京津冀地区市域及县域蔬菜生产特征分析

张倩 胡雁翔 于峰 王明 李刚

摘 要： 利用区位熵指数和K均值聚类算法（K-means）分析了京津冀地区13个市域单元和184个县域单元的蔬菜生产空间分布、集聚程度及分类。结果表明：京津冀地区市域蔬菜生产大致分为紧缩型、发展型和平衡型三类;县域蔬菜生产呈现一定的专业聚集度，区位熵两极分化趋势明显，可根据县域蔬菜生产特征将京津冀地区划分为4个蔬菜生产区。

关键词： 蔬菜生产; 空间分布; 京津冀地区; 区位熵

中图分类号： S641.2 文献标志码： A 文章编号： 1673-2871（2021）02-082-06

Analysis of vegetable production characteristics in Beijing-Tianjin-Hebei region

ZHANG Qian1， HU YanXiang1， YU Feng1， WANG Ming1， LI Gang2

（1. Institute of Agricultural Information and Economics， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China; 2. Beijing Agricom Network Technology Co.， Ltd， Beijing 100070， China）

Abstract： The spatial distribution， concentration degree and classification of vegetable production were investigated in 13 cities and 184 counties of Beijing-Tianjin-Hebei region， the location entropy index and K-means clustering algorithm were used in this survey. The results showed that the production patterns of vegetables in the Beijing-Tianjin-Hebei region at city level could be roughly divided into three types： compact type， development type and balanced type， while it showed a certain degree of professional aggregation at county level， and the polarization trend of location entropy was obvious. According to the characteristics of vegetable production at county level， the whole area could be divided into four vegetable production areas.

Key words： Vegetable production; Space distribution; Beijing-Tianjin-Hebei region; Location entropy

保障蔬菜供给是重大的民生问题，蔬菜的生产与布局一直受到国家的重视。从全国来看，蔬菜产业布局逐渐朝着区域化、规模化的方向发展，形成了明显的农业产业带和块状产地布局。蔬菜生产空间分布研究能够为蔬菜产业的专业化发展提供参考。随着城市的发展，蔬菜生产由城市近郊向远郊及农村转移，外埠蔬菜已成为城市居民多元化蔬菜消费的主体，蔬菜主产区和主销区日趋分离[1]。京津冀作为中国三大区域经济体之一，是中国主要蔬菜产区。随着京津冀协同发展以及环京津1小时物流圈的构建，河北省的蔬菜生产对北京、天津的蔬菜市场和蔬菜质量安全起着越来越重要的作用。

近年来，国内外学者对于蔬菜生产格局变化的相关研究较少，对市县尺度的研究更为薄弱。研究县域尺度的蔬菜生产时空特征，对科学评估、优化蔬菜产业格局，以及节本增收、保障供给都具有重要意义。李艳梅等[1]从地区和县域两个尺度上揭示了京津冀地区蔬菜生产各级的时空分布和分区研究;杨钰泽等[2]通过区位商和规模优势指数分析保定市蔬菜产业竞争力，探讨保定市蔬菜产业存在的制约因素;彭晖等[3]利用区位熵指数分析了我国蔬菜生产集聚的变动态势;吴建寨等[4]分析了我国蔬菜生产的空间格局变动，并利用空间重心模型分析了蔬菜生产空间格局变化的特征。于丽艳等[5]分析了我国蔬菜生产的时空变迁与比较优势的一致性。

本文基于京津冀协同发展视角，利用京津冀地区13个市域单元和184个县域单元的统计数据，分析京津冀地区市域及县域蔬菜生产的空间分布特征;通过区位熵指数研究不同尺度的蔬菜生产集聚程度;利用K-means聚类算法对京津冀地区县域单元进行分区;旨在为京津冀区域蔬菜生产格局优化和调整提供科学依据，为促进蔬菜产业健康发展提供参考。

1 研究方法与数据来源

1.1 研究方法

1.1.1 基于區位熵的蔬菜生产集聚度测算 新利用区位熵（Location Quotient）来测算京津冀地区蔬菜生产的集聚程度。区位熵是经济地理学中的一个常用指标，也称生产的地区集中度指标或专门化率。用来衡量某一区域要素的空间分布情况，反映某一产业部门的专业化程度。以及某一区域在高层次区域的地位和作用。区位熵的计算公式为：

