2010—2019 年山西省小麥播種面積和產量時空格局變化

范宇琛 ，陳朝陽 ，金永貴 ，華道武 ，原亞琦 ，原亞超

（1.山西農業(yè)大學 農學院，山西 太谷 030801；2.河北省農林科學院 旱作農業(yè)研究所，河北 衡水 053000；3.桃源縣理公港鎮(zhèn)農業(yè)綜合服務中心，湖南常德 415711；4.桃源縣佘家坪鄉(xiāng)農業(yè)綜合服務中心，湖南常德 415716）

山西被稱為“世界面食之根”[1]，面食種類多樣[2]，包括饅頭、栲栳栳、燒麥揪片、剔尖等[3]，面食已經(jīng)與山西人民飲食緊密相連。而小麥籽粒磨成的面粉是面食的主要材料之一[4]。同時，山西地處黃淮海麥區(qū)，是我國小麥的主產區(qū)之一，對于全國小麥的供應有著重要影響[5]。但隨著社會環(huán)境的變遷，以及自然環(huán)境和小麥栽培技術創(chuàng)新[6]，雖然小麥單位面積產量屢創(chuàng)新高[7]，但由于播種面積的縮減[8]，導致總產量難以穩(wěn)定，尤其年際間氣候極端變化和小麥現(xiàn)代機械化推進，導致旱地小麥和小區(qū)域麥區(qū)的縮減[9]，山西小麥產量保證形勢嚴峻。因此，明確山西省小麥播種面積與產量變化以及二者間的關系，對于政策的調控和總產量的保證有著重要意義。

前人對于山西省小麥的研究多集中在品種[10]、肥料[11-12]、播種方式[13]、播期[7]等方面。郭佳暉等[10]研究表明，太谷適宜作為黃淮北部冬麥區(qū)抗寒性鑒定試點；原亞琦等[11]、張蓉蓉等[12]研究表明，氮肥和磷肥能夠提高小麥植株氮素積累量、灌漿期籽粒積累，增加籽粒產量；趙慶玲等[12]研究表明，小麥采用探墑溝播的方式可以增加花后耗水，實現(xiàn)增產；王江等[7]研究表明，晚播能夠增加小麥有效穗數(shù)和千粒質量，增加籽粒產量。這些研究僅是局限在某一區(qū)域的小麥，而沒有結合山西省小麥實際情況進行分類，如按照行政區(qū)域劃分，根據(jù)不同地級市采用針對性的增產措施，進而實現(xiàn)山西總產量的穩(wěn)定提高。因此，明確山西省小麥種植情況，對于小麥研究意義重大。

本試驗以2010—2019 年山西省10 個地級市、73 個縣區(qū)的小麥播種面積和產量為研究對象，分析播種面積、產量、單位面積產量隨時間變化動態(tài)，以及小麥種植重心變化、播種面積與產量的關系，旨在為政府決策和小麥研究提供一定的理論基礎和參考依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

文中省、市、縣的小麥播種面積和產量數(shù)據(jù)來源于2000—2020 年《山西省統(tǒng)計年鑒》。

1.2 方法

1.2.1t檢驗 根據(jù)公式（1）進行檢驗[14]。

1.2.2 最小二乘法 根據(jù)公式（21）進行[15]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

數(shù)據(jù)整理和分析采用Excel 和SPSS 20.0 軟件進行。

2 結果與分析

2.1 山西省小麥播種面積、產量隨時間變化動態(tài)

2010—2019 年小麥播種面積、產量t檢驗如表1 所示。

表1 2010—2019 年小麥播種面積、產量t 檢驗Tab.1 t-test of wheat sowing area and yield from 2010 to 2019

以2010—2019 年小麥平均播種面積為檢驗值、2010—2019 年播種面積和產量為樣本進行t檢驗，得到表1。t值分別為-2.963、4.830，自由度均為9，雙側檢驗得到值分別為0.016、0.001，均小于0.05，達到顯著水平；2010—2019 年樣本總體達到顯著水平，說明10 a 期間山西省小麥播種面積和產量變化較大。

如圖1 所示，小麥播種面積逐年降低，小麥產量呈倒“W”形狀。2010—2018 年小麥播種面積每年縮減；但2019 年播種面積有所回升，與2016 年面積接近。小麥產量的2 個峰值分別在2012 年和2015 年，且2012 年產量最高?？梢姡轿魇⌒←湶シN面積呈減少趨勢；2010—2012、2012—2015 年間小麥產量上升，2015—2019 年間則是下降。

