基于主成分分析法的天津市粮食产业竞争力研究

张同悦 付娜

摘要：为分析天津市粮食产业竞争力，文章选取了2007—2021年国家统计局和《天津统计年鉴》的天津市稻谷、玉米、小麦的播种面积、农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、机耕面积、机播面积、有效灌溉面积、农村用电量、除涝面积、地方财政农林水事务支出等11个指标，运用主成分分析法分析上述指标对天津市粮食产业竞争力的影响。结果表明，生产资料投入是影响天津市粮食产业竞争力的第一主成分，方差贡献率为56.709%；第二主成分为玉米播种面积和机械化2个指标，方差贡献率为23.251%；第三主成分为小麦播种面积，方差贡献率为11.250%；其他指标的方差贡献率为8.790%。由此得出，通过增加农业生产资料投入、提高玉米播种面积以及提升机械化生产水平可显著提高天津市粮食产业竞争力。

关键词：主成分分析法；粮食；竞争力；天津市

收稿日期：2023-04-09

基金项目：天津市哲学社会科学规划项目（TJGL22-015）

主要作者简介：张同悦（1997—），男，在读硕士生，主要从事现代都市农业经济理论与政策方面研究。E-mail：zhangtongyue@qq.com

通讯作者简介：付娜（1979—），女，副教授，博士，主要从事农业经济管理研究工作。E-mail：scarlett_fn@126.com

粮食产业是国民经济的基础产业，粮食是关系国家稳定的战略物资，粮食安全是国家安全的重要基石，提升粮食产业竞争力、提高种植效益、促进种植业者种粮积极性是保障我国粮食安全的重要举措，也是农业经济学研究的重点。张有志等[1]基于GEM模型和专家打分的方法研究山东省粮食产业竞争力，表明山东省粮食产业在蓝黄经济区属于上等。孟庆福等[2]使用熵值法研究我国省份之间粮食产业竞争力，结果表明，黑龙江省、山东省、江苏省、河南省的粮食产业竞争力较强。薛选登[3]运用主成分分析法进行研究，表明我国粮食生产大省河南省的粮食产业国际综合竞争力在研究的13个省份中属于较弱省份。李鑫[4]研究表明，1990年以来，随着科学技术的进步、农业机械的使用和肥料投入的增加使安徽省粮食产量大幅度提高。上述研究多采用不同的方法研究我国粮食主产区的粮食产业竞争力，而根据现有的新型粮食区域划分，对我国粮食主销区的粮食产业竞争力的研究较少。

根据“新粮食安全观”，我国粮食主产区、主销区、产销平衡区要响应“饭碗一起端、责任一起扛”的政策[5]，要求粮食主销区也要保持一定的生产能力。天津市由于人口较多，耕地产能有限，属于粮食主销区，但做好粮食生产工作，提升天津市粮食产业的竞争力同样十分重要。天津市主要粮食作物为稻谷、玉米、小麦，2021年天津市粮食作物总产量249.87万t，其中稻谷、玉米、小麦总产量分别为54.73万t、118.28万t、72.16万t，三大粮食作物总产量占全市粮食作物总产量的98.12%（国家统计局，2021年）。本研究基于主成分分析法对天津市主要粮食作物产业竞争力的指标进行分析，研究结果将对天津市粮食产业竞争力的提升具有重要意义。

1  数据来源与研究指标

本研究各项研究指标的原始数据来源于国家统计局和《天津统计年鉴2022》[6]，关于天津市粮食产业竞争力相关的指标主要来自年鉴中的“第十二篇农业”条目。影响粮食产业竞争力的指标众多，指标不能过多过细，使指标之间互相重叠，繁简要适当[7]。考虑到粮食产业的特殊性，其产业基础在于粮食生产，因此选取与粮食生产直接相关的一些指标作为本研究指标。指标选取遵循以下原则：一是科学性原则，指标设置便于理解并充分考虑粮食产业的特征，同时采用科学方法，准确找出影响粮食产业竞争力的关键指标；二是可操作性原则，指标设置可量化，用尽量少的指标实现科学真实的研究结果，保证所选指标具有一定的获取渠道，同时实现研究的可操作性[8]，确保数据来源于权威统计部门和统计年鉴；三是重要性原则，选取最能直接影响天津市粮食产业竞争力的指标。

