中国南北稻区水稻播种与产量重心变动分析

中国南北稻区水稻播种与产量重心变动分析

0中国水稻生产的现状[研究意义]水稻在中国的粮食生产中发挥着极其重要的作用。据统计,1949—2009年,水稻年平均播种面积为30937×103hm2,占粮食播种面积的27%。平均总产为13329×104t,占粮食总产的42%。平均单产为4322kg·hm-2,是粮食单产的1.52倍(《中国统计年鉴2010》、《新中国五十年统计资料》统计结果)。水稻的稳定增长对保障国家粮食安全起基础作用。中国是全世界最大的稻谷消费国,60%以上人口以大米为主食。国内常年稻谷消费总量保持在18500—19600×104t。以2009年19510.3×104t的生产水平来说基本持平,若以2003年的16065.6×104t来说是远不够的。依赖国际稻米市场调节不现实,1961—2008年世界稻米出口量占中国水稻生产量历年的百分比平均值为8.88%(/)。该数量不足以用来调剂中国的水稻生产,并且国际水稻出口价格又强烈制约着中国水稻进口。因此只能依靠本国水稻生产的健康平稳发展,确保中国大多数人的口粮问题。改革开放以来,中国水稻生产发生了很大的变化,一方面表现为水稻总播种面积的减少单产增加,另一方面表现为地区布局的变化。这些变化具体是怎样的,对中国水稻总产会有什么影响,值得深入探讨。【前人研究进展】针对中国水稻生产布局变动已有很多学者做过研究,徐萌等通过对水稻主产省区水稻产量占中国水稻总产的比较生产指数,分析了中国水稻生产布局的变化,通过水稻生产供给局部调整模型找出了影响中国水稻生产区域特征变化的关键因素。钟甫宁等通过计量方程分析了影响中国各区域水稻播种面积发生变化的原因。杨万江等通过空间计量经济学方法分析了水稻生产空间布局变迁的影响因素。另有学者从全球变暖、CO2升高等角度推演了环境变化对中国水稻单产和种植区域的可能影响。【本研究切入点】这些研究多从社会经济角度对水稻总体布局的影响因素及驱动力进行了分析。文中从粮食安全的角度出发,分析南北稻区不同稻作制度下水稻各自具有的时空变动趋势,找出在该变动趋势中最有可能造成目前中国水稻总产量出现大幅下滑的关键因素。从水稻生产重心变动轨迹出发,探寻自建国以来中国水稻发展的历程,总结经验为今后水稻工作提供参考。【拟解决的关键问题】对中国南北稻区不同稻作制度的水稻生产时空动态进行分析可以有助于全面把握中国水稻发展动向,明确其变动原因,为确保中国水稻总产平稳增长提供参考。1研究方法和数据来源1.1中国培育水稻重心经纬度模型重心拟合模型是研究区域发展过程中要素空间变动的有力分析工具。由于区域发展是要素集聚与扩散的过程,各要素的重心位置处于不断变动之中,要素重心的移动客观地反映了区域发展各要素空间集聚及其位移规律。目前该研究方法已被广泛的应用于社会、经济和生产等领域。笔者采用基本的平均重心法建立了中国水稻播种面积和产量两种要素的重心拟合模型:式中,Tij(i=1,2,3…,n)表示第i省份的第j年要素(播种面积或产量)总量。xi,yi分别为第i省份面积重心的经度纬度坐标。Pi(xi,yi)为第i省份的面积重心,Pj(xj,yj)为研究要素的第j年中国重心坐标。若上式中的要素值为各省的面积值,则空间均值Pj就是中国的几何中心。当某一空间现象的空间均值显著区别于中国的几何中心,便指示了这一空间现象的不均衡分布,或称“重心偏离”。偏离的方向指示了空间现象的“高密度”部位,偏离的距离则指示了均衡程度。因中国行政区划变动,四川省重心经纬度坐标在1997年前后采用了不同的数值参与运算。设第k、k+m年某要素中国重心坐标分别为Pk(xk,yk)、Pk+m(xk+m,yk+m),那么Pk向Pk+m移动的方向模型为:dm(28)(xk(10)m-xk)2(10)(yk(10)m-yk)21.2敏感性分析1.2.1单个风险因素的量表(tornadodiagram)对1999—2009年间影响中国水稻总产的上述4因素进行了分析,定量衡量了单个风险因素在其它风险因素处于基准水平的情况下对水稻总产量的影响大小。