江蘇省耕地產(chǎn)量差及生產(chǎn)限制性因子分析

孫濤，郭杰,2,3*，歐名豪,2,3

（1. 南京農(nóng)業(yè)大學(xué)土地管理學(xué)院，江蘇 南京 210095；2. 農(nóng)村土地資源利用與整治國家地方聯(lián)合工程研究中心，江蘇 南京 210095；3. 中國資源環(huán)境與發(fā)展研究院，江蘇 南京 210095）

確保糧食生產(chǎn)始終是我國經(jīng)濟發(fā)展、社會穩(wěn)定的基礎(chǔ)，保障糧食安全是關(guān)乎全局的大事。我國耕地后備資源的有限和人均耕地少的基本國情決定了通過擴大耕地面積無法實現(xiàn)糧食生產(chǎn)的可持續(xù)性，而通過有效利用存量耕地，提高糧食作物的高產(chǎn)潛力或縮減作物實際產(chǎn)量與潛在產(chǎn)量之間的差距，成為提高糧食產(chǎn)量和保障糧食安全的重要路徑[1]。其中，縮小作物產(chǎn)量差、減少區(qū)域產(chǎn)量變異成為當(dāng)前作物科學(xué)研究的熱點之一[2-3]。

產(chǎn)量差（Yield gap）被定義為農(nóng)民實際的收獲產(chǎn)量與試驗站管理水平下的潛在產(chǎn)量之間的差距[4]。當(dāng)前，對作物產(chǎn)量差的研究大多以單產(chǎn)作為研究對象，測算單產(chǎn)增產(chǎn)空間并探索縮減產(chǎn)量差、提升單產(chǎn)的途徑。事實上，提高單產(chǎn)的確是廣大學(xué)者和農(nóng)業(yè)從業(yè)人員經(jīng)久不衰的討論熱點，但有研究表明，隨著現(xiàn)實作物單產(chǎn)水平的不斷提高、逐漸接近最大單產(chǎn)水平時，單產(chǎn)增加的難度日益加大，出現(xiàn)“天花板效應(yīng)”[5]，將單產(chǎn)提高到生產(chǎn)潛力水平在短時間內(nèi)無法完成，而耕地實際糧食產(chǎn)量則是當(dāng)前需要迫切解決的現(xiàn)實問題，事關(guān)國家糧食安全、脫貧攻堅等重大戰(zhàn)略。當(dāng)前，雖然有部分學(xué)者探討了糧食總產(chǎn)的產(chǎn)量差[6-7]，但研究尺度主要從全國或基于農(nóng)業(yè)生態(tài)區(qū)展開，研究停留在以試驗田產(chǎn)量為標準，測算統(tǒng)計產(chǎn)量與之差距的層面，而以省級行政區(qū)為單元，解析產(chǎn)量差的限制因素則鮮有報道，而對產(chǎn)量差的相關(guān)問題研究歸根結(jié)底為對產(chǎn)量差限制因子的研究[8]，解析產(chǎn)量差限制因子為提出針對性的產(chǎn)量差縮減路徑提供指導(dǎo)[9]。

糧食總產(chǎn)量受耕地面積、復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)和單產(chǎn)的直接影響[10]，通過耕地復(fù)種、提高單產(chǎn)或調(diào)整種植結(jié)構(gòu)能夠顯著提高產(chǎn)量。除此之外，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素特別是化肥和機械的投入，極大地提高了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，是糧食增產(chǎn)的重要因素。當(dāng)前，分析復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)、單產(chǎn)及生產(chǎn)要素投入因素對產(chǎn)量影響的研究不勝枚舉，研究視角主要集中在通過構(gòu)建計量模型[11]，依據(jù)系數(shù)的顯著性和大小解釋各變量對產(chǎn)量的影響，而對變量間影響程度的比較涉及較少，僅有少數(shù)學(xué)者從復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)、單產(chǎn)和耕地面積四個方面測度其對糧食產(chǎn)量的貢獻率[12]，進而梳理各變量的相對重要性。不難發(fā)現(xiàn)這些研究重點考察糧食生產(chǎn)直接影響因素對產(chǎn)量的影響[13]，研究方法主要為計量模型法，而對糧食總產(chǎn)量差及生產(chǎn)要素對產(chǎn)量差的限制性研究較少，尤其是針對糧食產(chǎn)量差及限制因素的邊界線分析方法應(yīng)用更少。

鑒于此，本文應(yīng)用邊界線分析法，以江蘇省為研究單元，以2000—2018年江蘇省各地市糧食總產(chǎn)量為研究對象，以考察地區(qū)耕地實際生產(chǎn)力水平及產(chǎn)量差，并分析糧食增產(chǎn)空間及解析產(chǎn)量差限制因子，以期為制定縮減產(chǎn)量差異措施和優(yōu)化區(qū)域糧食生產(chǎn)策略提供依據(jù)，并為解析糧食產(chǎn)量影響因素提供方法參考。

1 研究方法、變量選擇與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 邊界線分析法 邊界線（Boundary line）的概念是指任何兩個有著因果關(guān)系的變量存在1條于數(shù)據(jù) 體邊界上的、表示群體中最佳表現(xiàn)的線，稱為邊界線[14]。邊界線分析法可從復(fù)雜的多因素中孤立出某個 因素，單獨分析其對因變量的影響，該方法的基本假設(shè)為：在不同自變量水平下，因變量獲得最高水平的趨勢線，而該自變量以外的其他因素對邊界線上因變量的影響可以忽略不計。邊界線分析法能夠避免應(yīng)用一般線性模型分析變量間關(guān)系時其他變量對結(jié)果的干擾及變量間共線性等問題，近年來，該方法在測算作物產(chǎn)量差、分析單因素對產(chǎn)量的限制程度和解析限制因子最適值等研究中應(yīng)用廣泛[15]。

