粮食与经济重心迁移路径及空间耦合关系分析*——以湖北省粮食主产县为例

杨 慧，渠丽萍，杨保战，陈一璐，汤 云

(1.中国地质大学(武汉)公共管理学院，湖北武汉 430074； 2.武汉市土地利用和城市空间规划研究中心，湖北武汉 430000； 3.云南大学经济学院，昆明 650091)

0 引言

粮食安全自1974年被提出以来一直是全球关注的热点问题， 2008年一场粮食危机席卷全球之后粮食安全问题更是受到各国的高度重视。2016年我国“十三五”规划建议提出了藏粮于地、藏粮于技战略，凸显了我国粮食安全新思路、新途径。粮食主产县作为国家商品粮生产核心区域的重点县(市、区)，对国家粮食生产和主要农产品有效供给具有决定性作用[1]。近年来随着粮食主产区内部发展差异的扩大，经济发展较快的区域伴随着粮食生产地位的下降，“经济驱赶粮食”的现象日渐显现[2]，粮食生产与经济发展协调性下降。国内学者针对粮食主产区分别从粮食生产发展[4-5]、适度规模经营[6]、农户决策行为[7]、生态服务价值[8]、耕地生态安全[9]、土地流转[10]、经济发展差异[11]等方面开展了广泛的研究。针对粮食生产与经济发展协调关系的研究较少，刘影等[2]对中国粮食主产区粮食重心和经济重心演变特征进行了分析，并重构CGE指数对研究区各省粮食生产水平与经济发展协调程度进行了研究，仲俊涛等[3]对宁夏区域人口、经济和粮食重心变动规律和驱动因子进行了分析，并对3类重心两两间空间变动关系进行了研究，杨博等[12]采用耦合协调度模型分析了榆林市经济发展与粮食生产的耦合关系。刘影等虽对各省份粮食地理集中度与经济地理集中度的一致性分别进行了测度，但缺乏对研究区整体粮经耦合度研究。而仲俊涛等只针对宁夏区域人口、经济和粮食重心演变过程中重心耦合状况进行了研究，并未对区内各次级单元经济和粮食空间耦合协调状况进行分析。而且以上研究均集中在省域层面，缺少县域尺度的研究。

湖北省自明朝起就是我国粮食主产区之一，在全国粮食生产格局中占有重要地位，是粮食生产相关研究的典型区域。文章以湖北省46个粮食主产县为研究单元，选取其近10年的粮食生产和经济发展的相关数据，采用粮食与经济重心模型、重心耦合模型和粮食生产与经济发展的空间一致性模型，在分析粮食主产县粮食重心和经济重心演变轨迹及驱动因素的基础上，通过两重心的空间重叠性和变动一致性及粮食经济偏离度指数综合反映研究区粮食生产与经济发展的耦合协调状况，以期为推动湖北省粮食主产县粮食经济协调发展提供科学参考。

1 研究区概况与数据来源

1.1 研究区概况

粮食主产县是粮食主产区粮食生产条件较好，商品率较高和余粮较多的重点县市。2004年湖北省人民政府办公厅根据《湖北省优势农产品和特色农产品区域布局规划(2003—2010)》印发了《湖北省粮食主产区标准化基本农田建设规划》，将黄陂区、江夏区、阳新县等46个县(市、区)划定为粮食主产区重点县(市、区)。该区域主要分布在素有“鱼米之乡”美誉的江汉平原和鄂北岗地两大农业基地，粮、棉、油、淡水产品等在全省乃至全国都占有重要地位，国土总面积9.98万km2，占全省国土面积53.68%， 2015年粮食产量2 295.78万t，占全省粮食产量的84.93%，地区生产总值1.470 563万亿元，占全省经济总量的49.76%。

1.2 数据来源及处理

该研究所用的粮食产量和地区生产总值数据来源于相应年份的《湖北统计年鉴》，湖北省1： 100万县级行政区划数据集来源于国家地球系统数据共享平台。借助ArcGIS10.2软件从行政区数据中提取各粮食主产县几何重心，据此分别计算各县对应年份的粮食重心、经济重心和粮经耦合状况，并分别绘制成图，对研究成果进行可视化表达。2009年由于行政区划调整，原有曾都区划分为曾都区和随县两部分，为了保持前后数据的一致性，该文将2009年后的随县数据仍并入曾都区进行研究。

