廣西農作物種植結構時空格局及其驅動因子分析

黃麗排，張建兵*，陸雙龍，鐘麗雯，劉璐瑤，龔慧芹，巢 林，黃太慶，甘 磊

(1.北部灣環境演變與資源利用教育部重點實驗室，廣西 南寧 530001；2.廣西地表過程與智能模擬重點實驗室，廣西 南寧 530001；3.南寧師范大學地理科學與規劃學院，廣西 南寧 530001；4.廣西農業科學院農業資源與環境研究所，廣西 南寧 530007；5.桂林理工大學廣西巖溶地區水污染控制與用水安全保障協同創新中心，廣西 桂林 541004)

【研究意義】農作物種植結構時空格局是指在一個地區或國家內，在時間和空間上各類農作物種植的比例構成與分布特征[1]，可用于反映地區或國家利用農業生產要素的效率，衡量農業可持續發展能力，探討其變化規律對調整農作物種植結構政策、保證土地資源的持續生產能力和保障糧食安全具有重要指導意義[2]。我國人多地少，對糧食和其他農產品的需求量隨著社會經濟的發展而不斷增加，同時，受農業結構調整與農產品市場不斷開放的影響，我國農作物種植結構不斷發生變化[3]。作為農業大省(區)，廣西農作物種植結構受全國及本地社會經濟發展變化影響明顯，但至今尚缺乏對其時空演變與驅動要素的的了解。因此，探討廣西農作物種植結構時空格局的變化規律及其驅動因素，對提升廣西農業種植效益和保障糧食安全具有重要意義。【前人研究進展】國內外學者從多個角度，緊密關注著農作物的種植結構及其時空格局問題。Billie等[4]利用農業普查數據校準衛星影像所產生的土地覆蓋數據獲取全球18種農作物分布的數據集，描述了世界主要農作物的空間分布特征，以評估全球農業綜合系統發展與全球糧食安全問題。基于AVHRR數據及傅里葉方法，Canisius等[5]分析了亞洲兩熟農作物種植的地理空間分布規律。Haile等[6]研究發現，全球農作物種植結構的調整受農作物價格、價格風險、成本和時間投入的影響。肖池偉等[7]運用區域重心和多樣性指數揭示了老撾主要農作物種植結構的時空演變特征。我國在農作物種植結構及其影響因素方面的研究多基于統計數據而開展[8-10]。劉珍環等[11]研究表明，1980—2012年我國縣域農作物種植結構演變明顯，并受農作物市場價格、城市化水平和氣候變化等因素綜合影響。王華英[12]對湖南和湖北兩省縣級尺度的研究也表明，農業勞動力、機耕面積和耕地面積變化等將導致農作物種植結構發生時空變化。Gao和Liu[13]研究結果顯示，在氣候變化影響下，黑龍江省農作物種植結構的時空變化顯著。蘇陽[14]的研究進一步發現黑龍江省1980—2010年農作物種植結構的時空格局變化明顯，且受地貌特征、積溫和降水影響。雷金銀等[15]以1980—2015年寧夏各類型農作物種植面積為基礎研究數據，發現該地種植結構由單一向多元組合轉變，其組合類型與布局逐漸豐富且合理。【本研究切入點】影響廣西下墊面的因子較復雜，農作物種植條件空間異質性強[16]；同時，在農村勞務輸出、城鎮化與鄉村振興背景下，從事農業生產的勞動力數量與結構發生了極大改變[17]，導致農業種植結構變化明顯，但目前針對其時空演變趨勢與驅動因素暫無系統研究報道。【擬解決的關鍵問題】采用廣西及其14個地級市2003—2018年糧食作物(稻谷、玉米)、經濟與其他作物(甘蔗、木薯、油料和蔬菜)播種面積及自然與社會經濟面板數據，運用地理時空分析與數理統計方法，分析廣西農作物種植結構及其時空演變格局和驅動因素，以期為廣西農作物種植結構優化與農業可持續發展提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

