自然资源学报 ›› 2022, Vol. 37 ›› Issue (1): 263-276.doi: 10.31497/zrzyxb.20220118
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陈晓琳1(), 谭晓悦2, 李露凝1, 陈晋1, 李强1(
)
收稿日期:
2020-09-10
修回日期:
2020-11-16
出版日期:
2022-01-28
发布日期:
2022-03-28
通讯作者:
李强(1967- ),女,内蒙古呼和浩特人,博士,教授,博士生导师,研究方向为区域规划与资源管理。E-mail: liqiang@bnu.edu.cn作者简介:
陈晓琳(1996- ),女,福建龙岩人,硕士,研究方向为土地资源与区域发展。E-mail: 201921051120@mail.bnu.edu.cn
基金资助:
CHEN Xiao-lin1(), TAN Xiao-yue2, LI Lu-ning1, CHEN Jin1, LI Qiang1(
)
Received:
2020-09-10
Revised:
2020-11-16
Online:
2022-01-28
Published:
2022-03-28
摘要:
冬小麦产量高低及稳定性对于保障我国粮食安全同等重要。鉴于北方冬小麦主产区受气候变化的负面影响显著,有必要从高产—稳产关联特征入手,探究全面提升冬小麦产量及稳定性的途径。基于598个县1985—2014年的单产数据,分析了冬小麦高产与稳产关联性时空分异特征,并结合气象、物候观测、农业生产要素等数据,应用无序多分类Logistic模型揭示了冬小麦高产—稳产关联特征的影响因素。主要结论为:(1)冬小麦产量随时间不断提高的同时稳定性也增强,高产性和稳产性均呈东北向西南降低的特征。(2)冬小麦高产与稳产、低产与不稳产密切关联,在研究区占据主导地位,且这两种关联类型的分布区域相对稳定,空间聚集性强。(3)灌溉条件是促进冬小麦高产—稳产的关键因素,影响随时间逐渐增强;具备灌溉条件的情况下,研究区的光温水等气象条件均比较适合冬小麦生产,但不同物候期气象要素的波动对高产和稳产均有负向影响。研究结果可为划定冬小麦优质产区和制定气候变化应对策略提供依据。
陈晓琳, 谭晓悦, 李露凝, 陈晋, 李强. 北方冬小麦主产区的高产与稳产关联性及其影响因素[J]. 自然资源学报, 2022, 37(1): 263-276.
CHEN Xiao-lin, TAN Xiao-yue, LI Lu-ning, CHEN Jin, LI Qiang. The association between high-yield and stable-yield characteristics of winter wheat and its influencing factors in the main producing areas in Northern China[J]. JOURNAL OF NATURAL RESOURCES, 2022, 37(1): 263-276.
表1
冬小麦高产—稳产关联的影响因素
影响因素 | 变量x | 内容 | 单位 |
---|---|---|---|
气象因素 | x1 | 生长季>0 ℃积温 | ℃ |
x2 | 生长季累积降水 | mm | |
x3 | 生长季总日照时数 | hour | |
x4 | 播种—越冬期日均温度CV | - | |
x5 | 返青—抽穗期日均温度CV | - | |
x6 | 抽穗—成熟期日均温度CV | - | |
x7 | 播种—越冬期累积降水CV | - | |
x8 | 返青—抽穗期累积降水CV | - | |
x9 | 抽穗—成熟期累积降水CV | - | |
x10 | 播种—越冬期累积日照时数CV | - | |
x11 | 返青—抽穗期累积日照时数CV | - | |
x12 | 抽穗—成熟期累积日照时数CV | - | |
农业生产因素 | x13 | 灌溉条件 | % |
x14 | 农业机械条件 | kW/hm2 | |
x15 | 化肥施用量 | t/hm2 | |
x16 | 劳动力 | 人/hm2 |
表2
冬小麦高产—稳产关联类型在不同时期的占比变化矩阵
研究时期 | 关联类型 | 高产—稳产 | 高产—不稳产 | 低产—稳产 | 低产—不稳产 | 变化 |
---|---|---|---|---|---|---|
1985—1994年至1995—2004年 | 高产—稳产 | 20.07 | 6.02 | 4.18 | 3.34 | +3.90 |
高产—不稳产 | 11.20 | 2.84 | 0.17 | 2.17 | -3.90 | |
低产—稳产 | 2.84 | 0.33 | 4.35 | 9.03 | -3.90 | |
低产—不稳产 | 3.34 | 3.34 | 3.85 | 22.91 | +3.90 | |
1995—2004年至2005—2014年 | 高产—稳产 | 25.75 | 6.69 | 2.84 | 2.17 | -2.00 |
