洞庭湖地区农作物格局变化及其政策启示

熊亚东 谭雪兰 谭杰扬

摘 要：利用1985—2016年农村统计数据，运用数理统计和空间分析等方法，分析洞庭湖地区过去32 a主要农作物时空变化特征。结果表明：1985—2016年农作物总播种面积呈显著增加趋势，且经历了“缓增”和“急增”两个阶段;经济作物在全区均呈增加趋势，增幅达21 000 hm2/10a，是粮食作物增幅的2.56倍;粮经比从1985年的79∶21变化到2016年的63∶37，先后经历了减少、增加、再减少、稳定不变以及略微增加的过程;中稻及一季晚稻呈极显著增加，主要分布在湘西山区、湘东幕埠山地区向洞庭湖平原的过渡带;油料作物与蔬菜是经济作物中增幅最大的两类农作物。过去32 a洞庭湖地区农作物格局时空变化明显，实现洞庭湖地区粮食安全与生态安全是当前决策部门应重点考虑的问题。

关键词：洞庭湖;农作物;时空变化;种植结构

中图分类号：F326.1文献标识码：A文章编号：1006-060X（2019）10-0096-06

Abstract： By using the Dongting Lake area data on Hunan rural statistical yearbook 1985-2016， mathematical statistics and GIS-based spatial analysis methods were adopted to explore the spatial-temporal characteristics of major cereal and economic crops in the local agricultural land system. The results showed that： （1） The total sown area of crops in Dongting lake area increased significantly， which experienced two stages， namely “gradual increase” and “rapid increase”. （2） The area of economic crops in Dongting Lake showed an increasing trend， and the increase rate reached 21 thousand hectares per 10 years， which was 2.56 times of the increase rate of cereal crops. The increase of cereal crops area was concentrated around the Dongting Lake plain. （3） The ratio of cereal to economic crops changed from 79：21 in 1985 to 63：37 in 2016. In the past 32 years， the ratio has experienced a trend of decrease， increase， further decrease， stable and slight increase. （4） Middle rice and single late rice mainly distributed in the transition zone from the mountainous area in western Hunan and the Mobu mountain area in eastern Hunan to the Dongting Lake plain， showing a significant increase rate of 5.68 thousand hectares per 10 years， which was the largest increase in cereal crops. Oil crops and vegetables showed a significant increase trend in the whole Dongting Lake area， also were the two largest increases in economic crops. Therefore， the spatial and temporal changes of crop patterns in Dongting Lake area in the past 32 years are obvious. Realizing the food security and ecological security in Dongting Lake area is the key problem that the decision-making department should consider.

Key words： Dongting Lake; crop; temporal and spatial change; crop pattern

農作物空间格局是农业土地系统研究的重要内容[1]，反映了自然与社会生产要素的组合与再分配[2]。农作物格局时空变化信息是研究农业生态系统服务功能价值[3]，评估自然及社会经济环境变化对区域农业生产影响的基础[4]，同时也可为区域农作物种植结构调整和优化提供重要依据。近年来随着我国居民消费结构变化，我国粮食呈现出生产量、进口量、库存量“三量齐增”现象，为解决农业供给侧结构性问题，国家农业部门先后印发相关文件，明确提出了亟需调整优化当前农作物种植结构。因此，科学掌握农作物种植格局时空变化特征及其驱动机制具有重要社会意义。

部分学者已从不同空间、时间尺度和不同信息获取技术等方面对农作物时空格局进行了大量研究。胡琼等系统总结了不同农作物种植结构遥感提取的技术方法、各自特点以及应用情况，并讨论了未来农作物种植结构遥感提取研究的发展方向[5]。刘珍环等、蒋敏等利用遥感技术手段提取农作物时空信息，从区域、全国尺度对农作物的时空格局特征进行了分析[6-7];黄玛兰等、Li等利用长时间序列统计数据，从自然和社会经济角度分析了气候变化背景下农作物时空格局演变的驱动机制[8-9]。已有的农作物时空格局研究为宏观理解演变过程及驱动机制方面发挥了重要作用，但多数研究仍主要集中在大区域尺度或是农作物种植制度相对简单的中国北方地区[10]，在南方多熟制地区的多数研究仍以该区域某类农作物总面积为研究对象，或在时间节点上进行研究，较少有通过长时间序列数据并细分不同熟制类型农作物的时空格局研究。因此，从县域尺度进行多熟制的南方传统农区进行农作物格局的时空变化研究，有助于丰富南方多熟制地区农作物种植结构演变研究，也有利于理解不同熟制相互转换的特征和原因。

