優勢作物空間特征分析：以遼寧省4種主要糧食作物為例*

曹永強，李可欣，姜雪梅，楊雪婷

（遼寧師范大學地理科學學院，遼寧 大連 116029）

0 引 言

農業發展是國民經濟的重要支柱，在一定程度上影響現代化建設進程［1］.解決農業問題是鄉村振興、脫貧攻堅等戰略目標中的重要任務，2016年，中央一號文件提出“農業供給側結構改革”，指出糧食問題從供給側進行改革才是解決糧食領域主要矛盾、奠定穩定的農業經濟的關鍵［2］.隨著經濟的發展及人們消費理念的轉變，糧食問題不僅僅是追求產量增長，更重要的是增加產出效率，提高農產品品質［3-4］.發展優勢品種是在可持續發展要求下，最大限度地達到社會、經濟、生態效益統一，實現農業穩定發展［5-6］.十九大報告指出：“確保糧食安全，中國人的飯碗牢牢端在自己的手里”.在保證國家糧食安全和農業可持續發展的前提下，各地區應根據自身條件，因地制宜發展優勢作物.作為東北老工業基地之一的遼寧省，是我國的工業大省，如何更好地發展現代化農業，成為區域發展的關鍵性問題之一.

我國地大物博，優勢作物存在較大的差異，對農業種植結構調整提出新的要求，既要滿足經濟發展，又要保證土地生產力對作物類型及空間分布做出再調整的活動［7］.目前，以比較優勢進行區域布局是優化種植結構的主要途徑之一，關于種植結構的研究主要集中在3個方面：（1）種植結構時空變化特征分析.王衛東和曹旭［8］采用標準差和變異系數探究陜西省糧食作物種植面積變化規律，結果表明1991—2006年該地區農作物總種植面積呈現波動性遞減的趨勢，單產優勢是陜西省糧食種植區域集中的一個重要原因；劉珍環等［9］運用時序變化趨勢、空間集聚分析等方法探究中國種植結構時空變化特征，認為2002年后全國糧食作物的單一種植結構類型呈逐年遞減，中國東北、新疆和沿海的城市化地區種植比例變化明顯.（2）種植結構變化的驅動因子研究.陳玉潔等［10］運用糧食貢獻率、環境評價（pressure-state-response，PSR）模型探究東北西部糧食生產變化及其影響因素，研究認為東北西部糧食生產的主要影響因素是種植面積的擴大；Oostin‐die［11］提出在農業現代化過程中，農業技術直接影響種植格局；Lobell等［12］分析了 1980—2008年氣候變化對作物產量的影響，證實在氣候趨勢下，全球玉米和小麥產量分別下降了3.8%和5.5%.（3）通過比較優勢的空間差異性和多年演變規律研究對種植結構進行調整，其對社會、經濟和生態等方面的收益.朱大威等［13］通過研究江蘇省蔬菜比較優勢產品，重點布局規?；熘菔惺卟水a區.然而，以往的這些研究多集中在區域種植結構類型的轉變，對發展區域自身優勢作物及變化趨勢的研究較少；陽斌［14］認為由大衛·李嘉圖提出的比較優勢理論能夠突出區域優勢，根據區域特點為其種植結構發展提出直接選擇；宋桂琴等［15］運用統計和GIS空間分析方法，分析了2001—2014年遼寧省的玉米、水稻、大豆、油料和蔬菜5種主要糧食和經濟作物播種面積的時間空間變化特征，認為其分布存在一定的空間集聚現象.