2 研究方法

2.1 粮食与经济重心模型

重心模型是研究区域发展过程中要素空间变动的重要分析工具。区域重心是衡量某种属性在区域总体分布状况的一个指标，各属性对应的区域重心位置处于不断变动之中，重心的移动反映了区域发展的空间轨迹[2]。

(1)重心位置的确定：

假设研究区由n个次一级单元构成，第i个次一级单元的重心坐标为(Xi，Yi)，Gi为该单元各属性(GDP、粮食作物产量)的数量，则各属性对应的区域重心坐标计算公式如下：

(1)

(2)

(2)重心迁移距离的确定：

(3)

式(3)中，Di-j表示不同年际间重心的移动距离；i、j分别表示不同年份； (Xi，Yi)、(Xj，Yj)分别表示第i年和第j年区域重心的地理坐标；C是把地理坐标单位(经纬度)转化为平面距离(km)的系数，取常数111.111。

(3)重心迁移方向的确定：

(4)

式(4)中，θ表示不同年际间重心移动的角度(-180°<θ<180°)，θ=0°或θ=180°时，表示重心向正东或者正西方向转移；θ=90°时，表示重心向正北或者正南方向转移。

2.2 空间耦合模型

2.2.1 粮食与经济重心耦合模型

(1)空间重叠性

空间重叠性用两者的空间距离来度量，距离越近则表示两者空间重叠性越高，耦合性越好，反之，则表示重叠性越弱，耦合性越差。

(5)

式(5)中，Si表示第i年粮食重心与经济重心的空间距离； (Xpi，Ypi)，(Xei，Yei)，分别表示区域第i年粮食重心与经济重心的地理坐标。

(2)变动一致性

变动一致性用两种重心相对上一年移动的矢量交角θ来体现，θ越小两者变动轨迹越一致，则耦合性越好，该文用θ的余弦值作为两者变动的一致性指数。

(6)

式(6)中，C表示两种重心变动的一致性指数，-1≤C≤1，C值越大表示两者变动越一致，C=1时，表示两者变动方向相同，当C=-1时，表示两者变动方向相反。ΔXpi、ΔXei分别表示第i年与i-1年粮食重心与经济重心的经度变化量ΔYpi、ΔYei分别表示第i年与i-1年粮食重心与经济重心的纬度变化量。

2.2.2 粮食生产与经济发展的空间一致性模型

(1)粮食经济一致性系数

粮食经济一致性系数用研究区某次级单元粮食作物产量占比与GDP占比的比值来表示，反映了研究区各次级单元的粮食产量分布与经济发展的一致性程度。

CPEi=pi/ei

(7)

(8)

(9)

式(7)中，当CPEi>1时，表示i单元的粮食作物产量集聚水平高于GDP集聚水平，当CPEi<1时，表示i单元的粮食作物产量集聚水平低于GDP集聚水平。n表示研究区次一级单元数，pi和ei分别表示i单元的粮食作物产量集聚水平和GDP集聚水平，Pi和Ei分别表示i单元的粮食作物产量和GDP。

(2)粮食经济偏离度指数

粮食经济偏离度指数反映了研究区粮食经济分布一致性程度与理想状态下完全一致性之间的偏离程度。

(10)

式(10)中，n表示研究区二级单元数，pi表示i单元的粮食作物产量集聚水平，CPEi表示i单元粮食经济一致性系数。CD值越大，表明区域粮食生产与经济发展越不一致； 反之，则表明粮食生产与经济发展越协调。研究区CPE偏离1的二级单元越多且偏离值越大，同时偏离区经济比重越高，则CD值越大，粮食经济分布一致性越差。

3 结果分析

3.1 重心演变分析

(1)粮食重心迁移路径

2006—2015年间，主产县粮食重心整体上向西北方向转移了7.87km，但一直在天门市境内移动，移动幅度较小。粮食重心变动过程，大致可分为以下2个阶段：

①2006—2011年间，粮食重心由2006年(113.338°E， 30.828°N)逐渐向西北方向移动至2011年的(113.273°E， 30.879°N)。该阶段粮食重心总体上向西移动0.065个经度，向北移动0.051个纬度，东西向移动幅度略大于南北向，移动的空间距离共9.14km，年均移动距离1.52km。研究区西北部的枣阳市、襄阳区、宜城市、谷城县、老河口市、南漳县、京山县、钟祥市、曾都区位于鄂中和鄂北丘陵岗地，是全省最重要的旱作粮食产区之一，自2004年《湖北省粮食主产区标准化基本农田建设规划》实施以来，该区域在规划期内开展了多种标准化基本农田建设项目，耕地质量得以提升，农业基础设施有所改善，同时伴随着我国粮食直补政策、农机购置补贴政策、粮食最低收购价政策的推广实施，该区域农民种粮积极性和农业机械化水平提高，粮食单产不断提升，加之耕地保护较好，粮食增产速度快，粮食产量占研究区总产量的比重从2006年的28.35%提升至2011年32.51%，在研究区粮食生产中的地位不断提升，带动研究区粮食重心向西北方向转移。

