胡 丹，舒曉波，堯 波，曹慶安

(1.江西師范大學(xué) a.地理與環(huán)境學(xué)院，b.科學(xué)技術(shù)學(xué)院，南昌 330022;2.江西省核工業(yè)地質(zhì)調(diào)查院，南昌 330038)

糧食安全關(guān)系社會(huì)穩(wěn)定和國家長治久安。作為人口眾多的發(fā)展中國家，中國的糧食生產(chǎn)和糧食安全問題已被國內(nèi)外所廣泛關(guān)注［1-4］。人均糧食占有量是衡量區(qū)域糧食供需平衡的重要指標(biāo)，能夠反映一個(gè)國家或區(qū)域糧食安全程度。一般人均糧食占有量越高，糧食安全水平亦越高［5-6］。學(xué)術(shù)界已從不同的研究尺度、研究單元和研究方法，圍繞人均糧食與糧食安全、人均糧食的時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制等方面對區(qū)域人均糧食展開研究［7-13］。然而，當(dāng)前研究大多針對全國尺度，省區(qū)內(nèi)人均糧食異質(zhì)性的研究亦相對集中于較發(fā)達(dá)地區(qū)，中部欠發(fā)達(dá)地區(qū)的研究則較為少見。

樣帶(transect)是沿著一個(gè)主導(dǎo)驅(qū)動(dòng)因素在梯度上有規(guī)律變化的線狀研究區(qū)域或具有明顯差異特征的線狀地域類型［14］。樣帶分析有助于揭示區(qū)域內(nèi)部空間差異規(guī)律及其形成機(jī)理的地域差異性，已在全球變化與土地利用研究中得到了成功應(yīng)用［15-17］。有學(xué)者指出，樣帶分析方法從自然地理學(xué)研究拓展至人文地理學(xué)研究領(lǐng)域，從深化格局動(dòng)態(tài)與機(jī)理研究來看，值得進(jìn)一步推廣和深入探索［14］。

江西省是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)大省和糧食主產(chǎn)區(qū)。一方面，江西省經(jīng)濟(jì)相對落后，屬于典型的中部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，其農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化、現(xiàn)代化水平與發(fā)達(dá)地區(qū)有所差別，有必要豐富此類區(qū)域人均糧食的研究;另一方面，江西省行政邊界與鄱陽湖流域邊界的吻合度高達(dá)97.2%，是一個(gè)相對完整的自然地理單元［18-19］，這為基于樣帶分析人均糧食的空間異質(zhì)性提供了典型案例。本研究基于縣域單元，綜合運(yùn)用樣帶、GIS空間分析、地理探測器等多種方法，分析近14年來江西省人均糧食占有量的時(shí)空格局演變及其形成機(jī)理，旨在為江西省糧食生產(chǎn)宏觀布局與優(yōu)化、促進(jìn)區(qū)域農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)，亦為樣帶分析在人文地理學(xué)研究或省區(qū)研究做進(jìn)一步的嘗試和示范。

1 材料與方法

1.1 研究單元與數(shù)據(jù)來源

由于江西省11個(gè)設(shè)區(qū)市市區(qū)糧食生產(chǎn)比重較小，且數(shù)據(jù)難以獲取，所以，選取非市區(qū)類縣域作為研究單元，共包括江西省80個(gè)縣(市)，時(shí)間序列為1997—2010年。為保證研究單元的連貫性和一致性，2000年撤銷前的寧岡縣和2010年新設(shè)立的共青城市均未列入研究單元之內(nèi)。數(shù)據(jù)資料來自1998—2011年《江西省統(tǒng)計(jì)年鑒》，圖件數(shù)據(jù)來自1∶500 000中國基礎(chǔ)地理數(shù)據(jù)。

1.2 縣域人均糧食占有量模型

區(qū)域人均糧食占有量在較大程度上反映了區(qū)域的糧食供需狀況，人均糧食占有量模型為［11］:

