山西省农业机械化水平评价及空间分异*

刘芸，李丽红，卢琦，裴二鹏，张静，郑德聪

(1.山西农业大学农业工程学院，山西太谷，030801；2.中国农业机械化科学研究院，北京市，100083)

0 引言

随着工业化、城镇化水平的推进，农村劳动力的大量转移，农业机械化的发展将成为必然。山西省农业立地条件较差，地貌类型复杂多样，丘陵、山地面积约占全省总面积的80%，平川、河谷面积约占总面积的20%[1-3]。由于自然、经济、社会条件等方面的差异，农业机械化区域发展不平衡的问题日益突出[4]。加之现代农业发展的新形势、新模式对山西省农业机械化发展提出了新需求，科学的对山西省不同地区农业机械化发展水平进行测度及空间差异分析，对缩小区域差距、统筹区域发展机制，推动山西省农业机械化整体快速、良性发展具有重要意义。

在农业机械化的研究方面，目前国外发达国家已基本实现农业机械化，单纯农业机械化方面的研究较少，研究多集中在农业机械化与农业经济发展、整个农业生产系统的优化分析与评价等方面[5-8]。现有国内关于农业机械化的研究主要集中在以下几个方面：一、对农业机械化发展进行系统分析。建立全面反映农业机械化发展情况的评价指标体系和评价方法，分析农业机械化发展现状，提出推进农业机械化发展的对策，揭示农业机械化发展的主要影响因素，定量分析其作用关系[9-12]。二、研究农业机械化对农业经济增长的作用，如定量分析农业机械化贡献率，农业机械化与农业劳动生产率、农业产量、农民增收、农村劳动力转移等的内在联系，各种要素的投入对农业经济增长的作用等[5, 13-15]。三、农业机械化发展趋势预测。主要集中在采用创新的方法手段，对全国和各地区的农机总动力、农业机械化装备水平、农业机械化作业程度进行科学预测[13]，正确引导农业机械化进一步发展。四、我国农业机械化发展阶段性及区域性问题。建立发展阶段模糊评判模型对全国及各个省市区农业机械化发展阶段进行评判。针对我国不同地区、同一省内不同县市在自然资源和经济发展上的巨大差异，对农业机械化发展的不平衡性和空间分布规律进行研究[16-17]。

现有研究成果为促进我国农业机械化的发展提供了重要参考，但仍存在一些不足。当前有关农业机械化的研究大多以农机总动力来表征某地区机械化的程度，然而这类指标无法准确衡量该地区真实的机械化情况[18-20]。因此，本研究以农作物综合机械化率作为衡量地区农业机械化水平的指标，对山西省及所辖11个地级市的指标值进行测算，并在此基础上进行空间差异分析，旨在为更好地推动山西省农业机械化整体协调发展提供理论依据。

1 研究方法

1.1 农作物综合机械化率的测算

1.1.1 加权综合法

农业农村部对于农作物综合机械化率的测算是由耕、种、收三个环节的机械化程度加权综合计算得出，以MR、MP、MS、MH分别代表农作物综合机械化率、耕整地机械化程度、播栽机械化程度、收获机械化程度，具体方法如式(1)[21]。

MR=0.4MP+0.3MS+0.3MH

(1)

随着社会经济和农业机械全程全面化的发展，农业机械化作业指标也应随之调整才能科学反映农业机械化作业水平。结合山西省农机实际作业情况，本文增设了灌溉机械化程度MI和植保机械化程度MPP两个指标，并采用德尔菲法即专家匿名函询方式确定各指标权重。将五个环节的机械化率加权综合计算得出本地区农作物综合机械化率MR*。具体方法如式(2)。

MR*=0.30MP+0.20MS+0.15MI+

0.15MPP+0.20MH

(2)

