本文是一篇经济管理论文，低地平原-水稻耕作系统是我国重要水稻生产基地，从该系统县域水稻单产水平时间序列看，水稻单产增长明显，2014 年系统水稻平均单产相对于 1980 年将近翻了一番，区域水稻单产水平快速提升。空间自相关分析显示区域水稻单产空间正相关显著，多阶临接矩阵 Moran 指数值显示该耕作系统县域水稻单产存在较大距离衰减效应，随着距离的加大，水稻单产的空间相关性逐渐减弱；区域内出现明显 H-H 和 L-L 空间聚类，H-L 和 L-H 空间聚类不显著。2014 年水稻单产 H-H 集聚模式主要分布在系统东部的江淮平原和系统西部的江汉平原，L-L 集聚模式主要分布在系统南部的湖南和江西两省。期初水稻单产优势区湖南目前单产水平无优势，江汉平原和江淮平原成为水稻单产水平典型的高-高集聚区。
1 导论
1.1 选题目的与意义
2017 年中央一号文件把深入推进农业供给侧结构性改革作为新的历史阶段农业农村工作主线，提出农业供给侧改革必须守住三条底线，确保粮食生产能力不降低、农民增收势头不逆转、农村稳定不出问题。随着人口增长和生活水平提高，对粮食的需求将持续增长。提高粮食总产量有两种途径，一是扩大粮食播种面积，二是提高粮食单产水平。近年来，工业化与城镇化发展对土地的需求日益增加，农地非农化现象日益突出（罗丹等 2004）。依靠扩大粮食播种面积保障粮食生产能力的途径行不通，未来我国粮食增长主要途径是提高单产（高云等 2013）。
作物单产水平变化与增产潜力成为保障未来粮食安全的重要一环。Li 等（2016）分析了 1980-2010 年中国东中部五大耕作系统谷物单产时空变化，发现水稻、小麦和玉米单产存在不同程度的停滞，且低地平原-水稻耕作系统水稻单产出现停滞现象明显。基于已有研究判断，目前我国粮食增产前景不容乐观，一是粮食播种面积的增加受限，二是粮食单产的增加有限。为了更好地了解粮食生产问题，有必要深入地了解过去我国几十年粮食发展状况以判断未来发展趋势，发掘粮食生产潜力，促进我国粮食安全。
把握好区域粮食生产才能更好地统筹全国粮食生产安全，本文主要研究区域为低地平原-水稻耕作系统，该系统是水稻生产主产区之一，涵盖江苏、安徽、湖北等粮食重要生产大省，具有一定研究和参考意义。本文以水稻为例进行重点分析，类似的研究对于小麦、玉米等作物的研究也有参照意义。
空间经济学认为相邻单元的变量往往可能出现相似的取值，以水稻为例，水稻生产的相邻单位单产变化可能由于生产者学习模仿的行为、高产核心区对周边种植区的示范与辐射作用而表现出相似或随距离变化而变化的现象，即呈现一定的空间相关性，另外不同水稻种植区域单产变化也可能表现出一定的空间异质性。本文以低地平原-水稻耕作系统 400 多个县域水稻单产数据为基础，考察该区域 1980-2014年系统县域水稻播种面积变化、产量变化和单产发展水平，应用探测性空间数据分析方法分析该系统近几十年水稻单产时空变化趋势、空间聚集和收敛性等特征，探究水稻生产的空间依赖性和异质性，从微观层面上细致地把握水稻生产状况。此外本文采用空间收敛方法考察水稻单产变化，判断区域内部和不同区域组内县域水稻单产是否出现趋同。在探究近几十年水稻发展基础上，更好地预测和把握未来水稻生产情况，在对县域水稻安全的探索中不断为提高区域水稻生产能力提供研究思路和决策依据。
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1.2 研究内容、数据与方法
1.2.1 研究内容及技术路线图
一是关于低地平原-水稻耕作系统水稻生产特征识别。以低地平原-水稻耕作系统 8 省 400 多个县为研究主体，依托 ARCGIS 和 GEODA 等相关软件，利用描述性统计、空间制图等方式，研究 1980-2014 年低地平原-水稻耕作系统县域水稻播种面积、总产量和单产变化，利用水稻生产集中度指标、标准差、变异系数等指标探究近 30 年县域水稻单产水平差异、波动及总体趋势。
二是进行水稻单产的空间相关与收敛性分析。利用探索性空间数据分析方法（ESDA），分析水稻单产分布模式。用莫兰指数分析近几十年水稻单产是否存在空间自相关，并结合使用 LISA 集聚考察水稻单产是否存在显著的空间集聚或空间分异。在空间分析基础上，检验区域整体及分区域县域水稻单产是否存在收敛，以及不同水稻生产集聚区是否呈现收敛差异。
