中國稻谷生產的重心演變路徑及偏移分析

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基礎，確保糧食安全，是確保國家安全的前提和條件。近些年來，在全球氣候變化的大背景下，糧食安全問題已越來越受到人們的關注。稻谷是我國的三大主要糧食作物之一，稻谷（包括水稻、旱稻）生產的變化直接影響到糧食市場的穩定性，準確掌握稻谷生產的變化趨勢，可以為中國糧食生產布局的優化及相關區域政策的制定提供依據。重心模型是研究區域發展過程中要素空間變動的重要分析工具[1]。由于區域發展是要素集聚與擴散的過程，各要素的重心位置處于不斷變動之中，要素重心的移動客觀地反映了區域發展諸要素空間集聚及其位移規律，其移動的方向即為變量空間格局變化的方向，移動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或地區人口、經濟重心遷移[3-7]，目前已有應用于自然資源的重心研究，如李鑫等[8]利用空間自相關和重心分析模型，對江蘇省1980-2009年耕地空間分布變化進行分析。分析表明，江蘇省耕地空間分布與變化表現為嚴重的不均衡，相比1980年，2009年耕地分布重心向東北方偏移；葉長盛等[9]運用ESDA空間相關分析及重心理論，結合GIS技術，探討了1980-2009年江西省縣域糧食生產的地域格局變化規律及特征，影響江西糧食產量空間格局主要因素為糧食播種面積、有效灌溉面積、農業機械總動力、化肥使用量等；周巧福等[10]利用HP濾波法及糧食生產重心模型，分析了近年來我國主要糧食作物產量的時空格局變化規律。以往的研究多側重區域內近年來糧食產量的重心變化趨勢，而針對建國以來我國稻谷生產重心（包括種植面積、總產量、單產的重心）演變路徑和移動距離的研究尚不多見。本文利用重心理論，揭示1949-2009年全國稻谷種植面積重心、總產量重心、單產重心演變路徑和移動距離，定量分析稻谷生產的時空變化趨勢。

1 研究方法和數據來源

糧食生產重心方法是通過選取各省區的糧食生產數據（包括總產量、種植面積、單產）占全國的比重和各省區省會的經緯度作為分析指標，這些指標能夠直觀地顯示各省對全國糧食生產情況的貢獻在變化趨勢上的差異。糧食生產重心的測度方法如下[11-12]：

其中xi，yi分別表示第i年糧食生產重心所在地理位置的經度值和緯度值。xj，yj分別表示j省省會的經度值和緯度值；Mij表示j省第i年的糧食產量（種植面積、單產），n為省區數量。通過對多年糧食生產重心經緯度值在同一平面內的描繪，我們可以清楚地觀察到糧食產地重心的時空變化情況。

本文所用數據包括1949-2009年全國31個省(市，自治區)稻谷的種植面積、總產量以及單位面積產量資料，數據來自中國種植業信息網（http://zzys.agri.gov.cn/）[13]。

2 結果與分析

2.1 我國建國以來稻谷生產變化情況

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

2.2 稻谷生產重心演變路徑分析

（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，使得全國稻谷種植重心也逐年移動。重心移動范圍為 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 1.6°，南北跨度達2.5°。

為了減少偶然因素的影響，采用5a平均值分析全國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（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度上都有所增加，整體呈向東北方向移動的趨勢；1960-1964年經度增加，緯度減少，向東南方向移動；1965-1969年經度減少，緯度略微增加，向西北方向移動；自1970年開始，到1999年為止，這30年，稻谷種植面積重心持續向東北方向移動，經度和緯度都有相對較大程度的增加；2000-2004年經度略有減少，緯度有所增加，種植面積重心向西北方向移動；2005-2009年，重心移動方向又再次恢復向東北方向移動的趨勢。