②2011—2015年间，粮食重心由2011年的(113.273°E， 30.879°N)向南移动至2015年的(113.274°E， 30.860°N)，重心在东西方向移动幅度很小，在南北方向上南移0.020个纬度，空间移动距离共2.18km，年均移动距离0.54km。相比于前一个阶段，该阶段粮食重心移动速度减缓，且呈现较为简单的直线型。该阶段鄂中、鄂北地区均一定程度上受到伏旱灾害的影响，且经过上一阶段粮食产量快速增长后，粮食增产后劲相对不足，粮食增产缓慢。粮食重心北部的京山县、钟祥市、云梦县、应城市、安陆市、枣阳市、曾都区、广水市粮食产量占研究区总产量的比重则从2011年的24.41%降低至2015年23.91%。粮食重心南部的监利县、石首市、洪湖市、仙桃市、潜江市、天门市位于江汉平原，地势平坦，土壤肥沃，耕地集中连片分布，便于机械化和规模化生产，同时水资源丰富，粮食增产优势不断突显，粮食产量占研究区总产量的比重从2011年的18.88%提升至2015年的19.42%，南部区域粮食生产地位较北部区域有所提高，研究区粮食重心南移。

(2)经济重心迁移路径

图1 粮食重心迁移路径 图2 经济重心迁移路径

2006—2015年间研究区经济重心由2006年的(113.479°E， 30.727°N)移动至2015年的(113.395°E， 30.789°N)，重心整体上向西北方向移动了11.66km，其中向北移动0.062个纬度，向西移动0.084个经度，东西向变化幅度大于南北向。研究期间经济重心变化规律较明显，整体连续向西北方向转移。经济重心西北部区域是“襄十随”、“宜荆荆”两大城市群和“鄂西生态文化旅游圈”的重要组成部分，区域内襄阳市是湖北省“一主两副”战略中省级副中心城市和鄂、豫、渝、陕、4省市毗邻地区的交通枢纽，区位条件优越，交通便捷。该区域各类资源丰富、产业基础好、人口众多，发展成本低、潜力大，加之国家中部崛起计划、湖北省“一主两副”战略等的施行，政策扶持力度加大，经济发展较快。近年来依托资源优势形成了农产品加工和食品加工产业集群，依托十堰—襄阳—随州—武汉汽车工业走廊形成了专用汽车及零部件产业集群，依托丰富的自然人文景观资源发展旅游业，发展突飞猛进。经济重心西北部的襄阳县、南漳县、谷城县、老河口市、枣阳市、宜城市、曾都区、广水市、京山县、钟祥市占研究区经济总量的比重从2006年22.81%上升至2015年24.71%，重心东南部的江夏区、鄂州市、浠水县、蕲春县、黄梅县、武穴市、阳新县、大冶市、咸安区、嘉鱼县、崇阳县、赤壁市占研究区经济总量的比重从2006年的26.25%降低至2015年的25.57%，西北部区域的经济地位不断提升，经济重心持续向西北方向转移。

(3)粮食重心与经济重心演变对比分析

图3 粮食与经济重心空间重叠性和变动一致性动态变化

如图1和图2所示，就空间位置而言，近10年来湖北省粮食主产县的经济重心一直在粮食重心和几何重心的东南方向，研究区东南部的经济发展水平整体相对较高，经济地位高于粮食生产地位。2006—2015年间粮食重心仅在2006年位于区域几何重心的南部，其他年份均在其北部，说明研究区北部的粮食产量整体高于南部区域，带动粮食重心在纬度上高于几何重心。就移动距离而言，经济重心共移动11.66km，粮食重心整体移动7.87km，最远移动9.14km，经济重心波动幅度远大于粮食重心，但相较于粮食重心，经济重心移动方向更稳定。

