基于G IS 的甘肅農(nóng)業(yè)生產(chǎn)時(shí)空格局演變及驅(qū)動(dòng)因素分析

武續(xù)續(xù) ，向萬(wàn)里 *，張春暉 ，劉金芳

（1.蘭州交通大學(xué)交通運(yùn)輸學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；2.蘭州交通大學(xué)現(xiàn)代物流研究所，甘肅 蘭州 730070）

目前我國(guó)已有研究成果從一定程度上反映了國(guó)家和地區(qū)等層面上糧食生產(chǎn)的時(shí)空演變，但對(duì)于區(qū)域內(nèi)部糧食的時(shí)空演變討論較少。甘肅地處我國(guó)內(nèi)陸，地域狹長(zhǎng)，植被較少，生態(tài)環(huán)境極易被破壞。各市域間甚至縣域間的氣候差異較大，糧食產(chǎn)量波動(dòng)不穩(wěn)，糧食安全問(wèn)題比較突出。因此，分別以市域和縣域?yàn)榭臻g單元，對(duì)甘肅省糧食生產(chǎn)的時(shí)空格局演變規(guī)律進(jìn)行可視化分析具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，并應(yīng)用灰色關(guān)聯(lián)模型對(duì)糧食產(chǎn)量的影響因素進(jìn)行相關(guān)性分析，找出主要的驅(qū)動(dòng)因素，對(duì)甘肅省農(nóng)業(yè)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

甘肅省土地資源豐富，糧食種類多樣。在地理位置上，東與陜西相鄰，南與青海、四川接壤，西與新疆交匯，北與內(nèi)蒙古相鄰，東北與寧夏連接。甘肅地域狹長(zhǎng)，由東南到西北氣候種類豐富且差異較大，包含了濕潤(rùn)、寒冷、干旱等各種氣候類型。土地面積居全國(guó)第七位，耕地面積遼闊，白天光照充足且晝夜溫差較大，給農(nóng)業(yè)的發(fā)展提供了有利條件。由于甘肅省地域間的自然條件差異明顯，因此甘肅省形成了4 大特色農(nóng)業(yè)區(qū)，包括河西走廊的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)、天水南部及隴南地區(qū)的山地特色農(nóng)業(yè)區(qū)、甘南及河西部分地區(qū)的高寒牧區(qū)和隴中、隴東地區(qū)的旱作農(nóng)業(yè)區(qū)[1]。

2 甘肅省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變分析

2.1 基于市州層面糧食生產(chǎn)空間格局演變

為了了解甘肅省糧食生產(chǎn)的空間移動(dòng)規(guī)律，論文選取 1994年、2002年、2010年及 2018年4個(gè)年份的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，對(duì)糧食產(chǎn)量的移動(dòng)特點(diǎn)進(jìn)行可視化分析，可以更加清晰地反映出1994—2018年糧食生產(chǎn)的空間演變軌跡（圖1）。

從圖1 可以發(fā)現(xiàn)，甘肅省各個(gè)城市間糧食生產(chǎn)的差異明顯。隨著時(shí)間的推移，糧食生產(chǎn)也發(fā)生了一定的轉(zhuǎn)移，但相鄰的城市間糧食的總產(chǎn)也有一定的趨向。隴東地區(qū)光照資源充足，耕地面積廣，是甘肅省主要的產(chǎn)糧區(qū)，多年來(lái)一直保持高產(chǎn)，素有“隴東糧倉(cāng)”之稱。張掖、武威以及白銀隨著近些年的發(fā)展已經(jīng)成為甘肅中西部城市群的主要糧食生產(chǎn)基地。所以，甘肅省市域間糧食生產(chǎn)的差異較大，河西地區(qū)張掖、酒泉、武威及白銀等市光熱資源豐富、土地質(zhì)量好，灌溉農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)，是甘肅省的主要商品糧基地[2]。由于近年來(lái)政府對(duì)旱作農(nóng)業(yè)小麥等糧食作物的重視，慶陽(yáng)、定西、隴南、天水、平?jīng)龅入]東、隴中旱作雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)逐漸發(fā)展為甘肅省糧食主要產(chǎn)區(qū)[3]。

2.2 基于縣域?qū)用婕Z食生產(chǎn)空間格局演變

從圖1 可以看出，甘肅省各個(gè)市州糧食產(chǎn)量的分布情況以及大致的空間演變方向，但是要分析空間格局的演變，基于市州層面的視角過(guò)大，每個(gè)城市內(nèi)部也相應(yīng)地存在著地理以及經(jīng)濟(jì)的差異，也有一定的空間演變規(guī)律。為了更加全面地分析甘肅省糧食產(chǎn)量的區(qū)域分布情況，以縣域?yàn)閱卧?，進(jìn)行可視化分析。因此，選取 1994年、2002年、2010年及 2018年各個(gè)縣域的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，分析1994—2018年各個(gè)縣域糧食生產(chǎn)的演變軌跡（圖2）。

