基于農(nóng)作制分區(qū)的1985—2015年中國小麥生產(chǎn)時(shí)空變化

白 冰 楊雨豪 王小慧 賈 浩 吳 堯 史磊剛尹小剛 陳 阜,*

基于農(nóng)作制分區(qū)的1985—2015年中國小麥生產(chǎn)時(shí)空變化

白 冰1楊雨豪1王小慧1賈 浩1吳 堯1史磊剛2尹小剛1陳 阜1,*

1中國農(nóng)業(yè)大學(xué)農(nóng)學(xué)院 / 農(nóng)業(yè)農(nóng)村部農(nóng)作制度重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100193;2北京農(nóng)業(yè)信息技術(shù)研究中心, 北京 100097

利用1985—2015年間7個(gè)節(jié)點(diǎn)年份的全國分縣小麥種植面積、總產(chǎn)量和單產(chǎn)數(shù)據(jù), 運(yùn)用集中度指數(shù)、變化率等指標(biāo)和重心遷移、單產(chǎn)面積貢獻(xiàn)率分解方法, 基于農(nóng)作制分區(qū), 對過去30年我國小麥生產(chǎn)的時(shí)空變化進(jìn)行分析。東北、西北干旱和華南農(nóng)作區(qū)小麥種植面積明顯減少, 而黃淮海平原、長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)北部迅速增加; 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的海河低平原、黃淮平原和汾渭谷地亞區(qū)2015年集中度指數(shù)分別達(dá)到20.64%、25.77%和21.65%。各農(nóng)作區(qū)的小麥平均單產(chǎn)持續(xù)提高, 黃淮海平原和西北干旱農(nóng)作區(qū)提升幅度最大, 每年分別達(dá)到103.5 kg hm–2和92.9 kg hm–2。相較于1985年, 2015年黃淮海平原農(nóng)作區(qū)小麥總產(chǎn)量增加4.8×107t, 長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)增加8.0×106t, 東北農(nóng)作區(qū)減少2.6×106t。在小麥總產(chǎn)增加區(qū)域, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)以單產(chǎn)主導(dǎo)型及單產(chǎn)與面積共同作用型為主; 長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)以面積主導(dǎo)型及單產(chǎn)與面積共同作用型為主; 小麥總產(chǎn)減少地區(qū)主要因?yàn)榉N植面積減少。從總產(chǎn)量貢獻(xiàn)率變化趨勢看, 單產(chǎn)主導(dǎo)型地區(qū)減少, 面積主導(dǎo)型地區(qū)增加, 單產(chǎn)與面積共同作用型地區(qū)較穩(wěn)定。中國小麥生產(chǎn)越來越向高產(chǎn)地區(qū)黃淮海平原農(nóng)作區(qū)集中, 海河低平原、黃淮平原和汾渭谷地亞區(qū)為小麥生產(chǎn)集中區(qū)域; 小麥單產(chǎn)和種植面積增加共同增加了該區(qū)域小麥總產(chǎn)量增加, 而長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)和新疆地區(qū)的小麥總產(chǎn)增加主要靠種植面積擴(kuò)大。