以蔬菜生产为例，LQij为某市（县）蔬菜生产在区域内区位熵，qij为该市（县）的蔬菜种植面积;qj为该市（县）所有农作物的种植面积;qi为区域内总体的蔬菜种植面积;q为区域内所有农作物的种植面积。

LQij的值越高，则说明该市（县）蔬菜产业的集聚水平越高。一般来说，当LQij>1时，则认为该市（县）的蔬菜产业在研究区域内具有优势。

1.1.2 基于K均值聚类的蔬菜生产分区 K均值聚类算法（K-means）是最常用的聚类算法之一。该算法先随机选取K个对象作为初始的聚类中心，按照样本之间的距离大小，将样本集划分为K个类。让同类的点尽量紧密分布在一起，而让不同类之间的距离尽量的大。

假设类的划分为（C1，C2，...Ck），则算法的目标是最小化平方误差E：

其中μi是类Ci的均值向量，有时也称为质心，表达式为：

1.2 数据来源及处理说明

本研究中所采用的数据主要来源于相应年份的《北京统计年鉴》《天津统计年鉴》《河北经济年鉴》《河北农村统计年鉴》等统计数据。主要采用的是蔬菜产量、蔬菜播种面积、农作物播种面积等数据。

本研究从市域和县域两个尺度揭示京津冀地区蔬菜生产的时空动态特征：市域单元的研究对象为京津冀地区的13个市域单元，即北京、天津、石家庄、承德、张家口、秦皇岛、唐山、廊坊、保定、沧州、衡水、邢台和邯郸。县域单元包括城市辖区、县级市和县，经过数据清洗和校正后的研究对象共有184个。

2 蔬菜生产总体现状分析

京津冀地区是我国东部地区三大城市群之一，拥有常住人口1亿多，土地面积21.8万km2，占全国的2.25%[6]。2019年京津冀地区的GDP达8.46万亿，占全国的8.54%。2019年京津冀地区蔬菜产量为5 509.7万t，占全国的7.64%。其蔬菜生产水平高于全国平均值。

由表1可知，在北京、天津两大城市的消费拉动下，2005年以来京津冀地区整体上蔬菜产量在全国一直占有7.5%以上的份额;但也能看到，在研究期内京津冀地区的蔬菜产量在全国的占比一直在波动性下降。随着京津冀协同发展战略的提出，三地的分工更加明确，农产品跨区域供给进一步加强[7]。河北省的蔬菜产量在京津冀区域内占绝对优势，且优势呈增强趋势;随着产业转型和疏解非首都功能，2019年北京市的蔬菜产量较2005年的大幅缩减了70%以上;天津市的蔬菜生产在研究期内经过一段波动后逐渐恢复平稳。

3 京津冀市域蔬菜生产分析

3.1 蔬菜生产地理特征

京津冀地区现有行政区划下共有13个市域单元，区域内地势西北高、东南低，由西北向东南倾斜。北部地区为坝上高原和燕山山脉，西部地区为太行山山脉。东部和南部地区为华北平原的一部分，地势平坦。京津冀地区的蔬菜生产规模，总量在全国居于第2位，仅次于山东[8]。区域内蔬菜生产主要供应北京、天津等城市，蔬菜种植主要是按照节气种植，以露天种植为主。唯有坝上地区的张家口、承德两地主要生产错季蔬菜，在每年的7—9月份供应北京、上海、深圳、广州等城市。天津市的蔬菜生产区域分布已经形成了北部远郊果菜产区、西北部远郊叶菜产区、东北部远郊果菜产区以及南部近郊叶菜和根茎类蔬菜产区。

3.2 市域蔬菜生产变化分析

京津冀地區13个市的蔬菜生产情况差异较大，其中唐山、石家庄、保定和邯郸的蔬菜产量和种植面积占比均较高。分析13市的蔬菜生产趋势，如表2和图1所示。

由表2及图1可以看出，根据蔬菜生产规模及产量占比的增长情况，可将京津冀市域蔬菜生产大致分为紧缩型、发展型和平衡型3类：

紧缩型：以北京为典型代表，包括天津、石家庄、保定和秦皇岛，蔬菜生产规模呈现缩减态势，蔬菜产业竞争力逐渐降低。北京、天津作为大型都市，经济发达，科技、人才聚集，低收益率的蔬菜产业不断被挤占;保定毗邻京津，大城市的虹吸效应使得蔬菜产业发展受限。

