基于主成分分析法的天津市粮食产业竞争力研究.pdf
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1、张同悦等:基于主成分分析法的天津市粮食产业竞争力研究6文章编号:1002-0659(2023)04-0006-04张同悦,付娜(天津农学院 经济管理学院,天津 300392)试验研究基于主成分分析法的天津市粮食产业竞争力研究摘要:为分析天津市粮食产业竞争力,文章选取了 20072021 年国家统计局和天津统计年鉴的天津市稻谷、玉米、小麦的播种面积、农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、机耕面积、机播面积、有效灌溉面积、农村用电量、除涝面积、地方财政农林水事务支出等 11 个指标,运用主成分分析法分析上述指标对天津市粮食产业竞争力的影响。结果表明,生产资料投入是影响天津市粮食产业竞争力的第一主成分
2、,方差贡献率为 56.709%;第二主成分为玉米播种面积和机械化 2 个指标,方差贡献率为23.251%;第三主成分为小麦播种面积,方差贡献率为11.250%;其他指标的方差贡献率为8.790%。由此得出,通过增加农业生产资料投入、提高玉米播种面积以及提升机械化生产水平可显著提高天津市粮食产业竞争力。关键词:主成分分析法;粮食;竞争力;天津市中图分类号:F762.1文献标识码:A收稿日期:2023-04-09基金项目:天津市哲学社会科学规划项目(TJGL22-015)主要作者简介:张同悦(1997),男,在读硕士生,主要从事现代都市农业经济理论与政策方面研究。E-mail:通讯作者简介:付娜(
3、1979),女,副教授,博士,主要从事农业经济管理研究工作。E-mail:scarlett_粮食产业是国民经济的基础产业,粮食是关系国家稳定的战略物资,粮食安全是国家安全的重要基石,提升粮食产业竞争力、提高种植效益、促进种植业者种粮积极性是保障我国粮食安全的重要举措,也是农业经济学研究的重点。张有志等1基于 GEM 模型和专家打分的方法研究山东省粮食产业竞争力,表明山东省粮食产业在蓝黄经济区属于上等。孟庆福等2使用熵值法研究我国省份之间粮食产业竞争力,结果表明,黑龙江省、山东省、江苏省、河南省的粮食产业竞争力较强。薛选登3运用主成分分析法进行研究,表明我国粮食生产大省河南省的粮食产业国际综合竞
4、争力在研究的 13 个省份中属于较弱省份。李鑫4研究表明,1990 年以来,随着科学技术的进步、农业机械的使用和肥料投入的增加使安徽省粮食产量大幅度提高。上述研究多采用不同的方法研究我国粮食主产区的粮食产业竞争力,而根据现有的新型粮食区域划分,对我国粮食主销区的粮食产业竞争力的研究较少。根据“新粮食安全观”,我国粮食主产区、主销区、产销平衡区要响应“饭碗一起端、责任一起扛”的政策5,要求粮食主销区也要保持一定的生产能力。天津市由于人口较多,耕地产能有限,属于粮食主销区,但做好粮食生产工作,提升天津市粮食产业的竞争力同样十分重要。天津市主要粮食作物为稻谷、玉米、小麦,2021年天津市粮食作物总产
5、量 249.87 万 t,其中稻谷、玉米、小麦总产量分别为 54.73 万 t、118.28 万 t、72.16 万 t,三大粮食作物总产量占全市粮食作物总产量的 98.12%(国家统计局,2021 年)。本研究基于主成分分析法对天津市主要粮食作物产业竞争力的指标进行分析,研究结果将对天津市粮食产业竞争力的提升具有重要意义。1 数据来源与研究指标本研究各项研究指标的原始数据来源于国家统计局和天津统计年鉴 20226,关于天津市粮食产业竞争力相关的指标主要来自年鉴中的“第十二篇农业”条目。影响粮食产业竞争力的指标众多,指标不能过多过细,使指标之间互相重叠,繁简要适当7。考虑到粮食产业的特殊性,7
6、天津农林科技2023 年 8 月第 4 期(总第 294 期)其产业基础在于粮食生产,因此选取与粮食生产直接相关的一些指标作为本研究指标。指标选取遵循以下原则:一是科学性原则,指标设置便于理解并充分考虑粮食产业的特征,同时采用科学方法,准确找出影响粮食产业竞争力的关键指标;二是可操作性原则,指标设置可量化,用尽量少的指标实现科学真实的研究结果,保证所选指标具有一定的获取渠道,同时实现研究的可操作性8,确保数据来源于权威统计部门和统计年鉴;三是重要性原则,选取最能直接影响天津市粮食产业竞争力的指标。根据上述指标设置原则和天津市主要粮食作物生产现状,本研究采用的指标主要有天津市稻谷、玉米、小麦的播