小麥; 時(shí)空變化; 農(nóng)作區(qū); 集中度指數(shù); 貢獻(xiàn)率

中國是全球最大的小麥生產(chǎn)國和消費(fèi)國, 其總產(chǎn)量常年占全球的17%左右[1]。小麥廣泛分布在我國各農(nóng)作區(qū), 在我國種植業(yè)中占重要地位, 其布局優(yōu)化是我國種植結(jié)構(gòu)調(diào)整中重要的一環(huán), 研究小麥生產(chǎn)時(shí)空變化特征及其內(nèi)部驅(qū)動因素對于我國種植結(jié)構(gòu)優(yōu)化具有重要意義。國內(nèi)外學(xué)者對糧食作物生產(chǎn)時(shí)空變化做了大量研究工作, 許多研究從氣候變化、技術(shù)進(jìn)步和比較效益對小麥生產(chǎn)及布局變化的影響做了評價(jià)和預(yù)測, 也有研究應(yīng)用生產(chǎn)集中度、優(yōu)勢度、區(qū)位熵和基尼系數(shù)等指標(biāo)對小麥生產(chǎn)時(shí)空變化進(jìn)行了比較分析[2-3], 還有學(xué)者運(yùn)用遙感技術(shù)或多源數(shù)據(jù)融合對種植熟制、種植結(jié)構(gòu)、小麥生產(chǎn)的空間變化進(jìn)行研究[4-5]。前人研究基本以全國[6]、省級尺度的分析為主[2-3,7-10], 鮮有基于縣域尺度的相關(guān)研究; 此外前人研究主要關(guān)注面積和產(chǎn)量的數(shù)量及時(shí)間變化, 較少關(guān)注空間分布上的變化, 且數(shù)據(jù)精度較差。本研究利用全國1985—2015年間的7個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)年份2850個(gè)縣級單元的作物生產(chǎn)數(shù)據(jù), 基于中國農(nóng)作制區(qū)劃, 分析了我國近30年小麥生產(chǎn)的時(shí)空變化特征。從小麥總產(chǎn)、單產(chǎn)、種植面積的時(shí)空動態(tài)變化特征著手, 探討我國小麥生產(chǎn)時(shí)空變化的規(guī)律及其內(nèi)在驅(qū)動因素, 為今后小麥布局及種植結(jié)構(gòu)調(diào)整提供理論支持和科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究數(shù)據(jù)來源

本研究數(shù)據(jù)來源于農(nóng)業(yè)部發(fā)布的農(nóng)業(yè)分縣生產(chǎn)統(tǒng)計(jì), 綜合1985—2015年縣級和省級農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù), 整理獲得一套全國2850個(gè)縣(區(qū))級7個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)(1985—2015年, 每5年一個(gè)節(jié)點(diǎn))的小麥總產(chǎn)、面積和單產(chǎn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù); 以及國家統(tǒng)計(jì)局發(fā)布的1985— 2015逐年全國小麥總產(chǎn)量、總播種面積以及平均單產(chǎn)數(shù)據(jù)[11]。以中國科學(xué)院環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心提供的2012年縣級行政區(qū)劃為基礎(chǔ), 根據(jù)歷史變化整理合并成包含2855個(gè)縣的分布圖(港、澳、臺地區(qū)除外), 依據(jù)中國農(nóng)作制綜合分區(qū)[12]繪制區(qū)域分布圖(圖1)。

1.2 研究方法

1.2.1 集中度指數(shù)計(jì)算 集中度指數(shù)[13]是指某時(shí)期各農(nóng)作區(qū)小麥產(chǎn)量(面積)占全國小麥產(chǎn)量(面積)的比重或農(nóng)作制亞區(qū)小麥產(chǎn)量(面積)占農(nóng)作區(qū)小麥產(chǎn)量(面積)的比重, 公式如下:

式中,P為不同農(nóng)作區(qū)(農(nóng)作制亞區(qū))產(chǎn)量或面積的集中度指數(shù)(%),p為農(nóng)作制區(qū)(農(nóng)作制亞區(qū))小麥總產(chǎn)(t)或面積(hm2),為全國(農(nóng)作制亞區(qū)所在農(nóng)作區(qū))小麥總產(chǎn)(t)或面積(hm2);

1.2.2 小麥總產(chǎn)和面積變化率的計(jì)算 2003年是我國小麥生產(chǎn)的低谷, 因此本研究將1985—2015年分為1985—2000, 2000—2015年2個(gè)時(shí)期, 對1985、2000和2015年小麥總產(chǎn)、面積的變化進(jìn)行量化。變化率計(jì)算公式如下:

式中, RC為指標(biāo)變化幅度,2為期末量,1為期初量。

根據(jù)變化率的大小, 可將不同地區(qū)劃分為不同的變化類型[14-15], 根據(jù)前人研究基礎(chǔ)結(jié)合本研究小麥總產(chǎn)和面積的變化程度, 將其劃分為6類: 5年變化率大于50%為重度增加區(qū), 介于20%~50%為中度增加區(qū), 介于0%~20%為輕度增加區(qū); 5年變化率小于–50%為重度減少區(qū), 介于–50%~ –20%為中度減少區(qū), 介于–20%~0%為輕度減少區(qū)。

