中國南北稻區(qū)水稻播種與產(chǎn)量重心變動分析

中國南北稻區(qū)水稻播種與產(chǎn)量重心變動分析

0中國水稻生產(chǎn)的現(xiàn)狀[研究意義]水稻在中國的糧食生產(chǎn)中發(fā)揮著極其重要的作用。據(jù)統(tǒng)計,1949—2009年,水稻年平均播種面積為30937×103hm2,占糧食播種面積的27%。平均總產(chǎn)為13329×104t,占糧食總產(chǎn)的42%。平均單產(chǎn)為4322kg·hm-2,是糧食單產(chǎn)的1.52倍(《中國統(tǒng)計年鑒2010》、《新中國五十年統(tǒng)計資料》統(tǒng)計結果)。水稻的穩(wěn)定增長對保障國家糧食安全起基礎作用。中國是全世界最大的稻谷消費國,60%以上人口以大米為主食。國內(nèi)常年稻谷消費總量保持在18500—19600×104t。以2009年19510.3×104t的生產(chǎn)水平來說基本持平,若以2003年的16065.6×104t來說是遠不夠的。依賴國際稻米市場調(diào)節(jié)不現(xiàn)實,1961—2008年世界稻米出口量占中國水稻生產(chǎn)量歷年的百分比平均值為8.88%(/)。該數(shù)量不足以用來調(diào)劑中國的水稻生產(chǎn),并且國際水稻出口價格又強烈制約著中國水稻進口。因此只能依靠本國水稻生產(chǎn)的健康平穩(wěn)發(fā)展,確保中國大多數(shù)人的口糧問題。改革開放以來,中國水稻生產(chǎn)發(fā)生了很大的變化,一方面表現(xiàn)為水稻總播種面積的減少單產(chǎn)增加,另一方面表現(xiàn)為地區(qū)布局的變化。這些變化具體是怎樣的,對中國水稻總產(chǎn)會有什么影響,值得深入探討?！厩叭搜芯窟M展】針對中國水稻生產(chǎn)布局變動已有很多學者做過研究,徐萌等通過對水稻主產(chǎn)省區(qū)水稻產(chǎn)量占中國水稻總產(chǎn)的比較生產(chǎn)指數(shù),分析了中國水稻生產(chǎn)布局的變化,通過水稻生產(chǎn)供給局部調(diào)整模型找出了影響中國水稻生產(chǎn)區(qū)域特征變化的關鍵因素。鐘甫寧等通過計量方程分析了影響中國各區(qū)域水稻播種面積發(fā)生變化的原因。楊萬江等通過空間計量經(jīng)濟學方法分析了水稻生產(chǎn)空間布局變遷的影響因素。另有學者從全球變暖、CO2升高等角度推演了環(huán)境變化對中國水稻單產(chǎn)和種植區(qū)域的可能影響?！颈狙芯壳腥朦c】這些研究多從社會經(jīng)濟角度對水稻總體布局的影響因素及驅(qū)動力進行了分析。文中從糧食安全的角度出發(fā),分析南北稻區(qū)不同稻作制度下水稻各自具有的時空變動趨勢,找出在該變動趨勢中最有可能造成目前中國水稻總產(chǎn)量出現(xiàn)大幅下滑的關鍵因素。從水稻生產(chǎn)重心變動軌跡出發(fā),探尋自建國以來中國水稻發(fā)展的歷程,總結經(jīng)驗為今后水稻工作提供參考?！緮M解決的關鍵問題】對中國南北稻區(qū)不同稻作制度的水稻生產(chǎn)時空動態(tài)進行分析可以有助于全面把握中國水稻發(fā)展動向,明確其變動原因,為確保中國水稻總產(chǎn)平穩(wěn)增長提供參考。1研究方法和數(shù)據(jù)來源1.1中國培育水稻重心經(jīng)緯度模型重心擬合模型是研究區(qū)域發(fā)展過程中要素空間變動的有力分析工具。由于區(qū)域發(fā)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(qū)域發(fā)展各要素空間集聚及其位移規(guī)律。目前該研究方法已被廣泛的應用于社會、經(jīng)濟和生產(chǎn)等領域。筆者采用基本的平均重心法建立了中國水稻播種面積和產(chǎn)量兩種要素的重心擬合模型:式中,Tij(i=1,2,3…,n)表示第i省份的第j年要素(播種面積或產(chǎn)量)總量。