廣西位于東經104°09′～112°04′，北緯20°54′～26°23′，地處我國南部沿海，北回歸線橫穿中部，屬亞熱帶濕潤季風氣候區，雨熱同期，降雨主要集中在4—9月，無霜期長；氣候資源空間差異明顯，所轄14市的年均降水量為1190.00～3480.20 mm，年均氣溫為17.30～23.60 ℃。廣西地質地貌類型多樣，表現為西北高、東南低，各地貌類型及其所占土地面積比例分別為山地占63.60%、丘陵占14.50%、平原占13.17%和臺地占8.73%，西北喀斯特地貌廣布；土地總面積2376.29萬hm2，其中耕地面積439.51萬hm2，僅占土地總面積的18.50%[18]。按地理位置劃分，廣西可分為桂東(梧州、貴港、玉林和賀州)、桂南(南寧、北海、欽州和防城港)、桂西(河池、百色和崇左)、桂北(桂林)和桂中(柳州和來賓)5個地區。廣西獨特的地理環境優勢為農業生產提供了優越的生產條件，是我國少有的農作物每年2～3熟省份之一，種植作物類型多，其中糧食作物主要有稻谷和玉米，經濟與其他作物以甘蔗、木薯、油料和蔬菜為主，尤其甘蔗和木薯種植面積一直以來均居于全國首位[19]。

1.2 指標選取與數據來源

參考前人研究結果并結合廣西實際，選取廣西及14個地級市2003—2018年的農作物總種植面積、糧食作物種植面積、經濟與其他作物種植面積及稻谷、玉米、甘蔗、木薯、油料和蔬菜種植面積，用于分析其種植結構的時空變化特征。選取13個自然與經濟社會指標數據，用以分析影響廣西農作物種植結構時空變化的驅動因素(表1)。所選數據來源于《廣西統計年鑒》、《廣西年鑒》、廣西及各市國民經濟社會發展統計公報等。廣西14個地級市的矢量數據來源于中國科學院資源環境科學數據中心。

表1 指標選取與解釋

1.3 研究方法

本研究使用糧經比(糧食作物種植面積/經濟與其他作物種植面積)和作物類型組合表征農作物種植結構。其中，作物類型組合定義標準為：廣西及14個地級市某類作物種植面積占農作物總種植面積比例超過35.00%，屬于單一種植結構；未達單一種植結構標準的作物類型組合，則以種植面積前三位的農作物組合表征農作物種植結構[27-28]。

1.4 統計分析

運用Origin 2017和ArcGIS 10.5分析、表征廣西2003—2018年農作物種植結構的時空演變特征；以SPSS 24.0的主成分分析功能探究驅動廣西農作物種植結構時空格局的驅動因素。

2 結果與分析

2.1 廣西農作物種植面積的時空變化特征

從圖1(a)可看出，在時間上，2003—2018年廣西農作物總種植面積總體上呈減少趨勢，由2003年的627.91萬hm2降至2018年的597.24萬hm2，下降4.88%。其時間變化過程可分為3個階段，一是 2003—2005年的持續上升階段，種植面積整體增加了21.02萬hm2；二是2006—2007年的持續下降階段，種植面積整體減少了17.07萬hm2；三是2008—2018年的波動平衡階段(在585.03萬～607.88萬hm2間波動)。廣西糧食作物種植面積的時間演變規律與農作物總種植面積相似，總體上也呈減少趨勢，相較于2003年的347.00萬hm2，2018年降至280.21萬hm2，下降19.25%。其時間演變過程，同樣可分為持續上升(2003—2004年)、持續下降(2005—2008年)和波動平衡(2009—2018年)3個階段。而經濟與其他作物的種植面積在研究期增加趨勢明顯，2018年比2003年上升9.83%，達317.26萬hm2，其變化規律可分為持續上升(2003—2005年)、持續下降(2006—2007年)、持續上升(2008—2013年)和波動平衡(2014—2018年)4個階段。

圖1顯示，在空間上，廣西農作物種植主要分布于廣西的東北—西南對角線(桂林、來賓、南寧和崇左市)及其對角線西北部(柳州、河池和百色市)，尤其在南寧和桂林市分布更集中，二者的農作物種植面積達163.82萬hm2，占廣西農作物總種植面積的26.79%；在對角線東南地區，貴港和玉林市的農作物種植面積較大，共92.19萬hm2，占該區域農作物總種植面積的42.73%。其中，除崇左市外，廣西糧食作物種植集中區與農作物種植集中區基本吻合，尤其是南寧和桂林市較集中，二者的糧食作物種植面積達80.75萬hm2，占廣西糧食作物種植面積的26.02%；經濟與其他作物種植也主要集聚于東北—西南對角線上及其西北部，尤其以崇左和南寧市較多，二者的經濟與其他作物種植面積占廣西經濟與其他作物種植面積的30.65%。綜上所述，研究期廣西農作物種植面積時空格局差異明顯，其中南寧和桂林市是廣西農作物種植集中區。

