基于LMDI模型的新疆粮食生产影响因素分析

孔丹丹　高敏华

摘要：从新疆耕地利用角度出发，对影响新疆粮食生产变化的因素进行时间和空间上的科学分析，应用对数平均迪氏分解法（Logarithmic mean weigh division，LMDI）对2000～2014年新疆粮食生产影响因素进行分解研究，因素分别分解为耕地面积、粮食单产、复种指数和粮作比例，同时，对粮食产量变动及其分解因素的统计指标在GIS中属性挂链进行空间分析。结果表明，①2014年全新疆粮食总产量为1 390.81万t，15年间粮食产量增加552.03万t，其中在14个地州中，塔城地区的粮食增加量最多达到209.70万t；②耕地面积、复种指数、粮作比例和粮食单产的贡献产量分别为231.67万t，377.26万t， -202.32万t和145.41万t；③从各地州看，粮食生产空间格局分异大，各个分解因素的累加效应存在区域性空间差异。

关键词：粮食安全；LMDI模型；耕地；新疆

中图分类号：F323.22 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）20-3965-06

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.20.042

Abstract： From the perspective of cultivated land use， spatial-temporal analyses was conducted to investigate the factors affecting the change of grain production in Xinjiang. In this article Logarithmic mean Divisia decomposition method was applied and the grain production change from 2000 to 2014 was decomposed into four factors：Per unit area yield of grain， multiple crop index， the cultivate land area and grain proportion. Also， the statistical index changes of grain yield and decomposition factors in GIS attribute chain spatial analysis. Results indicated that：①Xinjiang grain production push 13.9081 million tons intotal in 2014 and increased 5.520 3 million tons between 2000 and 2014， respectively，Tacheng area is the dominant contributor to total grain increment.②It is estimated that the accumulated contribution values of cultivated land area， multiple-cropping index， grain farming index and grain yield per hectare at province level are 2.316 7 million，3.772 6 million -2.023 2 million and 1.4541 million tons. ③There are obvious differences among accumulated effects of the four factors in different prefectures.

Key words： grain production； LMDI model； cultivated land； Xinjiang

隨着中国社会经济的发展，粮食安全受到国际社会广泛关注[1]，坚守1.2亿hm2耕地红线形势严峻[2，3]。新疆作为西部地区的农业大区，特殊的地理位置和自然条件决定了其适合人类生存和发展的绿洲极为有限，优质耕地资源更是十分珍贵，因而，粮食安全问题对新疆有着特殊重要的意义。

粮食生产的时空格局差异是造成区域粮食供需差异的重要因素[4]，耕地资源禀赋、水土资源利用方式和自然光热条件等的相互作用及不同组合，决定了新疆具有区域差异明显的粮食生产格局和变化特征[5]。粮食总产量的变化可以分解为4个因子：耕地面积、复种指数、粮作比例和粮食单产的变化[6]，其中每一个因素对粮食总产量变化的贡献值都存在差异。粮食生产的分解因素从不同的角度反映耕地利用程度，粮食耕地面积与复种指数能够直接反映区域粮食农业的经营利用规模与耕地利用范围大小，粮作比例的高低与粮食单产的大小真实地体现出农作物利用结构的合理性、适应性与耕地利用集约化程度的强弱。

学者多从单一因素对粮食生产能力的变化与时空差异进行研究[7-9]，从单个因素角度出发，较为全面地分析了粮食生产变化的影响因素，但在粮食单产各项分解因素上，对粮食总产量的贡献效应方向与程度大小方面均缺少综合性的定量分析与研究，也有采用计量模型尝试研究耕地与粮食生产变化的关系，揭示了粮食产量在时空差异的影响因素。但研究方法上存在着局限性，大部分研究人员采用了灰色关联分析或取对数分解，未能较好地排除残差问题的干扰，使得分析结果受到一定限度的影响。

因素分解法是将目标变量利用数学计算分解成多个影响因素的变量，再将各分解因素进行定量计算，从而分离各因素对总目标变量的贡献，进而分析出各分解因素对目标变量的贡献方向与强度的方法。Ang最早提出的对数平均迪氏分解方法（Logarithmic mean weigh division index method，LMDI）大大提高了分析结果的准确度，使得分解过程中的残差问题得到有效的解决[10]。刘玉等[11]利用LMDI模型分析了黄淮海地区影响粮食产量变化的各因素的贡献度。研究表明，在粮食总产量变化中，正效应最大的为粮食单产，其次是复种指数，而耕地面积与粮作比例的贡献方向都是负效应。在新疆粮食生产变化的研究中，采用LMDI模型分析时空尺度上的应用还比较罕见。endprint

1 研究区概况

新疆地处亚欧大陆腹地、中国西北边陲，东经73°40′-96°23′，北纬34°25′-49°10′，面积约占全国陆地总面积的1/6，为166.49万km2。新疆是中国面积最大、陆地边境线最长、毗邻国家最多的地区，曾经是古丝绸之路的重要通道，并且是第二座“亚欧大陆桥”的桥头堡，如今又成为“一带一路”战略的核心区，战略地位非常重要。

