劉 玉，王國剛，高秉博，周艷兵,3

（1北京農業(yè)信息技術研究中心，北京100097；2中國科學院地理科學與資源研究所,北京100101；3.中國礦業(yè)大學(北京)地球科學與測繪工程學院,北京100083）

中國是人口大國，農用地綜合生產能力的有效提升和糧食的持續(xù)穩(wěn)定增長事關國家安全和社會穩(wěn)定大局[1]。在工業(yè)化、城鎮(zhèn)化和農業(yè)現(xiàn)代化快速推進過程中，中國耕地“北進中移”和糧食“北糧南調”的態(tài)勢更加明顯[2,3]，確保中國糧食結構平衡和區(qū)域平衡的難度加大[4]，并可能引發(fā)生態(tài)系統(tǒng)退化、糧食波動與減產風險增加等問題[5,6]。《國民經濟和社會發(fā)展第十二個五年規(guī)劃綱要》、《全國主體功能區(qū)規(guī)劃》、《全國土地整治規(guī)劃(2011～2015年)》均強調主產區(qū)糧食綜合生產能力建設，要求支農資金突出向糧食主產區(qū)、產糧大縣傾斜，糧食生產將繼續(xù)向優(yōu)勢區(qū)、主產區(qū)和產業(yè)帶集中。因此，在城鄉(xiāng)轉型發(fā)展和保證國內95%以上糧食自給率的背景下，深入探究中國糧食生產的空間布局，揭示糧食生產格局演化的時空規(guī)律，將有利于正確把握我國糧食生產未來走向，并為優(yōu)化糧食生產布局、保障國內糧食安全、構建區(qū)域協(xié)調發(fā)展機制提供依據[7-9]。

中國糧食生產格局變化一直是國內外學術界研究的一個熱點，近些年來主要集中在糧食綜合生產能力、區(qū)域糧食供需關系及成因、糧食產銷格局變化及其效應等方面[10-14]。楊春等[9]運用Moran I指數及Pane l Da t a模型，分析了中國31個省域糧食生產空間特征及其影響因素；辛良杰等[15]學者采用地區(qū)糧食優(yōu)勢度指數模型實證了1994～2005年中國省域糧食格局變化，發(fā)現(xiàn)東部地區(qū)的糧食生產優(yōu)勢逐步減弱，糧食重心向中部和東北部轉移；劉東等[16]學者指出，1949～2008年中國糧食生產呈現(xiàn)臺階式上升且伴隨周期性波動，2007年中國分縣土地資源承載力以人口超載、糧食短缺為主要特征?？傮w而言，全國和省區(qū)等宏觀尺度研究居多，縣域尺度的研究相對薄弱；現(xiàn)狀分析較多，時空演進規(guī)律的揭示相對不足；以典型區(qū)為例研究問題某一方面的較多，將糧食生產置于全國不同尺度的綜合研究尚待加強。因此，以糧食總產量和人均糧食占有量為指標，本文集成應用GIS技術、空間自相關統(tǒng)計分析方法，系統(tǒng)分析中國糧食生產的動態(tài)變化特征，為優(yōu)化糧食生產布局提供依據。

1 研究方法與數據來源

式（1）-（3）中，ΔGi表示研究期內 i單元的糧食總產量變化（萬 t），Gi1、Gi2分別表示 單元在 t1、t2年份的糧食總產量（萬t）；GPit表示 i單元在 t年份的人均糧食占有量（kg/人），Git、Pit分別表示i單元在t年份的糧食總產量（萬t）和總人口（萬人），ΔGPi表示研究期內i單元人均糧食占有量的變化（kg/人），GPi1、GPi2分別表示單元在t1、t2年份的人均糧食占有量（kg/人）。結合已有研究成果[17]，基于GPit將各單元劃分為缺糧區(qū)（＜300 kg）、供需緊平衡區(qū)（300～400 kg）、一般余糧區(qū)（400～600 kg）和重要余糧區(qū)（＞600 kg）。

