艾比湖流域棉花产量影响因素研究

来源:用户上传      作者:伊木然江•阿卜来提 张永福 于苏云江•吗米提敏 赵娟

　　摘要： 新疆是全国最大的棉花供给地区之一，而艾比湖流域产棉区是新疆重要的特早熟优质棉区，是典型的干旱区之一。本研究主要以属于艾比湖流域棉区的博乐市、精河县为对象，对当地农户进行访谈与问卷调查，并根据往年的统计年鉴数据，用SPSS软件进行多元逐步回归分析并建立模型，得出棉花产量的影响因素。结果表明：社会经济因素和农业管理因素中的地方类型、打尖工作、耕地总面积、非农业收入、播种前浸种、化肥使用量等6种因素在不同程度上影响了艾比湖流域棉花产量。本研究结果可以为拓展该流域的农业研究提供进一步的证据和新的思路，并为将来的相关研究提供实际性的帮助及参考。
　　关键词： 棉花产量;艾比湖流域;影响因素;多元逐步回归分析
　　中图分类号： F326.12  文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2020）05-0100-07
　　棉花是我国主要经济作物之一，占世界棉花播种相当大的比例。中国是世界首位的棉花生产国，又是世界最大的棉花消费国[1]。我国棉花生产主要分布在长江流域、黄河流域、西北内陆三大主产区。由于各种因素的相互作用，我国加入WTO以后，中国的传统三大产棉区植棉面积呈现极端化的状态[2]。
　　从近15年的中国三大棉区的棉花产量数据（图1）可以看出，各棉区在中国棉花总产量中占据的地位，其中最为显著的是西北内陆产棉区的新疆，它占据了全国棉花供给的最大比重。属于黄河流域棉区的山东、河南、河北3省的棉花产量约占全国总产量的26.26%;属于长江流域棉区的安徽、江苏、湖南、湖北4省的棉花产量约占全国总产量的22.48%;属于西北内陆棉区的新疆棉花产量约占全国总产量的43.84%;新疆棉区全面发展，棉花产量持续增长，成为了我国最大产棉区。
　　 新疆棉花在国内外具有很高的知名度和影响力，新疆棉花发展为我国在世界棉花市场上争取了一定的话语权。其中艾比湖流域是属于北疆棉区的重要的早熟优质棉区，艾比湖流域棉花产业的土地资源丰富、自然条件适宜、棉花质量高和产业一体化，使该区域开发潜力巨大。从2002—2015年的统计年鉴棉花产量数据中可以看出，艾比湖流域的2个主产棉区产量在全疆棉花总产量中占4%，而且这2个产棉区的棉花产量呈现逐渐稳定递增态势，研究清楚棉花产量影响因素，对于进一步定位棉花发展方向、增加棉花产量、提高棉农收入水平有着重要意义[3]。
　　 关于棉花影响因素的研究，相关学者从不同角度用不同方法进行了相关探索。Abdullaev和Mirakhmedov等学者将野生棉花种质资源作为品种优良性状的供体运用在棉花杂交育种中，培育成一系列抗病品种，挽救了乌兹别克斯坦的棉花产业[4]。Bange等研究发现，温度是影响作物生长发育、产量高低、发育速度等的重要因素，对棉花物候期的早晚、最早播种日期、生长季长度等都有非常重要的作用，进而影响棉花产量和棉花品质[5]。Bronson等研究了不同类型土壤中磷肥对皮棉产量的影响，发现皮棉产量在石灰性土壤上受磷肥影响较大[6]。Reddy等研究发现，棉花开花期当天的日最高温度如果超过35 ℃就会造成棉花蕾铃的大量脱落，所以开花期当天的温度也会影响棉花产量[7]。胡少华等在研究江苏棉花产量影响因素时采用了扩展的“柯布-道格拉斯”生产函数模型，考虑土地、劳动力、肥料、机械、农药等投入因素，从直接因素、间接因素等层面分析影响因素[8]。姜逢清等在新疆棉花产量构成要素分析研究当中从新疆近50年的棉花种植面积与单产量的变化情况研究产量影响因素，认为主要影响因素包括社会经济因素、气候因素、技术进步等[9]。
