貴州糧食產(chǎn)能影響因素分析及其趨勢預測

張莉，張賢，梁根宏，唐軍

(1 貴州大學經(jīng)濟學院，貴陽 550025；2 中國電建集團貴陽勘測設計研究院有限公司，貴陽貴州 550081)

國以民為本，民以食為天。目前，人口增長導致糧食需求量增加，如何確保糧食安全已成為熱點問題，并上升到影響國家發(fā)展的高度。2021 年的中央一號文件指出:農(nóng)業(yè)供給側結構性改革深入推進，糧食播種面積保持穩(wěn)定。糧食產(chǎn)量受到經(jīng)濟、社會、自然、人文、政策、技術、人力資源等多因素的綜合影響，探尋其影響因素及其影響機制對當?shù)剞r(nóng)業(yè)生產(chǎn)有重要的現(xiàn)實意義[1]。在糧食產(chǎn)量影響因素及作用方面，我國學者開展了很多研究，主要集中在影響因素之間的動態(tài)關聯(lián)[2]、分析模型與方法[3]以及影響因子相關性研究等方面[4]。盡管我國糧食供需總量平衡略有盈余，但受地理環(huán)境、農(nóng)業(yè)稟賦以及特色農(nóng)業(yè)導向的影響，四川、貴州、云南、重慶、西藏等西南省份仍存在部分供需缺口[5]。因此，科學準確的預測未來糧食產(chǎn)量不僅有利于維護我國中長期糧食安全，還有利于促進區(qū)域經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展、社會穩(wěn)定和人們生活水平的提高[6]。

貴州省下轄9 個市(州)，糧食消費人口為3 500萬人以上，常年糧食產(chǎn)量在1 100 萬t 左右，產(chǎn)消缺口約450 萬t，對外依存度為25%以上。影響糧食產(chǎn)能的因素很多，以往學者們主要從自然氣候[7]、受災面積[8]、生產(chǎn)格局[9]、耕地質(zhì)量[10]、農(nóng)民收入[11]、勞動力投入[12]等方面進行研究。本文根據(jù)1978—2018 年貴州省糧食總產(chǎn)量的數(shù)據(jù)，分析糧食總產(chǎn)量、農(nóng)用機械總動力、化肥施用、糧食播種面積、有效灌溉面積、受災面積、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)、機械化農(nóng)具價格指數(shù)、化學肥料價格指數(shù)、農(nóng)機用油價格指數(shù)、除澇面積、水土流失治理面積、農(nóng)村用電量、鄉(xiāng)村人口、農(nóng)藥及農(nóng)藥械價格指數(shù)等因子對產(chǎn)量的影響，并采用主成分分析法和灰色預測模型預測影響貴州省糧食產(chǎn)量變化的關鍵因子，以期為推進貴州省糧食生產(chǎn)提供理論依據(jù)，為糧食生產(chǎn)決策提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1.1 區(qū)域概況

貴州省地處中國西南腹地，為亞熱帶濕潤季風氣候，地形以高原、山地、丘陵和盆地4 種基本類型為主。土地總面積為1 761.7 萬hm2，共有9 個地級行政區(qū)劃單位(6 個地級市、3 個自治州)，88 個縣級行政區(qū)劃單位(15 個市轄區(qū)、9 個縣級市、52 個縣、11 個自治縣、1 個特區(qū))。2018 年貴州省常住人口3 600萬，其中鄉(xiāng)村人口1 889.3 萬，占總人口的52.5%，農(nóng)作物總播種面積547.7 萬hm2，其中糧食作物播種面積為274.0 萬hm2，糧食產(chǎn)量1 059.7萬t，全省農(nóng)業(yè)機械總動力2 910.5 萬kW，全省GDP總量為14 806.5 億元。

