姚睿宽

摘 要：科学合理地利用农业各生产资源要素，是促进粮食增产、确保粮食安全的关键。选取全国第一夏粮大省河南省为研究对象，基于2000—2019年统计数据，运用灰色关联方法分析了影响粮食产量的因素，并通过时间序列模型对未来一个时期内河南省粮食产量进行了预测。结果表明：在影响河南省粮食产量的各个因素中，化肥使用量作用最为明显，其次为农药使用量和播种面积，受灾面积的影响程度最低。在未来一个时期内，河南省粮食产量预计将以一定的速度持续增长。

关键词：粮食安全;灰色关联分析;时间序列预测

中图分类号 F307.11;F304.7 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2022）03-0044-05

Abstract： The scientific and rational utilization of various agricultural production resource elements is the key to promoting grain production and ensuring food security. This article selects Henan， the country′s first largest summer grain province， as the research object. Based on statistical data from 2000 to 2019， the gray correlation method is used to analyze the factors affecting grain production， and the grain production of Henan Province in the future is predicted through a time series model. The results showed that among the various factors affecting grain production in Henan Province， the use of chemical fertilizers had the most significant effect， followed by the use of pesticides and the sown area， and the affected area had the least impact. The grain output of Henan Province will continue to grow at a certain rate.

Key words： Food security; Grey relational analysis;Time series forecasting

1 引言

2013年12月，中央經济工作会议提出“以我为主、立足国内、确保产能、适度进口、科技支撑”的粮食安全新战略，确立了“谷物基本自给、口粮绝对安全”的粮食安全新目标，此后连续数年的中央一号文件中将粮食安全问题摆在了突出位置。习近平总书记于2020年的中央农村工作会议上提出“牢牢把住粮食安全主动权”，粮食安全战略被提升到了新高度。粮食产量是衡量粮食安全的重要标志，2008—2020年中国的粮食产量实现连续13年增长，增长率达25.58%。尽管粮食总产量一直在增加，但粮食增产的资源生态约束趋紧，粮食安全压力仍在不断增大。粮食产量的波动与粮食安全密切相关，通过对粮食生产波动的现状、规律影响因素及成因进行研究，有助于稳定我国粮食生产，确保粮食安全。

目前，国内学者对于粮食产量问题的研究很多且观点不尽相同，大体上表现为以下2个方面的基本特征：一是研究视角差异化。刘同山从农户退出承包地意愿方面进行探究并得出农户退出承包地对粮食产量有显著的负向作用[1]。程名望等认为农村劳动力外流对全国、粮食主产区和粮食产销平衡区的粮食产量未产生显著影响，而对粮食主销区的粮食产量产生了显著的负向影响[2]。伍骏骞等分析了农业机械化发展水平对粮食产量的直接影响和空间溢出效应，并得出农业机械化发展水平对粮食产量有空间溢出效应，即其他区域农业机械化发展水平对本区域粮食产量有显著的正向影响这一结论[3]。田甜等通过对粮食产量“十连增”的分析认为，作物单产水平提高对中国粮食增产的贡献率最大，且未来中国粮食单产的提高将日益依赖于优良品种和机械投入[4]。二是研究方法多样化。星焱等运用动态面板广义矩估计方法分析了对粮食产量影响较大的相关因素，得出种粮收益、预期种粮收益、财政支农对粮食播种面积的增加和粮食单产的提高均起到了显著作用的结论[5]。高鸣等运用EDA方法中最新的EBM模型与Goprobit模型探讨了贫困时代视角下我国粮食企业生产科学管理效率及其影响的因素[6]。张永强等通过构建双函数模型将我国粮食产量划分为走向趋势性产量与波动性产量2个组成部分，并从市场和农户的角度分别就资本投入的不确定性与波动对粮食产量影响的时间差别进行了分析[7]。黄勇等采用指数分解方法，深入地研究了各种影响粮食总产量的变化的主要因素以及它们对粮食生产的贡献程度[8]。

