)市，2013年下轄155個(gè)縣(市)，流域面積為2.70×105km2，人口1.70億人?；春恿饔虻目偢孛娣e為1.27×107hm2，約占全國(guó)總耕地面積的11.7%，人均耕地面積0.075 hm2，低于全國(guó)人均耕地面積。糧食總產(chǎn)量9.49×107t，約占全國(guó)糧食總產(chǎn)量的17.4%，人均糧食產(chǎn)量559 kg，高于全國(guó)人均糧食產(chǎn)量。本研究空間單元為淮河流域縣級(jí)行政區(qū)，湖北省隨州市的廣水市和隨縣和孝感市的大悟縣同屬淮河流域，但其流域面積均在縣域總面積的50%以下，為方便統(tǒng)計(jì)與對(duì)比，將其省略；同樣，長(zhǎng)江流域邊緣地區(qū)流域面積與縣域面積比小于1/10的縣域省略。參考王振波等[14]研究，將淮河流域界限定為蘇魯豫皖4省，流域內(nèi)地級(jí)市轄合并為一個(gè)市區(qū)，整理后研究范圍共包括35個(gè)地級(jí)市179個(gè)縣(市，區(qū))，其中包括河南省67縣，江蘇省44個(gè)，安徽省34個(gè)，山東省34個(gè)。

2研究方法及數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1研究方法

“重心”分析是一種分析地理現(xiàn)象空間分異及其動(dòng)態(tài)變化過(guò)程的方法，借用重心點(diǎn)及其移動(dòng)方向、移動(dòng)距離等指標(biāo)不僅可以刻畫區(qū)域地理現(xiàn)象的空間差異，還可以進(jìn)一步探尋其動(dòng)態(tài)過(guò)程及演化規(guī)律[15]。因此，本文基于淮河流域縣域糧食生產(chǎn)空間可視化基礎(chǔ)，計(jì)算區(qū)域糧食產(chǎn)量重心，并刻畫其遷移過(guò)程；然后通過(guò)空間自相關(guān)技術(shù)揭示淮河流域糧食生產(chǎn)空間聚集模式及其演進(jìn)規(guī)律，最后系統(tǒng)分析淮河流域糧食生產(chǎn)空間格局影響因素及驅(qū)動(dòng)機(jī)制，為區(qū)域糧食持續(xù)發(fā)展及糧食安全戰(zhàn)略提供政策啟示。

2.2數(shù)據(jù)來(lái)源

研究數(shù)據(jù)主要包括空間數(shù)據(jù)和屬性數(shù)據(jù)，空間數(shù)據(jù)主要來(lái)自國(guó)家基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)庫(kù)，包括淮河流域縣級(jí)行政區(qū)劃圖和各縣(縣、縣級(jí)市、市轄區(qū))政府所在地坐標(biāo)。屬性數(shù)據(jù)來(lái)源于1991,2001和2013年河南省、山東省、安徽省和江蘇省統(tǒng)計(jì)年鑒，然后基于ArcGIS 10.1工作平臺(tái)進(jìn)行時(shí)空數(shù)據(jù)處理，在縣域尺度上計(jì)算糧食生產(chǎn)重心位置及其位移，并進(jìn)行空間可視化表達(dá)。

3結(jié)果與分析

3.1淮河流域糧食產(chǎn)量及其空間格局變化

3.1.11990年以來(lái)淮河流域糧食產(chǎn)量變化

(1) 淮河流域糧食生產(chǎn)總量持續(xù)增長(zhǎng)，增幅明顯提升。在1990—2012年，淮河流域糧食總產(chǎn)量從6.82×107t增加到1.15×108t，縣域均值也由3.91×105t增加到6.42×105t，說(shuō)明1990年以來(lái)淮河流域糧食產(chǎn)量保持持續(xù)增加態(tài)勢(shì)；在糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)幅度上，相比較1990，2000年淮河流域糧食生產(chǎn)總量增長(zhǎng)16.4%，縣域產(chǎn)量均值增加13.6%；而2012年糧食總產(chǎn)量，在2000年的基礎(chǔ)上增加了44.8%，縣域產(chǎn)量均值增加了44.9%，表明淮河流域糧食產(chǎn)量增幅明顯提升。

