基于主成分分析法的黑龙江垦区粮食生产影响因素研究

李　正　李锐峰

基于主成分分析法的黑龙江垦区粮食生产影响因素研究

李正李锐峰

（中南林业科技大学湖南长沙410000）

作为粮食生产大国，粮食安全是我国不可突破的底线。黑龙江省是我国重要的粮食供应省份，文章结合近10年黑龙江垦区粮食产量进行分析，进一步得出影响粮食生产的因素，运用主成分分析法，使用特定的数据指标对黑龙江垦区粮食生产影响因素进行全面分析，发现粮食播种面积、耕地面积、化肥用量和农用机械总动力是主要影响因素，农药用量、地膜用量为次要影响因素，提出了推动黑龙江垦区农业进一步发展的建议和改善措施。

黑龙江垦区；粮食生产；影响因素；主成分分析法

粮食生产安全已成为近年来国际社会关注的焦点问题，我国作为一个农业大国，粮食生产安全对我国国民经济和社会安全有着十分深远的影响。黑龙江省作为我国重要的产粮大省和商品粮基地，是维护我国粮食安全和社会稳定的重要基础保障。本文以2010年—2019年黑龙江垦区粮食产量为依据，整体分析黑龙江垦区近10年的粮食产量变化，探索黑龙江垦区粮食生产的促进与制约因素，为优化生产要素配置，提高农业生产效率提供参考，为促进黑龙江垦区粮食产量的提升提供有力依据。基于黑龙江垦区粮食生产现状，运用主成分分析法深入探究土地、人力、资本、技术等要素对粮食生产的影响效应，旨在为黑龙江垦区提升粮食生产效率提供思路。

1 黑龙江垦区的基本情况

黑龙江省是我国粮食产量最高最稳定的地区，已经成为我国21世纪粮食增产和供给能力潜力最大的地区，其粮食的专储量、商品量、人均调出量、出口量连续多年在全国排名第一。黑龙江省的粮食产量是维护我国粮食安全和社会稳定的基础，黑龙江省粮食生产能力的提高可以有效地增加国家战略储备，侧面也可以带动整个地区的经济发展和农业升级[1]。整个黑龙江垦区一共设置了9个粮食管理局、设立113个农场、开设7个牧场，遍布全省范围内，人口达到了1 67.3万人。其中农场人口147.9万人，占全部人口的88.4％。垦区地域辽阔，耕地面积大，截至2019年年末，整个垦区总使用面积达到了500多万hm2，其中总耕地面积占比达到了53.56％以上，因此黑龙江省成为我国耕地面积遍布最广的省份，并且该地区粮食的播种面积占到了全部耕地面积的99.2％。

2 数据收集与分析

2.1 数据来源与影响因素指标

本文数据主要由《黑龙江垦区统计年鉴》中的数据整理得来，选取2010年—2019年这一时间段作为观测段，基于粮食产出视角对黑龙江垦区粮食生产的影响因素进行研究。根据指标选取的可获取性和代表性等原则，选取黑龙江垦区113个农场的粮食作物产量作为被解释变量；选取耕地面积和粮食播种面积作为土地自然资源要素指标的解释变量，农业从业人员数量作为人力资源要素指标的解释变量，农用机械总动力和农业用电量作为技术要素指标的解释变量，化肥用量、农药用量、地膜用量作为资本要素指标的解释变量[2-4]。各变量的描述性统计如表1所示。

表1各变量描述性统计

变量指标单位观测值均值标准差最小值最大值 粮食作物产量X1t1020 883 0721 211 60218 179 83922 796 351 耕地面积X2hm2102 896 56647 598.962 800 9382 965 537 粮食播种面积X3hm2102 811 19453 787.752 702 8692 877 831 农业从业人员数量X4人10443 040.113 003.82425 477461 542 农用机械总动力X5万kW10946.07163.951 8671.61 137.5 农业用电量X6万度1056 940.47 523.67945 65673 345 化肥用量X7t102 204 9813 291 6481 006 17611 571 188 农药用量X8t1015 539.21 218.69313 68618 033 地膜用量X9t1015 645.11 455.25113 76417 633