高产—不稳产 | 6.86 | 4.01 | 1.17 | 0.50 | +2.00 | |
低产—稳产 | 0.67 | 0.67 | 3.51 | 7.69 | -2.00 | |
低产—不稳产 | 2.17 | 3.18 | 7.02 | 25.08 | +2.00 |
表3
1985—1994年的Logistic回归模型结果
类型 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 |
---|---|---|---|---|---|
参考类型 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 |
影响因素 | 标准化系数β | ||||
生长季>0 ℃积温 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
生长季累积降水 | 0.00 | -0.86*** | -0.43** | 0.00 | 0.43*** |
生长季日总照时数 | 0.00** | 0.00 | 0.00** | 0.00 | 0.00 |
播种—越冬期日均温度CV | -0.19 | -0.08 | -0.20** | -0.01 | -0.12 |
返青—抽穗期日均温度CV | 0.60 | 1.01 | 0.26 | -0.33** | -0.74** |
抽穗—成熟期日均温度CV | -0.55 | -0.61* | -0.05 | 0.49 | 0.56 |
播种—越冬期累积降水CV | 0.10 | 0.22* | 0.06 | -0.04 | -0.16 |
返青—抽穗期累积降水CV | -0.03 | -0.28* | 0.08 | 0.11 | 0.36** |
抽穗—成熟期累积降水CV | 0.00 | 0.23** | 0.15* | 0.15 | -0.08 |
播种—越冬期累积日照时数CV | 0.11 | -0.03 | 0.11 | -0.01 | 0.14 |
返青—抽穗期累积日照时数CV | 0.07 | -0.08* | -0.01 | -0.09 | 0.06 |
抽穗—成熟期累积日照时数CV | 0.05 | -0.17 | -0.11 | -0.16* | 0.06 |
灌溉条件 | 0.22** | 0.57*** | 0.61*** | 0.39*** | 0.04 |
农业机械条件 | 0.00 | 0.30* | -0.21 | -0.21 | 0.09 |
化肥施用量 | 0.16** | 0.07 | -0.02 | 0.13 | -0.09 |
劳动力 | 0.03 | -0.06 | -0.07 | -0.10 | -0.01 |
表4
1995—2004年的Logistic回归模型结果
类型 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 |
---|---|---|---|---|---|
参考类型 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 |
影响因素 | 标准化系数β | ||||
生长季>0 ℃积温 | 0.00 | 0.00*** | 0.00 | 0.00 | 0.00*** |
生长季累积降水 | 0.00 | -0.42** | -1.26*** | -1.26*** | -0.84*** |
生长季日总照时数 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00* | 0.00 |
播种—越冬期日均温度CV | 0.46 | 0.85 | 1.87*** | 0.93** | 0.47*** |
返青—抽穗期日均温度CV | -0.31 | 0.01 | -0.95*** | -0.64 | -0.95*** |
抽穗—成熟期日均温度CV | -0.43 | -0.27 | -0.09 | 0.34 | 0.18 |
播种—越冬期累积降水CV | 0.03 | 0.10 | -0.30** | -0.33*** | -0.40*** |
返青—抽穗期累积降水CV | 0.02 | 0.28** | 0.09 | 0.07 | -0.19** |
抽穗—成熟期累积降水CV | -0.03 | 0.00 | -0.01 | 0.03 | -0.01 |
播种—越冬期累积日照时数CV | -0.03 | -0.17 | -0.27*** | -0.24** | -0.10 |
返青—抽穗期累积日照时数CV | -0.01 | -0.12 | -0.04 | -0.03 | 0.08 |
抽穗—成熟期累积日照时数CV | 0.10 | -0.55 | -0.06 | -0.16 | 0.50 |
灌溉条件 | 0.53*** | 0.94*** | 0.98*** | 0.45*** | 0.03 |
农业机械条件 | 0.09 | 0.04** | 0.15** | 0.05** | 0.11 |
化肥施用量 | 0.04 | -0.01 | 0.06** | 0.10** | 0.07 |