1.1.2 改进多边形面积法

考虑到5个维度的不完全替代关系，突出各环节相互联系、相互制约和协同作用的效果[22]，本文亦采用改进多边形面积法对农作物综合机械化率进行测算。该方法是在平面上确定一个中心点，以该点为起始向不同方向分布指标轴，每个指标轴代表一个评价指标。其中，轴线长度表示评价指标的大小，各轴之间夹角表示评价指标的权重。由于任何一个环节机械率不高都会导致农村劳动力转移的不充分，因此本文将五个维度等权处理[10]。在坐标系统中将各轴数值连线得到一个多边形，其面积可表征农业机械化综合评价结果[23-24](图1)。

图1 改进多边形面积法示意图

已知农业机械化水平为正向指标，其数值越大，多边形面积越大，表示农业机械化程度越高。多边形面积

MPP×MH+MP×MH)sin72°]

(3)

(4)

1.2 山西省农业机械化水平区域差异分析

泰尔指数是测度区域发展不平衡的重要指标，既可以衡量区域内差异，也可以衡量不同区域间的差异。本文以农作物播种面积为权重对区域差异进行分解[25]，计算公式如式(5)～式(6)。

(5)

式中：T——泰尔指数，其值越大表示机械化水平差异越大，反之越小；

Tb——区域间的差异；

Tw——区域内的差异；

Si——i区域的播种面积，hm2；i=1、2、3；

ST——山西省总播种面积，hm2；

Mi——i区域机械作业面积，hm2；

MT——山西省总机械作业面积，hm2；

Ti——未加权的组内泰尔指数。

(6)

式中：ni——i区域内的城市个数；

Sj——第j个城市的播种面积，hm2；

Mj——第j个城市的机械作业面积，hm2。

1.3 数据来源

以山西省及所辖11个地级市为研究对象，选取2017—2019年各地区机械作业情况统计数据作为样本(表1～表3)。机耕、机播、机电灌溉、机械植保、机收面积数据来自《山西农机统计年鉴》，农作物总播种面积、有效灌溉面积等来自《中国农业机械工业年鉴》《山西统计年鉴》及各地级市统计年鉴。

表1 2017年山西省及各地级市机械作业总体情况

表2 2018年山西省及各地级市机械作业总体情况

表3 2019年山西省及各地级市机械作业总体情况

2 结果与讨论

2.1 山西省农业机械化发展水平评价

加权综合法和改进多边形面积法得到的山西省综合机械化率变化趋势一致，但前者计算的结果要高于后者(图2)。原因在于加权综合法赋予机耕、机播两个环节较高的权重，且在实际生产过程中两个环节机械化程度较高，而多边形面积法较均衡地考虑了整个农业生产的五个环节，体现了机械化过程中的薄弱环节。

图2 不同测算方法下山西省综合机械化率

以多边形面积法为例，山西省农作物综合机械化率由2017年的57.75%提高到2019年的58.78%，各环节机械化作业表现出明显的不平衡性。研究期间农作物机耕率和机播率的平均值较高，分别为75.48%和73.64%，机电灌溉率和机收率平均值相对较低为64.49%和53.23%，而机械植保率的平均值仅为24.80%，大大低于其他环节(图3)。该数据表明山西省农业机械化发展的最薄弱环节为植保环节。

图3 2017—2019年山西省农业生产各环节机械化作业程度平均值

2019年，山西省11个地级市综合机械化率均超过50%，其中四个地级市超过全省综合机械化率，分别为运城市、朔州市、晋中市和临汾市(图4)。进一步分析可得(表4)，运城市机械化水平为68.43%，一直处于全省领先水平，农业生产五个环节机械化发展相对协调。朔州综合机械化率仅次于运城，为67.19%。其机电灌溉率为全省之最，达到92.30%，机耕、机播率较高为81.25%和75.04%，机收率相对较低为54.43%，机械植保率最低为34.95%。晋中市综合机械化率为63.15%，其中机耕率高达89.13%，机播率次之为81.94%，机电灌溉和机收率分别为55.66%和55.89%，其发展的薄弱环节亦是植保环节，仅为27.75%。临汾市综合机械化率为59.98%，其机耕、机播、机电灌溉、机收发展较为协调，均在65%以上，但机械植保率仅为18.17%，为最薄弱环节。

