黑龍江糧食產(chǎn)能及其影響因素研究*

劉浩然，吳克寧，2※，宋 文，胡 琴，劉 歡

(1.中國地質(zhì)大學(北京)土地科學技術(shù)學院，北京 100083；2.國土資源部土地整治重點實驗室，北京 100035)

0 引言

糧食作為國民經(jīng)濟戰(zhàn)略物資，是維持人民生存、涉及社會穩(wěn)定的必需品，兼具有經(jīng)濟、社會、文化、生態(tài)等多種功能[1]。我國人多地少，耕地后備資源不足，雖然1981—2014年我國農(nóng)村恩格爾系數(shù)從59.9%降至37.9%，但糧食作為農(nóng)村家庭主要消費品的現(xiàn)實仍然存在，因而糧食安全是國家和人民的焦點問題，仍處于并將長期處于國家關(guān)注的重要領(lǐng)域。

黑龍江省作為中國糧食主產(chǎn)區(qū)之一，占據(jù)維護國家糧食安全“壓艙石”的特殊地位，其糧食生產(chǎn)態(tài)勢受自然、經(jīng)濟、社會、政策、技術(shù)、勞動力等多因素的綜合影響，探尋其影響因素及其影響機制對發(fā)揮好該省耕地面積廣、土地集中連片、土質(zhì)肥沃的資源優(yōu)勢有及其重要的現(xiàn)實意義[2]。在糧食生產(chǎn)影響因素及作用分析方面，我國學者做了眾多研究，主要集中在探尋影響因素[3-5]、探索模型方法[6-10]以及具體影響因素的相關(guān)性分析[11-14]等領(lǐng)域。已有研究證明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)要素對糧食生產(chǎn)確實有重要影響，并且通過數(shù)學方法能很好地反映其影響的重要性。

文章結(jié)合現(xiàn)實情況，分析1985—2014年黑龍江省糧食生產(chǎn)和播種面積的面板數(shù)據(jù)，篩選歸納影響因素，用因子分析法和灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)度模型估計出影響該省糧食產(chǎn)量變化的指標因子重要程度，以期為推進黑龍江省糧食生產(chǎn)提供理論依據(jù)，為我國糧食安全提供參考。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 區(qū)域概況

黑龍江省位于我國東北邊陲，南起北緯43°26′，北至北緯53°34′，東經(jīng)121°10′～135°05′，地處寒溫帶和中溫帶，濕潤區(qū)、半濕潤區(qū)和半干旱區(qū)3個分區(qū)，地緣遼闊、地貌多樣、自然資源豐富。土地總面積4 730萬hm2(含加格達奇和松嶺區(qū))，占全國總面積的4.9%，居全國第6位。2016年黑龍江省糧食產(chǎn)量6 058.5萬t，連續(xù)6年位列全國第一，全省農(nóng)業(yè)機械總動力5 634.3萬kW·h，占全國總消耗的5.8%。現(xiàn)轄1個副省級城市，有11個地級市、1個地區(qū)行署，128個縣(市、區(qū))，常住人口城鎮(zhèn)化率59.2%，戶籍人口城鎮(zhèn)化率49.9%。

1.2 數(shù)據(jù)來源

該文采用1985—2014年黑龍江省時間序列數(shù)據(jù)來源于該省歷年《統(tǒng)計年鑒》《中國統(tǒng)計年鑒》和《中國農(nóng)村統(tǒng)計年鑒》，部分補充驗證數(shù)據(jù)來源于土地調(diào)查數(shù)據(jù)庫、實地調(diào)查；受災面積、單位面積糧食產(chǎn)量、糧食作物播種面積、有效播種面積農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)用柴油使用量、農(nóng)業(yè)化肥折純施用量通過統(tǒng)計資料和調(diào)查資料直接獲取；農(nóng)業(yè)勞動力比重為農(nóng)業(yè)從業(yè)人口占農(nóng)村從業(yè)人口的百分比，用以統(tǒng)計農(nóng)業(yè)勞動力對糧食生產(chǎn)的影響；農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)通過獲取國家統(tǒng)計局農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)環(huán)比數(shù)據(jù)后通過處理得到同比指數(shù)，用以統(tǒng)計生產(chǎn)資料價格對糧食生產(chǎn)的影響。