依據(jù)研究視角不同，產(chǎn)量差可分為單產(chǎn)產(chǎn)量差和總產(chǎn)產(chǎn)量差，本文的產(chǎn)量差是指糧食潛在總產(chǎn)量與實際產(chǎn)量的差值，并根據(jù)計算標準的差異將產(chǎn)量差分為高產(chǎn)記錄產(chǎn)量差和模型模擬產(chǎn)量差，前者是以樣本中最高產(chǎn)量作為糧食生產(chǎn)潛力目標，計算實際產(chǎn)量與之差距，一般通過改善管理、優(yōu)化要素投入、改良品種等措施，容易將此產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量。而后者通過模型預(yù)測各影響因素的最大潛在產(chǎn)量，進而計算實際產(chǎn)量與之差距，對制定縮減產(chǎn)量差的路徑更具指導(dǎo)意義。產(chǎn)量差反映了糧食生產(chǎn)的增產(chǎn)空間，產(chǎn)量差越大，說明產(chǎn)量的提升空間越大。造成產(chǎn)量差距的因素稱為產(chǎn)量差限制因子，而產(chǎn)量的限制因子并非指其本身對糧食生產(chǎn)具有限制，而是該因素現(xiàn)狀限制了產(chǎn)量的提升，故而認為其對糧食生產(chǎn)具有限制作用。

邊界線分析方法解析作物產(chǎn)量差主要步驟如下：1）將自變量和因變量一一對應(yīng)生成二變量散點圖，并剔除異常值；2）每個數(shù)據(jù)點對應(yīng)的X值均有一個對應(yīng)的最高Y值（某一影響因素對應(yīng)的產(chǎn)量最高的點），此點稱為邊界點，提取所有邊界點（按照自變量排序后，利用Excel表格中的IF公式求出）；3）所有邊界點連接構(gòu)成產(chǎn)量趨勢線，利用不同函數(shù)對趨勢線擬合[16]，選取決定系數(shù)（R2）最大的趨勢線作為邊界線，以反映影響因素與產(chǎn)量的關(guān)系； 4）將某點影響因素數(shù)值代入邊界線方程得到此點的模擬產(chǎn)量，邊界線上的模擬產(chǎn)量值代表每一個因素觀測值對應(yīng)的最大產(chǎn)量；5）捕捉邊界線上斜率為0的點或者邊界線拐點，該點對應(yīng)最高產(chǎn)量則為產(chǎn)量最大預(yù)測值，最大預(yù)測產(chǎn)量對應(yīng)的X值則為該限制因子的最適值[17]；6）依據(jù)產(chǎn)量差定義計算總產(chǎn)量差和可解釋產(chǎn)量差。

1.1.2 糧食產(chǎn)量差的邊界線分析 糧食生產(chǎn)受多種因素的綜合作用，以糧食生產(chǎn)影響因素作為限制因素，糧食產(chǎn)量作為響應(yīng)變量作散點圖，根據(jù)邊界線分析法的基本原理可知，存在一條邊界線使得邊界線上產(chǎn)量僅受到該影響因素的限制作用，糧食生產(chǎn)的邊界線分析如圖1所示。

產(chǎn)量差分為可解釋產(chǎn)量差和不可解釋產(chǎn)量差，其中，可解釋產(chǎn)量差是指最大預(yù)測產(chǎn)量與邊界線上實際預(yù)測產(chǎn)量的差值，可解釋產(chǎn)量差僅受到該因素的影響，與其他因素?zé)o關(guān)。對于某個限制因素，依據(jù)邊界線分析法預(yù)測的最大產(chǎn)量是唯一的，則某個觀測值（a）對應(yīng)的可解釋產(chǎn)量差越大說明實際預(yù)測產(chǎn)量越小（位于邊界線上的點），即該點與生產(chǎn)目標的差距越大，說明該點的觀測值對產(chǎn)量的限制作用越大。為識別關(guān)鍵限制性因子，本文引入了貢獻率（Contribution rate）的概念，以比較因素對產(chǎn)量差的限制作用?？山忉尞a(chǎn)量差可定量某一因素對產(chǎn)量差的貢獻量，用可解釋產(chǎn)量差與總產(chǎn)量差的比值表示該因素對產(chǎn)量差的貢獻率。貢獻率越大說明該因子對產(chǎn)量差的限制越大，對于某個因素，其貢獻率為所有觀測值貢獻率的平均值，而產(chǎn)量差的關(guān)鍵限制因素為平均貢獻率最大的因素。由前文分析可知，邊界線上的點為限制因素觀測值的預(yù)測產(chǎn)量，最大預(yù)測產(chǎn)量對應(yīng)的限制因素的觀測值（b）被認定為其最適值，由此可見，當(dāng)限制因素偏離最適值時無法實現(xiàn)糧食產(chǎn)量最大化，而圍繞最適值對限制因素進行約束或提高，是縮小產(chǎn)量差、實現(xiàn)糧食增產(chǎn)的重要途徑。

