基于耕地因素分解視角的河南省糧食生產時空演變研究

張志高 袁征 邱雙娟

摘要：基于H-P濾波和地理信息系統（GIS）空間分析方法對河南省糧食生產時空演變特征進行分析，并在此基礎上運用對數平均迪氏分解（LMDI）模型對影響糧食產量的耕地利用因素進行分解。結果表明，1978—2015年河南省糧食生產整體呈波動上升趨勢，可以劃分為9個波動周期，平均周期為4.11年，平均波動幅度為6.23%，河南省糧食生產正處于穩定增長時期，但仍然存在大幅波動的可能。全省糧食生產呈現東南高西北低的特征，豫東南地區耕地面積大，是最主要的余糧區，豫西北地區糧食生產能力相對較弱。單產提升、復種指數提高和耕地面積擴大對糧食增產具有促進作用，而種植結構調整導致糧食減產。分地區來看，單產提升和耕地面積擴大積極推動了河南省各地區的糧食增產，種植結構調整促進了豫北、豫東和豫南地區的糧食增產，導致豫中和豫西地區糧食減產，豫東和豫西地區分別因復種指數上升而增產，豫中、豫南地區復種指數略有下降，導致糧食減產。

關鍵詞：糧食生產;時空演變;耕地利用;因素分解;河南省

我國是發展中的人口和農業大國，糧食安全不僅關乎居民日常生活，更關系到國民經濟發展、社會穩定和國家安全，甚至對世界經濟發展和安全也至關重要[1-2]。河南省是“中國糧倉”和我國重要的商品糧基地，在我國農業生產中占有舉足輕重的地位，河南省用全國6%的耕地生產了10%的糧食和25%的小麥，解決了1億人的吃飯問題，有力保障了全國糧食安全。經歷2000—2003年的低谷期之后，受益于中央實行的一系列惠農政策，2004年開始，河南省糧食生產連續12年實現增產，連續10年超過5 000萬t，2015年全省糧食產量高達6 067.1萬t，達歷史最高水平[3]。河南省糧食的持續增產在保障國家糧食安全的同時也引起了學術界的廣泛關注。相關學者分別從農業、地理、氣候和經濟角度對河南省糧食生產的影響因素、結構、格局及未來增產潛力等方面進行了研究[4-11]。然而從耕地層面對河南省糧食生產格局的研究還未見報道。耕地是糧食生產的基本載體，糧食產量受制于耕地利用變化，同時耕地利用變化又與經濟社會發展和科技進步等息息相關。城鎮化的快速發展大量占用耕地，農業結構的戰略性調整及耕地利用集約度的變化等過程均會引起耕地利用的變化，進而影響糧食生產[12]。因此，本研究采用 H-P 濾波法分析河南省糧食生產的長期趨勢與短期波動特征，探討河南省糧食生產時空變化，在此基礎上運用對數平均迪氏分解（LMDI）模型對影響河南省糧食生產的耕地利用因素進行分解，把握耕地利用宏觀變化對糧食生產的影響，以期為河南省制定有關政策以及進一步持續提升糧食生產潛力提供參考。

1 研究方法和數據來源

1.1 H-P濾波法

1.3 數據來源

河南省及18個地市的糧食產量、耕地面積以及農作物、糧食作物播種面積等數據來源于1979—2016年《河南統計年鑒》、1949—2009年《河南六十年》以及各地市統計年鑒，通過糧食產量和播種面積計算出單位面積產量。為保證統計口徑統一，本研究以調整后的行政區劃為準對有關縣（市）數據進行整理。為避免自然災害等非耕地利用因素對糧食生產的影響，取3年糧食單產的平均值用于LMDI方法分析，以保證因素分解的可解釋性[12]。