（2）重心遷移模型。重心遷移模型通過計算某一時段某一指標的分布重心，可很好地描述糧食生產時空分布格局[2]。

1.1 研究方法

基于現(xiàn)有數據，1998年和2010年是中國糧食生產的兩個高峰，采用糧食總產量和人均糧食占有量兩個指標，通過構建數學模型，選擇這兩個時間點從區(qū)域、省域和縣域揭示糧食生產的變化特征。在分析區(qū)域和省域格局變化時，糧食產量數據采用當年的實際數據；為了消除偶然因素的影響，1998年和2009年分縣的糧食產量采用 1997～1999年、2008～2010年的糧食總產量均值來表示。

（1）糧食生產及其變化指數模型。糧食總產量和人均糧食占有量指標較好的反映了區(qū)域糧食生產狀況和供需關系。

式（4）-（6）中，Xj、Yj分別表示第 j個指標分布重心的坐標；Xi、Yi分別表示i單元的重心坐標；Ci j表示i單元第j個指標的數值；dm為重心遷移距離（km）。

1.2 研究單元劃分、數據來源及處理

考慮到數據的可獲得性和研究需要，本文以2010年為基準對研究單元進行修正，選取31個省域（不包括香港、澳門和臺灣）和2294個縣域。分省糧食總產量和區(qū)域人口數來自《新中國60年統(tǒng)計資料匯編》、《中國統(tǒng)計年鑒2010》、《中國統(tǒng)計年鑒2011》；1997～1999年分縣域的糧食總產量、區(qū)域人口數據由中國自然資源數據庫（http://www.data.ac.cn）提供；2008～2010年分縣域糧食總產量數據和區(qū)域人口數據來源于相應年份的《中國縣（市）社會經濟統(tǒng)計年鑒》、《中國區(qū)域經濟統(tǒng)計年鑒》及各省、直轄市、自治區(qū)的統(tǒng)計年鑒，其中地級市轄區(qū)數據由地級市數據減去所轄縣市數據計算而來。

2 結果與分析

2.1 區(qū)域和省域糧食生產的時空格局

糧食市場化改革的推進和糧食價格的穩(wěn)步提升使20世紀90年代的糧食產量大幅度提高，于1998年達到歷史最高水平5.12億t；此后，隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進程的快速推進，以及農業(yè)結構戰(zhàn)略性調整、退耕還林、退草還牧等政策的實施，導致糧食播種面積大幅度減少和糧食總產量的持續(xù)下降，2003年降至4.31億t，人均糧食占有量僅333 k g，為1982年以來的最低水平；2004年以來，在政策支持和區(qū)域土地綜合整治工程實施的綜合推動下，糧食產量恢復性增長，2010年糧食總產量為5.46億t，比1998年增加了3418.2萬t，人均糧食占有量超過400 kg。

省域糧食總產量差異明顯，糧食生產進一步向糧食主產省集中。2010年，河南糧食總產量5437.1萬t，約占全國總產量的1/10，在中國糧食生產中的重要地位日益凸顯。此外，黑龍江、山東、江蘇、四川、安徽、河北、湖南、吉林和湖北等省份的糧食總產量均在2000萬t以上；西藏、青海、北京、上海、天津、海南和寧夏等省份的糧食總產量尚不足500萬t。北方糧食產量比重于2005年超越南方，并且呈現(xiàn)增加趨勢，2010年達到54.4%；從四大經濟區(qū)看，東北地區(qū)和中部地區(qū)糧食總產量占全國比重分別由1998年的14.2%、28.1%提升到2010年的17.6%、30.6%，而東部地區(qū)的糧食產量比重下降了5.1個百分點，糧食生產“北進中移”的趨勢明顯；13個糧食主產省的產量比重進一步提升，于2010年增加到75.4%，年均提升0.38個百分點（表1）；各省市增減不一，其中浙江、廣東、四川、福建、廣西、江蘇、湖北、陜西和北京的糧食減少量均在100萬t以上，而黑龍江、河南、內蒙古、安徽、江西、吉林、新疆和云南的糧食增加量大于100萬t，糧食生產進一步向東北地區(qū)和中部地區(qū)集中。