1.2 變量選取

根據(jù)影響因素對糧食生產(chǎn)的作用是否經(jīng)過其他因素的傳導(dǎo)，可將影響因素分為直接因素和間接因素兩類。直接因素直接作用于糧食生產(chǎn)，其變化能夠立即改變糧食總產(chǎn)量的高低。間接因素對糧食生產(chǎn)的影響需要通過其他要素進行表達，一般指農(nóng)戶管理水平與要素投入因素。

1.2.1 直接因素 由糧食產(chǎn)量計算公式可知，糧食產(chǎn)量取決于播種面積和單位播種面積產(chǎn)量（單產(chǎn)）[18-19]，而糧食播種面積取決于耕地面積和糧食作物復(fù)種指數(shù)或農(nóng)作物播種面積和種植結(jié)構(gòu)[20]，因此，耕地面積、復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)和單產(chǎn)是糧食生產(chǎn)的直接影響因素，而耕地總面積在耕地“占補平衡”政策的約束下變化幅度有限，故本文不對耕地面積進行分析，且農(nóng)作物播種面積不能準確地反映糧食生產(chǎn)情況，因此，本文選取（糧食）復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)和單產(chǎn)作為糧食生產(chǎn)的直接因素。在糧食安全目標下，應(yīng)盡可能提高復(fù)種指數(shù)、單產(chǎn)或調(diào)整種植結(jié)構(gòu)，而事實上，這些因素受自然、社會經(jīng)濟及農(nóng)戶行為因素的綜合影響，比如調(diào)整種植結(jié)構(gòu)以增加糧食種植規(guī)模，雖然有助于提高糧食產(chǎn)量，但也損害了農(nóng)民的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效益（經(jīng)濟作物效益更高），降低了農(nóng)民的種糧意愿和幸福感，因此，這些因素并非越大越好，而是存在一個“最適值”。

1.2.2 間接因素 前已述及，糧食生產(chǎn)受農(nóng)戶耕地管理水平及生產(chǎn)要素等間接因素的影響[21]，大多數(shù)學(xué)者將糧食生產(chǎn)的管理和要素投入因素歸納為勞動 力[22]、機械投入、有效灌溉面積、農(nóng)藥化肥施用量[23]、農(nóng)村用電量等，其中，勞動力、化肥以及機械投入是影響糧食單產(chǎn)的最直接因素[24]，在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中占有重要地位，考慮到數(shù)據(jù)的可獲取性和研究需要，本文選取化肥施用量、勞動力和機械總動力作為間接因素。其中，由于不同地區(qū)農(nóng)業(yè)勞動力供給總量存在明顯差異，勞動力的絕對數(shù)不能準確地反映農(nóng)業(yè)勞動力的差異，故本文采用農(nóng)業(yè)勞動力的相對數(shù)（農(nóng)業(yè)勞動力占農(nóng)村勞動力的比重）表示，化肥和機械同樣使用播種面積投入量表示。一般來說，隨著某種農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素投入量的增加，糧食產(chǎn)量總會提高，但由土地的邊際報酬遞減規(guī)律可知，可變生產(chǎn)要素投入量達到一定程度時，邊際產(chǎn)量總會下降，而產(chǎn)量最大時生產(chǎn)要素的投入量為其最適值。

1.3 數(shù)據(jù)說明

江蘇省地勢平坦，光溫水資源豐富，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越，是全國十三個糧食主產(chǎn)省份之一，解析江蘇省糧食產(chǎn)量差及限制因子對促進區(qū)域糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)和保障國家糧食安全具有現(xiàn)實意義。本文選取2000—2018年江蘇省各地級市糧食生產(chǎn)相關(guān)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，主要數(shù)據(jù)來自歷年的《江蘇省統(tǒng)計年鑒》，部分年份缺失的耕地面積數(shù)據(jù)和要素投入數(shù)據(jù)來自《江蘇省農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》和《中國區(qū)域經(jīng)濟統(tǒng)計年鑒》。各變量的解釋及統(tǒng)計特征如表1所示。

表1 變量設(shè)置與描述性統(tǒng)計Table 1 Variable definitions and descriptive statistics

需要說明的是，由于現(xiàn)有的統(tǒng)計資料中無法區(qū)分糧食作物、經(jīng)濟作物及其他作物的化肥施用量，參照已有研究的做法[25]，本文假設(shè)所有作物單位面積的化肥施用量和施肥結(jié)構(gòu)大致相同，使用所有農(nóng)作物的平均單位面積施肥量替代糧食作物的單位面積施肥量。同理，使用所有農(nóng)作物的平均單位面積農(nóng)業(yè)機械投入替代糧食作物的單位面積機械投入。

2 實證分析

2.1 邊界線擬合

2.1.1 復(fù)種指數(shù)與糧食產(chǎn)量的邊界線 本文應(yīng)用Origin Pro2020軟件進行邊界線擬合并作圖，如圖2a所示，當(dāng)復(fù)種指數(shù)為1.6時，邊界線的斜率為0，對應(yīng)的糧食產(chǎn)量最大（753.21萬t）。因此，江蘇省糧食作物復(fù)種指數(shù)的最適值為1.6，說明江蘇省糧食作物平均種植次數(shù)為1.6次/年或主要糧食作物熟制為兩年三季時糧食產(chǎn)量最高，這是因為種植一季不能充分發(fā)揮耕地的生產(chǎn)力，而種植兩季會因為縮短作物生長期且不利于地力恢復(fù)而降低產(chǎn)量?，F(xiàn)實中，蘇北部分地區(qū)糧食種植一季，糧食作物熟制小于最適值，而將一季改為兩年三季，即通過提高復(fù)種指數(shù)，擴大復(fù)種規(guī)模，以挖掘耕地生產(chǎn)能力。蘇南地區(qū)糧食種植兩季，糧食作物熟制大于最適值，而將兩季改為兩年三季，即通過實施“輪作休耕”的耕作制度，恢復(fù)和提升地力以促進糧食可持續(xù)性生產(chǎn)，同時有助于減少糧食庫存，減輕國家糧食收儲負擔(dān)。另外，所有觀測樣本的糧食復(fù)種指數(shù)均小于1.6，說明江蘇省整體上糧食作物熟制未達到最適值，糧食復(fù)種潛力有待挖掘。

