山西省糧食生產時空演變及驅動力分析

關鍵詞：糧食作物；糧食生產；時空演變；驅動力；山西省中圖分類號：F326.11 文獻標識碼：A文章編號：0439-8114（2025）07-0213-10DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2025.07.037開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Spatiotemporal evolution and driving forces of grain production in Shanxi Province

HANXiao-ying，YINHai-shan，LIWen-ting，WANGJing，GAOYang （College of Agricultural Economicsand Management，Shanxi Agricultural University，TaiyuanO3Oo06，China）

Abstract：ThisstudysystematicallanalyzedthespatiotemporalevolutionanddrivingfactorsofgainproductioninShanxiProvince byemployingthegravitycentermigration model，logarithmic meandivisiaindex（LMDI），exploratoryspatialdataanalysis（ESDA）， andgreycorrelationanalysis，with114Counties（Cities，Districts）inShanxiProvinceasresearchunits.Theresultsshowedhatthe plantingareaofgraincropsexhibited minorfluctuationsin Shanxi Provincefrom2Oo5 to2O21.Thegravitycentersofbothyieldand plantingareaforgraincrops（cereals，legumes，ndubers）shiftednorthwardwithvaryingdegresduring thestudyperiod.Coldspots andsub-coldspotsofgraincropsandcerealyieldsshoweddereasingtrends，whilehotspotsandsub-hotspotsdisplayedcreasing trendsfrom2005to2O21.Bothcold/sub-coldspotsandhot/sub-hotspotsoftuberandlegumeyieldsdemonstratedincreasing trends. Theyield increaseofcerealsasprimarilyatributedtoexpandedcultivationareas，whereaslegumeyielddclineresultedfromeduced per-unit productityorcultivationareas，nd tuberyielddecreasewas mainlycausedbydiminishedcultivationareas.Keyexteraldriversaectinggraincrops（ereals，legumes，ndtubers）yieldsincludedruralelectricityconsumption，fertilizerapliation，efectiveiigationarea，totalpopulation，andmechanizedfamingarea.TonhancesustainabledevelopmentandsupplydemandbalanceofgraincropsproductioninShanxiProvince，recommendations includedreducingnon-agriculturaloccupationofrland，improving land quality，upgrading agricultural infrastructure，and optimizing subsidy mechanisms.

Key Words： grain crops； grain production；spatiotemporal evolution；driving forces； Shanxi Province

糧食生產能力是衡量一個國家糧食安全的核心指標。中國在全球農業生產中占據重要地位，其中，山西省不僅是中國重要的糧食生產基地，更是全國雜糧生產的核心區域[1-4]。2022年，山西省糧食種植面積達315.0萬 hm² ，產量為1464.3萬t。2000—2022年，山西省糧食作物產量占全國比重從 1.80% 增至 2.13% ，增速相對緩慢。隨著城鎮化進程加快，山西省農村勞動力持續外流，導致耕地擢荒現象日益凸顯。同時，消費升級背景下市場對優質糧食的需求不斷提升，使得省內糧食生產面臨勞動力短缺與品質提升的雙重壓力。糧食安全問題歷來受到國家的高度重視，2022年中央一號文件強調，要穩定全年糧食種植面積和產量。中共二十大報告中再次強調，要全方位夯實糧食安全根基。2022年12月，習近平總書記在中央農村工作會議中進一步強調，要實施新一輪千億斤糧食產能提升行動，保障糧食安全，要在增產和減損兩端同時發力。因此，為了滿足不斷增長的糧食需求，確保省內糧食安全，研究山西省糧食生產的時空變化特征及影響因素具有重要的理論及現實意義。

