0引言

隨著中國(guó)人口的增加、社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、耕地面積的減少，糧食安全已成為一個(gè)緊迫的問(wèn)題［1］。我國(guó)的糧食安全問(wèn)題，實(shí)質(zhì)上是糧食產(chǎn)量問(wèn)題［2－3］。而糧食產(chǎn)量是眾多因素共同作用的結(jié)果［4］。近些年來(lái)，一些學(xué)者通過(guò)對(duì)我國(guó)糧食產(chǎn)量進(jìn)行的研究表明，幾十年來(lái)驅(qū)動(dòng)我國(guó)糧食產(chǎn)量變化的直接推動(dòng)力是單產(chǎn)，其次才是播種面積［5］。我國(guó)自1952年來(lái)糧食總產(chǎn)的增加，已經(jīng)可以完全歸結(jié)為單產(chǎn)水平的提高［6］。糧食單產(chǎn)水平及其波動(dòng)狀況直接影響糧食產(chǎn)量及其穩(wěn)定性，單產(chǎn)變化及其波動(dòng)的區(qū)域差異已經(jīng)引起我國(guó)許多學(xué)者的關(guān)注。黨安榮等［5］采用GIS分析手段，通過(guò)對(duì)1984年以來(lái)我國(guó)糧食單產(chǎn)空間變化的定量研究表明，在1984－1994年這10年中我國(guó)北方地區(qū)糧食增產(chǎn)強(qiáng)度較大、南方地區(qū)下滑現(xiàn)象明顯。程葉青［6］采用數(shù)理統(tǒng)計(jì)和GIS空間分析方法，通過(guò)對(duì)1980－2005年?yáng)|北地區(qū)183個(gè)縣(市)的糧食單產(chǎn)變異的分析，揭示了東北地區(qū)糧食單產(chǎn)水平空間格局變化特征，為東北地區(qū)糧食可持續(xù)生產(chǎn)提供了科學(xué)依據(jù)。鐘甫寧等［7］通過(guò)變異率和變異系數(shù)兩個(gè)參數(shù)分析了全國(guó)各省市單產(chǎn)波動(dòng)特征，結(jié)果表明糧食主產(chǎn)區(qū)的波動(dòng)系數(shù)和波動(dòng)幅度比其他地區(qū)高。殷培紅等［8］利用去趨勢(shì)波動(dòng)方法對(duì)全國(guó)2075個(gè)縣(市)的20年糧食單產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析后指出，吉林、遼寧東部、河南、安徽地區(qū)糧食單產(chǎn)波動(dòng)系數(shù)較高。以往研究盡管基于國(guó)家或省級(jí)尺度，較好地揭示了糧食單產(chǎn)宏觀格局的變化規(guī)律，卻囿于統(tǒng)計(jì)分析和GIS的空間表達(dá)，難以反映區(qū)域內(nèi)部糧食生產(chǎn)的異質(zhì)性。而基于GIS平臺(tái)的探索性空間數(shù)據(jù)分析ESDA(ExploratorySpatialDataAnalysis)方法是通過(guò)對(duì)事物或現(xiàn)象空間分布格局的描述與可視化，發(fā)現(xiàn)空間集聚和空間異常，解釋研究對(duì)象之間的空間相互作用機(jī)制的一種新的有效的測(cè)度方法。目前，此方法已廣泛應(yīng)用于區(qū)域人口［9］、農(nóng)業(yè)［10］、土地［11－12］等各種社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素［13］的空間格局分布研究上，但用于糧食單產(chǎn)這一主要農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)要素的地域格局變化的研究還鮮見(jiàn)報(bào)道。河北省是全國(guó)重要的商品糧食生產(chǎn)基地之一［14］，在全國(guó)糧食生產(chǎn)中具有重要的地位。耕地面積減少和人口增長(zhǎng)的雙重壓力，使河北省糧食生產(chǎn)只能走主攻單產(chǎn)之路，因此如何充分挖掘耕地增產(chǎn)潛力，穩(wěn)定提高糧食單產(chǎn)就顯得相當(dāng)重要。但河北省地貌類型多樣，農(nóng)業(yè)類型區(qū)跨度較大，糧食單產(chǎn)水平空間分布不盡相同。基于此，本文以河北省136個(gè)縣(市)為研究單元，基于泰爾指數(shù)模型與ESDA空間分析技術(shù)，對(duì)1987－2009年河北省136個(gè)縣糧食單產(chǎn)的區(qū)域差異特征以及動(dòng)態(tài)演變格局進(jìn)行了動(dòng)態(tài)研究，以期從一個(gè)嶄新的途徑上反映區(qū)域糧食單產(chǎn)的差異特征，為該區(qū)域糧食生產(chǎn)宏觀布局與規(guī)劃決策提供科學(xué)依據(jù)。

1研究區(qū)域及研究方法

1．1研究區(qū)概況

河北省地跨36°03'N～42°40'N，113°27'E～119°50'E之間，總面積為18．88萬(wàn)km2。該區(qū)域平均氣溫自南向北，自東向西逐漸降低;地形地貌類型多樣，平原分布在東南方，山地呈半環(huán)狀聳于西北部，高原鑲嵌在西北邊緣，由海陸節(jié)節(jié)上升。河北省擁有良好的農(nóng)業(yè)基礎(chǔ)和農(nóng)業(yè)區(qū)位優(yōu)勢(shì)，是《全國(guó)新增1000億斤糧食生產(chǎn)能力規(guī)劃(2009－2020年)》中確定的重點(diǎn)區(qū)域之一。根據(jù)全國(guó)農(nóng)業(yè)生態(tài)類型區(qū)的劃分標(biāo)準(zhǔn)，河北省范圍內(nèi)包含2個(gè)國(guó)家一級(jí)類型區(qū)和4個(gè)國(guó)家二級(jí)類型區(qū)，如表1和圖1所示。

