陕西省粮食生产格局的演变及其影响因素

安 彬， 徐 越， 肖薇薇， 朱 妮

(1.安康学院 旅游与资源环境学院， 陕西 安康 725000； 2.陕西省院士专家工作站， 陕西 安康 725000； 3.安康市汉江水资源保护与利用工程技术研究中心， 陕西 安康 725000； 4.陕南生态经济研究中心， 陕西 安康 725000； 5.陕南乡村振兴研究中心， 陕西 安康 725000)

0 引言

【研究意义】粮食生产关系民生，是维护国家安全的重要基础，一直是全球关注的热点问题[1-2]。由于区域自然资源禀赋差异、人口和社会经济等因素影响，区域粮食生产水平参差不齐；加之当前新冠肺炎疫情全球大流行加速了世界局势的不稳定，各国都把粮食生产作为首要任务。我国粮食的产能稳定、库存充裕且安全形势持续向好，但是从中长期看，国内粮食产需仍将维持紧平衡态势，其稳定发展的压力仍然较大[3]。陕西省是华夏农耕文化的重要发祥地之一，也是新时代西部大开发的桥头堡和一带一路的重要节点，其中，陕北北部是中国马铃薯优势产区之一，关中则是全省粮食生产和设施农业的集中区。因此，探究其粮食生产格局的演变及其影响因素对保障西北地区农业可持续发展和粮食安全具有重要意义。【前人研究进展】近年来，国内外学者利用粮食总产、单产或人均占有量等指标对一带一路沿线国家[2]、中国[4-7]、省际区域[8]和省域[9-10]等宏观尺度下粮食生产的时空演变特征进行了研究。胡慧芝等[11-17]从县域尺度上研究了粮食生产的空间异质性。杨宗辉等[5]研究认为，耕地面积和有效灌溉面积对我国粮食生产具有显著的正向影响，而支农政策[6]、土地投入[9]、农业化肥施用量[11]、粮食播种面积[11-12]、农业机械总动力[13,16,18]、人口[14,17]和自然灾害[19]等因素对粮食生产具有重要影响，且会随着时间发生变化[15]。马莉等[20]运用通径分析方法研究了1995-2014年陕西省粮食产量结构的变化特征及其影响因素。刘妍妮[21]采用回归分析及GM(1,1)等模型对陕西省粮食播种面积及其产量动态进行了预测。王卫东等[22]研究报道了陕西省主要粮食作物种植结构的时空变化特征。【研究切入点】鲜见从县域视角研究陕西省粮食生产格局的演变及其影响因素的报道。为此，选择2009—2019年陕西省县域粮食生产等数据，利用泰尔指数、探索性空间统计(ESDA)和地理加权回归(GWR)模型等方法对其进行研究。【拟解决的关键问题】探明陕西省粮食生产格局的演变及其影响因素，以期为陕西省农业可持续发展和粮食安全政策的制定提供依据。

1 资料与方法

1.1 资料

采用的粮食产量、年末常住人口数(简称人口数量)、人均GDP、常用耕地面积、农业机械总动力、化肥施用总量等数据均来自《陕西省统计年鉴》(2010-2020年)。截至2020年底，陕西省共有10个地级市、30个市辖区、6个县级市、71个县。基于数据可获取性和研究需要原则，以2014年行政区划为基准，西咸新区、铜川市新区、渭南市高新区缺少相关研究数据，最终得到107个县级行政单元。陕西省县级行政区划矢量数据来源于国家测绘局1∶400万基础地理信息数据库。

1.2 方法

1.2.1 人均粮食占有量及其自给率 参照殷培红等[23]的人均占有粮食300 kg和400 kg作为温饱和小康水平标准。研究以人均粮食占有量300 kg为基准计算粮食自给率，其划分标准[24]：≥95%为基本实现粮食自给，90%～95%为相对粮食安全水平，<90%为不安全。