　　从国内外前人的研究成果来看，大部分学者都从棉花的品种、栽培技术、气候因素、劳动力投入、肥料、药物投入量等直接因素和间接因素研究产量影响因素。查阅文献表明，前人都从宏观数据方面进行研究，少有通过野外调查、采访、问卷调查等方法进行数据收集并分析，而且尚缺乏艾比湖流域的棉花产量影响因素的相关研究。由于除了属于艾比湖流域的博乐市和精河县以外，其他地区的各个河流已经基本上不流入艾比湖，所以本次研究从博乐市、精河县产棉区进行分析。本研究根据相关科学调查结果及相关数据资料来进行进一步研究，分析艾比湖流域棉花产量影响因素，从而为拓展该流域的农业研究提供进一步的证据和新的思路，为将来的相关研究提供实际性的帮助及参考。
　　1 研究区概况
　　艾比湖流域处于中国和哈萨克斯坦边界中国一侧，位于79.88°～85.03°E、43.063°～45.86°N，属于构造带上的断陷湖泊（图2）。其中艾比湖是这一区域的汇水中心，流域面积约50 621 km2。当前艾比湖的补给水源集中于博尔塔拉河、精河和部分地下水[10]。该流域的南、西、北三面環山，东部与准噶尔盆地相连，总土地面积约5.06万km2[11]。艾比湖流域降水稀少，气温日较差和年较差大。该流域的多年平均气温为7.2℃，年降水量为166mm。
　　6—10月降水量占到全年降水量的50%～75%，流域降水区域差异明显而且季节分配不均匀[12]。空气干燥，极端相对湿度在5%以下，属典型的大陆性干旱气候[13]。
　　 艾比湖流域正处于北疆棉区，北疆棉区是新疆最重要的特早熟优质棉区。北疆棉区属于温带半干旱大陆性气候，干旱少雨，光照充足，热量很丰富，具有无霜期较长的特点[14]。由于当地具备适宜的气候、土壤及丰富的灌溉水源等优势的自然条件，适合棉花的生长，自然而然棉花就成为了当地的主要农作物之一，也是该地区的主要经济来源之一[15]。
　　2 研究资料与方法
　　2.1 数据来源
　　本次研究主要采用跟典型植棉农户访谈与问卷调查相结合的方式进行，并根据往年的统计年鉴数据进行进一步分析，所有问卷均采用入户调查方式进行。此次调查数据均由在校学生对农户以访谈及问卷调查的形式进行搜集，所有参与调查的学生均经过教师的规范化培训，保证问卷的有效性和科学性。调查对象是该农户家庭中的主要决策者或参与植棉者，以保证数据的准确性[2]。样本调查覆盖艾比湖流域的精河县、博乐市以及属于该范围的兵团地区等。问卷的主要调查内容有农户基本情况、耕地资源、种子资源、灌溉情况、肥料使用情况、杀虫杀菌农药使用情况、除草以及打尖、农作物管理、收获、晾晒和销售、自有机械等。共计调查135位植棉户，回收问卷130份，去除部分无效问卷，有效问卷为122份。调查时间为2017年8月3日至2017年8月10日。 　　前人对棉花产量影响因素研究较多，但是对于社会经济因素、管理因素等方面的研究较为欠缺。根据前期的文献查阅以及深度访谈，本研究认为棉花产量可能会受到劳动力数量、农户受教育程度、农户年龄、农药和化肥施用量及次数、田间管理、机械化程度、土地类型、耕地面积等因素的影响。
　　2.2 数据处理方法
　　所得到的数据用Microsoft Excel 2007、SPSS 24.0进行统计分析，并采用多元逐步回归分析法建立模型。
