小麦空间布局演变及驱动因素分析的研究现状*

叶志标，李文娟

(1.松阳县农业局，浙江丽水 323400； 2.中国农业科学院农业资源与农业区划研究所，北京 100081)

0 引言

“五谷者万民之命，国之重宝。”粮食作为人类生存不可或缺的东西，对于全人类的发展都具有重要的战略意义。作为世界上人口最多而人均耕地面积相对较少的国家，稳定和增加粮食生产必须作为一项基础性、长期性和战略性目标。小麦是我国主要粮食作物之一，种植面积占粮食作物总面积的22%左右，产量占粮食总产的20%以上，是我国主要的商品粮和战略储备粮，在粮食生产、流通和消费中具有重要地位，发展小麦生产对我国国民经济发展和人民生活具有重要意义[1,2]。 因此，对小麦空间布局的研究进行综述分析，有利于明确我国小麦种植的空间演变基本规律和驱动机制，为进一步优化小麦生产空间布局，发挥主产区比较优势，提高小麦综合生产能力，保障国家粮食安全等工作提供理论支持。

农作物的空间格局体现了一定区域或生产单位内农业土地利用的基本形式和结果，是作物种植结构、熟制与种植方式等方面的综合空间表达，也反映了利用农业资源开展农业生产的状况，其主要内容大体分为3类：农作物的组成与布局、复种或休闲以及作物的种植方式[3]。 其中作物的组成与布局，指种植内容和范围，是农业发展与地区自然、经济、社会条件相结合的过程[4]； 作物的复种或休闲，指特定的农业区域下特定作物一年几熟或几年几熟的问题； 作物的种植方式，则包含了如何种植的问题，包括连作、轮作、间种与套种等[5]。

作为重要的粮食作物，小麦生产及空间布局受到大量学者的关注和研究。近年来，我国高度重视主要粮食作物的空间布局和优势区划，越来越多的学者从不同专业角度，开展了深入的研究。我国小麦空间布局演变，实际是全国小麦主产区生产和布局综合作用的结果。研究全国范围内的小麦空间布局的演变，在一定程度上就是研究各小麦主产区的生产变化规律，并有针对性地开展驱动因素和制约因素分析。

1 小麦空间布局的研究

科学的粮食生产布局是实现粮食安全的重要途径。伴随着工业化、城市化进程的加速推进，中国粮食生产布局发生了明显变化，粮食生产空间布局问题越来越引起广泛关注。黄爱军较早观察到中国粮食生产呈现出“全国粮食增长中心逐渐北上”的趋势，指出了伴随粮食生产的发展，我国粮食生产的区域格局也发生了重大变化，历史上长期“南粮北调”的局面已告结束，取而代之的是“北粮南调”[6]。 一些研究也利用省域或县域粮食产量数据，采用集中度指数[7-9]、 比较优势指数[10-12]、 重心变化[13-16]、变异系数[17，18]和空间统计分析[19，20]等方法，在省域、地市、 南北地区、三大地带、七大经济区、八大粮食产区、中国农业功能区[21]、 自然地理分区[22]等区域尺度下，详细研究并刻画了这一变化的空间特性。刘彦随等[10]、 邓宗兵[7，23]等通过对粮食生产的区域变化进行定量分析，进一步验证了中国粮食生产格局变动的总体特征已由“南粮北调”转变为“北粮南运”、“北进中移”以及北部和中部成为主要“增长极”等结论。刘玉杰[24]等研究发现：全国主要粮食调出区已由20世纪70年代初的松辽河区、长江区、珠江区和东南诸河区转移、集中到2000年初的松辽河区和淮河区，这样的转移特征，表明松辽河区和淮河区成为了全国粮食增产中心，也证实了“北粮南运”的存在，同时刘玉杰[12]等学者还指出粮食增产中心北移可能会产生严重的生态问题。这些研究成果加深了人们对中国粮食生产格局变化的认识。

然而，李立军，褚庆全等人认为，粮食生产重点北移及“北粮南运”的说法值得商榷[4]。 其研究认为：主要粮食作物的播种面积和产量的变化虽然呈现出一定程度的北方增速较快的现象，但整体生产格局变化不大，主要依据为：水稻仍然以南方为主； 北方各区小麦生产均呈下滑趋势，黄淮海区优势明显； 东北仍为玉米大豆的主产区。