表1 糧食產(chǎn)量影響因素相關(guān)系數(shù)矩陣

2 研究方法及影響因素選取

2.1 構(gòu)建影響因子的指標體系

在實際生產(chǎn)過程中，影響糧食產(chǎn)量的因素很多，學者從氣候條件、耕地質(zhì)量、作物品種、社會資本、科技水平、管理水平等等方面進行研究[15-19]，用《孟子》中言之戰(zhàn)略成功的3項條件將達到糧食生產(chǎn)健康的影響因素概括為“天時”、“地利”、“人和”。天時主要為自然因素，如光照、溫度、降水、自然災害等；地利涵蓋地力條件、耕作條件、土壤健康狀況等；其余非自然影響條件納入到“人和”中，如科技水平、市場條件、勞動力投入、機械投入等。通過指標可獲取性以及對黑龍江省糧食生產(chǎn)情況的定性分析，參考研究區(qū)相關(guān)研究，篩選后的研究因子如表1。

2.2 主成分分析法

主成分分析法是通過降維處理的數(shù)學方法變化，選取少數(shù)在變量中信息量較大的主成分分析事物變化，即通過線性組合，適當調(diào)整組合系數(shù)，組合成新的變量并使新的變量相互獨立且代表性較好。也就是確定原變量Xi(i=1，2，…，…，p)在諸主成分上的載荷，載荷即數(shù)學中Xi(i=1，2，…，…，p)的相關(guān)系數(shù)矩陣的m個較大的特征值所對應的單位特征向量。主成分在變量中信息量比例越大在綜合評價中貢獻作用越大。

2.3 指標因素的灰色系統(tǒng)分析

鄧聚龍教授在20世紀80年代提出了用于研究“部分信息中已知，部分信息未知”的“小樣本”、“貧信息”不確定性系統(tǒng)，通過對已知信息的生成、開發(fā)去了解認識現(xiàn)實世界，實現(xiàn)對系統(tǒng)運行行為和演化規(guī)律的正確把握和描述[20]。灰色關(guān)聯(lián)分析方法就是灰色系統(tǒng)方法內(nèi)容之一，建模機理如下。

①給出原始數(shù)據(jù)列，設(shè)有m個時間序列為子序列

(1)

式(1)中，n為各序列長度即數(shù)據(jù)個數(shù)，這m個序列代表m個因素。

另設(shè)母序列

(2)

關(guān)聯(lián)度是兩個序列關(guān)聯(lián)型大小的度量。

②原始數(shù)據(jù)變換。由于系統(tǒng)中各因素的量綱(或單位)不相同，如X2單位面積糧食產(chǎn)量為kg/hm2，X3糧食作物播種面積為萬hm2，而X4有效灌溉面積單位為千hm2，數(shù)據(jù)很難進行比較。因此對原始數(shù)據(jù)進行變換消除量綱(或單位)。該文采用初值化變換，分別用同一序列的第一個數(shù)據(jù)除以后面的每個原始數(shù)據(jù)，得到新的倍數(shù)序列。

③計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

Δ0i(k)=|x0(k)-xi(k)|(1≤i≤m)

(3)

(4)

式(4)中Δ(min)為母子比較序列最小絕對差值，Δ(max)為最大絕對差值，ρ是分辨系數(shù)，目的是削弱最大絕大差數(shù)值太大引起的失真，ξ0i(k)是第k個時刻母序列和子序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)。

④求關(guān)聯(lián)度。實際應用中，采用近似公式：

(5)

圖1 1985—2014年全國與黑龍江主要糧食產(chǎn)量變化態(tài)勢

3 結(jié)果與分析

3.1 生產(chǎn)態(tài)勢分析

3.1.1 綜合產(chǎn)量態(tài)勢分析

根據(jù)全國統(tǒng)計年鑒及黑龍江省統(tǒng)計年鑒資料，繪制全國以及1985—2014年黑龍江省糧食總產(chǎn)量變化趨勢(圖1)，黑龍江糧食產(chǎn)量總體呈上升態(tài)勢。1989年，1997年，2000年以及2003年出現(xiàn)糧食產(chǎn)量拐點，尤其是2000年黑龍江省糧食產(chǎn)量出現(xiàn)較大產(chǎn)量下降，增長率為30年內(nèi)最低，年產(chǎn)量2 545.5萬t，增長率為-17.21%。減產(chǎn)的原因為：一是自然災害干旱、局地暴雨等；二是種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，該省2000年糧食播種面積減少24.7萬hm2；三是農(nóng)民自身種植意愿下降，部分農(nóng)民選擇拋荒或留守老人婦女進行種植，青壯勞力進城務工[3-4]。隨后，隨著自然條件變好、政府政策引導，糧食產(chǎn)量開始緩慢提升，但在未恢復下降前產(chǎn)量時又迎來了第二個較大拐點，2003年產(chǎn)量再次下滑，低至2 512.3萬t甚至低于2000年產(chǎn)量，其原因也是自然、社會以及農(nóng)民因素。此后11年，受國家農(nóng)業(yè)政策調(diào)整的刺激以及農(nóng)業(yè)投入的影響，該省糧食產(chǎn)量穩(wěn)步提升，糧食作物產(chǎn)量平均環(huán)比增長率8.8%以上。