(2) 豫蘇是淮河流域糧食主要產(chǎn)地，豫比重最大、皖增速最快。2012年，豫蘇淮河流域糧食產(chǎn)量占淮河流域糧食總產(chǎn)量的60.8%，與1990年比重(61.5%)基本持平，豫蘇仍為淮河流域糧食產(chǎn)量的主要產(chǎn)地(圖1)；其中，河南省2012年淮河流域糧食產(chǎn)量為3.699×107t，占流域糧食總產(chǎn)量的31.97%，比1990年比重提高約3%，而同期蘇、皖、魯3省淮河流域糧食產(chǎn)量比重變化分別是：從32.68%下降到28.9%，16.49%提升到22.07%，17.56%略降為17.06%。由此表明，1990年以來(lái)，淮河流域省際糧食產(chǎn)量格局演變體現(xiàn)為河南糧食產(chǎn)量比重最大，而安徽省糧食產(chǎn)量增速最快。

圖1　淮河流域省際糧食總產(chǎn)量變化

(3) 蘇皖縣域糧食產(chǎn)量均值高、增速快，豫縣域糧食產(chǎn)量均值最低。在1990與2000年，淮河流域縣域糧食產(chǎn)量均值最高的是江蘇省，分別為5.01×105和5.24×105t，兩個(gè)年份江蘇省縣域糧食產(chǎn)量最高的縣都是興化市，年糧食產(chǎn)量分別為1.07×106和1.11×106t。在2012年，安徽省成為縣域糧食產(chǎn)量均值最高的省份，產(chǎn)量均值為7.74×105t，比2000年最高均值產(chǎn)量增加32.3%，超過(guò)江蘇省縣域糧食產(chǎn)量均值7.60×105t，其中霍邱縣產(chǎn)量最高，產(chǎn)糧1.41×106t。在1990，2000，2012這3個(gè)年份，河南省縣域糧食產(chǎn)量均值皆為淮河流域最低，分別為2.94×105，3.75×105和5.40×105t，僅為同期最高縣域均值的58.7%，71.6%和69.7%，表明河南省縣域糧食生產(chǎn)亟需提高科技水平和挖掘潛力。

3.1.21990年以來(lái)淮河流域糧食產(chǎn)量空間格局演變

(1) 糧食高產(chǎn)縣域規(guī)模先減后增，安徽成主要聚集區(qū)域。如圖2所示，1990年淮河流域糧食產(chǎn)量大于7.44×105t高產(chǎn)縣域有5個(gè)，分別是棗莊市、銅山縣、東?？h、沭陽(yáng)縣和興化市；2000年糧食產(chǎn)量大于6.83×105t的高產(chǎn)縣域增加到22個(gè)，空間范圍急劇擴(kuò)大，主要聚集在豫東平原東南部、淮河干流南岸的丘陵地區(qū)、淮北平原北部、沂蒙山區(qū)南部、淮河下游的蘇北平原地區(qū)和淮河下游沿海地區(qū)，高產(chǎn)區(qū)增多且集中連片式分布特征顯著；2012年糧食產(chǎn)量大于1.08×106t高產(chǎn)縣域規(guī)模降低為15個(gè)，主要聚集在安徽省境內(nèi)淮北平原北部和淮河干流南岸，豫東平原、淮河下游蘇北平原和淮河下游沿海地區(qū)也有分布。安徽成為高產(chǎn)縣域主要聚集地，但空間分布日趨分散。

圖2　1990-2012年淮河流域糧食生產(chǎn)空間格局

(2) 糧食低產(chǎn)縣域規(guī)模持續(xù)增加，空間區(qū)位日趨邊緣化。1990年淮河流域糧食產(chǎn)量低于1.41×105t低產(chǎn)縣區(qū)共有19個(gè)，空間散布淮河流域的上中下游，沒(méi)有形成聚集布局態(tài)勢(shì)；2000年糧食產(chǎn)量低于1.71×105t低產(chǎn)縣區(qū)增加到23個(gè)，在淮河源區(qū)域初具聚集分布特征，皖北大面積糧食地產(chǎn)縣區(qū)消失，其他地帶零散分布；2012年糧食產(chǎn)量低于2.37×105t的低產(chǎn)縣區(qū)規(guī)模增加到29個(gè)，空間分布上一方面聚集分布于淮河源的桐柏山區(qū)、伏牛山東段等邊緣地區(qū)；另一方面山東省內(nèi)泗水縣、蒙陰縣成為糧食低產(chǎn)縣區(qū)，表明淮河流域糧食地產(chǎn)縣區(qū)分布邊緣化的空間格局。