根据上述指标设置原则和天津市主要粮食作物生产现状，本研究采用的指标主要有天津市稻谷、玉米、小麥的播种面积、农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、机耕面积、机播面积、有效灌溉面积、农村用电量、除涝面积、地方财政农林水事务支出等11个具体指标（表1）。各指标选取了天津市2007—2021年的原始数据，其中机耕面积和机播面积来自《天津统计年鉴2022》[6]，其他指标均来自国家统计局。

2  材料和方法

在研究粮食产业竞争力的过程中，可以采用的方法很多，其中主成分分析法（Principal Component Analysis，PCA）是一种较为合适的方法[9]。选用PCA作为天津市粮食产业竞争力的研究方法在于它能将繁杂的若干变量转化为互不相关的新变量，新变量在有效简化原始数据的同时又能保留原有数据的大部分信息。通常的做法是对原始数据提取主成分，通过因子载荷矩阵反映出原始指标对主成分的影响程度，该方法避免了层次分析法、德尔菲法等其他产业竞争力研究方法易受主观因素影响的弊端。主要过程如下：

（1）显著性检验。根据Kaiser检验的度量标准，若KMO＞0.6，则适合进行分析；若KMO＜0.6，则不适合进行分析。

（2）计算相关矩阵，求出对应特征值与方差解释率。根据特征值大于1和累计方差解释率大于85%的标准来提取主成分。

（3）选取合适的主成分，计算各个主成分对应的系数，得到主成分的函数表达式。

3  结果与分析

3.1   显著性检验

在进行天津市粮食产业竞争力主成分分析前，需要确定原变量之间是否具有相关性，通常根据Kaiser给出的KMO检验是否大于0.6的度量标准进行判断。由表2可知，该组数据KMO=0.654，大于0.6，适合进行主成分分析。

3.2   方差解释率

由表3可知，第一主成分对应的特征值为6.238，其方差贡献率为56.709%；第二主成分对应的特征值为2.558，其方差贡献率为23.251%；第三主成分对应的特征值为1.237，其方差贡献率为11.250%。根据特征值大于1和累计方差贡献率大于85%的原则，从中提取了3个主成分，累計方差贡献率达到91.210%，超过85%，而第四及以后的主成分特征值均在1以下，对解释原有变量的贡献率很小，可以忽略。因此选取第一、第二、第三主成分代表天津市粮食产业竞争力的11个指标原始数据的大部分信息。

3.3   主成分载荷分析

由主成分因子载荷矩阵（表4）分析可知，农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、有效灌溉面积、除涝面积、地方财政农林水事务支出这几个指标在第一主成分上表现出较高的因子载荷量，玉米播种面积、机播面积、农村用电量在第二主成分上表现出较高的因子载荷量，而小麦播种面积在第三主成分上表现出较高的因子载荷量。可以看出，第一主成分主要体现了生产资料投入，第二主成分主要体现了玉米播种面积和机械化应用情况，第三主成分则体现了小麦播种面积。

在第一主成分中，载荷值高的指标相互关联。其中有效灌溉面积（X8）的因子载荷值最高（0.952），是天津市粮食产业竞争力提升的最基本的生产条件。从2007—2021年的原始数据上看，有效灌溉面积从34.93万hm2下降到29.91万hm2，三大粮食作物合计播种面积却从28.17万hm2上升至36.26万hm2，这“一降一升”凸显了天津市必须高度重视农田水利基础设施建设的重要性。天津市粮食作物播种面积受水利灌溉条件的制约，更加凸显了有效灌溉面积这一指标的重要程度，且农业机械总动力等生产资料的投入也受制于有效灌溉面积。

在第二主成分中，农村用电量（X9）的因子载荷值最高（0.875），用电量多少直接关系到粮食生产的机械化程度。机播面积（X7）与玉米播种面积（X3）这2个指标均在该主成分中，反映了这2个指标存在相互关联，这与天津市玉米机播率近100%的实际情况相符合[10-11]。

在第三主成分中，小麦播种面积（X2）的因子载荷值较高（0.895），这在粮食作物播种面积第二、第三主成分中均有体现。

综上所述，稳定粮食作物播种面积是提升天津市粮食产业竞争力的重要因素，此外要加大农机具投入力度，提高机械化水平，促进农业生产效率的提升，同时改善农田水利设施，进而稳步提高天津市粮食产业竞争力。