1949-1994年此階段稻谷面積重心落在我國湖南省境內，在這之后的各階段面積重心均位于湖北省境內。1949-2009年這61年中，稻谷種植面積重心除有部分年份向東南、西北方向移動的趨勢外，整體呈現出向東北方向移動的態勢，這與稻谷在東北地區種植面積增加緊密相關。建國初期，稻谷在東北三省（指黑龍江、遼寧、吉林省）的種植面積僅為32.1萬hm2，到1958年已經上升到105萬hm2；雖然1959-1963年東北三省稻谷種植面積持續下降到建國初期水平，但從1964年開始，種植面積呈現波動上升趨勢，1970-1999年，東三省稻谷種植面積占全國總種植面積已從2.43%上升到8.25%；2009年東三省總種植面積為3780萬hm2，占全國的 12.75%[13]。

（2）稻谷總產量重心演變。1949-2009年稻谷總產量重心的移動范圍為 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2.55°，南北跨度達2.56°，變幅更大。

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

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

（3）稻谷單位面積產量重心演變。單位面積產量是總產量與種植面積變化的綜合結果，由兩者的比值計算得到。由于各地的自然條件、經濟水平、科技水平等不同，單位面積產量的變化步調勢必不一致，由此就會造成稻谷單位面積產量重心的偏移和演變。

1949-2009年稻谷單產重心移動范圍為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2.44°，南北跨度達1.81°，且沒有明顯的變化趨勢。相對1949年稻谷單產重心，除2000-2009年單產重心偏西北外，其余數年份的單產重心偏東北。建國以來，隨著科技水平的提高，稻谷單產水平各個省份都呈現上升的趨勢，如1949年，江蘇、湖北、遼寧稻谷單產水平分別為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，1950-1954年稻谷單產重心移動的路徑為經度、緯度都有所增加，即向東北方向移動；1955-1959年稻谷單產重心移動的路徑為緯度減少、經度略有減少即向南偏西方向移動，說明此階段，南、北稻谷主產區的單產增加速度失衡；1960-1964年，重心移動的路徑為經度增加、緯度減少即向東南方向移動；1965-1969年，此階段與上一階段相比，稻谷單產重心向東北方向移動明顯，而1970-1979年這10年中，單產重心向東偏西方向移動幅度相對較大，東西部嚴重失衡的情況得到改善，東部先進的耕作技術、良種等引入西部以后，使東西部地區單產差距減小；1980-1984年，稻谷單產重心移動路徑為經、緯度都有所增加即向東北方向移動；自1985年起至2004年止，這期間除1990-1994年單產重心略向東南方向移動外，整體均呈向西南方向移動的態勢，說明此階段西部技術水平提高顯著；2005-2009年，此階段單產重心移動的路徑與上一階段正好相反，即向東北方向移動，但移動幅度不大。

2.3 稻谷種植面積和產量重心偏移對比

（1）偏移軌跡對比。如圖4所示，在經度方向（東西方向）上，1949-1969年總產量重心、種植面積重心均呈現向高經度方向移動的趨勢，說明在這一階段，從生產規模上看，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，由此導致稻谷總產重心隨之向東移動。偏移幅度由大到小依次為單產重心、總產重心、面積重心，總產量是由單產和種植面積共同決定，使產量重心移動一定距離，單產重心移動幅度較大、面積重心移動幅度較小，說明面積變化對產量的貢獻相對較大，而單產變化的東西部不平衡對產量貢獻小。1970-2009年種植面積重心和總產重心基本上呈持續向高經度（東）移動的趨勢，2000-2004年雖有略微下降，但2005-2009年又恢復向高經度移動，這可能是由于近幾年稻谷在東北三省種植面積擴大所造成的，如2000年東三省稻谷種植面積為268萬hm2，2006年為327萬hm2，而2009年達到378萬hm2[13]；1970-2009年單產呈波動向低經度（西）移動的趨勢，這一階段與上一階段相比，單產重心改為向西移動，說明西部稻谷單產水平得到提高，總產量重心在經度上的偏移量比種植面積多，說明面積變化對產量的貢獻相對較大，相應單產變化對產量貢獻較小，這一點可以從單產重心較大幅度向西移動而總產重心依然持續向東移動可以說明。

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

（2）偏移距離對比。在分析重心移動距離時，以1949年為起點，第k年重心坐標為（Lok,Lak），第k+1年的重心坐標為（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c=111.111，表示由地球表面坐標單位（°）轉化為平面距離（km）的系數[2]。用東西南北方位表述偏移方向，結果詳見表1。