1.1.2 數(shù)據(jù)來源及影響因子選取

本文根據(jù)1978—2018 年《中國統(tǒng)計年鑒》和《貴州統(tǒng)計年鑒》，將糧食產(chǎn)能的影響因素進行綜合整理，最終選取X1—糧食總產(chǎn)量(萬t)、X2—農(nóng)用機械總動力(萬kW)、X3—化肥施用量(折純)(萬t)、X4—糧食播種面積(hm2)、X5—有效灌溉面積(hm2)、X6—受災面積(hm2)、X7—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)、X8—機械化農(nóng)具價格指數(shù)、X9—化學肥料價格指數(shù)、X10—農(nóng)機用油價格指數(shù)、X11—除澇面積(hm2)、X12—水土流失治理面積(hm2)、X13—農(nóng)村用電量(億kW·h)、X14—鄉(xiāng)村人口(萬人)、X15—農(nóng)藥及農(nóng)藥械價格指數(shù)為研究因子。

1.2 研究方法

1.2.1 主成分分析法

主成分分析法(Principal Component Analysis)是一種降維的統(tǒng)計方法，可用于提取數(shù)據(jù)的主要特征分量[13]。主成分分析法引入多個變量，同時將復雜因素分解為幾個主成分，簡化了問題，同時獲得了更科學有效的數(shù)據(jù)結果。主成分分析法的步驟如下:

(1) 標準化采集p維隨機向量x＝(x1，x2，…，xp)T，n個樣本xi＝(xi1，xi2，…，xip)T，i＝1，2，…n，n>p，對矩陣進行處理:

得出矩陣Z。

(2)對矩陣Z求相關系數(shù)矩陣

(5)將標準化后的指標變量轉換為主成分Uij＝j＝1，2，…m，U1稱為第一主成分，U2稱為第二主成分，…，Up稱為第p主成分。

1.2.2 GM(1，1)模型

灰色預測是通過鑒別系統(tǒng)因素之間發(fā)展趨勢的相異程度，即進行關聯(lián)分析，并采用累加和累減的方式，生成有較強規(guī)律性的數(shù)據(jù)序列，最后構建一個以時間為變量的連續(xù)微分方程，從而達到預測事物未來發(fā)展趨勢的目的[12]。GM(1，1)模型的建模過程如下:

2 結果分析

2.1 貴州糧食生產(chǎn)的動態(tài)變化分析

根據(jù)《貴州統(tǒng)計年鑒》以及《中國統(tǒng)計年鑒》數(shù)據(jù)，繪制出1978—2018 年全國與貴州省糧食總產(chǎn)量變化趨勢圖(圖1)。結果顯示，貴州糧食總產(chǎn)量由1978 年的643.4 萬t 增加到2018 年的1 059.7 萬t，總體呈上升趨勢；全國糧食總體呈穩(wěn)步上升趨勢，貴州糧食生產(chǎn)總量波動對全國糧食生產(chǎn)總量影響較小；貴州糧食總產(chǎn)量波動較大，1985 年，2006 年，2011 年以及2013 年出現(xiàn)糧食產(chǎn)量拐點，尤其是2011 年貴州省糧食產(chǎn)量出現(xiàn)大幅度下降，糧食產(chǎn)量是近25 年內(nèi)最低，年產(chǎn)量為876.9 萬t。

圖1 1978—2018 年全國與貴州省糧食總產(chǎn)量變化Fig.1 The changes of total grain production in China and Guizhou Province from 1978 to 2018

貴州糧食生產(chǎn)大體經(jīng)歷以下階段:

第一階段(1978—1991 年):1978 年12 月，貴州開始實行家庭聯(lián)產(chǎn)承包責任制。1991 年貴州糧食產(chǎn)量885.5 萬t，比1978 年糧食產(chǎn)量增長37.6%。在此期間，糧食生產(chǎn)出現(xiàn)拐點，糧食產(chǎn)量逐漸增加，同時農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量不斷提高。