3.2 空间耦合分析

3.2.1 粮食与经济重心耦合分析

(1)空间重叠性

粮食重心一直位于经济重心的西北方向，如图3所示，粮食重心和经济重心的空间距离由2006年的19.34km下降到2015年的15.53km，两者空间重叠性整体上升。2006年起两者重心的空间距离以年均3.50km的速度快速上升，直至2008年达到最远。2006—2007年，粮食重心和经济重心均向西北方向移动，但粮食重心移动幅度明显大于经济重心，两重心空间距离拉大，重叠性减弱。2007—2008年，粮食重心向东北方向转移，经济重心向东南方向转移，两重心向相反方向移动，空间距离进一步拉大，达到研究期间的最高值。2008—2009年间，经济重心向西北方向转移，粮食重心则向东南方向折回，两重心相向移动，空间重叠性提高。2009—2010年和2010—2011年间，两重心虽均向西北方向移动，但由于粮食重心移动速度分别为经济重心的273.53%和37.34%，两者空间重叠性先上升，后下降。2011—2015年间粮食重心连续南移，经济重心则持续北移，两重心空间重叠性持续上升。

图4 2006年和2015年粮食生产与经济发展空间一致性类型分布

(2)变动一致性

如图3所示，粮食重心与经济重心的变动一致性在正负之间来回波动，虽然两重心总体均向西北方向转移，但具体移动方向存在较大差异。2006—2007年间，粮食重心与经济重心分别向北偏西49.72°和北偏西44.01°方向移动，两者变动一致性指数达到最大值0.995， 2011—2012年间粮食重心向南偏东81.06°方向折回，经济重心则向北偏西69.81°方向挺进，两者变动一致性指数则迅速从0.932降至-0.981，达到研究期间最低， 2012年后粮食重心始终南移，经济重心则一直北移，两者变动方向差异较大，一致性指数始终为负，空间耦合性始终较差。

3.2.2 粮食生产与经济发展的空间一致性分析

(1)粮经一致性系数

基于粮经一致性系数(CPE)，选取2006年和2015年两个年份对研究区粮食生产与经济发展空间一致性进行评价，并根据粮食经济一致性分类标准，对粮食经济一致性系数进行分类，得到湖北省粮食主产县粮食生产与经济发展空间一致性评价结果(表1、图4)。

表1 2006年和2015年粮食生产与经济发展空间一致性评价结果

类别CPE20062015县市个数(个)县市比重(%)县市个数(个)县市比重(%)粮食集聚远低于经济集聚CPE≤0.536.52613.04粮食集聚略低于经济集聚0.5224.35510.87

图5 粮食经济偏离度指数动态变化

2006年研究区仅有10个县市属于粮食经济基本一致型，粮食生产与经济发展分布相对一致，占主产县的21.74%，粮食与经济协调性不高。其他36个县市属于粮食经济不一致型，粮食集聚低于经济集聚类型中以粮食集聚略低于经济集聚型为主，粮食集聚高于经济集聚类型中以粮食集聚略高于经济集聚型为主，两者占主产县的比重分别为26.09%和41.30%，粮食集聚远低于和远高于经济集聚的县市相对较少，研究区粮食与经济分布极不均衡的研究单元较少。

2015年粮食经济基本一致的县市共15个，占主产县的32.61%。其他31个粮食经济不一致的县市中有14个属于粮食集聚低于经济集聚型， 17个属于粮食集聚高于经济集聚型。粮食集聚低于经济集聚类型中以粮食集聚略低于经济集聚为主，粮食集聚高于经济集聚类型中以粮食集聚略高于经济集聚为主，两者占主产县的比重分别为17.39%和26.09%。与2006年相比， 2015年虽然粮食经济基本一致的县市从10个增加到15个，但粮食集聚远低于和远高于经济集聚的县市数量从5个大幅增加至11个，比重从10.87%大幅上升至23.91%。各主产县粮食经济协调性差距进一步拉大，经济优势相对较大的县市经济优势进一步强化，粮食优势则进一步弱化，呈现经济驱赶粮食的现象。研究区粮食经济整体协调性进一步减弱，粮食与经济的关系日趋分散。