遼寧省作為糧食主要生產區，長期以來形成以玉米為主的單一作物品種，面對全球氣候變化帶來的環境問題、難以突破的技術問題以及變化復雜的市場問題，形成以市場為導向的經濟調控［16］.隨著全球化發展，農產品出現“結構性過?！?，逐漸喪失競爭力優勢，同時遼寧省存在可利用的荒地生產潛力大，可利用的部分耕地因化肥的大量使用造成土壤板結，這部分土地面臨著土壤品質下降的壓力，進而影響作物產量及產品品質［17］，遼寧省存在農民收入低，現代化農業發展受到限制，社會服務水平低和產業鏈發展不足等問題［18］.現階段，遼寧省農業科技水平還需要進一步提高，技術推廣難度大，而種植業作為遼寧省農業的重要組成部分，農作物結構布局直接影響農村發展，因地制宜發展適宜本土發展的農作物，可在一定程度上優化布局［19］，因此需要合理對農作物種植進行規劃，探明遼寧省農業優勢作物及主要糧食作物重心變化，對進一步優化產品結構、保障糧食安全至關重要.本文則主要是明確遼寧省農業發展現狀，分析各地區農作物生產效率和生產力水平，依據各地的資源稟賦及主要作物在空間上的演變方向，探究各地區優勢品種，為符合市場發展規律做出及時的調整，并為區域種植業結構優化提供理論依據.因此，本文收集2001—2020年遼寧省主要糧食作物的種植面積及產量等數據，探討糧食作物在過去20年內重心遷移的方向及范圍變化，指出產生變化的原因，并選取比較優勢指數指導區域合理布局.

1 材料與方法

1.1 研究區概況

遼寧省位于中國東北地區的南部，是中國最重要的糧食產區之一，南鄰黃海、渤海，雨熱同期，多年平均氣溫7～11℃，年降水量750 mm，適宜多種作物生長.遼寧省轄14個地級市（圖1），陸地面積14.80萬km2，其中耕地面積 4.97萬 km2，人均占有耕地約 0.012 km2［16］.近年來，遼寧省農作物種植面積略有下降，種植結構以糧食作物為主，其中又以玉米、水稻、薯類和大豆4種作物種植范圍最大，經濟作物占比較少，2020年主要農作物種植面積為4.29萬km2，約占陸地面積的29.0%.

圖1 遼寧省行政區劃分

1.2 研究方法

（1）ArcGIS空間分析.利用重心模型及標準差橢圓分析，前者能夠反映地理要素的變動性，判斷區域各作物種植面積比例的空間變化情況，后者可以確定移動方向及種植結構的離散程度，具體方法見參考文獻［15］.效率重心可以反映主要糧食作物在空間上的核心分布，而標準差橢圓可以反映種植結構在空間上的離散程度.

（2）效率優勢指數（efficiency advantage index，EAI）.該指數主要是從資源內涵生產力的角度來反映作物的比較優勢［20］，通過分析區域農作物的面積產量與該地區所有農作物平均面積產量相對水平的比值，主要用于考察遼寧省在該農作物生產上的生產效率相對優勢［21］.EAI計算式為

式中：IEA（i，j）為 i區 j種作物的效率優勢指數，該值越大，生產效率優勢越明顯，IEA（i，j）＞1，表明與全省平均水平相比，i區j種作物生產具有效率優勢；IEA（i，j）＜1，則生產效率處于劣勢 .YU（i，j）為 i區 j種作物面積產量.YU為全省糧食面積產量，表示i地區糧食平均面積產量，為全省j種作物平均面積產量，單位均為kg/km2.

（3）規模優勢指數（scale advantage index，SAI）.通過分析某地區農作物的種植面積占該地區所有農作物的種植面積與全省該比例平均水平的對比關系［22］，反映一個地區某一農作物生產的規模和專業化程度，用于考察該種農作物在該地區農業生產上的相對重要性及規模優勢［22］.SAI計算公式為

式中：ISA（i，j）為 i區 j種作物的規模優勢指數，該值越小，劣勢越顯著，ISA（i，j）＞1，表明與區域平均水平相比，i區j種作物生產規模較大，具有規模優勢，表示地區的這種作物生產具有一定的專業化集中度，而且規模優勢指數越大，說明專業化程度越高；ISA（i，j）＜1，則反之 .AP（i，j）為 i區 j種農作物的種植面積.AP為全省所有農作物的種植總面積.為i區所有農作物的種植總面積.為全國j種農作物的種植面積，單位均為km2.

（4）綜合優勢指數（aggregated advantage index，AAI）.該模型是單產比較優勢與規模比較優勢的綜合，能較全面地反映某地區某作物生產的優勢度.用于衡量和比較同一區域不同種產品之間的比較優勢［23］.AAI計算公式為

式中：IAA(i，j)為i區 j種作物的綜合優勢指數，該值越大，優勢越明顯，IAA(i，j)＞1，表明與全省平均水平相比，i區 j種作物生產具有比較優勢；IAA(i，j)＜1，表明i區j種作物生產與省平均水平相比無優勢可言.

