粮食安全是国家经济社会稳定发展的基础。种粮比较效益降低极大影响了种粮积极性。为此，中央制定了最低收购价政策、临时收储措施、农业支持保护补贴等一揽子粮食生产支持政策[1]。然而，长远来看应提高种粮积极性的“造血”能力，将粮食生产支持政策体系重心转到支持主产区粮食产业集群和粮食产业经济发展上去。大力发展粮食加工业，引导粮食产业链向主产区、产粮大县集中，形成粮食产业集群效应，促进就地、就近转化增值，实现粮食增产与粮食产业增值有机统一，加快粮食产区兴粮富民步伐。基于此，评估我国粮食生产和加工的耦合协调水平的空间格局具有重要的现实意义。
近年来，大量研究探讨分析粮食生产与多种因素之间的时空关系，包括经济发展[2-4]、农民收入[5-6]、粮食安全[7-8]、生态[9-10]、资源系统[11-13]等。然而，这些研究忽视了粮食生产和加工的耦合协调对粮食安全和粮食产业发展的重要性。研究常用重心转移模型[2-3,6]、不均衡指数[2]、空间自相关[3,7]、空间一致性模型[3]、DEA-CCR 模型[14]等方法分析粮食生产与其他因素间的时空关系。
因此，研究以我国31 个省份的粮食产业作为研究对象，使用重心耦合模型、空间一致性模型，分析2017—2020 年粮食生产和加工的时空演变特征及二者间的耦合关系，并提出优化粮食生产加工时空耦合的针对性建议，以期实现粮食加工产业在粮食产区的集聚和协同动态发展。
1 数据来源与研究方法
1.1 数据来源及说明
本文选取小麦、稻谷、玉米、大豆4 大粮食作物作为研究对象，分析我国主要粮食产加耦合状况。我国31 个省份的粮食产量（下面简称产粮量）数据来自2017—2020 年《中国统计年鉴》，加工产业粮食使用量（下面简称用粮量）数据来自2017—2020 年《粮食行业统计资料》。通过ArcGIS10.6 软件从行政区数据中提取各个省份的几何重心，根据该数据测算各个省份2017—2020 年的粮食生产重心、粮食加工重心和产加耦合状况。
1.2 研究方法
1.2.1 重心转移模型
重心转移模型可分析区域某种属性的空间重心区域变化大小与迁移方向。本文采用该模型分析我国粮食生产和加工的重心转移路径。具体公式如下所示：
式（1）～（2）中，
为某省份的重心坐标， mi 为该省份的属性数据，如产粮量、用粮量。式（3）中， d i -j 表省份不同年份间的重心迁移距离；i、 j分别表示不同年份；
分别表示i 年份重心坐标；c 为地理坐标转化为平面距离的系数，取常数111.111。式（4）中， pi -j表示某省份不同年份间的重心迁移方向；Δ x 表示经度上的变化速度， yΔ 表示纬度上的变化速度[6]。
1.2.2 空间耦合模型
式（5）反映空间重叠性， si 为某省份第i 年粮食生产与加工重心的空间距离，其值越小则空间重叠性越高、耦合性越好、n 分别表示产粮量和用粮量；
分别表示某省份第i 年粮食生产重心与加工重心的地理坐标。式（6）中， vi 为某省份第i 年粮食生产与加工重心变动的一致性指数，大小为[-1,1]，其绝对值越大则变动越趋于一致，值为正则变动方向相同，反之则相反；
分别表示第i 年与第i -1 年重心的经度、纬度变化量。
1.2.3 空间一致性模型
式（7）中，CGiP （Coupling of grain and processing）为某年份i 省份的粮食生产与加工一致性系数，分为五个区间[15]；GRAi 、GPOi 分别为i 省份的产粮量与用粮量。
2 粮食生产和加工重心变动轨迹分析
2.1 粮食生产重心分布及变化轨迹
根据重心转移模型测算出2017—2020 年我国粮食生产集聚重心迁移方向和移动距离（表1 所示）。我国粮食生产集聚重心向北偏西方向迁移。粮食生产集聚重心由2017 年位于东经115.428°E、北纬35.896°N（山东省莘县）移动到2020 年的东经115.397°E、北纬35.994°N（河南省清丰县），向西迁移0.031°，向北迁移0.097°。粮食生产集聚南北分布变化程度高于东西分布变化，向北偏西迁移11.373 km。
表1 2017 年和2020 年我国粮食生产重心分布
Table 1 The distribution of grain production center of gravity in China in 2017 and 2020
作物种类年份 纬度（°N）经度（°E）迁移距离/km 迁移方向粮食生产2017 年35.896 115.428 11.373 向北偏西2020 年35.994 115.397小麦生产2017 年35.121 113.662 12.606 向东偏南2020 年35.068 113.762稻谷生产2017 年32.330 115.277 18.766 向东偏北2020 年32.437 115.408玉米生产2017 年38.943 116.222 38.828 向西偏北2020 年38.968 115.873大豆生产2017 年40.680 119.601 84.609 向东偏北2020 年41.218 120.140