xi,yi分別為第i省份面積重心的經(jīng)度緯度坐標。Pi(xi,yi)為第i省份的面積重心,Pj(xj,yj)為研究要素的第j年中國重心坐標。若上式中的要素值為各省的面積值,則空間均值Pj就是中國的幾何中心。當某一空間現(xiàn)象的空間均值顯著區(qū)別于中國的幾何中心,便指示了這一空間現(xiàn)象的不均衡分布,或稱“重心偏離”。偏離的方向指示了空間現(xiàn)象的“高密度”部位,偏離的距離則指示了均衡程度。因中國行政區(qū)劃變動,四川省重心經(jīng)緯度坐標在1997年前后采用了不同的數(shù)值參與運算。設第k、k+m年某要素中國重心坐標分別為Pk(xk,yk)、Pk+m(xk+m,yk+m),那么Pk向Pk+m移動的方向模型為:dm(28)(xk(10)m-xk)2(10)(yk(10)m-yk)21.2敏感性分析1.2.1單個風險因素的量表(tornadodiagram)對1999—2009年間影響中國水稻總產(chǎn)的上述4因素進行了分析,定量衡量了單個風險因素在其它風險因素處于基準水平的情況下對水稻總產(chǎn)量的影響大小。Yt、Yt+1分別為基期和末期的水稻單產(chǎn),At、At+1分別為基期和末期的水稻播種面積。ΔY、ΔA分別為單產(chǎn)與播種面積的年變化,公式如下:基準水平以各因素平均值為準,最低和最高水平以各因素的最大值和最小值為準。1.2.2水稻產(chǎn)量對播種的影響Yt、Yt+1分別為基期和末期的水稻產(chǎn)量,At、At+1分別為基期和末期的播種面積。若β<0,表明水稻產(chǎn)量與播種面積成反向變化,水稻產(chǎn)量對播種面積變化不敏感;若>0,說明水稻產(chǎn)量與播種面積同向變化,水稻產(chǎn)量變化受播種面積增減變化的影響。β值越大,說明水稻產(chǎn)量對播種變化的敏感度越高,即播種面積的較小變動會造成水稻產(chǎn)量的較大波動。1.3數(shù)據(jù)來源2結果2.1水稻生產(chǎn)的時空動態(tài)2.1.1中國水稻生產(chǎn)進入周期水稻播種面積1949—2009年總體呈先升后降的趨勢。1976年達到該期最大值36217×103hm2,2009年水稻播種面積為29626.9×103hm2是1949年的1.15倍。其中1961和2003兩年是該時期播種面積相對較低的年份,水稻播種面積分別為26276×103hm2和26507.9×103hm2。中國水稻總產(chǎn)量1949—2009年總體呈增加趨勢。由1949年的4865×104t增加到2009年的19510.3×104t,增長4.01倍。中國水稻單產(chǎn)1949—2009年總體呈增加趨勢,由1949年的1892kg·hm-2增加到2009年的6585.3kg·hm-2,增長3.48倍(圖1)。從地區(qū)尺度上看,1949—2009年東北和華中地區(qū)水稻播種面積、產(chǎn)量占中國總播種面積和產(chǎn)量的百分比整體呈增長趨勢。華南和西南地區(qū)整體呈下降趨勢。華東地區(qū)整體呈先升后降的趨勢。其它地區(qū)占中國水稻的比重一直維持在較低水平(圖2)。從重心運動軌跡看,1959—1979年間中國水稻生產(chǎn)發(fā)生了一個明顯的轉(zhuǎn)折并將整體分為了3個階段。20世紀60年中國水稻播種面積重心向東北方向移動了315km(直線距離)。具體來說1949—1959年因華東和華中地區(qū)水稻播種面積占中國的比例增加,使播種面積重心向東北方向移動。1959—1979年因華東地區(qū)播種面積比例的增加和華南地區(qū)播種面積比例的相對穩(wěn)定,使水稻播種面積重心向東南方向偏移(圖3)。1979年后華東、華南地區(qū)水稻播種面積占中國的比例逐漸下降,與此同時東北水稻播種面積比例逐漸上升,使得播種面積重心持續(xù)向東北方向偏移。