2000年～2015年江漢平原糧食生產的時空格局及影響因素

余瑞林 馬宗良

摘 要：糧食安全關系國計民生。以江漢平原19個縣域單元為研究對象，以2000年～2015年糧食產量數據為基礎，采用GIS空間分析和數理統計分析方法，對江漢平原糧食生產的時空格局及演變規律進行研究，進而探討其影響因素。結論如下：（1）江漢平原糧食產量持續增長，空間集聚日益加強，糧食高產區集中在平原東部地區，低產區分布較散，日趨邊緣化；（2）江漢平原糧食生產重心呈現出東進南移趨勢，空間格局趨于穩定；（3）推進形成江漢平原糧食生產空間格局的影響因素主要包括耕地資源的時空變化、農業機械化水平的提升、農業從業人口的流失以及城鎮化、工業化的沖擊等。

關鍵詞：江漢平原；時空格局；糧食生產；耕地

中圖分類號：K921 文獻標識碼：A

糧食安全關系國計民生，黨的十九大報告明確提出要確保國家糧食安全，把中國人的飯碗牢牢端在自己手中。糧食生產作為糧食安全的核心問題，歷來是學術界關注的焦點。已有的研究成果主要涉及宏觀的全球[1-2]、全國尺度[3-5]和中微觀的省域[6-7]、流域尺度[8-9]，研究內容則集中在糧食生產格局的時空演變[2-9]、影響因素[6-8]、安全評價[9]等。這些研究成果為掌握糧食生產的時空演進規律、揭示其內部驅動機制、優化糧食生產布局、制定糧食安全政策提供了科學依據。

江漢平原位于湖北省中部，人口密集，物產豐富，素有“湖廣熟、天下足”之譽，是我國重要的商品糧生產基地，在維護我國糧食安全中具有重要地位和重大意義。現有研究成果多聚焦于從耕地資源[10]、農戶行為[11]、土地利用[12]等單一視角來分別揭示江漢平原糧食生產的影響機制，關于江漢平原糧食生產的綜合研究相對較少。本研究基于縣域單元尺度，系統分析2000年～2015年江漢平原糧食生產的時空格局及演進規律，從耕地變化、農業機械化發展等視角揭示其驅動機制，為江漢平原糧食生產提供合理建議，為全國糧食安全研究提供區域樣本。

1 研究區概況、研究方法及數據來源

1.1 研究區概況

江漢平原位于長江中游、漢江中下游，湖北省中南部，包括荊州市的荊州區、沙市區、江陵縣、公安縣、監利縣、石首市、洪湖市、松滋市、孝感市的漢川市、應城市、荊門市的沙洋縣、京山縣、鐘祥市、武漢市的蔡甸區、襄陽市的宜城市、宜昌市的枝江市以及仙桃市、天門市、潛江市共19個縣級行政單元（圖1），江漢平原湖泊星羅，水網交織，土壤肥沃，是全國重要的商品糧基地，也是國家層面的農產品主產區。根據《全國優勢農產品區域布局規劃（2008年～2015年）》，江漢平原屬于長江流域水稻優勢區，水稻是江漢平原最具代表性的糧食作物。因此，本研究以水稻產量為核心指標考察江漢平原的糧食生產格局。

1.2 研究方法

（1）變異系數

變異系數又稱“標準差率”，是衡量數據中各觀測值變異程度的一個統計量。標準差與平均數的比值稱為變異系數，記為C.V。公式如下：

變異系數越小，變異（偏離）程度越小，風險也就越小；反之，變異系數越大，變異（偏離）程度越大，風險也就越大。本文采用變異系數考察江漢平原糧食生產的離散程度。

（2）空間洛倫茲曲線與集中化指數

空間洛倫茲曲線是將樣本頻率高低排序，依次計算累積百分比，橫軸表示樣本數，縱軸表示累積百分比，繪制空間洛倫茲曲線，用來表示空間差異狀況，并可進行空間差異比較，是研究地理要素區域分布的重要指標和方法。洛倫茲曲線與對角線的偏離程度可以反映樣本在空間上的聚集程度[13]，并依此計算集中化指數：

式中，I為集中化指數，A為樣本數據的累積百分比總和，M為集中分布時的累積百分比總和，R為均勻分布時的累積百分比總和。I取值在0-1之間，I趨近于1時，樣本在空間的聚集程度高，I趨近于0時，樣本在空間的分布趨向于均勻。本文運用空間洛倫茲曲線和集中化指數揭示江漢平原糧食生產的集中程度。