从小麦具体区域布局变化看：王勇采用适用粮食区域布局优化的比较优势模型，测算了各省区及黄淮海区域内各县区小麦生产比较优势指数并探究了布局特点，研究认为：全国小麦综合比较优势区向缺水的黄淮海地区，尤其是向冀鲁豫3省集中，区域内则呈现向鲁西南、豫东、皖北一带集中[25]。达存莹、岳云等人通过对西北5省小麦生产情况开展综合效益分析后得到：西北5省小麦种植面积持续下降，单产稳步提高，推广集成技术和增加投入是增产的关键[26]。刘珍环、唐鹏钦等利用SPAM-China模型，获取1980—2010年30年东北地区的10km像元尺度上种植结构的分布信息，并采取空间叠加方法分析种植比例及其结构类型的时空变化特征，研究认为种植结构类型分布主要受到了玉米和大豆主导，东北地区小麦种植持续萎缩至局部地区[27]。

总体而言，针对粮食空间格局演变特征的研究，学者们运用不同的空间尺度、不同的研究方法和衡量指标，较为一致地得出了“南粮北调”转变为“北粮南运”、“北进中移”的变化特征，虽然也有研究认为整体生产格局变化不大，但从小麦空间格局变化上看，总体向黄淮海区集中的特点较为突出。基于这一变化，部分研究还指出中国粮食生产格局变化对水热资源高效利用的不利影响[28]，以及提出北进中移的粮食区域布局，可能会产生严重的生态问题，造成区域水土资源的超负载，加剧粮食生产受灾风险[24]。

2 驱动因素的研究

2.1 气候因素

气候因素是驱动作物空间布局演变的重要因素，关于气候因素影响作物空间布局演变的研究有很多，尤其是以气候变暖为主要特征的气候变化对小麦生产可能影响的研究较为丰富，主要围绕气候变化、气候变化的成因、气候变化引起农业脆弱性增加和对小麦生产的可能影响展开讨论。杨晓光、刘志娟等开展了一系列全球气候变暖对我国种植制度影响的研究，认为在不考虑品种变化、社会经济等方面因素前提下，主体种植模式的粮食单产有不同程度的提升，与1980年前相比， 1981—2007年辽宁省、河北省、山西省、陕西省、内蒙古、宁夏、甘肃省和青海省冬小麦的种植北界不同程度北移西扩，变化区域内可以实现春小麦改种冬小麦，单产平均增加约25%[29]。并在此基础上，对未来气候对我国种植制度可能影响进行了分析，认为与1980年前相比， 2011—2040年和2041—2050年我国冬小麦的种植北界在辽宁省、甘肃省和宁夏区存在不同程度向北移动，而在青海则表现为明显西扩，在不考虑其他因素影响的前提下，变化区域内的冬小麦替代春小麦可带来单位面积产量的提高[30]。从气候变化对小麦冬春性品种种植界限的影响看， 1981—2010年由于冬季温度上升，冬春性品种种植界限明显北移，其中强冬性品种界限变化最明显，北界北移趋势总体大于南界，小麦种植区域面积增加[31]。蔡剑、姜东的研究也认为：CO2浓度升高，气候变暖，有利于冬小麦种植区向春小麦区扩展，辽宁、河北、陕西、内蒙古等省区小麦种植边界显著北移，青海、甘肃种植边界显著西扩[32]，这也与杨晓光等的研究基本一致。刘颖杰、林而达分析了不同地区温度变化、农业生产资料投入以及播种面积变化与粮食总产的关系[33]。Abrahamson等则对于气候变暖产生的风险、不确定性进行了论述[34]。 此外，一些研究评估了气候变化背景下中国小麦生产潜力变化主要特征和气候归因，田展等基于农业生态区模型，对比分析近50年气候变化背景下中国农业气候资源变化及其对小麦生产潜力的影响[35]。王斌、顾蕴倩等以气温、日照时数等日气象数据为基础，计算冬小麦生长季和关键时期的光、热资源及其配比，研究光热资源变化趋势对小麦生产潜力的影响[36]。

气候因素对于小麦生产及其空间布局具有重要的影响，总体来看：已有研究主要从气候变暖和气候光热水条件等两个角度出发，分析气候因素对于小麦生产潜力及空间适应性的作用，研究认为气候变暖一方面造成了全国种植制度界限不同程度北移西扩，扩大了小麦可种植面积； 另一方面，气候变暖导致部分地区降水减少，反而不利于小麦生产； 气候光热资源及其配比状况的改变，使得区域小麦生产条件发生了改变和转移，影响区域小麦生产力，并最终作用于小麦的空间布局。

