河南省县域人均粮食占有量空间格局演化

潘少奇，李亚婷，b，苗长虹，b

(河南大学 a.环境与规划学院;b.黄河文明与可持续发展研究中心，河南开封475001)

0 引言

粮食安全是农业发展的中心问题，也是学术界关注的热点问题［1］。2008年我国编制了《国家粮食安全中长期规划纲要(2008—2020年)》，提出完善粮食流通体系，加强粮食宏观调控，保持粮食供求总量基本平衡。2010年国务院印发《全国主体功能区规划》，划出国家层面限制开发的农产品主产区，强调农产品主产区应着力保护耕地，稳定粮食生产，确保国家粮食安全。中国的粮食安全对全国社会经济发展和世界粮食市场稳定意义重大，而区域粮食供需平衡是确保我国粮食安全的重要前提。河南省农业资源丰富，自然条件优越，是我国第一粮食生产大省。2006年以来，粮食产量占全国总产量的比重均在10%左右，对国家粮食安全的贡献不仅在于解决了人口大省的吃饭问题，而且每年要外调100亿kg粮食支援外省［2］。因此，确保河南省的粮食供需平衡对我国的粮食生产、分配具有重要意义。已有研究多集中在河南省粮食生产现状分析［2-3］、粮食生产效率［4］、耕地变化与粮食生产［5-7］、影响机制［8-9］等。空间视角的分析较缺乏，对粮食生产空间格局变化，尤其是以县为单元的中小尺度研究还较少，难以解释区域内部粮食生产变化的差异性。粮食生产空间格局是指在一定地域范围内粮食生产的分布特征以及空间分布趋势［10］，其变化对粮食生产空间格局研判和粮食调运政策制定产生重要影响［11］。本研究以县域为研究单元，采用区域重心分析方法、GIS和空间计量经济学方法，探讨河南省20世纪90年代以来县域人均粮食占有量空间分布格局及变迁特征，并从资源禀赋、投入要素和区域经济发展等方面分析这种空间变化的重要成因，其结果将为河南省科学制定粮食生产及调运政策提供决策依据。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 人均粮食和重心分析模型。结合相关研究［12-13］，将人均粮食占有量进行如下划分:低于150 kg的县市为严重缺粮县，150～300 kg为一般缺粮县，300～400 kg为潜在缺粮县，400～600 kg为一般余粮县，600 kg以上为主要余粮县。

人均粮食重心的计算借鉴力学原理，模型如下:

设第i，j年河南省人均粮食重心坐标分别为Pi(xi，，那么重心移动距离模型为:

式中:D表示2个不同年际间重心移动的距离;R为常数，取111.111，是把地理坐标单位(经纬度)转化为平面距离(km)的系数。

1.1.2 空间自相关分析。①全局空间自相关。空间自相关关系到Tobler地理学第一定律［14］，分为全局空间自相关和局部空间自相关。全局空间自相关测度空间单元属性值的整体分布，判断此属性值在空间上是否存在集聚特性。采用Global Moran’s I反映河南省县域人均粮食占有量集聚格局总体特征。公式如下:

式中:I为全局Moran指数;n为县域单元数;xi，xj分别为县域i，j的人均粮食占有量;x为河南省人均粮食占有量的均值;wij为县域i和j之间的空间邻接矩阵中的元素。

②局部空间自相关。局部空间自相关常用来描述局部空间异质性特征，即某个空间单元属性值与其周边地区之间的相关程度。借助局部Moran’s I测度人均粮食占有量与其相邻县域是否存在高值集聚或低值集聚以及该集聚区在空间上的分布。公式如下:

式中:Zi，Zj分别为县域i和j人均粮食占有量标准化值。

1.1.3 空间计量经济模型。为克服区域粮食生产与相邻区域不存在空间相关假设的缺陷，考虑纳入了空间自相关效应的截面数据回归模型。

①空间滞后模型。其表达式为:

式中:ρ为空间回归系数;W表示县域单元的空间邻接矩阵;Wy表示空间滞后被解释变量;β为解释变量的回归系数向量;ε为随机误差项。

②空间误差模型。其表达式为:

