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2019 , Vol. 39 >Issue 12: 147 - 156

DOI: https://doi.org/10.15957/j.cnki.jjdl.2019.12.017

三农、土地与生态

中国粮食生产与消费能力脆弱性的时空格局及耦合协调性演变

  • 姚成胜 , 1, 2 ,
  • 殷伟 , ※, 3 ,
  • 黄琳 4 ,
  • 崔会芳 3
展开
  • 1.南昌大学 中国中部经济社会发展研究中心，中国江西 南昌 330031
  • 2.南昌大学 经济管理学院，中国江西 南昌 330031
  • 3.南昌大学 旅游学院，中国江西 南昌 330031
  • 4.江西师范大学 外国语学院，中国江西 南昌 330022
※殷伟（1995—），男，河南信阳人，硕士研究生。主要研究方向为农业资源经济。E-mail：。

姚成胜（1977—），男，江西上饶人，博士，教授，博士生导师。主要研究方向为粮食安全、农业资源与环境评价。E-mail：yaocheng 。

收稿日期: 2019-02-28

  修回日期: 2019-08-29

  网络出版日期: 2025-04-18

基金资助

国家自然科学基金项目(41761110)

教育部人文社会科学规划基金项目(17YJA790084)

收起

Spatial-Temporal Pattern and Coupling Coordination Evolution of the Vulnerability of Food Production and Consumption Ability in China

  • YAO Chengsheng , 1, 2 ,
  • YIN Wei , ※, 3 ,
  • HUANG Lin 4 ,
  • CUI Huifang 3
Expand
  • 1. Center of Central China Economic Development Research，Nanchang University，Nanchang 330031，Jiangxi，China
  • 2. School of Economics and Management，Nanchang University，Nanchang 330031，Jiangxi，China
  • 3. School of Tourism，Nanchang University，Nanchang 330031，Jiangxi，China
  • 4. Foreign Languages College，Jiangxi Normal University，Nanchang 330022，Jiangxi，China

Received date: 2019-02-28

  Revised date: 2019-08-29

  Online published: 2025-04-18

Fold

摘要

基于脆弱性理论，构建了我国粮食生产与消费能力脆弱性评价指标体系，采用全局主成分、重心—标准差椭圆模型和耦合协调度模型，分析了2000—2016年我国省域粮食生产与消费能力脆弱性的时空演变及其耦合协调性的变化状况，结果表明：①粮食生产能力脆弱性呈现出由东南向西北和东北逐步降低，较高脆弱区地域范围明显缩小的时空演变特征，其重心整体向南移动了95.70 km。②粮食消费能力脆弱性呈现由西向东降低的趋势，高脆弱区和较高脆弱区范围大幅缩小的时空演变特征，其重心整体向西北移动了131.55 km。③粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调性呈现由东北部向南，东部沿海省区向中西部，藏、新两地向内陆腹地省区逐步升高的分布格局，两者的耦合协调度由2000年的0.695变化到2016年的0.768。④粮食生产能力能够完全保障粮食消费的地区（类型Ⅰ）绝大部分位于我国藏、新、蒙等边疆地区，以及西北、西南、东北等地，其耦合协调性低的短板在于粮食消费能力过低；基本能够保障粮食消费的地区（类型Ⅱ）大部分属于粮食主产区，其粮食生产与消费能力匹配较好；无法保障粮食消费的地区（类型Ⅲ）绝大部分位于东部沿海的粮食主销区，其耦合协调度低的原因在于粮食生产能力过低而消费能力过高。

关键词： 粮食安全; 粮食生产能力; 粮食消费能力; 脆弱性; 耦合协调性; 生态环境约束; 土地播种面积

本文引用格式

姚成胜 , 殷伟 , 黄琳 , 崔会芳 . 中国粮食生产与消费能力脆弱性的时空格局及耦合协调性演变[J]. 经济地理, 2019 , 39(12) : 147 -156 . DOI: 10.15957/j.cnki.jjdl.2019.12.017

Abstract

Based on the vulnerability theory, this paper constructed the evaluation index systems of vulnerability of food production ability (VFPA) and vulnerability of food consumption ability (VFCA) in China. With the methods of generalized principal component analysis, gravity center-standard deviational ellipse and coupling coordination model, the spatial-temporal evolution characteristics and coupling coordination situation of VFPA and VFCA were analyzed from 2000 to 2016, the results showed that: (1)VFPA gradually decreased from southeast to northwest and northeast, the spectrums with relative high vulnerability was significantly reduced, and the gravity center of VFPA moved 95.70km toward the south; (2) VFCA decreased from west to east, the high and relatively high vulnerable areas were greatly reduced, and the gravity center of VFCA shifted 131.55km to the northwest; (3) The distribution pattern of the coupling coordination of VFPA and VFCA gradually increased from northeast to south, from eastern coastal provinces to the central and western regions and from Tibetan and Xinjiang to the inland hinterland. The coupling coordination degree of VFPA and VFCA raised from 0.695 in 2000 to 0.768 in 2016; (4) The regions with full grain production ability to guarantee food consumption (Type I) were mostly located in Tibet, Xinjiang and Inner Mongolia, as well as in the northwest, southwest and northeast, the low coupling coordination were mainly owning to their too low food consumption ability; The regions with basically ability to guarantee food consumption (Type II) were mostly located in the main grain producing areas, the grain production and consumption ability matched quite well in those areas, which made them having a relative high coupling coordination degree; The regions with no ability to guaranteed food consumption (Type III) were mostly located in main grain-consuming areas in the developed eastern coastal provinces, the low coupling coordination was owning to their too low food production ability and too high food consumption ability.