1.3 數據來源及處理

本研究的數據主要來源于《遼寧省統計年鑒》［24］《中國農村統計年鑒》［25］選取遼寧省地級市2001—2020年水稻、玉米、薯類和大豆4種主要糧食作物的統計資料，包括種植面積、農作物產量及面積產量等.

本文利用SPSS軟件對遼寧省主要糧食作物種植面積進行描述性統計，觀察其時間變化，再利用ArcGIS軟件中的重心遷移，分析探究玉米、水稻、薯類和大豆的空間變化，最后計算遼寧省各地主要糧食優勢指數，評價優勢產品.

2 結 果

2.1 主要糧食作物結構時空格局演變

2001—2020年遼寧省4種糧食作物種植面積統計如圖2所示.種植面積總體呈上升趨勢，由2001年的 2.76×104km2增至 2020 年的 3.53×104km2，糧食作物總種植面積增長27.9%.其中：玉米的種植面積總體呈上升趨勢，其走勢控制著糧食作物的種植面積變化趨勢，種植面積由2001年的1.37×104km2增加到 2020年 2.70×104km2，增長了 97.1%；水稻的種植面積呈現先增長后減少的趨勢，2012年水稻種植面積達到最大值6.62×103km2，2020年水稻種植面積為 5.20×103km2，在 2001年種植面積（4.50×104km2）的基礎上增加了15.6%；薯類和大豆的種植面積較小，2001—2020年薯類種植面積下降了55.7%，大豆種植面積下降了64.5%，到2020年全省薯類和大豆的種植面積分別為6.69×102和10.32×102km2.

2001和2020年主要糧食作物種植面積空間變化如圖3所示.截止到2020年，全省各地區玉米種植面積比例及其年際變化存在明顯差異：鞍山市、撫順市和本溪市的玉米種植面積比例基本保持穩定，分別為6.5%、3.7%和1.5%；沈陽市、大連市、錦州市和葫蘆島市總體上出現小幅度減少，分別為14.4%、6.9%、11.6%和4.9%；朝陽市玉米種植面積比例年際波動最大，增長了4.5%.全省各地區水稻種植面積比例呈先增大后降低的趨勢：種植面積比例基本不變的是大連市、撫順市、營口市、遼陽市、鐵嶺市和朝陽市，分別為7.2%、2.7%、7.9%、9.0%、7.7%和0.02%；種植面積比例變化較大的是丹東市、錦州市和阜新市，分別為9.2%、6.8%和0.6%；中部地區沈陽市和盤錦市的水稻種植面積比例最大，分別是24.1%和22.1%；東部地區次之，西部地區最少.2020年，全省薯類種植面積比例較大的區域主要集中在大連市、沈陽市、葫蘆島市和鐵嶺市，分別為39.8%、27.7%、12.6%和9.3%；4個城市薯類種植面積占全省的89.4%，而盤錦市僅有較少年份種植薯類，并且種植面積極少.農民不愿意在有限的耕地面積上種植大豆，2020年，遼寧省大豆種植面積比例逐漸降低：種植區域主要集中在大連市、沈陽市、阜新市和鐵嶺市，種植面積比例分別為25.4%、9.7%、9.0%、和7.2%；盤錦市和遼陽市大豆種植面積比例一直處于最小，分別為0.8%和0.7%.