圖1 中國農(nóng)作制綜合分區(qū)圖

1: 東北平原山區(qū)半濕潤溫涼雨養(yǎng)一熟農(nóng)林區(qū); 2: 黃淮海平原半濕潤暖溫灌溉集約農(nóng)作區(qū); 3: 長江中下游及沿海平原丘陵濕潤中熱水田集約農(nóng)作區(qū); 4: 江南丘陵山地濕潤中熱水田二三熟農(nóng)林區(qū); 5: 華南濕熱雙季稻與熱作農(nóng)林區(qū); 6: 北部低中高原半干旱涼溫旱作兼放牧區(qū); 7: 西北干旱中溫綠洲灌溉農(nóng)作區(qū)兼荒漠放牧區(qū); 8: 四川盆地濕潤中熱稻麥二熟集約農(nóng)區(qū); 9: 西南中高原山地濕熱水旱二熟粗放農(nóng)林區(qū); 10: 青藏高原干旱半干旱高寒牧區(qū)兼河谷一熟農(nóng)林區(qū)。

1: Northeast farming region; 2: Huang-Huai-Hai farming region; 3: Yangtze Plain farming region; 4: Jiangnan farming region; 5: South farming region; 6: North farming region; 7: Northwest farming region; 8: Sichuan Basin farming region; 9: Southwest farming region; 10: Tibet Plateau farming region.

1.2.3 重心軌跡的計(jì)算 本研究以各縣幾何中心代表該縣坐標(biāo), 以小麥產(chǎn)量和面積為權(quán)重, 用ArcGIS 10.4.1計(jì)算并展示我國和各農(nóng)作區(qū)小麥產(chǎn)量和面積重心位置以及空間移動情況[10]。

1.2.4 單產(chǎn)與面積對總產(chǎn)貢獻(xiàn)率分解 本研究中單產(chǎn)與面積對總產(chǎn)貢獻(xiàn)率的計(jì)算方法主要參考佴軍[16]的方法并在此基礎(chǔ)上加以改進(jìn)。

式中, RA、RY分別表示時(shí)間節(jié)點(diǎn)的小麥種植面積貢獻(xiàn)率和單產(chǎn)貢獻(xiàn)率;1、2分別表示時(shí)段初期及末期的播種面積;1、2分別表示初期和末期的小麥平均總產(chǎn);1、2分別表示初期和末期的小麥單產(chǎn);為研究時(shí)段。當(dāng)單產(chǎn)的貢獻(xiàn)率超過種植面積貢獻(xiàn)率一倍, 即RY/RA大于2, 認(rèn)為總產(chǎn)的變化主要由單產(chǎn)變化引起, 即單產(chǎn)主導(dǎo)型; 當(dāng)種植面積的貢獻(xiàn)率超過單產(chǎn)貢獻(xiàn)率的一倍, 即RY/RA小于0.5時(shí), 認(rèn)為總產(chǎn)的變化主要由種植面積變化引起, 為面積主導(dǎo)型; 除上述兩種情況外, 即RY/RA介于0.5和2.0之間時(shí), 認(rèn)為種植面積和單產(chǎn)的變化均對總產(chǎn)的變化起到一定作用, 即為共同作用型。

2 結(jié)果與分析

2.1 1985—2015年中國小麥總產(chǎn)量時(shí)空變化

近30年, 我國小麥產(chǎn)量增加區(qū)域主要集中在黃淮海平原、長江中下游沿海平原、西南中高原和西北干旱農(nóng)作區(qū), 黃淮海平原和西北干旱農(nóng)作區(qū)在30年中總產(chǎn)增加較多, 西南中高原和四川盆地農(nóng)作區(qū)則經(jīng)歷了先增加后降低的過程; 1985—2015年全國小麥總產(chǎn)增加縣數(shù)量占1985年小麥種植縣的44.7%, 比例從1985—2000年的55.7%減少到2000—2015年的34.7%。30年間, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的小麥總產(chǎn)增加縣占1985年小麥種植縣數(shù)的75.9%, 占同時(shí)期全國小麥增加縣個(gè)數(shù)的42.8% (圖2)。

圖2 我國小麥1985?2000(a)、2000?2015(b)和1985?2015(c)產(chǎn)量變化

NP: 無種植; HD : 重度減少區(qū); MD: 中度減少區(qū); LD: 輕度減少區(qū); LR: 輕度增加區(qū); MR: 中度增加區(qū); HR: 重度增加區(qū)。

NP: no planting; HD: highly decrease; MD: middle decrease; LD: lowly decrease; LR: lowly rise; MR: middle rise; HR: highly rise.