劳动力 | 0.08 | 0.21** | -0.08 | -0.16 | -0.29 |
表5
2005—2014年的Logistic回归模型结果
类型 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 | 高产—稳产 |
---|---|---|---|---|---|
参考类型 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—不稳产 | 低产—稳产 | 高产—不稳产 |
影响因素 | 标准化系数β | ||||
生长季>0 ℃积温 | 0.00* | 0.00 | 0.00 | 0.00* | 0.00* |
生长季累积降水 | 0.00 | -0.43*** | -0.86*** | -0.43*** | -0.43* |
生长季日总照时数 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 | 0.00 |
播种—越冬期日均温度CV | 0.01 | -0.08 | -0.03 | -0.05 | 0.05 |
返青—抽穗期日均温度CV | 0.08 | 0.08 | 0.12 | 0.04 | 0.04 |
抽穗—成熟期日均温度CV | 0.04 | -0.18 | 0.00 | -0.04 | 0.17 |
播种—越冬期累积降水CV | -0.02 | 0.31** | 0.11 | 0.13 | -0.20 |
返青—抽穗期累积降水CV | -0.01*** | -0.12 | 0.03 | 0.04 | 0.15 |
抽穗—成熟期累积降水CV | -0.26 | 0.17 | 0.23*** | -0.03 | 0.06 |
播种—越冬期累积日照时数CV | 0.08 | -0.01 | -0.03 | -0.10 | -0.02 |
返青—抽穗期累积日照时数CV | -0.01 | -0.01 | -0.02 | -0.01 | 0.00 |
抽穗—成熟期累积日照时数CV | -0.13 | -0.17 | -0.11 | -0.24** | 0.06 |
灌溉条件 | 0.60*** | 0.55*** | 1.39*** | 0.80*** | 0.84*** |
农业机械条件 | 0.21* | 0.34*** | 0.20* | -0.01 | 0.14* |
化肥施用量 | -0.03 | -0.15 | 0.03 | 0.06* | 0.19** |
劳动力 | -0.06 | -0.11 | -0.30*** | -0.24** | -0.18 |
[1] | 中国气象局. 华北区域气候变化评估报告. http://www.cma.gov.cn/2011xzt/2013zhuant/20130620_3/index.html#, 2013-8-16. |
[China Meteorological Administration. Climate change assessment report in North China. http://www.cma.gov.cn/2011xzt/2013zhuant/20130620_3/index.html#, 2013-8-16.] | |
[2] | 李向东, 张德奇, 王汉芳, 等. 越冬前增温对小麦生长发育和产量的影响. 应用生态学报, 2015, 26(3):839-846. |
[ LI X D, ZHANG D Q, WANG H F, et al. Impact of temperature increment before the over-wintering period on growth and development and grain yield of winter wheat. Chinese Journal of Applied Ecology, 2015, 26(3):839-846.] | |
[3] |
赵彦茜, 肖登攀, 柏会子, 等. 中国作物物候对气候变化的响应与适应研究进展. 地理科学进展, 2019, 38(2):224-235.
doi: 10.18306/dlkxjz.2019.02.006 |
[ ZHAO Y X, XIAO D P, BAI H Z, et al. Research progress on the response and adaptation of crop phenology to climate change in China. Progress in Geography, 2019, 38(2):224-235.] | |
[4] |
YAND X, TIAN Z, SUN L X, et al. The impacts of increased heat stress events on wheat yield under climate change in China. Climatic Change, 2017, 140(3-4):605-620.