圖3 2001和2020年4種農作物種植面積空間變化（a）～（h）分別為2001和2020年玉米、水稻、薯類和大豆的種植面積變化

2.2 種植結構離散趨勢與重心遷移

為表明作物種植重心和種植范圍的變化情況，每10年監測1次作為參照，以2001、2010和2020年遼寧省主要糧食作物的種植情況繪制種植重心及標準差橢圓的變化軌跡（圖4）.2001、2010和2020年玉米總種植面積呈現上升趨勢，分別為1.37×104、2.10×104和 2.70×104km2，增長了 97.1%.玉米作物標準差橢圓長半軸變化范圍為240～239 km，短半軸變化范圍在163～171 km，標準差橢圓的方向范圍為52.65°～64.88°.從標準差橢圓及重心參數分析，與2001和2010年相比，2020年玉米作物在空間上的種植分布在東西方向上有所加強，并且北部地區玉米種植面積逐漸增多，重心北移，以沈陽為中心，集中分布于北部阜新市和鐵嶺市；鞍山市、撫順市和本溪市的玉米種植面積比例基本保持穩定；沈陽市、大連市、錦州市和葫蘆島市總體上出現小幅度減少；阜新市玉米種植面積比例年際波動最大，由2001年的8.8%增加到2020年的11.0%.說明研究期內玉米的種植面積呈現出明顯的波動性.水稻作物標準差橢圓長半軸變化范圍為171～188 km，短半軸變化范圍在126～134 km，標準差橢圓的方向范圍為33.67°～44.11°，重心在中部地區且橢圓面積減少，說明中部地區水稻種植面積最大，尤其是沈陽市和盤錦市，比例分別是24.1%和22.1%，因此，在兩地中心的遼陽地區形成輻射點.薯類作物標準差橢圓長半軸變化范圍為235～275 km，短半軸變化范圍在171～181 km，標準差橢圓的方向范圍為42.08°～47.81°.與 2001和 2010年相比，2020 年薯類作物標準差橢圓出現明顯的縮小，薯類集中種植情況顯著，種植重心南移.2020年，大連市和鐵嶺市薯類種植面積比例波動最大，大連市呈增加趨勢而鐵嶺市則趨于減少；其他大部分地區薯類種植面積比例變化較小.大豆作物標準差橢圓長半軸變化范圍為239～256 km，短半軸變化范圍在171～196 km，標準差橢圓的方向范圍為25.07°～58.28°.與 2010和 2001年相比，2020年大豆的標準差橢圓方向變化明顯，說明大豆的空間種植由東西發展方向轉為南北發展方向，種植面積南多北少，大豆單產水平最低且基本保持平穩，種植面積逐漸減小.集中種植于大連市、沈陽市、阜新市和鐵嶺市，其中2020年大連市大豆種植面積比例達25.4%，本溪市、遼陽市、盤錦市和營口市大豆比例最小，錦州市、鐵嶺市和葫蘆島市大豆種植比例逐漸減少.

2.3 優勢作物分析

2.3.1 EAI

2001—2020年各地區作物優勢指數情況列于表1.遼寧省大部分地區玉米效益優勢高于全省平均水平.其中：朝陽市玉米的效率優勢最高，IEA=1.13；錦州市與全省水平相當，IEA=1.00；營口市和盤錦市玉米生產效益明顯處于劣勢，IEA=0.74和0.77.遼寧省大部分地區水稻效率優勢低于全省平均水平.其中：阜新市水稻的效率優勢最高，IEA=1.29；營口市和錦州市次之，IEA=1.05和1.03，其高于全省平均水平；其他各地級市水稻種植均低于全省效率優勢，鐵嶺市最為明顯（IEA=0.79）.近半數地區薯類的效率優勢較低，低于全省平均水平.其中：葫蘆島市的效率優勢最高，IEA=1.31；盤錦市的效率優勢最低，IEA=0.68.全省大部分地區大豆的效率優勢低.其中：僅大連市高于全省平均水平，IEA=1.11；其他地級市產量均低于全省水平.

表1 2001—2020年各地區作物平均優勢指數情況

2.3.2 SAI

由SAI數據可知，遼寧省糧食作物以玉米為主，大部分地區已形成一定的規模，只有丹東市、營口市、遼陽市和盤錦市的生產規模相對較小，其中盤錦市的ISA=0.17.沈陽市、撫順市、本溪市、丹東市、營口市、遼陽市和盤錦市的水稻生產規模相對較大，其中盤錦市的ISA=4.66，其余地區水稻種植面積低于全省平均水平.大連市薯類規模優勢最大，ISA=2.95；其次為葫蘆島市、本溪市、鐵嶺市和丹東市，ISA=2.28、1.11、1.05和 1.00；其他各地市規模優勢不明顯.西部地區大豆規模優勢明顯，其中大連市最高，ISA=2.56；而營口市和朝陽市規模優勢明顯低于全省平均水平，特別是營口市，ISA=0.59.