由图4可见，湖北省粮食主产县粮食生产与经济发展空间一致性地域分异特征明显。2006年粮食集聚低于经济集聚的研究单元主要分布在研究区的中东部，粮食集聚高于经济集聚的研究单元则主要分布在研究区的西北部、西南部和东部，粮食经济基本一致的区域则相对较分散。2015年粮食集聚低于经济集聚的研究单元主要分布在研究区的东部和西部，粮食集聚高于经济集聚的研究单元则主要分布在研究区的西北部和东部，粮食经济基本一致的区域在中部地区有一定的集聚，其他则较分散。

(2)粮经偏离指数

如图5所示，近10年来研究区粮食经济空间一致性逐渐减弱，粮食经济偏离度指数由2006年的0.59逐年上升至2015年的0.97，上升幅度达64.41%，表明研究区粮食生产与经济发展日趋分散。

4 结论与讨论

4.1 结论

(1)近10年来，湖北省粮食主产县的粮食重心整体上呈现西进北移的态势， 2006—2011年间整体上向西北方向转移， 2011—2015年间则整体向西南方向偏移，重心变动具体过程较复杂，但重心一直在天门市境内移动。经济重心演变规律则较明显，重心连续向西北方向转移，移动幅度整体大于粮食重心。研究期间，粮食重心一直位于经济重心的西北部，除2006年外一直位于区域几何重心的北部。研究区北部的粮食生产地位高于南部，南部的经济地位则高于北部，粮食生产的稳定性相对低于经济发展。

(2)2006—2015年间，研究区粮食重心与经济重心距离整体减小，空间重叠性上升。其中2006—2008年间两重心空间距离连续增大， 2008年达到研究期间最大，空间重叠性降至最低， 2008—2015年间空间距离波动变化，整体呈减小趋势，空间重叠性有所上升。研究期间，粮食重心与经济重心整体上虽均向西北方向转移，但在具体移动中两者的变动方向存在较大差异， 2006—2007年间两者耦合性较好，变动一致性指数达到最大值0.995， 2011—2012年间，耦合性骤降，一致性指数达到研究期间最低值-0.981， 2012年后一致性指数始终为负，耦合性始终较差。

(3)湖北省粮食主产县粮食生产与经济发展空间一致性地域分异特征明显， 2006年和2015年粮食集聚低于和高于经济集聚的研究单元在空间上均有一定的集聚性，粮食经济基本一致的区域2015年在中部地区有一定的集聚，其他则相对较分散。2015年与2006年相比，虽然粮食经济基本一致的研究单元有所增多，但粮食集聚远低于和远高于经济集聚的研究单元数量大幅度增加，粮食经济偏离指数逐年上升，粮食经济整体协调性进一步减弱，粮食生产与经济发展日趋分散。

4.2 讨论

粮食主产县是粮食生产的重点县市，该文研究结果显示湖北省粮食主产县粮食与经济耦合协调性呈下降趋势，粮食生产与经济发展日趋分散，粮食增产与经济发展可续性降低。粮食增产与经济发展的协调性下降主要源于城镇化与耕地资源协调性的下降。经济发展和城镇化进程中，一方面农村“空心村”、“空心宅”长期闲置，另一方面城镇建设用地不断扩张，大量优质耕地被占用，同时我国耕地占补平衡制度实施中长期存在“占多补少，占优补劣”的现象，导致耕地数量减少、质量下降，城镇化与耕地资源协调性下降，最终带来粮食增产与经济发展的协调性下降。

针对以上原因，粮食主产县应创新土地管理制度，加强规划管理，推动土地节约集约利用，合理控制城镇建设规模，严格落实耕地占补平衡制度，保护耕地。积极争取国家在财政、税收和金融等方面的优惠政策，推动工业反哺农业，整合耕地资源，完善农地流转机制，培育新型农业经营主体，走集约化、规模化、标准化、产业化的新型农业发展之路。在保障国家粮食安全的前提下，延长粮食产业链，推动粮食产品就地深加工，大力推进互联网+农业，推动农业全产业链改造升级。多举措吸引人才，支持农民工和大学生返乡创业，将粮食生产优势转变为经济优势，促进粮食、经济协调稳步发展。

由于受数据可获得性及行政区划调整等的限制，该文仅就2006—2015年湖北省粮食主产县粮经耦合关系进行了研究，研究的时间尺度有待延长，同时缺少粮食主产县划定前后、城市化及经济发展不同发展阶段的对比分析。在接下来的研究中将针对该文中的不足之处进一步深化研究，对驱动因素进行深入探索，并据此有针对性地提出相应的对策建议。