式中:λ为截面因变量向量的空间误差系数;u为正态分布的随机误差向量。

1.2 数据来源

选取1990，1995，2000，2005和2012年为研究断面，从县域尺度揭示河南省人均粮食占有量空间分布格局及其驱动机制。地级市市辖区作为一个行政单元来处理，河南省目前共计126个统计单元。数据资料来源于相关年份的《中国县(市)社会经济统计年鉴1991》《河南改革开放30年》、《河南统计年鉴》和国家发展计划委员会的《全国农产品成本收益资料汇编》等资料。

2 人均粮食占有量空间分布格局及演变

2.1 人均粮食占有量总体格局变化特征

人均粮食占有量持续增长且阶段性特征明显。与全国相比，1990年河南省人均粮食占有量381.97 kg，低于全国平均水平，处于潜在缺粮状态;2012年河南省人均粮食占有量达534.82 kg，远高于全国435.42 kg的平均水平，成为我国主要余粮区。从增长速度看，1990—2012年间人均粮食占有量增长1.40倍，年均增速1.54%，远高于同期全国人均粮食占有量年均增速0.50%，也高于同期河南省人口增长率0.90%和粮食播种面积增长率0.32%，显示出较快的增长速度。不同阶段，人均粮食占有量表现出不同特征:1990—1999年为低速增长阶段，期间增速低于研究期平均水平;2000—2003年为快速下降阶段，平均每年下降20 kg，期间减速远高于研究期平均增速;2004—2006年为快速增长阶段，期间增速远高于研究期平均增速，人均粮食占有量超过400 kg，成为较稳定的余粮区;2007年至今为平稳发展阶段，期间增速为0.13%。

2.2 人均粮食占有量变化的空间特征

20世纪90年代以来，河南省人均粮食占有量得到极大提高，但内部差异显著。研究期内，88.19%的县域人均粮食占有量都有不同程度的提高。人均粮食占有量增加的县域中，就绝对增加量而言，超过500 kg的仅有滑县;400～500 kg的有确山县、息县、延津县、西平县、遂平县、民权县、罗山县、夏邑县、浚县、永城市、淇县、睢县12个县域，主要分布在黄淮地区的商丘和信阳;300～400 kg的18个县域，大多分布在黄淮地区的商丘、驻马店以及豫北的濮阳;200～300 kg的28个县域，主要分布在中原城市群和黄淮地区;100～200 kg的27个县域，主要分布在中原城市群;0～100 kg的26个县域，主要分布在豫西和豫西南地区。从县域绝对增加量来看，最大增幅是最小增幅的77.65倍;从相对增加量来看，超过100%的有民权县、睢县、驻马店市市辖区、宁陵县、延津县、永城市、新乡市市辖区、息县、虞城县、夏邑县、柘城县、商丘市市辖区、滑县、鹤壁市市辖区、新蔡县、确山县16个县域。但在研究期内，有15个县域的人均粮食占有量有所减少，这些县市主要分布在郑州周围及豫西地区。

2.3 人均粮食供需平衡现状

河南省1990年人均粮食占有量高于全国平均水平的县域数略多于低于全国平均水平的县域数，其中，严重缺粮(11个)和一般缺粮县市(18个)占河南省县域总数的近1/4，主要分布在各市辖区、豫西豫西南地区，大于600 kg的主要余粮区只有汤阴县、正阳县、潢川县、获嘉县、淇县、原阳县、遂平县7个县域(图1a)。到2012年，人均粮食占有量高于全国平均水平的县域数明显多于低于全国平均水平的县域数，126个县域中人均粮食占有量高于全国平均水平的县域数达89个，占河南省县域总数的70.63%。大于600 kg的主要余粮县高达68个，占53.97%，主要分布在豫北及黄淮地区，呈集聚分布;一般余粮区26个，占20.63%，主要分布在开封、洛阳、平顶山、南阳、驻马店等地区;潜在缺粮区11个，占8.73%，主要位于南阳及豫西部分地区;缺粮区21个，占16.67%，主要为郑州、洛阳、焦作等市辖区和豫西地区(图1b)。驻马店、鹤壁、商丘、信阳是河南省人均粮食占有量最多的地区，郑州、三门峡、洛阳的人均粮食占有量较低。