30年來黃淮海平原農(nóng)作區(qū)、長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)和西北干旱農(nóng)作區(qū)集中度指數(shù)總體上呈現(xiàn)上升趨勢, 2015年, 三者小麥產(chǎn)量之和占全國小麥總產(chǎn)的90.60%。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的集中度指數(shù)最大, 增幅也最明顯, 近30年集中度由60.88%上升到71.60%, 表明我國小麥生產(chǎn)有向黃淮海平原農(nóng)作區(qū)集中的趨勢。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)內(nèi)部, 黃淮海平原亞區(qū)集中度指數(shù)最大, 1985年超過38%, 此后保持在25%左右, 海河低平原和汾渭谷地亞區(qū)在過去30年間增加較多, 2015年3個(gè)亞區(qū)小麥總產(chǎn)占比超過68%, 在黃淮海平原農(nóng)作區(qū)內(nèi)部, 小麥生產(chǎn)能力向這3個(gè)亞區(qū)集中(表1和表2)。

表1 1985?2015年中國各農(nóng)作區(qū)小麥總產(chǎn)集中度變化值

表2 1985?2015年黃淮海農(nóng)作區(qū)小麥總產(chǎn)集中度變化值

2.2 1985—2015年中國小麥種植面積時(shí)空變化

30年間, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)、長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)北部、西南中高原農(nóng)作區(qū)南部和新疆西部地區(qū)是我國小麥種植面積增加的主要區(qū)域, 小麥種植面積增加的縣僅占1985年全國小麥種植縣個(gè)數(shù)的29.4%; 其中2015年有440個(gè)縣無小麥種植面積, 占1985年小麥種植縣個(gè)數(shù)的19.7%。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的小麥種植面積在過去30年間一直呈現(xiàn)增加趨勢, 其余農(nóng)作區(qū)變化均不穩(wěn)定。小麥種植面積增加縣占比從1985—2000年42.3%下降到2000—2015年的28.0%。30年間黃淮海平原農(nóng)作區(qū)小麥面積增加的縣占1985年小麥種植縣個(gè)數(shù)的50.8%, 占同時(shí)期全國小麥種植面積增加縣個(gè)數(shù)的43.5% (圖3)。

各農(nóng)作區(qū)中, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)小麥種植面積集中度指數(shù)呈上升趨勢, 由1985年的51.64%增長到2015年的62.84%, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)是我國小麥種植面積最大的農(nóng)作區(qū), 同時(shí)全國小麥種植面積也在不斷向其集中。其余農(nóng)作區(qū), 除長江中下游和西北農(nóng)作區(qū)集中度指數(shù)有少量增加外, 均呈現(xiàn)減少趨勢, 東北農(nóng)作區(qū)減少最明顯。黃淮海農(nóng)作區(qū)內(nèi)部, 海河低平原和汾渭谷地亞區(qū)的小麥種植面積集中度指數(shù)持續(xù)上升; 2015年黃淮平原、海河低平原和汾渭谷地亞區(qū)種植面積總和占黃淮海平原農(nóng)作區(qū)小麥種植面積的68.06%, 小麥種植面積向此3個(gè)亞區(qū)集中(表3和表4)。

圖3 我國小麥1985?2000(a)、2000?2015(b)和1985?2015(c)種植面積變化

圖例縮寫同圖2。Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表3 1985?2015年中國各農(nóng)作區(qū)小麥面積集中度變化值

表4 1985?2015年黃淮海農(nóng)作區(qū)小麥種植面積集中度變化值

(續(xù)表4)