圖2 1985—2014年全國與黑龍江省主要糧食播種面積變化態(tài)勢

從圖1也可以看出，黑龍江省糧食作物產(chǎn)量變化趨勢和全國基本一致，從側(cè)面也表現(xiàn)了該省作為全國糧食主產(chǎn)區(qū)的重要性，體現(xiàn)出糧食主產(chǎn)區(qū)生產(chǎn)很大程度決定了全國糧食生產(chǎn)大局。2001年全國糧食產(chǎn)量增加量的65.49%來自黑龍江省糧食產(chǎn)量增長。2003年起中國實現(xiàn)了“糧食十二連增”，不可否認黑龍江省作為糧食大省為保障糧食安全做出了巨大貢獻，其生產(chǎn)態(tài)勢及其影響因素研究成為該省糧食生產(chǎn)從需求轉(zhuǎn)向供給側(cè)改革，克服糧食生產(chǎn)供需矛盾，糧食生產(chǎn)目標從追求數(shù)量增長為主轉(zhuǎn)到數(shù)量與質(zhì)量并重并拓展向農(nóng)業(yè)生態(tài)效益。

3.1.2 糧食播種面積變化分析

1985—2014年，黑龍江省糧食作物播種面積整體呈緩慢上升態(tài)勢，部分年份下降，而從2003—2014年播種面積連年上升，2005年和2009年面積增加尤為突出，環(huán)比播種面積增長率高達20.36%和19.52%，此后上升速率變緩，2014年該省糧食種植面積達1 422.68萬hm2。

黑龍江省糧食播種面積增長變化波動與全國基本符合，1999年由于糧食產(chǎn)量創(chuàng)歷史高峰，糧食供給大于需求，出現(xiàn)賣糧難，國家毅然實施戰(zhàn)略性結(jié)構(gòu)調(diào)整，農(nóng)業(yè)部編制了《種植業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)調(diào)整“十五”計劃和2015年規(guī)劃》，水稻、小麥、玉米三大主糧面積大幅調(diào)減，并連續(xù)4年下降，直到2004年我國全面放開糧食收購市場和收購價格，為保護農(nóng)民利益和提高種糧積極性，國家在主產(chǎn)區(qū)分別對稻谷、小麥兩個重點糧食品種實行最低收購價政策，使農(nóng)民種糧主動性增加，糧食作物播種面積開始回升。

3.2 產(chǎn)量影響因素分析

3.2.1 主成分分析法分析結(jié)果

該文選取了1994—2014年的9個指標因素研究黑龍江省糧食生產(chǎn)的影響因素，依照特征值大于1作為提取條件[21]，在SPSS22中利用主成分分析法做因子分析，分析樣本得出的相關(guān)系數(shù)矩陣及主成分載荷矩陣見表2。

表2 糧食產(chǎn)量影響因素相關(guān)系數(shù)矩陣

由表2可見，1994—2014年，第一主成分因素與單位面積糧食產(chǎn)量(X2)、糧食作物播種面積(X3)、有效灌溉面積(X4)、農(nóng)業(yè)機械總動力(X6)、農(nóng)用柴油使用量(X7)和農(nóng)業(yè)化肥折純施用量(X8)呈較強正相關(guān)，而與農(nóng)業(yè)勞動力比重(X5)呈較強負相關(guān)，這幾個變量綜合反映了農(nóng)業(yè)投入貢獻率為76.7%；第二主成分因素受災面積(X1)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)(X9)貢獻率為10.67%，反映了自然災害和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格變化在這一時期對糧食生產(chǎn)的影響。

通過因子分析，選取的指標因素既包含正相關(guān)因素，又涵蓋了與糧食總產(chǎn)量負相關(guān)因素，因素兼具相關(guān)性和代表性。為更好地分清主導因素、定量分析指標因素與糧食生產(chǎn)產(chǎn)量的動態(tài)關(guān)聯(lián)程度，該文對選取的指標因素進行灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)度分析。