发展型：包括承德、邢台、张家口、邯郸和沧州，蔬菜种植规模在研究期内有较大幅度的增长。这些市域结合自身自然禀赋优势大力发展蔬菜产业。张家口和承德利用坝上冷凉地区的气候特点生产错季、无公害蔬菜，使“坝上蔬菜”占据夏秋季供京蔬菜的半壁江山;作为河北省大白菜主产地，邢台拥有冀南最大的农产品市场，优越的区位条件为蔬菜产业发展提供了良好环境。

平衡型：包括衡水、唐山和廊坊，其蔬菜种植面积呈波动式增长态势，但在整个研究期内蔬菜种植规模的增幅在逐渐减弱。蔬菜产业发展趋于稳定，由注重规模、产量转变为注重品质、特色。

3.3 市域蔬菜生产集聚程度分析

根据2012—2018年京津冀地区13个市域单元的蔬菜和农作物播种面积计算得到蔬菜生产区位熵如表3所示。区位熵大于1的市域单元有北京、石家庄、承德、张家口、秦皇岛、唐山和廊坊，其蔬菜产业在农业中的相对集聚程度较高，蔬菜生产的专业化程度较高;区位熵小于1的市域单元有天津、保定、沧州、衡水、邢台和邯郸，其蔬菜产业在区域内的集聚程度相对不高，蔬菜生产的专业化程度相对较低。

4 京津冀县域蔬菜生产分析

京津冀地区现有行政区划下共有200个县域单元（包括城市辖区、县级市和县）。经过数据清洗与整理选取184个主要县域单元2013—2018年的数据进行分析。2019年河北省的蔬菜产量占京津冀地区的93.57%，北京及天津的蔬菜生产规模及产量占比非常小。因此，县域蔬菜生产分析应重点聚焦河北省的县域单元。

4.1 县域蔬菜生产空间分布

2018年京津冀地区县域蔬菜种植面积分布如表4所示，燕山太行山山前平原地区尤其是唐山市域，以及冀北坝上地区蔬菜生产规模优势明显。具体来说，唐山的玉田县、乐亭县、滦南县、丰南区，天津的武清区，承德的隆化县，张家口的沽源县，保定的定州市，廊坊的固安县、永清县，沧州的青县以及衡水的饶阳县蔬菜种植规模均超过1.5万hm2，这12个县域的蔬菜种植面积达到京津冀地区蔬菜种植面积的32%。蔬菜生产在空间上呈现一定的集聚态势。

4.2 县域蔬菜生产集聚程度分析

计算2018年京津冀县域单元的蔬菜生产区位熵（表5），可得到区位熵大于2（具有明显优势）的县域单元有36个。分析可知这些县域单元普遍集中在市辖区或者中心城市的近郊区县，其蔬菜种植具有一定的专业化程度，主要功能是就近服务于中心城市的蔬菜供给[9]。

对比分析2016年与2018年县域单元的蔬菜生产区位熵的数值分布，如图2所示，相较于2016年，2018年的县域单元蔬菜生产区位熵两极分化趋势更明显，说明县域单元的蔬菜生产专业化程度进一步提升。

4.3 县域蔬菜生产分区研究

基于Python语言编写k-means 聚类算法，对2018年京津冀184个县域单元蔬菜生产情况分类。以蔬菜生产的产量、面积、单产、区位熵等为输入参数。经多次对比试验，择优选择k值取4，分区参数为蔬菜单产和区位熵。得到的县域单元聚类散点图如图3所示。

