叶长盛，朱传民

（东华理工大学地球科学学院，江西抚州344000）

粮食安全是社会经济稳定和发展的物质保证，一直是全球关注的热点问题。在人口持续增加、工业化、城市化加速发展、耕地面积快速减少的背景下，粮食生产的区域环境和区域格局发生了重大变化[1]，保障粮食安全面临严峻挑战。自20世纪90年代中期以来，粮食生产空间格局变化研究逐渐成为我国学者关注的热点。宏观角度研究表明，我国传统的“南粮北调”格局明显地被“北粮南调”格局所取代[2,3]；粮食生产重心进一步由南方向北方和由东部向中部推移，北方和中部地区成为新的增长中心[4]，重心移动的速率不断增大[1]；粮食供需平衡以东西分异规律为主，其次是南北分异[5]，粮食优势省区有集中的趋势[6]。区域角度的研究主要集中在东北[7]、江苏[8]、河北[9]等地。这些研究为我国粮食生产政策的制定提供了重要依据。但现有粮食生产空间格局研究忽视了地理空间效应及评价单元之间的相关性，研究方法主要以粮食产量比重变化为主，研究结果不能揭示深层次的粮食生产空间格局规律，运用探索性空间数据分析（ESDA）方法来探讨省域范围内县域粮食生产空间格局变化规律的研究较为鲜见。为此，本文选取江西省91个县域单元作为评价单元，运用ESDA和GIS空间分析技术，探讨江西省1980～2009年粮食生产的地域格局变化规律，为区域粮食生产布局与优化、粮食安全政策的制定提供科学决策依据。

1 研究区概况

江西省地处我国东南偏中部长江中下游南岸，古称“吴头楚尾，粤户闽庭”，乃“形胜之区”，范围 24°29'14"N～30°04'41"N、113°34'36"E ～118°28'58"E，总面积 16.69×104km2。东邻浙江、福建，南连广东，西靠湖南，北毗湖北、安徽而共接长江。全省气候温暖，日照充足，雨量充沛，年均降水量1341mm～1940mm，无霜期长。境内除北部较为平坦外，东西南部三面环山，中部丘陵起伏，成为一个整体向鄱阳湖倾斜而往北开口的巨大盆地。根据高程和地貌类型特点，将江西省划分为4个粮食生产类型区，即湖区、平原区、低山丘陵区和高山丘陵区[10]（表1）。全省共设南昌、九江、景德镇、萍乡、新余、鹰潭、赣州、宜春、上饶、吉安、抚州等11个设区市，10个县级市，70个县，19个市辖区。

江西省是我国13个粮食主产省（区）之一，是我国南方所剩不多的三个主要粮食调出省之一[11]，也是《全国新增1000亿斤粮食生产能力规划（2009-2020年）》中确定的重点区域之一，有36个县（区）被列入全国产粮大县，江西粮食生产状况对保障南方地区的粮食供应与经济社会协调发展发挥着重要作用。江西具有承东启西、通南联北的区位优势，是我国东部沿海发达地区产业转移的主要承接地之一，必然加快江西省工业化、城市化的发展和农业产业结构的调整，致使耕地数量快速减少，气候变化等因素对粮食生产的约束日益突出，严重威胁到江西省乃至整个国家的粮食安全。开展江西省粮食生产地域格局变化研究对于确保区域粮食供需平衡和粮食安全、推动农业和农村经济发展具有重要意义。

表1 江西省不同粮食生产区范围

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源及处理

本文来源于《江西统计年鉴（1991～2010年）》、《江西统计50年》。以2009年行政区划为基准，对行政区划调整及名称变更的单元进行修正，将市辖区进行归并，如南昌市东湖区、西湖区、青云谱区、湾里区、青山湖区统一归并为南昌市区。经处理，空间尺度划分为91个县（市、区）。运用ArcGIS9.2和GeoDa空间统计分析软件，对江西省1980～2009年县域粮食生产地域格局变化进行分析。

2.2 研究方法

2.2.1粮食产量重心模型 重心模型是研究区域发展过程中要素空间变动的重要分析工具。粮食生产受到自然条件与社会经济条件的影响，导致了粮食生产空间分布的不均衡，生产重心位置处于不断变动之中，重心的移动反映了粮食生产的空间轨迹。粮食产量重心模型表示为[1,9]：

式中，Ti（i=1,2,3,…，n）表示第 i评价单元粮食产量；Pi（xi，yi）为该评价单元的地理中心坐标；Pj（xi，yi）为粮食产量第j年的区域重心坐标。

2.2.2空间自相关分析 空间自相关是用来描述区域社会经济现象空间相互作用的一种空间统计方法，通过对事物或现象空间分布格局的描述与可视化，发现空间集聚和空间异常，揭示研究对象之间的空间相互作用机制，包括全局空间自相关和局部空间自相关[12]。