由于世界局部地區形勢緊張，糧食安全問題再次成為全球關注的焦點。學者從不同尺度、不同研究方法等方面對全國及部分省份的糧食生產問題進行了大量研究[5-8]，主要集中在縣域糧食生產、人均糧食占有量、“非糧化\"的生產格局、時空格局、地域格局、空間分異及驅動因素等方面。然而，專門針對山西省糧食生產時空演變的研究還未涉及，多數研究集中在宏觀政策方面。鑒于上述情況，本研究基于山西省2005一2021年糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及種植面積等數據，以114個縣（市、區）為研究對象，綜合利用空間自相關分析、重心轉移模型、對數平均迪式分解法（LMDI）、灰色關聯度等方法，深入分析山西省糧食生產時空變化特征，揭示其內外驅動因素，并提出合理可行建議，旨在為山西省糧食生產提質增量、優化糧食生產布局和保障糧食安全提供科學依據。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1重心轉移模型利用重心轉移模型計算2005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）種植面積和產量的重心坐標以及移動距離，計算式如下[9-11]

式中， x_j，y_j 分別為 i 縣（市、區）的經、緯度坐標;w_ij 為 i 縣（市、區）第 j 年某種糧食作物（谷物、豆類、薯類）的屬性值； x_j1 和 y_j1 分別為時期1和時期2的經、緯度坐標； D 為重心移動距離； C 為常數，取值111.111km 。

1.1.2探索性空間數據分析采用探索性空間數據分析（ESDA）框架，通過全局Moran's I（GMI） 測度山西省各縣（市、區）2005—2021年糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的空間自相關性，計算式如下[12，13]。

式中， 為 n 個縣（市、區）的平均產量； n 為縣（市、區）行政單元數量； X_i 和 X_j 分別為山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量 X 在其空間單元 i 和 j 上的屬性值； S² 為觀測值的方差。 GMI 范圍在[-1，1]，當GMIgt;0 時，表示山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量在空間上具有顯著的集聚態勢，當Moran's Ilt; 0時，表示山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量在空間上具有顯著的離散態勢，當 GMI=0 時，表示山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量隨機分布，不具有空間自相關性。

1.1.3冷熱點分析利用冷熱點分析標識出山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的空間高值區（熱點區）和低值區（冷點區），計算式如下[14，15]。

式中， G_i^*（d） 為統計結果 Z 值的得分； d 為特定年份。 G_i^*（d）gt;0 時，表示空間單元 j 周圍為熱點區域（高值集聚）， G_i^*（d）lt;0 時，表示空間單元 j 周圍為冷點區域（低值集聚）。

1.1.4對數平均迪式分解法（LMDI） 影響糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的主要因素為單產和種植面積，將糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量變化量分解為單產貢獻量和種植面積貢獻量，計算式如下[16，17]

□

式中， ΔP 表示糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量變化量； ΔP_a 表示單產貢獻量； ΔP_s 表示種植面積貢獻量； P₀，P_t 分別表示2005年和2021年的糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量； S₀，S_t 分別表示2005年和2021年的糧食作物（谷物、豆類、薯類）種植面積; a₀ 、a_t 分別表示2005年和2021年糧食作物（谷物、豆類、薯類）的單產。

式中， C_a，C_s 分別為糧食作物（谷物、豆類、薯類）單產貢獻率和種植面積貢獻率。

1.1.5灰色關聯度糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量變化是內源性生產因素與外源性環境因素共同作用的結果。為量化各因素對產量波動的關聯強度，采用灰色關聯度模型進行系統解析，具體建模過程如下[18.19]

1）確定參考序列和比較序列。將2005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的時間序列數據作為參考序列 x₀ ，選取總人口 （x₁） 、鄉村人口（x₂） 、第一產業就業人數 、人均 GDP（x₄） 、農村居民人均可支配收入 （ρ_x5） 、第一產業 GDP（x₆） 、第二產業 GDP（x₇） 、第三產業 GDP（x₈） 、有效灌溉面積 Ξ（Λ_x9） 、化肥施用量 （x₁₀） 、農業機械總動力 、農村用電量 、機耕面積 （x₁₃） 作為比較序列。

