新疆棉区生产空间格局演化及驱动因素分析*

王 晶，肖海峰

(1.中国农业大学经济管理学院，北京 100083； 2.塔里木大学经济与管理学院，新疆阿拉尔 843300)

0 引言

中国是世界上最大的棉花生产国、消费国，棉花是除粮食之外最主要的农产品和战略物资，亦是中国产业链最长和产业关联度最强的经济作物。1980年以来，中国棉花种植在已有的西北内陆棉区、黄河流域棉区、长江流域棉区“三足鼎立”格局下，进一步向西北内陆新疆棉区集中[1-3]。2016年新疆棉花播种面积、总产量占全国比重高达53.47%和67.27%，单产水平、调出量连续24年位居全国首位，为稳定中国棉花市场提供了重要保障，初步形成“中国棉花看新疆”格局。近年来，新疆成为“粮棉争地”现象最严重的省份之一，水资源结构性短缺且效率偏低、生态环境脆弱且功能退化等问题突出[4-5]，“稳粮调棉”种植结构调整迫在眉睫，研究棉花生产空间格局演化及驱动因素，对于制定科学合理的棉花生产政策和保障棉花有效供给具有重要现实意义。

棉花生产格局及成因问题是学术界关注的热点，生产集中度指数法、差异系数法、比较优势法、聚类分析法等被广泛应用于棉花生产空间格局、区域差异、空间集聚分析中，并形成较为一致的观点，即中国棉花生产主要分布在黄河流域、长江流域和西北内陆三大主产区，生产重心由南向北、向西北新疆地区迁移，整体差异变大并高度集聚[6-7]，钟甫宁[8]认为非农就业机会、自然灾害、有效灌溉面积、政府的农业投资等都是影响棉花生产区域格局的因素，但棉花与替代作物的相对价格影响最显著，朱启荣[9]认为种植业内部比较利益变化是造成中国棉花生产布局变化的深层次原因； 揭懋汕[10]等运用空间地理加权模型GWR分析中国棉花生产空间集聚影响因素，认为劳动力持续投入具有正向影响，李先东[11]、王晓伟[12]等则从成本收益、技术进步和国家政策角度阐述中国棉花生产的空间变迁。近年来，运用空间重力、空间误差模型[13]、GIS[14]及空间面板计量模型等新方法对大尺度空间棉花生产格局变化的研究成果日益增多，提出农业机械、化肥使用及技术进步等因素对棉花生产具有正向影响，而地膜、农药等因素影响逐渐下降。总体来看，对棉花生产格局问题的研究已经由描述性分析向空间计量分析转变，注重空间关联性及成因分析，研究区域以宏观尺度为主，缺乏从大的时间跨度和中观、微观尺度对棉花生产空间格局进行系统梳理和总结，对于主产区棉花生产布局的研究较少且不成体系。鉴于此，文章以新疆为例，采用空间自相关、多元线性回归方法量化分析新疆棉区生产格局演化及驱动因素，为棉花生产布局优化和结构调整提供决策依据。

1 数据来源与研究方法

1.1 研究区域界定

新疆地处亚欧大陆腹地(N34°2′～N48°10′，E73°40′～E96°18′)，总面积1.664 9亿hm2，约占国土面积1/6，地貌总轮廓为“三山夹两盆”，山地系统、绿洲系统和荒漠系统相互作用形成新疆干旱区典型的山地—绿洲—荒漠生态系统。该地区是典型的大陆性干旱气候，年均降水量147mm，蒸发量年均1 000～4 500mm，年日照2 600～3 600h。可垦荒地资源约700万hm2，其中宜农荒地487万hm2，约占全国13.80%，拥有中国面积最大的后备耕地资源。水资源总量丰富，但时空分布失衡且利用效率低下，中度以上生态脆弱区域占国土空间的近65.80%，是典型的绿洲生态脆弱区。

1.2 数据来源

该研究使用数据为2000—2015年新疆各县市的时间序列和横截面构成的面板数据，其中棉花种植空间差异采用2000、2015的2年数据进行分析，棉花种植空间集聚、驱动因素则采用2000—2015年连续16年数据进行分析。为保持数据的统一性和延续性，以新疆2015年行政单元为基准，以85个县(市)和9个自治区直辖县级市作为基本空间单元，在驱动因素分析中，剔除棉花播种面积低于该地区棉花总播种面积0.01%的县市*将各地级市的市区范围合并为市辖区统一分析，其所辖的其他县域单独分析，由于2007年县域行政区划大幅调整，米泉市与乌鲁木齐东山区合并设立米东区，为保持数据一致性和可比性，剔除米泉市，将乌鲁木齐市辖区作为独立单元； 新疆生产建设兵团各师(市)经2001和2012年更名后现下辖14个师，其中9个师实行师市合一体制，为兵团直属县级市。各县市要素投入、社会经济、环境因素和技术水平等方面数据主要来源于《新疆统计年鉴》《新疆生产建设兵团统计年鉴》《新疆50年年鉴(1955—2005)》和各地州统计年鉴和政府统计公报，其中统计资料中没有提供棉花化肥施用量、有效灌溉面积数据，这两项数据根据各县市棉花作物种植比重、化肥施用量(折纯)、有效灌溉面积估算得到。棉花与替代作物产值比数据来源于《全国农产品成本收益资料汇编》和《新疆农牧产品成本收益资料汇编》。各项扶持政策以国家规范性文件的实施时间为准。此外，人口、面积、产量等因时间和地区差异采用不同量纲，将该类数据转化为相同的度量单位便于后期分析。