圖1 小麥播種面積、產量隨時間變化動態(tài)Fig.1 Change dynamics of wheat sowing area and yield over time

2.2 小麥單位面積產量變化動態(tài)

小麥單位面積產量隨時間呈現(xiàn)倒“W”形狀（圖2），2 個峰值分別出現(xiàn)在2012 年和2017 年，且2017 年產量最高?？梢?，2010—2019 年間，山西省小麥單位面積產量呈先增加后降低趨勢，與總產量的變化趨勢一致。

圖2 小麥單位面積產量隨時間變化動態(tài)Fig.2 Change dynamics of wheat yield per unit area over time

2.3 播種面積與產量的擬合關系

以山西省種植小麥的10個地級市2010—2019年播種面積為橫坐標、產量為縱坐標得到散點圖（圖3），可以根據(jù)產量高低和集中區(qū)域分為高產區(qū)和低產區(qū)；高產區(qū)的樣本較少，僅20 個樣本，為10 a 中運城和臨汾市兩地的樣本數(shù)據(jù)，且分布較為零散；其余80 個樣本為低產區(qū)且分布較為集中。可見，山西省小麥主產區(qū)為運城和臨汾。分別進行所有樣本、高產區(qū)樣本、低產區(qū)樣本的線性擬合，其中高產擬合方程為y=3 218.9x+3E+08（R2=0.453 6**）（P＜0.01）；低產擬合方程為y=3 902.5x+531 571，（R2=0.971 5**）（P＜0.01），說明播種面積增加，產量隨之增加，且高產的離散性高于低產。整體而言，播種面積和產量擬合線性方程為y=4 256x－231 737（R2=0.971 6**）（P＜0.01），R2與低產擬合方程中更接近，可能是由于山西多地為小麥低產區(qū)。

圖3 山西省小麥播種面積與產量的關系Fig.3 Relationship between wheat sowing area and yield in Shanxi province

2.4 山西省地級市小麥播種面積、產量隨時間變化動態(tài)

2.4.1 地級市的播種面積動態(tài)變化 山西省在研究時間內共有10 個地級市種植小麥，運城市和臨汾市種植面積遠高于其他地級市，且分別計算同一地區(qū)不同年份和同一年份不同地區(qū)的變異系數(shù)，得到表2，同一年份，運城市小麥播種面積最大，臨汾市次之，2 個城市約占全省種植面積的82%～90%，其他地級市面積均較小，且2014—2019 年陽泉、2013—2017 年與2019 年朔州的播種面積均為0，即沒有種植小麥。不同年份的變異系數(shù)相近，均在1.59～1.81 范圍內；不同地區(qū)間的變異系數(shù)差異較大，由大到小排序為朔州＞太原＞陽泉＞呂梁＞晉中＞長治＞忻州＞晉城＞臨汾＞運城，最高是1.59，最低是0.08?？梢姡\城市和臨汾市播種面積較大，且年際間變化較小。

表2 不同地級市的播種面積動態(tài)變化Tab.2 Dynamic changes in sowing area of different prefecture-level cities 萬hm2

2.4.2 地級市小麥產量變化動態(tài) 運城市和臨汾市小麥產量遠高于其他地級市，且分別計算同一地區(qū)不同年份和同一年份不同地區(qū)的變異系數(shù)，得到表3，同一年份，運城市小麥產量最高，臨汾市次之，兩城市約占全省小麥產量的81%～91%，其他地級市產量均較小，且2014—2019 年陽泉、2013—2017 年和2019 年朔州的產量均為0，即沒有種植小麥。不同年份的變異系數(shù)相近，均在1.56～1.78 范圍內；不同地區(qū)間的變異系數(shù)差異較大，由大到小排序為朔州＞太原＞呂梁＞忻州＞晉中＞陽泉＞長治＞晉城＞運城＞臨汾，最高是1.15，最低是0.09。可見，運城市和臨汾市小麥產量較大，且年際間變化較小。

表3 不同地級市的小麥產量動態(tài)變化Tab.3 Dynamic changes in wheat yields in different prefecture-level cities 萬t

2.5 小麥播種面積變遷

分別以2010、2019 年山西省縣域小麥播種面積進行插值，并計算小麥的種植重心，得到圖4，結果表明，2010、2019 年的小麥種植重心均在臨汾市，但是位置不同，2 個位置相距12.12 km。與2010 年相比，2019 年小麥種植重心向西南方向移動?？梢?，山西省小麥種植的重心向西南方向偏移。