2.2 技术进步因素

技术进步是驱动作物生产及空间布局演变的重要因素，研究小麦主产区的生产技术效率和技术进步问题，对于稳定小麦生产、挖掘小麦生产潜力具有重要意义。杨尚威研究认为：我国小麦生产逐步向黄淮海地区和优势省份集中，技术进步在推动小麦生产区域专业化过程中发挥了重要作用，特别是育种技术的突破，促进小麦在生产条件适宜区域集中种植[37]。贾筱智借助随机前沿生产函数模型和聚类分析方法，用15个主产区小麦生产的投入产出面板数据，对小麦生产技术效率、技术进步率、各投入要素的贡献进行了测算分析，并对比了省区差异，研究认为：各产区总体技术效率水平较高，且呈现波动上升趋势，各省区间差距较大，但同时小麦生产的技术变化增长率呈下降趋势，增长势头有所减弱[38]。魏丹、王雅鹏运用主成分回归模型，测算了科技进步对于三大作物的贡献率，其中，科技对小麦单产提高的贡献率为24.48%[39]。孟令杰等测算了2002年各小麦产区的综合技术效率、纯技术效率及规模效率，认为各产区技术效率的差异主要来自投入方面[40]。 亢霞等运用了随机前沿生产函数，研究了小麦生产的技术效率，认为提高技术效率是增加粮食产量的现实选择[41]。 此外，也有一些研究运用参数方法等其他方法开展技术进步研究[42，43]。

从已有研究看，技术进步主要作用于小麦生产潜力上，并推动主产区域专业化水平的提升。我国小麦生产虽然已经取得较为明显的技术进步，但仍需加强对小麦生产技术及育种技术的开发，推进小麦稳产高产，提升小麦主产区专业化水平。

2.3 生产投入因素

物质和劳动的投入是影响粮食生产能力和区域布局演变的又一重要因素。作为重要的物质投入，化肥投入与粮食生产潜力及区域布局密切相关。陈同斌、曾希柏等学者研究了不同地区，粮食生产潜力和化肥增产效率分异规律，认为东部地区粮食生产潜力大，增产潜力小，因此化肥应重点考虑投向中部和西部地区[44，45]。杨春的研究认为：小麦生产布局在华北和华中区域扩大，与人均耕地规模扩大、灌溉条件改善和技术进步有关，而东北区、西南区和华东区域布局的缩减，主要受自然灾害和非农产业影响[46]。曾靖等从优化化肥投入，确保粮食安全的角度进行了研究[47]。 劳动投入是另一项重要的生产投入，何蒲明等人通过对粮食单产与劳动投入和种粮收益之间关系的实证研究，提出了提高农民种粮积极性，进一步推广应用农业机械，加大农业科技投入的政策建议[48]。

2.4 其他社会经济因素

国内外研究除了讨论气候、技术进步、生产投入因素以外，还研究了其他社会经济因素对于粮食生产及其区域布局变化的影响，这些社会经济因素主要包括：市场、交通、政策、生活习惯等等。陈飞、范庆泉、高铁梅利用动态面板的GMM方法分别估计了农业政策对小麦、稻谷、玉米作物播种面积、单位产量及总产量的影响，并对我国粮食生产调整能力及农业政策影响的长期效应进行了定量分析，证明了农业政策对粮食生产具有显著正向影响[49]。 杨尚威认为：市场对于小麦生产区域专业化发挥了一定作用，特别是优质专用麦价格上升，市场需求扩大的影响，但与政府扶持相比，力量相对有限[37]。此外，关于市场、价格、交通、消费习惯等因素的研究发现，各个因素都在潜移默化中影响着粮食生产者的积极性与粮食生产决策，并最终影响一个区域乃至全国的粮食生产状况与区域布局[50-52]。

3 分析方法的研究

3.1 重心模型

农作物生产重心分析借用了力学原理，将物理学上的重心概念延伸至农业生产的空间分析，用以研究农业生产的空间变化[53]。 最早利用重心概念研究地理事物空间分布变化的是美国弗·沃尔克，他于1874年首先提出了人口重心的概念[13]。1992年，郭柏林在研究中提出了粮食分布重心的概念，并对于重心移动过程进行了描述[28]。 重心模型在研究作物空间布局中得到广泛的推广和应用，罗其友等就将重心模型应用到马铃薯生产区域格局变化的研究中，分析我国马铃薯生产重心的演变趋势[53]。王介勇等构建了1990—2005年的粮食产量重心模型，产量重心体现“北上西进”态势，但产量优势区域空间格局尚不稳定，并从资源、经济、技术和政策等角度分析了驱动因素[54]。杨建仓、雷水玲通过计算历年小麦种植面积和产量重心，认为1949年之后全国小麦种植重心逐渐向北、向西移动， 20世纪70年代继续逐步向西移， 20世纪90年代向北偏移后又逐步回移，重心的南北移动与气候变化有关[55]。张军、覃志豪、李文娟、尤飞等运用了重心分析模型，揭示出1949年以来中国粮食生产在不同时段的发展变化特点和总体演变趋势，研究结果表明粮食生产重心向东北偏移了148km[14]。 聂雷、郭忠心等人运用重心模型，定量分析了改革开放以来中国粮食及主要作物稻谷、小麦等生产重心的演变轨迹，探讨了重心演变规律，研究结果表明粮食生产重心总体上持续向北移动，年均移动距离28.03km，其中小麦的生产重心变化规律为稳定徘徊[56]。 刘玉等、邓宗兵等和徐志宇等也分别基于生产数据，运用重心模型分析，证实了小麦生产重心及产区逐渐向中部集中[16， 23， 57]。

