中国粮食生产的区域格局变化研究——基于1998-2010年的数据实证分析

刘 玉，王国刚，高秉博，周艳兵,3

（1北京农业信息技术研究中心，北京100097；2中国科学院地理科学与资源研究所,北京100101；3.中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京100083）

中国是人口大国，农用地综合生产能力的有效提升和粮食的持续稳定增长事关国家安全和社会稳定大局[1]。在工业化、城镇化和农业现代化快速推进过程中，中国耕地“北进中移”和粮食“北粮南调”的态势更加明显[2,3]，确保中国粮食结构平衡和区域平衡的难度加大[4]，并可能引发生态系统退化、粮食波动与减产风险增加等问题[5,6]。《国民经济和社会发展第十二个五年规划纲要》、《全国主体功能区规划》、《全国土地整治规划(2011～2015年)》均强调主产区粮食综合生产能力建设，要求支农资金突出向粮食主产区、产粮大县倾斜，粮食生产将继续向优势区、主产区和产业带集中。因此，在城乡转型发展和保证国内95%以上粮食自给率的背景下，深入探究中国粮食生产的空间布局，揭示粮食生产格局演化的时空规律，将有利于正确把握我国粮食生产未来走向，并为优化粮食生产布局、保障国内粮食安全、构建区域协调发展机制提供依据[7-9]。

中国粮食生产格局变化一直是国内外学术界研究的一个热点，近些年来主要集中在粮食综合生产能力、区域粮食供需关系及成因、粮食产销格局变化及其效应等方面[10-14]。杨春等[9]运用Moran I指数及Pane l Da t a模型，分析了中国31个省域粮食生产空间特征及其影响因素；辛良杰等[15]学者采用地区粮食优势度指数模型实证了1994～2005年中国省域粮食格局变化，发现东部地区的粮食生产优势逐步减弱，粮食重心向中部和东北部转移；刘东等[16]学者指出，1949～2008年中国粮食生产呈现台阶式上升且伴随周期性波动，2007年中国分县土地资源承载力以人口超载、粮食短缺为主要特征。总体而言，全国和省区等宏观尺度研究居多，县域尺度的研究相对薄弱；现状分析较多，时空演进规律的揭示相对不足；以典型区为例研究问题某一方面的较多，将粮食生产置于全国不同尺度的综合研究尚待加强。因此，以粮食总产量和人均粮食占有量为指标，本文集成应用GIS技术、空间自相关统计分析方法，系统分析中国粮食生产的动态变化特征，为优化粮食生产布局提供依据。

1 研究方法与数据来源

式（1）-（3）中，ΔGi表示研究期内 i单元的粮食总产量变化（万 t），Gi1、Gi2分别表示 单元在 t1、t2年份的粮食总产量（万t）；GPit表示 i单元在 t年份的人均粮食占有量（kg/人），Git、Pit分别表示i单元在t年份的粮食总产量（万t）和总人口（万人），ΔGPi表示研究期内i单元人均粮食占有量的变化（kg/人），GPi1、GPi2分别表示单元在t1、t2年份的人均粮食占有量（kg/人）。结合已有研究成果[17]，基于GPit将各单元划分为缺粮区（＜300 kg）、供需紧平衡区（300～400 kg）、一般余粮区（400～600 kg）和重要余粮区（＞600 kg）。

（2）重心迁移模型。重心迁移模型通过计算某一时段某一指标的分布重心，可很好地描述粮食生产时空分布格局[2]。

1.1 研究方法

基于现有数据，1998年和2010年是中国粮食生产的两个高峰，采用粮食总产量和人均粮食占有量两个指标，通过构建数学模型，选择这两个时间点从区域、省域和县域揭示粮食生产的变化特征。在分析区域和省域格局变化时，粮食产量数据采用当年的实际数据；为了消除偶然因素的影响，1998年和2009年分县的粮食产量采用 1997～1999年、2008～2010年的粮食总产量均值来表示。