省域人均糧食占有量以上升為主，絕對差異擴大。2010年，位于缺糧區(qū)、供需緊平衡區(qū)、一般余糧區(qū)、重要余糧區(qū)的省份分別為8個、7個、13個和3個。與1998年相比，20個省份的人均糧食占有量下降，浙江、北京、上海、福建、廣東和天津的人均糧食占有量下降幅度超過100 kg/人；11個省份的人均糧食占有量上升，黑龍江、內蒙古和河南的人均糧食增加量大于100 kg/人。按照400 kg的人均糧食需求量計算，15個省份需要調入糧食，廣東、浙江、福建、上海和北京的糧食調入量均在500萬t以上；16個省份糧食有剩余，黑龍江、吉林、河南和內蒙古的糧食調出量均在1000萬t以上。各類型區(qū)的人均糧食占有量如表1所示，北方的人均糧食占有量明顯高于南方；四大經濟區(qū)中，東北區(qū)人均糧食占有量顯著增加，由1998年的702 kg/人增加到2010年的878 kg/人，中部地區(qū)也呈現(xiàn)較大幅度的增長，而東部地區(qū)的人均糧食占有量明顯下降，西部地區(qū)變化不顯著；八大類型區(qū)內變化不一，其中長江中下游區(qū)、華南區(qū)、青藏區(qū)的人均糧食占有量顯著下降，東北區(qū)、蒙新區(qū)顯著提升，其他三個區(qū)變化不顯著；13個糧食主產省的人均糧食占有量波動性增長，由1998年的483 kg/人增加到2010年的526 kg/人。

表1 1998年和2010年各類型區(qū)糧食產量比重和人均糧食占有量

2.2 縣域糧食生產的時空格局

（1）縣域糧食總產量的空間格局。1998年，縣域糧食總產量均值為22.99萬t，標準差（Std.Dev）為23.37。①糧食總產量較低的縣域處于控制地位。糧食總產量低于全國均值的縣域1458個，占縣域總數的64%。②糧食總產量的縣際差異較大。吉林農安縣的糧食總產量高達235.29萬t，約占全國總產量的1/200；而西部地區(qū)的部分縣域沒有進行糧食生產。③糧食總產量較高的縣域集中于東北平原、黃淮海平原、成都平原、江漢平原和洞庭湖平原等，區(qū)域地勢平坦，農業(yè)氣候條件好，土地肥沃，農業(yè)集約化程度高，高產穩(wěn)產田比重大，是國家重要的糧食主產區(qū)（圖1）。糧食總產量＞58.05萬t（即22.99萬t+1.5×St d.Dev萬t）的157個縣域生產了1.32億t糧食，占全國總產量的26.24%，主要分布在江蘇、安徽、黑龍江、吉林、河南、山東和四川。④糧食總產量較低的縣域主要分布在胡煥庸線以西地區(qū)，地勢起伏較大，水資源較為匱乏，坡耕地較多，農業(yè)生產條件較差。糧食總產量＜11.31萬t（即22.99萬t-0.5×Std.Dev萬t）的874個縣域生產了4781.96萬t糧食，僅占全國的9.47%，在云南、山西、西藏、四川、陜西、新疆和內蒙古等省份分布較多。

圖1 1998年和2009年縣域糧食總產量空間分布特征

2009年，全國分縣的糧食總產量呈正偏態(tài)（右偏態(tài)）分布，平均值為 26.42萬 t，標準差（Std.Dev）為 29.61。775個縣域的糧食總產量高于全國平均水平，占縣域總數的33.78%。糧食總產量 ＞70.84萬t（即26.42萬t+1.5×Std.Dev萬t）的168個縣域生產了1.55億t糧食，占全國總產量的29.04%，主要分布在黑龍江、河南、安徽、山東、江蘇、吉林和內蒙古；糧食總產量 ＜11.62萬t（即26.42萬t-0.5×Std.Dev萬t）的883個縣域生產了4293.11萬t糧食，僅占全國總產量的8.02%，主要分布在西藏、云南、山西、四川、陜西、新疆、福建、內蒙古和甘肅。1998～2009年間，糧食生產向主產縣域和產糧大縣集中，糧食總產量較大和總產量較小的縣域個數均在增加，糧食總產量的兩極分化趨勢加劇。