2.2 主成分分析法对粮食产量影响因素的分析

主成分分析法是一种把许多相关的原始数据指数转换成若干指数的多项统计方法，它所产生的综合指数叫作主分量[5]。本文以黑龙江垦区2010年—2019年的农业生产状况为依据，选择8个与黑龙江垦区农业生产相关的地理要素、生产投入要素的原始资料，利用SPSS软件，运用主成分分析法对黑龙江垦区的粮食产量进行了评价。采用表1中选择的8项数据统计指标X2～X8为自变量指标，并将其作为黑龙江垦区粮食产量的影响因素，得到各个因子的特征值和累计贡献率如表2所示。

表2解释总方差表

因子特征值方差方差贡献率累计方差贡献率 Factor14.614 063.097 340.576 80.576 8 Factor21.516 720.675 190.189 60.766 3 Factor30.841 530.281 900.105 20.871 5 Factor40.559 630.155 100.070 00.941 5 Factor50.404 530.358 320.050 60.992 1 Factor60.046 210.033 760.005 80.997 8 Factor70.012 450.007 550.001 60.999 4 Factor80.004 890.000 610.000 61.000 0

由表2的计算结果可以看出，第一主分量至第二主分量累计方差贡献率为76.63％，其载荷矩阵如表3所示。从表3中可以看出，第一主成分包括总耕地面积、粮食播种面积、农用机械总动力、农业用电量、农药用量，第二主成分主要由地膜用量构成。利用SPSS软件分析，得出了第一主成分的方差贡献率为57.66％，第二主成分的方差贡献率为18.98％。通过定量分析，很容易得出：第一主成分的构成要素包括土地自然资源要素、技术要素、资本要素，第二主成分的主要因素是资本要素。各变量指标的相关性分析结果如表4所示。

表3主成分荷载矩阵

实际观测指标变量指标主成分第一第二 耕地面积X20.986 9-0.052 0 粮食播种面积X30.981 80.125 3 农业从业人员数量X4-0.815 6-0.084 5 农用机械总动力X50.964 2-0.077 2 农业用电量X60.762 8-0.154 0 化肥用量X70.412 9-0.555 4 农药用量X80.568 20.614 1 地膜用量X9-0.077 70.880 9

表4变量指标相关性

X1X2X3X4X5X6X7X8X9 X11.000 0 X20.666 81.000 0 X30.716 00.969 81.000 0 X4-0.287 1-0.755 6-0.769 11.000 0 X50.585 90.952 30.942 8-0.869 11.000 0 X60.308 40.787 90.716 6-0.466 60.638 91.000 0 X70.570 20.455 30.385 6-0.055 20.422 30.214 91.000 0 X80.592 00.500 80.624 4-0.392 00.420 60.305 90.042 11.000 0 X90.431 3-0.081 90.072 70.095 9-0.121 9-0.212 3-0.313 80.380 21.000 0

第一主成分中首先耕地面积和粮食播种面积是影响我国粮食总产量的两个重要地理因子，在我国粮食生产中发挥着无可取代的作用，土地是人类最为基础的粮食生产要素，是所有农业生产的基本保证，只有率先保证粮食生产用地，才能有效地提高粮食生产总量。其次是农用机械总动力及农业用电量，黑龙江省因为耕地面积广大、人口较少，人均耕地面积大，土地集约化程度高，适宜于机械化、规模化、低劳动力的种植模式。因此，农用机械总动力、农业用电量的提高，表明了农业机械化程度的提高，农业生产现代化水平提高，同时也从侧面反映了企业的规模化发展。最后是农药用量，在因素相关性方面，农药用量与粮食总产量之间存在着显著的正相关关系，由表4可知，2010年—2019年黑龙江垦区粮食作物产量与农药用量的相关系数为0.592 0，表明10年间农药的使用对提高黑龙江垦区粮食产量起着重要作用。这与一般的研究和生产实际基本一致[6]。

第二主成分主要包括资本要素指标中的地膜用量。黑龙江垦区位于中国东北部，属寒温带大陆性季风气候，年平均气温多在-4 ℃～5 ℃之间，冬季漫长而寒冷，夏季短促而日照充分，春秋季干燥凉爽，冷空气活动频繁，降温较快[7]。此种气候条件使得黑龙江垦区在农业生产上要求大量使用地膜来保护作物抵抗低温。