（1）粮食生产及其变化指数模型。粮食总产量和人均粮食占有量指标较好的反映了区域粮食生产状况和供需关系。

式（4）-（6）中，Xj、Yj分别表示第 j个指标分布重心的坐标；Xi、Yi分别表示i单元的重心坐标；Ci j表示i单元第j个指标的数值；dm为重心迁移距离（km）。

1.2 研究单元划分、数据来源及处理

考虑到数据的可获得性和研究需要，本文以2010年为基准对研究单元进行修正，选取31个省域（不包括香港、澳门和台湾）和2294个县域。分省粮食总产量和区域人口数来自《新中国60年统计资料汇编》、《中国统计年鉴2010》、《中国统计年鉴2011》；1997～1999年分县域的粮食总产量、区域人口数据由中国自然资源数据库（http://www.data.ac.cn）提供；2008～2010年分县域粮食总产量数据和区域人口数据来源于相应年份的《中国县（市）社会经济统计年鉴》、《中国区域经济统计年鉴》及各省、直辖市、自治区的统计年鉴，其中地级市辖区数据由地级市数据减去所辖县市数据计算而来。

2 结果与分析

2.1 区域和省域粮食生产的时空格局

粮食市场化改革的推进和粮食价格的稳步提升使20世纪90年代的粮食产量大幅度提高，于1998年达到历史最高水平5.12亿t；此后，随着城镇化、工业化进程的快速推进，以及农业结构战略性调整、退耕还林、退草还牧等政策的实施，导致粮食播种面积大幅度减少和粮食总产量的持续下降，2003年降至4.31亿t，人均粮食占有量仅333 k g，为1982年以来的最低水平；2004年以来，在政策支持和区域土地综合整治工程实施的综合推动下，粮食产量恢复性增长，2010年粮食总产量为5.46亿t，比1998年增加了3418.2万t，人均粮食占有量超过400 kg。

省域粮食总产量差异明显，粮食生产进一步向粮食主产省集中。2010年，河南粮食总产量5437.1万t，约占全国总产量的1/10，在中国粮食生产中的重要地位日益凸显。此外，黑龙江、山东、江苏、四川、安徽、河北、湖南、吉林和湖北等省份的粮食总产量均在2000万t以上；西藏、青海、北京、上海、天津、海南和宁夏等省份的粮食总产量尚不足500万t。北方粮食产量比重于2005年超越南方，并且呈现增加趋势，2010年达到54.4%；从四大经济区看，东北地区和中部地区粮食总产量占全国比重分别由1998年的14.2%、28.1%提升到2010年的17.6%、30.6%，而东部地区的粮食产量比重下降了5.1个百分点，粮食生产“北进中移”的趋势明显；13个粮食主产省的产量比重进一步提升，于2010年增加到75.4%，年均提升0.38个百分点（表1）；各省市增减不一，其中浙江、广东、四川、福建、广西、江苏、湖北、陕西和北京的粮食减少量均在100万t以上，而黑龙江、河南、内蒙古、安徽、江西、吉林、新疆和云南的粮食增加量大于100万t，粮食生产进一步向东北地区和中部地区集中。

省域人均粮食占有量以上升为主，绝对差异扩大。2010年，位于缺粮区、供需紧平衡区、一般余粮区、重要余粮区的省份分别为8个、7个、13个和3个。与1998年相比，20个省份的人均粮食占有量下降，浙江、北京、上海、福建、广东和天津的人均粮食占有量下降幅度超过100 kg/人；11个省份的人均粮食占有量上升，黑龙江、内蒙古和河南的人均粮食增加量大于100 kg/人。按照400 kg的人均粮食需求量计算，15个省份需要调入粮食，广东、浙江、福建、上海和北京的粮食调入量均在500万t以上；16个省份粮食有剩余，黑龙江、吉林、河南和内蒙古的粮食调出量均在1000万t以上。各类型区的人均粮食占有量如表1所示，北方的人均粮食占有量明显高于南方；四大经济区中，东北区人均粮食占有量显著增加，由1998年的702 kg/人增加到2010年的878 kg/人，中部地区也呈现较大幅度的增长，而东部地区的人均粮食占有量明显下降，西部地区变化不显著；八大类型区内变化不一，其中长江中下游区、华南区、青藏区的人均粮食占有量显著下降，东北区、蒙新区显著提升，其他三个区变化不显著；13个粮食主产省的人均粮食占有量波动性增长，由1998年的483 kg/人增加到2010年的526 kg/人。