2.3.3 AAI

從4種主要糧食作物結構來看，大部分地區4種作物的IAA均＞1.玉米綜合優勢最高的地區在阜新市，IAA=1.13；盤錦市最低，IAA=0.36.水稻的綜合優勢最高值在盤錦市，IAA=1.95；最低值在朝陽市，IAA=0.06.大連市薯類和大豆的綜合優勢最高，IAA=1.80和1.68；與全省相比，營口市、阜新市和盤錦市薯類的綜合優勢不具有明顯優勢，IAA=0.42、0.52和0.14.綜合分析，玉米的綜合優勢作物地區分布在遼寧省東部、西部地區，分別是阜新市、錦州市、鐵嶺市、朝陽市、鞍山市、大連市、撫順市、葫蘆島市和本溪市；水稻的綜合優勢作物地區有盤錦市、營口市、遼陽市、丹東市和沈陽市；薯類的綜合優勢作物地區是大連市、葫蘆島市、本溪市、鐵嶺市和撫順市；大豆的綜合優勢作物地區是大連市、撫順市和本溪市.

3 討 論

本文選取2001—2020年為研究時段，重點討論玉米、水稻、薯類和大豆4種農作物的種植變化情況，與以往研究相同的是玉米以沈陽為中心，向西向北輻射［26］；不同的是水稻則以遼陽為中心，受氣候變暖影響，種植范圍減小，薯類和大豆種植不斷向南擴張.作物呈現出這樣的變化，是受自然、社會和經濟3個因素的共同影響，并非單一因素，而各因素對農作物種植影響的相關性還需進一步討論.

3.1 EAI

隨著遼寧省農業科技水平及作物品種品質的提高，農業生產更加依靠機械，專業化水平較高［27］，因此大部分地區效率優勢高于全省平均水平，特別是朝陽市和阜新市.水稻對生長環境要求比玉米高，水稻的種植需要充足的水分，受水分條件的控制［26］，因此，僅4個市水稻的EAI值高于全省平均水平，最高的地區是阜新市.大連市農業技術水平較高，大豆生產效率高.可見機械化、規?；酱龠M生產規模，提高農業科技水平對提高作物單產至關重要［17］.通過分析各地區 4 種作物的 EAI值，沈陽市、大連市和葫蘆島市4種作物的EAI值較為平衡，主要是因為這3個市重視各類農作物發展，投入均衡［28］.

3.2 SAI

由于玉米三元作物的屬性及對氣候和土壤要求較低，憑借自身耐受性良好、成活率高、投入成本低和收益高等特點［29］，以及玉米種植呈現出機械化、規?；厔?，從而進一步促進農民的種植意愿，使其成為遼寧省種植面積最大的糧食作物，形成一糧獨大的局面［5］，因此多地玉米規模優勢高于其他作物.各地水稻種植面積占全省水稻種植面積的比例變化不同，受遼寧省自然條件的限制，水稻種植面積遠不如玉米，加之近年來氣候趨向暖干化［2］.朝陽市水分虧損嚴重［16］，2001—2020年其水稻種植面積最小，均未達到10.00 km2，導致水稻規模優勢最低；盤錦市水稻規模最高，其原因是長期精細地稻谷耕作加之水分充沛，使得盤錦產出高產優質的大米，享譽全國，形成區域特色產品［30］，對其進行規?；l展.各地區薯類和大豆的種植規模差異較大，是因為這2種作物生產成本投入高，因此差異明顯.分析SAI值，耕地面積大的區域，4種農作物發展優勢均衡，因此在今后提高可利用荒地建設，嚴格確保耕地面積不受侵犯.