2.4 人均粮食占有量空间分布模式

图1 河南省县域1990，2012年人均粮食占有量空间分布特征Fig.1 Spatial distribution of per capita grain possession of Henan Province in 1990 and 2012

采用通用莫兰指数，利用ArcGIS与GeoDa软件进行分析，空间权重矩阵采用邻接关系方式确定［15］。1990，2000和2012年河南省县域尺度人均粮食占有量的莫兰指数分别为 0.16，0.19，0.27，均通过 1% 显著性检验。结果表明:河南省县域尺度人均粮食在空间上并非随机分布，而是呈相似类型集聚分布特征。全局空间自相关系数明显增大，表明20世纪90年代以来河南省县域人均粮食占有量同类集中分布趋势在逐步增强。

Global Moran’s I揭示了县域人均粮食占有量整体上的空间自相关性，但不能揭示具体的空间分布规律，集聚区在研究区域中的具体位置无法判断。因此，对1990，2000和2012年人均粮食占有量在GeoDa中进行局部空间自相关分析，在Z检验(5%置信度)基础上绘制出各年度LISA集聚图(图2)。图2显示，1990—2012年，高高集聚县市个数由9个增加到13个，豫北中部、驻马店与信阳交汇处的东部地区成为主要粮食产区;低低集聚县市个数由12个增加到17个，空间转移不大，由洛阳向西、北、东扩散;低高集聚和高低集聚的县市个数较少，说明河南省县域人均粮食占有量同类集聚的态势不断增强，粮食生产地域分工格局更加清晰。

图2 1990，2000，2012年河南省人均粮食占有量的LISA集聚图Fig.2 LISA cluster map of per capita grain possession of Henan Province in 1990，2000 and 2012

2.5 人均粮食占有量重心演变分析

采用人均粮食重心模型分别计算1990，1995，2000，2005和2012年5个时间点的人均粮食占有量重心以及重心移动的方向和距离，并绘制重心移动轨迹图(图3)。从图3看出:①20多年来，河南省人均粮食占有量重心一直位于中部偏东，说明河南省的人均粮食分布一直处于不平衡状态，东部高于西部，这与农业自然地理条件有着密切的关系。②人均粮食生产重心移动大致分为2个阶段:1990—2000年，人均粮食生产重心首先向东北方向移动17.25 km，然后向西北方向移动5.56 km，整个阶段虽然方向有所改变，但整体上朝向东北方向快速移动，表明此阶段河南省东北部的粮食生产增长强度较大;2000—2012年，主要朝着南部偏东方向较快移动，表明进入21世纪以后河南省东南部粮食生产的贡献程度不断提高。从迁移速度看，5个时期人均粮食占有量重心移动的速度有降低趋势，从3.45 km/a减小到0.59 km/a。说明河南省人均粮食占有量的空间波动逐渐变小，粮食生产的优势区域格局逐渐稳定。③造成以上变化的原因主要有:首先，郑汴洛及其周围地区是中原城市群经济发展条件最好、潜力最大的地区，该区城镇化、工业化发展较快，建设用地占用较多，耕地面积减少，广大农村剩余劳动力从事非农产业，劳动力投入大幅度减少，人均粮食增加较黄淮地区慢;其次，黄淮地区和南阳盆地区作为传统农业区，耕地资源丰富，自然条件优越，同时计划生育政策的实施使人口增长速度减慢，加之农业生产技术投入和资本投入与中原城市群相差不大，粮食产量增长速度明显快于人口增长速度，这一区域是河南粮食核心区的重点区域，也是今后重点建设的区域;再次，豫西山区自然条件较差，耕地资源禀赋不高，粮食产量增长缓慢，故人均粮食占有量增长较慢。

图3 河南省人均粮食占有量重心迁移轨迹Fig.3 Trajectory of per capita grain possession gravity center change in Henan Province