表1 1998年和2010年各类型区粮食产量比重和人均粮食占有量

2.2 县域粮食生产的时空格局

（1）县域粮食总产量的空间格局。1998年，县域粮食总产量均值为22.99万t，标准差（Std.Dev）为23.37。①粮食总产量较低的县域处于控制地位。粮食总产量低于全国均值的县域1458个，占县域总数的64%。②粮食总产量的县际差异较大。吉林农安县的粮食总产量高达235.29万t，约占全国总产量的1/200；而西部地区的部分县域没有进行粮食生产。③粮食总产量较高的县域集中于东北平原、黄淮海平原、成都平原、江汉平原和洞庭湖平原等，区域地势平坦，农业气候条件好，土地肥沃，农业集约化程度高，高产稳产田比重大，是国家重要的粮食主产区（图1）。粮食总产量＞58.05万t（即22.99万t+1.5×St d.Dev万t）的157个县域生产了1.32亿t粮食，占全国总产量的26.24%，主要分布在江苏、安徽、黑龙江、吉林、河南、山东和四川。④粮食总产量较低的县域主要分布在胡焕庸线以西地区，地势起伏较大，水资源较为匮乏，坡耕地较多，农业生产条件较差。粮食总产量＜11.31万t（即22.99万t-0.5×Std.Dev万t）的874个县域生产了4781.96万t粮食，仅占全国的9.47%，在云南、山西、西藏、四川、陕西、新疆和内蒙古等省份分布较多。

图1 1998年和2009年县域粮食总产量空间分布特征

2009年，全国分县的粮食总产量呈正偏态（右偏态）分布，平均值为 26.42万 t，标准差（Std.Dev）为 29.61。775个县域的粮食总产量高于全国平均水平，占县域总数的33.78%。粮食总产量 ＞70.84万t（即26.42万t+1.5×Std.Dev万t）的168个县域生产了1.55亿t粮食，占全国总产量的29.04%，主要分布在黑龙江、河南、安徽、山东、江苏、吉林和内蒙古；粮食总产量 ＜11.62万t（即26.42万t-0.5×Std.Dev万t）的883个县域生产了4293.11万t粮食，仅占全国总产量的8.02%，主要分布在西藏、云南、山西、四川、陕西、新疆、福建、内蒙古和甘肃。1998～2009年间，粮食生产向主产县域和产粮大县集中，粮食总产量较大和总产量较小的县域个数均在增加，粮食总产量的两极分化趋势加剧。

1998～2009年县域粮食总产量变化幅度（ΔGi）为-66～147万t，平均值为2.85万t。-10万t≤ΔGi≤10万t的县域（1845个）占总单元数的80.43%。ΔGi≥10万t的县域主要分布在黑龙江南部、内蒙古东部、吉林中东部、河南东部、安徽西部、山东西部和江西中部，东北平原和黄淮海平原的粮食生产功能进一步凸显。ΔGi＜-10万t的县域主要分布东部沿海，珠江三角洲、长江三角洲地区和京津都市区分布最为集中。

（2）县域人均粮食占有量的空间格局。1998年人均粮食占有量＞600 kg的县域共475个，主要分布在东北平原、黄淮海平原、江汉平原、鄱阳湖平原、洞庭湖平原等平原集中分布区。人均粮食占有量＜300 kg的县域共584个，在东南沿海、云贵高原、西藏、地级市辖区以及第二阶梯向第三阶梯的过渡带分布较密集[18]。2009年，人均粮食占有量＞600 kg的县域共568个，人均粮食占有量＜300 k g的县域共738个。与1998年相比，2009年缺粮区和重要余粮区的县域分别增加了154个和93个，缺粮区县域个数增加趋势更明显，表明在粮食总产量增加的同时，县域人均粮食占有量的空间格局发生显著变化，区域间粮食的流通量加大。