式中:Cit和Pit分別表示i縣域在t年份的人均糧食占有量和總?cè)丝?Git表示i縣域相應(yīng)年份近3年的糧食產(chǎn)量均值;Si表示i縣域人均糧食年均增長率。為便于不同年份縣域間的比較，參考劉玉等［10］的結(jié)果，基于人均糧食占有量將各縣域劃分為缺糧區(qū)(＜300 kg)、供需平衡區(qū)(300～400 kg)、一般余糧區(qū)(400～600 kg)和重要余糧區(qū)(＞600 kg)。

1.3 空間自相關(guān)分析

空間自相關(guān)最為常用的指標(biāo)是Moran’s I，全局Moran’s I可以用來驗(yàn)證整個(gè)研究區(qū)域的空間模式和度量屬性值在整個(gè)區(qū)域空間的分布態(tài)勢;局部Moran’s I是用來揭示空間地域單元與其臨近空間單元屬性特征值之間的相似性或相關(guān)性，可以用于識(shí)別“熱點(diǎn)區(qū)域”以及數(shù)據(jù)的異質(zhì)檢驗(yàn)［20-21］。利用GeoDa軟件進(jìn)行空間自相關(guān)分析及Z值顯著性檢驗(yàn)，空間權(quán)重矩陣統(tǒng)一采用鄰接標(biāo)準(zhǔn)定義，即縣域單元i和j有公共邊界，空間權(quán)重wij取1，否則取0。

1.4 樣帶選擇及地統(tǒng)計(jì)趨勢分析

為更好地揭示江西省縣域人均糧食占有量的時(shí)空格局及其內(nèi)在機(jī)理，結(jié)合江西省自然、人文景觀要素，選取了贛北邊境線、浙贛線、京九線和撫河沿線1 km內(nèi)的縣域，組成了2條東西向和2條南北向樣帶(圖1)。地統(tǒng)計(jì)趨勢分析圖中的每一根豎棒代表了一個(gè)數(shù)據(jù)點(diǎn)的值(高度)和位置，這些點(diǎn)被投影到一個(gè)東西向與南北向的正交平面上，通過投影點(diǎn)繪制出一條最佳擬合線，用以模擬特定方向上的變化趨勢［22-23］。樣帶縣域人均糧食占有量的地統(tǒng)計(jì)趨勢分析在ArcGIS 9.2中完成。

圖1 樣帶選取Fig.1 The selection of transects

1.5 地理探測器機(jī)理分析方法

地理事物的空間分布深受社會(huì)經(jīng)濟(jì)或自然要素影響，而地理探測器能夠有效診斷出地理事物空間分布的影響因子的決定力大小，已在地方病形成原因的探測中得到應(yīng)用［14，24］。地理探測器模型為:

式中:PD，U為人均糧食占有量影響因素探測力指標(biāo)為次一級(jí)區(qū)域樣本數(shù);n為整個(gè)區(qū)域樣本數(shù);m為次級(jí)區(qū)域個(gè)數(shù);為整個(gè)區(qū)域人均糧食占有量的方差為次一級(jí)區(qū)域的方差。假設(shè)，模型成立的取值區(qū)間為［0，1］。PD，U=0，表明人均糧食分布呈隨機(jī)分布;PD，U值越大，分區(qū)因素對人均糧食格局的影響越大。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西省縣域人均糧食占有量的時(shí)空變化

江西省縣域人均糧食占有量空間集聚特征明顯，主要年份(1997，2005，2010年)全局 Moran’s I分別為0.53，0.51和0.53，均通過1%的顯著性檢驗(yàn)，顯示出較強(qiáng)的正自相關(guān)性。

全省縣域人均糧食占有量在主要年份中均表現(xiàn)出較為明顯的圈層分布特征，且呈加強(qiáng)趨勢(圖2)。其中，重點(diǎn)余糧區(qū)位于贛中平原地區(qū)，一般余糧區(qū)位于次外圍地區(qū)，供需平衡區(qū)與缺糧區(qū)則鑲嵌分布于最外圍(贛南、贛北地區(qū))。數(shù)量上，1997年全省重要余糧區(qū)20個(gè)、一般余糧區(qū)29個(gè)、供需平衡區(qū)20個(gè)、缺糧區(qū)11個(gè)，2005年依次為23，21，21，15 個(gè)，2010 年依次為 27，20，17，16個(gè)，全省大部分縣域?yàn)橛嗉Z區(qū)。