(3) 糧食中高產(chǎn)量縣區(qū)逐步向淮河流域中上游推進(jìn)。從1990—2000年，淮河流域糧食的中高產(chǎn)量縣域主要聚集在安徽省和江蘇省，而中低產(chǎn)量縣區(qū)主要分布在豫北、魯南地區(qū)，另外在豫南與蘇中也有零散分布。在2000—2012年，淮河流域的糧食中高產(chǎn)量縣區(qū)分布仍以安徽和江蘇為主導(dǎo)，但隨著豫北中低糧食產(chǎn)量縣區(qū)減少，以及豫西、豫南中低糧食產(chǎn)量縣區(qū)向中高產(chǎn)量縣區(qū)的過(guò)渡，導(dǎo)致淮河流域中高糧食產(chǎn)量縣區(qū)布局向淮河中上游推進(jìn)態(tài)勢(shì)日趨明顯。

3.21990年以來(lái)淮河流域糧食產(chǎn)量重心時(shí)空格局演變

3.2.1糧食生產(chǎn)區(qū)域重心計(jì)算地理學(xué)區(qū)域重心的概念即假設(shè)一個(gè)區(qū)域有n個(gè)次級(jí)區(qū)域單元組成，其中第i個(gè)次級(jí)區(qū)域單元中心的地理坐標(biāo)為(xi,yi)，mi為該次級(jí)區(qū)域單元某種地理現(xiàn)象的屬性值，則該屬性地理現(xiàn)象的區(qū)域重心坐標(biāo)為[16-17]：

(1)

(2)

若屬性值mi為各個(gè)次級(jí)區(qū)域單元的糧食產(chǎn)量，則區(qū)域重心(xi,yi)為區(qū)域糧食產(chǎn)量中心。當(dāng)某種地理現(xiàn)象的重心隨著時(shí)間變化出現(xiàn)移動(dòng)時(shí)，重心表現(xiàn)為在各個(gè)次級(jí)區(qū)域單元作用力的動(dòng)態(tài)作用下向作用力大的方向移動(dòng)，其移動(dòng)方向即為空間格局變化的方向。本研究中，以各次級(jí)行政區(qū)域單元政府所在地坐標(biāo)定為(xi,yi)，以各縣(縣、縣級(jí)市、直轄區(qū))的糧食產(chǎn)量定為屬性值mi。

3.2.2淮河流域糧食生產(chǎn)重心區(qū)位及空間移動(dòng)基于區(qū)域空間重心計(jì)算， 1990年淮河流域糧食生產(chǎn)重心為(116°59′32″E，33°44′6″N)，位于安徽省宿州市市轄區(qū)西部；2000年生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)變?yōu)?116°52′5″E，33°44′20″N)，空間位置從宿州市市轄區(qū)向西轉(zhuǎn)移到安徽省濉溪縣內(nèi)；2012年生產(chǎn)重心為(116°50′23″E，33°43′35″N)，繼續(xù)“西進(jìn)”并且發(fā)生“南移”現(xiàn)象，空間位置處于濉溪縣東部。

3.2.3淮河流域糧食產(chǎn)量重心移動(dòng)方向和距離1990，2000，2012年3個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)淮河流域糧食產(chǎn)量重心移動(dòng)方向和距離如表1所示。糧食產(chǎn)量重心的遷移路徑演變具有明顯的“西進(jìn)南移”態(tài)勢(shì)，空間位移主要體現(xiàn)在東西方向上，移動(dòng)距離超過(guò)13.821km，南北方向重心移動(dòng)不足1′，移動(dòng)較小。

(1) 淮河流域糧食生產(chǎn)重心持續(xù)西進(jìn)，遷移速度先快后慢。1990年淮河流域糧食生產(chǎn)重心落在宿州市市轄區(qū)內(nèi)部，到2000年糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移到濉溪縣，糧食生產(chǎn)重心在此期間向西偏北1.9°的方向移動(dòng)13.829km，向西推進(jìn)13.821km，年均移動(dòng)1.382 1km，移動(dòng)速度較快；到2012年糧食生產(chǎn)重心又向西偏南24°的方向移動(dòng)3.435km，其中向西推進(jìn)3.138km，年均移動(dòng)0.313 8km，移動(dòng)速度放緩，重心仍在濉溪縣內(nèi)部。這表明，淮河流域糧食生產(chǎn)重心不斷地向中游地區(qū)推進(jìn)，高產(chǎn)區(qū)也主要集中在中游地區(qū)。

表1　1990-2012年淮河流域糧食產(chǎn)量重心變動(dòng)