1.2.2 陕西省粮食生产的区域差异与贡献度 利用泰尔指数进行分析。泰尔指数是衡量区域某一要素差异的一个重要指标，其值越大，说明地区间不平衡程度越大；反之，则地区间不平衡程度越小[14]。根据陕西省的地形特点，将陕西省划分为陕北(榆林、延安)、关中(宝鸡、咸阳、西安、渭南和铜川)和陕南(汉中、安康和商洛)3个自然区域。按照3个自然区域对陕西省粮食生产的区域差异进行组间差异(Tbr)和组内差异(Twr)分析。计算公式[7]如下。

T=Tbr+Twr

式中，T是粮食生产的总差异；N是所有县域总数；yp是p县域的粮食产量；μ是全省平均粮食产量；m为区域数量；Ni是区域i中县域的数量；yi是区域i的粮食产量均值；Tbr/T为粮食生产的组间贡献度；Twr/T为粮食生产的组内贡献度。

1.2.3 陕西省粮食生产的空间变异特征及其影响因素 参照文献[10]的方法，利用重心迁移模型分析2009-2019年陕西省粮食生产的空间变异的路径及动态过程；参照文献[25]的方法，采用探索性空间统计分析(ESDA)中的全局莫兰指数(Moran’sI)和Lisa集聚指标度量陕西省县域粮食生产空间特征；参照文献[26]的方法，利用地理加权回归(GWR)探究粮食生产的影响因素。其中，粮食生产影响因素以2009年、2014年和2019年陕西省107县域粮食产量作为因变量，选取各县年末常住人口数、人均GDP、耕地面积、农业机械总动力、化肥施用量共5项指标作为解释变量，利用ArcGIS中的GWR模块并采用AIC信息准则法建立陕西省粮食产量GWR模型，计算得出调整后的校正拟合度(R2Adjusted)，其R2Adjusted均在83.7%以上，可较好地解释各变量对粮食生产的影响。

2 结果与分析

2.1 2009-2019年陕西省县域粮食生产的时序变化

2.1.1 粮食产量、人均粮食占有量及自给率 从图1可知，陕西省粮食总产量整体波动较小且稳中有进，总产量从2009年的1 131万t增加到2019年的1 231万t，净增100万t，年均增速0.85%。具体看，2009-2012年期间增加最为明显，之后出现小幅减产、小幅增加交替变化特征，在2016年粮食产量达到研究期间峰值，为1 264万t。总体看，陕西省粮食生产占全国比重呈波动下降趋势，对我国粮食贡献度相对较低，从2009年的2.11%降至2019年的1.85%。2009-2019年陕西省人均粮食占有量均>300 kg，以2012年最高，人均为334.63 kg；2009年最低，人均为303.60 kg，粮食自给率均高于101.20%。表明，陕西省已全部实现粮食自给，但距达到小康水平还较远。

图1 2009-2019年陕西省的粮食产量、人均粮食占有量及自给率

2.1.2 粮食生产的区域差异与贡献度 从图2看出，2009-2019年陕西省粮食生产的区域差异与贡献度的变化。粮食生产的泰尔指数波动较大，经历骤然下降-趋于稳定-波动上升3个阶段。第一阶段为2009-2011年，陕西省粮食生产总差异从2009年的1.08增至2010年的1.14，2009-2019年达峰值，2011年骤降至0.74。第二阶段为2012-2017年，粮食生产的总差异稳定在0.75左右；第三阶段为2018-2019年，粮食生产的总差异均高于0.95，表明2009-2019年陕西省粮食生产的区域差异呈相对缩小态势。从粮食生产区域的组间和组内差异看，2009-2010年陕西省粮食生产的组间差异均高于0.27，2011年后组间差异均保持在0.10以下；粮食生产的组内差异呈波动增长趋势，从2009年的0.81增至2019年的0.92，年均增加1.20%，2011-2017年基本稳定在0.70。从贡献度看，2009年陕西省粮食总产量的差异中有0.25来自组间差异，0.75来自于组内差异；而2019年的总差异中组间贡献度仅0.04，组内贡献度达0.96。说明，陕西省粮食生产的内部差异仍在扩大，组内差异对陕西粮食生产的贡献度持续增加，是引起陕西省粮食总差异变化的主要原因。