1998～2009年縣域糧食總產量變化幅度（ΔGi）為-66～147萬t，平均值為2.85萬t。-10萬t≤ΔGi≤10萬t的縣域（1845個）占總單元數的80.43%。ΔGi≥10萬t的縣域主要分布在黑龍江南部、內蒙古東部、吉林中東部、河南東部、安徽西部、山東西部和江西中部，東北平原和黃淮海平原的糧食生產功能進一步凸顯。ΔGi＜-10萬t的縣域主要分布東部沿海，珠江三角洲、長江三角洲地區(qū)和京津都市區(qū)分布最為集中。

（2）縣域人均糧食占有量的空間格局。1998年人均糧食占有量＞600 kg的縣域共475個，主要分布在東北平原、黃淮海平原、江漢平原、鄱陽湖平原、洞庭湖平原等平原集中分布區(qū)。人均糧食占有量＜300 kg的縣域共584個，在東南沿海、云貴高原、西藏、地級市轄區(qū)以及第二階梯向第三階梯的過渡帶分布較密集[18]。2009年，人均糧食占有量＞600 kg的縣域共568個，人均糧食占有量＜300 k g的縣域共738個。與1998年相比，2009年缺糧區(qū)和重要余糧區(qū)的縣域分別增加了154個和93個，缺糧區(qū)縣域個數增加趨勢更明顯，表明在糧食總產量增加的同時，縣域人均糧食占有量的空間格局發(fā)生顯著變化，區(qū)域間糧食的流通量加大。

人均糧食占有量變化幅度（ΔGPi）為-344～433 kg/人，-100 kg/人≤ΔGPi≤100 kg/人的縣域 2210 個。ΔGPi＜0 的縣域主要分布東南沿海經濟發(fā)達區(qū)和中西部山地丘陵生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)，浙江、福建、廣東、廣西、海南、青海、西藏和四川等分布最為密集；ΔGPi≥0的縣域主要分布在平原，東北平原和黃淮海平原分布最為密集。ΔGPi＞100 kg/人的縣域主要分布在內蒙古東西兩翼、黑龍江南部、吉林北部、河南大部、江西中部；ΔGPi＜-100 kg/人的縣域除在東南沿海分布較密集外，其他地區(qū)分布較分散。

（3）縣域糧食生產類型劃分。結合已有研究，本文將50萬t作為縣域糧食總產量高低的劃分標準，將人均糧食占有量400 kg作為區(qū)域糧食供需是否平衡的標準。基于1998年的縣域糧食總產量（Gi）、人均糧食占有量（GPi）和1998～2009年人均糧食凈變化量（ΔGPi）將2294個縣域劃分為6種類型（圖2）。

圖2 1998～2009年中國縣域糧食生產增長類型

Ⅰ類：糧食總產量高，輸出能力強，人均糧食占有量增長型（Gi＞50 萬 t、GPi＞400 且 ΔGPi＞0）：共 215 個縣域，集中分布在東北平原、黃淮海平原、江漢平原等平原區(qū)。2009年，糧食總產量1.67億t，總人口2.23億，人均糧食占有量高達749 kg，約為全國平均水平的2倍。耕地資源豐富且呈連片分布，農業(yè)生產條件好，是中國重要的糧食產區(qū)和商品糧輸出區(qū)。

Ⅱ類：糧食總產量高，輸出能力強，人均糧食占有量遞減型（Gi＞50 萬 t、GPi＞400 且 ΔGPi≤0）：共 17 個縣，與Ⅰ類區(qū)嵌套式分布。農業(yè)生產條件較優(yōu)越，但在糧食播種面積下降和人口快速增長的綜合作用下，糧食總產量占全國比重由1998年的1.9%下降到2009年的1.6%，人均糧食由1998年的533kg/人下降到2009年的448 kg/人，糧食輸出能力下降。

