基于主成分分析法的天津市糧食產業(yè)競爭力研究

張同悅 付娜

摘要：為分析天津市糧食產業(yè)競爭力，文章選取了2007—2021年國家統(tǒng)計局和《天津統(tǒng)計年鑒》的天津市稻谷、玉米、小麥的播種面積、農用化肥施用折純量、農業(yè)機械總動力、機耕面積、機播面積、有效灌溉面積、農村用電量、除澇面積、地方財政農林水事務支出等11個指標，運用主成分分析法分析上述指標對天津市糧食產業(yè)競爭力的影響。結果表明，生產資料投入是影響天津市糧食產業(yè)競爭力的第一主成分，方差貢獻率為56.709%；第二主成分為玉米播種面積和機械化2個指標，方差貢獻率為23.251%；第三主成分為小麥播種面積，方差貢獻率為11.250%；其他指標的方差貢獻率為8.790%。由此得出，通過增加農業(yè)生產資料投入、提高玉米播種面積以及提升機械化生產水平可顯著提高天津市糧食產業(yè)競爭力。

關鍵詞：主成分分析法；糧食；競爭力；天津市

收稿日期：2023-04-09

基金項目：天津市哲學社會科學規(guī)劃項目（TJGL22-015）

主要作者簡介：張同悅（1997—），男，在讀碩士生，主要從事現代都市農業(yè)經濟理論與政策方面研究。E-mail：zhangtongyue@qq.com

通訊作者簡介：付娜（1979—），女，副教授，博士，主要從事農業(yè)經濟管理研究工作。E-mail：scarlett_fn@126.com

糧食產業(yè)是國民經濟的基礎產業(yè)，糧食是關系國家穩(wěn)定的戰(zhàn)略物資，糧食安全是國家安全的重要基石，提升糧食產業(yè)競爭力、提高種植效益、促進種植業(yè)者種糧積極性是保障我國糧食安全的重要舉措，也是農業(yè)經濟學研究的重點。張有志等[1]基于GEM模型和專家打分的方法研究山東省糧食產業(yè)競爭力，表明山東省糧食產業(yè)在藍黃經濟區(qū)屬于上等。孟慶福等[2]使用熵值法研究我國省份之間糧食產業(yè)競爭力，結果表明，黑龍江省、山東省、江蘇省、河南省的糧食產業(yè)競爭力較強。薛選登[3]運用主成分分析法進行研究，表明我國糧食生產大省河南省的糧食產業(yè)國際綜合競爭力在研究的13個省份中屬于較弱省份。李鑫[4]研究表明，1990年以來，隨著科學技術的進步、農業(yè)機械的使用和肥料投入的增加使安徽省糧食產量大幅度提高。上述研究多采用不同的方法研究我國糧食主產區(qū)的糧食產業(yè)競爭力，而根據現有的新型糧食區(qū)域劃分，對我國糧食主銷區(qū)的糧食產業(yè)競爭力的研究較少。

根據“新糧食安全觀”，我國糧食主產區(qū)、主銷區(qū)、產銷平衡區(qū)要響應“飯碗一起端、責任一起扛”的政策[5]，要求糧食主銷區(qū)也要保持一定的生產能力。天津市由于人口較多，耕地產能有限，屬于糧食主銷區(qū)，但做好糧食生產工作，提升天津市糧食產業(yè)的競爭力同樣十分重要。天津市主要糧食作物為稻谷、玉米、小麥，2021年天津市糧食作物總產量249.87萬t，其中稻谷、玉米、小麥總產量分別為54.73萬t、118.28萬t、72.16萬t，三大糧食作物總產量占全市糧食作物總產量的98.12%（國家統(tǒng)計局，2021年）。本研究基于主成分分析法對天津市主要糧食作物產業(yè)競爭力的指標進行分析，研究結果將對天津市糧食產業(yè)競爭力的提升具有重要意義。

1? 數據來源與研究指標

本研究各項研究指標的原始數據來源于國家統(tǒng)計局和《天津統(tǒng)計年鑒2022》[6]，關于天津市糧食產業(yè)競爭力相關的指標主要來自年鑒中的“第十二篇農業(yè)”條目。影響糧食產業(yè)競爭力的指標眾多，指標不能過多過細，使指標之間互相重疊，繁簡要適當[7]。考慮到糧食產業(yè)的特殊性，其產業(yè)基礎在于糧食生產，因此選取與糧食生產直接相關的一些指標作為本研究指標。指標選取遵循以下原則：一是科學性原則，指標設置便于理解并充分考慮糧食產業(yè)的特征，同時采用科學方法，準確找出影響糧食產業(yè)競爭力的關鍵指標；二是可操作性原則，指標設置可量化，用盡量少的指標實現科學真實的研究結果，保證所選指標具有一定的獲取渠道，同時實現研究的可操作性[8]，確保數據來源于權威統(tǒng)計部門和統(tǒng)計年鑒；三是重要性原則，選取最能直接影響天津市糧食產業(yè)競爭力的指標。