2.3 1985—2015年中國小麥單產(chǎn)時(shí)空變化

1985—2015年間, 我國大部分地區(qū)小麥單產(chǎn)持續(xù)增加, 小麥平均單產(chǎn)提高了83.6%, 小麥單產(chǎn)的增加縣數(shù)占到1985年小麥種植縣數(shù)的72.9%; 小麥單產(chǎn)增加縣數(shù)在過去30年間不斷減少, 由1985— 2000年間的74.9%減少到2000—2015年的64.6%; 且重度增加縣個(gè)數(shù)由占單產(chǎn)增加縣個(gè)數(shù)的43.5%下降到34.7%。相較于1985—2000年, 2000—2015年小麥單產(chǎn)增加縣更加集中于黃淮海平原、長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)。30年間, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)小麥單產(chǎn)增加縣個(gè)數(shù)占1985年小麥種植縣個(gè)數(shù)的94.7%, 占同時(shí)期全國小麥單產(chǎn)增加縣的47.2% (圖4)。

近30年, 各農(nóng)作區(qū)小麥平均單產(chǎn)除華南沿海農(nóng)作區(qū)外均顯著提高, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)單產(chǎn)提高最快, 每年達(dá)103.5 kg hm–2。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)各亞區(qū)單產(chǎn)水平均顯著提高, 各亞區(qū)之間平均單產(chǎn)水平差距不大。7個(gè)亞區(qū)單產(chǎn)與時(shí)間變化均呈顯著線性相關(guān)關(guān)系, 其中豫西丘陵亞區(qū)單產(chǎn)水平提高最快, 每年為133 kg hm–2; 燕山太行山山前平原亞區(qū)增速最慢, 年增速為67 kg hm–2, 低于全國平均水平(表5和表6)。

圖4 我國小麥1985?2000(a)、2000?2015(b)和1985?2015(c)單產(chǎn)變化

圖例縮寫同圖2。Abbreviations are the same as those given in Fig. 2.

表5 1985?2015年各農(nóng)作區(qū)小麥平均單產(chǎn)變化特征

(續(xù)表5)

表6 黃淮海農(nóng)作小麥平均單產(chǎn)變化特征

2.4 1985—2015年中國小麥生產(chǎn)重心遷移

由圖5可看出, 種植面積和產(chǎn)量的重心遷移在方向上具有一定的一致性。我國小麥生產(chǎn)的面積和產(chǎn)量重心30年間均向西南方向移動, 產(chǎn)量重心由陵川縣向西南移動48.6 km, 進(jìn)入吉利區(qū); 面積重心由輝縣市向西南移動133.7 km進(jìn)入武陟縣。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)內(nèi)部產(chǎn)量和面積重心均由鄄城縣向西南方向進(jìn)入牡丹區(qū), 產(chǎn)量重心移動29.9 km, 面積重心移動29.4 km。長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)的產(chǎn)量和面積重心則均向東北方向移動, 產(chǎn)量重心由肥西縣向長豐縣移動55.9 km面積重心由舒城縣移動70.6 km進(jìn)入肥西縣。西北干旱農(nóng)作區(qū)的產(chǎn)量和面積重心移動幅度最大, 產(chǎn)量重心由若羌縣向西北方向移動633.5 km進(jìn)入庫爾勒市; 面積重心由若羌縣向西北移動509.2 km進(jìn)入尉犁縣。