新疆的粮食生产在其经济生产活动中发挥着越来越重要的作用。2009年新疆粮食总产量突破1 000万t，2014年新疆粮食产量创下了1 435万t的历史最高值，比上年增加58万t，连续七年增产丰收。新疆的粮食生产伴随着西部大开发的进程，取得了飞跃式的发展。但是，新疆属于典型的大陆性干旱气候，深居内陆，降水稀少，加上新疆河流绝大多数为内陆河，地表缺水，农业灌溉条件差，严峻复杂的自然条件对新疆粮食生产带来了巨大的挑战。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

采用对数平均迪氏分解法（LMDI）对新疆粮食生产变化的影响因素进行分解，并在时空变化上对其分解因素进行分析研究。粮食生产最基础的生产条件就是耕地，而粮食生产又是粮食安全的基本保障，因此，拥有一定数量和质量的耕地才能使区域的粮食安全得到保障。复种指数是指全年内在同一区域耕地上种植农作物的平均次数，一般而言，复种指数越高，粮食产量也会提高[12]。粮作比例指粮食作物播种面积占农作物总播种面积的比重，可以直接地反映农作物内部种植结构的相互关系。随着经济与技术的快速发展，粮作比例会呈现下降趋势。粮食单产指粮食作物单位面积产出的粮食产量，耕地面积一定的情况下，粮食单产越高，粮食总产也越高。耕地面积规模的扩大在“非粮化”的背景下，难度越来越大，因此为了保障區域粮食安全，必须运用科技力量提高粮食作物单产[13]。

采用LMDI分解指数模型，将粮食总产量分解为4个因素的函数，分别为耕地面积（h，hm2）、复种指数（k，%）、粮作比例（l，%）和粮食单产（m，t/hm2）[13]，其中，复种指数=农作物总播种面积/耕地面积、粮作比例=粮食作物播种面积/农作物总播种面积、粮食单产=粮食总产量/粮食作物播种面积。

2.2 数据来源

研究数据来自于1999-2015年的《中国统计年鉴》《中国区域经济统计年鉴》《新疆统计年鉴》《新疆五十年》，以年鉴中的相关统计数据为取值标准。其中，粮食产量与耕地面积直接采用统计年鉴中的相关数据，复种指数与粮作比例通过年鉴中的数据计算可得。

3 结果与分析

3.1 新疆粮食生产变化及其分解因素效应的时序特征

2000年以来，新疆粮食总产量总体上为增长态势，粮食单产呈现出波动性增长趋势，如图1、图2所示。2000年新疆粮食总产量为838.78万t，2014年全新疆粮食总产量为1 390.81万t，15年间增加552.03万t，占全国粮食总产量的比重由2000年的1.75%增加到2014年的2.29%。2000年新疆粮食单产为5 593 kg/hm2（全国平均水平为4 620 kg/hm2），2014年增加到6 264 kg/hm2（全国平均水平为5 385 kg/hm2），粮食单产一直维持在较高水平并稳步提升。其中，2009年粮食总产量与粮食单产出现相反的波动态势，粮食产量呈极速增加，粮食单产快速下降，之后又缓慢速度增长。2008年以前，耕地面积均保持着一定的数量，在2009年波动性增长后又维持着一定的水平，表明新疆粮食的耕地利用规模在不断地扩大。复种指数随着经济的快速发展呈现波动增长，粮作比例15年间一直保持着一定水平，没有明显的变化趋势，说明了粮食作物内部结构并没有出现较大改变。

通过LMDI模型计算，得出2000-2014年间各因素的贡献度，贡献方向为正效应的是耕地面积、复种指数和粮食单产，分别为231.67万t、377.26万t和145.41万t，贡献强度最大的为复种指数（图3）。粮作比例对粮食总产量的贡献为负效应共计-202.32万t。新疆复杂的地理环境和社会经济的特殊性，导致了各因素对粮食生产的贡献方向差异明显，贡献强度呈现出波动性。其中，2009年4种分解因素的变化波动性最为强烈。

复种指数因素对粮食总产量的总贡献值最大，成为新疆粮食总产量快速上升的主要推动因素，这一贡献效应强度逐年增强。15年间，复种指数贡献效应在13个年份为正效应，合计562.76万t，2个年份为负效应，合计-185.50万t，总效应为377.26万t，占研究期内粮食增加量的68.34%。2014年新疆复种指数为115.86%，比2000年的81.38%显著提高。

耕地面积效应次之，除2002、2003和2010年这3个年份外，其余年份的耕地面积效应均为正值，总体上保持在一定的效应水平。15年间，新疆积极采取土地整理、开发等各项措施，耕地规模在可持续的发展中，耕地面积从2000年的416.40万hm2增加到2014年的517.38万hm2，耕地面积变化的正效应也在逐步增强。

粮食单产效应整体为正，但较之复种指数效应与耕地面积效应，粮食单产对增加新疆粮食总产量的作用有限。粮食单产从2000年的5 593 kg/hm2提高到2014年的6 264 kg/hm2，增加了671 kg/hm2，粮食增产145.41万t。这充分说明技术创新与农业投入促进了粮食单产的提高，但新疆粮食耕地的利用与集约化程度仍需加强。