全局空间自相关是对属性值在整个区域的空间特征的描述，常用Moran’s I来分析区域总体的空间关联和空间差异程度。计算公式如下[13]：

式中：xi和xj分别是变量x在相邻配对空间点的取值，是变量的平均值，wij是相邻权重（若空间点i和j相邻，wij=1，否则 wij=0），n 是空间点总数。Moran’s I系数的取值为[-1，1]，小于0表示负相关，等于0表示不相关，大于0表示正相关。

局部空间自相关可以测度一个局部小区域单元上的某种地理现象或某一属性值的空间异质性，推算出集聚地空间位置和范围。用局部Moran’s I统计量（LISA）和Moran散点图来揭示各个区域单元空间自相关的程度。局部Moran指数计算公式为[14,15]：

当Ii≥E(Ii)时，表明第i个地理单元周围有一种相似属性值的空间集聚现象，即空间正相关现象；当Ii＜E(Ii)时，表明第i个地理单元与其周围区域的属性值差别较大，即存在着一种空间负相关现象。

Moran散点图定性区分出每个地区与其周边地区属性值间的相互关系，分为4个象限，分别对应于县域单元与其邻县的4种类型的局部空间联系形式：第1象限表示高高集聚（HH型）；第2象限表示低高集聚（LH型）；第3象限表示低低集聚（LL型）；第4象限表示高低集聚（HL型）。

3 结果与分析

3.1 江西省粮食生产总体特征

1980年以来，江西省粮食总产量和人均粮食总体均呈增长态势（图1）。2009年全省粮食产量为2002.56万t，是1980年的1.61倍，年均增长率为1.67%。人均粮食由1980年的379.19kg/人，增至2009年的451.83kg/人，年均增长率0.61%。

从各粮食产区看（图2），低山丘陵区粮食产量所占比重最大，但比重近30a仅提高了0.25%，湖区和平原区所占比重则分别提高了1.85%和2.83%，而高山丘陵区所占比重降低了4.93%，江西省粮食生产向湖区和平原区集中分布的趋势明显。

图1 江西省1980～2009年粮食产量变化图

图2 江西省不同粮食产区粮食产量分布

从粮食生产县域分布来看（表2），1980年粮食产量20万t以上的县域为14个，2009年达46个，粮食产量占全省总产量的比重由34.05%增至78.70%。1980～2009年，产量50万t以上的县域由1个增至10个，比重由4.37%增至30.96%；产量40～50万t、30～40万t的县域分别由1个、3个增至4个、8个，比重由3.66%、8.73%增至8.06%、12.49%；产量20～30万t的县域由9个增至24个，比重由17.30%增至27.19%。36个国家产粮大县粮食产量比重则由1980年的58.76%增至2009年67.50%。江西省粮食生产向产粮大县集中，且随时间推移，趋势愈来愈明显。

3.2 总体空间差异

从表3的计算结果可知，江西省粮食生产全局Moran’s I从1980年的0.2076，增加到2009年的0.3025，整个研究期内全局Moran’s I估计值全部为正，且总体趋势在不断增加，显著性水平都小于0.05。这表明，1980年以来江西省的县域粮食生产在空间分布上具有明显的正相关性，即相邻县域间存在相互影响，呈现出空间上的集中分布，即高高集聚（HH型）、低低集聚（LL型），随着时间的推移，粮食生产相似的县域的空间集聚表现出逐渐增强的趋势。

表2 1980-2009年江西省粮食生产县域分布

表3 江西省粮食生产GlobalMoran’s I估计值

3.3 局部空间差异

根据江西省县域粮食生产数据，得到江西省1980、1990、2000和2009年粮食生产的Moran散点图（图3），统计出4种空间联系类型的单元数，括号中的数值表示在p=0.05显著性水平下的单元数（表4）。近30年来，位于HH和LL象限的县域数量由45个增至65个，1980、1990、2000和2009年位于HH和LL象限的县域分别占总单元数的49.45%、59.34%、58.24%和71.43%，表明江西省粮食生产在局域范围内具有强烈的空间相关性，局部集聚格局显著，且在研究期内集聚能力不断增强。

图3 江西省粮食生产Moran散点图 (1980-2009)