2.1.2 種植結(jié)構(gòu)和單產(chǎn)與糧食產(chǎn)量的邊界線 如圖2b所示，總體上糧食產(chǎn)量與種植結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)正向相關(guān)關(guān)系，即增加糧食作物種植比例能夠有效促進糧食增產(chǎn)，但邊界線的斜率在種植結(jié)構(gòu)為0.45和0.56時發(fā)生變化，表明種植結(jié)構(gòu)的不同取值會影響其對糧食產(chǎn)量的效應(yīng)。統(tǒng)計樣本中，種植結(jié)構(gòu)小于0.45的樣本占比為2.88%，種植結(jié)構(gòu)在0.45～0.56之間的樣本占比為10.10%，種植結(jié)構(gòu)大于0.56的樣本占比高達87.02%，可見大部分樣本種植結(jié)構(gòu)處于第三階段，說明江蘇省整體上耕地種植結(jié)構(gòu)較高，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整空間有限。同理，如圖2c所示，總體上糧食產(chǎn)量與單產(chǎn)呈現(xiàn)正向相關(guān)關(guān)系，即提高單產(chǎn)能夠有效促進糧食增產(chǎn)，但是樣本中單產(chǎn)最大值為 7 600 kg/hm2，單產(chǎn)在7 000 kg/hm2以上的樣本占比為30.29%，說明江蘇省各地區(qū)糧食單產(chǎn)仍具提升空間，應(yīng)充分利用地區(qū)優(yōu)越的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件和經(jīng)濟優(yōu)勢，通過完善農(nóng)田灌溉設(shè)施和提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)等以提高單產(chǎn)。

2.1.3 勞動力對產(chǎn)量的邊界線 本文采用二次項加平臺的方式擬合勞動力與產(chǎn)量的邊界線，如圖2d所示，隨著勞動力比例的提高，糧食產(chǎn)量以一種衰減的速度上升，當(dāng)勞動力比例為0.64時，對應(yīng)的糧食產(chǎn)量達到最大值，表明勞動力比例的最適值為0.64，此時糧食生產(chǎn)的勞動力數(shù)量飽和，農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率達到最大，自然資源的約束性逐漸凸顯[26]，糧食產(chǎn)量并不會隨勞動力增加而持續(xù)上升，而是保持一個相對平穩(wěn)的水平。數(shù)據(jù)表明，蘇北、蘇中和蘇南農(nóng)業(yè)勞動力比例分別為0.42、0.26和0.20，說明江蘇省不同區(qū)域均存在農(nóng)業(yè)勞動力不足的現(xiàn)象，但也從另外一方面反映了作為經(jīng)濟發(fā)達省份，江蘇省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)很可能已經(jīng)由勞動力密集型向技術(shù)和資本密集型轉(zhuǎn)變。

2.1.4 機械總動力對產(chǎn)量的邊界線 如圖2e所示，隨著機械投入的增加，糧食產(chǎn)量先上升后下降，呈現(xiàn)倒“U”形，當(dāng)機械總動力為5.3 kW/hm2時，糧食產(chǎn)量達到最大，說明該點為機械總動力的最適值。為了驗證其合理性，將機械投入與糧食產(chǎn)量一一對應(yīng)，并將機械投入按照由小到大的順序進行排序后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)機械投入小于4.77 kW/hm2時，糧食產(chǎn)量總能保持增長的趨勢，而當(dāng)機械投入大于5.80 kW/hm2時，糧食產(chǎn)量總是呈現(xiàn)下降的趨勢，結(jié)合土地報酬遞減規(guī)律，不難推測：糧食產(chǎn)量達到最高點時對應(yīng)機械投入的值介于4.77～5.80 kW/hm2之間，證實了最適值的合理性。數(shù)據(jù)表明，蘇南、蘇中和蘇北平均機械投入分別為6.12 kW/hm2、3.95 kW/hm2和4.98 kW/hm2，由此可見，蘇南機械投入大于最適值，說明蘇南機械化過剩，機械投入處于邊際報酬遞減階段，可能是因為在單位面積的土地上過度使用機械可能破壞土壤結(jié)構(gòu)和損害土壤微生物，進而影響糧食生產(chǎn)，因此，應(yīng)規(guī)范各類機械的投入和使用，充分利用蘇南地區(qū)的經(jīng)濟優(yōu)勢，加強對農(nóng)戶農(nóng)業(yè)技術(shù)的培訓(xùn)，科學(xué)使用農(nóng)用機械。蘇中和蘇北機械投入小于最適值，說明蘇中和蘇北機械化程度較弱，機械投入處于邊際報酬遞增階段，應(yīng)增加本地機械投入或發(fā)展農(nóng)機跨區(qū)服務(wù)，以提高農(nóng)業(yè)機械化水平，發(fā)揮機械增產(chǎn)潛力。

