京津冀地區市域及縣域蔬菜生產特征分析

張倩 胡雁翔 于峰 王明 李剛

摘 要： 利用區位熵指數和K均值聚類算法（K-means）分析了京津冀地區13個市域單元和184個縣域單元的蔬菜生產空間分布、集聚程度及分類。結果表明：京津冀地區市域蔬菜生產大致分為緊縮型、發展型和平衡型三類;縣域蔬菜生產呈現一定的專業聚集度，區位熵兩極分化趨勢明顯，可根據縣域蔬菜生產特征將京津冀地區劃分為4個蔬菜生產區。

關鍵詞： 蔬菜生產; 空間分布; 京津冀地區; 區位熵

中圖分類號： S641.2 文獻標志碼： A 文章編號： 1673-2871（2021）02-082-06

Analysis of vegetable production characteristics in Beijing-Tianjin-Hebei region

ZHANG Qian1， HU YanXiang1， YU Feng1， WANG Ming1， LI Gang2

（1. Institute of Agricultural Information and Economics， Beijing Academy of Agriculture and Forestry Sciences， Beijing 100097， China; 2. Beijing Agricom Network Technology Co.， Ltd， Beijing 100070， China）

Abstract： The spatial distribution， concentration degree and classification of vegetable production were investigated in 13 cities and 184 counties of Beijing-Tianjin-Hebei region， the location entropy index and K-means clustering algorithm were used in this survey. The results showed that the production patterns of vegetables in the Beijing-Tianjin-Hebei region at city level could be roughly divided into three types： compact type， development type and balanced type， while it showed a certain degree of professional aggregation at county level， and the polarization trend of location entropy was obvious. According to the characteristics of vegetable production at county level， the whole area could be divided into four vegetable production areas.

Key words： Vegetable production; Space distribution; Beijing-Tianjin-Hebei region; Location entropy

保障蔬菜供給是重大的民生問題，蔬菜的生產與布局一直受到國家的重視。從全國來看，蔬菜產業布局逐漸朝著區域化、規模化的方向發展，形成了明顯的農業產業帶和塊狀產地布局。蔬菜生產空間分布研究能夠為蔬菜產業的專業化發展提供參考。隨著城市的發展，蔬菜生產由城市近郊向遠郊及農村轉移，外埠蔬菜已成為城市居民多元化蔬菜消費的主體，蔬菜主產區和主銷區日趨分離[1]。京津冀作為中國三大區域經濟體之一，是中國主要蔬菜產區。隨著京津冀協同發展以及環京津1小時物流圈的構建，河北省的蔬菜生產對北京、天津的蔬菜市場和蔬菜質量安全起著越來越重要的作用。

近年來，國內外學者對于蔬菜生產格局變化的相關研究較少，對市縣尺度的研究更為薄弱。研究縣域尺度的蔬菜生產時空特征，對科學評估、優化蔬菜產業格局，以及節本增收、保障供給都具有重要意義。李艷梅等[1]從地區和縣域兩個尺度上揭示了京津冀地區蔬菜生產各級的時空分布和分區研究;楊鈺澤等[2]通過區位商和規模優勢指數分析保定市蔬菜產業競爭力，探討保定市蔬菜產業存在的制約因素;彭暉等[3]利用區位熵指數分析了我國蔬菜生產集聚的變動態勢;吳建寨等[4]分析了我國蔬菜生產的空間格局變動，并利用空間重心模型分析了蔬菜生產空間格局變化的特征。于麗艷等[5]分析了我國蔬菜生產的時空變遷與比較優勢的一致性。