1 数据与方法

1.1 研究区域选择

洞庭湖地区位于湖南省北部，地处中纬度地区，属亚热带季风气候，土壤肥沃，具有丰富的水热资源和耕地资源，是湖南乃至全国重要的商品粮生产地之一（图1）。洞庭湖地区岳阳市、益阳市和常德市的24个县（市/区）为研究区域。根据湖南统计年鉴[11]，2016年3个市的农作物总播种面积为2 679 660 hm2，占湖南省农作物总播种面积的30.47%。近30 a来，洞庭湖地区的城镇化快速发展、农村劳动力转移、城乡居民消费结构等均发生了变化，以洞庭湖地区进行农作物种植制度及结构分析具有较强的典型性。

1.2数据来源与处理

本研究采用1985—2016年常德市、岳阳市和益阳市3个市的24个县（市/区）32 a农业统计数据，数据均来自《湖南农村统计年鉴》。部分县级行政区划在过去32 a中发生了变更，为保证统计数据的可比性，本研究2015年湖南省县级行政区划为基准数据，并对部分发生变更的行政区划统计数据采用线性插值法处理，以保证数据年份连续性。

洞庭湖地区的农作物可以分为粮食作物和经济作物两大类共10种农作物。粮食作物主要包括水稻（按播种期分为早稻、中稻及一季稻、双季晚稻）、薯类、豆类、玉米，经济作物包括棉花、油料、蔬菜、烟叶。运用数理统计和空间分析等方法，在分析洞庭湖地区农作物播种面积变化特征的基础上，分析粮食作物和经济作物比例变化特征;此外，对早稻、中稻及一季晚稻、双季晚稻、棉花、油料、蔬菜的种植格局时空变化特征进行了分析。

在Matlab R2016a环境下利用一元线性回归方法进行趋势及显著性分析，并根据P值的大小划分了5类显著性水平，即极显著（P<0.001）、显著（P<0.01）、较显著（P<0.05）、弱显著（P<0.1）、不显著（P>0.1）。时序曲线散点图与空间分布图分别在OriginLab 9.1和ArcGIS 10.1的软件环境下制作。

2 结果与分析

2.1 农作物总播种面积时空变化特征

近32 a来洞庭湖地区农作物播种面积呈极显著增加趋势，增幅为29 280 hm2/10a，且经历了“缓增（1985—2003）”和“急增（2004—2016）”两个阶段（图2a）。从时间变化特征来看，在1985—2013年期间，农作物播种面积增长较为缓慢，其中1999—2002年连续4 a持续下降，从2 027 750 hm2减至1 864 740 hm2。2003年至2016年，农作物总播种面积增至2 741 680 hm2。

如图3a所示，不同县农作物总播种面积的变化特征有所差异。除澧县、石门县、武陵区和桃江县以外，其他21个县农作物总播种面积变化较显著，主要集中于环洞庭湖区域的中部地区。其中，石门县农作物总播种面积呈较显著减小趋势，武陵区的农作物总播种面积表现出不显著减小趋势。

2.2 粮食与经济作物种植面积时空变化特征

2.2.1 粮食作物与经济作物时间变化特征 数量上（图2b、2c），在各个时期内粮食作物总面积均大于经济作物总面积，2016年洞庭湖地区粮食作物总面积为1 721 280 hm2，经济作物总面积为1 020 400 hm2，相差约700 880 hm2。时间上，粮食作物面积总体整体呈显著增加趋势，但在1985—2003年呈微弱下降趋势，特别是从1998年开始大幅下降，2004年后呈大幅增加趋势。整个期间经济作物面积呈极显著增加趋势，且增幅达21 000 hm2/10a。

2.2.2 粮食作物与经济作物空间变化趋势 图3b和图3c表示粮食作物与经济作物种植面积的空间变化趋势。除津市市、安乡县、武陵区、桃江县、资阳区和平江县外，其他地区的粮食作物种植面积在洞庭湖中部平原地区呈增加趋势（图3b）。其中，赫山区、君山区、湘阴县、汨罗市和汉寿县的粮食作物播种面积呈极显著增加趋势;呈显著减小趋势的有石门县（P<0.001），安化县（P<0.05），澧县（P<0.1），平江縣、武陵区和津市市呈不显著减小趋势。洞庭湖地区除武陵区经济作物播种面积无显著性变化以外，其他23个县（市/区）的经济作物播种面积均呈极显著增加趋势（图3c）。