4 种粮食作物集聚重心迁移方向存在较大差异，但整体向东北方向迁移。2017—2020 年我国小麦生产集聚重心由河南省获嘉县（35.121°N，113.662°E）向东偏南迁移至河南省原阳县（35.068°N，113.762°E）。稻谷由河南省潢川县（32.330°N，115.277°E）向东偏北迁移至河南省淮滨县（32.437°N，115.408°E）。玉米由河北省雄县（38.943°N，116.222°E）向西偏北迁移至河北省安新县（38.968°N，115.873°E）。大豆由辽宁省建昌县（40.680°N，119.601°E）向东偏北迁移至辽宁省朝阳县（41.218°N，120.140°E）。
4 种粮食作物集聚重心迁移距离存在显著差异。2017—2020 年我国小麦、稻谷、玉米、大豆生产集聚重心迁移距离分别为12.606、18.766、38.828、84.609 km。相较于稻谷和小麦，大豆的迁移距离最大，其次是玉米。
2.2 粮食加工整体重心分布及变化轨迹
根据重心转移模型测算2017—2020 年我国粮食加工集聚重心迁移方向和移动距离（表2 所示）。我国粮食加工集聚重心整体呈现向北偏东的迁移趋势。粮食加工集聚重心由 2017 年位于东经116.437°E、北纬34.466°N 移动到2020 年的东经116.756°E、北纬35.218°N，粮食生产集聚重心向西迁移0.318°，向北迁移0.753°。粮食生产集聚南北分布变化程度高于东西分布变化，向北偏东迁移90.81 km。
表2 2017 和2020 年我国粮食加工重心分布
Table 2 The distribution of grain processing center of gravity in China in 2017 and 2020
作物种类 年份 纬度（°N）经度（°E）迁移距离/km 迁移方向粮食加工 2017 年 34.466 116.437 90.810 向北偏东2020 年 35.218 116.756小麦加工 2017 年 34.263 115.018 36.105 向西偏北2020 年 34.485 114.781稻谷加工 2017 年 33.731 117.143 158.972 向北偏东2020 年 34.770 118.126玉米加工 2017 年 35.979 116.987 127.491 向北偏东2020 年 37.081 117.308大豆加工 2017 年 32.233 116.023 42.190 向北偏东2020 年 32.602 116.115
4 种粮食作物加工集聚重心均向北迁移。2017—2020 年我国小麦加工集聚重心由河南省睢县（34.263°N，115.018°E）向西偏北迁移至河南省杞县（34.485°N，114.781°E）。稻谷由安徽省埇桥区（33.731°N，117.143°E）向北偏东迁移至山东省兰陵县（34.77°N，118.126°E）。玉米由山东省岱岳区（35.979°N，116.987°E）向北偏东迁移至山东省济阳区（37.081°N，117.308°E）。大豆由安徽省霍邱县（32.233°N，116.023°E）向北偏东迁移至安徽省颍上县（32.602°N，116.115°E）。
4 种粮食作物加工集聚重心迁移距离略有不同。2017—2020 年我国小麦、稻谷、玉米、大豆加工集聚重心迁移距离分别为36.105、158.972、127.49、42.19 km。稻谷和玉米的加工集聚重心的迁移距离明显高于小麦和大豆。
3 粮食生产与加工发展的空间耦合关系
3.1 粮食生产和加工重心耦合分析
3.1.1 空间重叠性
粮食生产重心一直位于粮食加工重心的西北方向。粮食生产与加工集聚重心的空间距离由2017 年的1.751 km 下降到2020 年的1.564 km（表3 所示），粮食产加空间重叠性越来越高、耦合性越来越好，在2019 年增长幅度最大。
表3 2017—2020 年我国粮食生产与加工空间重叠性
Table 3 The spatial overlap between grain production and processing in China from 2017 to 2020
作物种类 2017 年2018 年 2019 年 2020 年粮食 1.751 1.778 1.606 1.564小麦 1.605 1.547 1.362 1.174稻谷 2.333 2.887 3.015 3.583玉米 3.061 3.009 2.648 2.371大豆 9.174 8.858 8.977 9.510
从空间距离大小来看，4 种粮食作物有梯度。小麦产加集聚重心的空间距离最小，空间距离介于1～2 之间，重叠性最高。稻谷空间距离介于2～4之间，重叠性较高。玉米空间距离介于2～3.5 之间，重叠性也较高。大豆空间距离介于8～10 之间，重叠性相较低。