(2) 淮河流域糧食生產(chǎn)重心南北波動(dòng)幅度小，空間格局趨向穩(wěn)定?；春恿饔蚣Z食生產(chǎn)重心在1990—2000年向北位移0.456 km，年均移動(dòng)0.045 6 km，移動(dòng)速度緩慢且不明顯；而2000—2012年重心向南位遷移1.397 km，年均移動(dòng)0.117 km，相比1990—2000年階段移動(dòng)速度稍微有提高，但不顯著。這表明，淮河流域糧食生產(chǎn)空間波動(dòng)較小，糧食生產(chǎn)格局已經(jīng)趨向穩(wěn)定。

3.3淮河流域糧食生產(chǎn)重心空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)分析是對(duì)某一地理變量空間分布中相鄰位置間的相關(guān)性進(jìn)行檢驗(yàn)的一種統(tǒng)計(jì)方法，利用此方法可以揭示區(qū)域變化量的空間分布特征[18]。

3.3.1全局空間自相關(guān)分析全局空間自相關(guān)指標(biāo)Moran′I主要探索屬性數(shù)據(jù)值在整個(gè)區(qū)域分布上空間趨同特征強(qiáng)弱，為分析淮河流域不同年份縣域糧食產(chǎn)量的空間分布狀況，本文通過(guò)ArcGIS軟件分析不同年份各縣(市、區(qū))糧食產(chǎn)量之間的空間關(guān)聯(lián)性，公式如下[19-20]：

(3)

式中：I——Moran數(shù)； n——研究區(qū)域內(nèi)空間單元總數(shù)； wij——空間權(quán)重矩陣； xi——區(qū)域i的觀測(cè)值。下同。

Moran數(shù)I的取值在[-1,1]，如果空間過(guò)程不相關(guān)，則I的取值接近0，當(dāng)I取負(fù)值時(shí)，表示負(fù)的空間自相關(guān)，取正值表示正的空間自相關(guān)。計(jì)算出Moran數(shù)I后，還需要對(duì)其進(jìn)行檢驗(yàn)，一般采用Z檢驗(yàn)，在0.05置信水平下，|Z|=1.96。當(dāng)Z>1.96時(shí)，表示觀測(cè)值存在顯著性相關(guān)，高的觀測(cè)值通常與高的觀測(cè)值發(fā)生空間聚集(高—高)，低的觀測(cè)值通常與低的觀測(cè)值發(fā)生空間聚集(低—低)，呈現(xiàn)空間聚集格局；當(dāng)Z<-1.96時(shí)，表示觀測(cè)值存在顯著性負(fù)相關(guān)，高的觀測(cè)值傾向于與低的觀測(cè)值相鄰(高—低)，而低的觀測(cè)值傾向于與高的觀測(cè)值相鄰(低—高)，呈現(xiàn)空間異常格局。當(dāng)|Z|<1.96時(shí)，要素在區(qū)域的自相關(guān)性不顯著，觀測(cè)值在區(qū)域呈獨(dú)立隨機(jī)分布。通過(guò)上述公式，淮河流域縣域糧食產(chǎn)量1990，2000，2012年Moran’I數(shù)和Z值見(jiàn)表2。

表2　　　　淮河流域縣域糧食產(chǎn)量的全局

注：p<0.001。

結(jié)果如表2所示，全局Moran’I數(shù)均為正值，且從1990年的0.175 7增加到2012年的0.269 8，Z值均大于1.96，因此可以拒絕零假設(shè)，即淮河流域縣域糧食產(chǎn)量的空間分布不是隨機(jī)的，而是表現(xiàn)出非常顯著的空間聚集性，并且空間聚集性越來(lái)越強(qiáng)。其空間聚集性具體特征表現(xiàn)為：糧食產(chǎn)量較高的縣趨于和糧食產(chǎn)量較高的縣相鄰，糧食產(chǎn)量較低的縣趨于和糧食產(chǎn)量較低的縣相鄰。全局空間自相關(guān)指標(biāo) 用于驗(yàn)證整個(gè)研究區(qū)域的空間模式，并不能夠確定聚集區(qū)所發(fā)生的具體位置，而且不能確定聚集特征屬于高—高聚集還是低—低聚集，其具體空間區(qū)位及聚集關(guān)系，需要進(jìn)行局部自相關(guān)分析。

3.3.2局部空間自相關(guān)分析局部空間自相關(guān)指標(biāo)(LISA)用于揭示一個(gè)區(qū)域單元上的某種地理現(xiàn)象或某一屬性值與鄰近單元上同一地理現(xiàn)象或?qū)傩灾档南嚓P(guān)程度。公式如下[20]：