Ⅲ類：糧食總產量低，輸出能力強，人均糧食占有量增長型（Gi≤50 萬 t、GPi＞400 且 ΔGPi＞0）：共 666 個縣域，占縣域總數的18.8%，主要分布在Ⅰ類和Ⅱ類區(qū)域周邊。這些縣域的糧食總產量相對較小，但人口也較少，2009年人均糧食597kg/人。1998～2009年間，區(qū)域糧食總產量增加了2728萬t，占全國比重由31.60%增長到34.90%，糧食輸出能力增強。

Ⅳ類：糧食總產量低，輸出能力強，人均糧食占有量遞減型（Gi≤50 萬 t、GPi＞400 且 ΔGPi≤0）：共 306 個縣域，多分布在山地丘陵區(qū)。在退耕還林等政策的影響下，2009年糧食總產量比1998年下降了17.75%，人均糧食降低到384 kg/人，由糧食調出區(qū)轉化為調入區(qū)。

Ⅴ類：輸入需求強，人均糧食占有量增長型（GPi≤400且ΔGPi＞0）：共627個縣，分布較廣。2009年糧食總產量比1998年增加1422萬t，增幅為18.07%，但由于農業(yè)生產條件較惡劣，2009年人均糧食量僅264 kg/人，仍需大量調入糧食。

Ⅵ類：輸入需求強，人均糧食占有量遞減型（GPi≤400且ΔGPi≤0）。此類型的縣域分為兩類：一類分布在地形起伏度大、干旱少雨的山地丘陵區(qū)，惡劣的自然條件和不完善的農業(yè)基礎設施形成了較弱的糧食生產能力，發(fā)展種植業(yè)生產的限制因素多；另一類分布在東部沿海經濟發(fā)達區(qū)和城市轄區(qū)，建設用地擴張占用大量良田，耕地快速減少，而人口急劇增長使糧食自給率持續(xù)下降。2009年人均糧食僅152 kg/人，未來增加糧食產量的潛力有限，需要大量調入糧食。

2.3 不同尺度的糧食生產變化特征

糧食生產重心逐步北移，人口重心南拓，“北糧南運”的產銷格局仍將持續(xù)（圖3）。①1998～2009年，省域糧食總產量重心沿著北偏東方向移動106 km，人口重心沿著南偏東方向移動了7 km，糧食總產量重心與人口重心間的距離由1998年的152 km擴大到2009年的258 km。②縣域糧食總產量重心由河南扶溝縣移至河南長垣縣，向北偏移了99 km，人口重心向西南方向偏移了12km，兩重心間的距離由200km擴大到2009年的303km。③1998～2009年間，省域和縣域糧食總產量重心和人口重心的移動距離存在差異，但移動軌跡相似，即糧食生產向北部集中，人口卻向南部積聚，“北增南減、北糧南運”的糧食產銷格局呈現(xiàn)加劇趨勢，糧食供需的區(qū)域差異加大；重心主要是在南北方向上遷移，人均糧食占有量的緯向變化大于經向變化。

圖3 中國糧食產量和人口分布重心軌跡

人均糧食占有量的區(qū)域差異增大，空間趨同性增強，進一步加劇了區(qū)域糧食供需矛盾。本文采用變異系數（CVi）、基尼系數和Global Moran’s I[19-20]估計值進一步量化糧食生產的相對差異。①省域和縣域人均糧食占有量的CV值分別由1998年的0.39、0.78增加到2009年的0.62、0.90，兩個尺度的區(qū)域差異均呈現(xiàn)增大趨勢，CV縣域＞CV省域。②省域和縣域人均糧食占有量的基尼系數分別由1998年的0.156、0.340增加到2009年的0.262、0.415，人均糧食豐缺兩極分化現(xiàn)象加劇。③選用基于鄰接的“Polygon Contiguity”規(guī)則，計算了中國人均糧食占有量的Global Moran's I估計值（表2）。Global Moran's I估計值全部為正，檢驗結果均通過了1%的顯著性檢驗，且Global Moran's I值在不斷增加，說明人均糧食占有量比較接近的縣域在空間上的趨同性增強，臨近縣域人均糧食占有量的空間差異在縮小。