本文基于京津冀協同發展視角，利用京津冀地區13個市域單元和184個縣域單元的統計數據，分析京津冀地區市域及縣域蔬菜生產的空間分布特征;通過區位熵指數研究不同尺度的蔬菜生產集聚程度;利用K-means聚類算法對京津冀地區縣域單元進行分區;旨在為京津冀區域蔬菜生產格局優化和調整提供科學依據，為促進蔬菜產業健康發展提供參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 基于區位熵的蔬菜生產集聚度測算 新利用區位熵（Location Quotient）來測算京津冀地區蔬菜生產的集聚程度。區位熵是經濟地理學中的一個常用指標，也稱生產的地區集中度指標或專門化率。用來衡量某一區域要素的空間分布情況，反映某一產業部門的專業化程度。以及某一區域在高層次區域的地位和作用。區位熵的計算公式為：

以蔬菜生產為例，LQij為某市（縣）蔬菜生產在區域內區位熵，qij為該市（縣）的蔬菜種植面積;qj為該市（縣）所有農作物的種植面積;qi為區域內總體的蔬菜種植面積;q為區域內所有農作物的種植面積。

LQij的值越高，則說明該市（縣）蔬菜產業的集聚水平越高。一般來說，當LQij>1時，則認為該市（縣）的蔬菜產業在研究區域內具有優勢。

1.1.2 基于K均值聚類的蔬菜生產分區 K均值聚類算法（K-means）是最常用的聚類算法之一。該算法先隨機選取K個對象作為初始的聚類中心，按照樣本之間的距離大小，將樣本集劃分為K個類。讓同類的點盡量緊密分布在一起，而讓不同類之間的距離盡量的大。

假設類的劃分為（C1，C2，...Ck），則算法的目標是最小化平方誤差E：

其中μi是類Ci的均值向量，有時也稱為質心，表達式為：

1.2 數據來源及處理說明

本研究中所采用的數據主要來源于相應年份的《北京統計年鑒》《天津統計年鑒》《河北經濟年鑒》《河北農村統計年鑒》等統計數據。主要采用的是蔬菜產量、蔬菜播種面積、農作物播種面積等數據。

本研究從市域和縣域兩個尺度揭示京津冀地區蔬菜生產的時空動態特征：市域單元的研究對象為京津冀地區的13個市域單元，即北京、天津、石家莊、承德、張家口、秦皇島、唐山、廊坊、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲。縣域單元包括城市轄區、縣級市和縣，經過數據清洗和校正后的研究對象共有184個。

2 蔬菜生產總體現狀分析

京津冀地區是我國東部地區三大城市群之一，擁有常住人口1億多，土地面積21.8萬km2，占全國的2.25%[6]。2019年京津冀地區的GDP達8.46萬億，占全國的8.54%。2019年京津冀地區蔬菜產量為5 509.7萬t，占全國的7.64%。其蔬菜生產水平高于全國平均值。

由表1可知，在北京、天津兩大城市的消費拉動下，2005年以來京津冀地區整體上蔬菜產量在全國一直占有7.5%以上的份額;但也能看到，在研究期內京津冀地區的蔬菜產量在全國的占比一直在波動性下降。隨著京津冀協同發展戰略的提出，三地的分工更加明確，農產品跨區域供給進一步加強[7]。河北省的蔬菜產量在京津冀區域內占絕對優勢，且優勢呈增強趨勢;隨著產業轉型和疏解非首都功能，2019年北京市的蔬菜產量較2005年的大幅縮減了70%以上;天津市的蔬菜生產在研究期內經過一段波動后逐漸恢復平穩。

3 京津冀市域蔬菜生產分析

3.1 蔬菜生產地理特征

京津冀地區現有行政區劃下共有13個市域單元，區域內地勢西北高、東南低，由西北向東南傾斜。北部地區為壩上高原和燕山山脈，西部地區為太行山山脈。東部和南部地區為華北平原的一部分，地勢平坦。京津冀地區的蔬菜生產規模，總量在全國居于第2位，僅次于山東[8]。區域內蔬菜生產主要供應北京、天津等城市，蔬菜種植主要是按照節氣種植，以露天種植為主。唯有壩上地區的張家口、承德兩地主要生產錯季蔬菜，在每年的7—9月份供應北京、上海、深圳、廣州等城市。天津市的蔬菜生產區域分布已經形成了北部遠郊果菜產區、西北部遠郊葉菜產區、東北部遠郊果菜產區以及南部近郊葉菜和根莖類蔬菜產區。