2 河南省糧食產量波動分析

根據濾波分析原理，通過Eviews 8.0軟件在進行對數化處理的基礎上，獲得河南省1978—2015年的糧食產量濾波結果，如圖1所示。

2.1 河南省糧食產量波動的長期趨勢

從長期趨勢來看，1978—2015年河南省糧食產量總體上呈波動上升趨勢，可分為波動增長-波動下降-穩定增長3個演化階段：第1階段為1978—1999年，河南省糧食生產呈快速波動增長趨勢，糧食總產量由1978年的2 097.4萬t增長到1999年的4 253.3萬t，增長102.79%，年平均增長率為 3.42%;第2階段為1999—2003年，該時期“三農”問題突出，農民種糧缺乏積極性，加上自然災害的影響，河南省糧食產量持續減少，由1999年的4 253.3萬t減少到2003年的 3 569.5萬t，4年來糧食產量減少16.08%，年均減產 4.29%;第3階段為2003—2015年，2004年以來，得益于一系列惠農政策的實施，河南省糧食生產進入恢復增長時期，全省糧食生產實現“十二連增”，年均增速達4.52%，至2015年全省糧食總產量達6 067.1萬t，為歷史最高水平。

2.2 河南省糧食產量波動的短期趨勢

按照“波峰-波峰”的周期劃分法，且滿足2年以上的標準，1978—2015年河南省糧食產量波動可以劃分為9個周期，其中最后1個周期尚未完成。由表1可知，河南省糧食產量波動周期最短為2年，最長為8年，平均為4.11年，與前人研究結果[15，18]較為接近。因此，河南省糧食產量波動周期長度變化不是很大，為典型的短周期波動類型。1978—1999年，河南省糧食產量周期以3年的短周期為主，1999年以來均為8年周期，表明河南省糧食產量的波動性依然存在，且波動周期有加長趨勢。

波動幅度指波動周期內谷峰落差程度，糧食生產波動幅度可以反映糧食波動起伏的強烈程度，根據峰谷落差可將波幅劃分為弱幅型（S<5）、中幅型（5≤S<10）和強幅型（S≥10）3類。由表1可知，河南省糧食產量的平均波幅為 6.23%，最小波幅為1996—1999年的0.62%，最大為1999—2007年的13.48%。河南省糧食產量波動的第3、第8周期為強幅型，第4、第5、第6周期為中幅型，其余周期均為弱幅型，表明河南省糧食產量容易出現大幅度上升和下降。1978—2015年，河南省糧食生產的最長擴張期為4年，最長收縮期為5年，平均擴張期為2年，略低于平均收縮期（2.1年），表明河南省糧食生產會在較短時間里出現突然滑坡，即由衰退轉入蕭條，同時河南省糧食產量由復蘇轉向繁榮的過程更短，說明糧食產量發生滑坡后，能在短期內出現恢復性增長，但增長趨勢較短。

綜上可知，河南省糧食生產波動幅度較大，平均收縮期大于擴張期，目前河南省糧食生產正處于37年來最長的波動周期當中，雖然2004年以來河南省糧食生產實現了“十二連增”，但其周期性波動特征依然存在，糧食生產仍存在大幅波動的可能，因此應采取措施降低糧食產量的波動幅度，抑制產量顯著下滑，以穩定糧食生產。

3 河南省糧食生產的空間變化特征

由于河南省各地市糧食播種面積、 人口數量等存在很大差異，糧食總產量不能完全反映各地區糧食生產變化的真實情況。人均糧食占有量體現某一地區的糧食生產能力，是反映區域糧食安全程度的重要指標，人均糧食占有量越高的地區糧食供應能力越強，其糧食安全水平也越高。參考前人研究結果[19]，依據河南省糧食供求狀況和人均糧食產量的差異，將各地市人均糧食占有量進行如下劃分：嚴重缺糧區（低于或等于150 kg）、一般缺糧區（>150～300 kg）、基本自給區（>300～400 kg）、一般余糧區（>400～500 kg）和重要余糧區（高于 500 kg）。