表2 人均糧食占有量的Moran's I估計值

3 結論與討論

本文分析了1998年以來中國區(qū)域和省域糧食生產的時空分異格局；以縣域為基本單元，揭示了縣域尺度糧食生產的演進特征，并對縣域糧食生產類型進行劃分。研究結果表明：①1998年以來，中國糧食總產量增加了0.34億t，糧食總產量較高的區(qū)域集中在東北地區(qū)和中部地區(qū)，總產量較低的區(qū)域主要分布在胡煥庸線以西地區(qū)；糧食生產向主產縣域集中，東北地區(qū)和中部地區(qū)的糧食總產量增加明顯，糧食總產量的兩極分化趨勢加劇。②人均糧食占有量變化區(qū)域差異顯著，東南沿海經濟發(fā)達區(qū)和中西部山地丘陵生態(tài)環(huán)境脆弱區(qū)縣域的人均糧食占有量下降明顯，東北平原和黃淮海平原等平原區(qū)人均糧食占有量上升明顯；糧食總產量重心北移與人口重心南遷同在，人均糧食占有量兩極分化與人均糧食占有量空間集聚性增強的現(xiàn)象并存，使地區(qū)之間、產銷區(qū)之間、品種和季節(jié)之間糧食平衡調劑難度加大，糧食區(qū)域矛盾加劇。③基于1998年縣域糧食總產量、1998年人均糧食占有量和1998～2009年間人均糧食凈變化量將2294個縣域劃分為6類。

《中國耕地質量等級調查與評定》結果顯示，我國耕地質量等別呈現(xiàn)總體偏低、分布集中、經濟發(fā)展區(qū)域與優(yōu)質耕地分布區(qū)域在空間上復合等特點。調出商品糧最多的東北地區(qū)耕地平均質量等級較低，農田基礎設建設滯后；黃淮海平原區(qū)存在著農民收入水平低等問題，而水資源短缺制約著糧食生產能力的進一步提升；東南沿海水土光熱條件好，但建設用地的快速擴展導致耕地急劇減少，而非農就業(yè)機會增多引致的耕地撂荒、復種指數下降等現(xiàn)象突出，耕地“非農化”流失以及耕地“非糧化”傾向將造成人均糧食占有量進一步下降。因此，結合《全國土地整治規(guī)劃（2011～2015年）》、《全國新增1000億斤糧食生產能力規(guī)劃(2009～2020年)》，以縣域為單元科學劃分國家級層面的糧食生產地域功能類型區(qū)，積極實施土地整治重大工程，強化東北平原區(qū)、華北平原區(qū)等10個農用地整治重點區(qū)域的高標準基本農田建設、加快推進黃淮海等平原區(qū)的農村土地綜合整治和農田水利設施建設、穩(wěn)定東南沿海的耕地面積并著力提升糧食播種面積；同時，創(chuàng)新糧食生產地域功能調控機制與政策，包括完善商品糧基地建設的質量考核體系、創(chuàng)新糧食安全基地建設穩(wěn)定投入政策、加大財政轉移支付等措施，科學調控糧食增產和農民增收的關系，是有效破解“三農”問題、保障國家糧食安全的重要突破口[21]。

本文采用區(qū)域、省域和縣域層面的數據，系統(tǒng)分析1998～2010年中國糧食生產的區(qū)域格局變化。由于無法獲取大量樣本數據，本文僅分析了糧食總產量和人均糧食占有量的時空動態(tài)格局，尚未分析典型類型區(qū)糧食格局演化的驅動機制、所造成的生態(tài)環(huán)境效應及其優(yōu)化調控機制；尚未系統(tǒng)分析糧食結構以及作物品種的供需關系，這在一定程度上限制了研究的深度。此外，情景模擬中國糧食生產的未來格局，并創(chuàng)新糧食生產的優(yōu)化調控機制與對策，是下一步亟需深入研究的重要方向。

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