0引言

隨著中國人口的增加、社會經濟的發展、耕地面積的減少，糧食安全已成為一個緊迫的問題［1］。我國的糧食安全問題，實質上是糧食產量問題［2－3］。而糧食產量是眾多因素共同作用的結果［4］。近些年來，一些學者通過對我國糧食產量進行的研究表明，幾十年來驅動我國糧食產量變化的直接推動力是單產，其次才是播種面積［5］。我國自1952年來糧食總產的增加，已經可以完全歸結為單產水平的提高［6］。糧食單產水平及其波動狀況直接影響糧食產量及其穩定性，單產變化及其波動的區域差異已經引起我國許多學者的關注。黨安榮等［5］采用GIS分析手段，通過對1984年以來我國糧食單產空間變化的定量研究表明，在1984－1994年這10年中我國北方地區糧食增產強度較大、南方地區下滑現象明顯。程葉青［6］采用數理統計和GIS空間分析方法，通過對1980－2005年東北地區183個縣(市)的糧食單產變異的分析，揭示了東北地區糧食單產水平空間格局變化特征，為東北地區糧食可持續生產提供了科學依據。鐘甫寧等［7］通過變異率和變異系數兩個參數分析了全國各省市單產波動特征，結果表明糧食主產區的波動系數和波動幅度比其他地區高。殷培紅等［8］利用去趨勢波動方法對全國2075個縣(市)的20年糧食單產數據進行分析后指出，吉林、遼寧東部、河南、安徽地區糧食單產波動系數較高。以往研究盡管基于國家或省級尺度，較好地揭示了糧食單產宏觀格局的變化規律，卻囿于統計分析和GIS的空間表達，難以反映區域內部糧食生產的異質性。而基于GIS平臺的探索性空間數據分析ESDA(ExploratorySpatialDataAnalysis)方法是通過對事物或現象空間分布格局的描述與可視化，發現空間集聚和空間異常，解釋研究對象之間的空間相互作用機制的一種新的有效的測度方法。目前，此方法已廣泛應用于區域人口［9］、農業［10］、土地［11－12］等各種社會經濟要素［13］的空間格局分布研究上，但用于糧食單產這一主要農業經濟要素的地域格局變化的研究還鮮見報道。河北省是全國重要的商品糧食生產基地之一［14］，在全國糧食生產中具有重要的地位。耕地面積減少和人口增長的雙重壓力，使河北省糧食生產只能走主攻單產之路，因此如何充分挖掘耕地增產潛力，穩定提高糧食單產就顯得相當重要。但河北省地貌類型多樣，農業類型區跨度較大，糧食單產水平空間分布不盡相同?；诖?，本文以河北省136個縣(市)為研究單元，基于泰爾指數模型與ESDA空間分析技術，對1987－2009年河北省136個縣糧食單產的區域差異特征以及動態演變格局進行了動態研究，以期從一個嶄新的途徑上反映區域糧食單產的差異特征，為該區域糧食生產宏觀布局與規劃決策提供科學依據。

1研究區域及研究方法

1．1研究區概況

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km2。該區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，山地呈半環狀聳于西北部，高原鑲嵌在西北邊緣，由海陸節節上升。河北省擁有良好的農業基礎和農業區位優勢，是《全國新增1000億斤糧食生產能力規劃(2009－2020年)》中確定的重點區域之一。根據全國農業生態類型區的劃分標準，河北省范圍內包含2個國家一級類型區和4個國家二級類型區，如表1和圖1所示。

1．2研究方法

1．2．1泰爾系數

研究區域差異的定量化指標很多［15－17］，如極差、標準差、變異系數和泰爾(Theil)系數等，其中泰爾指數和變異系數應用較為普遍。泰爾指數(Theil)的意義在于可將區域總體差異分解成不同空間尺度的區內差異(TWR)和區間差異(TBR)，便于比較它們對區域整體差異的影響和貢獻。按照國家二級區的劃分，對泰爾指數進行一階段分解，可以將河北省總體差異分解4個生態類型區區間的差異和4個生態類型區內各縣市之間的差異，其計算公式為［18］式(1)中，N為縣市數，yi為i地區的糧食產量占河北省的份額，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，TwR為區內差異，TBR為區間差異，yi為i區播種面積占河北省的總播種面積的比重，pi為i區糧食產量占河北省的比重，yij為i區第j個縣市占i區的播種面積，pij為i區第j個縣市的糧食產量占i區的糧食產量密度。則其中，Cv為變異系數，y為河北省的平均糧食單產，yi為縣市i的糧食單產，n為縣市個數。

1．2．2ESDA方法

ESDA方法是一系列空間分析方法和技術的集合［19］，為事物或現象的空間相關性測度提供了有效工具。根據研究目的的不同，可分為全局空間自相關和局部空間自相關。1)全局自相關。全局空間自相關反映了觀測變量在整個研究區域內空間相關性的總體趨勢，Moran’sI指數是空間自相關分析中普遍采用的一種方法。由于糧食單產是一個比率，在分析比率變量的空間自相關時，比率所固有的方差不穩定性違背了方差穩定性的基本假設，尤其當區域的基數值存在極大差異時，方差不穩定性更為顯著，從而導致Moran’sI統計得出虛假的推論［19］。為了避免比率所固有的方差不穩定性，本文采用經驗貝葉斯方法修正的全局空間自相關指數EBI。EBI統計量的定義［12］為2)局部自相關。空間自相關的局部指標LISA可以進一步度量區域i與周邊地區的空間關聯程度，其中Moran’sIi的分解形式［20］?；谏衔耐瑯拥脑?，運用經驗貝葉斯方法對Moran’sIi指數修正得到局部空間自相關指數，該統計量的定義［12］為式(5)參數定義同式(4)。EBIi為正，表示該區域單元周圍相似性(高值或者低值)的空間聚集，EBIi為負，表示該區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)，說明該區域單元的值相對較高，Zi為負，即EBIi小于E(EBIi)，說明該區域單元的值相對較低。2結果分析

2．1區域動態差異特征

2．1．1河北省糧食單產時序變化

采用泰爾指數和變異系數兩種差異測度方法所得的河北省糧食單產總差異變化趨勢基本一致。即在1987－2009年間，糧食單產總差異呈現逐漸縮小趨勢，大致分為3個階段:1987－1992年的波動性增加趨勢，1993－1999年之間的波浪式下降階段以及2000－2009年的總差異現緩慢下降階段。這種縮小趨勢反映出河北省在糧食單產穩步提高的基礎上，糧食單產總體的差異在減小。河北省糧食單產差異變化，如圖2所示。