(4)

為了更為直觀的觀察淮河流域縣域糧食產(chǎn)量的空間聚集情況，通過(guò)公式(4)和ArcGIS軟件分別生成1990，2000，2012年3個(gè)不同年份縣域糧食產(chǎn)量LISA集聚圖(圖3)。如圖3所示，1990年以來(lái)淮河流域糧食生產(chǎn)縣域呈顯著局部空間自相關(guān)關(guān)系，其不同類型糧食產(chǎn)量縣區(qū)空間格局呈如下變動(dòng)規(guī)律：

(1) 糧食高產(chǎn)縣域逐步聚集于淮河中游豫皖交界及淮河下游蘇中地區(qū)。在1990—2000年，淮河流域糧食高產(chǎn)縣域的高—高聚集區(qū)，從淮河中游干流南岸、下游蘇中平原地區(qū)及沿海地區(qū)，向淮河中上游聚集、遷移，主要分布在豫東平原東南部、淮北平原西部，以及淮河下游沿海地區(qū)；到2012年，淮河流域糧食高產(chǎn)縣區(qū)進(jìn)一步向上游遷移，分布于豫晥交界地帶，且呈集群連片分布；在淮河下游沿海地區(qū)大豐市、建湖縣和鹽城市市轄區(qū)也是糧食高產(chǎn)縣區(qū)的高—高聚集區(qū)。

圖3　1990-2012年縣域糧食產(chǎn)量LISA聚集

(2) 糧食低產(chǎn)縣區(qū)空間分布逐步集中連片，聚集于淮河上游豫西北邊緣地區(qū)。1990年，淮河流域糧食低產(chǎn)量縣區(qū)有13個(gè)，零散分布與豫西伏牛山、桐柏山區(qū)。2000年，淮河流域地產(chǎn)糧縣區(qū)減少為11個(gè)，分布在淮河流域西北部邊緣地區(qū)，呈聚集格局趨勢(shì)集中，但規(guī)模較??；至2012年，淮河流域低產(chǎn)糧縣區(qū)增加值17個(gè)，聚集分布于淮河上游豫西北邊緣地區(qū)，空間聚集特性日趨加強(qiáng)。同時(shí)在淮河流域中下游東北部也離散分布著沂水縣、平邑縣等糧食低產(chǎn)縣區(qū)。

(3) 糧食生產(chǎn)高—低與低—高聚集縣區(qū)規(guī)模較小，空間分布變化劇烈。在1990—2012年，淮河流域糧食產(chǎn)量高—低和低—高格局分布縣區(qū)由6個(gè)增加到10個(gè)，然后降低至3個(gè)，縣區(qū)規(guī)?？傮w較小。在空間分布上，1990年糧食生產(chǎn)呈高—低分布格局的縣區(qū)分別是蕭縣和禹州市，在2000年擴(kuò)展至開(kāi)封縣、禹州市、襄城縣、郾城縣、蕭縣、江都市6個(gè)縣區(qū)，其空間格局呈離散分布，淮河上中下游均有布局，其中上游分布較為集中，中游和下游均為孤立縣域單元分布，而2012年呈高—低格局分布的縣區(qū)僅為西平縣1個(gè)，位于淮河源北岸地區(qū)；淮河流域糧食產(chǎn)量呈低—高格局分布的縣區(qū)，其空間分布由1990年位于淮河下游東部區(qū)域的臨沭、泰州、靖江，于2000年向西遷移至淮河中游的新沂、鳳臺(tái)、界首，并于2012年進(jìn)一步演變?yōu)榛春又猩嫌芜吘壍貐^(qū)的泗陽(yáng)、鳳臺(tái)、長(zhǎng)豐3個(gè)縣，可見(jiàn)空間分布變化異常劇烈。

3.4淮河流域糧食生產(chǎn)空間格局演進(jìn)影響因素與驅(qū)動(dòng)機(jī)制

淮河流域糧食生產(chǎn)空間格局變化受到自然條件、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、國(guó)家政策、市場(chǎng)和科技服務(wù)等因素共同作用。自然條件主要包括土壤、氣候、降水量及地形所決定的水土資源條件，社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展主要包括經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平、糧食價(jià)格、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員、播種面積等，科技服務(wù)因素主要包括物種改良、新技術(shù)的應(yīng)用等，另外還涉及到供求關(guān)系和農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的影響，多種因素相互影響，綜合構(gòu)建如下邏輯關(guān)系。