（3）重心測算

假設一個區域由n個次級區域單元組成，其中，第i個次級區域單元中心的地理坐標為（xi，yi），mi為該次級區域單元某種地理現象的屬性量值，則該屬性地理現象的區域重心坐標為[14，15]：

由于重心的位置會受到不同地理現象發展的影響，因此當重心出現了空間上的變化時會向作用力大的影響方向移動，其移動方向即為空間格局變化的方向。本文以糧食產量為屬性值mi，測算歷年糧食生產重心，分析江漢平原糧食生產重心的時空變遷。

（4）空間自相關分析

地理空間自相關方法可以確定變量是否在空間上相關，其相關程度如何，并對某一地理變量空間分布中相鄰位置間的相關性進行檢驗。空間自相關指數MoranI主要探索屬性數據值在整個區域分布上空間趨同特征的強弱，公式如下[16]：

式中：I為Moran指數；n為研究區域內空間單元總數；wij空間權重矩陣；xi為區域i的觀測值。Moran指數I的取值一般在-1～1之間，小于0表示負相關，等于0表示不相關，大于0表示正相關。對于Moran指數，可以用標準化統計量Z來檢驗n個區域是否存在空間自相關關系，Z的計算公式為：

根據（5）式計算檢驗統計量，對空間自相關關系進行顯著性檢驗，顯著性水平可由標準化Z值的P值檢驗來確定。在0.05的置信水平下，|Z|=1.96，當Z大于1.96時，觀測值呈現高-高聚集和低-低聚集的趨同分布格局；當Z小于-1.96時，觀測值呈現高-低聚集和低-高聚集的空間異常格局；當|Z|小于1.96時，要素在區域的自相關性不顯著，觀測值在區域呈獨立隨機分布。本文采用Moran指數揭示江漢平原糧食生產的空間自相關關系。

1.3 數據來源

江漢平原糧食產量數據、耕地面積數據、農業機械化總動力數據和農業從業人口數據均來源于2001年～2016年《湖北省農村統計年鑒》，部分年份荊州市的荊州區和沙市區因行政區劃調整帶來的分區數據缺失參照荊州區和沙市區的耕地及農業人口比例進行分拆修正；江漢平原縣級行政區劃空間數據來源于湖北省基礎地理信息中心。

2 江漢平原糧食生產的時空演化

2.1 時序變化

（1）糧食產量持續增長

2000年～2015年江漢平原糧食產量從6.6×106t增長到8.0×106t，增幅為21.6%。分階段考察，2000年～2005年糧食產量增幅為3.7%，2006年～2010年增幅最高，達到10.4%，2011年～2015年增速略有下降為6.3%。綜合來看，2000年～2015年江漢平原糧食產量增速經歷了由慢到快再放緩的過程，呈現出低-高-中的增速變化。

（2）糧食生產縣域差距有所擴大，集中度提高

以縣域單元為單位，分別核算2000年～2015年江漢平原分縣糧食產量的變異系數（表1），發現其總體呈現上升趨勢，2000年變異系數為0.52，2005年回落為0.48，但到2015年大幅增長至0.69，即江漢平原糧食產量的內部差異在增大，糧食產量最大與最小的縣域單元之間的差距日益擴大，2000年縣域最大差距為7.98×105t，而到了2015年，這一差距增長到1.29×106t，擴大了61%，說明江漢平原糧食生產的區域不平衡問題日益突出。

采用集中化指數考察江漢平原糧食產量的集中程度，2000年集中化指數為0.28，2015年增長至0.37，集中化指數雖然在2005年略有回落，但總體仍呈明顯的上升趨勢，其走向變化與變異系數基本保持同步，說明江漢平原糧食生產的集聚化程度逐步提升，糧食生產日益集中于少數縣域單元，糧食生產的集聚程度日益強化，這與變異系數的分析結論區域差異在擴大也是基本一致的。