圖1 甘肅省各市（州）糧食產(chǎn)量空間分布圖

圖2 甘肅省各縣（區(qū)）糧食產(chǎn)量空間分布圖

從圖2 可以看出來(lái)，1994—2018年甘肅省縣域糧食生產(chǎn)也存在很大的差異，甘州區(qū)、涼州區(qū)是甘肅省傳統(tǒng)的糧食主產(chǎn)區(qū)，是甘肅省糧食生產(chǎn)分布較為平穩(wěn)的區(qū)域。但隨著時(shí)間的推移，糧食高產(chǎn)縣域也在逐步向東轉(zhuǎn)移，中部的會(huì)寧縣、定西市安定區(qū)、臨洮縣、通渭縣以及東部的寧縣、鎮(zhèn)原縣、環(huán)縣等縣域的糧食產(chǎn)量也在逐步地增加。具體來(lái)說(shuō)，以縣域?yàn)榭臻g單元的糧食主產(chǎn)區(qū)存在由西向東轉(zhuǎn)移的態(tài)勢(shì)[4]。河西地區(qū)甘州、民樂(lè)、永昌、涼州、肅州等縣（區(qū)）光熱資源豐富、土地質(zhì)量好，灌溉農(nóng)業(yè)比較發(fā)達(dá)，2000年以前相比其他的縣級(jí)單元，糧食產(chǎn)量一直比較高[5]。2007年后，甘肅省開(kāi)始重視旱作農(nóng)業(yè)，加大了對(duì)隴中、隴東地區(qū)旱作農(nóng)業(yè)的投資，糧食主產(chǎn)區(qū)發(fā)生了轉(zhuǎn)移[5]，由河西地區(qū)向隴中、隴東地區(qū)轉(zhuǎn)移，隴中的景泰、靖遠(yuǎn)、會(huì)寧、隴西、通渭等縣以及隴東的寧縣、鎮(zhèn)原、環(huán)縣、靜寧等縣糧食產(chǎn)量逐年上升，逐漸成為甘肅省主要的商品糧基地。

3 甘肅省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變驅(qū)動(dòng)因素分析

3.1 研究方法

灰色關(guān)聯(lián)分析法是一種定量的分析方法，主要用來(lái)分析母子序列之間的關(guān)聯(lián)程度。為了更好地說(shuō)明各項(xiàng)因素指標(biāo)對(duì)甘肅省糧食作物演變影響的顯著程度，采用灰色關(guān)聯(lián)分析法，探索影響因素中哪些因素與甘肅省糧食作物的生產(chǎn)演變是高度相關(guān)的，以期為甘肅省糧食生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展提供參考?；疑P(guān)聯(lián)模型構(gòu)建過(guò)程如下。

確定分析序列，甘肅省糧食總產(chǎn)量構(gòu)成母序列，各影響因素構(gòu)成子序列，母子序列構(gòu)成原始指標(biāo)數(shù)據(jù)序列。

由于各個(gè)影響因素的量綱不相同，為了便于比較，將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行無(wú)量綱化處理，本文采用的是均值法對(duì)原始指標(biāo)數(shù)據(jù)序列進(jìn)行無(wú)量綱化處理[6]，計(jì)算公式：

求差序列，計(jì)算公式：

計(jì)算母序列與子序列之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)，計(jì)算公式：

式（3）中，ε是分辨系數(shù)，取值范圍在[0，1]之間，一般取ε=0.5。

計(jì)算關(guān)聯(lián)度，計(jì)算公式：

3.2 實(shí)證分析

本文結(jié)合已有的研究成果及甘肅省糧食生產(chǎn)的實(shí)際情況，選取甘肅省糧食產(chǎn)量（Y）（萬(wàn)t）為參考序列[7]，糧食播種面積（X1）（千 hm2）、糧食單位面積產(chǎn)量（X2）（kg/hm2）、農(nóng)業(yè)機(jī)械水平（X3）（%）、農(nóng)用化肥使用量（X4）（萬(wàn) t）、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格指數(shù)（X5）、有效灌溉面積（X6）（千 hm2）、區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況（X7）（元）、受災(zāi)面積（X8）（千 hm2）、第一產(chǎn)業(yè)從業(yè)人員（X9）（萬(wàn)人）、農(nóng)業(yè)支出（X10）（萬(wàn)元）等10個(gè)影響因素為比較序列，建立灰色關(guān)聯(lián)模型，其中區(qū)域經(jīng)濟(jì)狀況（X7）在數(shù)值上用人均GDP 來(lái)表示。