将Moran散点图与LISA显著性水平相结合，可以得出5%显著性水平下的LocalMoran’s I图（图4），可以进一步分析各县域粮食生产的空间自相关程度。

图4反映出1980-2009年江西省粮食生产地域格局分布及其演变过程：①显著的高高（HH）类型区，局部高值聚集类型，在研究期内分布较为稳定，以鄱阳湖平原南部地区为中心集中分布，南昌县、进贤县、高安市、樟树市、丰城市、新干县、余干县、抚州市区、东乡县一直处于该区，上高县在1980、1990和2000年，崇仁县在1990年、2009年，乐安县在2000年分别落入该区。该区位于鄱阳湖平原，是江西省传统农业区，生产条件优越，农业基础设施较为完善。②显著的低低（LL）类型区，局部低值聚集类型，分布的县域很少。仅包括1980年的湖口县和2000年的湖口县、星子县、永修县。该类型处于鄱阳湖湖区，粮食生产受洪涝灾害影响较大。③显著的低高（LH）类型区，分布的县域较少。1980年包括九江县、万年县、崇仁县和井冈山市；1990年包括九江县、乐安县和井冈山市；2000年与1980年分布一致；2009年包括九江县、万年县、井冈山市和南昌市区。这类“凹点”主要分布在粮食生产较高的县的周围。④显著的高低（HL）类型区，1980年、1990年和2009年包括乐平市和信丰县，2000年仅有乐平市落入该区。这类“凸点”处于农业生产条件较周围县的农业生产较好的区域，如信丰县虽处于赣南山区，但境内低丘盆地面积较大，与南雄盆地相连，耕地面积较大，粮食生产条件良好。

表4 江西省粮食生产4种类型空间联系的单元数及显著单元数（p=0.05）

图4 江西省粮食生产LISA聚集图（p=0.05）

3.4 粮食生产重心变化

利用公式（1）可以计算出江西省粮食生产重心及变化，结果如图5。江西省粮食生产重心变动范围较小，一直在丰城市境内移动。2009年与1980年相比较，向东北方向偏移了2.09km，偏移位置很小。这主要是由于鄱阳湖平原区粮食生产占全省的比重较高，且呈增加趋势。高山丘陵区粮食生产比重持续下降，共同造成了江西省粮食生产重心微弱东北移动。重心模型的分析结果与空间自相关分析的结果一致，即江西省粮食生产集中于鄱阳湖平原南部，表现出一定的空间集聚性。

图5 江西省粮食生产重心转移（1980-2009）

3.5 粮食生产空间格局变化的驱动机制

影响粮食生产空间格局变化的主要因素包括自然因素和社会经济投入因素。自然条件对粮食产量具有一定的影响，但空间和时间尺度具有波动性，而社会经济投入相对比较稳定。因此，本文选择了从事农林牧渔业人员、粮食播种面积、农业机械总动力、有效灌溉面积、化肥使用量、农药使用量、农业用电量、地膜使用量、农村居民纯收入等9个主要影响因素，利用91个评价单元粮食产量数据与9个主要影响因素进行灰色关联分析，分别得出2000、2005和2009年粮食产量与各因素之间的关联系数（图6）。

图6 不同年份江西省粮食生产空间格局的影响因素

从图6可知，粮食作物播种面积和有效灌溉面积是影响2000-2009年粮食生产空间格局的最主要的两个因素，2009年关联系数分别为0.8617和0.7604，其次是农业机械总动力和化肥使用量，地膜使用量和农村居民人均纯收入对粮食生产空间格局影响相对较小。2000-2009年间各因素对粮食生产格局的影响程度基本保持稳定，说明由生产资料投入引起粮食产量空间格局变化的程度在逐渐缩小。

4 结论

探索性空间数据分析方法（ESDA）能揭示一般截面分析或时序分析所没能揭示或忽略的信息，较好地解决了区域之间的空间关系问题，真正反映区域差异变化的空间特征，为区域空间变量差异的定量分析提供了有力支撑。本文通过运用ESDA和GIS技术，分析了1980-2009年江西省县域粮食生产的地域空间格局及其演变过程，主要结论如下：

（1）研究期内江西省粮食总产量、人均粮食稳步增加，粮食生产向产粮大县、湖区和平原区集中分布。

（2）近30a粮食生产重心一直在丰城市境内，略微向东北方向偏移2.09km。

（3）1980-2009年江西省县域单元粮食生产具有明显的正相关性，全局空间自相关系数逐渐增加，粮食生产存在显著的空间聚集分布，空间集聚能力逐渐增强。

（4）1980、1990、2000和2009年位于HH和LL象限的县域分别占总单元数的49.45%、59.34%、58.24%和71.43%，局部集聚格局显著，集聚能力不断增强；粮食生产局部空间集聚显著高产区（HH）以鄱阳湖平原南部地区为中心，包括南昌县、进贤县、高安市、樟树市、丰城市、新干县、余干县、抚州市区、东乡县,显著低产区（LL）县域较少，仅包括1980年的湖口县和2000年的湖口县、星子县、永修县。

（5）影响江西省粮食生产空间格局变化的主要因素是粮食播种面积、有效灌溉面积、农业机械总动力、化肥使用量等。

粮食生产的地域格局特征对于粮食生产政策的制定具有重要的参考价值。粮食生产要因地制宜、分区管理，加大耕地资源的保护力度，提高农业科技水平，注重粮食生产投入要素的利用效率。

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