圖2 江西省縣域人均糧食占有量的時(shí)空變化Fig.2 The spatial and temporal variations of county per captain grain possession in Jiangxi Province

為更清晰地反映人均糧食占有量格局的時(shí)空演變，借助LISA圖來表示各主要年份縣域?qū)傩缘南嗷リP(guān)系(圖3)。2000年人均糧食占有量高高集聚與低低集聚縣域總數(shù)為28個(gè)、高低集聚與低高集聚縣域總數(shù)為3個(gè)，2005 年分別有25，5 個(gè)，2010 年分別有20，5 個(gè)，說明研究時(shí)段內(nèi)人均糧食占有量的空間均質(zhì)性有小幅下降，而異質(zhì)性變化不大。從“熱區(qū)”與“冷區(qū)”的時(shí)空變化來看，研究期內(nèi)“熱區(qū)”格局相對穩(wěn)定于贛中地區(qū)，且呈縮小態(tài)勢(2000，2005和2010年人均糧食占有量“熱區(qū)”分別有18，12和9個(gè));“冷區(qū)”格局則相對離散，1997年與2005年集中于贛南、贛東北、贛西北的山地丘陵地區(qū)，而2010年僅集中于贛南、贛東北地區(qū)，研究期內(nèi)“冷區(qū)”范圍變化不大(2000，2005，2010年“冷區(qū)”分別有10，13，11個(gè))。主要年份中均未發(fā)生變化的縣域總數(shù)占60%以上，說明大部分區(qū)域仍然保持原有格局。

圖3 1997，2005，2010年江西省縣域人均糧食占有量的LISA聚集圖Fig.3 The LISA cluster map of county per captain grain possession in Jiangxi Province(1997，2005，2010)

從人均糧食年均增長來看(圖4)，1997—2010年，43個(gè)縣域人均糧食占有量有所提高，主要集中于贛中平原和贛北鄱陽湖周邊等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較好的地區(qū);37個(gè)縣域有所減少，主要集中于贛南、贛西北和贛東北等條件較差的丘陵、山地區(qū)(圖4a)。2005—2010年是江西省糧食生產(chǎn)大發(fā)展時(shí)期，人均糧食增長的縣域覆蓋范圍(57個(gè))較1997—2005年(36個(gè))明顯擴(kuò)大，幾乎覆蓋贛中與贛北地區(qū)(圖4b，4c)。

圖4 江西省縣域人均糧食占有量的年均增速Fig.4 The average annual growth of county per captain grain possession in Jiangxi Province

2.2 各樣帶縣域人均糧食占有量的變化趨勢

為深入揭示縣域人均糧食占有量的時(shí)空分異規(guī)律，在選取贛北邊境線、浙贛線、京九線和撫河沿線4個(gè)樣帶的基礎(chǔ)上，采取地統(tǒng)計(jì)趨勢線方法，繪制出1997，2005和2010年各樣帶人均糧食占有量變化趨勢線(圖5)。結(jié)果顯示:(1)贛北邊境樣帶是江西省縣域人均糧食占有量較低的樣帶。1997年分縣人均糧食呈東西高、中部低的“凹”型趨勢，2005年呈西部低、中部高、東部較低的趨勢，2010年則變?yōu)闁|西低、中部高的“凸”型趨勢，主要是修水縣的降低與浮梁、鄱陽縣的增長所致。(2)浙贛線樣帶，橫貫上饒、鷹潭、撫州、南昌、新余、宜春、萍鄉(xiāng)7市(區(qū))，是刻畫江西省東西向地理分異的典型樣帶。1997，2005和2010年樣帶呈東西低、中部高的“凸”型趨勢，且凸出態(tài)勢有所趨緩，主要是由東鄉(xiāng)、余江縣的增長所造成。(3)京九線樣帶，貫穿江西省贛北、贛中、贛南，經(jīng)九江、南昌、吉安和贛州4個(gè)市(區(qū))，跨平原、丘陵、山地等多種地貌，與贛江干流高度吻合，是全省地理要素南北差異顯著的典型樣帶。樣帶均呈北部較低、中部高、南部低的趨勢，且各主要年份樣帶趨勢差異不明顯。(4)撫河沿線樣帶，南北貫穿撫州市全境，經(jīng)撫州、南昌2市(區(qū))，對全省樣帶分析在空間上進(jìn)行補(bǔ)充。與京九線樣帶趨勢相似，撫河樣帶亦均呈北部較低、中部高、南部低的趨勢，但中部凸出態(tài)勢有所減緩。