人均粮食占有量变化幅度（ΔGPi）为-344～433 kg/人，-100 kg/人≤ΔGPi≤100 kg/人的县域 2210 个。ΔGPi＜0 的县域主要分布东南沿海经济发达区和中西部山地丘陵生态环境脆弱区，浙江、福建、广东、广西、海南、青海、西藏和四川等分布最为密集；ΔGPi≥0的县域主要分布在平原，东北平原和黄淮海平原分布最为密集。ΔGPi＞100 kg/人的县域主要分布在内蒙古东西两翼、黑龙江南部、吉林北部、河南大部、江西中部；ΔGPi＜-100 kg/人的县域除在东南沿海分布较密集外，其他地区分布较分散。

（3）县域粮食生产类型划分。结合已有研究，本文将50万t作为县域粮食总产量高低的划分标准，将人均粮食占有量400 kg作为区域粮食供需是否平衡的标准。基于1998年的县域粮食总产量（Gi）、人均粮食占有量（GPi）和1998～2009年人均粮食净变化量（ΔGPi）将2294个县域划分为6种类型（图2）。

图2 1998～2009年中国县域粮食生产增长类型

Ⅰ类：粮食总产量高，输出能力强，人均粮食占有量增长型（Gi＞50 万 t、GPi＞400 且 ΔGPi＞0）：共 215 个县域，集中分布在东北平原、黄淮海平原、江汉平原等平原区。2009年，粮食总产量1.67亿t，总人口2.23亿，人均粮食占有量高达749 kg，约为全国平均水平的2倍。耕地资源丰富且呈连片分布，农业生产条件好，是中国重要的粮食产区和商品粮输出区。

Ⅱ类：粮食总产量高，输出能力强，人均粮食占有量递减型（Gi＞50 万 t、GPi＞400 且 ΔGPi≤0）：共 17 个县，与Ⅰ类区嵌套式分布。农业生产条件较优越，但在粮食播种面积下降和人口快速增长的综合作用下，粮食总产量占全国比重由1998年的1.9%下降到2009年的1.6%，人均粮食由1998年的533kg/人下降到2009年的448 kg/人，粮食输出能力下降。

Ⅲ类：粮食总产量低，输出能力强，人均粮食占有量增长型（Gi≤50 万 t、GPi＞400 且 ΔGPi＞0）：共 666 个县域，占县域总数的18.8%，主要分布在Ⅰ类和Ⅱ类区域周边。这些县域的粮食总产量相对较小，但人口也较少，2009年人均粮食597kg/人。1998～2009年间，区域粮食总产量增加了2728万t，占全国比重由31.60%增长到34.90%，粮食输出能力增强。

Ⅳ类：粮食总产量低，输出能力强，人均粮食占有量递减型（Gi≤50 万 t、GPi＞400 且 ΔGPi≤0）：共 306 个县域，多分布在山地丘陵区。在退耕还林等政策的影响下，2009年粮食总产量比1998年下降了17.75%，人均粮食降低到384 kg/人，由粮食调出区转化为调入区。

Ⅴ类：输入需求强，人均粮食占有量增长型（GPi≤400且ΔGPi＞0）：共627个县，分布较广。2009年粮食总产量比1998年增加1422万t，增幅为18.07%，但由于农业生产条件较恶劣，2009年人均粮食量仅264 kg/人，仍需大量调入粮食。

Ⅵ类：输入需求强，人均粮食占有量递减型（GPi≤400且ΔGPi≤0）。此类型的县域分为两类：一类分布在地形起伏度大、干旱少雨的山地丘陵区，恶劣的自然条件和不完善的农业基础设施形成了较弱的粮食生产能力，发展种植业生产的限制因素多；另一类分布在东部沿海经济发达区和城市辖区，建设用地扩张占用大量良田，耕地快速减少，而人口急剧增长使粮食自给率持续下降。2009年人均粮食仅152 kg/人，未来增加粮食产量的潜力有限，需要大量调入粮食。