表1 1949-2009年稻谷生產的重心偏移分析

續表1

從重心的總偏移距離來看，1949-2009年稻谷種植面積的總偏移距離最小，為876.26km，總產量次之，為1230.29km，單產的總偏移距離最大，達到3508.87km。因為隨著工業化和城鎮化進程不斷推進，使得我國水稻主產區種植面積減少，此外退耕還林、農業產業結構調整等原因對稻谷種植面積均會產生一定影響[14]，使其可變的彈性相對較小，因此種植面積重心的移動距離最小。而單產的變化受科技水平、投入水平、管理水平以及品種等許多因素的影響，可變化的范圍相對較大，因此重心移動距離最大。總產量受面積和單產的影響，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；總產量變化最大年份是2004年，最小年份是1991年；單產變化最大年份是1976年，最小年份是2006年。

從偏移方向來看，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%。可見，東北、西南方向的發展不平衡狀態較西北、東南方向的嚴重。

進一步統計偏移緯度與偏移經度的比值，即│（Lak+1-Lak）/（Lok+1-Lok）│≥1的年數，種植面積、總產量和單位面積產量分別為38a、33a和19a，說明稻谷種植面積和總產量在南北方向上的動態變化相對東西向的變化劇烈，而單產則是東西向的變化比南北向的變化劇烈。

3 結論與討論

（1）1949-2009年，全國稻谷種植面積重心、總產量重心整體上均呈現出向高緯度、高經度即向東北方向移動的變化趨勢，種植面積重心東西跨度達1.6°，南北跨度達2.5°；總產量重心東西跨度達2.55°，南北跨度達2.56°，變幅更大。鐘甫寧[15]通過對水稻布局變化實證分析認為，近些年傳統水稻主產區的南方區、長江中下游區水稻播種面積減少較多，而東北區水稻播種面積則出現較大幅度的增長。各個地區的水稻凈收益雖然相差不是很大，但相對收益的大小及其變化最終決定了播種面積的調整方向，其中，南方區和長江中下游區主要的替代作物為蔬菜和水果；東北區、西北區和華北區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，西北區和華北區受自然條件限制難以擴大水稻播種面積，而東北區有潛在的農業資源作為保障，所以，水稻播種面積的增長幅度較大。此外，這種趨勢變化可能與氣候變暖使得稻谷可種植范圍擴大有關。據研究，全球變暖會使氣候溫度帶向北移動，年平均溫度每增加1℃，北半球中緯度地區的作物帶在水平方向上將北移150 km-200km[16]。我國華北北部、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]。在過去50年中，由于氣候變暖、熱量資源的增加造成了全國種植制度界限不同程度北移[18]，如黑龍江省地區由于熱量資源的增加，水稻的種植北界向北移動到了北緯47°附近，原來的不適宜種植區變為適宜種植區[19]，從而使稻谷的生產重心有了規律性地遷移。

（2）稻谷單產重心沒有明顯的變化趨勢，偏移軌跡從東西方向來看，20世紀50、60年代單產重心向東偏移，在此之后單產重心逐漸向西回歸，東西方向差距縮小；從南北方向上來看，單產重心在此方向上移動幅度不大，呈現波動上升、下降趨勢，大約在33-34°N之間移動。這種變化趨勢可能與各地區生產水平有關，20世紀50、60年代東部先進的技術水平、優良的稻谷品種使得單產重心向東移動；隨著西部地區引進學習，產量提高，使得單產重心由東向西開始回移。

（3）從重心的總偏移距離來看，1949-2009年稻谷種植面積的總偏移距離最小，總產量次之，單產的總偏移距離最大。從偏移方向來看，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，稻谷生產東北、西南方向的發展不平衡狀態較西北、東南方向的嚴重。

（4）通過統計偏移緯度與偏移經度的比值≥1的年份可知，稻谷種植面積和總產量在南北方向上的動態變化相對東西向的變化劇烈，而單產則是東西向的變化比南北向的變化劇烈。

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