3 县域粮食差异演化的驱动机制

3.1 模型构建

粮食生产空间格局演变不仅依赖于区域本身的资源禀赋、生产技术和要素投入等传统生产因素，而且也取决于社会经济发展、产业结构等非生产因素，并且随着经济社会的发展其影响因素呈现出阶段性的特征。

耕地作为基础的农业生产资料，是影响粮食生产的主要约束资源，在其他条件不变的情况下，耕地面积与人均粮食占有量呈正相关。

农业投入是提高粮食单产水平的重要因素。以河南省主要粮食作物的平均数据为基础，并以1978年为基准年对农业生产资料投入进行修正。结果发现:20世纪90年代以来河南省主要粮食作物的资本投入一直处于增加状态，化肥作为比重最大的资本投入类型由1990年的290.76元/hm2增加到2012年的483.75元/hm2;农药和排灌投入所占比重较小，而机械作业费增加显著，尤其是1996年后增幅更快。粮食单产水平高的地方更倾向于粮食生产［16］。

经济发展对粮食生产的影响越来越大。农业生产盈利空间小，缺乏比较优势，同时，随着户籍制度改革和农村务工人员工资提升，农村劳动力务农机会成本不断上升，耕地非农化与非粮化现象日趋严重［17］。非农工作带来家庭收入的提高，农户会倾向于由种植粮食作物转向种植经济作物或从事养殖业［18］，在农业条件较恶劣的地区甚至出现大量耕地抛荒现象［19］。

本研究以2012年人均粮食占有量为因变量，人均耕地面积、农林牧渔从业人员、种植结构、化肥施用量、农业机械总动力、人均GDP、1990年人均粮食占有量为解释变量，运用回归模型分析自然资源、农业投入、经济发展等因素对人均粮食占有量空间格局差异的影响。

3.2 驱动机制的模型估计结果分析

分析表明，研究区县域人均粮食占有量存在较强的空间相关性，因此，有必要采用空间计量经济模型进行估计。为进行对比分析，首先对基本模型进行OLS估计，然后对数据进行ML(极大似然法)估计其空间计量经济模型(表1)。

表1 经典回归和空间回归模型估计结果Tab.1 Results of OLSand two autoregressive models

通过3个回归模型拟合河南省县域人均粮食占有量差异驱动机制，发现:① 经典回归模型拟合度R2为84.20%，F统计量为90.31，模型整体上通过了1%的显著性检验。人均耕地面积、农林牧渔从业人员、农业机械总动力、种植结构、人均GDP、1990年人均粮食占有量和化肥施用量均通过显著性检验。事实上，前面已经证实县域人均粮食占有量具有明显的空间自相关性，两种拉格朗日乘子LM检验也表明2个空间回归模型拟合度均优于经典回归模型。依据空间回归模型的选择准则，如果LMLAG(或LMERR)比LMERR(LMLAG)在统计上更加显著，且R-LMLAG(R-LMERR)显著而R-LMERR(R-LMLAG)不显著，则SLM(或SEM)更加合适。同时SLM的对数似然值大于SEM，而SLM的AIC和SC均比SEM小，因此，SLM更为恰当。②空间回归模型的计算结果表明，人均耕地面积、机械总动力、种植结构、1990年人均粮食占有量估计系数显著为正，说明人均粮食占有量的不断提高与保有一定量的粮食播种面积、农业机械化快速发展以及粮食种植传统等有显著的正相关关系;农林牧渔从业人员仅在经典回归模型中通过了显著性检验，且在3个模型中变量系数符号均为负;化肥施用量估计系数为正，说明化肥投入在一定程度上可以提高区域人均粮食占有量水平，但在空间误差回归模型中未通过显著性检验，影响不是很明显;人均GDP估计系数显著为负，表明区域经济的快速发展将导致耕地非农化增强从而对粮食生产构成威胁。③SLM中被解释变量的空间滞后项回归系数为正值，且在1%的水平上显著，表明传统的不考虑空间交互作用的回归模型估计是有偏的，同时也表明粮食生产除了受耕地、资本投入、种植结构、生产传统等因素的显著影响外，还受到周边县域人均粮食占有量的显著正向影响;SEM的残差参数为0.408 9，在1%水平下显著，表明一个地区人均粮食占有量不仅受到本区域社会经济发展水平的影响，还受到邻近区域人均粮食占有量和社会经济发展的影响。