2）原始數據無量綱化處理。由于各序列的原始數據量綱（單位、性質）不一致，在分析時得出的結論不準確，采取均值化對原始數據進行無量綱化處理，計算式如下。

式中， x_i 為經過無量綱化處理后的數據。

3）逐期計算參考序列與各比較序列的絕對差值，并確定全局最大差值和最小差值；基于分辨系數ξ 計算灰色關聯度，計算式如下。

式中， r_i 為灰色關聯度； m 為序列長度；k為索引變量； Σ_o 為第 σ_o 個因素；i為第 i 個因素。

2 結果與分析

2.1山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及種 植面積特征

由圖1可知，2000—2021年山西省糧食作物種植面積總體波動較小，由2000年的318.8萬 hm² 減少到2021年的313.8萬 hm² ，減少了 1.57% ;谷物種植面積由2000年的232.7萬 hm² 增加到2021年的280.0萬 hm² ，增加了 20.33% ;豆類種植面積由2000年的48.4萬 hm² 減少到2021年的14.5萬 hm² 減少了 70.04% ；2000—2021年薯類種植面積減少了18.3萬 hm²

2000—2021年山西省糧食作物產量由853.4萬t增加到1421.2萬t，增長了 66.53% ，2004年之后，僅有2005年和2009年糧食作物產量低于 1000 萬t；谷物產量的波動態勢與糧食作物產量趨于一致，由此可見山西省糧食作物產量的構成主要得益于谷物產量；豆類產量與薯類產量均呈減少趨勢。

圖12000一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）種植面積與產量變化

2.2 糧食生產格局空間演變

2.2.1糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及種植面積空間變化利用ArcGIS10.8軟件并結合重心轉移模型，計算2005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量和種植面積重心以及谷物、豆類、薯類生產的重心及其移動距離。糧食作物產量的重心軌跡由沁源縣（東經 112.14^° ，北緯 36.38^° ）向北遷移至平遙縣（東經 112.11^° ，北緯 37.15^° ），累計移動距離128.19km ，糧食作物種植面積重心遷移軌跡由平遙縣（東經 112.09^° ，北緯 37.13^° ）遷移至文水縣（東經112.07^° ，北緯 37.19^° ），累計移動距離 39.60km （圖2a）。谷物種植面積的變化軌跡呈倒“N\"形，向西北方向移動；谷物產量重心主要分布在平遙縣（東經112.19^°-112.11^° ，北緯 37.04^° 一北緯 37.11^° ），中間年份途徑沁源縣，累計移動距離 66.51km （圖2b）。豆類種植面積重心主要分布在古交市、交城縣和婁煩縣，并向北移動；豆類產量的重心主要由平遙縣（東經 112.13^° ，北緯 37.05^° ）遷至古交市（東經112.14^° ，北緯 37.49^° ），遷移距離跨度大，累積遷移距離 191.01km （圖2c）。薯類種植面積重心分布在靜樂縣;薯類產量重心主要由清徐縣（東經 112.16^° ，北緯 37.42^° ）遷移至忻府區和靜樂縣交界處（東經112.16^° ，北緯 38.19^° ，累積遷移 145.27km （圖2d）。山西省歷年糧食作物（谷物、豆類、薯類）生產的重心點位于靜樂縣到沁源縣之間，這是省域內糧食生產空間的高密度區域，其中谷物種植面積及產量重心點均位于平遙縣、介休市及沁源縣三地交界處；豆類種植面積重心主要位于交城縣和古交市，產量重心范圍變化較大；薯類種植面積重心主要位于靜樂縣（圖2e）。

2.2.2糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量空間格局特征由圖3可知，山西省糧食作物產量在地理空間分布上有明顯的時空差異，2005年山西省糧食作物產量低值區主要位于呂梁山區，高值區主要位于盆地區域；2021年低值區有明顯的減少趨勢，高值區有明顯的向周圍縣（市、區）擴增趨勢。谷物產量時空變化與糧食產量變化趨勢基本一致。2005年豆類產量高值區主要分布于呂梁山區岢嵐縣、興縣，晉中市文水縣、汾陽市、介休市，晉城市高平市、澤州縣等區域，其他區域產量較低，2021年產量高值區縣（市、區）數量呈減少趨勢。與2005相比，2021年薯類產量高值區分布較集中，主要位于山西省北部地區。