3.2 市域蔬菜生產變化分析

京津冀地區13個市的蔬菜生產情況差異較大，其中唐山、石家莊、保定和邯鄲的蔬菜產量和種植面積占比均較高。分析13市的蔬菜生產趨勢，如表2和圖1所示。

由表2及圖1可以看出，根據蔬菜生產規模及產量占比的增長情況，可將京津冀市域蔬菜生產大致分為緊縮型、發展型和平衡型3類：

緊縮型：以北京為典型代表，包括天津、石家莊、保定和秦皇島，蔬菜生產規模呈現縮減態勢，蔬菜產業競爭力逐漸降低。北京、天津作為大型都市，經濟發達，科技、人才聚集，低收益率的蔬菜產業不斷被擠占;保定毗鄰京津，大城市的虹吸效應使得蔬菜產業發展受限。

發展型：包括承德、邢臺、張家口、邯鄲和滄州，蔬菜種植規模在研究期內有較大幅度的增長。這些市域結合自身自然稟賦優勢大力發展蔬菜產業。張家口和承德利用壩上冷涼地區的氣候特點生產錯季、無公害蔬菜，使“壩上蔬菜”占據夏秋季供京蔬菜的半壁江山;作為河北省大白菜主產地，邢臺擁有冀南最大的農產品市場，優越的區位條件為蔬菜產業發展提供了良好環境。

平衡型：包括衡水、唐山和廊坊，其蔬菜種植面積呈波動式增長態勢，但在整個研究期內蔬菜種植規模的增幅在逐漸減弱。蔬菜產業發展趨于穩定，由注重規模、產量轉變為注重品質、特色。

3.3 市域蔬菜生產集聚程度分析

根據2012—2018年京津冀地區13個市域單元的蔬菜和農作物播種面積計算得到蔬菜生產區位熵如表3所示。區位熵大于1的市域單元有北京、石家莊、承德、張家口、秦皇島、唐山和廊坊，其蔬菜產業在農業中的相對集聚程度較高，蔬菜生產的專業化程度較高;區位熵小于1的市域單元有天津、保定、滄州、衡水、邢臺和邯鄲，其蔬菜產業在區域內的集聚程度相對不高，蔬菜生產的專業化程度相對較低。

4 京津冀縣域蔬菜生產分析

京津冀地區現有行政區劃下共有200個縣域單元（包括城市轄區、縣級市和縣）。經過數據清洗與整理選取184個主要縣域單元2013—2018年的數據進行分析。2019年河北省的蔬菜產量占京津冀地區的93.57%，北京及天津的蔬菜生產規模及產量占比非常小。因此，縣域蔬菜生產分析應重點聚焦河北省的縣域單元。

4.1 縣域蔬菜生產空間分布

2018年京津冀地區縣域蔬菜種植面積分布如表4所示，燕山太行山山前平原地區尤其是唐山市域，以及冀北壩上地區蔬菜生產規模優勢明顯。具體來說，唐山的玉田縣、樂亭縣、灤南縣、豐南區，天津的武清區，承德的隆化縣，張家口的沽源縣，保定的定州市，廊坊的固安縣、永清縣，滄州的青縣以及衡水的饒陽縣蔬菜種植規模均超過1.5萬hm2，這12個縣域的蔬菜種植面積達到京津冀地區蔬菜種植面積的32%。蔬菜生產在空間上呈現一定的集聚態勢。

4.2 縣域蔬菜生產集聚程度分析

計算2018年京津冀縣域單元的蔬菜生產區位熵（表5），可得到區位熵大于2（具有明顯優勢）的縣域單元有36個。分析可知這些縣域單元普遍集中在市轄區或者中心城市的近郊區縣，其蔬菜種植具有一定的專業化程度，主要功能是就近服務于中心城市的蔬菜供給[9]。