doi: 10.1007/s10584-016-1866-z |
[5] |
WANG J X, HUANG J K, YAN T T. Impacts of climate change on water and agricultural production in ten large river basins in China. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(7):1267-1278.
doi: 10.1016/S2095-3119(13)60421-9 |
[6] | 吴芬, 徐萍, 郭海谦, 等. 冬小麦产量差和资源利用效率差及调控途径研究进展. 中国生态农业学报, 2020, 28(10):1551-1567. |
[ WU F, XU P, GUO H Q, et al. Advances in research regarding the yield gap and resource use efficiency of winter wheat cultivation and the related regulatory approaches. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2020, 28(10):1551-1567.] | |
[7] | 柏会子, 肖登攀, 刘剑锋, 等. 1965—2014年华北地区极端气候事件与农业气象灾害时空格局研究. 地理与地理信息科学, 2018, 34(5):99-105. |
[ BAI H Z, XIAO D P, LIU J F, et al. Temporal and spatial patterns of extreme climate events and agrometeorological disasters in North China from 1965 to 2014. Geography and Geo-Information Science, 2018, 34(5):99-105.] | |
[8] | 肖登攀, 陶福禄, 沈彦俊, 等. 华北平原冬小麦对过去30年气候变化响应的敏感性研究. 中国生态农业学报, 2014, 22(4):430-438. |
[ XIAO D P, TAO F L, SHEN Y J, et al. Sensitivity of response of winter wheat to climate change in the North China Plain in the last three decades. Chinese Journal of Eco-Agriculture, 2014, 22(4):430-438.] | |
[9] |
WANG X, ZHAO C, CHRISTOPH M, et al. Emergent constraint on crop yield response to warmer temperature from field experiments. Nature Sustainability, 2020, 3:908-916.
doi: 10.1038/s41893-020-0569-7 |
[10] |
BAI H, WANG J, FANG Q, et al. Modeling the sensitivity of wheat yield and yield gap to temperature change with two contrasting methods in the North China Plain. Climatic Change, 2019, 156(4):589-607.
doi: 10.1007/s10584-019-02526-2 |
[11] | ZHAO J, YANG X G. Distribution of high-yield and high-yield-stability zones for maize yield potential in the main growing regions in China. Agricultural & Forest Meteorology, 2018, 248:511-517. |
[12] |
曹永强, 李维佳, 袁立婷. 河北省主要农作物生产时空格局变化特征及安全评价. 地理科学, 2018, 38(8):1319-1327.
doi: 10.13249/j.cnki.sgs.2018.08.014 |
[ CAO Y Q, LI W J, YUAN L T. Spatio-temporal pattern variation and safety evaluation of crops in Hebei province. Scientia Geographica Sinica, 2018, 38(8):1319-1327.] | |
[13] | 李昊儒, 毛丽丽, 梅旭荣, 等. 近30年来我国粮食产量波动影响因素分析. 中国农业资源与区划, 2018, 39(10):1-10, 16. |
[ LI H R, MAO L L, MEI X R, et al. Analysis on influencing factors of grain production fluctuation during the last 30 years in China. Chinese Journal of Agricultural Resources and Regional Planning, 2018, 39(10):1-10, 16.] | |
[14] | 潘佩佩, 杨桂山, 苏伟忠, 等. 太湖流域粮食生产时空格局演变与粮食安全评价. 自然资源学报, 2013, 28(6):931-943. |
[ PAN P P, YANG G S, SU W Z, et al. Spatio-temporal structure variation of grain production and the evaluation of grain security in Taihu Lake Basin. Journal of Natural Resources, 2013, 28(6):931-943.] | |
[15] | 姚成胜, 殷伟, 李政通. 中国粮食安全系统脆弱性评价及其驱动机制分析. 自然资源学报, 2019, 34(8):1720-1734. |
[ YAO C S, YIN W, LI Z T. The vulnerability assessment and driving mechanism analysis of China's food security system. Journal of Natural Resources, 2019, 34(8):1720-1734.] | |
[16] | 尹朝静, 李谷成, 高雪. 气候因素对水稻单产影响的实证分析: 基于湖北农户层面的分层模型. 自然资源学报, 2017, 32(8):1433-1444. |
[ YIN C J, LI G C, GAO X. An empirical analysis of climatic factors impact on rice yield: Based on the Hierarchical Model at household level. Journal of Natural Resources, 2017, 32(8):1433-1444.] | |
[17] |
马恩朴, 蔡建明, 林静, 等. 2000—2014年全球粮食安全格局的时空演化及影响因素. 地理学报, 2020, 75(2):332-347.