2.3 粮食作物与经济作物比重变化特征

在32 a期间洞庭湖地区的粮食作物种植面积呈减小趋势，经济作物种植面积呈增大趋势。整体上，粮经比从1985年的79∶21变化到2016年的63∶37;以2003年、2006年和2011年为主要转折年份，粮经比先后经历了减少、增加、再减少、稳定及增加的趋势（表1）。

1985—2016年期间，洞庭湖地区各县的粮经比变化特征各有差异（表2）。从各时间节点来看，1985年粮食作物种植比例超过90%的县包括湘阴县、资阳区、赫山区、桃江县，经济作物种植比例超过30%的县仅有澧县、津市;1996年粮食作物种植比例超过90%的县减少为赫山区和桃江县，经济作物种植比例超过30%的县有11个，其中大于40%的县有君山区、华容县、武陵区、安乡县、澧县、临澧县、津市市、南县等8个县（市/区）;2005年粮食作物比例已无超过90%的县，其比例大于85%的县仅有资阳区和赫山区，经济作物比例超过40%的县数已增加到10个;2016年粮食作物种植比例已无超过80%的县，经济作物比例超过40%的县数仍保持10个县。

粮食作物比例变化可分为三类情况：湘阴县、平江县、汨罗市、鼎城区、桃源县、津市市、资阳区、赫山区和桃江县等9个县（市/区）粮食作物比例持续减少型;岳阳楼区、云溪区、君山区、武陵区、安乡县、澧县、临澧县、石门县和沅江市等9个县（市/区）先减后增型;岳阳县、华容县、临湘县、汉寿县、南县和安化县等6个县先减后增再减型。

2.4 各类农作物时空格局变化特征

2.4.1 各粮食作物与经济作物时间变化特征 从粮食作物播种面积来看（图4a、表3），洞庭湖地区以水稻种植为主，按品种熟型分为早稻、中稻及一季晚稻和双季晚稻3类，2016年各类水稻总面积占粮食作物总面积的88.22%。从变化趋势来看，水稻面积变化幅度相对较大，早稻与双季晚稻表现为不显著的先减后增趋势，仅有中稻及一季晚稻表现极显著增加趋势;玉米种植面积呈极显著上升趋势，从1985年的14 000 hm2增长到2016年的104 700 hm2;其他粮食作物如薯类、豆类的种植面积呈极显著下降趋势，降幅分别为1 060 hm2/10a和980 hm2/10 a。

从经济作物播种面积来看（图4b，表3），经济作物以油料、棉花、蔬菜和烟叶为主，2016年分别占经济作物总面积的56.09%、32.21%、11.14%和0.55%。从变化趋势来看，油料作物播种面积呈极显著增加趋势，增幅10 350 hm2/10 a，从1985年的195 140 hm2增长到2016年的572 380 hm2;棉花种植面积呈波动状态，2013年来呈下降趋势;蔬菜种植面积呈极显著增加趋势，增幅为8 520 hm2/10a，近32 a增加了250 790 hm2。

2.4.2 主要农作物时空变化趋势 1985—2016年期间，环洞庭湖平原地区的早稻播种面积主要呈显著增大趋势（图5a），洞庭湖西北部、西南部以及东南部属武陵山、雪峰山及幕埠山地区覆盖或接壤地带，呈显著减小趋势。极显著增幅较大地区主要为南洞庭湖与东洞庭湖以南的平原区，增幅大于400 hm2/10a;极显著降幅较大地区主要为洞庭湖西北部和西南部地区，降幅大于300 hm2/10a。

中稻及一季晚稻播种面积在洞庭湖地区以增加趋势为主，但平原地区呈不显著的增加或减小趋势（图5b）。与早稻变化趋势相反，在洞庭湖西北部、西南部、东南部地区的中稻及一季晚稻呈极显著增加趋势，增幅超过600 hm2/10a。

双季晚稻变化趋势与早稻较为相似，增加地区分布在环洞庭湖平原区，减小地区分布在洞庭湖西北部、西南部及东南部（图5c）。其中极显著增加地区为南洞庭湖南岸平原区，增幅大于300 hm2/10a;极显著减小地区为洞庭湖西北部地区，降幅大于500 hm2/10a。

