基于G IS 的甘肅農業生產時空格局演變及驅動因素分析

武續續 ，向萬里 *，張春暉 ，劉金芳

（1.蘭州交通大學交通運輸學院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州交通大學現代物流研究所，甘肅 蘭州 730070）

目前我國已有研究成果從一定程度上反映了國家和地區等層面上糧食生產的時空演變，但對于區域內部糧食的時空演變討論較少。甘肅地處我國內陸，地域狹長，植被較少，生態環境極易被破壞。各市域間甚至縣域間的氣候差異較大，糧食產量波動不穩，糧食安全問題比較突出。因此，分別以市域和縣域為空間單元，對甘肅省糧食生產的時空格局演變規律進行可視化分析具有一定的現實意義，并應用灰色關聯模型對糧食產量的影響因素進行相關性分析，找出主要的驅動因素，對甘肅省農業發展具有重要意義。

1 研究區概況

甘肅省土地資源豐富，糧食種類多樣。在地理位置上，東與陜西相鄰，南與青海、四川接壤，西與新疆交匯，北與內蒙古相鄰，東北與寧夏連接。甘肅地域狹長，由東南到西北氣候種類豐富且差異較大，包含了濕潤、寒冷、干旱等各種氣候類型。土地面積居全國第七位，耕地面積遼闊，白天光照充足且晝夜溫差較大，給農業的發展提供了有利條件。由于甘肅省地域間的自然條件差異明顯，因此甘肅省形成了4 大特色農業區，包括河西走廊的灌溉農業區、天水南部及隴南地區的山地特色農業區、甘南及河西部分地區的高寒牧區和隴中、隴東地區的旱作農業區[1]。

2 甘肅省糧食生產時空格局演變分析

2.1 基于市州層面糧食生產空間格局演變

為了了解甘肅省糧食生產的空間移動規律，論文選取 1994年、2002年、2010年及 2018年4個年份的統計數據，對糧食產量的移動特點進行可視化分析，可以更加清晰地反映出1994—2018年糧食生產的空間演變軌跡（圖1）。

從圖1 可以發現，甘肅省各個城市間糧食生產的差異明顯。隨著時間的推移，糧食生產也發生了一定的轉移，但相鄰的城市間糧食的總產也有一定的趨向。隴東地區光照資源充足，耕地面積廣，是甘肅省主要的產糧區，多年來一直保持高產，素有“隴東糧倉”之稱。張掖、武威以及白銀隨著近些年的發展已經成為甘肅中西部城市群的主要糧食生產基地。所以，甘肅省市域間糧食生產的差異較大，河西地區張掖、酒泉、武威及白銀等市光熱資源豐富、土地質量好，灌溉農業發達，是甘肅省的主要商品糧基地[2]。由于近年來政府對旱作農業小麥等糧食作物的重視，慶陽、定西、隴南、天水、平涼等隴東、隴中旱作雨養農業區逐漸發展為甘肅省糧食主要產區[3]。

2.2 基于縣域層面糧食生產空間格局演變

從圖1 可以看出，甘肅省各個市州糧食產量的分布情況以及大致的空間演變方向，但是要分析空間格局的演變，基于市州層面的視角過大，每個城市內部也相應地存在著地理以及經濟的差異，也有一定的空間演變規律。為了更加全面地分析甘肅省糧食產量的區域分布情況，以縣域為單元，進行可視化分析。因此，選取 1994年、2002年、2010年及 2018年各個縣域的統計數據，分析1994—2018年各個縣域糧食生產的演變軌跡（圖2）。

圖1 甘肅省各市（州）糧食產量空間分布圖

圖2 甘肅省各縣（區）糧食產量空間分布圖

從圖2 可以看出來，1994—2018年甘肅省縣域糧食生產也存在很大的差異，甘州區、涼州區是甘肅省傳統的糧食主產區，是甘肅省糧食生產分布較為平穩的區域。但隨著時間的推移，糧食高產縣域也在逐步向東轉移，中部的會寧縣、定西市安定區、臨洮縣、通渭縣以及東部的寧縣、鎮原縣、環縣等縣域的糧食產量也在逐步地增加。具體來說，以縣域為空間單元的糧食主產區存在由西向東轉移的態勢[4]。河西地區甘州、民樂、永昌、涼州、肅州等縣（區）光熱資源豐富、土地質量好，灌溉農業比較發達，2000年以前相比其他的縣級單元，糧食產量一直比較高[5]。2007年后，甘肅省開始重視旱作農業，加大了對隴中、隴東地區旱作農業的投資，糧食主產區發生了轉移[5]，由河西地區向隴中、隴東地區轉移，隴中的景泰、靖遠、會寧、隴西、通渭等縣以及隴東的寧縣、鎮原、環縣、靜寧等縣糧食產量逐年上升，逐漸成為甘肅省主要的商品糧基地。