从空间距离变化幅度来看，4 种粮食作物有差异。小麦产加集聚重心的空间距离变化幅度呈逐年递增的趋势，由0.057 km 增至0.188 km，重叠性逐年增加。玉米产加集聚重心的空间距离变化幅度高于小麦，由0.052 km 增至0.277 km，重叠性程度显著。稻谷生产与加工空间重叠性越来越低，空间距离变化幅度波动变化，空间距离不断加大。大豆生产与加工空间距离变化幅度波动变化，重叠性先高后低。
3.1.2 变动一致性
粮食生产重心与粮食加工重心的变动一致性在正负之间波动（表4 所示）。从南北来看，虽然粮食生产和加工的重心总体向北迁移，但具体迁移路径存在较大差异，粮食生产集聚重心向北迁移0.097°，而粮食加工集聚重心向北迁移0.753°。从东西方向来看，粮食生产集聚重心向西迁移，而粮食加工集聚重心向东迁移。
表4 2018—2020 年我国粮食生产与加工变动一致性
Table 4 The variation consistency between grain production and processing in China from 2018 to 2020
作物种类 2018 年 2019 年 2020 年粮食 -0.313 0.885 -0.308小麦 -0.746 -0.831 -0.772稻谷 -0.983 0.966 0.998玉米 0.832 0.798 -0.204大豆 0.979 0.961 0.966
分品种来看，4 种粮食作物变动一致性指数差异较大。小麦的生产与加工重心变动一致性为负，变动一致性指数绝对值高于0.7，空间耦合性较差且产加重心呈“东南-西北”反向移动。大豆的生产与加工重心变动一致性为正，变动一致性指数高达0.9，空间耦合性较好，均向东北方向移动。而稻谷和玉米生产与加工重心变动一致性在正负之间波动。稻谷生产和加工重心先是方向相反，在2019 年变为方向相同。玉米生产和加工重心先是方向一致，在2020 年变为反方向。
3.2 粮食生产和加工发展的空间一致性分析
粮食生产和加工的空间一致性系数（Coupling of grain and processing，CGP）越低，则粮食生产优势没有充分发挥，粮食加工产业存在较大发展空间。主产区中内蒙古和四川的粮食加工集聚水平低于粮食生产集聚水平，山东和江苏的粮食加工集聚水平高于粮食生产集聚水平。为了深入了解我国粮食产加耦合性，分品种对粮食产量前十省份的CGP 进行分析。对于小麦，7 省份的CGP大于1.2，小麦加工产业相较其他品种粮食集聚效果较强；河北的小麦加工集聚水平高于小麦生产集聚水平，加工产业发展较好；甘肃、新疆的CGP较低，粮食加工产业具有一定的发展潜力。对于玉米和大豆，6 省份的CGP 大于1.2，加工产业集聚效果较强。对于稻谷，2 省份CGP 大于1.2，5 省份CGP 处于[1.2, 2]之间，1 省份CGP 处于[0.8, 1.2]之间，稻谷生产和加工产业耦合性较差。
4 讨论与结论
4.1 讨论
我国粮食生产和加工产业重心北移趋势明显，加剧了粮食产业南北发展的不平衡。南部区域要加强粮食安全保障体系建设。守好耕地和永久基本农田保护红线。积极推动高标准农田建设，提升南部耕地质量。跨区域建设粮食产加销一体化发展中心，提升生产和加工效率，减少运粮损耗，创新订单农业等产加销协同发展模式。产粮大省要发挥粮食生产优势，挖掘粮食加工产业发展潜力。湖北、江苏、新疆、甘肃要加强小麦加工产业发展，湖南、四川、广东、广西要加强稻谷加工产业发展。同时，随着大豆生产重心向东北方向迁移，黑龙江、吉林等要加强大豆加工产业发展。
4.2 结论
我国粮食生产集聚重心向北偏西迁移。4 种粮食作物生产集聚重心迁移方向存在较大差异，小麦向东偏南迁移，稻谷和大豆向东偏北迁移，玉米向西偏北迁移。其中大豆的迁移距离最大，其次是玉米。我国粮食加工集聚重心整体向北偏东迁移。4 种粮食作物加工集聚重心均向北迁移，除小麦向西偏北迁移，稻谷、玉米和大豆均向北偏东迁移。且小麦、稻谷和玉米的加工迁移距离明显高于其生产迁移距离。
粮食生产与加工集聚重心的空间距离在逐年减小，粮食产加空间重叠性越来越高、耦合性越来越好。其中小麦产加空间重叠性最高，玉米产加空间重叠性逐年增高，稻谷产加空间重叠性逐年降低，而大豆产加空间重叠性最低。
粮食生产和加工的重心总体向北迁移，变动具有一致性，但粮食生产集聚重心向北偏西迁移，而粮食加工集聚重心向北偏东迁移。从省份来看，主产区中内蒙古和四川的粮食产加空间一致性较差，粮食生产优势没有充分发挥，粮食加工产业存在较大的发展空间。从粮食种类来看，小麦、玉米和大豆的产加空间一致性表现出较高水平，而稻谷在空间上产加一致性水平较低。
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