图2 2009-2019年陕西省粮食生产的区域差异与贡献度

2.2 陕西省县域粮食生产的空间格局变化

2.2.1 粮食产量的动态格局演变 2009年陕西省粮食生产重心位于咸阳市三原县西部(34°45′22″N，108°48′29″E)，2019年移至铜川市耀州区(35°8′10″N，108°54′11″E)，移动距离为43.48 km。表明，陕西省东北部的粮食增长快于中部地区，生产重心整体上从中部向东北方向迁移。从表1可知，陕西省粮食产量<10万t的县域有56～62个，其占全省粮食总产量的比例较低，从2009年的23.08%降至2019年19.71%。粮食产量为10万～20万t的县域从2009年26个增至2019年的35个，对全省粮食生产贡献最大，并呈持续增加态势，占比从2009年的24.73%增至2019年的39.82%。粮食产量为20万～30万t的县域从16个降至9个，其对粮食生产的贡献从30.08%降至17.36%；粮食产量大于30万t的县域数量和所占比重无明显变化。

表1 2009-2019年陕西省县域粮食产量分布

2.2.2 粮食产量的集聚分布特征 陕西省粮食生产的全局莫兰指数(Moran’sI)均为正值，其中，2009-2017年总体呈下降趋势，从2009年的0.271降至2017年的0.200，在2018年增至0.285后趋于稳定。2009-2019年P值均小于0.01，表明陕西省粮食生产呈现明显的空间集聚性。从图3看出，2009年陕西省

图3 2009年、2014年和2019年陕西省县域粮食产量的Lisa集聚分布

粮食产量高-高集聚区有11个县域，主要分布在渭南市中部和西安市东部；2014年无明显变化。2019年新增榆林市中北部的榆阳区、横山区和神木市等，与榆林市大力发展农业技术，将沙地转变为生产型耕地有关，使耕地面积从2009年的57.35万hm2增至2019年的79.16万hm2，2017-2019年粮食产量保持在160万t以上，实现了粮食“净输入”到“净输出”的根本改变。陕西省县域粮食产量低-低集聚区集中在延安市和西安市，其中延安市的低-低集聚区从中西部县域向东部县域转移，西安市的低-低集聚区包括莲湖区、新城区和碑林区，为西安市的老城区，无耕地面积。陕西省粮食产量呈低-高集聚和高-低集聚分布的县域较少。2009年麟游县、杨凌区、秦都区、灞桥区和阎良区为低-高集聚区，其中4个县区与高-高集聚区邻近；而2019年仅有阎良区和吴起县，其空间格局的分布较为分散。高-低集聚区的分布均集中在汉中市，2009年仅有洋县，2014年新增勉县，其变化规律不明显。

2.3 陕西省粮食生产的影响因素

从图4看出，1999年、2014年和2019年陕西省的人口数量、人均GDP、耕地面积、农用机械总动力和化肥施用量对其回归系数的空间分布存在差异。综合看，2009-2019年影响陕西省县域粮食生产的因素发生明显变化，2009年的影响因素依次为耕地面积(2.290 4)>化肥施用总量(0.611 1)>农业机械总动力(0.291 7)>年末常住人口数(0.091 6)>人均GDP(-0.788 3)，2014年依次为耕地面积(2.782 2)>化肥施用总量(0.202 0)>农业机械总动力(0.111 0)>年末常住人口数(0.070 7)>人均GDP(-0.327 5)，2019年依次为耕地面积(3.064 0)>化肥施用总量(0.484 6)>年末常住人口数(0.092 6)>农业机械总动力(0.049 3)>人均GDP(-0.288 2)。表明，耕地面积对陕西省县域粮食生产影响最大，且影响程度有增大趋势；其次是化肥施用量，但其影响程度有所放缓，说明陕西省正在减少化肥的不合理使用，进而实现粮食生产的可持续发展；农业机械总动力和年末常住人口数分别是第三大或第四大影响因素；人均GDP负向作用呈不断减弱趋势。