3.4.1耕地資源的空間格局變化是驅(qū)動(dòng)糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的客觀基礎(chǔ)1990—2012年淮河流域耕地面積從2.71×107hm2減少至1.85×107hm2，近20 a淮河流域耕地總規(guī)模減少31.6%，致使流域人均耕地面積從0.17hm2減少至0.11 hm2。因流域不同地區(qū)在人口規(guī)模變化，以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和市場(chǎng)化水平的差異，導(dǎo)致不同地區(qū)建設(shè)用地需求及耕地占用差異巨大，驅(qū)使淮河流域耕地資源空間格局迅速演化。其中，江蘇省城鎮(zhèn)化率在1990—2012年從21%提升至63%，發(fā)展速度流域最快，是江蘇省域耕地面積急劇下降的重要原因，而地處淮河中上游地區(qū)的安徽省、河南省城鎮(zhèn)化發(fā)展進(jìn)程相比較慢，可用耕地相對(duì)保護(hù)好，從而驅(qū)使著糧食生產(chǎn)重心向淮河中上游安徽、河南地區(qū)移動(dòng)。

3.4.2新技術(shù)的應(yīng)用和政策傾斜是糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的直接驅(qū)動(dòng)因素農(nóng)業(yè)機(jī)械化水平是提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)能力和糧食產(chǎn)量的重要途徑。1990年淮河流域農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力為4. 06×107kW，其中河南省、安徽省、山東省、江蘇省分別為：1.14×107，7.99×106，8.29×106，1.29×107kW，4省份投入農(nóng)業(yè)機(jī)械動(dòng)力比重分別為：28.2%，19.7%，20.4%和31.7%；而在2012年，上述4省的農(nóng)業(yè)機(jī)械總動(dòng)力增加為1.85×108kW，其中河南省、安徽省、山東省、江蘇省分別為：6.47×107，4.46×107，3.98×107，3.6×107kW，4省份比重演變?yōu)?5%，24.1%，21.5%和19.5%，可見(jiàn)河南、安徽省近20 a機(jī)械化總動(dòng)力投入占淮河流域比重分別提高約7%和5%，而同期江蘇省卻下降了月12%。同樣，在農(nóng)業(yè)發(fā)展的財(cái)政投入上，2012年安徽省、河南省、江蘇省對(duì)農(nóng)業(yè)的財(cái)政投入占財(cái)政總支出的比例分別是10.87%，11.02%，10.73%，分別是1990年投入的135.79，155.67，137.86倍。財(cái)政傾斜及科技投入的差異，使河南、安徽省的糧食產(chǎn)量迅速上升，成為淮河流域糧食生產(chǎn)的重要產(chǎn)區(qū)，直接驅(qū)動(dòng)著糧食生產(chǎn)重心的“西進(jìn)”。

3.4.3比較效益低、農(nóng)民種糧積極性不高是糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素受到市場(chǎng)需求的變化影響，農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)迅速調(diào)整，具體表現(xiàn)為經(jīng)濟(jì)作物種植的面積不斷擴(kuò)大，壓縮糧食播種面積和產(chǎn)量。例如，山東農(nóng)村種糧1 hm2虧本3 000元左右，而1 hm2煙葉可達(dá)30 000元收益，這1 hm2煙葉經(jīng)過(guò)加工可得60～70萬(wàn)元的收益，可見(jiàn)比較效益差異程度[21]。同樣，基于市場(chǎng)利益驅(qū)使和工業(yè)化、城鎮(zhèn)化發(fā)展，江蘇省農(nóng)業(yè)從業(yè)人口由1990年的1 714.50萬(wàn)人下降到2012年的796.03萬(wàn)人，20余年間農(nóng)業(yè)從業(yè)人口流失了53.6%。江蘇省鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的崛起，吸引大量的農(nóng)村勞動(dòng)力轉(zhuǎn)為從事非農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，且2012年江蘇省鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的人均值達(dá)到31 970元，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種糧的收入，是驅(qū)動(dòng)著糧食生產(chǎn)重心自東向西的移動(dòng)關(guān)鍵原因。