2.2 廣西農作物種植結構及其時空變化特征

從圖1(a)還可看出，在時間上，研究期內廣西糧經比持續下降，由2003年的1.22降至2018年的0.88，大于1.00與小于1.00的分界年份為2012年，表明2012年前，廣西農作物種植結構以糧食作物種植為主，而后轉變為以經濟作物與其他作物種植為主。在空間上，廣西各市的糧經比隨著時間變化而演變，但總體上可分為4類：一是以“糧”為主的玉林、貴港、欽州、百色和河池市，其糧經比大于1.00；二是以“經”為主的崇左、南寧、來賓和柳州市，其糧經比小于1.00；三是由“糧”轉“經”的防城港市(2006年)、北海市(2007年)、梧州市(2018年)和賀州市(2018年)，其糧經比先大于1.00后小于1.00；四是波動型的桂林市，其糧經比呈波動變化，其中，2003—2007年糧經比小于1.00，2008—2017年糧經比大于1.00，于2018年再次轉變為小于1.00。說明廣西各地的糧經比存在差異，且隨著時間的推移而發生改變。

圖2(a)顯示，在時間上，廣西2003—2018年各類型作物的平均種植面積占比排序為稻谷(34.14萬hm2)>蔬菜(18.70萬hm2)>甘蔗(15.57萬hm2)>玉米(9.33萬hm2)>木薯(3.77萬hm2)>油料(3.66萬hm2)，呈現為稻谷—蔬菜—甘蔗組合型的種植結構。但其種植結構具有時間階段性，其中，2003—2010年為以稻谷為主的單一型種植結構階段，稻谷種植面積占總農作物種植面積的35.00%～40.00%；2011—2018年轉變為稻谷—蔬菜—甘蔗組合型種植結構階段，期間，稻谷、蔬菜和甘蔗種植面積分別占農作物總種植面積的29.00%～34.00%、15.00%～18.00%和18.00%～24.00%。

說明研究期內廣西農作物種植結構逐漸由單一結構向多樣化結構轉變。

從圖2還可看出，在空間上，研究期內桂東(梧州、貴港、玉林和賀州市)和桂南欽州市的種植結構組合類型為單一稻谷型(稻谷種植面積比例分布于36.00%～61.00%)，桂西北(百色和河池市)的種植結構組合類型為玉米—稻谷—蔬菜型，柳州、南寧和北海市的種植結構組合類型為稻谷—蔬菜—甘蔗型，崇左市的種植結構組合類型為單一甘蔗型。桂林、來賓和防城港市的種植結構組合類型較多，其中桂林市的種植結構組合經歷了單一稻谷型(2003—2005年、2008—2017年)、稻谷—蔬菜—油料型(2006—2007年)和稻谷—蔬菜—玉米型(2018年)3個階段，防城港市的種植結構組合由2003—2005年的單一稻谷型轉變為2006—2018年的單一甘蔗型，來賓市的種植結構組合總體上表現為甘蔗—稻谷—蔬菜型，其中2008—2015年為單一甘蔗型。說明廣西農作物種植結構組合類型在空間上分布具有多樣性。

2.3 影響廣西農作物種植結構時空變化的主要因素

由表2可知，3個主成分共同影響廣西農作物的種植結構，其累積貢獻率達89.712%(≥80.000%)，可將這3個主成分的因子作為影響廣西農作物種植結構的影響因素，進一步解析各指標對主成分的貢獻率(表3)，其中，第一主成分(PC1)主要由影響農作物種植結構的社會經濟條件組成，具體包括地方經濟發展水平(地區生產總值X6、第一產值比重X7、農村人均純收入X8)、種植條件(農村人口比重X1、農村人均耕地面積X2、農業機械總動力X3、農村用電量X5)和交通通達性水平(等級公路里程X9)；第二主成分(PC2)表征地方糧食安全與自給情況，包括糧食產量X10和糧食人均占有量X11；第三主成分(PC3)體現影響種植結構的氣候因子，主要為年均降水量X13。說明廣西農作物種植結構主要受地區社會經濟發展水平、糧食產出效益與氣候因素的交互影響，因此應著力提升經濟發展水平與農業種植技術，提高糧食產量。