三是水稻单产的空间收敛性差异原因分析。探究出现收敛差异的原因从三方面展开，第一是从从种植历史、地理位置和经济发展等角度出发对水稻单产做定性分析；第二是以两种水稻集聚区为例，选取影响水稻单产的相关指标，构建水稻单产计量模型，深入探究相关原因；最后以水稻单产优势区为例进行分析，探究单产增长可能的影响因素。
四是探究低地平原-水稻耕作系统未来水稻单产变化，主要是在已有的单产时空分布、单产增长率单产集聚模式和单产收敛性等分析基础上，探讨未来水稻生产的可能变化。
具体研究思路见技术路线图：
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2 概念界定与文献综述
2.1 相关概念界定
2.1.1 探索性空间数据分析
很多社会经济数据不仅与其大小有关，也与其所处的空间位置有关。地理学第一定律指出：“所有事物都与其它事物相关联，但较近的事物比较远的事物更关联”。一般而言，分析中涉及的空间单元越小距离越近，在空间上相关联的可能性越大（陈强 2014）。 在空间经济学之前，人们研究经济发展很少关注各主体之间的互动，通常假设主体间变量独立，但这造成在处理具有相关性的空间数据时出现有偏估计，不考虑空间的独立观测值在生活中是不普遍存在的，而空间经济学考虑了截面单位之间的空间依赖性，这为我们的经济研究提供了时间和空间多维度的视角。 运用探索性空间数据分析（ESDA）方法，将 GIS 和空间计量经济学相结合，是近年来一个研究热点。ESDA（探索性空间数据分析）成为研究区域空间联系和空间分异的重要方法之一，它能揭示数据的空间依赖性与空间异质性。空间关联测度是 ESDA 核心，在 GIS 软件下将属性数据呈现在对应的匹配空间里，空间分析的结果更易展示和读取，更方便进行空间规律和空间结构分析。
一般而言，不恰当的模型识别和设定的空间效应的主要来源有空间依赖性和空间异质性（Anselin 1988）。真实空间依赖性反应现实中空间数据的交互作用，意味着观测值缺乏独立性，空间相关的强度和位置由绝对位置和相对位置共同决定。空间相关性表现出的空间效应可以用两种模型来表征和刻画：当模型的误差项在空间上相关时，即为空间误差模型；当变量间的空间依赖性对模型显得非常关键而导致了空间相关时，即为空间滞后模型。空间异质性反映了经济实践中的空间观测单元之间经济行为关系的一种普遍存在的不稳定性，空间变系数的地理加权回归模型是处理空间异质性的一种良好的估计方法（何德旭、苗文龙 2016）。
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2.2 文献综述
2.2.1 水稻种植空间布局变化
在对水稻空间布局的研究中，多以全国大尺度范围为框架，并主要考察全国水稻种植重心和产量重心的移动。近几十年，由于经济快速发展、气候变暖、农户种植习惯等因素的变化，使得我国作物种植区域和中心发生了变化和迁移。以水稻为例，相关学者研究表明我国水稻生产空间布局发生了显著位移，水稻种植重心向东北方向移动。
杨万江等（2011）通过研究中国水稻种植重心变化指出，1980 年以来，我国水稻种植中心在东经 113.24°-114.38°、北纬 29.02°-31.22°变化，并且水稻种植重心和产量重心均向东北方向迁移，但是传统的水稻种植区在全国水稻种植中始终占据重要地位。程永翔等（2012）运用重心模拟模型考察中国水稻生产时空变化，并制作我国南北不同稻作制度下水稻播种面积和产量重心变化图，指出 1949 年以来中国水稻播种面积重心和产量重心均向东北方向移动。刘珍环等（2013）研究了1980-2010 年中国水稻种植面积与产量的时空特征，指出水稻种植变化区中有超过50%的水稻种植面积呈现缩减趋势，但仍然有约 70%的地区水稻产量有所增加。东南沿海的广东、福建和浙江等省水稻种植面积有所减少，而东北地区有所增加。我国水稻种植重心和产量重心分别向向东北方向迁移约 230 千米和 320 千米。
有学者指出水稻种植发生北移的原因，例如刘珍环等（2013）研究中指出南方稻区水稻“双改单”是中国水稻播种面积下降的主要原因，而播种面积的减少是影响水稻产量的主要原因。徐春春等（2013）指出 20 世纪 70 年代以来，中国水稻生产重心北移明显，而其中核心技术突破是水稻北移技术支撑，耕地资源的优势是物质保障。同时已有研究也表明这种变化可能导致的后果，如钟甫宁、刘顺飞（2007）在研究中指出 1978-2004 年南方地区和长江中下游水稻播种面积降幅较大，而东北地区水稻种植面积增幅较大，这种变迁会影响水稻单位面积产量和总产量的年际稳定性。