3.4.4淮河流域水資源條件是糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)因素2000年超級(jí)雜交水稻的成功種植，使得淮河干流沿淮地區(qū)旱地改水田的現(xiàn)象劇增，流域內(nèi)水稻種植面積從1990年2.58×106hm2上升至2012年2.90×106hm2，產(chǎn)量也由1990年1.73×107t上升至2012年2.47×107t。但水稻種植需要具有優(yōu)厚的水資源條件，而淮河流域人口稠密、耕地率高，每hm2人均水資源占有量少，面臨這種困境，目前國(guó)家正在計(jì)劃實(shí)施引江濟(jì)淮工程，這有利于改善淮河流域水資源條件，使得糧食種植結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，提高糧食增長(zhǎng)和農(nóng)民收入。因此，水資源條件是糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)因素。

3.4.5淮河流域糧食產(chǎn)量空間格局演進(jìn)的綜合驅(qū)動(dòng)機(jī)制分析在區(qū)域城鎮(zhèn)化和工業(yè)化驅(qū)動(dòng)下耕地資源的變化不但是淮河流域縣域糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變的客觀基礎(chǔ)，而且對(duì)科學(xué)技術(shù)、制度政策和比較效益的影響也具有支撐作用?？茖W(xué)技術(shù)對(duì)農(nóng)業(yè)的投入促使農(nóng)用機(jī)械化程度提高和新品種的研發(fā)應(yīng)用，促進(jìn)了糧食產(chǎn)量和農(nóng)民收入的雙豐收；國(guó)家通過(guò)對(duì)提高糧食收購(gòu)最低價(jià)格和種糧補(bǔ)貼政策，刺激種糧大戶聚集發(fā)展；相比種植經(jīng)濟(jì)作物和鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)的發(fā)展，種植糧食的比較效益低下也使科學(xué)技術(shù)和制度政策向糧食生產(chǎn)傾斜。因此科學(xué)技術(shù)、制度政策和比較效益相互作用相互影響(圖4)，在區(qū)域耕地資源變化的基礎(chǔ)上，共同驅(qū)動(dòng)淮河流域縣域糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變。

圖4　淮河流域糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演進(jìn)機(jī)制

4討論與結(jié)論

(1) 1990年以來(lái)，淮河流域糧食總產(chǎn)量持續(xù)增加，增幅在2000年后有所提升；其中河南、江蘇省是淮河流域糧食主產(chǎn)地，河南省糧產(chǎn)比重最大、安徽省增速最快；蘇皖縣域糧產(chǎn)均值最高，豫最低，糧食增產(chǎn)有待挖掘潛力。在空間分布上，流域高產(chǎn)縣域規(guī)模先減后增，安徽省成主要聚集區(qū)域；中高糧產(chǎn)縣域逐步向淮河中上游推進(jìn)，低產(chǎn)縣域規(guī)模持續(xù)增加，空間分布日趨邊緣化。

(2) 1990—2012年，淮河流域糧食生產(chǎn)重心呈西進(jìn)南移態(tài)勢(shì)變動(dòng)，其中向西推進(jìn)13.821 km，向南遷移3.435 km，西進(jìn)速率先快后慢，南北波動(dòng)幅度較小，空間格局趨向穩(wěn)定。研究期間從安徽省宿州市轄區(qū)遷移到濉溪縣。

(3) 淮河流域糧食產(chǎn)量分布呈顯著空間聚集性特征，且空間聚集性1990年以來(lái)具有顯著增強(qiáng)趨勢(shì)。在聚集動(dòng)態(tài)上，糧食高產(chǎn)縣域從分散布局日漸聚集于流域中游豫皖交界及下游的蘇北地區(qū)；低產(chǎn)縣區(qū)空間布局逐步集中連片，聚集于流域上游豫西北邊緣地區(qū)；糧食生產(chǎn)高—低與低—高聚集縣區(qū)規(guī)模較小，但空間布局零散、變化劇烈。

(4) 影響淮河流域糧食產(chǎn)量結(jié)構(gòu)空間格局的因素很多，主要包括耕地資源空間格局變化、農(nóng)業(yè)新技術(shù)及政策傾斜、種糧比較效益低及農(nóng)民種糧積極性不高3個(gè)主導(dǎo)方面；其中耕地面積的空間格局及變化趨勢(shì)是驅(qū)動(dòng)糧食產(chǎn)量重心移動(dòng)的客觀條件，科學(xué)技術(shù)水平進(jìn)步和國(guó)家政策傾斜直接推動(dòng)糧食生產(chǎn)重心移動(dòng)，種糧比較效益低、農(nóng)民種糧積極性不高則是糧食生產(chǎn)重心轉(zhuǎn)移的重要驅(qū)動(dòng)因素，3主導(dǎo)因素相互作用，共同驅(qū)動(dòng)流域縣域糧食產(chǎn)量空間格局演進(jìn)。