薯类作物播种面积以减小趋势为主，极显著减小地区分布在洞庭湖西部、东部以及北边部分地区，降幅超过300 hm2/10a;极显著增加地区为大通湖周边地区、虎渡河下游地区以及东洞庭湖东北地区，但增幅相对较小（图5d）。

玉米播种面积在洞庭湖地区增加明显，其中极显著增加的县区占比达83.33%，增幅相对较大的地区为洞庭湖西部和东南地区，增幅大于200 hm2/10a（图5e）。

豆类播种面积在洞庭湖地区主要呈减小趋势，分布在洞庭湖西南、北部以及东部地区;表现为极显著增加趋势的地区主要分布在南洞庭湖南部地区，变化幅度较小（图5f）。

棉花播种面积在洞庭湖中西部地区以显著增加为主，西北、南洞庭湖南部、东洞庭湖北部等地区呈不同显著程度的减少趋势（图5g）;增幅相对较大的地区主要分布在湘西山地向洞庭湖平原过渡带，增幅大于200 hm2/10a。

油料作物除武陵区外，播种面积均呈不同显著程度增加趋势（图5h）;极显著增幅大于800 hm2/10a的地区分布在洞庭湖中西部、北部地区，东南部地区则表现为较显著和无显著变化。

蔬菜种植面积在洞庭湖地区除西北部的显著增加趋势外，其余地区均呈极显著增加趋势，增幅大于500 hm2/10a分布在环洞庭湖平原地区以及近都市区（图5i）。

3 结论及政策启示

3.1 结 论

利用1985—2016年期间的县级农作物播种面积统计数据，辅以一元线性回归分析方法，分析了洞庭湖地区农作物格局时空变化特征。本研究主要得出以下结论。

（1）1985—2016年洞庭湖地区农作物总播种面积呈极显著增加趋势，且经历了“缓增（1985—2003）”和“急增（2004—2016）”两个阶段。空间上，农作物总播种面积呈极显著增加趋势的地区主要集中于环洞庭湖平原区域;以山区和城区为代表的石门县和武陵区分别出现较显著及不显著减小趋势。

（2）粮食作物总面积均大于经济作物总面积，但经济作物面积增加更顯著、增幅较粮食作物大。从时间变化趋势来看，粮食作物面积总体上呈显著增加趋势，但以2003年为转折年份，在1985—2003年呈下降趋势，2004年后呈大幅增加趋势。经济作物面积呈极显著增加趋势，且增加幅度达到21 000 hm2/10a，是粮食作物增幅的2.56倍。空间上，粮食作物面积的增加集中在环洞庭湖平原区，西部与东部群山起伏的石门、安化和平江则为减小地区;经济作物面积在洞庭湖地区全区均呈增加趋势。

（3）粮经比从1985年的79∶21变化到2016年的63∶37，先后经历了减少、增加、再减少、稳定不变以及略微增加的趋势。从各县（市/区）情况来看，粮经比变化特征各有差异，主要表现为粮经比持续减少型与波动变化型。

（4）中稻及一季晚稻面积呈极显著增加，且为增幅最大的粮食作物，增幅为5 680 hm2/10a;其次为玉米，增幅为2 810 hm2/10年。油料作物与蔬菜呈极显著增加趋势，是经济作物中增幅最大的两类农作物，增幅分别为10 350 hm2/10a和8 520 hm2/10a。空间上，环洞庭湖平原区的早稻、双季晚稻、蔬菜等农作物表现为极显著或显著增加趋势;在湘西山区、湘东幕埠山地区向洞庭湖平原的过渡带，中稻及一季晚稻表现为极显著增加趋势;豆类、薯类作物面积在洞庭湖大部分地区以减小趋势为主。

3.2 政策启示

（1）稳定粮食生产，保障粮食安全。洞庭湖地区是我国重要的商品粮生产基地，保持粮食生产的主体功能对保障国家粮食安全具有重要战略意义。经济作物种植面积增速为粮食作物的2.56倍，同时我国南方地区“双改单”现象存在[7]，表明一定程度上粮食作物正被经济作物所替代，粮食产能将会受到影响。因此，须加强对粮食安全与“藏粮于地”的认识，以保障国家粮食安全。