2.5 1985—2015年中國小麥種植面積與單產(chǎn)對總產(chǎn)量貢獻(xiàn)率時(shí)空變化

過去30年間, 我國大部分地區(qū)小麥總產(chǎn)的變化主要以面積主導(dǎo)型為主, 1985—2015年間, 面積主導(dǎo)型縣個(gè)數(shù)占到1985年小麥種植縣個(gè)數(shù)的58.8%, 其呈現(xiàn)一種先小幅增長后小幅降低的趨勢, 1985—1990年間面積主導(dǎo)型占比為62.7%, 后逐漸上升, 在2000—2005年間上升到79.1%, 隨后逐漸下降至2010—2015年間的66.0%。在小麥總產(chǎn)減少較多地區(qū), 如東北、西南中高原、四川盆地農(nóng)作區(qū)多以面積主導(dǎo)型為主, 種植面積的減少是造成這些地區(qū)小麥產(chǎn)量減少的主要原因。總產(chǎn)增加較多地區(qū), 面積主導(dǎo)型占比較小, 1985—2000年, 黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的面積主導(dǎo)型縣個(gè)數(shù)只占全國同時(shí)期面積主導(dǎo)型縣個(gè)數(shù)的21.7%, 單產(chǎn)主導(dǎo)型占全國的比例為62.4%, 共同作用型占全國的比例為47.5%。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)內(nèi)部, 共同作用型30年間占比變化較大, 1985—2000年間占比為13.4%, 而2000—2015年間占比上升到18.7%。黃淮海平原農(nóng)作區(qū)內(nèi)部, 單產(chǎn)主導(dǎo)型縣在30年間有逐步南移的趨勢(圖6)。

圖5 全國(a)、長江中下游(b)、黃淮海(c)和西北農(nóng)作區(qū)(d)小麥生產(chǎn)面積和產(chǎn)量重心變化

圖6 1985?2000年(a)、2000?2015年(b)和1985?2015年(c)不同產(chǎn)量貢獻(xiàn)率主導(dǎo)類型分布

3 討論

黃淮冬麥區(qū)是我國生態(tài)條件最適宜小麥生長的地區(qū)[17], 同時(shí)也是我國小麥種植地區(qū)中綜合比較優(yōu)勢最大的地區(qū)[18]。研究結(jié)果表明小麥的生產(chǎn)向黃淮海地區(qū)集中, 與前人研究結(jié)果一致[2-3]。黃淮海地區(qū)內(nèi)部, 小麥生產(chǎn)向魯西南、河南省東部和安徽省北部一帶集中[19]。優(yōu)勢省份逐漸減少, 呈現(xiàn)逐步向黃淮海平原農(nóng)作區(qū)集中態(tài)勢, 河南和山東優(yōu)勢最為突出, 江蘇、安徽成為2個(gè)新興小麥種植省, 新疆受規(guī)?；瘞又鸩桨l(fā)展成為小麥生產(chǎn)大省[20]。受此影響,小麥產(chǎn)量和面積重心向南遷移, 當(dāng)前產(chǎn)量和面積重心均位于河南省境內(nèi), 這與前人研究一致[3,7-10,21]。前人研究多基于省級數(shù)據(jù), 其數(shù)據(jù)精度低于本研究。何友等[8]利用13個(gè)主產(chǎn)省份的逐年數(shù)據(jù)進(jìn)行小麥的重心分析, 較本研究結(jié)果偏東, 我國小麥主產(chǎn)區(qū)主要位于東部, 因而造成其結(jié)果偏東; Fan等[9]、徐志宇等[10]認(rèn)為小麥的產(chǎn)量重心移動距離小于面積重心移動距離, 30年來小麥的產(chǎn)量重心向東南方向移動, 且移動距離與本研究存在一定差異, 數(shù)據(jù)精度的差別可能是造成結(jié)果差異的原因。

近幾十年來氣候變暖是造成東北農(nóng)作區(qū)小麥面積減少的主要原因, 一方面氣候變暖使得玉米種植界限北移, 部分春小麥被相對高產(chǎn)的春玉米代替, 另一方面夏季高溫不利于春小麥高產(chǎn)[22-23]。在東北農(nóng)作區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中, 春小麥相對于該地區(qū)其他作物, 如粳稻、玉米、大豆等比較優(yōu)勢較低, 這也是造成該地區(qū)小麥種植面積下降的重要原因[24]。水資源短缺是西北地區(qū)小麥種植減少的重要原因[20]。氣候變化對小麥的單產(chǎn)具有一定的影響[25]。小麥品種的不斷更替使小麥單產(chǎn)逐步提高, 河南省小麥品種的更替延長了抽穗—成熟期的天數(shù), 增加的小麥千粒重, 使小麥單產(chǎn)增加[26]。同時(shí), 機(jī)械化水平的提高對小麥單產(chǎn)增加也有一定的作用[27]。