通过以上主成分分析可知，当前黑龙江省的粮食生产展现出了一个良好的发展趋势，近些年来粮食总生产率持续上涨，但是波动较大，可以看出农业自动化程度逐渐升高，农业人员数量开始降低，现代化农业水平得到了提高。随着黑龙江省对农业生产的投入逐年递增，农药和化肥的使用得到了有效的控制。黑龙江省粮食生产的8个影响因素对粮食产量增长的影响及贡献率测算结果显示：正面因素对粮食增产的贡献率大小表现为耕地面积＞粮食播种面积＞农用机械总动力＞农业用电量＞地膜用量＞农药用量＞化肥用量；负面因素主要是农业从业人员数量。

3 建议和展望

3.1 建议

3.1.1 保护和提高耕地质量，稳定种粮面积

首先，政府要建立合理的、严格的、公开的管理体系，全面落实和贯彻国家颁布的《中华人民共和国土地管理法》《中华人民共和国农业法》等法律法规，保证法律法规的可执行性。制定严格保护耕地面积的相关法律制度，禁止一切农业用地性质的变化，限制城市用地的无尺度扩张，进一步控制招商引资浪费的土地资源，严格治理各种浪费土地的园区、开发区，以及企业非法拿地等行为[8]。其次，政府要切实保证耕地面积的最低红线不可触碰，耕地性质永不改变，防止土地质量下降，尽可能优化耕地质量。根据实际情况建立耕地质量的追踪体系，利用现代技术保证耕地的质量是保证产量的关键。最后，政府要不断地完善和健全监管体系，采用科学合理的施肥方式，尽可能地降低农药残留，大量使用清洁能源，有针对性地降低病虫害发生的概率。

3.1.2 合理控制农业从业人员规模

黑龙江垦区农业人口比例与粮食产量有很大的相关性，打破了过去以劳动力为主要粮食生产投入的观念。因此，建议垦区继续实行粮食生产规模化、集约化，减少从事农业生产的人数。要加快实施乡村振兴战略，强化农业技术培训，增强农民的自身素质和能力，培育新时代专业农民，要不断推进农业现代化，提高农业生产效率，确保农民收入增加。

3.1.3 继续提高农业机械化水平

黑龙江松嫩平原、三江平原是我国重要的粮食产地，耕地面积大，适宜机械化、规模化、产业化生产。鉴于黑龙江省的实际情况、农业机械作业的规模效应、农业劳动力比例的变动，建议大力发展农机作业服务业，通过劳动力产业化和分工细化，促进整体科技进步，提高农业生产效率，解放多余劳动力，实现增值。

3.1.4 注重粮食生产投入物质资料质量

近期，化肥使用仍然是提高粮食产量的重要推动力，但过量使用化肥会造成土壤板结、酸化、盐碱化等问题，也会造成肥料使用的边际效用下降、利用率下降，地下水受到污染，病虫害增多，粮食品质下降。建议相关部门加强宣传和引导，使广大农户充分了解过量使用化肥的危害，并采取合理的配方施肥方式、优化施肥条件，增加有机肥、微肥、生物菌肥的施用。此外关于覆膜的应用，在粮食生产中要合理使用可生物降解的农膜，以减轻环境污染为前提，有效提高粮食产量。

3.2 展望

本文对黑龙江垦区粮食产量的影响因素进行了分析和讨论，包括粮食播种面积、农用机械总动力、化肥用量等等，希望能为黑龙江垦区粮食产出增长带来可用的参考。然而，本文的影响因子选择尚有缺陷，无法全面反映黑龙江省的粮食生产状况及各因子的影响机制，还需要综合黑龙江省自然、经济、社会条件，尤其要从光温、土壤性质、政策效应、整治工程实施、农民教育水平等几个方面进行分析。

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[5]刘浩然,吴克宁,宋文,等.黑龙江粮食产能及其影响因素研究[J].中国农业资源与区划,2019,40(7):164-170.

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10.3969/j.issn.2095-1205.2022.07.36

F326.11

A

2095-1205(2022)07-111-03

李正（1995- ），男，汉族，河南平顶山人，硕士研究生在读，研究方向为农业管理。