2.3 不同尺度的粮食生产变化特征

粮食生产重心逐步北移，人口重心南拓，“北粮南运”的产销格局仍将持续（图3）。①1998～2009年，省域粮食总产量重心沿着北偏东方向移动106 km，人口重心沿着南偏东方向移动了7 km，粮食总产量重心与人口重心间的距离由1998年的152 km扩大到2009年的258 km。②县域粮食总产量重心由河南扶沟县移至河南长垣县，向北偏移了99 km，人口重心向西南方向偏移了12km，两重心间的距离由200km扩大到2009年的303km。③1998～2009年间，省域和县域粮食总产量重心和人口重心的移动距离存在差异，但移动轨迹相似，即粮食生产向北部集中，人口却向南部积聚，“北增南减、北粮南运”的粮食产销格局呈现加剧趋势，粮食供需的区域差异加大；重心主要是在南北方向上迁移，人均粮食占有量的纬向变化大于经向变化。

图3 中国粮食产量和人口分布重心轨迹

人均粮食占有量的区域差异增大，空间趋同性增强，进一步加剧了区域粮食供需矛盾。本文采用变异系数（CVi）、基尼系数和Global Moran’s I[19-20]估计值进一步量化粮食生产的相对差异。①省域和县域人均粮食占有量的CV值分别由1998年的0.39、0.78增加到2009年的0.62、0.90，两个尺度的区域差异均呈现增大趋势，CV县域＞CV省域。②省域和县域人均粮食占有量的基尼系数分别由1998年的0.156、0.340增加到2009年的0.262、0.415，人均粮食丰缺两极分化现象加剧。③选用基于邻接的“Polygon Contiguity”规则，计算了中国人均粮食占有量的Global Moran's I估计值（表2）。Global Moran's I估计值全部为正，检验结果均通过了1%的显著性检验，且Global Moran's I值在不断增加，说明人均粮食占有量比较接近的县域在空间上的趋同性增强，临近县域人均粮食占有量的空间差异在缩小。

表2 人均粮食占有量的Moran's I估计值

3 结论与讨论

本文分析了1998年以来中国区域和省域粮食生产的时空分异格局；以县域为基本单元，揭示了县域尺度粮食生产的演进特征，并对县域粮食生产类型进行划分。研究结果表明：①1998年以来，中国粮食总产量增加了0.34亿t，粮食总产量较高的区域集中在东北地区和中部地区，总产量较低的区域主要分布在胡焕庸线以西地区；粮食生产向主产县域集中，东北地区和中部地区的粮食总产量增加明显，粮食总产量的两极分化趋势加剧。②人均粮食占有量变化区域差异显著，东南沿海经济发达区和中西部山地丘陵生态环境脆弱区县域的人均粮食占有量下降明显，东北平原和黄淮海平原等平原区人均粮食占有量上升明显；粮食总产量重心北移与人口重心南迁同在，人均粮食占有量两极分化与人均粮食占有量空间集聚性增强的现象并存，使地区之间、产销区之间、品种和季节之间粮食平衡调剂难度加大，粮食区域矛盾加剧。③基于1998年县域粮食总产量、1998年人均粮食占有量和1998～2009年间人均粮食净变化量将2294个县域划分为6类。

《中国耕地质量等级调查与评定》结果显示，我国耕地质量等别呈现总体偏低、分布集中、经济发展区域与优质耕地分布区域在空间上复合等特点。调出商品粮最多的东北地区耕地平均质量等级较低，农田基础设建设滞后；黄淮海平原区存在着农民收入水平低等问题，而水资源短缺制约着粮食生产能力的进一步提升；东南沿海水土光热条件好，但建设用地的快速扩展导致耕地急剧减少，而非农就业机会增多引致的耕地撂荒、复种指数下降等现象突出，耕地“非农化”流失以及耕地“非粮化”倾向将造成人均粮食占有量进一步下降。因此，结合《全国土地整治规划（2011～2015年）》、《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划(2009～2020年)》，以县域为单元科学划分国家级层面的粮食生产地域功能类型区，积极实施土地整治重大工程，强化东北平原区、华北平原区等10个农用地整治重点区域的高标准基本农田建设、加快推进黄淮海等平原区的农村土地综合整治和农田水利设施建设、稳定东南沿海的耕地面积并着力提升粮食播种面积；同时，创新粮食生产地域功能调控机制与政策，包括完善商品粮基地建设的质量考核体系、创新粮食安全基地建设稳定投入政策、加大财政转移支付等措施，科学调控粮食增产和农民增收的关系，是有效破解“三农”问题、保障国家粮食安全的重要突破口[21]。

