广西农作物种植结构时空格局及其驱动因子分析

黄丽排，张建兵*，陆双龙，钟丽雯，刘璐瑶，龚慧芹，巢 林，黄太庆，甘 磊

(1.北部湾环境演变与资源利用教育部重点实验室，广西 南宁 530001；2.广西地表过程与智能模拟重点实验室，广西 南宁 530001；3.南宁师范大学地理科学与规划学院，广西 南宁 530001；4.广西农业科学院农业资源与环境研究所，广西 南宁 530007；5.桂林理工大学广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心，广西 桂林 541004)

【研究意义】农作物种植结构时空格局是指在一个地区或国家内，在时间和空间上各类农作物种植的比例构成与分布特征[1]，可用于反映地区或国家利用农业生产要素的效率，衡量农业可持续发展能力，探讨其变化规律对调整农作物种植结构政策、保证土地资源的持续生产能力和保障粮食安全具有重要指导意义[2]。我国人多地少，对粮食和其他农产品的需求量随着社会经济的发展而不断增加，同时，受农业结构调整与农产品市场不断开放的影响，我国农作物种植结构不断发生变化[3]。作为农业大省(区)，广西农作物种植结构受全国及本地社会经济发展变化影响明显，但至今尚缺乏对其时空演变与驱动要素的的了解。因此，探讨广西农作物种植结构时空格局的变化规律及其驱动因素，对提升广西农业种植效益和保障粮食安全具有重要意义。【前人研究进展】国内外学者从多个角度，紧密关注着农作物的种植结构及其时空格局问题。Billie等[4]利用农业普查数据校准卫星影像所产生的土地覆盖数据获取全球18种农作物分布的数据集，描述了世界主要农作物的空间分布特征，以评估全球农业综合系统发展与全球粮食安全问题。基于AVHRR数据及傅里叶方法，Canisius等[5]分析了亚洲两熟农作物种植的地理空间分布规律。Haile等[6]研究发现，全球农作物种植结构的调整受农作物价格、价格风险、成本和时间投入的影响。肖池伟等[7]运用区域重心和多样性指数揭示了老挝主要农作物种植结构的时空演变特征。我国在农作物种植结构及其影响因素方面的研究多基于统计数据而开展[8-10]。刘珍环等[11]研究表明，1980—2012年我国县域农作物种植结构演变明显，并受农作物市场价格、城市化水平和气候变化等因素综合影响。王华英[12]对湖南和湖北两省县级尺度的研究也表明，农业劳动力、机耕面积和耕地面积变化等将导致农作物种植结构发生时空变化。Gao和Liu[13]研究结果显示，在气候变化影响下，黑龙江省农作物种植结构的时空变化显著。苏阳[14]的研究进一步发现黑龙江省1980—2010年农作物种植结构的时空格局变化明显，且受地貌特征、积温和降水影响。雷金银等[15]以1980—2015年宁夏各类型农作物种植面积为基础研究数据，发现该地种植结构由单一向多元组合转变，其组合类型与布局逐渐丰富且合理。【本研究切入点】影响广西下垫面的因子较复杂，农作物种植条件空间异质性强[16]；同时，在农村劳务输出、城镇化与乡村振兴背景下，从事农业生产的劳动力数量与结构发生了极大改变[17]，导致农业种植结构变化明显，但目前针对其时空演变趋势与驱动因素暂无系统研究报道。【拟解决的关键问题】采用广西及其14个地级市2003—2018年粮食作物(稻谷、玉米)、经济与其他作物(甘蔗、木薯、油料和蔬菜)播种面积及自然与社会经济面板数据，运用地理时空分析与数理统计方法，分析广西农作物种植结构及其时空演变格局和驱动因素，以期为广西农作物种植结构优化与农业可持续发展提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

