粮食主产区（河南）粮食生产时空变化特征及其因素贡献分析

◎ 吴 涛，宋 江，付绍敏，郭保稳

（北京航天长城卫星导航科技有限公司，北京 100000）

粮食安全是关系我国经济发展和政治稳定的战略性问题[1-2]，2021 年，我国粮食总产量达到68 285 万t，粮食主产省份粮食总产量达53 602 万t，占全国粮食总产量比重为78.5%。2023 年，中央一号文件提出要抓紧抓好粮食和重要农产品稳产保供，确保全国粮食产量保持在0.65 万亿kg 以上，各省（自治区、直辖市）都要稳住面积、主攻单产、力争多增产。因此，研究粮食主产区粮食生产，对于我国实现持续粮食安全具有重要的现实意义。河南省位于我国中东部、黄河中下游，是全国人口大省，也是农业大省。根据国家统计局统计，2021 年河南省粮食总产量为6 544.20 万t，占全国粮食总产量的9.58%，位居全国第2 位。在此背景下，探讨河南省粮食生产时空变化特征及其贡献因素，对于提高河南省粮食生产能力、有效保障国家粮食安全至关重要。

近年，国内学者对粮食主产区粮食生产的时空变化[3-7]及其影响因素[8-10]进行了一些研究，其中，张利国和王慧芳从粮食播种面积、粮食总产量和粮食单产等方面详细剖析了主产区粮食综合生产情况[11]；吴玲和刘腾谣认为，粮食生产区域变化对粮食主产区的影响效应具有两面性[12]。纵观现有文献，对粮食主产区的研究已逐渐由宏观尺度向中微观尺度转变，对于省域内部粮食生产的研究也逐步深入，但对我国粮食生产第二大省的河南省研究仍相对不足，对于省域内部粮食生产格局变化仍不清晰。鉴于此，本文基于1978—2021 年河南省粮食总产、单产和播种面积等数据，运用GIS 技术和LMDI 模型，分析河南省及其内部各市粮食产量变化结构及主要贡献因素，旨在把握粮食主产区省域内部粮食生产时空变化及其发展趋势，以期为河南省粮食生产布局优化、区域粮食可持续发展，提供理论依据。

1 研究方法和数据来源

1.1 研究方法

（1）时间序列分析法和基于GIS 的空间布局变化分析法。时间序列分析法强调一种区域性数据的时间变化分析。本文通过1978—2021 年河南省粮食产量相关数据，分析其时间变化特征，以便了解这些数据的内在动因。此外，本研究运用GIS 软件，分析河南省各市1996—2021 年粮食总产量的年均增长率以及2021 年人均粮食产量的区域空间分布，以此分析河南省粮食生产空间变化的特征。

（2）LMDI 因素分解模型。根据河南省粮食统计数据的特点，本研究将河南省粮食总产量变化的贡献因素分为种植面积效应和粮食单产效应。为比较2 种贡献因素的具体大小，采用LMDI 因素分解法对其进行分解。Ang 提出的对数平均迪氏分解方法（Logarithmic Mean Weigh Division Index Method，LMDI），能消除分解过程中的残差和“0”值问题，提高分析结果的准确程度[13]，具体因素分解研究方法如下。

对于某一区域粮食总产量的变化可以分为播种面积导致的产量变化和粮食单产导致的产量变化之和：

式（1）中：△Gi表示区域i 的粮食总产量变化；△Gsi、△Gai分别表示区域i 由播种面积和粮食单产导致的产量变化。对△Gsi、△Gai进一步分解可得到2 种贡献因素的具体大小。

式（2）和（3）中：△Goi、△Gti分别代表区域i 期初和期末的粮食产量；Soi、Sti分别代表区域i 期初和期末的播种面积；aoi、ati分别代表区域i 期初和期末的粮食单产水平。

在计算出播种面积和粮食单产对粮食总产量变化的具体贡献量后，将其除以粮食总产量变化，得到播种面积和粮食单产对粮食产量变化的贡献比率，即因素贡献率。

式（4）（5）（6）中：Psi、Pai分别表示区域i播种面积和粮食单产对粮食总产量变化的贡献率[14]。

1.2 数据来源

本研究分析的河南省粮食生产时空变化及其贡献因素的社会经济统计数据，主要来源于《中国统计年鉴》（1978—2021）和《河南省统计年鉴》（1978—2021）。根据得出的粮食总产量、粮食单产量、人均粮食产量，以及历年播种面积等时间序列数据，对河南省粮食生产时空变化及其贡献因素进行分析。