Key words： food security; food production ability; food consumption ability; vulnerability; coupling coordination; restriction of ecological environment; sowing area of land

粮食安全是国家和地区经济社会稳定发展的基础，粮食产量则是衡量粮食安全的最为重要指标[1]，因此不断提高粮食产量成为中国各级政府和农业部门的工作重点。2004年以来，中国粮食产量实现了12连增，目前产能已稳定在6亿t以上。但由于重生产轻生态，化肥农药过量使用、农业面源污染、农业生态环境退化等问题突出，粮食生产的可持续能力大为下降[2]。例如，2015年我国单位面积化肥施用量为361.4kg/hm2，远高于国际公认的225 kg/hm2的上限标准，是美国的2.86倍，欧盟的2.75倍[3-4]。同时随着工业化和城镇化的不断推进，我国农业劳动力主体老弱化特征日益明显，农业生产成本不断上升。可见，我国粮食产量虽然实现了持续增产并已基本维持稳定，但粮食生产的自然和经济基础仍然不稳固，具有明显的脆弱性特征。为此，近年来国家先后颁布了《耕地草原河湖休养生息规划（2016—2030）》《到2020年化肥和农药使用量零增长行动方案》等一系列文件，着力提高农地的可持续生产能力，大力实施藏粮于地战略；先后出台一系列有关推进农村土地流转，促进土地规模经营的指导意见，并印发《“十三五”全国新型职业农民培育发展规划》，着力提高粮食生产效率，提升农业发展的技术水平，大力实施藏粮于技战略。
保障粮食产能的持续稳定增长对维护中国粮食安全尤为重要，部分学者指出，人口增长、经济发展及城镇化将导致城乡居民食物消费结构快速变化，不断增大粮食消费总量，给中国粮食安全带来更为严重的威胁[5]。例如，Godfray指出，经济发展和城镇化将使人们逐渐由以植物性食物为主的消费模式向以动物性食物为主的消费模式转变，从而增大粮食消费总量，给中国粮食生产的资源环境造成巨大压力[6]。从近年来我国的发展实际来看，随着城乡居民收入增长，饲料粮持续增长而口粮不断下降，进而导致粮食供求不匹配，在粮食连年增产的背景下，粮食进口量持续增加而粮食自给率不断降低。例如，我国大豆的进口量从2004年的2 023万t增长到2016年的8 391万t，表征粮食自给率由99.88%下降到83.46%。受此影响，2013年中央经济工作会议将“切实保障国家粮食安全”列为六大任务之首，并确立了“以我为主、立足国内、确保产能、适度进口、科技支撑”的国家粮食安全战略；2016年国家“十三五”规划再次强调粮食安全的重要性，将消费结构变化下的粮食安全战略调整为“确保谷物基本自给，口粮绝对安全”，并要求提高统筹利用国际国内两个市场，两种资源的能力[7]。可见，从粮食消费方面看，我国粮食安全也具有明显的脆弱性特征。
上述两个方面的变化反映出，我国粮食生产安全和消费安全的总体形势已经发生了根本性变化。虽然我国粮食生产和消费一直是国内外研究和关注的焦点，但现有粮食生产方面研究关注的焦点仍在于粮食产量变化，而粮食消费方面研究关注的焦点则在于粮食消费总量和消费结构的变化。从粮食生产看，现有研究主要集中于以下三个方面：①研究耕地、水资源、气候等自然要素变化对粮食产量的影响，如刘洛等研究认为1990—2010年耕地变化对中国粮食产量影响差异明显，其中1990—2000年耕地粮食生产潜力总量增加1 011万t，而2000—2010年耕地粮食生产潜力总量则净减少1 308万t[8]。②研究劳动力、农业资本投入、农业政策等社会经济因素对粮食产量的影响，如陈飞等研究认为我国农业政策中的农业支出政策和农村固定资产投资是拉动我国粮食产量增长的最重要因素[9]，张利庠等研究了化肥施用量对粮食生产的显著效应变化[10]。③研究粮食产量的空间格局及其驱动因素变化，如徐海亚等研究了基于自然地理分区的我国粮食生产格局演变[11]，李政通等从省域粮食产量及其所占全国份额的视角研究了粮食生产的区域类型和生产模式演变[3]。从粮食消费来看，现有研究多集中在以下三个方面：①研究经济增长、城镇化、城乡居民收入增加等经济社会因素对粮食消费结构变化的影响，如钟甫宁、姚成胜等详细分析了城镇化对粮食消费结构的影响[12-13]。②研究粮食需求总量及粮食消费需求结构的变化，如罗其友等采用面板数据预测我国到2030年粮食消费总需求为5.6~5.8亿t，到2050年为6.1~6.5亿t[14]；胡小平、王济民等对2020年我国口粮、饲料粮、工业用粮、种子用粮等4大类粮食需求进行了预测[15-16]。③研究粮食生产与消费的时空演变，此类成果相对较少，如吴建寨等基于重心模型分析了我国粮食生产与消费重心变化，认为粮食生产重心移动距离明显大于消费重心[17]。
上述研究为维护我国粮食安全提供了重要参考，然而在我国粮食产能已基本维持稳定的情况下，国家正大力实施藏粮于地和藏粮于技战略，更为关注长期的粮食生产能力变化。而粮食消费结构和数量变化已促使我国粮食安全战略由保障粮食自给率不低于95%，转向“确保谷物基本自给、口粮绝对安全”方向。随着经济社会的持续发展，从粮食消费能力方面对我国粮食安全进行研究必然成为重要的研究方向。在资源环境约束趋紧、粮食生产成本不断提升、粮食消费能力持续增长的背景下，我国粮食生产和消费能力均具有明显的脆弱性特征，为此本文运用脆弱性理论分析框架，构建粮食生产与消费能力脆弱性评价指标体系，采用时序全局主成分法和重心—标准差椭圆模型，借助ArcGIS软件对我国大陆31个省（市、区）两个系统的脆弱性时空演变特征进行全面分析，最后利用耦合协调度模型对我国省域两个系统间的协调演变过程和类型进行分析，以期为更好地提升我国中长期粮食安全战略提供科学依据。