特別是1989—1999年10年間水稻播種面積的偏移距離最大、速度最快,分別為99.8km、10.0km·a-1(表1)。1999—2009年該趨勢有所放緩,這一現(xiàn)象和東北水稻面積增長速度有關;同水稻播種面積重心變化相似,水稻產(chǎn)量重心整體向東北方向偏移了412km(直線距離)。與播種面積不同的是在1959—1979年產(chǎn)量重心并沒有像播種面積重心那樣向東南明顯發(fā)生偏移,而是向正東和東北方向移動(表1)。這一現(xiàn)象表明東南地區(qū)水稻播種面積的快速增加并沒有使產(chǎn)量也顯著增長。2.1.2紡粘/稻共作7—北方稻生產(chǎn)的時空變化1979—2009年北方稻播種面積在中國水稻總播種面積下降的背景下呈快速增加的態(tài)勢(圖4)。面積由1979年的1995.53×103hm2上升到2009年的5011.03×103hm2,增長了1.51倍,平均每年增加100.52×103hm2。對于產(chǎn)量來說,由1979年的860.0×104t上升到2009年的3482.54×104t,增長了3.05倍。單產(chǎn)從4309.62kg·hm-2增加到6949.75kg·hm-2。與此同時,北方稻對中國水稻總產(chǎn)量的貢獻也由5.98%增至17.85%。從地區(qū)尺度上看,1979—2009年間華北、西北變化較小。華中的河南北方稻種植面積略有增加(圖5)。相對于東北地區(qū)的快速增加,其它各區(qū)所占中國北方稻的總體比重相對降低。在重心運動上表現(xiàn)為北方稻的生產(chǎn)重心由華北快速轉(zhuǎn)移到了東北的松遼盆地,方向明確。播種面積重心和產(chǎn)量重心在此期間分別向東北移動了617、563km(直線距離),平均速度為20.6、18.9km·a-1(表1)。2.1.3稻米和雙季稻米重心向西南方向移動的原因1979—2009年中國早稻和雙季晚稻播種面積和產(chǎn)量總體呈下降趨勢(圖4)。除江西省外其它省份早稻和雙季晚稻播種面積均為下滑趨勢。受單產(chǎn)增加的影響早稻和雙季晚稻產(chǎn)量下降趨勢沒有面積明顯,但2009年也只有江西省早晚稻產(chǎn)量合計高于1999年水平。目前中國早稻和雙季晚稻生產(chǎn)已主要集中在湖南、江西、廣東和廣西4省,但規(guī)模已不及20世紀80、90年代水平(圖6,7)。早稻和雙季晚稻重心向西南方向移動的原因主要是在中國早稻和雙季晚稻播種面積和產(chǎn)量整體下滑的同時,相對于華東、華南和華中地區(qū)減少的更慢所造成的現(xiàn)象。進一步分析可知,1979—2009年早稻和雙季晚稻的播種面積重心分別向西南偏移了166和148km(直線距離),而產(chǎn)量重心分別向西南偏移了212和168km(直線距離)。早稻和雙季晚稻播種面積重心平均移動速度分別為5.7和5.0km·a-1。早稻和雙季晚稻產(chǎn)量重心平均移動速度分別為7.66和5.76km·a-1(表1)。2.1.4水稻和雙季稻生產(chǎn)發(fā)生明顯變化1979—2009年中稻和一季晚稻播種面積和產(chǎn)量明顯上升(圖4)。華東地區(qū)除江西、福建省中稻和一季晚稻播種面積和產(chǎn)量小幅增加外,其它省份中稻和一季晚稻的播種面積和產(chǎn)量均有明顯增加(上海市除外)。華中地區(qū)的湖北、湖南省也增加較大。結合早稻和雙季晚稻生產(chǎn)情況來看,兩個地區(qū)均發(fā)生了明顯的稻作制度變化,即由普遍的雙季稻生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)閱渭镜旧a(chǎn)“雙改單”。這一現(xiàn)象在浙江、江蘇、安徽、福建、湖南、湖北省份表現(xiàn)突出(圖8)。與此同時西南和華南地區(qū)中稻和一季晚稻生產(chǎn)基本穩(wěn)定,變化不大。