第二階段(1992—2000 年):2000 年與1978 年相比，總人口從2 686.4 萬人上升到3 676.6 萬。此期間，糧食總產(chǎn)量由1978 年的643.4 萬t 上升到1 161.3萬t。“九五”時期，貴州認真貫徹執(zhí)行中共中央、國務院關于農(nóng)村改革、發(fā)展、穩(wěn)定的一系列重大決策部署，圍繞農(nóng)民增收、農(nóng)業(yè)增效、農(nóng)村穩(wěn)定等工作目標，調(diào)整農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)結構，大力發(fā)展特色農(nóng)業(yè)。1992—2000 年，貴州糧食產(chǎn)量連續(xù)8 年增產(chǎn)，2000年比1978 年增長80.5%。

第三階段(2001—2010 年):中國共產(chǎn)黨第十六次全國代表大會提出了統(tǒng)籌城鄉(xiāng)經(jīng)濟社會發(fā)展的戰(zhàn)略，標志國家發(fā)展理念上的重大創(chuàng)新。2001—2010年貴州糧食總產(chǎn)量從1 100.3 萬t 增長到1 112.3萬t。在此期間，中國的農(nóng)業(yè)政策著眼于改善民生和轉變農(nóng)業(yè)增長方式。

第四階段(2011—2018 年):“十二五”時期的主要任務是在工業(yè)化和城市化的深入發(fā)展中促進農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化。2011—2017 年貴州糧食總產(chǎn)量從876.9萬t 增長到1 242.5 萬t，增長率為41.7%。2018 年糧食產(chǎn)量相比2017 年下降了182.8 萬t。

2.2 貴州糧食產(chǎn)能影響因子分析

2.2.1 貴州糧食生產(chǎn)影響因子分析

糧食生產(chǎn)系統(tǒng)是一個復雜的系統(tǒng)，人口增長、耕地減少、農(nóng)業(yè)投入不足、生態(tài)環(huán)境惡化、種糧經(jīng)濟效益低等都對糧食產(chǎn)量產(chǎn)生影響[6]。本文按照SPSS主成分分析法選取數(shù)據(jù)的原則提取可靠性指標，根據(jù)貴州實際糧食產(chǎn)量和影響貴州糧食產(chǎn)能的相關特征，選取貴州省1999—2018 年間15 個影響指標的數(shù)據(jù):X1—糧食總產(chǎn)量(萬t)、X2—農(nóng)用機械總動力(萬kW)、X3—化肥施用量(折純，萬t)、X4—糧食播種面積(hm2)、X5—有效灌溉面積(hm2)、X6—受災面積(hm2)、X7—農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)、X8—機械化農(nóng)具價格指數(shù)、X9—化學肥料價格指數(shù)、X10—農(nóng)機用油價格指數(shù)、X11—除澇面積(hm2)、X12—水土流失治理面積(hm2)、X13—農(nóng)村用電量(億kW/h)、X14—鄉(xiāng)村人口(萬人)、X15—農(nóng)藥及農(nóng)藥械價格指數(shù)，采用SPSS 25.0 對原始數(shù)據(jù)標準化處理，分析得出變量的KMO 檢驗值為0.322，小于0.7，符合因子分析的相關要求；巴特利特球形檢驗值為0.000，小于0.000 1，故可對以上15 個因子變量做主成分分析。再對基礎數(shù)據(jù)進行主成分分析得出相關性矩陣、總方差解釋以及主成分載荷矩陣(表1～3)。

表1 糧食產(chǎn)能驅動力因素相關性矩陣Table 1 The correlation matrix of food productivity drivers

續(xù)表2

從表1 可以看出，影響貴州糧食產(chǎn)能的15 個因子之間存在不同程度的相關性，其中，農(nóng)用機械總動力與化肥施用量(折純)、有效灌溉面積、水土流失治理面積、農(nóng)村用電量有較好的相關性，相關系數(shù)分別是0.921、0.991、0.914 和0.956；有效灌溉面積與農(nóng)村用電量、水土流失治理面積以及除澇面積有較好的相關性，相關系數(shù)分別為0.937、0.891、0.833；除澇面積與水土流失治理面積以及農(nóng)村用電量的相關系數(shù)為0.938、0.916；此外，水土流失治理面積與農(nóng)村用電量的相關系數(shù)為0.940。根據(jù)主成分分析得出，第一、二、三、四、五主成分的特征值大于1，累計貢獻率達到85.2%，大于85.0%，符合主成分分析要求(表2)。因此提取這5 個主成分，得出主成分和因子之間的相關性載荷矩陣(表3)。