表4 2019年山西省各地级市机械化作业程度

图4 2019年山西省各地级市综合机械化率MR**

其余7个地级市综合机械化率均低于全省综合机械化率。其中，阳泉市为54.18%，其机播率为全省最高，达到87.57%，机耕率为81.01%，机电灌溉率为49.61%，但机械植保和机收率均较低，仅为8.86%和31.18%，成为制约其发展的两个薄弱环节。大同市综合机械化率为53.69%，机械植保和机收仍为两个薄弱环节，机械率分别为20.86%和34.29%。晋城市综合机械化率为52.02%，其机耕、机播、机收率处于全省中间水平，机电灌溉率较低为40.45%，机械植保率仅为11.23%，为最薄弱环节。紧随其后的是忻州市51.38%，其机耕、机播、机收率、机电灌溉率表现一般，机械植保仍最薄弱环节，仅9.65%。全省综合机械化率最低的是长治市50.52%，其机耕、机播率在全省处于中上水平，但其余三个环节均较薄弱，机收率42.43%，机电灌溉率36.74%，机械植保率为全省最低，仅4.50%。

本次评价结果中，值得注意的是太原和吕梁两座城市。在以往以耕种收机械化作业程度为评价指标的文献中，太原市机械化水平名列前茅，而吕梁市排名落后[17, 26]，但引入灌溉和植保两个作业环节后整体机械化水平发生了明显变化。本文测算的太原市机耕、机播、机收率分别为84.54%、75.78%和53.63%，处于全省中上水平，但机电灌溉率和机械植保率均位于末端，分别为16.75%和10.36%(图5)，其综合机械化率为50.87%，位于全省第十。造成这一结果的主要原因在于太原地区人均耕地面积较少，单位面积水资源占有量远低于全省平均水平[27]，当地农民注重发展果蔬等经济作物，对种植面积较广的粮食作物田间管理力度不够，阻碍了其全程全面机械化发展的进程。与之相反的吕梁市，虽然丘陵山地比例高、土地平整性差导致耕种收机械化作业程度低，但机电灌溉率较高为74.57%，机械植保率为19.45%，因此综合五个环节机械化水平，吕梁市在本次测算结果中排名居中。

图5 2019年太原市农业生产各环节机械化作业程度

2.2 山西省不同地区农业机械化发展水平的空间分异

为进一步分析山西省农业机械化发展水平的空间分异特征，本文采用系统聚类的原理将各地级市进行分类，利用SPSS软件生成聚类树状图(图6)。根据聚类分析的结果将11个地级市划分为3类区域。Ⅰ区包括运城、朔州、晋中、临汾4个市，其自然条件较好，平原面积较大，土地较为平整，农业生产组织程度和农机装备水平较高，因此农业机械作业程度较高。Ⅱ区包括阳泉、吕梁、大同3个市，该地区多为丘陵山地，地形地貌不利于农业机械的应用和推广，耕种收综合机械化率较低，但田间工程设施配套完好，机电灌溉率高，提升了全程机械化水平。Ⅲ区为晋城、忻州、太原、长治4个市，农业机械化水平发展相对较低。其中晋城、忻州地区多为丘陵山地，土地平整性差，降水时空分布不平衡，加之经济发展水平一般，农民对农机的投入力度不高，限制了当地农业机械化水平的发展。太原、长治两地经济较发达，农机装备水平也较高，耕种收机械率较高，但该地区各县区积极推进农业供给侧结构性改革，优化农业生产结构和区域布局，结合政府相关补贴政策，农民更加关注于水果、蔬菜、特种作物等高效益经济作物，忽视了粮食作物的田间管理，机电灌溉和机械植保环节机械率低，大大拉低了本地区整体农业机械化水平。