借鑒糧食安全分類標準[20，21]，將山西省人均糧食占有量按照以下標準進行劃分：嚴重缺糧縣（市、區） lt;150kg/ 人）、一般缺糧縣（市、區）（ 150～ lt;300kg/λ ）供需平衡縣（市、區） 300～400kg/λ ）、一般余糧縣（市、區） 400～600kg/ 人）重要余糧縣（市、區） ?600kg/ 人）。由表1與圖4可知，2005—2021年山西省各類型的人均糧食占有量雖然空間上較分散，但仍然存在著一定的聚集規律，2005—2015年嚴重缺糧縣（市、區）和一般缺糧縣（市、區）主要分布在呂梁山區，2021年其數量明顯減少，由52個縣（市、區）減少至30個；重要余糧縣（市、區）數量呈明顯增長趨勢，占比由2005年的 7.89% 增長至2021年的 35.09% 。

圖22005—2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）種植面積及產量重心遷移軌跡

圖32005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量空間分布格局

表12005一2021年山西省縣（市、區）的糧食豐缺程度和數量

圖42005一2021年山西省縣（市、區）人均糧食占有量分布

2.2.3糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量空間集聚特征采用ArcGIS10.8軟件計算2005—2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的GMI，2005年薯類產量的空間自相關性不顯著，糧食作物產量和谷物產量的GMI變化趨勢一致，薯類與豆類產量的空間自相關性呈增強趨勢（圖5）。

2005年和2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的冷熱點空間分布如圖6所示。2005年與2021年糧食作物產量和谷物產量的冷點區及熱點區分布位置基本一致，其中2005年冷點區主要分布在呂梁山區，2021年冷點區明顯減少，2005年熱點區分布較分散，2021年熱點區集中在大同盆地及運城盆地。2005年豆類產量的熱點區分布在晉城市，2021年熱點區新增了呂梁地區部分縣（市、區），熱點區面積增加；2021年薯類產量的熱點區相較于2005年有所增加，熱點區集中在平魯區、朔城區，并向南延伸至嵐縣、興縣及婁煩縣等地區，冷點聚集區集中在聞喜縣。

圖62005—2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量的冷熱點空間分布

2.3糧食生產變化驅動因素

2.3.1糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量變化貢獻因素由表2可知，與2005年相比，山西省2010年谷物增產主要來自種植面積的增加，2005—2015年和2005一2021年種植面積增加和單產增加對谷物增產貢獻率相近。與2005年相比，2010年、2015年豆類減產主要來自單產減少，2021年豆類減產主要來自種植面積減少。與2005年相比，2010年和2015年薯類產量減少，主要是種植面積的減少導致，2021年薯類產量增加主要得益于單產水平的提升。

2.3.2間接驅動因素基于灰色關聯度模型分析外部影響因子對糧食作物、谷物、豆類和薯類產量的作用強度，將關聯度在 0.7～1.0 的因子判定為強相關因子。由表3可知，外部影響因子與糧食作物產量和谷物產量的關聯度大小排序均為有效灌溉面積 Ξ（Λ_x9） gt; 機耕面積 化肥施用量 總人口 （x₁）gt; 農村用電量 Ξ（x₁₂） ；影響豆類產量的外部因素主要有7項，關聯度大小排序為鄉村人口 Φ（x₂）gt; 第一產業就業人數 總人口 （x₁）gt; 化肥施用量 （x₁₀）gt; 農村用電量Φ（x₁₂）gt; 有效灌溉面積 （x₉）gt; 機耕面積 （x₁₃） ；影響薯類產量的外部因素主要有農村用電量 。糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量主要的外部影響因素包括農村用電量、化肥施用量、有效灌溉面積、總人口、機耕面積等。為確保山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量穩步增長，關鍵在于發展現代農業，包括合理施用化肥、提升耕地灌溉效率以及推廣糧食作物（谷物、豆類、薯類）機械化生產。