表2 總方差分解Table 2 The total variance decomposition

表3 主成分載荷矩陣Table 3 The principal component load matrix

從主成分載荷矩陣(表3)中可知，農(nóng)用機械總動力、有效灌溉面積、農(nóng)村用電量、水土流失治理面積是第一主成分的主要因子，其相關系數(shù)分別是0.964、0.960、0.956、0.942；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)與化學肥料價格指數(shù)是第二主成分中的關鍵因子，相關系數(shù)為0.798 和0.751；第三主成分中的主要因子是受災面積，其相關系數(shù)為0.796；主成分四與主成分五的關鍵因子分別為機械化農(nóng)具價格指數(shù)和糧食總產(chǎn)量。結合文獻可知，影響貴州省糧食產(chǎn)能變化的驅動因子可以歸納為3 個方面:農(nóng)業(yè)機械化發(fā)展水平、農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)資料成本和糧食作物有效播種面積。

2.2.2 貴州省糧食生產(chǎn)的驅動因素分析

2.2.2.1 經(jīng)濟、技術因素

從表2 可知，第一主成分的貢獻率為42.3%，是主控因子，一定程度上反映了貴州省農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。經(jīng)濟與技術因素對農(nóng)業(yè)產(chǎn)能的影響主要體現(xiàn)在農(nóng)業(yè)機械化水平與土地治理能力對糧食產(chǎn)能的影響強度上。

(1)農(nóng)業(yè)機械化對貴州糧食產(chǎn)能的影響。農(nóng)業(yè)機械總動力和用電量可體現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化水平。貴州人口眾多，有效耕地面積少，山地面積占全省的93.0%[15]。截止2019 年，貴州全年糧食種植面積為270.9 萬hm2，糧食總產(chǎn)量為1 051.2 萬t，單位面積糧食產(chǎn)量3 880.4 kg/hm2[16]。隨著農(nóng)業(yè)規(guī)模化發(fā)展和生產(chǎn)專業(yè)化程度的提高，農(nóng)業(yè)機械化對糧食產(chǎn)能的影響將越來越大。因此，完善農(nóng)業(yè)農(nóng)村基礎設施和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)裝備，將是貴州未來提高糧食生產(chǎn)能力的重要途徑。

(2)土地治理能力對貴州糧食產(chǎn)能的影響。貴州省是典型巖溶區(qū)，石漠化面積為27 956.6 km2，占國土總面積的15.9%，導致糧食作物播種面積較小[17]。現(xiàn)階段實現(xiàn)耕地總量動態(tài)平衡的關鍵是土地治理，具有較高的研究價值和意義[18]。水土流失治理面積、除澇面積和有效灌溉面積是保證有效耕地面積的基礎條件，隨著水土流失治理能力的提高和有效除澇面積的擴大，糧食生產(chǎn)地域洪澇等自然災害的治理能力不斷提高，糧食產(chǎn)量穩(wěn)步增長的能力也應增強。

2.2.2.2 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本因素

第二主成分的貢獻率為17.2%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本指數(shù)在各因子中的相關系數(shù)最高，其次是化肥價格指數(shù)和機械化農(nóng)具價格指數(shù)，都直接反映了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)成本對貴州糧食產(chǎn)能的影響。化肥、農(nóng)藥、播種機械等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料是糧食生產(chǎn)必不可少的投入，生產(chǎn)資料成本的增加會給農(nóng)民帶來更大的經(jīng)濟負擔，進而影響農(nóng)民的生產(chǎn)積極性和糧食產(chǎn)量[19]。農(nóng)業(yè)機械化是實現(xiàn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化的重要標志和前提，在黨和國家支持下，貴州農(nóng)業(yè)機械化水平不斷提高[20]。農(nóng)業(yè)機械化水平對糧食生產(chǎn)成本效率具有正向顯著的直接效應，當前農(nóng)機總動力已經(jīng)突破2 300.0 萬kW，截止2019 年底，大中型拖拉機和小型拖拉機擁有量達到1.8 萬臺和12.4 萬臺。為此，國家需加強對農(nóng)產(chǎn)品市場的宏觀調(diào)控，扶持引導適度規(guī)模經(jīng)營，提高種植技術及適用性農(nóng)業(yè)機械化水平等，以降低生產(chǎn)要素和資源性成本，減輕農(nóng)民負擔。