图4 1999年、2014年和2019年陕西省粮食生产GWR模型的回归系数空间分布

2.3.1 人口数量 陕西省县域人口数量对粮食生产的回归系数均为正值，表明人口数量对陕西省县域粮食生产具有明显促进作用。总体看，2009年、2014年和2019年人口数量的回归系数整体上自北向南逐层递减。2009-2019年陕西省人口数量回归系数的高值区域从榆林北部向其周围县域扩散。表明，榆林市人口数量的增加对粮食生产的带动作用在持续增长，也从侧面反映出越来越多的居民从外出务工转变为从事农业生产劳动，从而为粮食生产提供了更多劳动力，进而增加了粮食产量。2009年人口数量回归系数低值区域主要集中在汉中和安康全部县域，2019年扩展至安康、商洛和西安市的全部县域以及汉中、咸阳、铜川和渭南的部分县域。表明，关中地区和陕南地区的人口数量对粮食生产的贡献较低，且有不断下降的趋势。究其原因：关中地区的社会发展水平较高，人口数量的增长在一定程度上致使用地紧张，进而导致粮食产量的减少。

2.3.2 人均GDP 2009-2019年人均GDP回归系数均为负值，表明陕西省县域人均GDP对粮食生产具有负向作用，但回归系数最高值从2009年的-0.2198降至2019年的-0.005 2，说明这种负向作用不断减弱。总体看，关中和陕南地区的人均GDP回归系数呈自东南向西北逐步递减趋势；在陕北地区呈中部向两侧递减趋势。其中，低值区集中分布在关中平原的宝鸡、西安和咸阳，表明人均GDP的增长对粮食生产的影响相对较小，与该区域经济经济发展水平高和二三产业是其人均GDP的主要来源有关。高值区集中分布在以延安北部的子长和安康东部的平利为核心的邻近县域，表明在人均GDP较低的县域其对粮食生产的影响相对较大。

2.3.3 耕地面积 陕西省县域耕地面积与粮食生产空间格局呈正相关关系，表明耕地面积对粮食生产具有正向作用，且影响程度不断增强，与实际相符。此外，与其他影响因素相比，耕地面积对陕西省粮食生产的影响最显著，也从侧面反映出耕地面积的变化是全省粮食产量发生变化的主要原因。整体看，耕地面积回归系数由南向东北部呈逐步降低的空间变化趋势。耕地面积回归系数的高值区域以汉中市为核心，逐渐向东北部扩展，2019年形成以周至、鄠邑、宁陕和洋县等县域为核心的高值区域，说明耕地面积减少对对其区域粮食生产的影响较大，可能与现代农业的发展，促使种植粮食作物转为附加值更高的经济作物有关。耕地面积回归系数的低值区集中分布在榆林和延安，表明其耕地面积的增加对提高陕西省粮食产量的影响较小。

2.3.4 农用机械总动力 2019年除略阳和宁强的农用机械总动力回归系数为负值外，其余县域均为正值。说明农用机械总动力的提高，有利于提高粮食产量，与生产实际相符。具体看，2009年、2014年和2019年农用机械总动力回归系数分别呈东低西高、东南低西北高、西南低北高的空间格局。农用机械总动力回归系数的高值区从宝鸡转移至以榆林市靖边和横山等邻近县域，低值区从沿黄河县域转移至以汉中略阳等邻近县域。