1 粮食生产与消费能力脆弱性评价指标体系构建及研究方法

1.1 脆弱性评价指标体系的构建

脆弱性是指由自然、社会、经济和环境因素及过程共同决定的系统对各种胁迫的易损性，以及系统在受到破坏和伤害后的恢复能力[18]。目前，脆弱性作为一种新的理论和研究范式已经在生态环境、经济学、地理学等众多学科领域得到了广泛应用[19]，研究对象也由自然和社会的某一单元扩展到流域、区域、国家等不同层次。随着脆弱性研究的深入以及多学科运用的扩展，脆弱性已由最初只关注自然环境系统逐渐延伸到自然—经济—社会、人与环境交叉的耦合系统[20-21]，目前人地耦合系统的脆弱性研究正成为国内外研究关注的热点。粮食生产不仅受自然资源和生态环境的约束，还受经济社会因素的影响，具有自然再生产和经济再生产的双重属性；粮食消费必须建立在粮食生产的基础上，因而也必然受到自然和经济社会双重因素的影响。粮食生产与消费是典型的人地耦合系统，在资源环境瓶颈日益突出，工业化与城镇化持续推进的过程中，我国的粮食生产和消费均具有明显的脆弱性特征。
本文构建如下的粮食生产能力脆弱性（Vulnerability of Food Production Ability，VFPA）和消费能力脆弱性（Vulnerability of Food Consumption Ability，VFCA）评价指标体系（表1）。需要指出的是，本文重点从经济发展方面探讨粮食生产与消费能力脆弱性，脆弱性指数越高，则粮食生产和消费能力越低；反之，则越高。单项指标性质方面，以农村劳动力文化水平（X1）为例，其值越高，则粮食生产能力越强，脆弱性越低，故从脆弱性视角上看，该指标为负；其他指标的性质以此类推。
表1 我国粮食生产与消费能力脆弱性评价指标体系

Tab.1 Evaluation index system of the vulnerability of food production and consumption ability in China

系统层 指标层 性质
生产能力脆弱性
（VFPA）		 农村劳动力文化水平（X1） -
单位粮食播种面积机械总动力（X2） -
人均粮食播种面积（X3） -
有效灌溉率（X4） -
人均财政支农支出（X5） -
单位粮食播种面积化肥施用量（X6） +
单位粮食播种面积农药施用量（X7） +
人均粮食产量（X8） -
消费能力脆弱性
（VCA）		 人口总量（Y1） -
人均GDP（Y2） -
恩格尔系数（Y3） +
粮食消费价格指数（Y4） +
城镇化率（Y5） -
城乡收入比（Y6） +
城镇居民消费水平（Y7） -
农村居民消费水平（Y8） -

1.2 研究方法

1.2.1 全局主成分分析方法

全局主成分是基于时序立体数据表进行运算的，通过将时序性的同名样本点和同名变量数据整合在一张表中进行主成分分析，有效保证了系统数据的统一性、整体性和对比性[22-23]。从系统视角来看，全局主成分分析方法避免了熵值法在面板数据上暴露出的忽略个体指标本身重要程度的问题，综合评价效果是最佳的，近年来已较多地运用在经济学等众多学科的综合分析中[24]。其分析步骤为[22]：
①考虑指标量纲和正负性质不同，对数据进行极差标准化，并建立时序全局数据表（W）；
②计算协方差矩阵R；
③求R的前m个特征值 λ 1 ≥ λ 2 ≥ λ 3 ≥ … λ i，及对应的特征向量u1，u2，u3，…ui；
④由于数据表W是中心化的，则第h主成分为：Fh=W′Uk；由此得到因子模型为：
W ' = A q · m F m · p ' + D q · p U