Yt、Yt+1分别为基期和末期的水稻单产,At、At+1分别为基期和末期的水稻播种面积。ΔY、ΔA分别为单产与播种面积的年变化,公式如下:基准水平以各因素平均值为准,最低和最高水平以各因素的最大值和最小值为准。1.2.2水稻产量对播种的影响Yt、Yt+1分别为基期和末期的水稻产量,At、At+1分别为基期和末期的播种面积。若β<0,表明水稻产量与播种面积成反向变化,水稻产量对播种面积变化不敏感;若>0,说明水稻产量与播种面积同向变化,水稻产量变化受播种面积增减变化的影响。β值越大,说明水稻产量对播种变化的敏感度越高,即播种面积的较小变动会造成水稻产量的较大波动。1.3数据来源2结果2.1水稻生产的时空动态2.1.1中国水稻生产进入周期水稻播种面积1949—2009年总体呈先升后降的趋势。1976年达到该期最大值36217×103hm2,2009年水稻播种面积为29626.9×103hm2是1949年的1.15倍。其中1961和2003两年是该时期播种面积相对较低的年份,水稻播种面积分别为26276×103hm2和26507.9×103hm2。中国水稻总产量1949—2009年总体呈增加趋势。由1949年的4865×104t增加到2009年的19510.3×104t,增长4.01倍。中国水稻单产1949—2009年总体呈增加趋势,由1949年的1892kg·hm-2增加到2009年的6585.3kg·hm-2,增长3.48倍(图1)。从地区尺度上看,1949—2009年东北和华中地区水稻播种面积、产量占中国总播种面积和产量的百分比整体呈增长趋势。华南和西南地区整体呈下降趋势。华东地区整体呈先升后降的趋势。其它地区占中国水稻的比重一直维持在较低水平(图2)。从重心运动轨迹看,1959—1979年间中国水稻生产发生了一个明显的转折并将整体分为了3个阶段。20世纪60年中国水稻播种面积重心向东北方向移动了315km(直线距离)。具体来说1949—1959年因华东和华中地区水稻播种面积占中国的比例增加,使播种面积重心向东北方向移动。1959—1979年因华东地区播种面积比例的增加和华南地区播种面积比例的相对稳定,使水稻播种面积重心向东南方向偏移(图3)。1979年后华东、华南地区水稻播种面积占中国的比例逐渐下降,与此同时东北水稻播种面积比例逐渐上升,使得播种面积重心持续向东北方向偏移。特别是1989—1999年10年间水稻播种面积的偏移距离最大、速度最快,分别为99.8km、10.0km·a-1(表1)。1999—2009年该趋势有所放缓,这一现象和东北水稻面积增长速度有关;同水稻播种面积重心变化相似,水稻产量重心整体向东北方向偏移了412km(直线距离)。与播种面积不同的是在1959—1979年产量重心并没有像播种面积重心那样向东南明显发生偏移,而是向正东和东北方向移动(表1)。这一现象表明东南地区水稻播种面积的快速增加并没有使产量也显著增长。2.1.2纺粘/稻共作7—北方稻生产的时空变化1979—2009年北方稻播种面积在中国水稻总播种面积下降的背景下呈快速增加的态势(图4)。面积由1979年的1995.53×103hm2上升到2009年的5011.03×103hm2,增长了1.51倍,平均每年增加100.52×103hm2。对于产量来说,由1979年的860.0×104t上升到2009年的3482.54×104t,增长了3.05倍。单产从4309.62kg·hm-2增加到6949.75kg·hm-2。与此同时,北方稻对中国水稻总产量的贡献也由5.98%增至17.85%。从地区尺度上看,1979—2009年间华北、西北变化较小。华中的河南北方稻种植面积略有增加(图5)。相对于东北地区的快速增加,其它各区所占中国北方稻的总体比重相对降低。在重心运动上表现为北方稻的生产重心由华北快速转移到了东北的松辽盆地,方向明确。播种面积重心和产量重心在此期间分别向东北移动了617、563km(直线距离),平均速度为20.6、18.9km·a-1(表1)。2.1.3稻米和双季稻米重心向西南方向移动的原因1979—2009年中国早稻和双季晚稻播种面积和产量总体呈下降趋势(图4)。