圖4 小麥種植重心變遷Fig.4 Change in the planting center of gravity of wheat

3 結論與討論

產量是小麥生產的重要指標[7-9,11-13]，而其播種面積直接影響其籽粒產量[16]。本研究t檢驗結果顯示，2010—2019 年播種面積和產量總體均達顯著水平，說明近10 a 小麥播種面積和產量變化較大。全省播種面積逐年下降，可能是由于省內第二、第三產業(yè)發(fā)展速度較快，對第一產業(yè)的土地產生競爭所導致[17-23]；而2019 年播種面積回升，可能是農業(yè)產品直播帶貨的興起，一定程度上帶動了農業(yè)的發(fā)展[19]。全省總產量和單產均呈現(xiàn)先增加后降低的趨勢，二者變化趨勢一致說明單產是影響總產量的主要因素；此外總產量峰值時間早于單產，最高總產量和單產分別在2015 年和2017 年處取得，說明降水、無機化肥、土壤肥力等是影響總產量的關鍵因素[24-25]，而其影響機制和效果還需要更多數(shù)據(jù)進行分析驗證。值得注意的是，在種植面積減少的情況下，2012 年單產和總產量遠高于前后年的情況，可能是由于該年自然降水較高，且降水高峰期在小麥需水期，促進小麥的生長發(fā)育[13-14]。可見，在播種面積逐年下降，單產突破有利于保證產量。

播種面積與籽粒產量呈顯著正向關系[16,21,24,26]。本研究對2010—2019 年山西省種植小麥10 個地級市的播種面積和產量繪制散點圖，根據(jù)離散性分為20 個樣本的高產區(qū)和80 個樣本的低產區(qū)；進一步對所有樣本、高產、低產進行線性擬合，方程斜率均為正，且檢驗均達到極顯著水平，但高產區(qū)離散性較大，方程僅能表示40%變異，且高產區(qū)是臨汾市和運城市10 a 產量。因此，高產區(qū)年際間產量不穩(wěn)定，這可能是長期施用無機化肥導致地力下降[25,27]，或長期播種導致小麥品種退化[28]和種子純度下降[29]，其還需要進行進一步研究。可見，要在運城和臨汾要進行穩(wěn)產，其他地級市需要進行高產。

進一步對地級市的播種面積、產量的統(tǒng)計分析說明，年際間的變異系數(shù)差異較小，即山西省所有地級市播種面積和產量的趨勢變化存在一致性；而不同地級市間的變異系數(shù)差異較大，其中臨汾市和運城市的變異系數(shù)較小，且播種面積和產量較高，故運城市和臨汾市為山西省小麥主產區(qū)。不同地級市間播種面積變化可能是由地理和社會的因素所導致，運城和臨汾地勢較為平坦，且水資源較為豐富，滿足小麥機械化生產和生長發(fā)育[22-24]；朔州、忻州等水資源多為非農業(yè)用水[22]；太原作為省會城市，晉中作為臨近太原城市，第二、第三產業(yè)與第一產業(yè)間競爭較大[20]；呂梁、長治、晉城麥田分散，且旱地小麥比例較大，農業(yè)機械化難以推進，人力成本較高[22-23]。不同地級市間產量差異可能是由于人力投入導致產量的經(jīng)濟效益降低[20,27]，忻州、朔州等地級市產量下降，而臨汾和運城由于機械化推進，經(jīng)濟效益較高[9,20,22-23,27]，小麥產量年際間變化較小。此外，相比2010 年，2019 年山西省種植重心向西南方向移動，但均在臨汾市，這也為年際間變化較小提供一定依據(jù)。綜上，對高產區(qū)（運城和臨汾）可以進行穩(wěn)產措施的推廣；其他地級市年際間變化較大，即播種面積和產量潛力未進行充分挖掘，適宜推廣高產措施。

本研究通過對2010—2019 年間山西省10 個地級市的小麥種植面積和產量進行統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)10 a 間山西省播種面積隨時間緩慢下降，2019 年有所回升，小麥產量和單位面積產量均是先增加后降低，單產的突破有利于保障產量；不同地級市播種面積和產量差異較大，其中運城和臨汾的面積較大、產量較高，且年際間變化較??；播種面積和產量擬合方程表明，臨汾和運城的高產區(qū)產量離散性較大，需要穩(wěn)產，種植重心向西南方向遷移，其他地級市為低產區(qū)，則需要高產。