基于GIS的湖南糧食生產重心遷移分析

陽寬達，黃運湘，謝紅霞，余 丹，袁 紅

（湖南農業大學資源環境學院，湖南 長沙 410128）

美國世界觀察研究所所長Lester R. Brown 曾發出“誰來養活中國”的驚人之問，其焦點問題就是中國的糧食供給和糧食安全。作為一個一直被世界所廣泛關注的焦點問題，糧食問題對于人口眾多的中國來說，更關乎國民經濟發展和社會穩定。近年來，在我國人口持續增加，耕地面積逐年減少的背景之下，糧食生產及其消費格局在不斷變化，糧食供求關系偏緊，結構性矛盾突出，糧食安全與耕地保護正面臨著嚴峻的挑戰[1]。湖南省工業化、城市化的進程不斷加快，建設項目占用耕地越來越多，而人民生活水平不斷提高對糧食總量的需求呈增加的態勢，湖南是一個糧食生產大省，研究該區域糧食生產重心轉移問題，有利于統籌區域城鄉發展，合理配置區域內糧食生產，為區域的持續健康發展提供重要保障。項目組選取了湖南省作為研究對象，分8個時段探討近25 a 來糧食總量的重心遷移，希望對優化湖南省糧食生產布局以及糧食生產相關政策的制定提供相應的數據參考，為確保糧食安全的規劃決策提供科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

湖南省地處長江中游南部，位于東經108°47′～114°15′，北緯24°39′～30°08′。全省土地面積 21.18萬km2，是連接東部沿海省與西部內陸省的橋梁地帶。地貌以山地、丘陵為主，全省三面環山，形成一個從東南西三面向北傾斜開口的馬蹄形盆地。湘江、資水、沅江、澧水四大水系由西南向北匯集至有全國第二大淡水湖之稱的洞庭湖，經岳陽城陵磯注入長江。全省屬中亞熱帶季風氣候，雨量充沛，熱量豐富，年平均降水量在1 200～1 700 mm 之間，年平均溫度在16～18℃之間，物產富饒、資源豐富以及自然條件優越，素有“湖廣熟，天下足”之謂，也是全國水稻產量最大的省以及全國糧食主產區之一[2]。

1.2 數據來源

使用數據均來自湖南省統計年鑒（1990～2014年），以縣（區）為單位收集相關數據，包括各個縣（區）的歷年人口數、耕地面積、糧食播種面積、糧食總產量和農作物播種面積等。由于近25 a 湖南省部分行政區劃發生了一些變動，為了保持數據的連續性，對有些行政區進行了歸并。長沙市區包括長沙郊區、芙蓉區、天心區、岳麓區、開福區和雨花區；株洲市區包括株洲郊區、荷塘區、蘆淞區、石峰區和天元區；湘潭市區包括湘潭郊區、雨湖區和岳塘區；衡陽市區包括衡陽郊區、珠暉區、雁峰區、石鼓區和蒸湘區；邵陽市區包括邵陽郊區、雙清區、大祥區和北塔區；岳陽市區包括岳陽郊區、岳陽樓區、云溪區和君山區；常德市區包括武陵區、鼎城區；張家界市區包括永定區、武陵源區；益陽市區包括資陽區、赫山區，南縣包括南縣和大通湖區；郴州市區包括郴縣、北湖區和蘇仙區；永州市區包括零陵區、冷水灘區；懷化市區包括鶴城區、中方縣；婁底市區包括婁星區。

1.3 研究方法

重心模型是研究區域發展過程中要素空間變動的重要分析工具。由于區域發展是要素集聚與擴散的過程，各要素的重心位置處于不斷變動之中，要素重心的移動客觀地反映了區域發展諸要素空間集聚及其位移規律。人口重心模型、經濟重心模型以及生產重心模型是地理學常用的分析模型[3]。依據重心模型理論嘗試構建了湖南省糧食產量重心擬合模型公式（1）。

式中，Tij（i=1，2，3，…，n）表示第i 評價單元第j年糧食產量。xi、yi為第i 評價單元的地理經緯度。xj、yj為湖南省糧食產量第 j年的重心橫縱坐標。設第k、k+m年湖南省糧食產量重心坐標分別為Pk（xk，yk）、Pk+m（xk+m，yk+m），那么，重心Pk向Pk+m移動方向模型公式為（2），重心移動距離模型公式為（3）。