广西位于东经104°09′～112°04′，北纬20°54′～26°23′，地处我国南部沿海，北回归线横穿中部，属亚热带湿润季风气候区，雨热同期，降雨主要集中在4—9月，无霜期长；气候资源空间差异明显，所辖14市的年均降水量为1190.00～3480.20 mm，年均气温为17.30～23.60 ℃。广西地质地貌类型多样，表现为西北高、东南低，各地貌类型及其所占土地面积比例分别为山地占63.60%、丘陵占14.50%、平原占13.17%和台地占8.73%，西北喀斯特地貌广布；土地总面积2376.29万hm2，其中耕地面积439.51万hm2，仅占土地总面积的18.50%[18]。按地理位置划分，广西可分为桂东(梧州、贵港、玉林和贺州)、桂南(南宁、北海、钦州和防城港)、桂西(河池、百色和崇左)、桂北(桂林)和桂中(柳州和来宾)5个地区。广西独特的地理环境优势为农业生产提供了优越的生产条件，是我国少有的农作物每年2～3熟省份之一，种植作物类型多，其中粮食作物主要有稻谷和玉米，经济与其他作物以甘蔗、木薯、油料和蔬菜为主，尤其甘蔗和木薯种植面积一直以来均居于全国首位[19]。

1.2 指标选取与数据来源

参考前人研究结果并结合广西实际，选取广西及14个地级市2003—2018年的农作物总种植面积、粮食作物种植面积、经济与其他作物种植面积及稻谷、玉米、甘蔗、木薯、油料和蔬菜种植面积，用于分析其种植结构的时空变化特征。选取13个自然与经济社会指标数据，用以分析影响广西农作物种植结构时空变化的驱动因素(表1)。所选数据来源于《广西统计年鉴》、《广西年鉴》、广西及各市国民经济社会发展统计公报等。广西14个地级市的矢量数据来源于中国科学院资源环境科学数据中心。

表1 指标选取与解释

1.3 研究方法

本研究使用粮经比(粮食作物种植面积/经济与其他作物种植面积)和作物类型组合表征农作物种植结构。其中，作物类型组合定义标准为：广西及14个地级市某类作物种植面积占农作物总种植面积比例超过35.00%，属于单一种植结构；未达单一种植结构标准的作物类型组合，则以种植面积前三位的农作物组合表征农作物种植结构[27-28]。

1.4 统计分析

运用Origin 2017和ArcGIS 10.5分析、表征广西2003—2018年农作物种植结构的时空演变特征；以SPSS 24.0的主成分分析功能探究驱动广西农作物种植结构时空格局的驱动因素。

2 结果与分析

2.1 广西农作物种植面积的时空变化特征

从图1(a)可看出，在时间上，2003—2018年广西农作物总种植面积总体上呈减少趋势，由2003年的627.91万hm2降至2018年的597.24万hm2，下降4.88%。其时间变化过程可分为3个阶段，一是 2003—2005年的持续上升阶段，种植面积整体增加了21.02万hm2；二是2006—2007年的持续下降阶段，种植面积整体减少了17.07万hm2；三是2008—2018年的波动平衡阶段(在585.03万～607.88万hm2间波动)。广西粮食作物种植面积的时间演变规律与农作物总种植面积相似，总体上也呈减少趋势，相较于2003年的347.00万hm2，2018年降至280.21万hm2，下降19.25%。其时间演变过程，同样可分为持续上升(2003—2004年)、持续下降(2005—2008年)和波动平衡(2009—2018年)3个阶段。而经济与其他作物的种植面积在研究期增加趋势明显，2018年比2003年上升9.83%，达317.26万hm2，其变化规律可分为持续上升(2003—2005年)、持续下降(2006—2007年)、持续上升(2008—2013年)和波动平衡(2014—2018年)4个阶段。

图1显示，在空间上，广西农作物种植主要分布于广西的东北—西南对角线(桂林、来宾、南宁和崇左市)及其对角线西北部(柳州、河池和百色市)，尤其在南宁和桂林市分布更集中，二者的农作物种植面积达163.82万hm2，占广西农作物总种植面积的26.79%；在对角线东南地区，贵港和玉林市的农作物种植面积较大，共92.19万hm2，占该区域农作物总种植面积的42.73%。其中，除崇左市外，广西粮食作物种植集中区与农作物种植集中区基本吻合，尤其是南宁和桂林市较集中，二者的粮食作物种植面积达80.75万hm2，占广西粮食作物种植面积的26.02%；经济与其他作物种植也主要集聚于东北—西南对角线上及其西北部，尤其以崇左和南宁市较多，二者的经济与其他作物种植面积占广西经济与其他作物种植面积的30.65%。综上所述，研究期广西农作物种植面积时空格局差异明显，其中南宁和桂林市是广西农作物种植集中区。