3.3 AAI

優勢產品側面反應了區域資源、政策、技術和經濟等綜合水平［31］，因此，各地區在農業發展過程中應不斷提高區域綜合影響力，優先推廣優勢產品，以推動遼寧省種植結構逐步合理化.玉米適應性強，西部和東部均發展良好，但西北部優勢更加明顯，這里地勢較高，氣溫和降水比東南部少，玉米生產技術高［32］.中部地區以水稻優勢作物，特別是沈陽市和盤錦市，已經形成了適宜水稻種植的優良土質，因此廣泛種植水稻［33］.薯類因其生長在陰涼的環境，并且其能實現農產品深度加工，制作為薯片等深受年輕人喜歡的副產品，因此，需靠近較大的消費市場［34］，大連市和葫蘆島市將其作為優勢作物，分別加工成薯片、淀粉等進行銷售，這2個城市延長薯類生產鏈，對薯類種植成本高但有農業補貼的作物種植面積比其他區域大［35］.遼寧省大豆種植面積減少，盡管國家提出大豆目標價格補貼政策，但國家限制開發農用地，同時大豆品種更新慢、機械化水平低，產量和收益低及受到進口大豆的沖擊［36-37］，是導致其下降的主要原因.因此，將大豆作為優勢作物的地區很少，僅有大連市、撫順市和本溪市.綜合來看，遼寧省4種作物的AAI值由東南沿海向西北部差異性逐漸減小，很大程度上還是受氣候影響較大［28］，在多種因素影響下，大連市4種作物的AAI值最高，朝陽市作物發展最為不均衡，可作為評價區域農業平衡發展的依據，來調整種植結構以面對多元化市場.

4 結 論

4.1 主要結論

通過對遼寧省2001—2020年主要糧食作物發展現狀的分析，利用比較優勢指數法和重心遷移模型分析優勢作物空間變化特征，主要結論如下：

（1）從2001—2020年遼寧省糧食總種植面積變化趨勢來看，玉米和水稻種植面積分別增長了97.1%和15.6%，水稻種植面積明顯小于玉米.薯類、大豆種植面積分別減少了55.7%、64.5%.

（2）遼寧省玉米種植范圍增加，重心逐漸北移，集中分布于阜新市、鐵嶺市和沈陽市；其他3種糧食作物種植重心向南移動，水稻種植占全省面積比例隨時間推移不斷減小，目前集中于中部地區，以沈陽市和盤錦市為主.薯類種植范圍縮小明顯，大豆種植范圍由東西方向轉為南北方向.

（3）遼寧省主要糧食作物EAI最高的是阜新市水稻作物，突顯出較高的生產水平，最低的是盤錦市薯類，生產水平與全省相比處于劣勢；SAI最高的是盤錦市水稻，其值達4.66，說明其達到了規?；?、專業化水平，而這里的薯類種植面積少，規模指數最低.AAI以大連市薯類最高，朝陽市水稻優勢度最低.

（4）遼寧省優勢產品存在明顯的區域差異，西北部以玉米為優勢品種，中部地區以水稻為優勢品種，南部以薯類為優勢品種，東部以大豆為優勢品種.

4.2 發展方向

遼寧省以玉米種植為主，農產品市場存在嚴重的供需不平衡，單一型的種植結構不利于面對多元化的市場需求，盡管如此，農民還是更傾向于種植投入少，收益高的作物［38］.為提高農業經濟，各地除了結合優勢品種發展外，還應從國家政策、科技進步、社會需求、經濟效益和自然條件等多方面［39-40］，采取調控措施明確調整方向.

保障糧食安全，耕地品質直接影響農作物產量，遼寧省大部分地區土地未采取輪作模式，增加了土地壓力，還需要進一步的政策調控，在可持續發展條件下，利用土地可為各地區種植結構變化提供更多的可能.

5 結束語

本文選取了2001—2020年遼寧省4種主要糧食作物，分析了其生產結構的時空變化，種植結構離散趨勢與重心遷移，效率優勢、規模優勢和綜合優勢.與以往研究相比，突出主要糧食作物的重心遷移變化，并利用比較優勢法測算遼寧各地區的優勢作物，以進一步明確遼寧省種植業結構調整方向.但結果顯示各因素之間相關性不明顯，仍需進一步探討其原因；此外，由于數據獲取有限，尚未對種植結構時空變化的原因進行分析，未來將進一步深入分析.在今后，應擴大研究范圍，探討遼寧省優勢作物在全國范圍內是否具有優勢，以此改變現有的生產格局，科學優化要素投入，提高作物生產和精深加工以促進遼寧省農業長期友好發展.