2 結果與分析

2.1 湖南省糧食、人口的時序變化

盡管實行了計劃生育這一基本國策，但是因人口基數較大，1989～2013年人口仍然有增加的趨勢，湖南省總人口數量增加了762.35 萬人。糧食總量的需求將會隨著人口的增加而增加，耕地資源成為了維系糧食生產的最基本的保障，無論是數量上還是質量上都會影響著糧食生產和糧食安全[4-5]。但由于近年來湖南省工業化、城市化進程加快，非理性用地所造成耕地非農化利用的趨勢不可逆轉，該省耕地面積從1989～2013年減少了2.6×105hm2，在一定程度上影響了湖南省的糧食生產。此外農藥化肥的大量使用、不合理的灌溉方式等導致的耕地質量下降 , 也制約了糧食生產和糧食安全。1989～2013年，湖南省糧食總產量在2.60×107～3.45×107t 范圍內上下波動（圖1）。總體來說，經歷了緩慢下降、快速下降和緩慢上升三個階段。隨著改革開放的推行，湖南進入了真正意義上的發展時期，由于該省位于我國中部地區，經濟和技術發展相對滯后，工業化、城鎮化進程緩慢，糧食產量出現小幅度的下降。進入21 世紀后，我國區域的發展戰略進行了調整，制定了一系列加快中西部地區開發的政策和措施，因此湖南省迎來發展的契機，隨著建設用地占用的不斷增加，糧食產量大幅度下降。但伴隨著技術的進步以及政策的導向，加速推進了湖南省農業發展的現代化和規模化，推動糧食產量穩步上升。

圖1 湖南省1989～2013年人口總數、耕地總量、糧食播種面積、糧食單產、糧食總產量變化

2.2 湖南省糧食生產重心遷移變化

采用湖南省糧食重心模型，運用Excel 計算出1989～2013年湖南省糧食總產量重心坐標的位置以及移動距離、移動速度和移動的角度（表1），并且利用ArcGIS10.2 繪制了湖南省1989～2013年糧食總產量重心移動軌跡（圖2）。

糧食產量重心的變化表征了區域糧食產量分布，反映了糧食生產空間格局的變動。重心偏離的方向指示了省域空間范圍內糧食產量的高密度部位，偏離的距離則指示了糧食產量的均衡程度[6]。通過繪制出的湖南省糧食總產量重心移動軌跡，結果表明：湖南省近25 a 糧食產量的重心位置位于湖南省的地理中心位置的東側，說明湖南省糧食生產的優勢區域在湖南省東部。1989～2001年湖南省糧食總產量重心向東南方向偏移，2001～2013年湖南省糧食總產量有向西北方向偏移的趨勢，即1989～2001年糧食產量的“高密度”區向湖南省東南部偏移；2001～2013年糧食產量的“高密度”區向湖南省西北部偏移。全省糧食生產的空間波動較小，表明了湖南省糧食總產量的分布大致處于比較均衡的狀態，同時也說明了湖南省糧食生產的優勢區域格局相對比較穩定。