為分析河南省各地市人均糧食占有量的空間分布特征，結合1978—2015年河南省糧食總產量波動特征（圖1），選擇1994、2003、2015年3個代表性年份進行分析。由圖2可知，在不同時期河南省各地人均糧食占有量差異明顯。河南省各地市人均糧食占有量在時間演化上同全省糧食總產量的波動情況較為一致。1994年全省糧食生產相對穩定，除鄭州、洛陽、三門峽和平頂山4市為一般缺糧區外，其他地市均實現了基本自給或有余糧，許昌和鶴壁2市為重要余糧區。2003年，受自然災害的影響，全省糧食產量跌入低谷，新鄉、鶴壁等8市有余糧，比1994年少1市，其余10地市都表現為缺糧或基本自給，一般缺糧區仍位于豫西北地區;除鄭州、三門峽、平頂山和濟源4市為一般缺糧區外，其他地市均表現為基本自給或有余糧。2015年，經過“十二連增”后，全省糧食生產達到歷史最高水平，僅鄭州1市為一般缺糧區，濟源、三門峽、洛陽、平頂山4市為基本自給區，其余13地市均為重要余糧區。總體上看，全省糧食生產呈現出東南高西北低的特征，豫東南地區平原面積大，耕地多，種植業發達，是最主要的余糧區;豫西北地區的濟源、三門峽、洛陽和平頂山等地地形以山地、丘陵為主，平原和耕地資源少，糧食供給能力相對較弱;鄭州市是河南省省會，人口眾多，經濟發展水平相對較高，而糧食生產功能較弱，糧食對外依賴程度較高。

4 河南省糧食產量變化的耕地利用因素分解

4.1 河南省整體耕地利用效應的分階段變化

基于LMDI因素分解模型，結合1978—2015年河南省糧食總產量波動曲線（圖1），分別以1978、1982、1996、2003、2007年5個年份為基期，對河南省糧食生產的耕地利用因素進行分解，結果見表2。河南省2015年糧食總產量較1978年增加了3 969.70萬t，從耕地利用變化對糧食生產的累積效果來看，強度效應、程度效應和規模效應相比1978年分別累計貢獻了88.88%、13.85%和11.95%的糧食增量，結構效應使糧食產量減少14.68%。在不同時期，各因素對糧食產出的作用也不同。

4.1.1 強度效應 提高糧食作物單位面積產量是促進河南省糧食增產的第一大因素，37年來累計貢獻了3 528.24萬t的糧食增量。1996—2003年期間，“三農”問題突出，農民種糧積極性不高，強度效應造成糧食減產253.01萬t，在其余4個研究時期，強度效應均導致糧食增產，1978—1982年強度效應甚至貢獻了139.97%的糧食增量， 但受邊際收益遞減規律的影響，糧食單產的作用逐漸降低。

4.1.2 結構效應 同1978年相比，2015年河南省糧食總產量因結構調整減產582.93萬t，受種植業結構調整影響明顯，改革開放初期，國家提出了“決不放松糧食生產，積極發展多種經營”的基本方針;20世紀80年代中期到90年代中期的農業結構調整政策為“確保糧食生產總量，重視農產品質量和農業效益”;1998年開始了以種植業內部結構及農牧結構為主的調整[16]，2003年以前，因結構調整造成的河南省糧食減產呈逐年擴大趨勢，2003年以后結構調整有效地促進了糧食增產。

4.1.3 程度效應 復種指數是影響糧食生產的重要因素，1978—2003年期間，復種指數總體呈上升趨勢，對糧食產量起促進作用;2003年以后，復種指數略有下降，由2003年的1.904下降到2015年的1.775，對糧食增產起抑制作用。同1978年相比，2015年程度效應促進糧食增產549.97萬t。

4.1.4 規模效應 總體上看，37年來河南省糧食總產量因規模效應增產474.43萬t。改革開放以后，河南省工業化和城鎮化進程不斷加快發展，城市建設用地不斷擴張，耕地面積由1978年的7.16×106 hm2減少到1996年的6.81×106 hm2，因耕地減少導致的糧食減產呈逐步擴大態勢。20世紀90年代中后期以來，河南省加大了耕地資源保護力度，受益于“堅守18億畝耕地紅線”（1 hm2=15畝）等一系列政策，河南省耕地資源得以恢復增長，促使河南省1996—2015年糧食增產768.66萬t。

4.2 耕地利用效應的區域變化特征

基于LMDI因素分解模型，以1994年為基期對河南省各地市糧食產量變化的耕地利用因素進行分解。由表3可知，豫南和豫東地區糧食產量分別增加 1 088.28、1 074.98萬t，為河南省糧食產量增加的主要地區，其次為豫北地區，豫中和豫西地區糧食增產較少，均約為215萬t。各因素對河南省各地市糧食產出的作用也不同。