doi: 10.11821/dlxb202002009 |
[ MA E P, CAI J M, LIN J, et al. Spatio-temporal evolution of global food security pattern and its influencing factors in 2000-2014. Acta Geographica Sinica, 2020, 75(2):332-347.] | |
[18] | 国家统计局. 中国统计年鉴. 北京: 中国统计出版社, 2019: 385-391. |
[National Bureau of China. China Statistical Yearbook. Beijing: China Statistics Press, 2019: 385-391.] | |
[19] | 金善宝. 中国小麦学. 北京: 中国农业出版社, 1996: 29-55. |
[ JIN S B. Chinese Wheat. Beijing: China Agriculture Press, 1996: 29-55.] | |
[20] | 赵广才. 中国小麦种植区划研究(一). 麦类作物学报, 2010, 30(5):886-895. |
[ ZHAO G C. Study on Chinese wheat planting regionalization (Ⅰ). Journal of Triticeae Crops, 2010, 30(5):886-895.] | |
[21] | 王凤, 刘艳芳, 孔雪松, 等. 中国县域粮食产量时空演变及影响因素变化. 经济地理, 2018, 38(5):142-151. |
[ WANG F, LIU Y F, KONG X S, et al. Spatial and temporal variation of grain production and its influencing factors at the county level in China. Economic Geography, 2018, 38(5):142-151.] | |
[22] | 《第三次气候变化国家评估报告》编写委员会. 第三次气候变化国家评估报告. 北京: 科学出版社, 2015: 285-346. |
[Editorial Committee for the Third China's National Assessment Report on Climate Change. The Third China's National Assessment Report on Climate Change. Beijing: Science Press, 2015: 285-346.] | |
[23] |
SONG Y, LINDERHOLM H W, WANG C, et al. The influence of excess precipitation on winter wheat under climate change in China from 1961 to 2017. Science of the Total Environment, 2019, 690(10):189-196.
doi: 10.1016/j.scitotenv.2019.06.367 |
[1] | 于竹筱, 张红旗, 许尔琪. 基于“三生”视角的中国林地分类提取[J]. 自然资源学报, 2021, 36(5): 1136-1148. |
[2] | 张海朋, 何仁伟, 李立娜, 李光勤. 环首都地区城乡融合水平时空分异及乡村振兴路径[J]. 自然资源学报, 2021, 36(10): 2652-2671. |
[3] | 郭付友, 佟连军, 仇方道, 许丽梦. 鲁南经济带城乡绿色发展效率时空分异及驱动因素识别[J]. 自然资源学报, 2020, 35(8): 1972-1985. |
[4] | 刘迪, 陈海, 史琴琴, 张行, 耿甜伟. 黄土丘陵沟壑区生态风险时空动态及其风险分区—以陕西省米脂县为例[J]. 自然资源学报, 2019, 34(9): 2012-2025. |
[5] | 陈洁, 刘玉洁, 潘韬, 吴绍洪, 谭清华, 葛全胜, 刘燕华. 1961-2010年中国降水时空变化特征及对地表干湿状况影响[J]. 自然资源学报, 2019, 34(11): 2440-2453. |
[6] | 苏奋振, 张甲, 杜云艳, 周成虎, 邵全琴. 东海区中上层鱼类资源的时空分异[J]. 自然资源学报, 2004, 19(5): 591-596. |
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