3.2.2 灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)度分析結(jié)果

該文選取X1～X9共9個影響糧食產(chǎn)量的主要因子，選取以上變量1994—2014年數(shù)據(jù)作為樣本，根據(jù)灰色建模理論和程序建立黑龍江省糧食生產(chǎn)灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)分析。

表4表明，1994—2014年與糧食總產(chǎn)量關(guān)聯(lián)度指標因素排序為農(nóng)業(yè)化肥折純施用量(X8)>農(nóng)用柴油使用量(X7)>糧食作物播種面積(X3)>X2單位面積糧食產(chǎn)量(X2)>農(nóng)業(yè)勞動力比重(X5)>農(nóng)業(yè)機械總動力(X6)>受災面積(X1)>農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)(X9)>有效灌溉面積(X4)。

3.2.3 因素指標分析

在因子分析中，農(nóng)業(yè)折純化肥施用量與糧食總產(chǎn)量呈較強正相關(guān)；在灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)分析中，1994—2014年，農(nóng)業(yè)化肥施用折純施用量與糧食總產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度最高關(guān)聯(lián)系數(shù)達0.832，說明20年化肥施用是黑龍江省增產(chǎn)的重要因素。化肥折純施用量對該省糧食生產(chǎn)的影響深遠，這與一般研究、實際生產(chǎn)基本相符，在農(nóng)戶調(diào)研和國土部門訪談中了解到黑龍江近年來化肥施用量確有增加且農(nóng)戶視之為重要保產(chǎn)增產(chǎn)手段。

表4 1994—2014年糧食總產(chǎn)量和影響因素的灰色關(guān)聯(lián)分析

農(nóng)用柴油使用量和農(nóng)業(yè)機械總動力與糧食總產(chǎn)量呈較強正相關(guān)，第一主成分因子中農(nóng)業(yè)機械總動力相關(guān)性最高，在灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)分析中，農(nóng)用柴油使用量的關(guān)聯(lián)度較高。而農(nóng)業(yè)勞動力比重這一指標與糧食總產(chǎn)量呈較強負相關(guān)，在灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)度分析中處在排名中位。這3個指標因素同屬第一主成分因子農(nóng)業(yè)投入類，對糧食總產(chǎn)量影響較大。黑龍江省耕地面積廣、人均耕地面積居全國前列，土地集中連片度較高，比較適合發(fā)展相對勞力需求較少的機械作業(yè)和大農(nóng)場經(jīng)營，因而農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)用柴油使用量的增加說明農(nóng)民農(nóng)業(yè)機械化水平增高，機種機收機播增加，也側(cè)面表征規(guī)模經(jīng)營的發(fā)展。同時，結(jié)合該省的糧食產(chǎn)量態(tài)勢，勞力需求較小的機械化作業(yè)和規(guī)模經(jīng)營發(fā)展會對應非農(nóng)務工人員增多、農(nóng)業(yè)勞動力比重下降，這與以往觀點“農(nóng)業(yè)勞動力轉(zhuǎn)移會威脅糧食安全”不同，即黑龍江省農(nóng)業(yè)勞動力比重降低的反應是糧食產(chǎn)量上升。

糧食作物播種面積、單位面積糧食產(chǎn)量、受災面積、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)、有效灌溉面積在灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)分析中關(guān)聯(lián)度依次降低。在因子分析中有效灌溉面積、糧食作物播種面積、單位面積糧食產(chǎn)量體現(xiàn)了與糧食總產(chǎn)量較強正相關(guān)，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)和受災面積和糧食總產(chǎn)量呈負相關(guān)。自然災害的影響程度和不確定性使受災面積指標因素對糧食總產(chǎn)量的影響具有波動性，但自然災害對糧食生產(chǎn)態(tài)勢的影響毋庸置疑，如2000年黑龍江省經(jīng)歷農(nóng)業(yè)氣象災年，干旱、局地暴雨并引發(fā)洪澇、冰雹、大風、泥石流等[22]，糧食總產(chǎn)量僅為2 545.5萬t，比1999年下降17.2%。因子分析中有效灌溉面積的相關(guān)性大于糧食作物播種面積和單位面積糧食產(chǎn)量，說明灌溉仍是制約黑龍江省糧食產(chǎn)量的重要因素。

4 結(jié)論、建議與展望

4.1 結(jié)論

該文根據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)，深入分析了黑龍江省糧食生產(chǎn)變化，并基于較長時間的面板數(shù)據(jù)對比分析了該省糧食生產(chǎn)和全國糧食生產(chǎn)的關(guān)系，揭示在自然、經(jīng)濟、政策引導下的黑龍江糧食生產(chǎn)的產(chǎn)量情況，特別是黑龍江省糧食種植面積的變化及其影響因素。