表22005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）種植面積與單產對產量的貢獻率

表3山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量與外部影響因子的灰色關聯度

3 小結與討論

3.1 小結

基于2005—2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及種植面積，綜合運用空間分析方法研究糧食作物（谷物、豆類、薯類）的時空分布變化特征，并采用對數平均迪式分解法及灰色關聯度法進一步探究影響糧食生產波動的內外驅動因素。

1）2005—2021年山西省糧食作物種植面積總體波動較小；糧食作物產量經歷了3次下降3次增長階段，其中2000—2001年下降幅度較大，2002年開始迅速增長，之后平穩過渡到2009年，2010年糧食作物產量開始爬坡式增長，2014年至2021年糧食作物產量基本保持穩定。谷物產量及種植面積均呈增加趨勢，豆類、薯類產量及種植面積均呈減少趨勢。

2）2005一2021年山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及種植面積重心在研究期內均發生不同程度的遷移，重心點基本位于靜樂縣到沁源縣之間，糧食作物（谷物、豆類、薯類）的產量和種植面積總體向北遷移。

3）2005—2021年糧食作物產量和谷物產量的GMI變化趨勢一致，薯類、豆類產量的空間自相關性趨勢逐年升高。2005—2021年糧食作物產量和谷物產量的冷點區、次冷點區呈減少趨勢，熱點區、次熱點區呈增加趨勢；薯類、豆類的冷點區和次冷點區、熱點區和次熱點區均呈增加趨勢。

4谷物增產主要得益于種植面積的增加，豆類減產主要因為單產的下降，薯類減產主要因為種植面積的減少。糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量主要的外部影響因素包括農村用電量、化肥施用量、有效灌溉面積、總人口、機耕面積等。要確保山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量穩步增長，關鍵在于發展現代農業，包括合理施用化肥、提升耕地灌溉效率以及推廣糧食作物（谷物、豆類、薯類）機械化生產。

3.2 討論

糧食生產受到內外多種因素的綜合影響。山西省糧食生產在多種因素的共同作用下呈現出一定的區域不均衡性和省內波動性。隨著地膜、化肥等農資的大量投入，糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量連年提高，但是盲目過度使用會對土壤及周圍環境造成污染。長期下去，糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量及質量必然下降，應基于區域適宜性開展精準施肥與覆膜管理，優化農資投人結構，實現減量增效，這既可以保障糧食生產潛力，也可以保護生態環境及生存環境。隨著城鎮化的快速發展和農村勞動力轉移，耕地被擢荒，實際糧食作物種植面積減少，導致糧食減產。應該大力推廣土地托管、適度規模經營、建設高標準農田等，讓土地回歸產糧的本質，進而提高糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量。糧食生產重心均向北遷移，然而山西省北部地區年降水量明顯低于南部地區，糧食生產水資源不充足，勢必會影響糧食收成。因此，農業相關部門應該盡快調整農業種植結構，發展現代農業，合理布局農作物生產區域。耕地質量的高低直接影響糧食作物（谷物、豆類、薯類）的產量。提高低等耕地質量、保障中高等耕地質量是保障糧食安全的重要內容。總之，山西省作為典型的旱作農業區，水資源緊缺、耕地碎片化嚴重等制約著山西省糧食生產。為了應對這一困境，還需廣大農業從業人員積極培育適宜種植品種，農業部門加大科技投入力度，出臺合理可行的農業政策，適度補貼農戶種糧，提高其積極性，確保山西省糧食作物（谷物、豆類、薯類）產量穩步提升。

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（責任編輯雷霄飛）