進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，贛北邊境樣帶的趨勢陡變，表明贛北地區(qū)人均糧食增長范圍較大，已至贛北邊境地區(qū);贛北邊境與浙贛線樣帶的變化趨勢要比京九線與撫河樣帶更為明顯，表明14年來江西省人均糧食占有量的東西向變化較南北向要大;主要年份中，多數(shù)樣帶均呈中間高、兩端相對較低的趨勢，表明贛中宜春、撫州等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)優(yōu)勢地區(qū)人均糧食居高不下以及贛南、贛東北、贛西北等山地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受限，同時(shí)驗(yàn)證了全省人均糧食占有量呈圈層狀分布的空間格局。

2.3 縣域人均糧食占有量空間格局形成機(jī)理分析

糧食生產(chǎn)過程是自然再生產(chǎn)和經(jīng)濟(jì)再生產(chǎn)的復(fù)合統(tǒng)一體，自然環(huán)境的演替、要素投入的調(diào)整、糧食生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的變化以及區(qū)域人口數(shù)量的變化等均會(huì)導(dǎo)致區(qū)域人均糧食地域格局的改變［10，25］。農(nóng)業(yè)自然地理?xiàng)l件是糧食生產(chǎn)布局的基礎(chǔ)，耕地資源豐富、水熱條件優(yōu)越的地區(qū)，人均糧食通常較高;農(nóng)業(yè)機(jī)械、化肥和農(nóng)藥等要素投入水平與效率的增加，有助于降低糧食生產(chǎn)成本，提高生產(chǎn)效率;經(jīng)濟(jì)發(fā)展一方面為農(nóng)民非農(nóng)就業(yè)增加機(jī)會(huì)，一方面通過比較經(jīng)濟(jì)效益，大大降低農(nóng)戶種糧積極性，耕地的非農(nóng)化與非糧化現(xiàn)象嚴(yán)重［26-29］。部分學(xué)者利用不同模型綜合多種要素，對區(qū)域人均糧食變化的驅(qū)動(dòng)機(jī)制進(jìn)行了研究［10，25，30］。在借鑒劉玉等［10］研究的基礎(chǔ)上，選取了1997年人均糧食占有量(糧食生產(chǎn)基礎(chǔ))、人均耕地面積、種植結(jié)構(gòu)(糧食播面比)、復(fù)種指數(shù)、灌溉指數(shù)、地均化肥投入、農(nóng)機(jī)總動(dòng)力投入、農(nóng)林牧漁勞動(dòng)力規(guī)模、人均GDP、農(nóng)民人均收入10項(xiàng)要素，對全省縣域人均糧食空間格局形成機(jī)理進(jìn)行探測研究。

圖5 1997，2005和2010年樣帶人均糧食占有量變化趨勢線Fig.5 The change trend of per captain grain possession in transect(1997，2005，2010)