2.2 广西农作物种植结构及其时空变化特征

从图1(a)还可看出，在时间上，研究期内广西粮经比持续下降，由2003年的1.22降至2018年的0.88，大于1.00与小于1.00的分界年份为2012年，表明2012年前，广西农作物种植结构以粮食作物种植为主，而后转变为以经济作物与其他作物种植为主。在空间上，广西各市的粮经比随着时间变化而演变，但总体上可分为4类：一是以“粮”为主的玉林、贵港、钦州、百色和河池市，其粮经比大于1.00；二是以“经”为主的崇左、南宁、来宾和柳州市，其粮经比小于1.00；三是由“粮”转“经”的防城港市(2006年)、北海市(2007年)、梧州市(2018年)和贺州市(2018年)，其粮经比先大于1.00后小于1.00；四是波动型的桂林市，其粮经比呈波动变化，其中，2003—2007年粮经比小于1.00，2008—2017年粮经比大于1.00，于2018年再次转变为小于1.00。说明广西各地的粮经比存在差异，且随着时间的推移而发生改变。

图2(a)显示，在时间上，广西2003—2018年各类型作物的平均种植面积占比排序为稻谷(34.14万hm2)>蔬菜(18.70万hm2)>甘蔗(15.57万hm2)>玉米(9.33万hm2)>木薯(3.77万hm2)>油料(3.66万hm2)，呈现为稻谷—蔬菜—甘蔗组合型的种植结构。但其种植结构具有时间阶段性，其中，2003—2010年为以稻谷为主的单一型种植结构阶段，稻谷种植面积占总农作物种植面积的35.00%～40.00%；2011—2018年转变为稻谷—蔬菜—甘蔗组合型种植结构阶段，期间，稻谷、蔬菜和甘蔗种植面积分别占农作物总种植面积的29.00%～34.00%、15.00%～18.00%和18.00%～24.00%。

说明研究期内广西农作物种植结构逐渐由单一结构向多样化结构转变。

从图2还可看出，在空间上，研究期内桂东(梧州、贵港、玉林和贺州市)和桂南钦州市的种植结构组合类型为单一稻谷型(稻谷种植面积比例分布于36.00%～61.00%)，桂西北(百色和河池市)的种植结构组合类型为玉米—稻谷—蔬菜型，柳州、南宁和北海市的种植结构组合类型为稻谷—蔬菜—甘蔗型，崇左市的种植结构组合类型为单一甘蔗型。桂林、来宾和防城港市的种植结构组合类型较多，其中桂林市的种植结构组合经历了单一稻谷型(2003—2005年、2008—2017年)、稻谷—蔬菜—油料型(2006—2007年)和稻谷—蔬菜—玉米型(2018年)3个阶段，防城港市的种植结构组合由2003—2005年的单一稻谷型转变为2006—2018年的单一甘蔗型，来宾市的种植结构组合总体上表现为甘蔗—稻谷—蔬菜型，其中2008—2015年为单一甘蔗型。说明广西农作物种植结构组合类型在空间上分布具有多样性。

2.3 影响广西农作物种植结构时空变化的主要因素

由表2可知，3个主成分共同影响广西农作物的种植结构，其累积贡献率达89.712%(≥80.000%)，可将这3个主成分的因子作为影响广西农作物种植结构的影响因素，进一步解析各指标对主成分的贡献率(表3)，其中，第一主成分(PC1)主要由影响农作物种植结构的社会经济条件组成，具体包括地方经济发展水平(地区生产总值X6、第一产值比重X7、农村人均纯收入X8)、种植条件(农村人口比重X1、农村人均耕地面积X2、农业机械总动力X3、农村用电量X5)和交通通达性水平(等级公路里程X9)；第二主成分(PC2)表征地方粮食安全与自给情况，包括粮食产量X10和粮食人均占有量X11；第三主成分(PC3)体现影响种植结构的气候因子，主要为年均降水量X13。说明广西农作物种植结构主要受地区社会经济发展水平、粮食产出效益与气候因素的交互影响，因此应着力提升经济发展水平与农业种植技术，提高粮食产量。