2.1.5 化肥施用量對產(chǎn)量的邊界線 如圖2f所示，隨著化肥施用量的增加，糧食產(chǎn)量先上升后下降，呈現(xiàn)倒“U”形，當(dāng)施肥強度為487.64 kg/hm2時，糧食產(chǎn)量達到最大，說明該點為化肥施用量的最適值。為了驗證其合理性，將化肥施用量與糧食產(chǎn)量一一對應(yīng)，并將化肥施用量按照由小到大的順序進行排序后發(fā)現(xiàn)，當(dāng)化肥施用量小于400 kg/hm2時糧食產(chǎn)量總能保持增長的趨勢，而當(dāng)化肥施用量大于530 kg/hm2后，糧食產(chǎn)量總是呈現(xiàn)下降的趨勢，不難推測：糧食產(chǎn)量達到最高點時對應(yīng)化肥施用量的值介于400～530 kg/hm2之間，證實了最適值的合理性。數(shù)據(jù)表明，蘇南、蘇中和蘇北平均化肥施用量分別 為353.56 kg/hm2、352.64 kg/hm2和523.81 kg/hm2， 均超出了世界公認施肥警戒線225 kg/hm2和我國生態(tài)縣建設(shè)中規(guī)定的化肥施用上限250 kg/hm2，表明江蘇省不同地區(qū)均存在施肥過量的現(xiàn)象，也從另外一方面反映了江蘇省當(dāng)前農(nóng)業(yè)施肥利用效率低下的問題。另外，蘇南和蘇中地區(qū)平均施肥量小于最適值，說明蘇南和蘇中施肥處于邊際報酬遞增階段，但由于施肥利用效率低下，需要通過增加施肥量才能滿足作物生長對肥料的需求。因此，對于蘇南和蘇中地區(qū)，應(yīng)當(dāng)重點改良施肥技術(shù)以提高施肥利用效率，發(fā)揮其最大的增產(chǎn)潛力。蘇北平均施肥量大于最適值，說明蘇北糧食生產(chǎn)對化肥依賴性更強，施肥對產(chǎn)量的效應(yīng)處于邊際報酬遞減階段，應(yīng)該適度調(diào)減蘇北地區(qū)的化肥投入，預(yù)防施肥過量導(dǎo)致糧食產(chǎn)量下降，同時防止過渡施肥破壞土壤質(zhì)地和造成環(huán)境污染。

2.2 產(chǎn)量差

2.2.1 江蘇省不同區(qū)域產(chǎn)量差 本文基于高產(chǎn)記錄產(chǎn)量差對區(qū)域糧食增產(chǎn)空間進行分析，江蘇省不同區(qū)域糧食產(chǎn)量與產(chǎn)量差的描述性統(tǒng)計如表2所示。

由表可知，2000—2018年江蘇省糧食平均產(chǎn)量為259.39萬t，蘇南、蘇中和蘇北產(chǎn)量依次遞增，這是因為蘇南（7 218.81 kg/hm2）和蘇北（6 570.69 kg/hm2）地區(qū)糧食作物平均單產(chǎn)差距較小，但蘇南（177.53×103hm2）和蘇北（864.78×103hm2）糧食播種面積差異較大，因此導(dǎo)致蘇北和蘇南糧食產(chǎn)量差距較大，而根本原因在于蘇南耕地少，耕地利用集約度不高，而蘇北耕地多且復(fù)種規(guī)模大。

江蘇省糧食平均產(chǎn)量差為166.15萬t，產(chǎn)量差占樣本最高產(chǎn)量和平均產(chǎn)量的比例分別為23.47%和64.05%，表明在現(xiàn)有科技水平條件下，糧食產(chǎn)量仍存在較大的提升空間。其中，蘇南、蘇中和蘇北平均產(chǎn)量差占到最高產(chǎn)量的比例分別為44.07%、15.07%和44.59%，這說明蘇中糧食增產(chǎn)空間更小，而蘇南和蘇北糧食增產(chǎn)空間更大。另外，江蘇省不同地區(qū)產(chǎn)量差差異較大，蘇南、蘇中和蘇北最大產(chǎn)量差分別為122.25萬t、160.47萬t和531.42萬t，這 是因為蘇南產(chǎn)量低，且產(chǎn)量變異小，說明糧食產(chǎn)量較穩(wěn)定，因此高產(chǎn)記錄產(chǎn)量差較小。而蘇北產(chǎn)量較高且產(chǎn)量變異大，說明蘇北地區(qū)糧食產(chǎn)量不穩(wěn)定，由此導(dǎo)致產(chǎn)量差較大。蘇南光、熱、水等自然條件滿足作物一年兩熟的生長需求，而數(shù)據(jù)表明，蘇南糧食作物復(fù)種指數(shù)較?。ň禐?.84），未充分挖掘耕地生產(chǎn)能力，因此蘇南糧食產(chǎn)量較低，故而提高糧食復(fù)種指數(shù)是蘇南縮小產(chǎn)量差、提高產(chǎn)量的重要措施。蘇北耕地面積大且利用率較高（復(fù)種指數(shù)均 值為1.17），而較低的單產(chǎn)（均值為6 279.78 kg/hm2） 是限制蘇北糧食增產(chǎn)的關(guān)鍵，且蘇北糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性較差，糧食生產(chǎn)受自然氣候、農(nóng)業(yè)灌排、生產(chǎn)要素投入等因素的影響較大，因此，蘇北地區(qū)應(yīng)通過中低產(chǎn)田改造、水利設(shè)施建設(shè)、生產(chǎn)要素優(yōu)化等方式改善農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件，保證“穩(wěn)產(chǎn)”的基礎(chǔ)上聚焦于提高單產(chǎn)以縮小產(chǎn)量差、實現(xiàn)糧食增產(chǎn)。