2.2 空間演變

2.2.1 糧食生產集中在監利、沙洋、仙桃等地

橫向比較歷年來江漢平原縣域單元糧食產量發現，監利縣、沙洋縣、仙桃市、洪湖市、鐘祥市等地的糧食產量一直維持在較高水平，繪制2015年江漢平原糧食產量的空間洛倫茲曲線（圖2），可見這5個縣域單元在2015年的糧食產量占江漢平原糧食總產量的55.07%，在糧食生產中占有舉足輕重的地位，沙市區、蔡甸區、荊州區等縣域單元的糧食產量一直處于相對較低的水平，且在逐年下降，農業生產的功能趨于弱化。

2.2.2 形成較穩定的糧食高產、中產和低產區格局

根據圖3的糧食生產格局演變，根據科學性及實用性原則，分別以5×105t 和2×105t為界劃分糧食高產區、中產區和低產區，可將江漢平原19個縣域單元劃分為糧食高產區、糧食中產區和糧食低產區。糧食高產區主要包括監利縣、沙洋縣、仙桃市、洪湖市、鐘祥市、公安縣、天門市、漢川市、京山縣9個縣域單元；糧食中產區則有枝江、松滋、石首、江陵、潛江、宜城、應城7個縣域單元，荊州區、沙市區和蔡甸區3個縣域單元則屬于糧食低產區。

2.2.3 糧食生產由相對均衡到相對集聚

比較2000、2005、2010、2015四個時間節點的江漢平原糧食生產格局（圖3）。2000年，糧食高產區主要集中在江漢平原西部和南部，共有6個縣域單元，糧食生產相對均衡；2005年，糧食高產區仍維持在西部和南部，但在南部增加了洪湖市，共有7個縣域單元；2010年，高產區進一步延展，京山縣、天門市進入高產陣營，北部、東部和南部形成一個連續的糧食高產帶；到2015年，江漢平原東緣的漢川市也達到糧食高產標準，這個連續的糧食高產帶進一步強化，而江漢平原西部的高產區一直維持在2000年初的格局，甚至荊州區由中產區掉落為低產區。由此可見，江漢平原糧食生產的空間格局由2000年左右的相對均衡，經過多年的發展培育，不斷向東相對集聚，形成一個較為明顯的北-東-南糧食高產帶。

2.2.4糧食生產增速的區域差異顯著

根據江漢平原縣域糧食產量增長率，以時段為軸線，將19個縣域單元劃分為四類（圖4）：a持續增長類，包括鐘祥市、京山縣、沙洋縣、天門市、漢川市、仙桃市、洪湖市共7個縣（市）；b持續下降類，包括荊州區、沙市區、松滋市3個市（區）；c先降后增類，包括枝江市、潛江市、公安縣、監利縣4個縣（市）；d先增后降類，包括宜城市、應城市、蔡甸區、江陵縣、石首市5個縣域單元。其中，糧食產量增速波動較大的則有漢川市、蔡甸區、荊州區、潛江市、沙市區、公安縣、江陵縣等縣域單元。

2.2.5 糧食生產重心跳躍式向東遷移

考察歷年來江漢平原糧食生產的重心，繪制成重心移動軌跡圖（圖5），2000年江漢平原糧食生產的重心位于潛江市廣空農場附近（112°46′30″E，30°25′57″N）；2005年重心向東北向偏移到黃家嶺與趙家臺交界地區（112°48′16″E，30°26′51″N）；2010年重心則向東南偏移，由交界處往趙家臺方向偏（112°48′53″E，30°26′19″N）；至2015年則出現向東南的大幅移動，由周磯街道辦事處轉移到園林街道辦事處（112°50′20″E，30°25′17″N）。綜合來看，2000年～2015年江漢平原糧食生產的重心一直在潛江市北部振蕩遷移，總體呈現跳躍式向東遷移的趨勢。

2.2.6 糧食生產的全局空間自相關不顯著、局部空間自相關較顯著

江漢平原縣域單元糧食產量的全局MoranI 指數均趨近于0，由2000年的-0.0435變化為2015年的0.0009，始終在0值附近變動，且Z值均小于1.96，P值未通過顯著性檢驗，顯著性均在30%以下（表2）。即江漢平原糧食產量在空間分布上呈現出一定的隨機性，這主要是因為各縣域單元鄰近區域生產水平存在差異性，并無顯著的空間關聯。江漢平原糧食產量的全局MoranI指數雖然一直在0值上下波動，但由負轉正，說明江漢平原糧食生產正由不顯著的負相關向不顯著的正相關過渡。