　　本研究主要采用多元逐步回归分析法，假设棉花产量与其他各类因素有一定的关系，如果把棉花产量看成是因变量Y，其他因素可看成是自变量（X1、X2、X3、X4、X5、X6、…、Xp），n组数据：Yi、Xi1、Xi2、…、Xip（i=1，2，3，…，n）。
　　他们之间的关系可表示为：
　　y1=b0+b1x11+b2x12+b3x13+…+bpx1p+ε1;（1）
　　y2=b0+b1x21+b2x22+b3x23+…+bpx2p+ε2;（2）
　　yn=b0+b1xn1+b2xn2+b3xn3+…+bpxnp+εn。（n）
　　式中：b0、b1、b2、b3、…、bp是p+1个待估参数;εi表示第i次试验中的随机因素对yi的影响。
　　该方法的步骤如下：第一步是建立回归模型;第二步是用最小二乘法进行参数估计，因为计算量比较大，一般依靠SPSS软件来完成;第三步是对假设的回归模型进行验证，验证包括2个部分，分别是整体回归的假设检验（方差分析Sig）、偏回归系数的t检验（t）;第四步是多元回归模型的评价，分别是复相关系数（R）、确定系数（R2），R2值越接近于1，拟合度越好[17]。
　　3 结果与分析
　　3.1 农户基本特征
　　3.1.1 社会经济因素特征
　　从对农户的问卷调查数据统计来看，农户基本特征可以分为社会经济因素方面的特征和农业管理因素方面的特征。社会经济因素（表1）的连续变量包括耕地总面积、播种棉花面积、棉花产量、家庭劳动力数量、农户年龄、农户非农业收入、贷款、水费等。类别变量有地方类型、土地类型、教育水平、性别、水资源短缺情况等。
　　 ①参与调查的122名农户的平均耕地面积为86.87亩（1亩=666.67 m2，全文同）、平均棉花播种面积为84.42亩。由此可见，参加调查的农户基本上把所有的耕地都用来种棉花，仅有一小部分用来种其他农作物。
　　②2016年该区域农户的棉花平均亩产量为337.80 kg，新疆和全国的单位棉花产量分别为 132.73 kg、105.6 kg，可知该区域棉花的亩均产量远高于全国和新疆的棉花平均亩产量。
　　③参加调查的农户家庭的家庭劳动力平均为2人，农户的平均年龄为46岁，据此认为该区域主要以家庭模式进行棉花种植，自家劳动力不足而且劳动能力有限，只能通过雇人（由表2可以发现，每家农户平均雇5.51人）以及其他方式来进行农业作业。
　　④典型农户的非农业收入平均为10 700.25元，2016年新疆人均年收入为18 354.7元，且每一户都有一定的贷款。可见当地农户大部分收入是来自于棉花种植所得，而且棉花收入使农民具备了还贷款能力。
　　⑤参加调查的人数中55.7%都觉得当地水资源充足，说明大部分农户都有可靠灌溉水源，来维持农业活动的顺利进行。而且当地的水费制定相对合理，这有助于当地农户进行棉花种植。
　　⑥参与调查的122名农户中，所在地为博乐市的占59.8%、为精河县的占40.2%，兵团和当地农户数量基本都一样。
　　⑦典型农户土地持有方式中，自有土地占 57.4%、租赁土地占42.6%。表明该流域大部分农户都有自有土地，其余农户则要通过租赁土地来进行棉花种植。
　　⑧样本显示，该地区农户教育水平初中及以上约占样本的60%，说明该区域种棉花主要决策者的教育水平较高，没有接受教育的人数占很小比例，这有助于科学地进行棉花种植活动。
　　3.1.2 农业管理因素特征
　　农业管理因素（表2）中，连续变量包含种子播种量、灌溉次数、化肥使用次数、化肥使用量、农家肥使用量、杀虫杀菌农药使用次数、距离销售点的距离、手动除草及使用除草剂除草次数、自有机械拥有数量、雇工总数量等。类别变量包含灌溉方式、是否打井、播種前浸种、水源、是否进行打尖工作、作物残余的处理等。