2.2.2 江蘇省糧食產(chǎn)量差與產(chǎn)量轉(zhuǎn)化關(guān)系分析 產(chǎn)量差反映糧食增產(chǎn)空間，將產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量即為地區(qū)可實現(xiàn)的產(chǎn)量（潛在產(chǎn)量）。由于復(fù)種指數(shù)和單產(chǎn)為限制江蘇省不同區(qū)域糧食產(chǎn)量提高的主要因素，本文將從這兩個方面探討產(chǎn)量差與產(chǎn)量之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，具體如表3所示。

表3 產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化及其對耕地的影響Table 3 Yield gap conversion and impact on farmland

根據(jù)糧食產(chǎn)量統(tǒng)計數(shù)據(jù)和最大產(chǎn)量差計算各區(qū)域可實現(xiàn)的糧食產(chǎn)量，可見，將產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量后，蘇南、蘇中和蘇北可實現(xiàn)糧食增產(chǎn)30.30%、17.73%和21.45%。根據(jù)邊界線分析結(jié)果，江蘇省糧食作物復(fù)種指數(shù)為1.6時產(chǎn)量最高，考慮到蘇南耕地少且非農(nóng)產(chǎn)業(yè)主導(dǎo)地位的實際情況，本文將蘇南復(fù)種指數(shù)設(shè)定為1，蘇中和蘇北復(fù)種指數(shù)設(shè)定為1.6，另外，以統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的最高單產(chǎn)作為可實現(xiàn)的單產(chǎn)（7 497.93 kg/hm2），即假設(shè)所有地區(qū)的糧食單產(chǎn)均可提升到該水平。通過計算實現(xiàn)潛在糧食產(chǎn)量需要的耕地面積發(fā)現(xiàn)，提高復(fù)種指數(shù)和單產(chǎn)后，各區(qū)域均有耕地盈余，蘇南、蘇中和蘇北實現(xiàn)潛在產(chǎn)量對耕地的需求量分別減少8.80%、13.38%和9.02%。這表明，挖掘耕地復(fù)種指數(shù)、提高單產(chǎn)對縮小產(chǎn)量差、提高糧食總產(chǎn)量成效顯著，同時有利于保護耕地。

由表可知，蘇南復(fù)種指數(shù)增產(chǎn)空間大，擴大復(fù)種規(guī)模、提高耕地利用集約度，有助于將復(fù)種指數(shù)產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量。而蘇中和蘇北單產(chǎn)增產(chǎn)空間大，應(yīng)聚焦于提高單產(chǎn)，通過優(yōu)化化肥、機械等生產(chǎn)要素投入以提高糧食生產(chǎn)效率，轉(zhuǎn)化可控要素的產(chǎn)量差。另外，蘇北回暖遲、降雨少，通過調(diào)整作物播期和播種密度、作物品種改良等方式以增加作物對光熱水的利用率，從而促進糧食增產(chǎn)，即通過改善作物管理和生產(chǎn)要素配置，是蘇中和蘇北糧食單產(chǎn)產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量的有效途徑。

2.3 限制因子貢獻率

2.3.1 限制因子對產(chǎn)量差的貢獻率 前已述及，限制因子可解釋產(chǎn)量差占總產(chǎn)量差的比值，表示限制因子對產(chǎn)量差的貢獻率（表4左半部分）。對于糧食生產(chǎn)的直接影響因素，復(fù)種指數(shù)對蘇南的貢獻率最大，其次為種植結(jié)構(gòu)，單產(chǎn)的貢獻率最小，說明復(fù)種指數(shù)是蘇南糧食產(chǎn)量差異的關(guān)鍵限制因子，而單產(chǎn)對產(chǎn)量差的限制最小。蘇中和蘇北單產(chǎn)的貢獻率最大，其次為種植結(jié)構(gòu)，復(fù)種指數(shù)的貢獻率最小，說明單產(chǎn)是蘇中和蘇北產(chǎn)量差的關(guān)鍵限制因子，復(fù)種指數(shù)對產(chǎn)量差的限制最小，反映了蘇中和蘇北糧食復(fù)種規(guī)模較大，但是單產(chǎn)較低。同時，單產(chǎn)對蘇北的貢獻率大于蘇中，說明其對蘇北產(chǎn)量差的限制大于蘇中。

表4 限制因素的貢獻率（%）Table 4 Contribution rates of constraint factors (%)