除此之外，亦有众多学者聚焦于河南省粮食生产问题的研究。薛龙等分析了河南省粮食生产效率的主要影响因素，认为有效灌溉面积和单位面积粮食产量与粮食生产效率存在正相关，而人均GDP高的市粮食生产效率则相对较低[9]。陈慧中等对河南省粮食产量波动及其影响因素进行了分析，得出有效灌溉面积、机耕面积、化肥施用量和农村家庭平均每人每年纯收入可视为河南省粮食产量及波动的主控因素的结论[10]。刘旗等通过分析河南省2004—2009年的粮食生产面板数据认为，粮食直接补贴政策的增产效应在粮食主产区更为显著[11]。

国外学者对粮食产量所做的相关研究也很多。Domingos Israel F.N研究了英格兰北部3个生长季荞麦的产量情况，得出较早的播种期对其产量有一定的正向影响[12]。Faith R. Chidavaenzi认为在干燥的农村地区采用滴灌方案显著提高了农户的粮食生产能力、营养和收入[13]。

从上述内容可以看出，不同学者在研究粮食产量时，由于所选取的指标不同、方法不同以及研究区域的不同，会产生不同的研究结果，在特定时期都具有较高的参考价值。但是其研究局限于粮食的短期波动，无法对长期的、动态的情况加以把握，且缺乏对粮食产量影响因素的系统性分析探究。为此，本文基于已有的研究成果，运用灰色关联分析方法对河南省粮食产量的波动进行了系统性分析，在此基础上借助时间序列模型对河南省未来一个时期的粮食产量进行预测，以期为我国粮食安全战略中的路径选择提供有效的参考。

2 河南省粮食生产对国家粮食安全的贡献

河南省作为中国典型的农业大省，在粮食生产中自然扮演了重要的角色。图1显示了全国及河南省2000—2019年的粮食生产情况。从图1可以看出，河南省粮食产量自2000年以来取得了连续增长的成绩且其产量在全国的占比呈逐步上升的趋势。其中，2018年河南省粮食产量为6648.91万t，占当年全国粮食总产量的10.11%，居于全国第2位。河南省作为农业大省、粮食大省和农村人口大省，其农业资源禀赋在全国具有典型性，社会经济条件在全国具有代表性。因此，以河南省为例，对粮食产量的相关影响因素进行分析，具有较高的现实意义和应用价值。

3 河南省粮食产量的灰色关联分析

3.1 灰色关联分析研究思路 灰色关联分析（Grey Relation Analysis，GRA）是一种多因素的统计分析方法。其基本思想是根据序列曲线几何形状的相似程度来判断其联系是否紧密。曲线越接近，相应序列之间的关联度就越大，反之就越小。简单来讲，就是在一个灰色系统中，想要了解所关注的某个指标项目受其他因素影响程度的相对强弱并对这些影响因素进行排序，得到分析结果，便可得到所关注的这个指标与哪些因素更相关，进而有效地调整系统的运行。数理统计中的回归分析、方差分析、主成分分析等都是用來进行系统分析的方法，但存在局限性：要求有大量数据和要求样本服从某个典型的概率分布，要求各因素数据与系统特征数据之间呈线性关系且各因素之间彼此无关，而灰色关联分析的方法可以有效弥补上述方法的局限性。因此，本研究选用灰色关联分析法。

3.2 指标的选取 影响粮食产量的因素有很多，以自然因素和科技因素较为典型。与粮食产量最直接相关的是自然因素，我国地势复杂，耕地面积有限。随着社会经济不断发展以及城市化进程的推进，耕地面积正在进一步缩小，从而制约着粮食生产。科技是最有生产力的，如果国家的地理条件限制了农业的发展，科学技术的投入则可以尽可能减少这些限制。利用水利设施进行灌溉、施用肥料以及使用农药，可以有效地提高生产能力，而使用农业机械可以提高农业生产效率。如表1所示，本研究选取粮食播种面积和受灾面积作为自然因素的指标，选取化肥施用折纯量、农药使用量、农业机械总动力和有效灌溉面积作为科技因素的指标，数据来源为《中国统计年鉴》《河南省统计年鉴》中2000—2019年的相关数据。