全局自相關反映要素在空間上受到的整體影響程度，并不能識別某一單元與相鄰單元之間的空間影響模式。而糧食生產所受的空間區域影響完全一致的情況非常少見，因此存在著空間異質性，即不同水平與性質的空間自相關。當空間過程表現為非平穩狀態時，全局指數會掩蓋局部區域的不穩定性。采用局部空間自相關指標（LISA）進一步揭示江漢平原各縣域單元糧食產量與鄰近單元糧食產量的相關程度。應用GeoDa軟件，采取Rook方式構造空間權重，即當兩個地理單元在空間上存在相鄰關系時，空間權重系數取值為1，當兩個地理單元在空間上不存在相鄰關系或者兩個單元相等時，空間權重系數取值為0，選取2000、2005、2010、2015年四個年份的糧食產量進行局部自相關分析，生成LISA聚集圖（圖6），并利用Moran散點圖對四個象限的描述進行地圖的空間視圖表達，將全域分成HH（高高）、HL（高低）、HL（低高）、低低（LL）四種空間類型。

2000年以來江漢平原的糧食產量呈現出一定程度的局部空間自相關性，區域高產區集聚趨勢明顯HH（高高）和LL（低低）的比重逐步提高，表明江漢平原糧食生產隨時間變化逐步趨于集聚。從空間演變過程而言，高產區一直分布在江漢平原東部地區，以洪湖市為中心，周邊集聚著高產區，而低產區集中分布在平原西側，高低產區之間的產量差異也逐年擴大。上述研究表明，江漢平原糧食高產區向東部和南部聚集現象明顯，相對低產區向西部聚集現象明顯，呈現出“東多西少”的格局。

3 江漢平原糧食生產時空格局的影響因素

3.1 耕地資源的時空變遷

2000年～2015年江漢平原耕地面積從1.13×106hm2增加至1.41×106hm2，耕地面積在16年間增長了24.73%（圖7）。除蔡甸區、枝江市、仙桃市耕地面積有小幅減少外，江漢平原其余縣市均呈現增長態勢，其中監利縣耕地面積增長最多，共增長了5.99×104hm2，各區縣中耕地面積增長較多的還有洪湖市、公安縣、江陵縣和松滋市，2000年～2015年間分別增長4.94×104hm2、2.72×104hm2、2.62×104hm2和2.48×104hm2。仙桃市耕地面積則減少最多，共減少3.70×103hm2。在國家重點建設江漢平原商品糧基地的背景下，湖北省創建以武漢為中心的“中部種都”，從2012年開始種植業集群建設，同時在荊門“中國農谷”等地建設區域性的特色作物種子（苗）研發和加工基地，通過多種措施確保快速城鎮化背景下耕地面積穩步增長。耕地面積的增加是糧食產量增長的基本保障，江漢平原東部耕地面積增長速度高于西部，推動了糧食生產格局和重心向東遷移。

3.2 農業機械化水平的提升

農業機械化對于農業生產有著十分重要的積極意義，是滿足各項需求、提升農業的綜合競爭力以及實現農民效益的增收的重要途徑。2000年江漢平原農業機械總動力為5.72×106kw，其中位于江漢平原東部及北部的鐘祥市、天門市、監利縣、仙桃市4個縣域單元總占比達39.56%。至2015年，江漢平原農業總機械動力增加至1.76×107kw，其中鐘祥市、天門市、監利縣、仙桃市仍保持著較高的機械化水平，4個縣域單元總占比37.29%。其他縣域單元機械化水平有所提升，如沙洋縣、京山縣等地，占比分別上升1.97%、3.20%。由此可見，鐘祥、天門、監利、仙桃等農業機械化水平較高的縣域單元對周邊產生輻射作用，帶動東部糧食高產區機械化的發展，對江漢平原的糧食生產重心的“東進”產生了重要影響。

3.3 農業從業人口的流失

隨著城鎮化進程的加速，大量人口向城市集中，農業從業人口不斷流失，對農業生產造成了較大的影響。江漢平原農業從業人口由2000年的592.74萬人減少到2015年的389.51萬人，降幅高達34.29%。其中江漢平原西部的縣域單元降幅大于東部，如松滋市、石首市、枝江市、沙洋縣等縣域單元的農業從業人口降幅均大于45%，而東部縣域單元如應城市、蔡甸區、仙桃市、洪湖市、潛江市等農業從業人口的降幅則相對較小，多在25%以下。即江漢平原東部的農業從業人口數量相對西部更加穩定，使得江漢平原東部逐步成為糧食生產的核心地帶，也推動糧食生產的重心自西向東遷移。