除江西省外其它省份早稻和双季晚稻播种面积均为下滑趋势。受单产增加的影响早稻和双季晚稻产量下降趋势没有面积明显,但2009年也只有江西省早晚稻产量合计高于1999年水平。目前中国早稻和双季晚稻生产已主要集中在湖南、江西、广东和广西4省,但规模已不及20世纪80、90年代水平(图6,7)。早稻和双季晚稻重心向西南方向移动的原因主要是在中国早稻和双季晚稻播种面积和产量整体下滑的同时,相对于华东、华南和华中地区减少的更慢所造成的现象。进一步分析可知,1979—2009年早稻和双季晚稻的播种面积重心分别向西南偏移了166和148km(直线距离),而产量重心分别向西南偏移了212和168km(直线距离)。早稻和双季晚稻播种面积重心平均移动速度分别为5.7和5.0km·a-1。早稻和双季晚稻产量重心平均移动速度分别为7.66和5.76km·a-1(表1)。2.1.4水稻和双季稻生产发生明显变化1979—2009年中稻和一季晚稻播种面积和产量明显上升(图4)。华东地区除江西、福建省中稻和一季晚稻播种面积和产量小幅增加外,其它省份中稻和一季晚稻的播种面积和产量均有明显增加(上海市除外)。华中地区的湖北、湖南省也增加较大。结合早稻和双季晚稻生产情况来看,两个地区均发生了明显的稻作制度变化,即由普遍的双季稻生产逐渐转变为单季稻生产“双改单”。这一现象在浙江、江苏、安徽、福建、湖南、湖北省份表现突出(图8)。与此同时西南和华南地区中稻和一季晚稻生产基本稳定,变化不大。结合重心模型分析可知在1979—2009年中稻和一季晚稻播种面积和产量重心先是朝向安徽和江苏的方向移动(1989年前),后转向东南,即稻作制度转变先是从江苏、安徽等省份开始后逐渐扩展到浙江、福建、湖南等省份。总体看,重心移动方向是先东北再东南,中稻和一季晚稻播种面积和产量重心移动直线距离分别为207和209km,平均移动速度为7.5和8.0km·a-1(表1)。2.2水稻生产的敏感性分析2.2.1水稻产量大波动的主要因素选择水稻单产在6000kg·hm-2以上时的1999—2009年为研究对象,探寻在特定生产力条件下可引发水稻产量大幅度波动的主要因素。以该期播种面积、单产以及它们的各自年变化率等因素的平均值为基准(表2),利用龙卷风图,计算各极值条件下可能引起的产量波动,得出水稻的播种面积和播种面积的年变化是造成现今中国水稻总产量出现较大波动的主要因素(图9)。由水稻播种面积减少假设所得到的年水稻总产量会远低于中国常年平均稻谷消费量,该问题值得重点关注。2.2.2水稻产量对播种的敏感程度为进一步探究各省级行政区水稻总产对播种面积的具体表现。采用敏感评价模型对1949—2009年各省级行政区各相邻年份间的敏感度进行了计算,并将结果分为4个级别:β≤0为无敏感性,水稻产量变化与水稻播种面积变化不具有同步性特征;0<β≤1为低度敏感;1<β≤2为中度敏感;2<β≤3为低度高感;β>3为极高度敏感。结果如图(图10)所示,黑龙江、湖北、辽宁、广西等省份水稻产量对播种面积敏感性极高。湖南、江西、江苏水稻种植大省产量对播种面积的敏感程度虽然没有达到很高的级别,但也基本是在1﹕1的水平。中国大部分省级行政区水稻总产对播种面积是具有正向同步性的。3关于中国水稻生产企业产量变化的启示从结果分析中可以看出3个明显的变化,一是北方稻生产的重心由华北快速转移到了东北地区,北方稻产量占中国的总产量比重明显增加(东北的“旱改水”)。二是作为中国水稻主产区的华东和华中地区稻作制度发生了明显的变化,中稻和一季晚稻面积增加的同时早稻和双季晚稻面积减少(“双改单”)。三是早稻和双季晚稻种植面积减少造成了中国水稻总种植面积的下降。对于第一种变化原因已有很多学者做过论述,总结主要有以下几方面成因:一是科技进步选育出耐冷水稻新品种,可以适应东北低温长日照的新生态类型,如合江23号、龙粳3号、东农416等新水稻品种;二是全球气候变暖背景的影响,在1965—2008年东北水稻生长季节(5—9月)的日平均、最低和最高温度每10年分别递增了0.31、0.42和0.23℃;三是利益的驱动,东北地区因为气候原因,高附加值的农作物很难大面积种植,水稻种植相对于玉米、小麦、大豆等作物来说净收益要高出很多。