3.3 人均粮食空间格局变化的驱动机制

耕地是自然资源的基础，耕地数量对粮食生产起强制约作用。豫北是河南省高标准粮田的主要分布区，但耕地资源有限，对全省粮食总量的贡献不具有潜力优势，黄淮地区和南阳盆地耕地资源丰富，农业生产条件优越，将成为全省粮食核心区的重点建设区域。

区域人均粮食占有量的格局演变具有一定的路径依赖性。在3个模型中，1990年人均粮食占有量系数均在0.4以上，表明粮食种植传统显著影响人均粮食占有量的空间分布。河南省地势西高东低，西北、西、南三面由太行山、伏牛山、桐柏—大别山沿省界呈半环形分布，中、东部为黄淮海冲积平原，西南部为南阳盆地［20］。河南省高产田主要分布在洪积、冲积缓倾斜平原和河流宽阔阶地，以豫北山前平原、黄淮平原、太行山前倾斜平原和南阳盆地为主;低产田主要分布在山地丘陵的河流谷地、低山和石质丘陵区，以豫西和豫北山地丘陵区最多。

农业结构调整战略对人均粮食占有量空间格局变化起着重要作用。河南省粮食作物占农作物总播种面积的比重由1990年的78.35%迅速减少到2012年的70.01%，农业结构调整是粮食播种面积下降的重要原因。近年来，河南省出台的《国家粮食战略工程河南核心区建设规划》和《河南省建设中原经济区纲要》确定了粮食核心区主要范围并进行了分区，黄淮海平原北区、南区，豫西豫北山前冲积平原区和南阳盆地区粮食生产功能将得到强化，人均粮食占有量空间集聚趋势将进一步增强。

区域经济发展是人均粮食空间格局变化的重要驱动力。一方面，工业化、城镇化占用大量耕地，粮食生产减少;另一方面，粮食比较利益较低，农户兼业化日趋突出，农户对土地的依赖程度越来越弱，导致农户对土地的粗放管理，耕地复种指数降低，甚至出现土地撂荒现象。

4 结论与建议

4.1 结论

1)河南省的人均粮食占有量空间分布存在着一定的空间关联，人均粮食占有量相近的地区在空间上呈现集聚分布，并且随着时间推移，这种趋势不断加强;豫北中部和驻马店与信阳交汇处的东部地区存在着显著的高高集聚，豫西、豫西南山区存在显著的低低集聚，人均粮食占有量重心由20世纪90年代快速向东北方向移动转为较快地向东南方向移动。

2)人均粮食生产空间格局的变化与自然资源、种植结构、历史发展基础呈显著正相关，与社会经济发展水平呈显著负相关。

4.2 建议

1)耕地资源始终是影响粮食生产的主要因素，在当前工业化、城镇化加快推进时期，要切实落实耕地保护制度，制止耕地数量的不断减少。同时，进一步推动和加强土地整理工程建设，增加耕地数量、提高耕地质量。

2)经济发展使人均粮食占有量空间格局发生显著变化，平原、盆地等自然条件较好而经济相对落后的传统农区的商品粮输出能力更加突出，因此，应按照粮食生产比较优势进行专业化生产规划，进一步加强调出区粮食生产的战略地位，充分调动粮食生产核心区农户的种粮积极性，构建区域经济补偿、耕地社会责任价值补偿等政策，不断提高核心区的粮食生产能力。

3)农业投入尤其是越来越多的化肥投入对人均粮食的促进作用有待进一步研究，且过多投入会对环境造成一定的负面影响，因此，完善农业技术推广体系，鼓励农民采用新技术、新品种，推进农业信息化工程建设，定量施肥，节水灌溉，把机械化和信息化结合起来，建立现代化农业生产体系，是今后农业发展的重要方向。

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