表2 广西农作物种植结构影响因素的主成分特征值及贡献率

表3 广西农作物种植结构影响因素的主成分载荷矩阵

由表4～5可知，广西农作物种植结构的影响因子在年际上具有一定差异性，但整体受种植条件(农村人口比重X1、农村人均耕地面积X2、农业机械总动力X3、有效灌溉面积X4和农村用电量X5)和粮食产量X10的驱动。在空间上的差异则主要受地方经济发展水平(地区生产总值X6、第一产值比重X7和农村人均纯收入X8)、种植条件(农村人口比重X1、农业机械总动力X3和农村用电量X5)和交通通达性水平(等级公路里程X9)影响。说明广西农作物种植结构的影响因素在时空维度上存在一定差异。

表4 2003—2018年广西农作物种植结构影响因子的主成分载荷矩阵

表5 广西各地级市农作物种植结构影响因子的主成分载荷矩阵

3 讨 论

本研究结果表明，2013—2018年广西农作物种植面积呈减少趋势，究其原因，一方面是农业种植收益较低、农村劳动力输出导致弃耕现象明显[29]，另一方面，快速的城镇化建设、社会经济发展与产业结构调整侵占了大量耕地或改变了部分耕地的属性(如利用农田种植桉树等)，导致农作物种植面积减少[30]。同时，在2006年，受新农村建设、退耕还林还草和“一村一品”特色农业等政策驱动，农村居民点和养殖等用地(非农作物种植用地)及果园面积(本研究未将果园面积归类到农作物种植面积中)增长较快，退耕面积持续增加，导致广西该年农作物种植面积大幅度降低[31]。在空间上，广西农作物种植多集聚于耕地面积较大且种植历史悠久、开发利用较充分的东北—西南对角线(桂林、来宾、南宁和崇左市)及其西北部(柳州、河池和百色市)地区，尤以南宁和桂林市更集中。

本研究发现，广西农作物种植结构正由单一组合型向多样化组合型转变，且自2012年开始，由以粮食作物种植为主向以经济作物与其他作物种植为主转变，体现了广西农作物种植结构已朝向多样化种植结构发展。究其原因，一方面由于种粮成本日渐趋高、效益持续降低，种粮人员减少且种粮积极性明显降低，而种植经济作物效益较高，导致粮食种植比例下降[32]，另一方面，由于部分种粮土地性质向非农转变，也导致种粮土地面积持续下降[33]。同时，广西各市粮经比及其时间演变特征和种植结构组合类型与该区的种植传统、种植条件和产业发展定位相关，如玉林市定位为广西的稻谷种植基地，崇左市定位为蔗糖生产基地，分别呈现粮经比大于1.00和小于1.00的情况，种植结构组合类型分别为单一稻谷型和单一甘蔗型[34]，而沿海一带(防城港和北海市)受水产养殖占用耕地和耕地转种桉树的影响，粮经比也发生了明显转变[35-36]。

驱动农作物种植结构变化的因素多样，其时空演变格局是气候变化、国家政策、社会经济条件发展和经济效益等多因素综合共同作用的结果[11，37]。本研究中，农村人口比重X1、农业机械总动力X3和农村用电量X5作为农作物种植的人力和技术条件已深刻影响广西种植结构的时空变化，同时粮食产量即农作物种植的经济效益依然是驱使广西农作物种植结构在时间上保持整体不变的主要因子，而地方经济发展水平与交通情况影响着广西种植结构的空间分布。说明广西农业发展总体上还处于受人力、技术和交通条件影响的初级阶段，在当前农村人力资源日渐匮缺的大背景下，应着力提高农作物种植效益与农村劳动力收入，保持充足的农村劳动力，发展符合广西复杂地形的农业种植机械化技术，改善农村交通情况，以优化广西农作物种植结构，促进广西农业整体发展；其次，应保障耕地面积的数量和质量，加强基础设施和交通设施的兴建与完善，并改善农作物种植和产销条件，提高粮食产量和农村收入以提升广西农作物种植的可持续性。

4 结 论

广西农作物种植结构时空差异明显，地区经济发展水平、种植条件、粮食安全与自给情况及气候因子等驱动着广西农作物种植结构的时空演变。因此，提高农作物种植效益和农村劳动力收入，改善农作物种植条件，维持足够的农村劳动力，是优化广西农作物种植结构的重要途径。