運(yùn)用SPSSAU 進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)分析，在灰色關(guān)聯(lián)分析時(shí)，分辨系數(shù)取0.5，結(jié)合公式（3）計(jì)算出關(guān)聯(lián)系數(shù)值，并根據(jù)關(guān)聯(lián)系數(shù)值，計(jì)算出糧食產(chǎn)量與各影響因素之間的關(guān)聯(lián)度，并確定關(guān)聯(lián)排序，以用于評(píng)價(jià)判斷，具體的計(jì)算過(guò)程不再敘述。為了更加準(zhǔn)確地描述甘肅省糧食產(chǎn)量和和各影響因子之間的關(guān)聯(lián)度，分別按照 1994—2006年、2006—2018年、1994—2018年3個(gè)時(shí)間段進(jìn)行分析，結(jié)果如表1 所示。

從表1 可以看出，1994—2006年針對(duì)本次10個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)，糧食單位面積產(chǎn)量（kg/hm2）的綜合評(píng)價(jià)最高（關(guān)聯(lián)度為0.951），其次是有效灌溉面積（千hm2）（關(guān)聯(lián)度為 0.936）。在 2006—2018年針對(duì)本次10個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)，糧食單位面積產(chǎn)量（kg/hm2）的綜合評(píng)價(jià)最高（關(guān)聯(lián)度為0.941），其次是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價(jià)格指數(shù)（關(guān)聯(lián)度為0.939）。對(duì)于1994—2018年這一總時(shí)期，針對(duì)本次10個(gè)評(píng)價(jià)項(xiàng)，也是糧食單位面積產(chǎn)量（kg/hm2） 的綜合評(píng)價(jià)最高（關(guān)聯(lián)度為0.955），其次是有效灌溉面積（千hm2）（關(guān)聯(lián)度為0.897），第三是農(nóng)用化肥使用量（萬(wàn)t）（關(guān)聯(lián)度為0.844）。因此可以得出結(jié)論，對(duì)甘肅省糧食生產(chǎn)時(shí)空格局演變影響最大的是糧食單位面積產(chǎn)量。此外，農(nóng)業(yè)化肥使用量、有效灌溉面積和甘肅省糧食產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)性也是比較強(qiáng)的。

表1 不同時(shí)期甘肅省糧食產(chǎn)量影響因素灰色關(guān)聯(lián)度及排名

4 結(jié)論

通過(guò)對(duì)甘肅省糧食生產(chǎn)的時(shí)間尺度、空間分布以及影響因素綜合分析，可以得出如下結(jié)論：一是甘肅省糧食生產(chǎn)的地域性差異較大，河西地區(qū)依靠發(fā)達(dá)的灌溉農(nóng)業(yè)，糧食產(chǎn)量逐年增加。2007年后，甘肅省大力發(fā)展小麥等旱作農(nóng)業(yè)，隴中的景泰、會(huì)寧、隴西、通渭等縣以及隴東的寧縣、鎮(zhèn)原、環(huán)縣、靜寧等縣的糧食產(chǎn)量逐年上升，隴東、隴中旱作農(nóng)業(yè)區(qū)發(fā)展成為甘肅省糧食的主要產(chǎn)區(qū)。甘肅糧食主產(chǎn)區(qū)由河西地區(qū)向隴中、隴東地區(qū)轉(zhuǎn)移。二是通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，在1994—2018年糧食單位面積產(chǎn)量與糧食產(chǎn)量高度相關(guān)，因此必須加大各種相關(guān)要素的投入，努力提高糧食單位面積產(chǎn)量。有效灌溉面積和農(nóng)用化肥使用量也是影響糧食生產(chǎn)時(shí)空演變的重要因素。農(nóng)業(yè)上的支出雖然從1994年來(lái)逐年增加，但是和甘肅省糧食總產(chǎn)的關(guān)聯(lián)性是非常弱的，因此農(nóng)業(yè)的支出很難拉動(dòng)糧食的增產(chǎn)。因此，加強(qiáng)現(xiàn)代農(nóng)田建設(shè)、抓住水利設(shè)施建設(shè)、保證糧食作物的有效灌溉面積、提高水資源利用率等也是提升糧食生產(chǎn)能力的有效途徑。農(nóng)用化肥的使用可以提高糧食作物的單位面積產(chǎn)量，增加糧食作物的產(chǎn)量。但是過(guò)量施用化肥不僅會(huì)使土壤的性狀惡化，降低農(nóng)產(chǎn)品的品質(zhì)，還會(huì)破壞農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境，所以應(yīng)該從提高化肥的利用率和綠色有機(jī)肥的使用等角度考慮，合理施用化肥，以提高糧食產(chǎn)量。