對于糧食生產(chǎn)的間接影響因素，機械投入對蘇南和蘇中的貢獻率最小，說明機械化對蘇南和蘇中的限制較小，而貢獻率越小說明機械化水平越接近最適值，反映了蘇南和蘇中機械化水平較高，其中蘇南地區(qū)機械化貢獻率小于蘇中和蘇北，這是因為蘇南經(jīng)濟條件較好，有利于機械化的投入和推廣。另外，蘇南、蘇中和蘇北勞動力貢獻率最大，說明間接因素中勞動力是江蘇省糧食產(chǎn)量差的主要限制因子，反映了江蘇省不同區(qū)域均存在農(nóng)業(yè)勞動力不足的問題，但蘇北勞動力的貢獻率遠（13.22%）低于蘇中（40.45%）和蘇南（51.08%），說明蘇北勞動力對產(chǎn)量差的限制小于蘇中和蘇南，可能的原因是蘇北地區(qū)經(jīng)濟弱于蘇中和蘇南，在機械化上的投入較少，而農(nóng)業(yè)機械對勞動力具有替代作用，因此投入到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的勞動力相對較多，數(shù)據(jù)顯示蘇北農(nóng)業(yè)勞動力比例為0.42，大于蘇中（0.26）和蘇南（0.20）。另外，化肥施用量對蘇北的貢獻率最小，說明蘇北化肥施用量更接近最適值，且化肥施用量對蘇北的貢獻率遠小于蘇中和蘇南，說明蘇北地區(qū)化肥施用量大于蘇中和蘇南，但需要注意的是，由于化肥施用量的邊界線為向下的拋物線，化肥施用量在最適值兩側(cè)均可能導(dǎo)致較小的產(chǎn)量差，數(shù)據(jù)表明蘇北化肥施用量為523.81 kg/hm2，對比圖2f可知，蘇北化肥施用量大于最適值，說明蘇北存在化肥施用過量的情況。對比各限制因素對全域和各區(qū)域的貢獻率，可知蘇南產(chǎn)量差的關(guān)鍵限制因子更能反映江蘇省整體的情況。

2.3.2 限制因子對產(chǎn)量的貢獻率 影響因素可解釋產(chǎn)量差與最大預(yù)測產(chǎn)量的比值，表示因素對產(chǎn)量的貢獻率，比值越大，說明其對產(chǎn)量提升的限制越大（表4右半部分）。

對于糧食生產(chǎn)的直接影響因素，復(fù)種指數(shù)對蘇南糧食產(chǎn)量的貢獻率最大，其次為種植結(jié)構(gòu)，單產(chǎn)的貢獻率最小，說明復(fù)種指數(shù)是蘇南糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵影響因素，而單產(chǎn)對提高產(chǎn)量的限制最小。單產(chǎn)對蘇中和蘇北的貢獻率最大，說明單產(chǎn)是蘇中和蘇北產(chǎn)量的關(guān)鍵影響因素，其中單產(chǎn)對蘇北的貢獻率大于蘇中和蘇南，說明單產(chǎn)水平對蘇北糧食高產(chǎn)的限制最大。另外，復(fù)種指數(shù)對蘇中的貢獻率最小，種植結(jié)構(gòu)對蘇北的貢獻率最小，說明這兩個因素對蘇中和蘇北糧食產(chǎn)量的限制最小。由此可見，提高復(fù)種指數(shù)，增加糧食復(fù)種面積是蘇南糧食增產(chǎn)的重要措施，而提高單產(chǎn)是蘇中和蘇北糧食增產(chǎn)的主要路徑。

對于糧食生產(chǎn)的間接因素，勞動力對全域、蘇南、蘇中和蘇北產(chǎn)量的貢獻率較大，說明作為生產(chǎn)要素的勞動力是整個江蘇省糧食生產(chǎn)的關(guān)鍵限制因素，因此，降低農(nóng)業(yè)勞動力不足對糧食生產(chǎn)的限制性，是江蘇省糧食穩(wěn)產(chǎn)增產(chǎn)的重要舉措。另外，機械化水平對蘇南和蘇中的貢獻率最小，說明機械化水平對蘇南和蘇中糧食生產(chǎn)的限制較小，可能是因為蘇南和蘇中糧食生產(chǎn)逐漸由勞動密集型向技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變。另外，機械對蘇北的貢獻率（42.18%）大于蘇中（14.07%），表明機械對蘇北糧食生產(chǎn)的限制大于蘇中，而數(shù)據(jù)表明，蘇北機械投入（4.98 kW/hm2）大于蘇中（3.95 kW/hm2）且更接近最適值（5.3 kW/hm2），說明機械對蘇北糧食生產(chǎn)的限制更小，這種現(xiàn)象可能是因為蘇北地區(qū)在機械類型及使用的科學(xué)性上弱于蘇中地區(qū)，導(dǎo)致機械化的效率較低，因此，雖然機械投入量大于蘇中，但其對糧食增產(chǎn)的作用反而不如蘇中，這也反映了對于蘇北地區(qū)，不僅要從數(shù)量上增加機械的投入，而且要從質(zhì)量上提高機械使用效率。另外，化肥施用量對蘇北的貢獻率最小，說明化肥對蘇北糧食生產(chǎn)的限制較小，但如前文所言，蘇北糧食生產(chǎn)過度依賴化肥的施用，因此，對于蘇北地區(qū)，控制化肥施用量，優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素配置是蘇北糧食可持續(xù)性生產(chǎn)的關(guān)鍵。

2.3.3 限制因素對產(chǎn)量差和產(chǎn)量貢獻率的差異 為比較相同因素對同一區(qū)域糧食產(chǎn)量差及產(chǎn)量貢獻程度的差異，將各因素貢獻率按其占所有因素貢獻率之和的百分比作圖（圖3），上下兩個條形圖分別表示同一因素對產(chǎn)量和產(chǎn)量差的貢獻率在相同區(qū)域所有限制因素貢獻率中的比例，比例越大說明其重要性越高。由圖可知，同一因素對相同區(qū)域產(chǎn)量差和產(chǎn)量貢獻率的比例基本相同，這表明該因素對產(chǎn)量差和產(chǎn)量具有相似的重要性，即糧食產(chǎn)量差的限制因素亦是限制產(chǎn)量提升的因素。同時，復(fù)種指數(shù)對蘇南、單產(chǎn)對蘇北以及勞動力對蘇中產(chǎn)量差和產(chǎn)量的重要性均顯著大于其他區(qū)域，再次表明復(fù)種指數(shù)和單產(chǎn)分別為蘇南、蘇北限制產(chǎn)量提高的因素，對其進行“提高”是縮小產(chǎn)量差、提高實際產(chǎn)量的重要路徑。