4.2.1 強度效應 單位面積產量提升是促進河南省各地糧食增產的第一大因素，與基期相比，2015年豫中、豫南、豫東、豫西和豫北地區的糧食總產因強度效應分別累計增產211.61萬t（98.19%）、774.28萬t（71.15%）、770.54萬t（71.68%）、185.64萬t（86.18%）和329.98萬t（57.99%）。表明通過加大農用物資投入、加強農田水利建設及農業科技轉化提升糧食單產是河南省各地糧食增產的主要途徑。

4.2.2 結構效應 河南省各地種植業結構調整程度和方向由于自然環境、資源稟賦與經濟發展的差異而各不相同，進而對各地區糧食生產的影響也有所不同。豫北、豫東和豫南地區耕地面積廣闊，農業在區域經濟中所占比重較高，是河南省的重要糧食產地，21年來糧食作物種植比例進一步提高，結構效應對糧食增產起著積極的推動作用。豫中地區經濟發展與城市化進程較快，“壓糧擴經”效應明顯，造成糧食減產，而豫西地區多山地丘陵，因地制宜發展特色農業為該區域調整的方向，21年來豫西糧食產量因結構效應累計減少37.27萬t。

4.2.3 程度效應 復種指數對各地市糧食生產影響有正有負，豫中、豫南地區復種指數略有下降，糧食產量分別減少19.77、85.71萬t，而豫東、豫西地區分別因復種指數糧食增產100.19、6.21萬t。

4.2.4 規模效應 耕地面積增加是各地糧食增產的重要因素。21年來河南省各地市耕地面積均保持增長，對各地區的糧食增產均起正向作用，其中豫南地區因規模效應導致的糧食增產量最大，為365.52萬t，貢獻率也最高，為33.59%。隨著工業化和城鎮化的進一步發展，河南省耕地非農轉化形勢將更加嚴峻，耕地資源供需不平衡的矛盾將日益突出，這就要求河南省未來要采取有效措施，切實保護耕地數量。

5 結論與政策建議

5.1 結論

1978—2015年河南省糧食產量總體上呈波動上升趨勢，糧食產量波動可以劃分為9個周期，平均周期為4.11年，糧食產量的平均波動幅度為6.23%，河南省糧食生產正處于穩定增長時期，大幅波動的可能性仍然存在。全省糧食生產呈現出東南高西北低的特征，豫東南地區平原面積大，耕地多，是最主要的余糧區;豫西北地區多山地丘陵，糧食生產能力相對較弱。

河南省糧食生產的LMDI耕地利用因素分解結果表明，單產提升、復種指數提高和耕地面積擴大對糧食增產具有促進作用，與基期相比，分別累計實現了3 528.24萬t（88.88%）、549.97萬t（13.85%）和474.43萬t（11.95%）的糧食增量，而種植結構調整導致糧食減產582.93萬t（-14.68%）。

分地區來看，單產提升和耕地面積擴大積極推動了河南省各地區的糧食增產，種植結構調整促進了豫北、豫東和豫南地區的糧食增產，導致豫中和豫西地區糧食減產，豫東和豫西地區分別因復種指數上升而增產，豫中、豫南地區復種指數略有下降，導致糧食減產。

5.2 政策建議

耕地面積對糧食增產的貢獻十分穩定，保證一定規模的耕地面積對河南省糧食增產具有重要的現實意義。但是近些年來隨著社會經濟和城鎮化的進一步發展，河南省耕地面積已呈下降趨勢，后備耕地資源擴張的潛力已經大大降低，耕地資源供需不平衡的矛盾日益嚴峻，這就要求河南省未來采取有效措施，加強對土地開發利用的管理，實行嚴格的耕地保護制度，切實保護耕地數量。

種植結構調整和復種指數提升在不同時期也對河南省糧食增產發揮了重要的推動作用，然而種植結構調整在增加糧食總產量的同時，過度地調整會導致糧食種植結構的失衡。隨著人民生活水平的提高，保持適當的雜糧、豆類和薯類等糧食作物比例是非常有必要的，繼續調增玉米、小麥等高產糧食作物的空間已經不大。伴隨著城鎮化的快速發展，城鎮居民對生態環境和休閑空間的需求也日益增加，這無疑會引起復種指數的下降。因此，今后糧食可持續增產的重點是糧食作物自身單產水平的提高，尤其應該以低產作物為重點提升其單產水平。