表1 1989～2013年湖南糧食產量重心位置及移動態勢

圖2 1989～2013年湖南省糧食產量重心軌跡

由于農業生產技術、自然資源條件限制、農業投入和耕地質量等因素在地域上存在差異，導致全省糧食單產和耕地利用集約度在地域上也存在差異。一般光照資源、水熱條件優良、土地生產潛力較大和社會投入越多的地區，往往其耕地利用集約度較高，糧食產量較高，因此糧食產量重心會向其遷移。1989～1992年，受農業政策的引導和灌溉條件的改善，位于湖南省地理中心東部的寧鄉縣、湘鄉市、雙峰縣、湘潭縣等地區糧食產量處于湖南省糧食生產的前列，而位于湖南省地理中心東南部的湘鄉市、雙峰縣兩個糧食增產較大，且其糧食年均總產量要高于湖南省平均水平，故該時期糧食產量重心以3.59 km/a 的速度向南偏東15.08°方向移動了14.36 km；1992～1995年，位于湖南省東北部的長沙、益陽、岳陽市糧食產量普遍減少，共減產4.2×105t，相反婁底、邵陽地區增產5.2×105t，占全省糧食增產量的71.93%，且糧食單產和耕地利用效率均高于全省水平，故該時期糧食產量重心以2.43 km/a的速度向南偏西5.14°方向移動了9.73 km；1995～1998年，由于受到自然災害的侵襲，位于湖南省東北部的長沙縣、望城縣、華容縣、湘陰市、雙峰縣、南縣和沅江市等地區糧食減產量達到9.2×105t，與此同時位于湖南省西部的邵陽縣、隆回縣、綏寧縣、新寧縣、洞口縣、芷江縣和麻陽縣等地糧食增產量占全省增產量的61.76%，故該時期糧食產量重心以1.30 km/a 的速度向南偏西83.11°方向移動了5.18 km；1998～2001年，城市化的不斷推進以及傳媒、餐飲和服務等相應配套設施的不斷完善，雖然在一定程度上促進了經濟的發展，但是由于建設用地的增加導致耕地數量的減少和農業勞動力非農轉移的速度增加，使得全省耕地利用和集約程度降低，農作物播種面積減少，導致糧食總產量減少。在該時期湖南省東南部地區的衡陽縣、雙峰縣、衡南縣、耒陽市、安仁縣和炎陵縣地區糧食年均總產量遠遠高于全區糧食年均總產量，故該時期糧食產量重心以2.54 km/a 的速度向南偏東42.13°方向移動了10.16 km；2001～2004年，由于國家糧食生產補貼等一系列惠農政策的實施，加上湘中、湘北地區農業基礎條件的改善、農業技術的進步以及農業基礎設施的配套逐步完善，糧食產量有較大幅度的提高，其中漢壽縣、澧縣、桃源縣和石門縣等湖南西北地區增產5.5×105t，占全省增產的47.19%，故該時期糧食產量重心以2.65 km/a 的速度向北偏西25.44°方向移動了10.58 km；2004～2007年，衡陽縣、祁東縣和耒陽市等湖南省東南部地區糧食產量下降，而安化縣、桃江縣等湖南省西北部地區糧食產量穩步上升，故該時期糧食產量重心以0.74 km/a 的速度向北偏西22.81°方向移動了2.95 km；2007～2010年，由于南部地區城市化、工業化逐步發展以及種植結構的迅速調整，衡陽縣、衡東縣、衡山縣和永興縣等東南地區糧食產量減少1.1×105t，故該時期糧食產量重心以0.8 km/a 的速度向北偏西17.68°方向移動了3.19 km；2010～2013年，盡管湖南省大部分地區糧食產量有所下降，但寧鄉縣、益陽市區和長沙縣等湘北地區糧食產量占全省的比重較大，故該時期糧食產量重心以0.32 km/a 的速度向北偏東60.88°方向移動了1.29 km。

3 結 論

利用GIS 和空間重心的分析方法，以湖南省101個縣（區）為單元，對近25 a 來的糧食總產量的重心轉移以及糧食單產、耕地面積、農作物播種面積、總人口與糧食總產量重心轉移之間的聯系進行研究。湖南省近25 a 糧食產量的重心位置位于該省的地理中心位置的東側，且重心移動速度和空間波動都比較小，1989～2013年湖南省糧食總產量重心整體向西南方向移動。其中1989～2001年湖南省糧食總產量重心整體向東南方向移動，2001～2013年湖南省糧食總產量向西北方向移動，整體移動距離不大，反映了湖南糧食產量貢獻的內部變化和相對穩定性。目前湖南省耕地面積總量有減少的趨勢，耕地面積數量和質量上的變化必然會影響到糧食產量的波動，與此同時，隨著湖南省人口數量逐年增加，對于糧食需求量也會大幅度增加，此外由于種植結構的調整、食物消費結構的改變，均會影響到糧食總產量，帶來糧食產量重心的遷移。為了確保湖南省糧食安全，首先應該確保一定的耕地數量，著重要做好對基本農田的保護，嚴格實行耕地保護制度。然后要加大生產分區管理的力度, 努力提高糧食生產核心區的糧食產量，提高耕地利用集約度和投入要素利用效率。同時要改進基本農田水利設施，確保水土資源的合理利用，加大投入力度，運用高新技術去培養抗寒抗旱新品種，提高糧食單產。此外，還需要加大宣傳的力度，向農民宣傳先進的技術，提高農民的種糧積極性。

[1]劉彥隨，王介勇，郭麗英. 中國糧食生產與耕地變化的時空動態[J]. 中國農業科學，2009，42（12）：4269- 4274.

[2]周 敏，王路希，鄧 旭，等. 湖南省近20年耕地和糧食承載時空變化分析[J]. 湖南農業科學，2011，（19）：65-68.

[3]文 琦，趙 亮. 1978～2011年寧夏糧食產量重心移動軌跡及其驅動機制[J]. 地域研究與開發，2014，33（1）：99-102.

[4]余振國，胡小平. 我國糧食安全與耕地的數量和質量關系研究[J]. 地理與地理信息科學，2003，19（3）：45-49.

[5]傅澤強，蔡運龍，楊友孝，等. 中國糧食安全與耕地資源變化的相關分析[J]. 自然資源學報，2001，16（4）：313-319.

[6]王 千，金曉斌，阿依吐爾遜·沙木西，等. 河北省糧食產量空間格局差異變化研究[J]. 自然資源學報，2010，25（9）：1525-1535.