對比分析2016年與2018年縣域單元的蔬菜生產區位熵的數值分布，如圖2所示，相較于2016年，2018年的縣域單元蔬菜生產區位熵兩極分化趨勢更明顯，說明縣域單元的蔬菜生產專業化程度進一步提升。

4.3 縣域蔬菜生產分區研究

基于Python語言編寫k-means 聚類算法，對2018年京津冀184個縣域單元蔬菜生產情況分類。以蔬菜生產的產量、面積、單產、區位熵等為輸入參數。經多次對比試驗，擇優選擇k值取4，分區參數為蔬菜單產和區位熵。得到的縣域單元聚類散點圖如圖3所示。

在分類的基礎上對中心城市的數據進行去噪和優化，借鑒前人經驗[10]，通過微調將京津冀地區劃分為4個蔬菜生產區：

（1）冀北錯季蔬菜生產區：地處燕山山脈，包括張家口北部區縣和承德地區。海拔較高，溫差大，蔬菜病蟲害少。

（2）冀西山地蔬菜生產區：地處太行山山地丘陵區，包括張家口南部區縣，以及保定、石家莊、邢臺和邯鄲的西部區縣。

（3）中南部平原蔬菜生產區：地處華北平原，包括保定、石家莊、邢臺和邯鄲的東部區縣，以及廊坊、滄州、衡水地區。

（4）冀東蔬菜生產區：包括天津、唐山和秦皇島等地區。水資源豐沛，日照充足。

5 討論與結論

本文利用統計數據分析了京津冀地區市域和縣域尺度的蔬菜生產空間演變及分區研究，以期為區域內蔬菜生產格局優化和調整提供科學依據，為促進蔬菜產業健康發展提供參考。主要研究結論如下：

（1）2005—2019年京津冀地區的蔬菜產量在全國一直占有7.5%以上的份額，但占比一直在持續下降。而河北省的蔬菜產量在京津冀區域內占絕對優勢且優勢呈增強趨勢。

（2）市域蔬菜生產差異較大，可歸納為緊縮型、發展型和平衡型3種類型。且在空間上呈現一定的集聚態勢：燕山太行山山前平原地區及冀北壩上地區蔬菜生產規模優勢明顯。蔬菜產量變化呈現兩極分化，承德、張家口、邢臺等地蔬菜產業發展迅速，北京、天津和保定等地蔬菜產業不斷萎縮。

（3）縣域蔬菜生產具有一定的專業化程度，城市轄區或中心城市的近郊區縣其蔬菜生產的區位熵普遍較高，其主要功能是就近服務于中心城市的蔬菜供給。根據縣域生產特征可將京津冀蔬菜生產劃分為4個區域：冀北錯季蔬菜生產區、冀西山地蔬菜生產區、中南部平原蔬菜生產區和冀東蔬菜生產區。

通過本文研究，建議京津冀地區的蔬菜生產按照分區進行差異化的發展，具體為：

（1）冀北錯季蔬菜生產區：進一步發展錯季蔬菜生產，提升蔬菜品質，打造綠色、無公害“壩上蔬菜”品牌，提升蔬菜生產效益。

（2）冀西山地蔬菜生產區：由于地勢起伏大，蔬菜種植區域分散且面積小。應利用山地和生態優勢發展特色蔬菜。

（3）中南部平原蔬菜生產區：地勢平坦、水資源豐富，勞動力資源豐富，應發展規模化蔬菜種植，應用工廠化、機械化等高新技術提升蔬菜綜合生產能力。

（4）冀東蔬菜生產區：水資源豐沛，日照充足。應利用區位優勢，大力發展蔬菜產業，提升蔬菜品質，促進蔬菜的出口創匯。

參考文獻

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