　　①从样本统计数据中可以发现当地农户每亩地种子播种量在2 kg以上;灌溉次数较多，平均为17次，当地农户基本以滴灌形式灌溉，且灌溉水源多为地下水。
　　②化肥使用次数约为4.5次，每亩地平均使用104.32 kg化肥，农家肥使用量较少，每亩地使用量不到2 kg;杀虫杀菌农药使用次数每季约在2次以上，手动除草及使用除草剂次数也在2次以上。
　　③样本里的农户基本都会进行打尖工作，但是进行播前浸种的人数极少;平均每位农户家庭拥有的机械数量不到1台，机械化水平较低;作物残余的处理一般都采用秸秆还田的方式，这对当地环境的保护有一定的益处。
　　3.2 研究区农户棉花产量对比分析
　　通过计算得到2016年博乐市、精河县的棉花产量分别为343.32、329.59 kg/亩，当地和兵团农户的棉花产量分别为360.04、318.94 kg/亩，新疆和全国的棉花产量为132.73、105.6 kg/亩。从图3中可以看出，当地农户的单位棉花产量高于兵团农户的，这是由于当地与兵团的社会经济因素和农业管理因素都存在区别，从而导致了产量上的差异。博乐市相对于精河县在自然条件上有相对优势，且两地的社会经济因素、农业管理因素也存在差异，由此导致了博乐市农户单位棉花产量高于精河县。艾比湖流域（博乐市、精河县）的产量均高于新疆和全国平均单位棉花产量，且呈持续稳定增长趋势，但是基于艾比湖流域各方面的优良条件下，进一步改善社会经济因素和农业管理因素的各类条件，将会获得更高的棉花产量。 　　3.3 回归结果及分析
　　理论上看，调查问卷中的29个因素可能都会影响当地棉花产量，所以本次研究以属于艾比湖流域的博乐市和精河县的农户调查数据进行综合分析，运用SPSS软件进行相关要素之间的关系模型构建，采用多元回归分析法的步进法。经过计算得出艾比湖流域棉花产量与影响因素的回归模型，最后得到了7个多重线性模型，且每一个模型的拟合度和显著性都有区别。从输出的结果来看，第4个模型达到的显著水平最高，可认为是最佳模型，根据该模型可判断显著的影响因素为地方类型（a）、打尖工作（c）、耕地总面积（d）、非农业收入（e）、播种前浸种（f）、除草次数（g）、化肥使用量（h）。
　　由表3可以发现，调整后的R2接近于1，所以拟合度较好[18]。表4中的F值对应的显著性（Sig）值为0.000，小于0.05，可判断为比较显著的、具有统计学上的意义，所以可以用该方程进行进一步分析。系数分析表（表5）中的B代表方程的偏回归系数，共线性统计中的方差膨胀因子VIF值在1.059～1.305 之间，说明回归方程中自变量之间多元共线性的问题不是很明显[19]，所以回归方程可以写为：
　　 y=60.833+63.379a+173.240c+0.204d+51.373f-6.622g+0.065h。（4）
　　 图4为模型标准化残差直方图，表示了数据的正态分布;图5为回归标准化残差的标准P-P图，各个观测点呈直线性，说明该方程是有意义的。从分析结果来看， 艾比湖流域的棉花产量与影响因素中的地方类型（a）、打尖工作（c）、耕地总面积（d）、非农业收入（e）、播种前浸种（f）、化肥使用量（h）呈现正相关，基本符合前期的预测，与除草次数（g）呈现负相关，与前期预测结果不符。
　　3.3.1 社会经济因素对棉花产量的影响