通過地理探測器模型計(jì)算得出江西省及樣帶內(nèi)各要素對縣域人均糧食空間分布影響的PD，U值(表1)。結(jié)果表明，江西省縣域人均糧食的空間格局主要受1997年人均糧食占有量與人均耕地面積的影響，其次為農(nóng)機(jī)總動(dòng)力投入、農(nóng)村居民人均純收入、種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種指數(shù)，而人均GDP、灌溉指數(shù)、農(nóng)林牧漁勞動(dòng)力規(guī)模、地均化肥投入等要素的影響不大。研究發(fā)現(xiàn)，全省人均糧食對自然地理?xiàng)l件表現(xiàn)出較大的依賴，人均糧食較高的區(qū)域仍主要集中于人均耕地面積量大的傳統(tǒng)農(nóng)區(qū)，而在此基礎(chǔ)上，適當(dāng)加大農(nóng)機(jī)投入、提高復(fù)種指數(shù)與糧食播種面積等有助于提高區(qū)域人均糧食占有量。對發(fā)達(dá)地區(qū)的研究顯示，人均GDP對糧食生產(chǎn)具有明顯的副作用，而本研究中人均GDP的作用幾乎為零，這主要是江西省社會(huì)經(jīng)濟(jì)水平相對落后、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)還未能擺脫自然地理格局對其發(fā)展的制約所致［10，28］。4條樣帶縣域人均糧食地理探測器結(jié)果與全省大體一致，均主要受1997年人均糧食占有量與人均耕地面積的影響，但相互間亦存在部分差異。贛北邊境樣帶與撫河樣帶縣域具有一定的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然條件，隨著農(nóng)用物資投入、復(fù)種指數(shù)與糧食播面比的提高，糧食生產(chǎn)會(huì)有較大幅度的提升，兩條樣帶內(nèi)種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種指數(shù)、地均化肥投入和農(nóng)林牧漁勞動(dòng)力規(guī)模的PD，U值均明顯高于全省。京九線樣帶貫穿江西南北，最能反映全省自然與人文景觀的差異，其1997年人均糧食占有量與人均耕地面積的PD，U值是全省的近1.5倍，更加突出了江西省人均糧食較大依賴于區(qū)域自然地理?xiàng)l件的特點(diǎn)。浙贛線樣帶經(jīng)過全省7個(gè)市(區(qū))，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平較高的一條樣帶，人均GDP的PD，U值顯著高于全省及其他樣帶。

此外，糧食政策、市場價(jià)格等對區(qū)域糧食生產(chǎn)亦具有一定影響。2004年以來，國家不斷強(qiáng)調(diào)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的戰(zhàn)略問題，陸續(xù)出臺(tái)糧食直補(bǔ)、增加農(nóng)業(yè)財(cái)政支出、取消農(nóng)業(yè)稅等各項(xiàng)惠農(nóng)政策，放開糧食購銷市場，加強(qiáng)和改善糧食宏觀調(diào)控。陳飛等［31］研究發(fā)現(xiàn)各項(xiàng)惠農(nóng)政策對糧食生產(chǎn)均具有顯著正向影響，其中，農(nóng)業(yè)支出政策和農(nóng)村固定資產(chǎn)投資是拉動(dòng)我國糧食產(chǎn)量增長的最重要因素。劉克春［32］基于江西省農(nóng)戶調(diào)查，認(rèn)為政府現(xiàn)行的糧食直接補(bǔ)貼、最低收購價(jià)政策，調(diào)節(jié)了以糧食生產(chǎn)為主要收入來源的農(nóng)戶的糧食種植決策行為，提高了其糧食生產(chǎn)積極性，一定程度上促進(jìn)了糧食種植面積的擴(kuò)大。市場價(jià)格直接影響糧農(nóng)收入預(yù)期以決策其糧食種植行為，糧價(jià)低迷或糧價(jià)相對于其他農(nóng)產(chǎn)品和工業(yè)品價(jià)格低，均會(huì)嚴(yán)重降低糧農(nóng)積極性，而農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格走高亦會(huì)負(fù)向調(diào)節(jié)農(nóng)戶的糧食種植決策行為?？梢灶A(yù)見，在政府資金、政策傾斜及日益完善的市場經(jīng)濟(jì)等條件下，區(qū)域糧食生產(chǎn)地域功能將得到強(qiáng)化，區(qū)域人均糧食占有量將進(jìn)一步提高。

