貴州省糧食產量預測時空演變格局研究

□ 張熠群 張斯嶼 趙云蔚 楊 佳 鄒靈燕

（貴州師范學院地理與資源學院，貴州 貴陽 550018）

一、引言

（一）研究背景

目前，我國糧食總產量達到68285萬噸，人均糧食占有量為0.474噸，已連續四年高于國際糧食標準安全線（0.4噸）。我國《國民經濟和社會發展第十四個五年規劃和2035年遠景目標綱要》明確提出以夯實糧食生產能力為基礎，保障糧食等重要農產品供給安全的要求。

貴州省耕地匱乏，僅占全國耕地面積的3.4%；但其墾殖率高，2018年貴州省耕地的墾殖率高達25.62%，為全國平均墾殖率1.8倍；此外，貴州省坡耕地多，耕地稟賦較差，土地產出低。因此，準確的估算貴州省糧食產量，預測未來糧食產量變化趨勢，對貴州省農業規劃與管理以及宏觀調控具有重要意義。

（二）國內外研究現狀

目前國內外學者糧食產量預測模型選擇中，大部分選擇多元線性回歸、灰色模型、BP神經網絡、組合模型等。其中組合模型的精準度最高，效果最好。組合模型通過一個模型去彌補其他模型的缺點，達到提高模型精度的效果。糧食產量具有一定的復雜性與不穩定性，單一的預測方法將受到較大的影響和制約，所以多數學者選擇優化模型，從而提高預測數據的精準度。

國內相關研究方面，王少航等［1］利用灰色馬爾科夫模型對河南省糧食產量進行了預測；王友文等［2］通過灰色方法對山西省2018-2020年糧食產量進行了預測；伊邦華等［3］用灰色馬爾科模型對湖北省的糧食產量預測進行研究分析；潘霖等［4］運用SPSS分析建立了多元線性回歸模型，對江蘇省的糧食產量進行預測分析；郭曉婷等［5］利用多元回歸分析法對安徽省糧食產量預測方法研究；郭亞菲等［6］研究多種組合模型，從影響因子方法出發，建立兩種組合預測模型，模型一利用灰關聯篩選影響因子，并建立影響因子與糧食產量之間的BP神經網絡，最后采用粒子群算法對其權值進行優化。

國外相關研究方面，Kim等［7］利用衛星云圖和高分辨遙感影像監測韓國水稻冠層生長與產量，通過生物量與植被指數之間的經驗關系，從而估算作物產量；Rogachev等［8］以俄羅斯聯邦下伏爾加河地區為例，對模擬的TS進行了統計分析，建立糧食產長期序列水平分布的自相關函數，從而預測作物產量；Mishra等［9］運用自回歸綜合移動平均（ARIMA）模型對印度的糧食總產量和糧食面積進行了預測。

以上研究雖然在通過模型預測糧食產量在數值上精度較高，但無法明確糧食產量的空間分布。或者通過遙感影像建立與植被指數的經驗方程，估算空間尺度上糧食產量格局分布，但受數據時效性限制，無法預測未來時間序列的糧食產量。因此本文采用GM（1，1）模型對貴州省2025年糧食產量進行預測，并結合GIS平臺將離散的縣級糧食產量進行空間分布化，以期為保證貴州省糧食供應安全提供數據基礎和科學依據。

二、數據來源及研究方法

糧食產量數據來源于2001-2019年貴州省統計年鑒；2001、2019年貴州省土地利用數據來源于ESA CCI Land Cover數據集［10］。本研究依托GIS平臺，將離散的縣級糧食產量進行空間分布化，并采用土地利用轉移矩陣明確土地轉化與糧食變化的關系。

本研究采用灰色系統GM（1，1）模型預測糧食產量，該模型是以灰色系統理論為基礎，將離散變量連續化，抵消隨機誤差的同時對變化過程做序列模擬，模型基本公式如下［11］：

式中a為貴州省糧食產量因素發展變化系數，w為貴州省糧食產量灰色預測模型作用量。a、w是通過建構得灰色預測模型求解得參數。將2001-2019年貴州省糧食產量原始數據帶入上述預測模型，得到2020-2025年貴州省糧食產量的預測值。