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3 低地平原-水稻耕作系统特征 ···················· 16
3.1 我国低地平原-水稻耕作系统 ························· 18
3.2 系统水稻生产的战略性地位 ························· 19
4 水稻单产空间相关性与收敛性分析 ······························ 21
4.1 系统水稻单产时空演变趋势 ··························· 21
4.2 县域水稻单产的空间相关性分析 ····················· 23
5 不同水稻单产集聚区空间收敛性差异及影响因素分析 ················ 29
5.1 不同空间集聚模式收敛性趋势分析 ······················ 29
5.2 不同空间单产集聚模式差异原因分析 ··················· 30
6 低地平原-水稻耕作系统未来水稻单产增长的变化分析
6.1 系统水稻单产的增长和集聚分析
图 6-1 显示了 1980-2014 年系统水稻单产增长率的变化，表明了近几十年系统从期初到期末水稻单产的总体变化情况。1980 年至今，从区域总体来看，县域水稻单产实现了快速增长，江苏省、湖北省和江西省绝大部分县市单产增产率超过 50%，而湖南省的单产增长率最低，多数位于 10%到 50%之间，远低于其它省份的水稻单产增长率。
为了进一步考察水稻单产水平、单产集聚水平和单产增长率的关联，依据水稻单产区间分类，本文将水稻单产水平分为五种类型，低等（<3 t/hm2）、中低（3.0-4.5 t/hm2）、中等（4.5-6.0 t/hm2 t/hm2）、中高（6.0-7.5 t/hm2）和高等（>7.5 t/hm2）五种类型；同样，将水稻单产增长率分为五种类型，分别为低等（<10%）、中低（10%-30%）、中等（30%-50%）、中高（50%-100%）和高等（100%）。江西、湖南、安徽、湖北和江苏 5 个主要省份水稻单产增长率情况见图 6-1。
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7 研究结论与讨论
7.1 研究结论
低地平原-水稻耕作系统是我国重要水稻生产基地，从该系统县域水稻单产水平时间序列看，水稻单产增长明显，2014 年系统水稻平均单产相对于 1980 年将近翻了一番，区域水稻单产水平快速提升。
空间自相关分析显示区域水稻单产空间正相关显著，多阶临接矩阵 Moran 指数值显示该耕作系统县域水稻单产存在较大距离衰减效应，随着距离的加大，水稻单产的空间相关性逐渐减弱；区域内出现明显 H-H 和 L-L 空间聚类，H-L 和 L-H 空间聚类不显著。2014 年水稻单产 H-H 集聚模式主要分布在系统东部的江淮平原和系统西部的江汉平原，L-L 集聚模式主要分布在系统南部的湖南和江西两省。期初水稻单产优势区湖南目前单产水平无优势，江汉平原和江淮平原成为水稻单产水平典型的高-高集聚区。
从收敛性检验结果看，区域整体水稻单产水存在绝对 β 收敛，揭示该耕作系统水稻单产在经历了若干年增长后，目前趋近于一个收敛状态，期初水稻单产低的县域对水稻单产高的县域产生了一定的“追赶效应”。H-H 和 L-L 集聚区内也存在绝对 β 收敛，对这两个集聚区的检验表明，水稻单产存在空间俱乐部收敛，表明 H-H和 L-L 集聚区内部各自也呈现出单产一致的趋势。另外两个集聚区水稻单产收敛于不同水平，显示两个区域水稻单产存在较大差距。单产在经历了一个快速发展的时期后，仍有增加的可能，但是幅度会有所降低。从前述分析可以看出，目前区域总体单产已呈现趋同趋势，部分区域单产增长水平已逐渐放缓，甚至已呈现停滞状态。
从单产的影响因素看，一是从 H-H 和 L-L 两个集聚区看，H-H 集聚区的代表性省份江苏由于要素资源优质且组合好、技术水平领先等因素，使得单产水平远高于其它地区；L-L 集聚区的代表性省份江西的单产水平受到气象灾害影响。同时水稻单产增长差异可能也与水稻熟制变化有关，早稻和双季晚稻相对中稻和一季晚稻单产较低，而单产较低的省份（例如江西和湖南）早稻和双季晚稻播种面积较大，而单产较高的省份（例如湖北和江苏）中稻和一季晚稻播种面积很大。
参考文献（略）