1.2.2 重心—标准差椭圆模型

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，要素重心的移动反映了区域发展的空间轨迹[25]。本研究将粮食生产和消费能力脆弱性视为抽象地理要素构建重心模型，以探究重心迁移路径，揭示我国粮食生产和消费能力脆弱性的空间演变。其表达式为[26]：
x j = ∑ i = 1 n T i j x i / ∑ i = 1 n T i j y j = ∑ i = 1 n T i j y i / ∑ i = 1 n T i j
式中：Tij为i地区j年某要素值；（xi，yi）为i地区的几何中心坐标；（xj，yj）为第j年该要素的重心坐标。
设第k，k+m年全区要素重心坐标分别为Pk（xk，yk），Pk+m（xk+m，yk+m），那么，重心移动距离模型为：
d m = x k + m - x k 2 + y k + m - y k 2
标准差椭圆是一种反映地理要素空间分布整体特征的空间统计方法，主要通过转角θ、沿x轴和y轴的标准差来描述和解释地理要素的分布方向、展布范围和密集程度等空间演变特征[27-28]。

1.2.3 耦合协调度模型

促进粮食生产与消费能力的匹配和协调，是维护我国粮食安全的重要内容。为此，运用耦合协调度模型来探讨两者之间的相互关系。通过耦合度计算出的系统之间的耦合协调程度，可以较好地反映系统之间的相互影响和相互作用的协调程度，能够判断系统之间是否和谐发展，其计算公式为[29]：
C = U 1 × U 2 / U 1 + U 2 / 2 2
T = α U 1 + β U 2
D = C × T
式中：U1、U2分别代表VFPA值和VFCA值；C为耦合度；T为综合协调指数；D为耦合协调度；α和β为待定系数，且α+β=1，由于两系统的重要性相同，因此α=β=0.5。

1.3 数据来源与处理

由于2000年以前的省域数据缺失较多，为此本文研究时段为2000—2016年。其中农作物播种面积、成灾面积、粮食播种面积、有效灌溉面积、机械总动力、化肥施用折纯量、人均GDP、粮食类居民消费价格指数以及城乡居民消费水平等数据来源于国家统计局（http://data.stats.gov.cn/）；财政支农支出、恩格尔系数等数据来源于《中国统计年鉴》（2001—2017年）；粮食产量、农村劳动力文化水平、城乡收入比等数据来源于《中国农村统计年鉴》（2001—2017年）；人口数据来源于《中国人口统计年鉴》（2001—2006年）和《中国人口和就业统计年鉴》（2007—2017年）。由于财政支农支出、人均GDP、城乡居民消费水平衡量的是现值，为此以2000年为基期进行相应平减；对于部分缺失数据，采用均值平滑补充以保证数据的完整性。

2 粮食生产与消费能力脆弱性类型识别及时空演变

2.1 粮食生产与消费能力脆弱性值的计算

VFPA和VFCA两系统的KMO值分别为0.634和0.725，适合做全局主成分分析。依据累积贡献率大于85%的原则，对VFPA和VFCA两个系统分别提取了4个和3个主成分。依据主成分载荷矩阵，计算得到两个系统的主成分得分，以方差贡献率占总方差贡献率的比重作为权重，采用加权求和法计算得到2000—2016年我国省域VFPA和VFCA的脆弱性值（表2）。
表2 粮食生产与消费能力脆弱性的全局主成分分析结果

Tab.2 GPCA results of food production and consumption ability vulnerability

指标 粮食生产能力脆弱性（VFPA） 指标 粮食消费能力脆弱性（VFCA）
F1 F2 F3 F4 F1 F2 F3
X1 -0.024 -0.161 -0.226 0.542 Y1 -0.063 0.054 0.887
X2 0.075 -0.060 0.616 -0.236 Y2 0.199 0.076 -0.103
X3 0.503 -0.056 -0.008 0.054 Y3 -0.026 0.269 0.192
X4 0.037 0.049 0.528 -0.043 Y4 0.367 -0.66 -0.012
X5 0.045 0.197 -0.050 0.798 Y5 0.392 -0.188 -0.170
X6 -0.176 0.550 -0.110 0.129 Y6 0.445 -0.352 0.226
X7 -0.094 0.550 0.029 0.195 Y7 0.076 0.218 -0.035
X8 0.608 -0.189 0.093 -0.012 Y8 0.158 0.120 -0.043
特征值 3.338 1.632 1.181 0.711 特征值 4.814 1.118 0.896
贡献率 41.721 20.401 14.764 8.887 贡献率 60.179 13.977 11.206
累计贡献率/% 41.721 62.122 76.886 85.773 累计贡献率/% 60.179 74.156 85.362

2.2 我国粮食生产能力脆弱性时空演变

利用ArcGIS 10.2软件，按照自然断点法将我国31个省区2000、2008和2016年的VFPA和VFCA划分为高、较高、中、较低、低等5个等级，采用重心—标准差椭圆模型对2000、2004、2008、2012和2016年我国VFPA和VFCA的重心迁移路径进行分析。图1和图2分别反映了我国粮食生产能力脆弱性的时空演变和重心迁移轨迹，从中可得到以下两点结论：
图1 中国粮食生产能力脆弱性时空格局演变