2 实证分析：以河南省为例

2.1 粮食生产时间变化特征

河南省粮食总产量和单产量增速较快，人均粮食产量逐年稳步上升，且在全国粮食生产中的地位日趋提高。河南省粮食总产量由1978 年的2 097.40 万t 增长到2021 年的6 544.20 万t，增加了4 446.80 万t，增长率为212.01%，年均递增率为3.01%，比全国同期水平高1.03 个百分点；粮食单产量由1978 年的2 298.95 kg·hm-2增长到2021 年的6 075.02 kg/hm2，增加了3 776.07 kg/hm2，增长率为164.25%，年均递增率为2.55%；在人均粮食产量方面，1982 年河南省人均粮食产量最低，为294.87 kg/人，之后逐年上升，到2020 年达到最高，为592.21 kg/人。此外，河南省粮食总产量占全国粮食总产量的比重从1978 年的6.88%增长到2021 年的9.58%，增长了2.7个百分点（见表1）。

表1 1978 年以来河南省粮食生产状况表

2.2 粮食生产空间变化特征

（1）东南部地区粮食总产量占全省粮食总产量半数以上，且年均粮食增长率相对较高。2021 年，河南省粮食总产量为6 544.2 万t，其中，周口市粮食总产量最高，达到923.7 万t，济源市粮食总产量最低，为23.54 万t。粮食总产量大于500 万t 的市有5个，分别为南阳市、商丘市、信阳市、周口市和驻马店市，主要集中在河南省的东南部地区，其粮食总产量共3 725.74 万t，占河南省2021 年18 个市粮食总产量的56.93%。1996—2021 年，河南省各市之间的年均粮食增长率最大相差3.32 个百分点。其中，年均粮食增长率最高为驻马店市2.84%，最低为济源市-0.48%。年均粮食增长率大于2.00%的市有10 个，约占河南省总市的55.56%；年均粮食增长率小于0的市有2 个，约占河南省总市的11.11%；而年均粮食增长率0～2.00%的市有6 个，约占河南省总市的33.33%。年均粮食增长率超过2.00%的主要集中在南阳盆地和东部平原地区，这些地区土壤肥沃，水源充足，因此成为重要的农耕区（如图1）。在人均粮食产量方面，2021 年，河南省东南部地区人均粮食产量较高（如图2）。

图1 河南省1996—2021 年年均粮食增长率的空间分布图

图2 河南省2021 年人均粮食产量的空间分布图

2021 年，河南省各市人均粮食产量超过700 kg/人和低于300 kg/人的分别为4 个和8 个，约占河南省总市的22.22%和44.44%；人均粮食产量为300～500 kg/人的市有4 个，约占河南省总市的22.22%；而人均粮食产量500～700 kg/人的市有2 个，约占河南省总市的11.11%。在区域分布上，河南省人均粮食产量最低的为郑州市148.51 kg/人，最高为驻马店市833.16 kg/人。从图2 能够看出，东部平原地区的人均粮食产量相对较高，其中，驻马店市尤为突出。而人均粮食产量低于500 kg/人的市主要分布在自然条件相对较差、耕地面积相对较少的豫西地区。

（2）累计粮食增产量主要分布在东部和南部地区，达到全省增产量的半数以上。河南省18 个市中，只有郑州市和济源市粮食产量下降，其余16 个市粮食产量均上升。其中，粮食增产量大于200 万t 的市有5 个，分别为南阳市、商丘市、信阳市、周口市和驻马店市，均集中在河南省的南阳盆地和东部平原地区，累计增产量达1 661.2 万t，占河南省同期粮食增产量的66.5%。其中，驻马店市的粮食增产量最多，达416.49 万t。

2.3 粮食生产因素贡献分析

（1）粮食单产对粮食增产的贡献率高于播种面积对粮食增产的贡献率。如表2 所示，1978—2021 年，粮食总产量增加4 446.8 万t，其中，播种面积的累计贡献量为920.1 万t，占粮食增产总量的20.70%；单产的累计贡献量为3 526.70 万t，占粮食增产总量的79.30%。由此可见，河南省粮食增产主要依靠粮食单产的贡献率。