1.3 研究方法

1.3.1 空间自相关

该文采用空间计量方法分析棉花播种面积的空间关联程度和集聚特征，包括全局和局部空间自相关。全局空间自相关常用Global Moran′s I 作为衡量指标，其公式为：

(1)

局部空间自相关可以分析i单元棉花种植面积比重与其相邻单元是否存在高值集聚或低值集聚，一般用Moran散点图、局部LISA集聚图等说明空间集聚和离散特征，其公式为：

(2)

其中，Zi、Zj为局部单元i与其相邻单元j棉花种植比重的标准化值，其他参数含义同公式(1)。

1.3.2 多元线性回归模型

Bacher(1965)的新农户经济学理论认为：家庭是基本的经济单位，农户的目标是追求自身利益最大化，因此农户的植棉行为不仅受到要素投入、技术水平、劳动力等内生因素影响，也与社会、经济和环境因素相关。结合前人研究成果，选取耕地面积、农机总动力、化肥施用量、有效灌溉面积、非农就业机会、城镇化率、人均粮食产量、与替代作物产值比、受灾面积、单产水平及相关扶持政策等变量，构建多元线性回归模型量化分析棉花生产空间格局变化的驱动因素，其计量模型如下：

(3)

其中，Yit为被解释变量“棉花生产规模指数”，αi为截距项，δ、β、μ、γ、ω分别为生产要素、社会经济、环境、技术、政策等变量的参数，eit为误差项。变量含义见表1。

表1 变量名称及含义

2 棉花生产空间格局演化

分别从棉花产量和播种面积两个指标深入分析棉花生产空间格局演化特征和趋势。

2.1 棉花种植空间差异分析

利用ArcGIS10.2自定义间隔方式对2000、2015年各单元棉花总产量进行空间插值和分类(图1)，以0t、0.5万t、1万t、5万t、10万t、20万t为断点，能够反映棉花生产的优势区域和空间绝对变化格局。从宏观尺度来看，棉花产量在南北疆区域均呈递增趋势，且在南疆的扩张速度显著高于北疆，南疆对总产量的贡献度从2000年从56.11%增至60.66%，在业已形成的天山南坡和天山北坡为主产区的双中心格局下，“南增北减”趋势进一步增强。从中观尺度来看，棉花种植的空间格局变化显著，阿克苏地区、喀什地区、阿拉尔市、石河子市等绿洲农业区依然是传统棉花主产区，巴州、塔城地区棉花种植呈逐年扩大趋势，在2015年总产贡献跻身新疆前5位，而昌吉州、五家渠市、七师等地区则呈弱化趋势，其他地州(师市)棉花种植相对稳定。从微观尺度来看，不同年份的棉花生产空间差异显著，表现为从南北两侧向天山南北逐渐递增的趋势，层次性明显。2000年棉花总产量空间分布较为离散，高值中心区松散分布于塔里木河、叶尔羌河和玛纳斯河灌区各县市和兵团师市， 2015年高值中心区由点状松散分布向天山南北两带集中连片分布过渡，面积显著扩大， 94个地域单元中，总产量低于1万t的单元从42个减少到28个，空间范围大幅缩小，松散分布于绿洲农业灌区外围的荒漠戈壁区域； 总产量介于1万～5万t的单元从26个减少到18个，空间范围缩小但集聚特征逐渐凸显，主要分布于和田、喀什和昌吉等绿洲农业区和天山东部山间盆地； 总产量高于5万t的单元从7个增加到28个，空间范围急剧扩大且集聚趋势明显，集中分布于塔里木河流域阿克苏、巴州、喀什绿洲和准噶尔盆地西南区域。