Fig.1 Spatial and temporal change of VFPA in China

图2 2000—2016年中国粮食生产能力脆弱性的重心变化

Fig.2 Change of gravity center of VFPA in China from 2000 to 2016

①粮食生产能力脆弱性大体呈现出由东南向西北和东北逐步降低，较高脆弱区地域范围明显缩小的空间变化特征。2000—2016年粮食生产能力脆弱性呈现出东南沿海最高，东部、广大中部和西南地区居中，西部（蒙、新、藏）和东北（黑、吉）低的空间分布格局，且在2008—2016年期间粮食生产能力较高脆弱区大范围向中脆弱区转变。2000年，东南沿海的闽、粤、琼、沪4省（市）属于粮食生产能力高脆弱区，吉、蒙、冀、宁、新、藏6省（区）属于中脆弱区，黑龙江是唯一的较低脆弱区，其他20个省区都属于较高脆弱区。2008年，黑龙江成为全国首个粮食生产能力低脆弱区，高脆弱区则新增加了浙江省，蒙、吉、藏3省区由中脆弱区向较低脆弱区转变，豫、皖2省则由较高脆弱区向中脆弱区转变。2016年，辽、京、津、鲁、苏、晋、甘、青、川、滇、贵等11个省区由粮食生产能力较高脆弱区转变为中脆弱区，使得较高脆弱区面积大范围减小；沪、浙两省市也退出了粮食生产能力高脆弱区，低脆弱区则新增了吉林和内蒙古2省区。这表明2000—2016年我国粮食生产能力脆弱性水平明显降低，省域粮食生产能力都有明显提升。呈现出上述空间格局的原因在于：东南沿海由于经济发展水平高，耕地和农村劳动力非农化、农业生产非粮化、人均粮食产量低等特征明显，与此同时化肥与农药施用量严重超标，导致粮食生产可持续能力大为降低，因而呈现出高脆弱性特征；黑、吉、蒙3省区则由于地广人稀，人均粮食播种面积大、粮食生产机械化水平高、人均粮食产量大等特征，因而脆弱性水平明显较低；新疆和西藏2个自治区粮食生产虽然受生态环境（特别是水分和地形条件）限制大，粮食生产的波动性较大，粮食产能和稳定性不高，但由于它们与黑、吉、蒙等省区的地广人稀条件相似，而且其单位耕地面积化肥与农药施用量也较低，因而脆弱性也比较低；而东部、广大中部和西南部分地区，虽然拥有较为优越的粮食生产自然资源和生态环境条件，粮食生产的波动性小，粮食产能和稳定性也较高，但这些省区人多地少，农业劳动力文化水平较低，农地细碎化问题突出，再加上中部丘陵和西南山区面积广阔，农业机械化水平难以提高，因而始终处于较高脆弱区或中脆弱区，尤其是辽、鲁、苏、赣、湘、鄂、川、冀、豫、皖等10个粮食主产区均在此范围内，给我国粮食安全埋下了较大的隐患。
②2000—2016年我国VFPA重心由河南的西峡县向南移动到湖北的谷城县，移动的空间距离为95.70km。这表明了我国南方的粮食生产能力逐渐变弱，与我国粮食产能“南退北进”的研究结果[8,11,17,30]基本吻合。从移动速度上看，2004—2012年重心移动速度较快，最大值达到7.55km/a，2000—2004和2012—2016年重心移动速度相对较慢，这表明2004—2012年是我国南北方粮食生产能力快速分化的时期，期间在国家粮食生产政策的扶持下，北方人均耕地面积大，粮食生产的规模化和集约化水平快速提高，因而粮食生产能力也大幅提高。
从表3中转角θ来看，θ角逐渐增大并由东北—西南分布方向转变为东（偏南）—西（偏北）分布方向，标准差椭圆的扁度趋近于1，标准差椭圆接近于正圆，这意味着我国粮食生产能力水平并未呈现出长带状的高值分布格局；从标准差椭圆沿x、y轴长度上来看，2000—2016年两轴一直呈现缩短趋势，这说明了我国VFPA呈现出地域集聚的趋势。
表3 粮食生产能力脆弱性重心—标准差椭圆模型描述统计

Tab.3 Descriptive statistics of gravity center and SDE of VFPA

年份 重心坐标 移动速度（km/a） 转角θ（º） 沿x轴的标准差（km） 沿y轴的标准差（km） 扁度
2000 111.52ºE，33.24ºN 58.20 1 046.61 1 155.25 0.91
2004 111.41ºE，33.09ºN 4.58 62.85 1 051.05 1 140.80 0.92
2008 111.39ºE，32.77ºN 7.55 70.49 1 046.93 1 113.18 0.94
2012 111.35ºE，32.46ºN 7.19 79.87 1 027.44 1 075.89 0.95
2016 111.38ºE，32.23ºN 5.44 89.10 1 007.08 1 039.98 0.97