本文采用区域、省域和县域层面的数据，系统分析1998～2010年中国粮食生产的区域格局变化。由于无法获取大量样本数据，本文仅分析了粮食总产量和人均粮食占有量的时空动态格局，尚未分析典型类型区粮食格局演化的驱动机制、所造成的生态环境效应及其优化调控机制；尚未系统分析粮食结构以及作物品种的供需关系，这在一定程度上限制了研究的深度。此外，情景模拟中国粮食生产的未来格局，并创新粮食生产的优化调控机制与对策，是下一步亟需深入研究的重要方向。

[1]国家发展改革委..国家粮食安全中长期规划纲要(2008-2020)[EB/OL].http//:www.gov.cn.2008-11-13.

[2]刘彦随,王介勇,郭丽英.中国粮食生产与耕地变化的时空动态[J].中国农业科学,2009,42(12):4269-4274.

[3]刘纪远,张增祥,徐新良,等.21世纪初中国土地利用变化的空间格局与驱动力分析[J].地理学报.2009,64(12):1411-1420.

[4]屈宝香,张 华,李 刚.中国粮食生产布局与结构区域演变分析[J].中国农业资源与区划,2011,32(1):1-6.

[5]李晓,谢永生,李文卓,等.黄淮海冲积平原区粮食生产生态成本探究[J].中国农业科学,2011,44(11):2294-2302.

[6]程琨,潘根兴,邹建文,等.1949-2006年间中国粮食生产的气候变化影响风险评价[J].南京农业大学学报,2011,34(3):83-88.

[7]陆大道,樊杰.2050:中国的区域发展[M].北京:科学出版社,2009:117-120.

[8]金 涛，陆建飞.江苏省耕地变化与粮食生产地域分化[J].农业现代化研究,2011,32(4):405-408.

[9]杨 春,陆文聪.中国粮食生产空间布局变迁实证[J].经济地理,2008,28(5):813-816.

[10]Long H L,Zou J.Grain production driven by variations in farmland use in China:an analysis of security patterns[J].Journal of Resources and Ecology,2010,1(1):60-67.

[11]Yin P H,Fang X Q,Yun Y R.Regional differences of vulnerability of food security in China[J].Chinese Geographical Science,2009,19(5):532-544.

[12]姚成胜,汪莹.我国中部地区粮食生产波动性的成因及其政策建议[J].农业现代化研究,2011,32(4):400-404.

[13]熊友云,张明军,刘园园,等.中国粮食产量省区差距变化及其成因分析[J].自然资源学报,2009,24(6):965-974.

[14]Heilig G K,GFiseher,HvanVelthuizen.Can China feed itself?An analysis of China’s food prospects with special reference to water resources[J].International Journal of Sustainable Development and World Ecology,2000,7:153-172.

[15]辛良杰,李秀彬,谈明洪.中国区域粮食生产优势度的演变及分析[J].农业工程学报,2009,25(2):222-227.

[16]刘东,封志明,杨艳昭,等.中国粮食生产发展特征及土地资源承载力空间格局现状[J].农业工程学报,2011,27(1):1-6.

[17]李裕瑞,吕爱清,卞新民.江苏省人均粮食地域格局变化特征及驱动机制[J].资源科学,2008,30(3):423-430.

[18]刘玉，高秉博，潘瑜春.中国县域人均粮食占有量空间变异特征研究[J].中国农业大学学报,2012,17(3):154-162

[19]姜世国,滕骏华 (译),王法辉.基于GIS的数量方法与应用[M].北京:商务印书馆,2009.

[20]靳诚,陆玉麒.基于县域单元的江苏省经济空间格局演化[J].地理学报,2009,64(6):713-724.

[21]刘玉，刘彦随，郭丽英.环渤海地区粮食生产地域功能综合评价与优化调控[J].地理科学进展,2010,29(8):920-926.