表2 1978 年以来河南省播种面积、单产对粮食产量变化的累计贡献状况表

进一步发现，在2005 年之前，河南省播种面积的贡献量多次出现负值。根据《河南省土地利用总体规划（2006—2020）》显示，造成这一现状的原因在于，2005 年之前，由于非农建设用地大量侵占、耕地后备资源不足、开发利用制约因素较多等因素，致使可耕地面积不断减少；而在2005 年之后，由于耕地保护力度的加强以及土地产权管理的强化，耕地锐减的势头基本得以遏制[15]。至此，播种面积的贡献量逐年增加，成为粮食总产量增加的主要因素之一。

（2）粮食单产在各市间的累计效应大于播种面积的累积效应。LMDI 分解结果表明，2001—2021 年，河南省18 个市中，有2 个市的粮食播种面积累计效应为负值，分别为郑州市和三门峡市，如图3 所示，这些市主要分布在豫西以及豫中地区。这是由于豫西地区多山且耕地分散，农耕难以实行机械化操作，可耕地面积相对匮乏；豫中地区处于中原经济核心区，城镇化发展进程较快，建设用地指标的增加，使得豫中地区可耕地面积逐渐减少[16]。而其余16 个市的粮食播种面积累计效应为正值，其中，南阳市、商丘市、信阳市、周口市和驻马店市的播种面积效应均在100 万t 以上，较大程度上促进了全省的粮食产量增加，原因在于这些市分布于河南东南部的平原地区，地势平坦、水源充足，成为河南省粮食生产的主要农耕区。

图3 1996—2021 年河南省播种面积及粮食单产的累积效应图

在粮食单产方面，河南省18 个市的粮食单产累计效应均为正值，粮食单产效应变化最不显著的市主要分布在豫西和豫中地区，受到自然条件的限制，这些地区的土地利用率较低，因而粮食单产也相对较低。而处于河南省东南部的信阳市、周口市和驻马店市，由于优渥的农耕环境，其粮食单产效应最为显著，均在300 万t 以上。总之，粮食播种面积的下降是导致济源市粮食产量下降，以及豫西和豫中地区其他市粮食产量增加不显著的主要原因；粮食单产提升和粮食播种面积扩大，则是河南省东部和南部地区粮食产量快速增加的主要原因。

3 结论与建议

粮食主产区的粮食生产直接关系到我国粮食安全战略的实现。本文以河南省为粮食主产区的典型代表，运用GIS 技术和LMDI 模型，依托粮食产量、人均粮食产量、粮食单产以及播种面积等统计数据，定量分析了河南省2001—2021 年粮食产量的时空变化特征，以及省域内部的粮食生产差异，得出如下研究结论。①2001—2021 年，河南省粮食总产量和单产量增速较快，人均粮食产量逐年稳步上升，且河南省在全国粮食生产中的地位日趋提高，但在2016 年之后，粮食产量出现一定程度的下降。②河南省东南部地区粮食总产量及累计粮食增产量，均占全省粮食总产量50%以上，且年均粮食增长率相对较高。就2016 年来看，河南省东部平原地区的人均粮食产量相对较高，其中，驻马店市尤为突出。③粮食单产和播种面积是粮食总产量变化的主要贡献因素，河南省粮食单产对粮食增产的贡献率要高于播种面积对粮食增产的贡献率。粮食单产在各市间的累积效应大于播种面积的累积效应，LMDI 分解结果表明，河南省18 个市中有2个市的粮食播种面积累计效应为负值，主要分布在豫西以及豫中地区；18 个市的粮食单产累计效应均为正值。

为此，本文提出以下建议。①当前，河南省化肥施用折纯量和农药施用实物量均呈逐年递增的趋势，尽管目前粮食单产的提高主要依靠农药、化肥的使用，农药、化肥的使用量不断提升，但利用率并不高，长此以往，不仅容易引发严重的农业面源污染，而且会导致耕地质量的下降，不利于粮食产量的持续增加。因此，相关部门应增强对土壤污染的监测，严格控制农药、化肥的使用量，提高土地质量。②加强职业农民培训，提升农业劳动力素质，进一步提高农业机械化水平，适应现代农业建设的需要。此外，通过推广北斗科技在农机行业的应用，进一步提高农业机械化发展水平，也是弥补农业劳动力不足的有效途径。③优化农业产粮区域布局，科学合理划定省内优势产粮布局规划，对产粮集中县（市）加大奖励力度。河南省粮食产量主要依靠东南部地区，因此，相关部门应当抓紧研究制定优势产粮区建设标准，完善激励机制和支持政策，层层落实建设管护主体责任。