2.3 我国粮食消费能力脆弱性时空演变

图3和图4分别反映了粮食消费能力脆弱性的时空演变及其重心迁移轨迹，从中可以得到以下2点结论：
图3 中国粮食消费能力脆弱性时空格局演变

Fig.3 Spatial and temporal change of VFCA in China

图4 2000—2016年中国粮食消费能力脆弱性的重心变化

Fig.4 Change of gravity center of VFCA in China from 2000 to 2016

①我国粮食消费能力脆弱性整体呈现由西向东降低的趋势（与地势的西高东低特征基本吻合），高脆弱和较高脆弱区范围大幅缩小的空间特征。2000年西、中、东三大区域①粮食消费能力脆弱性得分依次为0.796、0.083和-0.265，呈现出明显的梯次降低特征。在西部12省区中，除内蒙古外，其余11个均为粮食消费能力高脆弱和较高脆弱区（新、甘、青、藏、滇、贵等6个为高脆弱）；在东部11个省区中，除冀、鲁、闽3省为中脆弱区，琼为较高脆弱区外，其余7省均为较低脆弱区；在中部8省中，晋、皖、赣、湘4省为较高脆弱区，黑、豫、鄂3省为中脆弱区，吉林为较低脆弱区。2008年西、中、东三大地区粮食消费能力脆弱性值依次为0.798、0.197和-0.501，除个别省份在脆弱性类型发生转变外，脆弱性的省域空间格局及类型与2000年基本保持一致，但东部的京、沪2地首先进入了低脆弱区范围。2016年脆弱性西高东低的空间格局没有改变，但省域脆弱性类型发生极大变化。其中，高脆弱和较高脆弱区省份数量由2008年的17个减少为4个（甘、青、藏、贵），低脆弱和较低脆弱区省份由7个增加到20个，在2008年基础上新增津、鲁、苏、浙、粤5省市为低脆弱区（图3c）。这表明，2008—2016年期间，我国省域粮食消费量快速增长，导致了我国粮食自给率快速下降。粮食消费能力脆弱性呈现西高东低的空间格局原因在于：西部地区地广人稀，城镇化和经济发展水平低，因而城乡居民消费能力低；比较而言，东部地区人口密集，总量大，城镇化和经济发展水平高，城乡居民粮食消费结构转型明显，因而消费能力大大高于西部地区；中部地区则在东部和西部之间。
②2000—2016年我国VFCA重心由陕西境内的镇安县向西北迁移至周至县，移动的空间距离为131.55km。这说明了我国西部粮食消费能力逐渐增强，与东部地区的差距有缩小的趋势。从移动速度上来看，2000—2008年脆弱性重心移动速度较慢，2008—2016年则大大加快，2016年的移动速度为21.36km/a，为2008年4.67倍。这表明2008—2016年期间，我国中西部地区粮食消费能力也有了很大增长，与东部地区的差距总体在缩小。
从表4中的转角θ来看，我国VFCA标准差椭圆呈现东（偏北）—西（偏南）的分布方向，转角θ在2000—2012年波动下降，在2012—2016年则快速增大并出现较大幅度的东—西转向，表明我国东北—西南省份粮食消费能力明显增强。从标准差椭圆沿x、y轴长度上来看，x轴大体呈缩短趋势，y轴在2000—2008年一直缩短，在2008—2012年一直增长，这说明了我国VFCA在西北—东南方向上一直收缩集聚，在东北—西南方向上先集聚后扩散。
表4 粮食消费能力脆弱性重心—标准差椭圆描述统计

Tab.4 Descriptive statistics of the center of gravity and SDE about food consumption capacity vulnerability

年份 重心坐标 移动速度（km/a） 转角θ（º） 沿x轴的标准差（km） 沿y轴的标准差（km） 扁度
2000 109.24ºE，33.36ºN - 74.13 1 096.61 1 271.40 0.86
2004 109.41ºE，33.46ºN 5.07 75.22 1 081.24 1 226.64 0.88
2008 109.24ºE，33.44ºN 4.57 74.05 1 070.88 1 225.25 0.87
2012 108.82ºE，33.40ºN 11.83 74.00 1 070.63 1 234.89 0.87
2016 108.10ºE，33.74ºN 21.36 80.28 1 071.65 1 246.39 0.86

3 粮食生产与消费能力脆弱性的协调性演变分析

为了进一步分析我国粮食生产与消费能力脆弱性协调状况的省际差异，根据归一化后[31]的2000—2016年我国粮食生产能力脆弱值和粮食消费能力脆弱值，利用耦合协调性模型，可以得到中国31个省域VFPA与VFCA的耦合协调度值。

3.1 我国粮食生产与消费能力脆弱性的协调性时空演变

选取2000、2008和2016年3个截面数据，采用自然断点法将我国31个省级研究区域的粮食生产和消费能力脆弱性协调状况划分为：低水平协调区（0.425<D≤0.572）、中水平协调区（0.572<D≤0.715）、较高水平协调区（0.715<D≤0.824）和高水平协调区（0.824<D≤0.917），利用ArcGIS 10.2成图得到我国粮食生产和消费能力脆弱性协调状况的省域空间格局状况（图5）。从图中可以看出：
图5 中国粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调性演变