图1 2000年和2015年棉花总产量空间格局变化

图2 新疆棉花生产局域LISA集聚图

2.2 棉花种植空间集聚分析

首先，测算2000—2015年各地区棉花播种面积比重的全局Moran′s I指数，从整体来看，棉花生产的全局Moran′s I指数均大于零，在均值0.486 7的水平线呈上下波动趋势，表现出持续的稳定性，说明新疆棉花生产呈现一定的空间自相关性，植棉区存在空间集聚效应，即播种面积比重高的相邻地区播种面积比重也高，反之亦然。其次，在5%的显著性水平下分别绘制2000年和2015年局域LISA集聚图，对新疆棉花生产的空间集聚特征、离散特征的显著性程度进行说明(图2)。从LISA集聚图来看， 2000年和2015年的LISA高值聚集区空间略有缩小，集中连片分布于南疆区域，进一步向叶尔羌河—塔里木河流域灌溉农业区集中，主要包括阿克苏、巴州、喀什西部及3个兵团师市。低值聚集区空间范围显著缩小，主要集中在阿勒泰、伊犁地区。

3 驱动因素分析

3.1 数据检验

由于面板数据兼具截面和时序双重特点，可能存在异方差、多重共线性等问题，对数据做如下处理和检验：(1)用相关系数矩阵和方差膨胀因子对样本多重共线性进行检验，其自变量二元相关系数变动区间为[-0.265 2， 0.677 8]之间，整体相关系数值不大，但并未排除多重共线性可能，用方差膨胀因子VIF检验变量的多重共线性，结果显示VIF变动区间为[1.24， 2.91]，Mean VIF为1.89，二者检验相互印证，变量不存在显著多重共线性；(2)White检验和BP检验数据的异方差性，其Prob>chi2=0.000 0，在5%的统计水平上拒绝了同方差的原假设，对连续变量取自然对数，再以region为聚类变量的稳健标准差对数据进行回归分析，一定程度上能够提高参数估计的有效性； (3)分别用PM、FE、RE模型对数据进行回归和检验，构建最小二乘虚拟变量模型，大多数虚拟变量显著性P值小于0.05，即FE回归优于PM回归，而Hausman检验结果显示，显著性P值(Prob>chi2=0.000 0)远低于5%，即FE参数估计结果比RE更有效，因此，回归结果以固定效应模型的估计参数和显著性检验为准进行分析。

3.2 回归结果分析

运用Stata11.1对数据进行多元线性回归分析，结果见表2。

表2 FE与RE回归结果

(1)从要素投入来看，人均耕地面积、农业机械总动力、化肥施用量、有效灌溉面积分别在1%、10%、10%和1%的统计水平上显著，对棉花生产空间格局具有显著的正向影响，与先验判断一致。新疆宜农荒地487万hm2，人均耕地0.2hm2，是全国人均水平的2倍多，较为丰富的耕地资源为棉花种植面积的扩大提供资源保障，进而影响棉花种植空间格局； 新疆棉花种植规模较大而劳动力匮乏， 2015年新疆棉花雇工成本高达7 109.70元/hm2，显著高于同期小麦和玉米的942.75元/hm2和561.00元/hm2，西北地区棉花生产全程机械化的持续推进既符合当地规模化生产需求，亦在地膜覆盖、精量播种、节水灌溉、水肥一体、机械化采收等技术环节替代并有效降低劳动力成本，有利于棉花生产的节本增效，从而调动农户植棉积极性； 新疆棉花的化肥施用量已处于较高水平，持续的投入对棉花种植的积极作用已经开始弱化，通过种养结合提高农家肥比例、推广精准施肥技术以提高化肥利用率等方式是未来提升棉花种植的重要途径； 水资源时空分布的不均衡性导致新疆存在季节性或区域性水资源短缺问题，绿洲灌溉农业系统与荒漠生态系统竞争性用水矛盾突出，棉花种植高度依赖水资源及农田水利设施，对棉花生产的空间布局影响很大，棉花生产在水源充足、农田水利设施较完备的绿洲农业区进一步扩张，种植比重和区域性集聚效应可能提高。

(2)从社会经济来看，非农就业机会在1%的统计水平上显著，对棉花生产空间格局具有显著负向影响，人均粮食产量和与替代作物(小麦)产值比分别在1%和5%的统计水平上显著，影响为正，而城镇化率、与替代作物(玉米)产值比影响不显著。新疆粮食生产基本保障“区内平衡，略有结余”状态，众多微观农户在保障口粮自给的基础上，将部分良田转化为棉田的决策行为必然影响棉花生产空间格局的变化； 工业化、城镇化的推进导致棉花生产的机会成本不断增加，且相同生长周期棉花种植需要投入更多劳动力，较高的非农就业机会使更多劳动力流向其他高报酬产业，这种负面影响在棉花种植中开始凸显； 农户对农作物的选择受种植效益最大化的驱动，除2014—2015年棉花期货低价位波动运行，棉花种植效益低于往年，其他年份棉花净产值显著高于粮食作物，棉花相较于小麦净产值的增加，使农户更愿意种植经济效益相对较好的棉花，对该区域棉花生产格局影响显著，可能导致粮棉“争水、争地、争肥”矛盾愈加凸显。