2.2.2.3 糧食作物有效播種面積因素

第三主成分的貢獻率為10.4%，其中受災面積的相關系數(shù)最高，說明受災面積對糧食產(chǎn)能具有很高的影響。糧食產(chǎn)量一定程度上取決于受災面積的大小。近年來由于城鎮(zhèn)化進程的加快，一部分農(nóng)業(yè)用地轉變?yōu)楣I(yè)用地，加上大量使用化肥和農(nóng)藥導致的土地耕種能力下降，直接導致糧食播種面積減少。

第四主成分與第五主成分的貢獻率分別為7.9%與7.3%。各因子中機械化農(nóng)具價格指數(shù)與糧食播種面積的相關性較強。因此，在注重提高農(nóng)業(yè)機械化生產(chǎn)的同時，必須加強對土地資源的保護。

2.3 貴州省糧食產(chǎn)量趨勢預測

作為一個人口大國，糧食安全問題于中國而言是一個永恒的課題，是保障國家安全的重要基石[21]。為了維護人與自然、人與社會以及社會經(jīng)濟協(xié)調(diào)發(fā)展，實現(xiàn)土地資源合理利用，對未來一段時間的糧食產(chǎn)量做出科學預測具有重大現(xiàn)實意義。

將1978—2018 年貴州省糧食產(chǎn)量數(shù)據(jù)導入GM(1，1)模型，輸入灰色預測公式中，計算得出2019—2048 年貴州省糧食總產(chǎn)量預測值(表4)，最后根據(jù)1978—2018 年貴州省糧食產(chǎn)量實際值和2019—2048 年貴州省糧食產(chǎn)量預測值繪制貴州省1978—2048 年糧食總產(chǎn)量趨勢預測圖(圖2)。

圖2 貴州省1978—2048 年糧食總產(chǎn)量趨勢預測圖Fig.2 The trends of total grain production of Guizhou from 1978 to 2048

表4 貴州糧食產(chǎn)量灰色預測值Table 4 The grey forecast of the grain production in Guizhou 萬t

通過定性與定量分析得出，貴州省2019—2048年的糧食預測產(chǎn)量呈逐年上升趨勢。根據(jù)預測，2048 年貴州糧食總產(chǎn)量將突破2 000 萬t，達到2 071.2萬t，比2018 年增長1 011.5 萬t，平均每10年增長300 萬t 左右。

3 討論

經(jīng)濟、技術是影響貴州糧食產(chǎn)能主要因素。農(nóng)用機械總動力、有效灌溉面積、農(nóng)村用電量、水土流失治理面積等因素與貴州糧食產(chǎn)量有密切的相關性。其原因可能是貴州農(nóng)業(yè)經(jīng)濟總量相較于我國其他地區(qū)仍處于較低水平，農(nóng)業(yè)技術與其他地區(qū)相比仍然有一定程度的差距，所以經(jīng)濟、技術因素的邊際貢獻處于上升趨勢。這與其他學者的研究結果基本一致。如宰松梅等[22]利用灰色關聯(lián)度分析確定了有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械總動力、化肥施用量等因素是影響遼寧省糧食生產(chǎn)的主要因素；黃臻等[23]運用多元回歸分析的方法對我國1989 年以來糧食生產(chǎn)發(fā)展變化趨勢及糧食生產(chǎn)主要影響因素的貢獻大小進行分析，認為糧食作物播種面積、灌溉面積、農(nóng)機總動力、化肥使用量以及農(nóng)村用電量對我國糧食產(chǎn)能的影響較大。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本是糧食產(chǎn)量波動的重要影響因素之一。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本包括化肥、農(nóng)藥和農(nóng)業(yè)機械的成本與耗費。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的價格、投入量、質(zhì)量和相關技術等都直接影響糧食的產(chǎn)量。貴州糧食產(chǎn)量波動受自然災害影響，與貴州獨特的氣候條件和耕種習慣密不可分[8]。貴州省大部分農(nóng)業(yè)地區(qū)屬于喀斯特地貌，土壤自身肥力較低，生態(tài)環(huán)境比較脆弱，自然災害發(fā)生率較高，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料的合理投入可明顯提高糧食產(chǎn)能。