3 結(jié)論與政策建議

3.1 結(jié)論

本文利用江蘇省統(tǒng)計數(shù)據(jù)，應(yīng)用邊界線分析法測算了江蘇省不同區(qū)域糧食產(chǎn)量差，并從糧食生產(chǎn)直接因素和間接因素兩個方面解析產(chǎn)量差限制因子及其最適值，得到以下主要結(jié)論：

1）江蘇省糧食平均產(chǎn)量差為166.15萬t，占最高產(chǎn)量和平均產(chǎn)量的比例分別為23.47%和64.05%，表明江蘇省糧食產(chǎn)量仍存在較大的提升空間。蘇中糧食增產(chǎn)空間較小，而蘇南和蘇北增產(chǎn)空間較大，播種面積和糧食生產(chǎn)穩(wěn)定性是蘇南、蘇北糧食產(chǎn)量差異的主要原因。

2）糧食復(fù)種指數(shù)為1.6時預(yù)測產(chǎn)量最高，說明江蘇省作物熟制為兩年三熟時最有利于糧食生產(chǎn)。機械和化肥投入的最適值分別為5.3 kW/hm2和487.64 kg/hm2，施肥最適值和三個區(qū)域平均施肥量均超出國際施肥警戒線，表明地區(qū)存在農(nóng)業(yè)過渡施肥和施肥利用效率低下的問題。

3）將產(chǎn)量差轉(zhuǎn)化為實際產(chǎn)量后，蘇南、蘇中和蘇北可實現(xiàn)糧食增產(chǎn)30.30%、17.73%和21.45%，同時對耕地的需求量減少8.80%、13.38%和9.02%，表明縮小產(chǎn)量差不僅能夠促進糧食增產(chǎn)，而且有利于保護耕地。

4）江蘇省不同地區(qū)糧食產(chǎn)量差的關(guān)鍵限制因子及限制產(chǎn)量提高的主要因素為：蘇南為復(fù)種指數(shù)，蘇中和蘇北為單產(chǎn)。另外，勞動力對江蘇省不同區(qū)域糧食產(chǎn)量差和糧食生產(chǎn)均具有不同程度的限制。

3.2 對策建議

結(jié)合以上研究結(jié)論，為縮減產(chǎn)量差，促進糧食可持續(xù)性生產(chǎn)和保障糧食安全，江蘇省可以從以下幾個方面進行調(diào)整：

1）擴大蘇南糧食復(fù)種規(guī)模、提高耕地利用集約度，改善蘇北農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件以提高糧食單產(chǎn)并且通過調(diào)整作物播期和播種密度、作物品種改良等方式增加作物對光熱水的利用率以增強糧食生產(chǎn)穩(wěn) 定性。

2）優(yōu)化蘇南和蘇中地區(qū)農(nóng)業(yè)施肥結(jié)構(gòu)，增加有機肥比例以提高土壤肥力；開展對蘇北地區(qū)農(nóng)戶施肥知識講解，糾正“施肥多，產(chǎn)量高”的認知偏差，提高農(nóng)戶的環(huán)境保護意識；同時，政府通過給予農(nóng)戶科學(xué)施肥的方法與指導(dǎo)以提高施肥利用效率，促進農(nóng)業(yè)施肥“減量增效”。

3）支持適宜產(chǎn)業(yè)向鄉(xiāng)鎮(zhèn)、村集聚發(fā)展，增加農(nóng)民就地就近就業(yè)崗位，緩解農(nóng)忙季節(jié)農(nóng)業(yè)勞動力缺乏的問題；構(gòu)建農(nóng)機跨區(qū)服務(wù)平臺、優(yōu)化農(nóng)機裝備結(jié)構(gòu)以及加快農(nóng)田“宜機化”改造，提高農(nóng)業(yè)機械化水平，實現(xiàn)機械要素對勞動力的高效替代；推進土地流轉(zhuǎn)，促使種糧大戶通過流轉(zhuǎn)實現(xiàn)耕地規(guī)?；⒓s化經(jīng)營，通過增加大型農(nóng)業(yè)機械的使用，降低對勞動力的需求并且提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

本文也有不足之處：本文利用統(tǒng)計數(shù)據(jù)，從總體上分析糧食產(chǎn)量差并且解析復(fù)種指數(shù)、種植結(jié)構(gòu)、單產(chǎn)和主要生產(chǎn)要素對糧食生產(chǎn)的貢獻率，為今后農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供指導(dǎo)。事實上，統(tǒng)計數(shù)據(jù)中的糧食總產(chǎn)包括稻、麥和玉米等各種糧食作物產(chǎn)量，解析具體糧食作物的產(chǎn)量差及限制因子更具針對性，且各種作物之間結(jié)構(gòu)的調(diào)整對指導(dǎo)實際生產(chǎn)更有意義，今后將圍繞主要糧食作物產(chǎn)量差及其限制因子進行深入的研究。