7、种面积、农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、机耕面积、机播面积、有效灌溉面积、农村用电量、除涝面积、地方财政农林水事务支出等 11 个具体指标(表 1)。各指标选取了天津市 20072021 年的原始数据,其中机耕面积和机播面积来自天津统计年鉴20226,其他指标均来自国家统计局。表 1 天津市粮食产业竞争力指标变量指标X1稻谷播种面积/万 hm2X2小麦播种面积/万 hm2X3玉米播种面积/万 hm2X4农用化肥施用折纯量/万 tX5农业机械总动力/万 kWX6机耕面积/万 hm2X7机播面积/万 hm2X8有效灌溉面积/万 hm2X9农村用电量/亿 kWhX10除涝面积/万 hm2X11地
8、方财政农林水事务支出/亿元2 材料和方法在研究粮食产业竞争力的过程中,可以采用的方法很多,其中主成分分析法(Principal ComponentAnalysis,PCA)是一种较为合适的方法9。选用PCA 作为天津市粮食产业竞争力的研究方法在于它能将繁杂的若干变量转化为互不相关的新变量,新变量在有效简化原始数据的同时又能保留原有数据的大部分信息。通常的做法是对原始数据提取主成分,通过因子载荷矩阵反映出原始指标对主成分的影响程度,该方法避免了层次分析法、德尔菲法等其他产业竞争力研究方法易受主观因素影响的弊端。主要过程如下:(1)显著性检验。根据 Kaiser 检验的度量标准,若 KMO 0.6
9、,则适合进行分析;若 KMO 0.6,则不适合进行分析。(2)计算相关矩阵,求出对应特征值与方差解释率。根据特征值大于 1 和累计方差解释率大于 85%的标准来提取主成分。(3)选取合适的主成分,计算各个主成分对应的系数,得到主成分的函数表达式。3 结果与分析3.1 显著性检验在进行天津市粮食产业竞争力主成分分析前,需要确定原变量之间是否具有相关性,通常根据 Kaiser 给出的 KMO 检验是否大于 0.6 的度量标准进行判断。由表 2 可知,该组数据KMO=0.654,大于 0.6,适合进行主成分分析。表 2 KMO 检验和巴特利特球形检验 KMO 和 Bartlett 的检验Bartle
10、tt 球形度检验KMO 值0.654近似卡方218.978df55p 值0数据来源:主成分分析法,下表同。3.2 方差解释率由表 3 可知,第一主成分对应的特征值为 6.238,其方差贡献率为 56.709%;第二主成分对应的特征值为 2.558,其方差贡献率为23.251%;第三主成分对应的特征值为 1.237,其方差贡献率为 11.250%。根据特征值大于 1 和累计方差贡献率大于 85%的原则,从中提取了3 个主成分,累计方差贡献率达到 91.210%,超过 85%,而第四及以后的主成分特征值均在 1 以下,对解释原有变量的贡献率很小,可以忽略。因此选取第一、第二、第三主成分代表天津市粮
11、食产业竞争力的 11 个指标原始数据的大部分信息。表 3 相关系数矩阵的特征值及主成分的方差贡献率、累计方差贡献率主成分特征值方差贡献率/%累积方差贡献率/%16.23856.70956.70922.55823.25179.96031.23711.25091.2108张同悦等:基于主成分分析法的天津市粮食产业竞争力研究续表 3 相关系数矩阵的特征值及主成分的方差贡献率、累计方差贡献率主成分特征值方差贡献率/%累积方差贡献率/%40.5054.59495.80450.2812.55198.35460.0930.84299.19770.0390.35899.55480.0240.21999.773
12、90.0130.11899.891100.0080.07699.966110.0040.034100.0003.3 主成分载荷分析由主成分因子载荷矩阵(表 4)分析可知,农用化肥施用折纯量、农业机械总动力、有效灌溉面积、除涝面积、地方财政农林水事务支出这几个指标在第一主成分上表现出较高的因子载荷量,玉米播种面积、机播面积、农村用电量在第二主成分上表现出较高的因子载荷量,而小麦播种面积在第三主成分上表现出较高的因子载荷量。可以看出,第一主成分主要体现了生产资料投入,第二主成分主要体现了玉米播种面积和机械化应用情况,第三主成分则体现了小麦播种面积。在第一主成分中,载荷值高的指标相互关联。其中有效灌
13、溉面积(X8)的因子载荷值最高(0.952),是天津市粮食产业竞争力提升的最基本的生产条件。从 20072021 年的原始数据上看,有效灌溉面积从 34.93 万 hm2下降到29.91 万 hm2,三大粮食作物合计播种面积却从28.17 万 hm2上升至 36.26 万 hm2,这“一降一升”凸显了天津市必须高度重视农田水利基础设施建设的重要性。天津市粮食作物播种面积受水利灌溉条件的制约,更加凸显了有效灌溉面积这一指标的重要程度,且农业机械总动力等生产资料的投入也受制于有效灌溉面积。在第二主成分中,农村用电量(X9)的因子载荷值最高(0.875),用电量多少直接关系到粮食生产的机械化程度。机
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