該省糧食生產(chǎn)變化影響因素可以用“天時”、“地利”、“人和”劃分指標因素歸屬，用因子分析法和灰色系統(tǒng)動態(tài)關(guān)聯(lián)度模型估計影響黑龍江糧食產(chǎn)量變化的指標因子重要程度。1994—2014年，影響黑龍江省糧食生產(chǎn)的第一主成分因素與單位面積糧食產(chǎn)量、糧食作物播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)用柴油使用量和農(nóng)業(yè)化肥折純施用量呈較強正相關(guān)，而與農(nóng)業(yè)勞動力比重呈較強負相關(guān)，貢獻率為76.7%；第二主成分因素受災面積和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)貢獻率為10.67%。關(guān)聯(lián)度指標因素排序為農(nóng)業(yè)化肥折純施用量>農(nóng)用柴油使用量>糧食作物播種面積>單位面積糧食產(chǎn)量>農(nóng)業(yè)勞動力比重>農(nóng)業(yè)機械總動力>受災面積>農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料價格指數(shù)>有效灌溉面積。

4.2 建議

(1)化肥施用量仍是近階段糧食增產(chǎn)的主要推力，但是過量施用化肥會導致土壤板結(jié)、酸化加劇、鹽堿化嚴重，而且導致肥料利用邊際效用下降，利用率降低，地下水遭受污染，增加病蟲害，使農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量下降[23]。建議通過有關(guān)部門宣傳和積極引導，讓農(nóng)民從根本上認識過量施用化肥的危害，通過配方施肥，完善施肥參數(shù)，鼓勵增施有機肥、微肥和生物菌肥[24]。

(2)黑龍江省農(nóng)業(yè)勞動力比重與糧食生產(chǎn)較大關(guān)聯(lián)度呈負相關(guān)，打破以往勞力作為主要糧食生產(chǎn)投資的觀點，農(nóng)業(yè)機械總動力、農(nóng)用柴油使用量對糧食生產(chǎn)有重要影響，即該省耕地面積廣，人均耕地面積高，適宜機械化、規(guī)模化、產(chǎn)業(yè)化糧食生產(chǎn)。考慮到該省糧食生產(chǎn)實際情況、農(nóng)業(yè)機械作業(yè)的規(guī)模效應及農(nóng)業(yè)勞動力比重變化，建議積極推進農(nóng)業(yè)機械作業(yè)服務產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，用勞動力產(chǎn)業(yè)化、細化分工促進整體科技進步、效率提升，解放冗余勞動力，使之創(chuàng)造更大價值。

(3)灌溉作為制約糧食生產(chǎn)因素的現(xiàn)實，土地整治工程中可加強對灌溉水平的評估和工程投入，同時灌溉條件作為國家標準《農(nóng)用地質(zhì)量分等規(guī)程》的國家級分等因素評價推薦指標，建議推廣到黑龍江省耕地質(zhì)量等別評定、農(nóng)用地定級評價以及黑龍江土地整治評價工作中，使得耕地質(zhì)量評價、耕地產(chǎn)能評價、土地整治評價更科學、合理、符合實際，評價成果更好服務于糧食生產(chǎn)能力提升、糧食安全保障。

(4)黑龍江省仍存有自然災害的風險，在糧食生產(chǎn)時注重氣候?qū)ζ湓斐傻挠绊懀崆安扇∮行Т胧岣哳A測預警能力，增強抗災能力。

4.3 展望

通常認為播種面積和單產(chǎn)是影響糧食總產(chǎn)量的主要因素，通過該文的分析，探討了糧食總產(chǎn)量其他影響因素，如柴油使用量、農(nóng)業(yè)勞動力比重和灌溉水平等。但是該文影響因素的選取還存在不足，不能完全刻畫出影響黑龍江省糧食生產(chǎn)態(tài)勢的因素及影響機制，仍需結(jié)合黑龍江省自然條件、經(jīng)濟社會條件，特別是進一步考慮光溫條件、土壤性質(zhì)、政策效應、整治工程實施、農(nóng)民受教育程度等方面指標因素。同時，該文只進行了單一因素的研究分析，未來可進一步通過復合指標分析研究，討論其機理，探討其中指標因素的貢獻度。另外，還可以進行與其他糧食主產(chǎn)區(qū)的橫向?qū)Ρ确治鎏綄げ煌Z食主產(chǎn)區(qū)影響因素的異同。