4 結論與建議

4.1 結論

(1)雖然貴州糧食產(chǎn)量波動較大，但總體呈現(xiàn)上升趨勢。由1978 年的643.4 萬t 上升至2018 年的1 059.7 萬t，產(chǎn)量提高約64.7%，增幅明顯，而1985、2006、2011、2013 年出現(xiàn)拐點，糧食產(chǎn)量明顯上升。可見，貴州省糧食產(chǎn)量雖有波動，但總體發(fā)展態(tài)勢較好，糧食生產(chǎn)潛力巨大。

(2)本文通過主成分分析確立了影響貴州糧食產(chǎn)能的5 個主成分，其中經(jīng)濟、技術因素是主要影響因素，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料成本對糧食產(chǎn)能有很大的影響，受災面積和播種面積則影響較大。影響因子權重最大的是經(jīng)濟技術水平，權重系數(shù)為0.496 4。

(3)利用灰色預測模型對貴州糧食產(chǎn)能的預測表明，2019—2048 年的糧食預測產(chǎn)量呈現(xiàn)逐年上升趨勢。2048 年貴州糧食總產(chǎn)量將突破2 000 萬t，平均每10 年增長300 萬t 左右。

4.2 建議

隨著城市人口的增長，工業(yè)化和城鎮(zhèn)化的快速推進，非農(nóng)業(yè)建設用地不斷增加，糧食有效播種面積將持續(xù)減少[24]。2018 年貴州糧食作物播種面積為274.0 萬hm2，比2017 年下降了10.2%。農(nóng)業(yè)機械化有效地減少了城市化后“誰來種田”的糧食安全問題，并將促進農(nóng)村剩余勞動力的進一步釋放[25]。2018 年貴州農(nóng)業(yè)機械總動力為2 376.7 萬kW，占全國的2.4%。需建設多元化的農(nóng)機技術推廣體系，加快發(fā)展農(nóng)村科技性服務組織。

我國的糧食產(chǎn)量實現(xiàn)了跨越式發(fā)展，但也帶來了嚴重的農(nóng)業(yè)環(huán)境污染，這將制約農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[26]。糧食作物增產(chǎn)的主要動力來自化肥的使用，然而化肥的過量使用將導致土壤肥力下降、酸化加劇和鹽堿化嚴重，并導致肥料利用的邊際效應下降、地下水污染以及病蟲害增加等嚴重問題，最終導致農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降[27]。建議政府部門積極做好宣傳工作，組織農(nóng)民學習化肥施用知識，正確引導農(nóng)民適度施用化肥，按照糧食作物種類進行測土配方施肥，多使用農(nóng)家肥、有機肥等，避免不必要的肥料浪費，防止過量施肥或單一施肥，造成面源污染。

提高水資源利用效率是實現(xiàn)有效灌溉的根本途徑。2018 年貴州省水利建設投入390.9 億元，有效灌溉面積為160.6 萬hm2，節(jié)水灌溉面積為34.1 萬hm2。因此，以農(nóng)田水利建設為重點，大力發(fā)展節(jié)水灌溉，擴大有效灌溉面積，是提高糧食產(chǎn)量的當務之急。建議政府推廣節(jié)水灌溉技術，如滲灌、噴灌、調(diào)壓灌溉等。