3.4 城鎮化與工業化的沖擊

江漢平原農業社會發展歷史悠久，水資源、土地資源、人力資源相對豐富，在工業社會的發展優勢亦十分明顯。江漢平原是湖北省重要的城鎮化和工業化發展區，《湖北省主體功能區規劃》城鎮空間戰略格局“一主兩副、兩縱兩橫”中的“長江暨滬漢渝高速公路城鎮發展復合軸”從江漢平原穿境而過，江漢平原19個縣域行政單元有6個國家級重點開發區、3個省級重點開發區，這些重點開發區有一定經濟基礎，資源環境承載能力強，發展潛力較大，集聚人口和經濟的條件較好，規劃重點進行工業化、城鎮化開發。這些縣域單元功能劃分和發展定位的轉變對江漢平原糧食生產能力產生重大的沖擊。

4 結論與討論

（1）糧食安全關系國計民生，江漢平原作為國家重要的商品糧生產基地，其糧食生產的時空格局變化規律對保障國家糧食安全具有重要意義。研究表明，21世紀以來，江漢平原糧食生產持續增長，糧食產量從6.6×106t增長到8.0×106t，增幅為21.6%。江漢平原糧食生產的持續穩定增長對保障國家糧食安全發揮了重要作用。

（2）江漢平原糧食生產的地域差異較為顯著，形成較為穩定的“東多西少”的糧食生產格局，糧食生產的空間集聚水平日益加強。江漢平原糧食生產的集中化趨勢有助于集中力量組織擴大糧食生產，優化糧食生產結構等，但糧食生產的集聚導致對少數地域的過度依賴對于保障區域糧食安全、抗擊自然災害風險是相對不利的，且江漢平原東部也是武漢城市圈的核心圈層，仙桃、天門、潛江、蔡甸等地快速城市化的推進將對其糧食生產帶來較大的干擾。

（3）糧食生產受諸多因素影響，通常包括自然地理環境格局、耕地資源數量、農業機械化水平、農業從業人口和城鎮化與工業化進程等。研究表明，耕地資源時空變化是江漢平原糧食生產空間格局形成的基本因素，農業機械化水平的提升則強化了江漢平原糧食生產空間格局，農業從業人口的流失和城鎮化與工業化的沖擊都對江漢平原糧食生產時空格局帶來了較大的影響。

（4）江漢平原作為魚米之鄉富饒之地，素有“湖廣熟、天下足”的美譽，進入21世紀以來，江漢平原既是國家重要的商品糧生產基地、國家級農產品主產區，同時也是長江經濟地、武漢城市圈的重要組成部分，在快速城市化、工業化的進程中，糧食生產與城市發展、工業生產同步推進，相互不可避免的產生沖擊和影響。江漢平原糧食生產格局日益集中，糧食生產重心向東遷移等將對江漢平原糧食安全帶來較大風險。在未來發展中，應理清江漢平原糧食生產與工業化城市化的關系，堅持主體功能區劃，結合區域資源環境現狀、土地利用與人口格局以及政策制度等因素，推進江漢平原糧食生產格局的均衡穩定發展。

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Abstract： Food security concerns national economy and people's livelihood. Taking 19 units of county units in Jianghan Plain as the research object， based on the grain yield data of Jianghan Plain from 2000 to 2015， this paper studies the spatial and temporal changes of grain production in Jianghan Plain through GIS spatial analysis methods and mathematical statistics methods， and then discusses its influencing factors. The conclusions are as follows： （1）the grain production in jianghan plain continues to increase， the spatial agglomeration is increasingly intensified， and the high grain producing areas are concentrated in the eastern part of the plain， and the distribution of low-producing areas is scattered and increasingly marginalized； （2）the center of gravity of grain production in jianghan plain shows the trend of moving eastward and southward， and the spatial pattern tends to be stable； （3）the factors influencing the spatial pattern of food production in the Jianghan Plain include the temporal and spatial changes of cultivated land resources， the improvement of the level of agricultural mechanization， the loss of the agricultural workforce， and the impact of urbanization and industrialization.

Key words： Jianghan Plain； grain production； spatio-temporal pattern； farmland