在分类的基础上对中心城市的数据进行去噪和优化，借鉴前人经验[10]，通过微调将京津冀地区划分为4个蔬菜生产区：

（1）冀北错季蔬菜生产区：地处燕山山脉，包括张家口北部区县和承德地区。海拔较高，温差大，蔬菜病虫害少。

（2）冀西山地蔬菜生产区：地处太行山山地丘陵区，包括张家口南部区县，以及保定、石家庄、邢台和邯郸的西部区县。

（3）中南部平原蔬菜生产区：地处华北平原，包括保定、石家庄、邢台和邯郸的东部区县，以及廊坊、沧州、衡水地区。

（4）冀东蔬菜生产区：包括天津、唐山和秦皇岛等地区。水资源丰沛，日照充足。

5 讨论与结论

本文利用统计数据分析了京津冀地区市域和县域尺度的蔬菜生产空间演变及分区研究，以期为区域内蔬菜生产格局优化和调整提供科学依据，为促进蔬菜产业健康发展提供参考。主要研究结论如下：

（1）2005—2019年京津冀地区的蔬菜产量在全国一直占有7.5%以上的份额，但占比一直在持续下降。而河北省的蔬菜产量在京津冀区域内占绝对优势且优势呈增强趋势。

（2）市域蔬菜生产差异较大，可归纳为紧缩型、发展型和平衡型3种类型。且在空间上呈现一定的集聚态势：燕山太行山山前平原地区及冀北坝上地区蔬菜生产规模优势明显。蔬菜产量变化呈现两极分化，承德、张家口、邢台等地蔬菜产业发展迅速，北京、天津和保定等地蔬菜产业不断萎缩。

（3）县域蔬菜生产具有一定的专业化程度，城市辖区或中心城市的近郊区县其蔬菜生产的区位熵普遍较高，其主要功能是就近服务于中心城市的蔬菜供给。根据县域生产特征可将京津冀蔬菜生产划分为4个区域：冀北错季蔬菜生产区、冀西山地蔬菜生产区、中南部平原蔬菜生产区和冀东蔬菜生产区。

通过本文研究，建议京津冀地区的蔬菜生产按照分区进行差异化的发展，具体为：

（1）冀北错季蔬菜生产区：进一步发展错季蔬菜生产，提升蔬菜品质，打造绿色、无公害“坝上蔬菜”品牌，提升蔬菜生产效益。

（2）冀西山地蔬菜生产区：由于地势起伏大，蔬菜种植区域分散且面积小。应利用山地和生态优势发展特色蔬菜。

（3）中南部平原蔬菜生产区：地势平坦、水资源丰富，劳动力资源丰富，应发展规模化蔬菜种植，应用工厂化、机械化等高新技术提升蔬菜综合生产能力。

（4）冀东蔬菜生产区：水资源丰沛，日照充足。应利用区位优势，大力发展蔬菜产业，提升蔬菜品质，促进蔬菜的出口创汇。

参考文献

[1]  李艳梅，孙焱鑫，刘玉，等.京津冀地区蔬菜生产的时空分异及分区研究[J].经济地理，2015，35（1）： 89-95.

[2]  楊钰泽，李滢.保定市蔬菜产业区位商分析与思考[J].北方园艺，2020（5）： 154-158.

[3]  彭晖，张嘉望，李博阳.我国农产品生产集聚的时空格局及影响因素：以蔬菜生产为例[J].西北农林科技大学学报（社会科学版），2017，17（6）： 81-90.

[4]  吴建寨，张建华，王盛威，等.中国蔬菜生产空间格局变动及其驱动因素[J].贵州农业科学，2015，43（12）： 202-206.

[5]  于丽艳，穆月英.中国蔬菜生产的时空变迁与比较优势分析[J].新疆农业科学，2019，56（10）： 1948-1958.

[6]  郭凤艳，张春霞，吕晓明，等.京津冀一体化大战略下的产业布局及功能分区探讨[J].统计与管理，2015（7）： 70-72.

[7]  张哲晰，杨鑫，穆月英.五省市蔬菜生产及跨区域供给分析：基于北京市视角[J].中国食物与营养，2018，24（1）： 10-14.

[8]  吴建寨，沈辰，王盛威，等.中国蔬菜生产空间集聚演变、机制、效应及政策应对[J].中国农业科学，2015，48（8）： 1641-1649.

[9]  陈玛琳，陈俊红，龚晶，等.京冀蔬菜均衡供应分析及对策建议[J].北方园艺，2018（6）： 154-160.

[10]  刘玉，郝星耀，潘瑜春，等.河南省耕地集约利用时空分异及分区研究[J].地理科学，2014，34（10）： 1218-1225.