結合重心模型分析可知在1979—2009年中稻和一季晚稻播種面積和產(chǎn)量重心先是朝向安徽和江蘇的方向移動(1989年前),后轉(zhuǎn)向東南,即稻作制度轉(zhuǎn)變先是從江蘇、安徽等省份開始后逐漸擴展到浙江、福建、湖南等省份?？傮w看,重心移動方向是先東北再東南,中稻和一季晚稻播種面積和產(chǎn)量重心移動直線距離分別為207和209km,平均移動速度為7.5和8.0km·a-1(表1)。2.2水稻生產(chǎn)的敏感性分析2.2.1水稻產(chǎn)量大波動的主要因素選擇水稻單產(chǎn)在6000kg·hm-2以上時的1999—2009年為研究對象,探尋在特定生產(chǎn)力條件下可引發(fā)水稻產(chǎn)量大幅度波動的主要因素。以該期播種面積、單產(chǎn)以及它們的各自年變化率等因素的平均值為基準(表2),利用龍卷風圖,計算各極值條件下可能引起的產(chǎn)量波動,得出水稻的播種面積和播種面積的年變化是造成現(xiàn)今中國水稻總產(chǎn)量出現(xiàn)較大波動的主要因素(圖9)。由水稻播種面積減少假設所得到的年水稻總產(chǎn)量會遠低于中國常年平均稻谷消費量,該問題值得重點關注。2.2.2水稻產(chǎn)量對播種的敏感程度為進一步探究各省級行政區(qū)水稻總產(chǎn)對播種面積的具體表現(xiàn)。采用敏感評價模型對1949—2009年各省級行政區(qū)各相鄰年份間的敏感度進行了計算,并將結果分為4個級別:β≤0為無敏感性,水稻產(chǎn)量變化與水稻播種面積變化不具有同步性特征;0<β≤1為低度敏感;1<β≤2為中度敏感;2<β≤3為低度高感;β>3為極高度敏感。結果如圖(圖10)所示,黑龍江、湖北、遼寧、廣西等省份水稻產(chǎn)量對播種面積敏感性極高。湖南、江西、江蘇水稻種植大省產(chǎn)量對播種面積的敏感程度雖然沒有達到很高的級別,但也基本是在1﹕1的水平。中國大部分省級行政區(qū)水稻總產(chǎn)對播種面積是具有正向同步性的。3關于中國水稻生產(chǎn)企業(yè)產(chǎn)量變化的啟示從結果分析中可以看出3個明顯的變化,一是北方稻生產(chǎn)的重心由華北快速轉(zhuǎn)移到了東北地區(qū),北方稻產(chǎn)量占中國的總產(chǎn)量比重明顯增加(東北的“旱改水”)。二是作為中國水稻主產(chǎn)區(qū)的華東和華中地區(qū)稻作制度發(fā)生了明顯的變化,中稻和一季晚稻面積增加的同時早稻和雙季晚稻面積減少(“雙改單”)。三是早稻和雙季晚稻種植面積減少造成了中國水稻總種植面積的下降。對于第一種變化原因已有很多學者做過論述,總結主要有以下幾方面成因:一是科技進步選育出耐冷水稻新品種,可以適應東北低溫長日照的新生態(tài)類型,如合江23號、龍粳3號、東農(nóng)416等新水稻品種;二是全球氣候變暖背景的影響,在1965—2008年東北水稻生長季節(jié)(5—9月)的日平均、最低和最高溫度每10年分別遞增了0.31、0.42和0.23℃;三是利益的驅(qū)動,東北地區(qū)因為氣候原因,高附加值的農(nóng)作物很難大面積種植,水稻種植相對于玉米、小麥、大豆等作物來說凈收益要高出很多。基于以上原因東北水稻種植面積上漲很快,因此在本文直觀表現(xiàn)為北方稻生產(chǎn)重心移到東北地區(qū)。值得注意的是雖然東北地區(qū)的水資源略好于中國華北和西北地區(qū),但是,和南方稻區(qū)相比,相差甚遠。對于耗水量極大的水稻種植來說,東北地區(qū)的水資源供應越來越顯得不足,這在一定程度上可能會限制該區(qū)水稻種植在未來的進一步擴大。另外,對于一些較為嚴重自然災害如稻瘟病和低溫冷害也應重點關注,防止對水稻生產(chǎn)造成較大影響。對于第二種變化——華東和華中地區(qū)的“雙改單”,從早稻和雙季晚稻兩者的合計播種面積和產(chǎn)量占中國水稻播種面積和產(chǎn)量的比例可以看出,該比例已由1979年的68.04%、65.16%下降到2009年的40.84%、35.11%(圖4)。