三、結果分析

（一）2001-2019年貴州省糧食產量時空格局

2001-2019年，貴州省糧食總產量為870-1250萬噸，整體變化趨勢相對穩定，呈逐年緩慢上升態勢，年均增率為1.31%（圖1）。整體而言，2001-2019年貴州省年均糧食總產量為1105.44萬噸，標準差為75.78，其中2017年糧食產量最高為1242.4萬噸，2011年糧食產量最低為876.9萬噸，2011年糧食產量驟減，主要是受旱災和凍雨的影響。以2011年為分界點，貴州省的糧食總產量可分為兩個階段（圖1）：2001-2011年，貴州省糧食產量在1100萬噸左右平穩浮動，該階段糧食產量均值為1127.28萬噸；2011-2019年，糧食產量在波動中增加，該階段年均糧食產量為1121.71萬噸，糧食增加速率為19.88%。

圖1 2001-2019年貴州省糧食產量

根據貴州省糧食產量空間分布可知（圖2），2001-2019年貴州省糧食產量空間分布基本保持一致，南北差異明顯。空間分布上整體而言，2001-2019年貴州北部糧食產量相對較高，縣級糧食總產量多高于21萬噸，貴州中部及南部糧食產量則相對較低，縣級糧食總產量多低于15萬噸。其中，2001-2019年無論南北，貴州省城市主城區糧食產量均相對較低，如貴陽市南明區和云巖區、遵義市匯川區和紅花崗區，主要原因為城市農業用地相對較少。

圖2 貴州省糧食產量空間分布（單位：萬噸）

結果表明，貴州省糧食產量減少與耕地轉為建設用地的面積緊密相關（表1）。2001-2019年，耕地轉化為建設用地面積較為明顯的城市排序為（耕地轉出>35km2）：貴陽市（137.63km2）>遵義（75.22km2）>黔東南（42.25km2）>黔南（42.23km2）>畢節（35.16km2）。其中，貴陽市和遵義市因大力發展經濟，城市擴張占用耕地，導致糧食產量減少。此外，雖然畢節市耕地轉為建設用地面積較大，但同時大面積草地轉為耕地，耕地面積得到增加，因此糧食產量相應增加。

表1 2001-2019年耕地類型轉換類型（單位：km2）

六盤水19.49 51.64

（二）2020-2025年貴州省糧食產量預測

本研究采用GM（1，1）模型，預測貴州省2020-2025年糧食產量，模型精度為94.67%，平均相對誤差3.13%，模型預測結果較為準確。2020-2025年貴州省糧食產量預測空間分布如圖3所示，貴州省2020-2025的糧食產量將穩步增長，平均糧食產量1206.86萬噸、平均增長率0.47%、平均年增量5.65萬噸。其中，2025年同比增長量最高，糧食總產量達1221.07萬噸；2020年糧食產量較2019年增量最少，為1192.73萬噸。2020-2025年糧食產量空間分布上與2001-2019年保持一致，仍為南低北高，但南部地區縣級糧食總產量有所增加，以高于29萬噸為主；此外，2020-2025年貴州省西南部地區糧食產量也增加至29萬噸以上；2020-2025年貴州省中部、北部地區糧食產量以低于14萬噸為主，貴陽市主城區南明區、云巖區糧食產量仍為0。

圖3 2020-2025年貴州省糧食產量預測空間分布

四、結論與建議

本研究主要結論如下：（1）2000-2019年貴州省糧食產量在1000萬噸左右，空間分布上呈南低北高，其中南部多高于21萬噸，北部多低于15萬噸；（2）通過GM（1，1）模型預測貴州省2020-2025年糧食產量，模型精度94.67%，平均相對誤差3.13%，預測精度為一級，可以為農業發展提供數據基礎與科學依據；（3）預測結果表明2025年貴州省糧食產量增至1221.07萬噸，空間分布仍呈南低北高趨勢，但南部糧食產量有所增加，以高于29萬噸為主。

通過數學模型預測糧食產量為當下農業發展的研究熱點之一，本研究符合國家糧食安全保障政策，為了保證貴州省糧食產量的穩定與增長，結合貴州省實際情況提出以下優化意見：1.加大農業科技投入，加強農業機械化水平，著力推進山區耕地宜機化建設；2.加強防災能力，科學安排應對冰雹和低溫冷害，利用局地小氣候優勢、合理規劃布局并進行科學施肥；3.加大政府扶持力度，強化政策保障，適當提高收購價格，穩定農業補貼政策，擴大糧食作物完全成本保險和種植收入保險覆蓋范圍。