Fig.5 Coupling coordination evolution of VFPA and VFCA in China

我国粮食生产与消费能力脆弱性的协调度大体呈现由东北部的黑、吉、蒙3省区向南，东部沿海省区向中部西部，藏、新两地向内陆腹地省区逐步升高的变化特征；从时间演变上看，2000—2008年我国粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调度提升明显，2008—2016年则略微有所下降。2000年全国粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调度的均值为0.695，其中东部11省市当中，京、沪2市属于低水平协调区，闽、琼2省分别属于较高和高水平协调区，其余7省都属于中等水平协调区；中部8省当中，黑、吉2省属于低水平协调区，河南属于中等水平协调区，其余5省则属于较高水平协调区；西部12省当中，蒙、新与宁、贵分别属于低水平、中等水平和高水平协调区，其余8省则属于较高水平协调区。
2008年全国粮食生产和消费能力脆弱性的耦合协调度由2000年的0.695上升到0.783，其中东部的京、沪2市以及琼、津2省市的耦合协调类型与2000年保持一致，其余7省区的耦合协调度都由中等和较高（闽）水平跨进了较高和高水平；中部8省当中，黑、皖、赣3省的耦合协调度与2000年一致，其余5省分别由低（吉）、中（豫）、较高（晋、鄂、湘）水平分别向中、较高和高水平跨越；西部12省当中藏的耦合协调度与2000年一致，蒙、新与宁分别由低、中等水平协调区向中、较高水平协调区演进，其余8省区则由较高水平协调区向高水平协调区跃进。2016年全国粮食生产和消费能力脆弱性的耦合协调度均值为0.768，较2008年略微下降了0.015。省域耦合协调度的格局除东部的闽、苏和浙、津等4省市的耦合协调度分别由高、较高和中等水平分别向较高、中等和低水平退化，中部的湖北和西部的重庆从高水平协调区衰退为较高水平协调区外，其余东部7省市、中部7省、西部11省区的耦合协调度均与2008年一致。
省域粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调度呈现上述特征的根本原因在于，耦合协调度的大小在很大程度上取决于耦合度C值的大小。依据公式（4）可知，当粮食生产能力脆弱性值和消费能力脆弱性值相差越小，则C值越大；当两者相等时，C值达到最大为1。因此，2000年贵州省成为唯一高水平协调区的根本原因在于，粮食生产和消费能力脆弱性值相差很小，因而耦合度C值高。但进一步分析可知，贵州省粮食生产和消费能力的脆弱性值都比较高，可见贵州的高水平耦合协调只是一种低层次的协调。同理，2008和2016年广大西部地区成为高水平协调区的根本原因也在于粮食生产和消费能力脆弱性值相差小，但同样这些地区两者的脆弱性值都比较高，也是一种低层次的耦合协调。因此，只有同步降低广大中西部地区的粮食生产和消费能力脆弱性，才能实现真正的高层次耦合协调。

3.2 我国粮食生产与消费能力脆弱性耦合协调度的短板分析

从图5可知，2000—2016年我国粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调水平仍不高，为揭示其原因，需要进一步分析两者耦合协调的短板。由于粮食生产和消费能力脆弱性指数越低表示生产和消费能力越强，因此当VFPA<VFCA时，即VFPA-VFCA<0时，表明粮食生产能力能够完全保障粮食消费，记该类型的省区为类型Ⅰ；相反VFPA>VFCA时，即VFPA-VFCA>0时，则表明粮食生产能力无法完全保障粮食消费，两者差值越大则保障能力越低。从粮食自给率方面的标准来看，学术界有将90%和95%两种自给率作为评判我国粮食安全的标准[32]，即判断一个国家或地区粮食安全并不能要求能够实现100%自给。因此，从粮食生产和消费能力来看，依据VFPA和VFCA的差值大小，也可以定义粮食生产能力是否能够保障粮食消费。据此，在分析VFPA和VFCA差值的基础上，参考姚成胜的研究[33]，将0≤VFPA-VFCA<0.4的省区定义为粮食生产能力能够基本保障粮食消费区，记作类型Ⅱ；而将VFPA-VFCA≥0.4的省区定义为粮食生产能力无法保障粮食消费区，记作类型Ⅲ。据此，将2000、2008和2016年我国粮食生产与消费能力脆弱性耦合协调度分布在高、较高、中和低水平的4类省区，按照类型Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ进行归类得到表5，从中可以看出以下三点：
表5 2000—2016年我国粮食生产与消费能力脆弱性耦合协调性短板分析结果

Tab.5 Results of coupling coordination limits of VFPA and VFCA in China from 2000 to 2016