單產提升為河南省糧食增產的首要因素，化肥、農藥和農膜等物質投入在提升糧食單產水平的同時也會造成水土污染，破壞生態環境，因此，進一步加強農田水利建設、提高糧食生產的災害抵御能力、促進農業科技創新和轉化，是未來促進河南省糧食單產提升，從而增強其糧食生產能力和增長潛力的重要舉措。

參考文獻：

[1]張元紅，劉長全，國魯來. 中國糧食安全狀況評價與戰略思考[J]. 中國農村觀察，2015，121（1）：2-14.

[2]覃志豪，唐華俊，李文娟，等. 氣候變化對我國糧食生產系統影響的研究前沿[J]. 中國農業資源與區劃，2015，36（1）：1-8.

[3]河南糧食產量1 213.42億斤，實現“十二連增”[EB/OL]. （2015-12-09）[2017-10-10]. http：//henan.163.com/15/1209/08/BACMS4D40227029M.html.

[4]薛選登，陳佼臖. 河南省糧食生產結構變化及影響因素分析[J]. 河南科技大學學報（社會科學版），2016，34（2）：81-85.

[5]栗瀅超，侯雪娜，錢壯志. 河南省耕地資源數量變化及驅動因素分析[J]. 河南農業科學，2016，45（12）：67-71.

[6]潘少奇，李亞婷，苗長虹. 河南省縣域人均糧食占有量空間格局演化[J]. 地域研究與開發，2015，34（1）：132-137.

[7]楊 銘，劉青利. 基于改進廣義灰色關聯度的河南省糧食生產影響因素分析[J]. 西南師范大學學報（自然科學版），2015，40（9）：174-180.

[8]李治國，郭志富，張延偉，等. 近36年河南農作物干旱災情時空規律研究[J]. 干旱區資源與環境，2015，29（4）：119-124.

[9]趙翠萍. 河南省耕地生產效率及其影響因素分析[J]. 河南農業大學學報，2012，46（4）：469-472.

[10]劉 敏，張良悅，程傳興. 基于收入問題的河南糧食生產與現代農業發展研究[J]. 河南農業大學學報，2014，48（4）：518-523.

[11]朱嘉偉，周琳琳，謝曉彤. 單產提升潛力衰減模型法在河南糧食單產中長期預測中的應用研究[J]. 自然資源學報，2017，32（9）：1627-2638.

[12]金 濤. 中國糧食生產時空變化及其耕地利用效應[J]. 自然資源學報，2014，29（6）：911-919.

[13]高 帆. 我國糧食生產的波動性及增長趨勢：基于H-P濾波法的實證研究[J]. 經濟學家，2009，5（5）：57-68.

[14]Hodrick R J，Prescott E C. Postwar U. S. business cycles：an empirical investigation[J]. Journal of Money，Credit and Banking，1997，29（1）：1-16.

[15]效賽麗，朱秀英，鄧蒙芝，等. 基于HP濾波法的河南省糧食產量波動分析[J]. 河南農業大學學報，2014，48（6）：785-789.

[16]Ang B W，Liu N. Handling zero values in the logarithmic mean Divisia index decomposition approach[J]. Energy Policy，2007，35（1）：238-246.

[17]江松穎，劉 穎，萬 晶. 湖北省糧食生產的時空特征演變研究——基于耕地因素分解的視角[J]. 長江流域資源與環境，2016，25（9）：1339-1346.

[18]陳慧中. 河南省糧食產量波動及其影響因素分析[J]. 江西農業大學學報，2010，9（1）：60-65.

[19]中國農業科學院《食物發展研究》課題組. 再論人均400公斤糧食必不可少[J]. 科技進步與對策，1991，8（4）：31-32.索志林，陳佳男. 我國人口、社會、經濟、生態城鎮化測度及其耦合協調性[J]. 江蘇農業科學，2019，47（6）：299-304.