30年間, 除黃淮海平原農(nóng)作區(qū)和長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)北部一些地區(qū)外, 小麥總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)率在大多數(shù)地區(qū)以面積主導(dǎo)型為主。在小麥主產(chǎn)區(qū)黃淮海平原農(nóng)作區(qū), 單產(chǎn)對總產(chǎn)的貢獻(xiàn)作用逐漸增加, 其小麥種植面積基本不再增加, 小麥產(chǎn)量的增加越來越依賴于單產(chǎn)的增加。前人研究與本研究結(jié)果相似。劉忠等[28]通過計(jì)算2003—2011年小麥增產(chǎn)前5個(gè)省份中, 位于黃淮海平原農(nóng)作區(qū)的河南、河北為單產(chǎn)主導(dǎo)型, 山東為共同作用型; 郝瑞彬等[29]認(rèn)為近年來小麥單產(chǎn)的提高對總產(chǎn)量具有重要作用; 張志高等[30-31]認(rèn)為2003—2015年間河南小麥增產(chǎn)的71.29%是由單產(chǎn)增加造成的, 而2007—2015年新疆糧食增產(chǎn)貢獻(xiàn)因素中84.36%是由面積增加造成的。閆琰等[32]通過計(jì)算2003—2014年小麥產(chǎn)量的貢獻(xiàn)因素, 認(rèn)為單產(chǎn)在產(chǎn)量增加中貢獻(xiàn)率為78.2%, 這主要是由小麥生產(chǎn)向黃淮海平原農(nóng)作區(qū)和長江中下游沿海平原農(nóng)作區(qū)集中, 且這些地區(qū)小麥種植面積基本沒有擴(kuò)大而單產(chǎn)增加造成的。前人研究多集中在解釋產(chǎn)量增加的貢獻(xiàn)因素, 較少能夠解釋產(chǎn)量降低的原因, 本研究結(jié)果有助于解釋產(chǎn)量降低的主要原因。

用因素分解法可以計(jì)算不同階段糧食總產(chǎn)變化中單產(chǎn)和面積的貢獻(xiàn)率[16], 其計(jì)算公式RA= (2?1)×2/(2?1)和RP=1×(2?1)/(2?1)在計(jì)算面積貢獻(xiàn)率和單產(chǎn)貢獻(xiàn)率時(shí), 分子分別使用了末期單產(chǎn)和初期面積, 造成兩者計(jì)算結(jié)果的不統(tǒng)一, 使得相同數(shù)量面積或單產(chǎn)增加后, 對總產(chǎn)貢獻(xiàn)率不同, 因此本研究對其公式進(jìn)行修改, 分子部分均使用初期單產(chǎn)和初期面積, 使得其單產(chǎn)、面積貢獻(xiàn)率地位一致。在單產(chǎn)面積貢獻(xiàn)率類型劃分標(biāo)準(zhǔn)方面, 本研究將RY/RA大于2規(guī)定為單產(chǎn)主導(dǎo)型, RY/RA小于0.5為面積主導(dǎo)型, RY/RA介于0.5和2之間為共同作用型, 是為使得單產(chǎn)和面積貢獻(xiàn)率在數(shù)值上對總產(chǎn)變化貢獻(xiàn)地位相等, 但該閾值標(biāo)準(zhǔn)設(shè)定是否合理仍需要深入討論。

4 結(jié)論

1985—2015年間, 我國小麥種植面積總體上呈減少趨勢, 單產(chǎn)呈增加趨勢。東北和北部中低高原農(nóng)作區(qū)是全國小麥種植面積減少的主要地區(qū)。黃淮海平原和長江中下游農(nóng)作區(qū), 是小麥種植面積和總產(chǎn)增加的主力地區(qū)。小麥生產(chǎn)越來越向高產(chǎn)地區(qū), 尤其是黃淮海農(nóng)作區(qū)集中。我國小麥的產(chǎn)量和面積重心遷移在方向上具有一定的一致性, 全國小麥的產(chǎn)量和面積重心均向西南方向遷移, 其余各農(nóng)作區(qū)內(nèi)部的遷移方向和距離存在一定差異。小麥總產(chǎn)變化的主導(dǎo)因素因地區(qū)和年份間不同而存在差異?？偖a(chǎn)減少地區(qū)絕大多數(shù)是由于小麥種植面積減少造成的, 而在小麥總產(chǎn)增加的黃淮海、長江中下游和西北農(nóng)作區(qū)單產(chǎn)主導(dǎo)型和共同作用型對總產(chǎn)量的貢獻(xiàn)越來越大。當(dāng)前, 穩(wěn)定小麥的種植面積是保證小麥總產(chǎn)量的關(guān)鍵, 提高單產(chǎn)是增加小麥總產(chǎn)量的有效手段。