總結變化原因主要由以下兩方面造成:一是種雙季稻(早稻和雙季晚稻)每hm2凈收益低于種單季稻的凈收益(《2007年中國農(nóng)產(chǎn)品成本收益資料匯編》)。二是非農(nóng)活動的增加及農(nóng)民工工資上漲導致農(nóng)業(yè)勞動力的減少。種植雙季稻勞動強度大,勞動力成本高,這一現(xiàn)象在中國經(jīng)濟發(fā)達的東南沿海地區(qū)更加明顯。因此綜合這些因素直觀的表現(xiàn)為中稻和一季晚稻重心移動方向朝向東南,早稻和雙季晚稻逐漸退出,重心移動朝向西南(圖3)。對于第三種水稻種植面積的變化,通過影響中國水稻總產(chǎn)穩(wěn)定的敏感性分析可知,水稻播種面積是影響現(xiàn)今中國水稻總產(chǎn)量穩(wěn)定的關鍵因素。雙季稻改種單季稻是造成中國水稻播種面積下降的主要原因,這與前人研究結果一致。因此在市場調(diào)控下如何確保中國水稻總播種面積穩(wěn)定,并持續(xù)提高單產(chǎn)就成為了目前工作的重點,而如何確保雙季稻面積就成為了其中的難點。雖然“雙改單”對農(nóng)民個人來說是理性的選擇,但是對國家糧食安全來說卻是不利的。針對上述矛盾已有學者提出了一些具體解決辦法,如加大對早稻和雙季晚稻的扶持力度和財政補貼,提高收購價格,加快勞動力節(jié)約型技術的推廣等應對策略。敏感度分析中的龍卷風圖是對某一階段一個因素取極值,其它因素取平均值時的一種假設推演方法。目的只是找出特定背景下可能對結果造成較大影響的因素。如果將時間尺度放的更大一些,比如1949—2009年得到的結果會截然不同,因為長時間來看單產(chǎn)的巨大改變是影響水稻總產(chǎn)變化的主要因素。為了使結果分析更符合目前實際情況,筆者選取水稻單產(chǎn)穩(wěn)定在6000kg·hm-2的特定歷史時期來討論中國水稻產(chǎn)量的影響因素,從分析結果看是比較客觀的。而對敏感度評價模型分析,本文試圖在龍卷風圖的基礎上進一步給出各省級水稻產(chǎn)量對播種面積敏感性的定量描述。其中因比值問題造成的極端值,筆者并沒有直接刪除而是采取大樣本平均的方法消除這些極值的影響,結果可供農(nóng)業(yè)政策部門進一步參考。根據(jù)1949—2009年中國水稻生產(chǎn)重心的變動軌跡(圖2),本文大致將中國水稻的發(fā)展劃分為3個時期。該劃分結果和前人研究得出的結論基本一致。一是1949—1959年中國水稻恢復生產(chǎn)期。在新中國成立之初水稻生產(chǎn)主要集中在四川和廣東,之后長江中下游地區(qū)水稻種植逐漸恢復提高。該期南方稻作制度基本處于繼承傳統(tǒng)技術經(jīng)驗的階段;二是1959—1979年計劃經(jīng)濟主導期,水稻播種面積和產(chǎn)量重心都發(fā)生了明顯的波動,水稻播種和產(chǎn)量重心分別向東南和正東方向發(fā)生了偏移。結合歷史資料可以發(fā)現(xiàn),自20世紀50年代中后期到1977年中國南方經(jīng)歷了普遍的稻作制度改革,“以糧為綱”,提高復種指數(shù),單季改雙季、間作改連作、秈稻改粳稻是這一歷史時期的主題。另有學者對計劃經(jīng)濟為主時期的水稻凈收益和主要替代作物凈收益分析得出,政策干預雖然控制了長江中下游及南方地區(qū)的水稻種植面積,但卻是以農(nóng)民收入的減少作為代價的。廣種而薄收,一個最明顯的現(xiàn)象是該期產(chǎn)量重心并不隨播種面積的重心向東南方向同時移動。三是1979之后市場經(jīng)濟主導期,這一時期國家逐漸由計劃經(jīng)濟轉(zhuǎn)向市場經(jīng)濟。南方耕作制度先后經(jīng)歷了局部調(diào)整期(1979—1989)和優(yōu)化期(1990—),稻作制度又經(jīng)歷了一個雙季稻改單季稻的過程。從早稻和雙季晚稻播種面積重心移動速度可以看出該轉(zhuǎn)變是一個快(1979—1989)—慢(1989—1999)—快(1999—200