3 甘肅省糧食生產時空格局演變驅動因素分析

3.1 研究方法

灰色關聯分析法是一種定量的分析方法，主要用來分析母子序列之間的關聯程度。為了更好地說明各項因素指標對甘肅省糧食作物演變影響的顯著程度，采用灰色關聯分析法，探索影響因素中哪些因素與甘肅省糧食作物的生產演變是高度相關的，以期為甘肅省糧食生產的可持續發展提供參考?；疑P聯模型構建過程如下。

確定分析序列，甘肅省糧食總產量構成母序列，各影響因素構成子序列，母子序列構成原始指標數據序列。

由于各個影響因素的量綱不相同，為了便于比較，將原始數據進行無量綱化處理，本文采用的是均值法對原始指標數據序列進行無量綱化處理[6]，計算公式：

求差序列，計算公式：

計算母序列與子序列之間的關聯系數，計算公式：

式（3）中，ε是分辨系數，取值范圍在[0，1]之間，一般取ε=0.5。

計算關聯度，計算公式：

3.2 實證分析

本文結合已有的研究成果及甘肅省糧食生產的實際情況，選取甘肅省糧食產量（Y）（萬t）為參考序列[7]，糧食播種面積（X1）（千 hm2）、糧食單位面積產量（X2）（kg/hm2）、農業機械水平（X3）（%）、農用化肥使用量（X4）（萬 t）、農業生產資料價格指數（X5）、有效灌溉面積（X6）（千 hm2）、區域經濟狀況（X7）（元）、受災面積（X8）（千 hm2）、第一產業從業人員（X9）（萬人）、農業支出（X10）（萬元）等10個影響因素為比較序列，建立灰色關聯模型，其中區域經濟狀況（X7）在數值上用人均GDP 來表示。

運用SPSSAU 進行灰色關聯分析，在灰色關聯分析時，分辨系數取0.5，結合公式（3）計算出關聯系數值，并根據關聯系數值，計算出糧食產量與各影響因素之間的關聯度，并確定關聯排序，以用于評價判斷，具體的計算過程不再敘述。為了更加準確地描述甘肅省糧食產量和和各影響因子之間的關聯度，分別按照 1994—2006年、2006—2018年、1994—2018年3個時間段進行分析，結果如表1 所示。

從表1 可以看出，1994—2006年針對本次10個評價項，糧食單位面積產量（kg/hm2）的綜合評價最高（關聯度為0.951），其次是有效灌溉面積（千hm2）（關聯度為 0.936）。在 2006—2018年針對本次10個評價項，糧食單位面積產量（kg/hm2）的綜合評價最高（關聯度為0.941），其次是農業生產資料價格指數（關聯度為0.939）。對于1994—2018年這一總時期，針對本次10個評價項，也是糧食單位面積產量（kg/hm2） 的綜合評價最高（關聯度為0.955），其次是有效灌溉面積（千hm2）（關聯度為0.897），第三是農用化肥使用量（萬t）（關聯度為0.844）。因此可以得出結論，對甘肅省糧食生產時空格局演變影響最大的是糧食單位面積產量。此外，農業化肥使用量、有效灌溉面積和甘肅省糧食產量的關聯性也是比較強的。

表1 不同時期甘肅省糧食產量影響因素灰色關聯度及排名

4 結論

通過對甘肅省糧食生產的時間尺度、空間分布以及影響因素綜合分析，可以得出如下結論：一是甘肅省糧食生產的地域性差異較大，河西地區依靠發達的灌溉農業，糧食產量逐年增加。2007年后，甘肅省大力發展小麥等旱作農業，隴中的景泰、會寧、隴西、通渭等縣以及隴東的寧縣、鎮原、環縣、靜寧等縣的糧食產量逐年上升，隴東、隴中旱作農業區發展成為甘肅省糧食的主要產區。甘肅糧食主產區由河西地區向隴中、隴東地區轉移。二是通過灰色關聯分析發現，在1994—2018年糧食單位面積產量與糧食產量高度相關，因此必須加大各種相關要素的投入，努力提高糧食單位面積產量。有效灌溉面積和農用化肥使用量也是影響糧食生產時空演變的重要因素。農業上的支出雖然從1994年來逐年增加，但是和甘肅省糧食總產的關聯性是非常弱的，因此農業的支出很難拉動糧食的增產。因此，加強現代農田建設、抓住水利設施建設、保證糧食作物的有效灌溉面積、提高水資源利用率等也是提升糧食生產能力的有效途徑。農用化肥的使用可以提高糧食作物的單位面積產量，增加糧食作物的產量。但是過量施用化肥不僅會使土壤的性狀惡化，降低農產品的品質，還會破壞農業生態環境，所以應該從提高化肥的利用率和綠色有機肥的使用等角度考慮，合理施用化肥，以提高糧食產量。