1．2研究方法

1．2．1泰爾系數(shù)

研究區(qū)域差異的定量化指標(biāo)很多［15－17］，如極差、標(biāo)準(zhǔn)差、變異系數(shù)和泰爾(Theil)系數(shù)等，其中泰爾指數(shù)和變異系數(shù)應(yīng)用較為普遍。泰爾指數(shù)(Theil)的意義在于可將區(qū)域總體差異分解成不同空間尺度的區(qū)內(nèi)差異(TWR)和區(qū)間差異(TBR)，便于比較它們對(duì)區(qū)域整體差異的影響和貢獻(xiàn)。按照國(guó)家二級(jí)區(qū)的劃分，對(duì)泰爾指數(shù)進(jìn)行一階段分解，可以將河北省總體差異分解4個(gè)生態(tài)類型區(qū)區(qū)間的差異和4個(gè)生態(tài)類型區(qū)內(nèi)各縣市之間的差異，其計(jì)算公式為［18］式(1)中，N為縣市數(shù)，yi為i地區(qū)的糧食產(chǎn)量占河北省的份額，Pi為i縣市的播種面積占河北省的份額。式(2)中，T為泰爾指數(shù)，TwR為區(qū)內(nèi)差異，TBR為區(qū)間差異，yi為i區(qū)播種面積占河北省的總播種面積的比重，pi為i區(qū)糧食產(chǎn)量占河北省的比重，yij為i區(qū)第j個(gè)縣市占i區(qū)的播種面積，pij為i區(qū)第j個(gè)縣市的糧食產(chǎn)量占i區(qū)的糧食產(chǎn)量密度。則其中，Cv為變異系數(shù)，y為河北省的平均糧食單產(chǎn)，yi為縣市i的糧食單產(chǎn)，n為縣市個(gè)數(shù)。

1．2．2ESDA方法

ESDA方法是一系列空間分析方法和技術(shù)的集合［19］，為事物或現(xiàn)象的空間相關(guān)性測(cè)度提供了有效工具。根據(jù)研究目的的不同，可分為全局空間自相關(guān)和局部空間自相關(guān)。1)全局自相關(guān)。全局空間自相關(guān)反映了觀測(cè)變量在整個(gè)研究區(qū)域內(nèi)空間相關(guān)性的總體趨勢(shì)，Moran’sI指數(shù)是空間自相關(guān)分析中普遍采用的一種方法。由于糧食單產(chǎn)是一個(gè)比率，在分析比率變量的空間自相關(guān)時(shí)，比率所固有的方差不穩(wěn)定性違背了方差穩(wěn)定性的基本假設(shè)，尤其當(dāng)區(qū)域的基數(shù)值存在極大差異時(shí)，方差不穩(wěn)定性更為顯著，從而導(dǎo)致Moran’sI統(tǒng)計(jì)得出虛假的推論［19］。為了避免比率所固有的方差不穩(wěn)定性，本文采用經(jīng)驗(yàn)貝葉斯方法修正的全局空間自相關(guān)指數(shù)EBI。EBI統(tǒng)計(jì)量的定義［12］為2)局部自相關(guān)。空間自相關(guān)的局部指標(biāo)LISA可以進(jìn)一步度量區(qū)域i與周邊地區(qū)的空間關(guān)聯(lián)程度，其中Moran’sIi的分解形式［20］。基于上文同樣的原因，運(yùn)用經(jīng)驗(yàn)貝葉斯方法對(duì)Moran’sIi指數(shù)修正得到局部空間自相關(guān)指數(shù)，該統(tǒng)計(jì)量的定義［12］為式(5)參數(shù)定義同式(4)。EBIi為正，表示該區(qū)域單元周圍相似性(高值或者低值)的空間聚集，EBIi為負(fù)，表示該區(qū)域單元周圍非相似值(高低值或者低高值)的空間集聚。Zi=EBIi－E(EBIi)Var(EBIi??)，Zi為正，即EBIi大于E(EBIi)，說(shuō)明該區(qū)域單元的值相對(duì)較高，Zi為負(fù)，即EBIi小于E(EBIi)，說(shuō)明該區(qū)域單元的值相對(duì)較低。2結(jié)果分析

2．1區(qū)域動(dòng)態(tài)差異特征

2．1．1河北省糧食單產(chǎn)時(shí)序變化

采用泰爾指數(shù)和變異系數(shù)兩種差異測(cè)度方法所得的河北省糧食單產(chǎn)總差異變化趨勢(shì)基本一致。即在1987－2009年間，糧食單產(chǎn)總差異呈現(xiàn)逐漸縮小趨勢(shì)，大致分為3個(gè)階段:1987－1992年的波動(dòng)性增加趨勢(shì)，1993－1999年之間的波浪式下降階段以及2000－2009年的總差異現(xiàn)緩慢下降階段。這種縮小趨勢(shì)反映出河北省在糧食單產(chǎn)穩(wěn)步提高的基礎(chǔ)上，糧食單產(chǎn)總體的差異在減小。河北省糧食單產(chǎn)差異變化，如圖2所示。