可以看到，重心分析模型被许多学者用于粮食作物生产重心转移问题的分析。但是，重心分析模型需要假设区域为均质平面，因此，以省区为研究单元时，粮食生产重心都集中于各省的地理中心。此外，由于小麦重心移动方向不明显，运用此模型时会出现移动距离误差[23]。 当然，重心模型作为一种研究粮食作物空间布局的方法，能够很直观地表现出粮食生产区域的变化，在今后的研究中，根据具体研究问题加以科学地运用。

3.2 计量经济学方法

计量经济学方法是另一个被广泛应用在粮食空间布局演变及驱动因素研究中的方法，尤其是在开展驱动因素分析过程中，计量经济学方法能够很好地反映各个驱动因素对于作物空间布局的作用。近年来，空间计量经济学方法快速发展[58-62]，杨万江、陈文佳在研究水稻生产空间布局演变过程中，基于1978—2009年中国各地区水稻生产的面板数据，应用空间计量经济学方法，对水稻生产空间布局变迁影响因素开展实证分析，研究认为：水稻生产空间布局变化与农业劳动力、化肥施用量、有效灌溉面积、水稻单产和耕地面积呈显著正相关，与非农就业机会呈显著负相关[60]。 杨春、陆文聪也运用空间计量Moran′s I及 Panel Data 模型，在分析了中国31个省级区域粮食生产空间布局特征及其影响因素后，认为粮食生产空间布局区域格局同时受到自然环境、社会经济和技术水平等因素的影响，但社会经济和技术水平的影响更为突出，随着经济环境和技术水平的不断变化粮食生产空间布局区域格局将不断发生变化[61]。 在此基础上，他们于2010年，又运用计量经济学方法，首次从县域视角对2007年中国2 400多个县份的粮食生产区域格局进行了实证分析，结果表明县域粮食生产区域格局的形成，不仅与人均耕地面积、经济效益比、生产技术、非农就业机会、城镇化和人均GDP等因素密切相关，而且与相邻县粮食生产之间存在明显的空间依赖性[62]。

计量经济学方法被广泛应用在粮食区域布局演变的研究中，国内外学者在空间面板数据模型方面有过不少研究。罗万纯等、陆文聪、梅燕等都利用省区面板数据，对影响中国粮食生产区域格局的因素进行分析，由于模型建立所选变量不同，研究结果也有所区别。罗万纯等认为人均耕地面积、粮食单产和经济效益比是3个最主要的影响因素，陆文聪、梅燕等则认为粮食播种面积、劳动力数量、受教育水平及化肥农机投入对粮食生产区域格局具有正面影响[8，19]。因此，计量经济学方法对各种驱动因素进行分析，但需要合理选择变量。

3.3 比较优势模型

比较优势模型是另一种运用较为广泛的经济学模型，早在1998年，姜洁、安晓宁就对小麦生产区域的比较优势进行了模型分析[63]。 王明利和李志军在研究粳稻生产特点时，测算并分析了不同地区粳稻生产的效率比较优势、规模比较优势和总区域比较优势[64]。 卢布等人则在充分研究各地小麦生产状况比较优势的基础上，对农业农村部(原农业部)《专用小麦优势区域发展规划(2003—2007年)》的范围进行了调整[2]。 李明辉等采用区域综合比较优势指数，实证分析了1994—2013年中国小麦生产区域格局的演变情况，研究认为我国小麦生产的优势省区更加集中化，省区数量由原来的15个减少到12个，黄淮海区特别是河南省、山东省和河北省的重要性更加突出，西南区、西北区、青藏区和西北区逐步弱化，自然资源禀赋差异、成本收益低下、劳动力机会成本增大、人均耕地面积偏小是生产布局演变的主要因素[65]。也有学者把重心分析模型与比较优势模型结合起来进行粮食区域布局研究，既揭示粮食布局演变的轨迹，又提示引起布局演变的区域比较优势。罗其友在其马铃薯生产区域格局研究中，就很好地结合了重心模型和综合比较优势模型，进行各地区比较优势的测算[53]，为研究其他作物空间布局及驱动因素分析提供了借鉴。