图6 聚类分析树状图

山西省综合机械化率的泰尔指数值从2017年的0.005 4升至2018年的0.005 6，再降至2019年的0.005 1，说明全省农业机械化水平整体差异呈现轻微波动状态(图7)。区域间差异和区域内差异与整体差异变化趋势相同，但区域间差异始终大于区域内差异，其中区域间差异对整体差异的平均贡献率为73.37%，平衡山西省各市农业机械的发展应着重缩小区域间差异。就三类区域内部而言，近三年Ⅰ区的泰尔指数变化不大，说明运城市、朔州市、晋中市和临汾市四个地级市农业机械化水平差异变化不大；Ⅱ区泰尔指数从2017年的0.000 8降至2019年的0.000 1，说明阳泉、吕梁、大同3市农业机械化水平差异不断缩小；Ⅲ区的泰尔指数呈波动状态，主要是因为太原、长治、晋城、忻州在地形地貌、经济发展水平各方面均存在明显差异。

图7 山西省机械化水平泰尔指数

为更加直观了解山西农业机械化发展水平的空间分布状况，本文利用ArcGIS软件生成机械化空间差异图(图8)。

图8 山西省农业机械化水平空间差异图

可以清晰地看出山西省各市区农业机械化存在空间的发展不平衡，西南部地区、中东部及北部地区农业机械化水平较高，而东南部及中北部地区发展明显较弱，导致这种空间差异的原因既有自然环境条件的因素、社会经济发展的不平衡，也与当地农业政策、农民的重视程度密不可分。因此，对于自然、经济条件较差的地区应加大农机投资力度，促进农民增收，同时结合不同区域农业机械化发展的基础和条件，因地制宜制定不同的推进机制，促进山西省农业机械化整体快速协调发展。

3 结论

本文分别采用加权综合法和改进多边形面积法对山西省及11个地级市农业机械化水平进行测算，并揭示其薄弱环节；根据评价结果采用聚类分析的方法将各地级市划分为三类区域，并运用泰尔指数分析不同区域农业机械化发展水平的差异，同时利用ArcGIS软件直观展示其空间分布情况，结论如下。

1)加权综合法和改进多边形面积法计算得到的山西省及各地区农作物综合机械化率变化趋势一致，但加权法计算的结果高于多边形面积法。以多边形面积法为例，研究期间山西省农作物综合机械化率由2017年的57.75%提高到2019年的58.78%，各环节机械化作业表现出明显的不平衡性，耕、种机械化程度平均值较高，分别为75.48%和73.64%，灌溉、收获相对稍低为64.49%和53.23%，其中限制农业机械化发展的最薄弱环节为植保环节，机械化程度平均值仅为24.80%。

2)2019年，山西省11个地级市综合机械化率均超过50%，其中运城、朔州、晋中和临汾4个地级市综合机械化率超过了全省综合机械化率58.78%，分别达到68.43%、67.19%、63.15%和59.98%。其余7个地级市均低于全省综合机械化率。除运城市耕、种、灌溉、植保、收获五个环节机械化发展相对协调外，其余各市均存在明显的发展不平衡，植保环节均为发展最为薄弱的环节。

3)按评价结果将各地级市划分为三大区域：Ⅰ区包括运城市、朔州市、晋中市、临汾市，Ⅱ区包括阳泉市、吕梁市、大同市，Ⅲ区包括晋城市、忻州市、太原市、长治市。研究期间泰尔指数值从2017年的0.005 4升至2018年的0.005 6，再降至2019年的0.005 1，表明山西省农业机械化水平整体差异呈现轻微波动状态，区域间差异始终大于区域内差异，其对整体差异的平均贡献率高达73.37%，平衡山西省各市农业机械化的发展应着重缩小区域间发展差异。

4)ArcGIS图直观展示了山西省各市区农业机械化存在空间的发展不平衡，分析得出自然环境条件的因素、社会经济发展的不平衡、当地农业政策及农民的重视程度是造成这种差异的主要原因。