首先，为验证所选取的指标能充分解释说明要探究的问题，需要对所选取的指标进行检验。使用SPSS软件对河南省粮食产量及其影响因素进行Pearson回归，用以验证所选指标的显著性，确保可以构成有效的指标体系。分析结果如表2所示，从表2可以直观地看出所选取的指标均与河南省粮食产量相关，因此可以构成一个有效的指标体系即：粮食播种面积X1、受灾面积X2、化肥施用折纯量X3、农药使用量X4、农用机械总动力X5以及有效灌溉面积X6。

3.3 灰色关联分析 将河南省2000—2019年的粮食产量X0作为参考序列，将上述指标体系中的各项指标作为比较序列，接下来进行灰色关联分析。具体步骤如下：

（1）对所选用的原始数据进行预处理，本文选用初值化法对原始数据进行无量纲化处理。具体公式如下：

（3）计算比较序列与参考序列中各指标的关联系数，具体公式如下：

（4）计算各项指标（X1-X6）与河南省粮食产量（X0）之间的灰色关联度和关联序，具体公式如下：

通过比较各，响因素的灰色关联度大小得出关联序。

3.4 分析结果 将搜集到的原始数据整理后进行灰色关联分析，所得结果如表3所示。从表3可以看出，从一级指标来看，2000—2019年期间河南省粮食产量受科技因素的影响较大，其次是自然因素。具体到各项二级指标情况时，化肥施用折纯量、农药使用量及粮食播种面积与河南省粮食产量的关联度最大，是影响河南省粮食产量的关键因素;有效灌溉面积和农用机械总动力与河南省粮食产量的关联度次之，但也是影响河南省粮食产量的重要因素;受灾面积与河南省粮食产量的关联度最低，对粮食产量的影响较弱，这表明农业抗御自然风险的能力正在逐步增强。以上分析结果表明，提高粮食产量应更加注重科技的投入，现代农业中提高产出要依靠技术的进步。与此同时，应当保证粮食播种面积不减少，虽然粮食播种面积与粮食产量的关联度为0.7691，在各项指标中仅排在第3位，但是保证粮食的播种面积依然是保障粮食产量的关键所在。2000—2019年期间，河南省化肥施用折纯量与农药使用量呈现出不断上升的趋势，其残留物易对土壤、地下水等产生污染，威胁生态环境。在推行农业绿色发展观念的现阶段，应当适当减少化肥和农药的使用量，通过播种良种来替代化肥农药在提高粮食产量中所发挥的作用，降低粮食生产对生态环境的破坏，促进粮食生产走上绿色可持续发展的道路。

4 河南省粮食产量的预测

本研究选取河南省2000—2019年的相关时间序列数据，时间序列数据可以反映河南省粮食产量的发展变化过程和变化规律，并可以依此探究出粮食生产过程中各个因素对粮食产量的影响，同时还可以对今后一个时期的粮食产量进行预测。因此，本文运用2000—2019年的数据，通过指数平滑法对数据进行拟合并且预测未来几年的粮食产量，得到其近似值。常用的指数平滑模型包括Holt模型和阻尼Holt模型等。Holt模型简单可靠易于操作，尤其适用于一些随时间连续变化的数据。Holt指数平滑法的模型的一般形式为：

使用SPSS软件对相关数据进行分析，可以得到2000—2019年河南省粮食产量的拟合值，结果如表4所示。从表4可以直观看出，除2000年、2003年、2006年、2007年以及2008年外，其余年份拟合值均与实际值相近，证明拟合优度较高，同时图2曲线接近程度也证明了这一结果。上述几年的拟合值与实际值相差较大的原因是当时天气的剧烈变化情况对粮食产量的影响较大且人为作用的相对减弱，这些情况造成了粮食产量的变化不稳定现象的出现。

利用拟合的函数对未来一个时期的粮食产量进行预测，其结果如图2所示。同时可以得到如表5所示的具体数值。从图2可以看出，拟合数值线和实测数值线前期存在有一定的差异，但后期二者的差异较小，说明拟合优度较高。河南省粮食产量呈现出线性递增的趋势，说明在接下来一个时期内河南省粮食产量将会以一定的速度保持增长的势头，具有一定的增长潜力。