表1 江西省及不同樣帶各要素地理探測器分析的PD，U值Tab.1 PD，Uof geographic detector analysis between per captain grain possession and different elements in Jiangxi Province

3 結(jié)論與討論

(1)江西省縣域人均糧食占有量空間集聚特征明顯，顯示出較強(qiáng)的正自相關(guān)性。全省縣域人均糧食占有量在主要年份中均表現(xiàn)出較為明顯的圈層分布特征，且呈加強(qiáng)趨勢。研究期內(nèi)“熱區(qū)”格局相對穩(wěn)定于贛中地區(qū)，且呈縮小態(tài)勢;“冷區(qū)”格局則相對離散，“冷區(qū)”范圍變化不大。全省大部分縣域?yàn)橛嗉Z區(qū)，過半的縣域人均糧食占有量有所提高，主要集中于贛中平原和贛北鄱陽湖周邊等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件較好的地區(qū)，2005年來，人均糧食增長的縣域覆蓋范圍明顯擴(kuò)大。

(2)樣帶分析能夠細(xì)膩刻畫全省人均糧食的時(shí)空分異規(guī)律。主要年份中，多數(shù)樣帶均呈中間高、兩端相對較低的“凸”型趨勢，表明贛中宜春、撫州等傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)優(yōu)勢地區(qū)人均糧食居高不下以及贛南、贛東北、贛西北等山地農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受限，同時(shí)，驗(yàn)證了全省人均糧食占有量呈圈層狀分布的空間格局。贛北邊境與浙贛線樣帶的變化趨勢要比京九線與撫河樣帶更為明顯，表明14年來江西省人均糧食占有量的東西向變化較南北向要大。贛北邊境樣帶的趨勢陡變，則表明全省人均糧食增長范圍已擴(kuò)至贛北邊境地區(qū)。

(3)江西省縣域人均糧食的空間格局主要受1997年人均糧食占有量與人均耕地面積的影響，其次為農(nóng)機(jī)總動(dòng)力投入、農(nóng)村居民人均純收入、種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種指數(shù);較低的經(jīng)濟(jì)水平使得全省人均糧食對自然地理?xiàng)l件表現(xiàn)出較大的依賴。4條樣帶縣域人均糧食地理探測器結(jié)果與全省大體一致，均主要受1997年人均糧食占有量與人均耕地面積的影響。不同樣帶地理探測分析的結(jié)果有助于深入認(rèn)識(shí)不同農(nóng)業(yè)生產(chǎn)自然條件、不同經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平等縣域人均糧食驅(qū)動(dòng)機(jī)制的差異。此外，糧食政策、市場價(jià)格等對區(qū)域糧食生產(chǎn)亦有一定影響。

(4)以樣帶為基礎(chǔ)，通過地統(tǒng)計(jì)趨勢研究與地理探測器等方法，揭示了全省及樣帶縣域人均糧食占有量的時(shí)空格局及形成機(jī)理。樣帶分析能夠較好地應(yīng)用于區(qū)域人文地理研究，可以進(jìn)一步推廣至其他區(qū)域。例如，京九線樣帶能很大程度反映出江西全省地理事物的空間分布，而浙贛線樣帶則可以反映出經(jīng)濟(jì)發(fā)展較好地區(qū)地理事物的分布特征。地理探測器方法主要基于各要素與變量之間的匹配程度，以量化各要素對變量的空間格局所產(chǎn)生的影響，相比傳統(tǒng)的回歸分析、因子分析等，具有更好的地理空間解釋能力。另外，以縣域?yàn)閱卧?，在一定程度上忽略了更小尺度上的相互作用，指?biāo)選取上亦受數(shù)據(jù)限制，對自然環(huán)境因素考慮不足。由此，基于多源數(shù)據(jù)(如遙感、實(shí)地調(diào)查等)的區(qū)域人均糧食研究將是進(jìn)一步深化的研究方向。

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