运用比较优势模型，能够实现区域农业自然资源察赋、社会经济及区位条件、农业科学技术、农业种植制度，以及市场需求等多因素的量化测算，是研究区域优势和进行驱动因素分析的一种有效方法。

3.4 其他模型方法与指标

全国小麦生产空间布局的变化，与区域小麦生产情况息息相关，综合各区域小麦生产潜力的研究，能够反映全国小麦生产空间布局情况。因此，在开展粮食生产及布局的分析中，已有研究还采用了多种其他模型来揭示各类因素对于区域粮食生产潜力的影响，例如，刘洛等人采用了GAEZ(Global Agro-Ecological Zones)大尺度土地生产力模型，结合气象、地形、土壤等因素，定量分析了粮食生产潜力的空间特征以及1990—2010年耕地变化对于粮食生产潜力的影响[66]。 熊伟、林而达等联系社会发展规划，将未来社会经济发展情景与区域气候模型、水资源模型和作物模型相连接，采取模型模拟的方式，综合评估和分析未来中国的粮食生产状况[67]。 田展、梁卓然等则采用了基于IIASA最新开发的农业生态区模型AEZ 3.0模拟气候变化对中国小麦生产潜力的影响[35]，各种模型在研究小麦、玉米、水稻等作物生产潜力和农作物区划中得到了较为广泛应用[68-70]。 此外，还有一些作物系统模拟模型被用到农业生产的定量评价中，Elke等采用农业生态学模型Day Cent模拟了全球的主要作物的产量； 石晓燕、汤亮等基于小麦生长模拟模型，并与GIS相耦合，建立小麦区域生产力预测模拟模型，模拟小麦区域生产力[71]； Stehfest.E采用Day Cent模拟了全球的主要作物的产量[72]，曹云者等利用玉米模型模拟了河北省5个玉米气候区光温生产潜力[73]。

各种模型方法总体上都是围绕粮食生产能力、生产潜力而进行的。这些模型方法的引入，一方面为农作物空间格局的演变研究打开了新的视角，提供了新的研究理论与方法，另一方面，由于具有很强的专业性，在研究应用过程中，需要更深入的对比研究。

4 总结

小麦是我国主要粮食作物，综述分析小麦空间布局演变及驱动因素的研究，有利于明确我国小麦种植的空间演变基本规律和驱动机制，为进一步优化小麦生产布局，提高小麦综合生产能力，保障国家粮食安全提供理论支持。该文基于大量文献资料，对我国小麦空间布局、驱动因素、研究方法等方面的研究成果进行了梳理与总结，主要研究结论如下。

(1)我国粮食空间布局演变的总体规律为：由“南粮北调”转变为“北粮南运”、“北进中移”，北部和中部成为了全国粮食的增长中心，小麦逐步向缺水的黄淮海区集中，这样的布局变化也带来了区域水土资源负载加剧。

(2)小麦空间布局演变的驱动因素主要包含了气候因素、技术进步因素、生产投入因素和其他社会因素。其中气候因素的研究，主要围绕气候变暖和光、热、水等条件变化展开，气候因素的改变，影响了区域的水热资源配比，从而影响各个区域小麦的生产状况，并最终影响小麦的空间布局； 技术因素的研究表明：我国小麦生产已取得明显的技术进步，但仍需推进小麦生产发展的技术贡献率提升； 生产投入因素研究表明，需要优化化肥等物质投入，提升技术投入水平，激发生产者劳动积极性； 其他社会经济因素的研究表明，市场经济条件下，市场、价格、交通、消费习惯等其他社会经济因素对于调整粮食生产及其区域布局具有不可忽视的重要作用，在开展驱动因素分析过程中要细致挖掘潜藏因素及其作用机理。

(3)当前开展粮食空间格局演变及其驱动因素分析的研究，可以采取的主要研究方法有：重心分析模型、计量经济学方法，以及文中所列其他模型与方法。作为主要的研究方法，重心分析模型能够直观反映空间布局的移动轨迹，但只有在特定前提下效果明显； 计量经济学方法能很好地开展驱动因素的研究，但是不能直观展示空间布局演变的情况，同时，驱动因素的选择，也受数据资料等限制； 比较优势模型，能够较好地开展区域优势研究和驱动因素分析。因此，在今后的研究中，有必要进一步挖掘适用指标与模型，运用到粮食空间格局演变及驱动因素的研究中来。