2.3.5 化肥施用量 陕西省县域化肥施用量回归系数均为正值，表明施用化肥有利于提高陕西省的粮食产量。化肥施用量回归系数的低值区从宝鸡(2009年)逐渐扩展至安康/商洛的部分县域(2014年)和榆林(2019年)，说明化肥施用量对实际粮食产量增加的贡献呈不断减少趋势。高值区空间分布在陕北地区东部(2009年)、榆林的北部/西部以及宝鸡西部(2014年)和延安的多数县域(2019年)。表明，在土壤贫瘠或者农业生产基础条件不好的地区，施用化肥可提高粮食产量。

3 讨论

改革开放以来，陕西省粮食生产以较低幅度稳步增加，粮食产销基本平衡[20,27]，对我国总体粮食的贡献较低。受地形地貌、水热组合状况等自然环境限制，陕西省粮食种植结构以玉米和小麦为主[20,28]，具有明显的空间差异并仍在扩大，关中地区(三大自然区尺度)粮食占全省比重较大且持续上升[29]，榆林、西安市、咸阳市、渭南市和宝鸡市(市区尺度)均为粮食高产区[28]。研究结果表明，粮食产量低于10万t的县域最多，产量在10万～20万t的县域对陕西省粮食贡献高，多分布在关中渭河和陕南汉江干流、陕北沿黄等。杨宗辉等[5,10,19-20,22,27-30]报道，粮食产量受多种因素共同影响，且因地域不同差异较大。相关研究在考虑陕西省粮食生产的影响因素时，省域视角下主要影响因素包括农业气象灾害(干旱、风雹等)[19]、粮食单产和种植结构[20]、自然因素(粮食播种面积、受灾面积)[27-29]、农业生产资料价格指数[28]、农业现代化投入和技术水平状况[30]等，缺乏从微观视角下考虑影响因素尺度效应。采用地理加权回归模型量化耕地面积、化肥施用总量、农业机械总动力、年末常住人口和人均GDP对陕西省粮食生产的影响程度的研究结果表明，在县域尺度下的不同因素中，以耕地面积影响程度最大并有增大趋势，与武丹等[30]在省域尺度的研究结论基本一致；县域化肥施用量回归系数均为正值，施用化肥有利于提高陕西省的粮食产量，与王建兴等[31]的研究结果一致；县域年末常住人口数量对粮食生产的回归系数均为正值，其对陕西省县域粮食生产具有明显促进作用，与王凤等[17]的研究结果一致。在全国耕地面积持续减少新时期，应该采取差异化的粮食种植激励措施，以综合提升陕西省粮食生产水平。受资料等的限制，研究仅从陕西省县域粮食总量角度分析其时空演变特征，未能细致地分析其粮食结构变化规律。在未来的研究中，应综合考虑气候、地形等自然因素，全面研究生产要素投入数量、质量及结构等对县域粮食产量的影响。

4 结论

从时间上看，2009-2019年陕西省粮食总产量整体波动较小且稳中有进，对我国粮食贡献相对较低，且呈波动下降趋势；粮食自给率均高于101.20%，已全部实现粮食自给。陕西省粮食生产的泰尔指数整体上呈相对缩小态势，组内差异是陕西省粮食生产总差异变化的主要原因，且对粮食生产的贡献度在持续增长，而组间差异对粮食生产的贡献度在逐渐减少。从空间上看，陕西省粮食生产重心整体上从中部向东北方向迁移，县域粮食产量以小于10万t为主，粮食产量在10万～20万t的县域数量对全省粮食生产贡献最大并表现出持续增大的趋势。陕西省粮食生产呈明显的空间集聚性，高-高集聚区从渭南市扩展到榆林市中部，低-低集聚区集中在延安和西安，低-高集聚区和高低集聚区分布的县域数量较少且较为分散。从影响因素看，耕地面积对陕西省县域粮食生产的影响最大，且影响程度有增大趋势，且呈正向关系；化肥施用量是第二大影响因素，呈正向关系，但其影响程度有所减缓；农业机械总动力、年末常住人口数分别是第三大或第四大影响因素，均呈正向关系；人均GDP的负向作用正不断减弱。