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Spatio-temporal changes of China’s wheat production based on division of farming system during 1985?2015

BAI Bing1, YANG Yu-Hao1, WANG Xiao-Hui1, JIA Hao1, WU Yao1, SHI Lei-Gang2, YIN Xiao-Gang1, and CHEN Fu1,*

1College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University / Key Laboratory of Farming System, Ministry of Agriculture and Rural Affairs, Beijing 100193, China;2Beijing Research Center for Information Technology in Agriculture, Beijing 100097, China

Comparing spatio-temporal variation characteristics of China’s wheat production, yield, sown area and yield-area-contribution in different farming zones in the past 30 years could help improving wheat planting layout and adjusting planting structure. Concentration index, rate of change, moving of gravity and resolution of yield-area-contribution were used to analyze spatio-temporal changes of China’s wheat production and yield-area-contribution based on county wheat production statistics including sown area, production and yield from 1985 to 2015. The wheat sown area decreased obviously in Northeast farming region, Northwest farming region and South farming region and increased rapidly in Huang-Huai-Hai farming region and Yangtze Plain farming region. In Huang-Huai-Hai farming region, the concentration indexes of Haihe Plain farming region, Huang-huai Plain farming region and Fenwei Basin farming region reached to 20.64%, 25.77%, and 21.65% respectively in 2015. Wheat production increased significantly by more than 48 milliontons in Huang-Huai-Hai farming region, and nearly 8 million tons Yangtze Plain farming region but decreased by more than 2.6 million tons in Northeast farming region. In Huang-Huai-Hai farming region, wheat production was concentrated in Haihe Plain farming region, Huang-huai Plain farming region and Yuxi Hill farming region. The average wheat yield continuously improved during the study period, Huang-Huai-Hai farming region and Northwest farming region had the yield increase up to 103.5 kg hm–2and 92.9 kg hm–2each year. Wheat yield in Yuxi Hill farming region, Fenwei Basin farming region and Haihe Plain farming region was relatively high in Huang-Huai-Hai farming region. The yield-reduced area was mainly caused by the decreasing of sown area, while the yield-area-contribution rate was different in yield-increased area. Yield-dominant counties were reduced, area-dominant counties were increased and yield-area-dominant counties were relatively steady. In production increased area, yield-dominant and yield-area-dominant counties were the main types in Huang-Huai-Hai Farming region, area-dominant and yield-area-dominant counties were the main types in Yangtze Plain farming region. Chinese wheat production was increasingly concentrated in Huang-Huai-Hai farming region which has high and rapid increase of wheat yield over the past three decades. Haihe Plain farming region, Huang-huai Plain farming region and Fenwei Basin farming region were the most concentrated areas in Huang-Huai-Hai farming region for wheat production during this period. Wheat yield and sown area jointly promoted the increase of wheat production in Huang-Huai-Hai farming region, wheat sown area was the crucial factor to increase wheat production in Yangtze Plain farming region, especially in the north of Jiangsu, Anhui province and greater part of Xinjiang.

wheat; spatio-temporal changes; farming region; concentration index; contribution

本研究由國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目(2016YFD0300200)資助。

This study was supported by the National Key Research and Development Program of China (2016YFD0300200).

陳阜, E-mail: chenfu@cau.edu.cn

E-mail: baibing@cau.edu.cn

2018-12-29;

2019-05-12;

2019-06-20.

10.3724/SP.J.1006.2019.81094

URL: http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.1809.S.20190620.1036.002.html