5 结论与建议

从灰色关联分析结果可以看出，以化肥施用量、农药使用量为代表的科技因素与河南省粮食产量有着最高的关联度，以粮食播种面积为代表的自然因素与河南省粮食产量有着较高的关联度。其他影响因素的关联度从高到低依次是有效灌溉面积、农用机械总动力，受灾面积与河南省粮食产量的关联度最低。从时间序列模型对河南省粮食产量进行预测的結果来看，在今后一个时期河南省粮食产量依然保持着增长的趋势且保持有较高的增速，预计到2025年河南省粮食产量将达到7686.12万t。由此可见，河南省粮食生产具有很大的增产空间，这对于我国社会经济的发展和保障粮食安全具有重大的现实意义。

根据以上结论，就提高粮食产量、保障粮食安全提出了以下几点建议：

第一，严格确保耕地数量不减少、质量不降低，适度合理地增加粮食种植面积。根据灰色关联分析的结果来看，除去化肥农药施用量外，粮食播种面积与粮食产量的关联度最高。农业绿色发展的要求限制了农药化肥的施用，应当通过增加粮食播种面积来提高粮食产量。同时，依法有序推进土地流转，减少土地抛荒撂荒的现象发生。在城镇化过程中严守耕地红线，控制城镇化的推进对耕地侵占。

第二，加强农田基础设施建设，完善农田水利设施，加强粮食生产的科技投入，确保对农田进行有效灌溉。灰色关联分析结果显示，有效灌溉面积与粮食产量的关联度也较高。河南省地处华北平原，年降水量较少且降水的季节分布较为明显，水资源对粮食生产的约束比较紧，干旱灾害时有发生。通过对农田水利灌溉设施的完善以及对水资源的合理调度，可有效帮助北方粮食主产区抵御旱灾的威胁，确保粮食生产不受影响。

第三，在粮食生产过程中要控制化肥、农药的使用，做到科学合理的使用。灰色关联分析的结果中，化肥、农药的施用量与粮食产量的关联度最高，排在前2位。虽然化肥、农药对于粮食生产有着明显的促进作用，但如果不加以控制会对环境造成破坏，过量化肥农药的残留会造成土壤酸化、硬化，使土地的地力下降，造成粮食减产。同时，加大对低残留农药化肥研发过程中的科研投入力度，加大力度宣传普及化肥农药的正确使用方法以及合理用量，提高利用率、减少残留，促进粮食生产的绿色可持续发展。

第四，进一步完善粮食生产过程中的农业社会化服务，提高粮食生产的机械化水平。农用机械总动力与粮食产量的关联度为0.7571，属于较强的关联水平，这表明农业机械化水平对于粮食产量有着较高的影响力。同时，河南省地处平原地区，耕地地势平坦且相连，适宜在粮食生产中推广规模化、机械化模式，因此，在粮食生产的过程中应进一步提高机械化水平。政府部门应当采取措施来减少国际粮价“天花板”和国内农资价格“地板”对粮农的挤压效应，通过财政补贴、维持市场粮价来确保粮农的收入，提高农户种粮积极性，有助于社会稳定和保障粮食安全。

进入21世纪以来，我国粮食产量不断提高，为社会经济的发展提供了可靠的物质基础，但是水资源、土地资源和生态环境对粮食增产造成的约束越来越紧。因此，在我国经济进入新常态的形势下，更应对粮食安全予以重视，以确保粮食产量稳定增长。

参考文献

[1]刘同山.农户承包地退出意愿影响粮食产量吗？——基于处理效应模型的计量分析[J].中国农村经济，2017（01）：68-81，95-96.

[2]程名望，黄甜甜，刘雅娟.农村劳动力外流对粮食生产的影响：来自中国的证据[J].中国农村观察，2015（06）：15-21，46，94.

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[12]Domingos Israel F.N.， Bilsborrow Paul E. The effect of variety and sowing date on the growth，development，yield and quality of common buckwheat （Fagopyrum esculentum Moench）[J]. European Journal of Agronomy，2021，126：126246.

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（责编：张宏民）

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