(5) 作為中國(guó)人口最稠密的流域，以及經(jīng)濟(jì)發(fā)展、城市化水平差異最大的區(qū)域之一，我們需要理性判斷淮河流域糧食產(chǎn)量總量變化及其空間格局演進(jìn)。一方面我們要清晰淮河流域是中國(guó)重要的糧食主產(chǎn)區(qū)之一，其糧食產(chǎn)量規(guī)模及其變化事關(guān)國(guó)家糧食安全戰(zhàn)略格局，必須在耕地保有量、技術(shù)支持、政策傾斜及農(nóng)民種糧收益保護(hù)方面，給予切實(shí)重視和系統(tǒng)研究，確保流域總糧食規(guī)模及區(qū)域糧食安全；另一方面，作為一個(gè)發(fā)展水平差異極大的流域，我們也需要在全國(guó)更宏觀層面判斷流域不同區(qū)域的發(fā)展定位，需要結(jié)合差異化的區(qū)域資源環(huán)境狀況、耕地規(guī)模及利用方式、制度政策偏好等影響因素，綜合研判流域不同區(qū)域糧食生產(chǎn)布局、潛力、時(shí)空變化及利益保護(hù)要求，引導(dǎo)系統(tǒng)協(xié)調(diào)政策，促進(jìn)流域社會(huì)經(jīng)濟(jì)良性發(fā)展及區(qū)域糧食生產(chǎn)的持續(xù)發(fā)展。

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收稿日期：2015-05-27修回日期：2015-07-16

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

文章編號(hào)：1000-288X(2016)03-0179-07

中圖分類號(hào)：F329.9

Evolution of Temporal-spatial Pattern of Grain Production and Its Driving Mechanism in Huaihe River Basin During 1990-2012

GAO Junbo1,2,3, LIU Yansui2, ZHANG Yongxian1

(1.InstituteofGeographicSciencesandNaturalResourcesResearch,ChineseAcademyofSciences,Beijing100101,China; 2.SchoolofUrbanandEnvironmentSciences,XinyangNormalUniversity,Xinyang,He’nan464000,China; 3.DepartmentofGeologyandGeography,GeorgiaSouthernUniversity,GA30458,USA)

Abstract：[Objective] With the continuous increase in grain output and agricultural policies adjustment during 1990—2012, the temporal-spatial evolution of grain production and its driving mechanism was studied in order to provide theoretical support for food security policy making in Huaihe River basin. [Methods] The space center and spatial pattern of grain production were analyzed dynamically based on the regional gravity model and spatial autocorrelation method. [Results] (1) The total grain output and per county grain output increased since 1990s. The counties with high grain production distributed in the middle part of Huaihe river basin, while the counties with average grain production distributed toward the middle and up part of the basin. (2) The space center of grain production in Huaihe river basin moved to west and south and the center of grain production moved to the Shuixi County of Anhui Province from the Central Jiangsu Province during the study period, and the spatial pattern tend to be stable. (3) The counties with high grain production tend to aggregate in the junction area between He’nan and Anhui Province and the counties in coastal area of Central Jiangsu Province. While the counties with low grain production tended to cluster in the edge area of western He’nan Province. The number of counties with the aggregation of high-low and low-high is small, but its spatial distribution changed greatly. [Conclusion] The dominant factors, such as water and soil resources change, new agricultural technology and policy inclination, grain comparative benefits, common drive the evolution of basin spatial pattern of food production.

Keywords:grain production; temporal-spatial evolution; driving mechanism; Huaihe river basin

資助項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“基于個(gè)體時(shí)空行為的城市公共服務(wù)消費(fèi)空間、社會(huì)剝奪與規(guī)劃調(diào)控研究”(41401171)，“城鄉(xiāng)發(fā)展轉(zhuǎn)型的資源環(huán)境效應(yīng)及其優(yōu)化調(diào)控研究:以環(huán)渤海地區(qū)為例”(41130748); 教育部人文社科基金(14YJCZH028); 國(guó)家留學(xué)基金([2013]5045)

第一作者：高軍波(1979—),男(漢族),河南省信陽(yáng)縣人,博士,博士后,副教授,主要從事區(qū)域農(nóng)業(yè)與農(nóng)村發(fā)展、城市地理與城市規(guī)劃研究。E-mail:gaojb@igsnrr.ac.cn。