基于以上原因东北水稻种植面积上涨很快,因此在本文直观表现为北方稻生产重心移到东北地区。值得注意的是虽然东北地区的水资源略好于中国华北和西北地区,但是,和南方稻区相比,相差甚远。对于耗水量极大的水稻种植来说,东北地区的水资源供应越来越显得不足,这在一定程度上可能会限制该区水稻种植在未来的进一步扩大。另外,对于一些较为严重自然灾害如稻瘟病和低温冷害也应重点关注,防止对水稻生产造成较大影响。对于第二种变化——华东和华中地区的“双改单”,从早稻和双季晚稻两者的合计播种面积和产量占中国水稻播种面积和产量的比例可以看出,该比例已由1979年的68.04%、65.16%下降到2009年的40.84%、35.11%(图4)。总结变化原因主要由以下两方面造成:一是种双季稻(早稻和双季晚稻)每hm2净收益低于种单季稻的净收益(《2007年中国农产品成本收益资料汇编》)。二是非农活动的增加及农民工工资上涨导致农业劳动力的减少。种植双季稻劳动强度大,劳动力成本高,这一现象在中国经济发达的东南沿海地区更加明显。因此综合这些因素直观的表现为中稻和一季晚稻重心移动方向朝向东南,早稻和双季晚稻逐渐退出,重心移动朝向西南(图3)。对于第三种水稻种植面积的变化,通过影响中国水稻总产稳定的敏感性分析可知,水稻播种面积是影响现今中国水稻总产量稳定的关键因素。双季稻改种单季稻是造成中国水稻播种面积下降的主要原因,这与前人研究结果一致。因此在市场调控下如何确保中国水稻总播种面积稳定,并持续提高单产就成为了目前工作的重点,而如何确保双季稻面积就成为了其中的难点。虽然“双改单”对农民个人来说是理性的选择,但是对国家粮食安全来说却是不利的。针对上述矛盾已有学者提出了一些具体解决办法,如加大对早稻和双季晚稻的扶持力度和财政补贴,提高收购价格,加快劳动力节约型技术的推广等应对策略。敏感度分析中的龙卷风图是对某一阶段一个因素取极值,其它因素取平均值时的一种假设推演方法。目的只是找出特定背景下可能对结果造成较大影响的因素。如果将时间尺度放的更大一些,比如1949—2009年得到的结果会截然不同,因为长时间来看单产的巨大改变是影响水稻总产变化的主要因素。为了使结果分析更符合目前实际情况,笔者选取水稻单产稳定在6000kg·hm-2的特定历史时期来讨论中国水稻产量的影响因素,从分析结果看是比较客观的。而对敏感度评价模型分析,本文试图在龙卷风图的基础上进一步给出各省级水稻产量对播种面积敏感性的定量描述。其中因比值问题造成的极端值,笔者并没有直接删除而是采取大样本平均的方法消除这些极值的影响,结果可供农业政策部门进一步参考。根据1949—2009年中国水稻生产重心的变动轨迹(图2),本文大致将中国水稻的发展划分为3个时期。该划分结果和前人研究得出的结论基本一致。一是1949—1959年中国水稻恢复生产期。在新中国成立之初水稻生产主要集中在四川和广东,之后长江中下游地区水稻种植逐渐恢复提高。该期南方稻作制度基本处于继承传统技术经验的阶段;二是1959—1979年计划经济主导期,水稻播种面积和产量重心都发生了明显的波动,水稻播种和产量重心分别向东南和正东方向发生了偏移。结合历史资料可以发现,自20世纪50年代中后期到1977年中国南方经历了普遍的稻作制度改革,“以粮为纲”,提高复种指数,单季改双季、间作改连作、籼稻改粳稻是这一历史时期的主题。另有学者对计划经济为主时期的水稻净收益和主要替代作物净收益分析得出,政策干预虽然控制了长江中下游及南方地区的水稻种植面积,但却是以农民收入的减少作为代价的。广种而薄收,一个最明显的现象是该期产量重心并不随播种面积的重心向东南方向同时移动。三是1979之后市场经济主导期,这一时期国家逐渐由计划经济转向市场经济。南方耕作制度先后经历了局部调整期(1979—1989)和优化期(1990—),稻作制度又经历了一个双季稻改单季稻的过程。从早稻和双季晚稻播种面积重心移动速度可以看出该转变是一个快(1979—1989)—慢(1989—1999)—快(1999—200