根據上述指標設置原則和天津市主要糧食作物生產現狀，本研究采用的指標主要有天津市稻谷、玉米、小麥的播種面積、農用化肥施用折純量、農業(yè)機械總動力、機耕面積、機播面積、有效灌溉面積、農村用電量、除澇面積、地方財政農林水事務支出等11個具體指標（表1）。各指標選取了天津市2007—2021年的原始數據，其中機耕面積和機播面積來自《天津統(tǒng)計年鑒2022》[6]，其他指標均來自國家統(tǒng)計局。

2? 材料和方法

在研究糧食產業(yè)競爭力的過程中，可以采用的方法很多，其中主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一種較為合適的方法[9]。選用PCA作為天津市糧食產業(yè)競爭力的研究方法在于它能將繁雜的若干變量轉化為互不相關的新變量，新變量在有效簡化原始數據的同時又能保留原有數據的大部分信息。通常的做法是對原始數據提取主成分，通過因子載荷矩陣反映出原始指標對主成分的影響程度，該方法避免了層次分析法、德爾菲法等其他產業(yè)競爭力研究方法易受主觀因素影響的弊端。主要過程如下：

（1）顯著性檢驗。根據Kaiser檢驗的度量標準，若KMO＞0.6，則適合進行分析；若KMO＜0.6，則不適合進行分析。

（2）計算相關矩陣，求出對應特征值與方差解釋率。根據特征值大于1和累計方差解釋率大于85%的標準來提取主成分。

（3）選取合適的主成分，計算各個主成分對應的系數，得到主成分的函數表達式。

3? 結果與分析

3.1? ?顯著性檢驗

在進行天津市糧食產業(yè)競爭力主成分分析前，需要確定原變量之間是否具有相關性，通常根據Kaiser給出的KMO檢驗是否大于0.6的度量標準進行判斷。由表2可知，該組數據KMO=0.654，大于0.6，適合進行主成分分析。

3.2? ?方差解釋率

由表3可知，第一主成分對應的特征值為6.238，其方差貢獻率為56.709%；第二主成分對應的特征值為2.558，其方差貢獻率為23.251%；第三主成分對應的特征值為1.237，其方差貢獻率為11.250%。根據特征值大于1和累計方差貢獻率大于85%的原則，從中提取了3個主成分，累計方差貢獻率達到91.210%，超過85%，而第四及以后的主成分特征值均在1以下，對解釋原有變量的貢獻率很小，可以忽略。因此選取第一、第二、第三主成分代表天津市糧食產業(yè)競爭力的11個指標原始數據的大部分信息。

3.3? ?主成分載荷分析

由主成分因子載荷矩陣（表4）分析可知，農用化肥施用折純量、農業(yè)機械總動力、有效灌溉面積、除澇面積、地方財政農林水事務支出這幾個指標在第一主成分上表現出較高的因子載荷量，玉米播種面積、機播面積、農村用電量在第二主成分上表現出較高的因子載荷量，而小麥播種面積在第三主成分上表現出較高的因子載荷量。可以看出，第一主成分主要體現了生產資料投入，第二主成分主要體現了玉米播種面積和機械化應用情況，第三主成分則體現了小麥播種面積。

在第一主成分中，載荷值高的指標相互關聯(lián)。其中有效灌溉面積（X8）的因子載荷值最高（0.952），是天津市糧食產業(yè)競爭力提升的最基本的生產條件。從2007—2021年的原始數據上看，有效灌溉面積從34.93萬hm2下降到29.91萬hm2，三大糧食作物合計播種面積卻從28.17萬hm2上升至36.26萬hm2，這“一降一升”凸顯了天津市必須高度重視農田水利基礎設施建設的重要性。天津市糧食作物播種面積受水利灌溉條件的制約，更加凸顯了有效灌溉面積這一指標的重要程度，且農業(yè)機械總動力等生產資料的投入也受制于有效灌溉面積。