粮作比例造成了粮食产量的减少，其中8个年份为负效应，合计633.95万t；7个年份为正效应，合计431.62万t，总效应为-202.32万t。新疆的粮作比例15年间一直在40%上下波动，效应总体上表现出“增大—减小—增大—减小”的变化趋势。粮作比例的变化对降低新疆粮食总产量的作用最为显著。endprint

3.2 新疆粮食生产变化及其分解因素效应的空间特征

3.2.1 各地州粮食产量变化 2000-2014年间，新疆粮食总产量总体上呈现增加趋势，各地州存在显著差异（图4）。与2000年相比，2014年除吐鲁番市以外，其他各个地州粮食产量增加，塔城地区的粮食增加量最多，达到209.70万t，伊犁地区、喀什地区增加量次之，分别为177.72万t、130.98万t。吐鲁番市的粮食产量下降了8.23万t。15年间各地州粮食增加量分布较为分散，在北部较为集中，使得新疆各地州粮食总产量变化出现了“北高南低”的分布格局。

3.2.2 各地州粮食生产分解因素效应的空间分异 从总效应看，塔城地区、伊犁地区和喀什地区对粮食的增产作用最为显著，主要因为这些地区的耕地利用规模大，仅有吐鲁番市对粮食产量的变化起负向作用。从分效应看，耕地面积、复种指数与粮食单产对粮食产量的效应为正效应，粮作比例的变动造成了粮食产量的减少（表1）。

从分解效应看，将各地州15年的各分解因素效应进行累加，得到2000-2014年各地州各分解因素的累加总效应，如图5所示。2000-2014年各地州各分解因素的累加效应存在着显著的差异性。

从耕地面积效应看，各地州的耕地面积效应均为正效应，但不同区域间的耕地面积效应不同。昌吉回族自治州、伊犁地区、塔城地区和喀什地区4个地区的耕地面积效应均大于100万t，而乌鲁木齐市，克拉玛依市、吐鲁番市和哈密市由于其城镇化水平高，耕地增加难度大，耕地面积的累计效应都在10万t以下，克孜勒苏柯尔克孜自治州的耕地面积效应为6.56万t，主要由于其耕地规模有限，可利用耕地较少。

从粮食单产效应看，新疆各地州粮食单产效应均为正值，塔城地区、伊犁地区和喀什地区的粮食单产效应均大于40万t，克拉玛依市、吐鲁番市及哈密市的效应不足3万t。粮食单产效应的空间分布呈现出“西北部高东北部低”的格局，与粮食生产总效应的空间分布相类似。尽管粮食单产对新疆总产量变化为促进作用，但是由于受自然环境条件的影响，耕地资源规模有限，灌溉条件差耕地。因此，保证粮食生产实现粮食增产的主要途径就是在扩大耕地规模的同时，改善耕地耕地质量来提高粮食产量，最终获得经济利益。

从复种指数效应看，复种指数的正负指数效应分异大，12个地区为正效应，吐鲁番市和伊犁地区为负效应，喀什地区的复种指数效应最高，达到71.45万t，伊犁地区的效应最低为-20.03万t，形成了“西南部高东北部低”的格局，西北部的土地资源与光热资源禀赋优于东南部，它们的共同作用使得西北部的复种指数效应提升潜力较大。随着科技的快速进步，农业的复种指数越来越大。复种能够保证区域粮食生产的高效益，是对土地资源高效集约利用的重要措施之一。15年来新疆耕地复种指数的增长趋势明显[15]，但是农户更愿意通过降低复种指数的方式来获得更高的非农化经济收入[16]。

从粮作比例效应看，受经济利益与农业种植结构调整的综合作用，粮作比例出现逐年下降态势。粮作比例效应总体为负，除了伊犁地区、塔城地区和博尔塔拉蒙古自治州的粮作比例变化造成的粮食增产分别为38.07万、37.44万和3.07万t，其他区域均造成了粮食产量的减少。近年来，耕地的非粮化趋势愈发明显，粮食作物种植面积在大幅度减少，对粮食安全构成潜在威胁[17-19]。

4 结论

1）2000-2014年，新疆粮食产量增加552.30万t，其中在14个地州中，塔城地区的粮食增加量最多达到209.70万t，粮食产量呈现增加态势。

2）运用LMDI因素分解法计算4个分解因素的效应强度与效应方向。在15年间，复种指数因素对粮食总产量的总贡献值最大，成为新疆粮食总产量快速上升的主要推动因素；耕地面积效应次之；较之复种指数效应与耕地面积效应，粮食单产对增加新疆粮食总产量的作用较低；粮作比例的变化造成了粮食产量的减少。

3）各个地州分解因素的效应差异明显，耕地面积效应、复种指数效应、粮食单产效应的空间效应为正效应，粮作比例效应为负效应，整体呈现出“西北部高东南部低”的格局。

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