表2 廣西農作物種植結構影響因素的主成分特征值及貢獻率

表3 廣西農作物種植結構影響因素的主成分載荷矩陣

由表4～5可知，廣西農作物種植結構的影響因子在年際上具有一定差異性，但整體受種植條件(農村人口比重X1、農村人均耕地面積X2、農業機械總動力X3、有效灌溉面積X4和農村用電量X5)和糧食產量X10的驅動。在空間上的差異則主要受地方經濟發展水平(地區生產總值X6、第一產值比重X7和農村人均純收入X8)、種植條件(農村人口比重X1、農業機械總動力X3和農村用電量X5)和交通通達性水平(等級公路里程X9)影響。說明廣西農作物種植結構的影響因素在時空維度上存在一定差異。

表4 2003—2018年廣西農作物種植結構影響因子的主成分載荷矩陣

表5 廣西各地級市農作物種植結構影響因子的主成分載荷矩陣

3 討 論

本研究結果表明，2013—2018年廣西農作物種植面積呈減少趨勢，究其原因，一方面是農業種植收益較低、農村勞動力輸出導致棄耕現象明顯[29]，另一方面，快速的城鎮化建設、社會經濟發展與產業結構調整侵占了大量耕地或改變了部分耕地的屬性(如利用農田種植桉樹等)，導致農作物種植面積減少[30]。同時，在2006年，受新農村建設、退耕還林還草和“一村一品”特色農業等政策驅動，農村居民點和養殖等用地(非農作物種植用地)及果園面積(本研究未將果園面積歸類到農作物種植面積中)增長較快，退耕面積持續增加，導致廣西該年農作物種植面積大幅度降低[31]。在空間上，廣西農作物種植多集聚于耕地面積較大且種植歷史悠久、開發利用較充分的東北—西南對角線(桂林、來賓、南寧和崇左市)及其西北部(柳州、河池和百色市)地區，尤以南寧和桂林市更集中。

本研究發現，廣西農作物種植結構正由單一組合型向多樣化組合型轉變，且自2012年開始，由以糧食作物種植為主向以經濟作物與其他作物種植為主轉變，體現了廣西農作物種植結構已朝向多樣化種植結構發展。究其原因，一方面由于種糧成本日漸趨高、效益持續降低，種糧人員減少且種糧積極性明顯降低，而種植經濟作物效益較高，導致糧食種植比例下降[32]，另一方面，由于部分種糧土地性質向非農轉變，也導致種糧土地面積持續下降[33]。同時，廣西各市糧經比及其時間演變特征和種植結構組合類型與該區的種植傳統、種植條件和產業發展定位相關，如玉林市定位為廣西的稻谷種植基地，崇左市定位為蔗糖生產基地，分別呈現糧經比大于1.00和小于1.00的情況，種植結構組合類型分別為單一稻谷型和單一甘蔗型[34]，而沿海一帶(防城港和北海市)受水產養殖占用耕地和耕地轉種桉樹的影響，糧經比也發生了明顯轉變[35-36]。

驅動農作物種植結構變化的因素多樣，其時空演變格局是氣候變化、國家政策、社會經濟條件發展和經濟效益等多因素綜合共同作用的結果[11，37]。本研究中，農村人口比重X1、農業機械總動力X3和農村用電量X5作為農作物種植的人力和技術條件已深刻影響廣西種植結構的時空變化，同時糧食產量即農作物種植的經濟效益依然是驅使廣西農作物種植結構在時間上保持整體不變的主要因子，而地方經濟發展水平與交通情況影響著廣西種植結構的空間分布。說明廣西農業發展總體上還處于受人力、技術和交通條件影響的初級階段，在當前農村人力資源日漸匱缺的大背景下，應著力提高農作物種植效益與農村勞動力收入，保持充足的農村勞動力，發展符合廣西復雜地形的農業種植機械化技術，改善農村交通情況，以優化廣西農作物種植結構，促進廣西農業整體發展；其次，應保障耕地面積的數量和質量，加強基礎設施和交通設施的興建與完善，并改善農作物種植和產銷條件，提高糧食產量和農村收入以提升廣西農作物種植的可持續性。

4 結 論

廣西農作物種植結構時空差異明顯，地區經濟發展水平、種植條件、糧食安全與自給情況及氣候因子等驅動著廣西農作物種植結構的時空演變。因此，提高農作物種植效益和農村勞動力收入，改善農作物種植條件，維持足夠的農村勞動力，是優化廣西農作物種植結構的重要途徑。