　　从分析结果来看，社会经济因素中地方类型、非农业收入、耕地总面积均影响着艾比湖流域棉花的亩产量。就地方类型对棉花产量的影响来讲，当地与兵团的管理和社会经济因素存在区别，所以在某种程度上导致了棉花产量上的差异，而且当地农户的管理和收获过程基本为手工作业，耕种比较细致，作业质量较好，兵团的机械化程度高，但耕种质量比手工作业差一些。这就说明绝对的机械化在一定程度上会提高作业速度，但在某种程度上手工作业效果更佳。
　　就非农业收入对棉花产量的影响来讲，该因素虽然影响较小，但依旧跟棉花亩产量正相关，所以随着农户的非农业收入增加，农户对农业付出的投资就会随之增加，从而提高各方面管理的投入量，进而影响棉花产量。就耕地面积对棉花产量的影响来说，随着耕地面积的增长棉花产量也增加，它在该研究中影响程度排第3位。
　　3.3.2 农业管理因素对棉花产量的影响
　　由分析结果显示，农业管理因素中的是否做打尖工作、播种前浸种、除草次数、化肥施用量主要影响艾比湖流域亩棉花产量。其中除草次数呈现负相关，这与预期的结果并不符合，导致这种结果的原因可能是数据采集过程或者系统处理时候产生的误差所引起。其他3种影响因素与前期的预测结果相符合。许多研究结果显示，是否做打尖工作对棉花生长有很大的影响，而且在这次研究中影响程度排在第1位。尖端部位跟棉花体内生长激素的转移有关系，这跟其他学者研究结果相符。李培良等研究的中国棉花产量影响因素结果显示化肥投入量主要影响产量[20]，本研究结果与之相符。播种前浸种也会影响棉苗的生长，播种前浸种具有出苗快、出苗整齐等特点。这与王留明等的溫水浸种对不同棉花品种播种品质的影响研究结果[21]相符。
　　4 结论与展望
　　4.1 结论
　　从各变量的逐步回归分析结果可以看出，本次研究所运用的方法是可行的，社会经济因素和农业管理因素中的地方类型、打尖工作、耕地总面积、非农业收入、播种前浸种、化肥使用量等6种因素在不同程度上影响了艾比湖流域棉花产量。其中，农业管理因素占主导地位，但社会经济因素的影响程度也不可忽略。在种植棉花过程中应该把社会经济因素和农业管理因素充分相互协调，同步发展，根据不同地方的自身条件加强交流学习，弥补该区域的不足;提高农业管理水平，科学管理;在人均耕地面积不断缩小的情况下，应合理转移劳动力，保持人地比例协调，同时利用不同途径提高农户非农业收入。在农业发展中应该科学发展，以保护环境节约资源为出发点，合理开发，科学管理，对症下药，达到最佳生产目标。
　　4.2 展望
　　本研究对艾比湖流域棉花产量影响因素的研究不够深入，还有进一步提升的空间。本研究直接利用调查问卷的数据进行多元线性回归建模来分析影响因素，那么是否还存在着非线性关系，如果存在这样的因素，是如何影响艾比湖流域棉花产量的，这需要进一步深入研究。由于受到各方面因素的制约，本次研究只采用社会经济因素和农业管理因素来综合分析，实际上还存在其他方面的因素影响棉花产量，后期的研究中可以将其他方面的影响因素也做进一步综合考虑。
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　　收 稿日期：2019-01-10
　　基金项目：国家自然科学基金新疆联合基金（编号：U1603200580）。
　　作者简介：伊木然江·阿卜来提（1996—），男，新疆和田人，硕士研究生，研究方向为土地资源规划、土地资源评价等。E-mail：1162841668@qq.com。
　　通信作者：张永福，副教授，硕士生导师，主要从事土地资源评价及土地利用规划、土地整治开发等研究。E-mail：zyf431@sina.com。
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