(3)从环境因素来看，自然灾害在1%的统计水平上显著，对棉花生产空间格局具有显著负向影响，与先验判断一致。新疆为自然灾害多发频发地区，季节性明显，灾害共生性和伴生性较显著。近年来，在厄尔尼诺气候背景下，新疆极端气候事件频发，气象灾害总体偏重发生，干旱、大风及沙尘暴、冰雹、寒潮和霜冻、局地暴雨洪水等气象灾害给农业生产造成巨大损失，农作物受灾面积从2000年的64万hm2增加到2015年的96万hm2，其中棉花的受灾面积及减产量在所有农作物中位居首位，应给予重点关注。

(4)从技术水平来看，棉花单产水平在1%的统计水平上显著，对棉花生产空间格局具有显著正向影响。一方面，技术进步使新疆棉花单产水平的提升速度高于粮食单产，每亩耕地粮棉产量比从1980年的6.79下降至2015年的3.36，相对比较利益的提升增强了农户的植棉积极性； 另一方面，品种改良、残膜清理、覆膜播种、节水滴灌、机械采收等耕种收全程机械化种植技术的推广，为提高棉花单产和节本增效提供技术支撑，有助于扩大棉花种植。

(5)从扶持政策来看，近年来，国家先后出台良种补贴政策、临时收储政策、目标价格政策等一系列棉花生产扶持政策，从回归结果看，上述政策均对新疆棉花生产具有正向影响，其中目标价格改革和临时收储政策的作用机理虽然不同，但对于稳定棉花生产及保护农户植棉收益方面作用显著，而良种补贴政策对提升棉花生产作用有限。

4 讨论

本研究采用多元线性回归模型，从参数估计的显著性判断西北内陆棉区生产格局演化的驱动因素，为棉花生产布局优化和结构调整提供决策依据。该研究所使用的面板数据增加了信息含量，有利于改善模型估计结果，但同时对估计技术提出了更多挑战，可能存在异方差、多重共线性和序列相关等问题，虽然通过数据转化和一系列检验，结果仍可能存在一定误差。此外，受资料可获得性和一致性等因素限制，部分样本数据通过公式转化估算得到，亦可能影响估计结果的有效性。下一步研究可延伸样本观察期或扩大研究区域，检视回归结果。

5 结论与建议

5.1 结论

(1)新疆棉花生产空间差异显著，总产量从南北两侧向天山南北逐渐递增，层次性明显，在业已形成的天山北坡和南坡主产区格局下，“南增北减”趋势增强。

(2)新疆棉花生产呈现一定的空间自相关性，植棉区存在空间集聚效应，在时序上表现出持续的稳定性； 高值聚集区集中连片分布于南疆区域，进一步向叶尔羌河—塔里木河流域灌溉农业区集中，低值聚集区空间范围显著缩小。

(3)多元线性回归模型结果显示，人均耕地面积、农机总动力、化肥施用量、有效灌溉面积、非农就业机会、人均粮食产量、与小麦产值比、受灾面积、单产水平、目标价格改革、临时收储政策等对棉花生产均有显著影响，通过不同的作用机理形成当前棉花生产空间格局。

5.2 建议

(1)优化棉花种植区域布局，发展标准化规模经营，加强棉花生产全程机械化相关技术的推广应用。棉花生产继续向优势高产区域集中，风险棉区、次宜棉区逐步退出，在高产棉区推进集中连片、旱涝保收和生态友好的高标准农田建设； 重点在品种选择、栽培播种、灌溉施肥、病虫害防治、采摘储运等生产环节加强技术推广，选育耐盐碱、宜机收的“矮密早”品种，增强品种适应性和稳定性，为机械采棉做准备； 加强农机装备，提高棉花生产全程机械化水平，特别是大马力的抗旱节水、机械采收、田间管理等农业机械的普及； 绿洲灌溉农业发展的最大瓶颈就是水资源短缺，对农田基础水利设施提出更高要求，应加强膜下滴灌、水肥一体等技术推广，提高农业灌溉用水效率。

(2)棉花商品率极高，受市场及自然不可控因素影响显著，种植风险提升，进一步完善农业保险制度和综合性补贴政策，以降低农户植棉的市场和自然风险。优化棉花政策性保险政策，包括覆盖范围、补贴比例、定损及赔偿标准等，在良种补贴基础上，增加棉花滴灌、化肥及农业机械等投入要素的补贴，重点向主产区和规模化经营主体倾斜。