年份 类型 低水平协调区 中水平协调区 较高水平协调区 高水平协调区
2000年 类型Ⅰ 黑、蒙 宁、新 陕、甘、滇、藏 黔
类型Ⅱ 吉 津、苏、鲁、豫、冀 赣、晋、湘、桂、川、渝、皖、青 琼
类型Ⅲ 沪、京 粤、浙、辽 闽、鄂 -
2008年 类型Ⅰ 黑 吉、蒙 冀、豫、皖、新、宁、藏 桂、晋、陕、青、滇、甘、黔
类型Ⅱ - - 苏、辽、鲁、赣、 琼、鄂、湘、川、渝
类型Ⅲ 沪、京 津 粤、浙 闽
2016年 类型Ⅰ 黑 吉、蒙 宁、新、藏 滇、黔、青、甘
类型Ⅱ - - 鲁、鄂、辽、渝、赣、冀、豫、皖 琼、湘、桂、川、陕、晋
类型Ⅲ 沪、津、京 浙、苏 粤、闽 -
第一，处于类型Ⅰ省区数量由2000年的9个，增长到2008年的16个，再下降到2016年的10个，呈先升后降的变化趋势。这些省区绝大部分都位于我国藏、新、蒙等边疆地区，以及西北、西南、东北等地（2008年冀、豫、皖、晋除外）。这些省区粮食生产能力虽然能够满足粮食消费的需求，但受降水或山区地形等因素的制约，其粮食生产的生态环境条件较差，粮食生产的稳定性不高，而且其经济发展水平较低，粮食消费能力脆弱性高，是我国主要的贫困发生区。也就是说，这些地区是在生态环境约束条件下，以稳定性较低的粮食生产满足不高的粮食消费水平。因此，维护和改善这些地区的粮食生产生态环境条件，大力发展区域经济，提升区域的城镇化和人们的收入水平，进而提升粮食消费能力，是提高此类区域耦合协调性的根本所在。
第二，处于类型Ⅱ的省区数量由2000年的15个下降到2008年的9个，然后再增长到2016年的14个，与类型Ⅰ的变化趋势恰好相反。可以看出，这些省区大多数是粮食主产区（2000、2008和2016年分别有9、7和9个省区属于粮食主产区），且绝大部分省区都处于高和较高水平的耦合协调阶段（尤其是2008和2016年），主要原因在于这些省区大多处于粮食生产和消费能力的中等或较低脆弱区（图1、图3），粮食生产能力基本能够保障粮食消费。但粮食主产区不但需要保障本地的粮食消费能力，还需承担维护粮食主销区的粮食消费；另一方面，与粮食消费能力大多处于较低和低脆弱区的东部沿海省份相比，处于类型Ⅱ的各省区粮食消费能力仍有待提高（图3）。因此，同步提高类型Ⅱ各省区的粮食生产和消费能力，是推进这类区域迈向更高水平耦合阶段的关键所在。
第三，处于类型Ⅲ的省区在2000、2008和2016年分别为7、6和7个，数量基本维持稳定。可以看出，这些省区绝大部分都是我国东部沿海经济发达的粮食主销区，其粮食生产与消费能力都处于中等或低水平的耦合协调阶段，主要原因在于这些省区粮食生产能力过低（处于较高或高脆弱区），而粮食消费能力过高（处于较低或低脆弱区），粮食生产和消费能力发生明显错位。提升类型Ⅲ各省区耦合协调水平的根本在于，划定城市扩张边界，严格落实粮食安全省长责任制，严守耕地面积底线，稳定粮食作物在农作物播种面积中的比重，确保必要的粮食自给率；与此同时，要积极倡导适度、低碳的饮食消费模式。

4 研究结论

通过构建粮食生产与消费能力脆弱性评价指标体系，利用全局主成分、重心—标准差椭圆模型以及耦合协调度模型，对我国省域粮食生产与消费能力脆弱性的时空演变及其耦合协调状况进行了分析，研究结论如下：
①2000—2016年我国粮食生产能力脆弱性大体呈现出由东南向西北和东北逐步降低，较高脆弱区地域范围明显缩小的时空空间变化特征，其重心逐步向南移动了95.70km，表明我国南方粮食生产能力逐渐变弱，而北方则逐渐增强；从粮食消费脆弱性方面看，其脆弱性整体呈现出由西向东降低，与地势西高东低的特征基本吻合，高脆弱区和较高脆弱区范围也大幅缩小的时空演变特征，而消费能力脆弱性重心整体向西北迁移了131.55km，表明我国西部地区的粮食消费能力逐渐增强，与东部地区的差距呈缩小趋势。
②粮食生产与消费能力脆弱性的耦合协调性分析表明，两者协调度大体呈现由东北部的黑、吉、蒙3省区向南，东部沿海省区向中西部，藏、新两地向内陆腹地省区逐步升高的变化特征；两者整体的耦合协调度由2000年的0.695上升到2008年的0.783，然后再变化到2016年的0.768。
③粮食生产与消费脆弱性耦合的短板分析表明，属于类型Ⅰ的省区大体位于藏、新、蒙等边疆地区，以及西北、西南、东北等地，一般具有人少地多的特征，其短板在于受生态环境约束大，粮食生产稳定性不高，且粮食消费能力过低；属于类型Ⅱ的省区基本为粮食主产区，其粮食生产与消费能力脆弱性基本匹配，耦合协调程度较高，但两者都存在进一步提高的空间；属于类型Ⅲ的省区均位于东部沿海地区，其粮食生产能力过低（脆弱性高），而消费能力过高（脆弱性低），提升其耦合协调性的关键在于保障必要的生产能力，积极倡导适度、低碳消费。
本文重点从经济发展视角探讨粮食生产与消费能力脆弱性的时空演变及两者耦合协调性的变化状况，较少考虑气候变化、生态环境等因素对粮食生产能力脆弱性的影响，也较少考虑食品安全、营养结构等因素对粮食消费能力脆弱性的影响，如何综合考虑上述因素，尤其是将生态环境条件纳入开展更为深入的分析，将是今后的重点研究方向。

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