3.4   指标权重分析

根据线性关系矩阵（表5），可建立主成分和各指标之间的关系等式，得到以下线性关系公式：

F1=-0.347×X1-0.035×X2-0.234×X3+0.376×X4+0.372×X5+0.327×X6-0.086×X7+0.381×X8-0.008×X9+0.376×X10-0.379×X11

F2=-0.220×X1+0.128×X2+0.430×X3+0.182×X4+0.212×X5+0.292×X6+0.471×X7-0.131×X8+0.547×X9-0.150×X10+0.164×X11

F3=0.154×X1+0.804×X2-0.282×X3-0.030×X4-0.033×X5+0.111×X6+0.383×X7+0.102×X8-0.248×X9-0.098×X10-0.084×X11

计算公因子综合得分，计算公式如下：

Q=0.622F1+0.255F2+0.123F3

根据公式，得出天津市粮食产业竞争力各指标综合得分系数及权重（表6）。

由表6可知，权重排名前5位的指标依次为机耕面积、稻谷播种面积、玉米播种面积、农业机械总动力、地方财政农林水事务支出。这些指标反映了天津市粮食作物机械化水平、播种面积和政府财政投入对天津市粮食产业竞争力的提升有着较为显著的作用。一是机耕面积（X6）权重最高（10.22%）排名第1位、农业机械总动力（X5）权重（10.14%）排名第4位，二者均反映了机械化的重要性，说明提高机械化水平是实施“藏粮于技”的一种方式[12]，是提高粮食产业竞争力的重要因素。二是稻谷播种面积（X1）和玉米播种面积（X3）这2个指标权重分别为10.20%和10.17%，权重位列第2位和第3位，反映了粮食作物播种面积对天津市粮食产业竞争力的重要性。三是地方财政农林水事务支出（X11）的权重（10.10%）排名第5位，说明政府支持在提升天津市粮食产业竞争力上具有重要作用，政府有必要在种粮补贴、农机具补贴、耕地保护等方面继续加大财政投入，并针对粮食作物生产的薄弱环节进行精准施策。

需要指出的是，一些指标的权重虽然不高，但也要予以关注。通过计算各指标权重的大小，发现对这些权重指标进行改善将对天津市粮食产业竞争力的提升起到较显著的作用。

4  结 论

基于主成分分析法对天津市粮食产业竞争力的分析表明，生产资料投入、玉米播种面积及机械化水平、小麦播种面积分别是影响天津市粮食产业竞争力的3个重要成分，方差贡献率分别为56.709%、23.251%、11.250%，累计方差贡献率达到91.210%。因此，天津市在稳定粮食作物播种面积的基础上，需要不断完善农田水利设施建设，加大农用机械投入，以此提升天津市粮食产业竞争力。

参考文献

[1] 张有志，于邢香，王风玲．基于GEM模型的山东省粮食产业集群竞争力研究[J]．现代食品，2015（14）：22-27.

[2] 孟庆福，李峰，王艳廷，等．基于熵值法的粮食产业竞争力评价研究[J]．河北工业大学学报，2011，40（4）：110-113.

[3] 薛选登．河南省农产品国际竞争力实证分析[J]．开发研究，2012（3）：112-114.

[4] 李鑫．安徽省粮食生产影响因素及对策研究[D]．合肥：安徽农业大学，2011.

[5] 金慧英，林单丹．牢记天津之责 守好天津之卫[N]．农民日报，2022-07-20（001）.

[6] 天津市统计局．天津统计年鉴（2022）[M]．北京：中国统计出版社，2022.

[7] 杨秋林，郭亚兵．基于熵权的模糊物元模型在城市生态安全评价中的应用[J]．数学的实践与认识，2010，40（19）：62-67.

[8] 马庆庆．河南省玉米产业竞争力提升研究[D]．福州：福建师范大学，2019.

[9] 徐英，黄凯美．基于主成分分析的山东省粮食生产影响因素[J]．青岛农业大学学报（自然科学版），2021，38（2）：153-156.

[10] 天津市农业农村委员会．天津市“三夏”农机化生产播报（十四·大结局）[EB/OL].（2017-06-28）.https：//nync.tj.gov.cn/ZWGK0/ZWYW152022/202110/t20211011_5634236.html.

[11] 天津市农业农村委员会．2018年天津市“三夏”农机化生产播报（十二·大结局）我市“三夏”农机化生产完美收官！[EB/OL].（2018-06-25）.https：//nync.tj.gov.cn/ZWGK0/ZWYW152022/202110/t20211011_5635093.html.

[12] 崔丽，郭少雅．推进农业供给侧结构性改革加快培育农业农村发展新动能[N]．农民日报，2017-03-08（1）.