在第二主成分中，農村用電量（X9）的因子載荷值最高（0.875），用電量多少直接關系到糧食生產的機械化程度。機播面積（X7）與玉米播種面積（X3）這2個指標均在該主成分中，反映了這2個指標存在相互關聯(lián)，這與天津市玉米機播率近100%的實際情況相符合[10-11]。

在第三主成分中，小麥播種面積（X2）的因子載荷值較高（0.895），這在糧食作物播種面積第二、第三主成分中均有體現。

綜上所述，穩(wěn)定糧食作物播種面積是提升天津市糧食產業(yè)競爭力的重要因素，此外要加大農機具投入力度，提高機械化水平，促進農業(yè)生產效率的提升，同時改善農田水利設施，進而穩(wěn)步提高天津市糧食產業(yè)競爭力。

3.4? ?指標權重分析

根據線性關系矩陣（表5），可建立主成分和各指標之間的關系等式，得到以下線性關系公式：

F1=-0.347×X1-0.035×X2-0.234×X3+0.376×X4+0.372×X5+0.327×X6-0.086×X7+0.381×X8-0.008×X9+0.376×X10-0.379×X11

F2=-0.220×X1+0.128×X2+0.430×X3+0.182×X4+0.212×X5+0.292×X6+0.471×X7-0.131×X8+0.547×X9-0.150×X10+0.164×X11

F3=0.154×X1+0.804×X2-0.282×X3-0.030×X4-0.033×X5+0.111×X6+0.383×X7+0.102×X8-0.248×X9-0.098×X10-0.084×X11

計算公因子綜合得分，計算公式如下：

Q=0.622F1+0.255F2+0.123F3

根據公式，得出天津市糧食產業(yè)競爭力各指標綜合得分系數及權重（表6）。

由表6可知，權重排名前5位的指標依次為機耕面積、稻谷播種面積、玉米播種面積、農業(yè)機械總動力、地方財政農林水事務支出。這些指標反映了天津市糧食作物機械化水平、播種面積和政府財政投入對天津市糧食產業(yè)競爭力的提升有著較為顯著的作用。一是機耕面積（X6）權重最高（10.22%）排名第1位、農業(yè)機械總動力（X5）權重（10.14%）排名第4位，二者均反映了機械化的重要性，說明提高機械化水平是實施“藏糧于技”的一種方式[12]，是提高糧食產業(yè)競爭力的重要因素。二是稻谷播種面積（X1）和玉米播種面積（X3）這2個指標權重分別為10.20%和10.17%，權重位列第2位和第3位，反映了糧食作物播種面積對天津市糧食產業(yè)競爭力的重要性。三是地方財政農林水事務支出（X11）的權重（10.10%）排名第5位，說明政府支持在提升天津市糧食產業(yè)競爭力上具有重要作用，政府有必要在種糧補貼、農機具補貼、耕地保護等方面繼續(xù)加大財政投入，并針對糧食作物生產的薄弱環(huán)節(jié)進行精準施策。

需要指出的是，一些指標的權重雖然不高，但也要予以關注。通過計算各指標權重的大小，發(fā)現對這些權重指標進行改善將對天津市糧食產業(yè)競爭力的提升起到較顯著的作用。

4? 結 論

基于主成分分析法對天津市糧食產業(yè)競爭力的分析表明，生產資料投入、玉米播種面積及機械化水平、小麥播種面積分別是影響天津市糧食產業(yè)競爭力的3個重要成分，方差貢獻率分別為56.709%、23.251%、11.250%，累計方差貢獻率達到91.210%。因此，天津市在穩(wěn)定糧食作物播種面積的基礎上，需要不斷完善農田水利設施建設，加大農用機械投入，以此提升天津市糧食產業(yè)競爭力。

參考文獻

[1] 張有志，于邢香，王風玲．基于GEM模型的山東省糧食產業(yè)集群競爭力研究[J]．現代食品，2015（14）：22-27.

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[3] 薛選登．河南省農產品國際競爭力實證分析[J]．開發(fā)研究，2012（3）：112-114.

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[11] 天津市農業(yè)農村委員會．2018年天津市“三夏”農機化生產播報（十二·大結局）我市“三夏”農機化生產完美收官！[EB/OL].（2018-06-25）.https：//nync.tj.gov.cn/ZWGK0/ZWYW152022/202110/t20211011_5635093.html.

[12] 崔麗，郭少雅．推進農業(yè)供給側結構性改革加快培育農業(yè)農村發(fā)展新動能[N]．農民日報，2017-03-08（1）.