（2）发展绿色农业，改善生态环境。洞庭湖地区生态环境问题是政府及研究部门关注的重点问题[15-16]，湖南省政府已于2018年开始开展洞庭湖生态环境专项整治行动。农作物种植结构、种植模式发生变化，导致农业生产要素投入如农用地膜、化肥、农药等生产资料的使用量也将发生改变;稻鱼、稻虾综合种养面积的不断扩大，也将对洞庭湖流域的水环境安全带来一定压力。因此，在农作物种植结构变化的背景下，全面推广测土配方施肥、病虫害绿色防控、秸秆粉碎还田、地膜回收加工等绿色农业技术，确保农业可持续发展。

4 讨 论

研究洞庭湖地区的农作物格局时空特征，有助于分析农作物种植结构变化的内在机理，为区域农作物种植结构调整提供参考依据。农作物格局变化是自然资源禀赋、经济效益与社会需求、城市化发展、科技进步、政府政策等多因素综合影响的过程[9， 12]。

宏观政策影响方面，自2003年开始，国家大力推行了农业税减免及农资综合补贴的支农惠农政策，提高了农民生产积极性，2003年成为农作物播种面积变化的重要拐点年份。地形影响方面，地形因素可直接影响水田分布的空间格局[13]，如常德市石门县，为武陵山区向洞庭湖平原过渡地带，不利于高效开展农作物生产，近32 a来农作物总播种面积呈较显著减小趋势。城市化发展影响方面，武陵区位于常德市市辖区，经济发展迅速，城市化及工业化水平显著提高，农用地面积减小，导致农作物总播种面积缩减。从居民消费需求方面，农产品消费趋向多元化，油料、蔬菜等经济作物种植面积大幅提升。在气候变化方面，已有研究表明在我国东北地区农作物种植结构在近40 a来发生显著变化，这与气候变暖密切相关[14]。在水热资源丰富的南方地区，农作物格局同样发生了显著变化，为此，南方农业主产区的农作物种植结构变化的驱动因素分析将是下一步研究的重点。

同时，基于行政单元的统计数据一定程度上可反映研究对象的时空差异，但并不能反映行政单元内部的空间异质性[5]，因此未来计划通过中高空间分辨率 分析农作物格局变化特征。

参考文献：

[1] 唐华俊，吴文斌，余强毅，等. 农业土地系统研究及其关键科学问题[J]. 中国农业科学，2015，48（5）：900-910.

[2] 唐华俊，吴文斌，杨 鹏，等. 农作物空间格局遥感监测研究进展[J]. 中国农业科学，2010，43（14）：2879-2888.

[3] Power A G. Ecosystem Services and Agriculture： Tradeoffs and Synergies[J]. Philosophical Transactions of the Royal Society B： Biological Sciences，2010，365（1554）：2959-2971.

[4] Piao S L，Ciais P，Huang Y，et al. The impacts of climate change on water resources and agriculture in China[J]. Nature，2010，467（7311）：43-51.

[5] 胡 琼，吴文斌，宋 茜，等. 农作物种植结构遥感提取研究进展[J]. 中国农业科学，2015，48（10）：1900-1914.

[6] Liu Z H， Hu Q， Tan J Y， et al. Regional scale mapping of fractional rice cropping change using a phenology-based temporal mixture analysis[J]. International Journal of Remote Sensing，2019，40（7）：2703-2716.

[7] 蔣 敏，李秀彬，辛良杰，等. 南方水稻复种指数变化对国家粮食产能的影响及其政策启示[J]. 地理学报，2019，74（1）：32-43.

[8] 黄玛兰，李晓云，曾琳琳. 农村劳动力价格上涨与劳动力转移对作物种植结构的区域性影响差异[J]. 农业现代化研究，2019， 40（1）：98-108.

[9] Li Z G，Liu Z H，Anderson W，et al. Chinese rice production area adaptations to climate changes， 1949—2010[J]. Environmental Science & Technology，2015，49（4）：2032-2037.

[10] 张 莉，吴文斌，杨 鹏，等. 黑龙江省宾县农作物格局时空变化特征分析[J]. 中国农业科学，2013，46（15）：3227-3237.

[11] 湖南省统计局. 湖南统计年鉴-2017[M]. 北京：中国统计出版社，2017.

[12] 刘珍环，杨 鹏，吴文斌，等. 近30年中国农作物种植结构时空变化分析[J]. 地理学报，2016，71（5）：840-851.

[13] 王琛智，张 朝，张 静， 等. 湖南省地形因素对水稻生产的影响[J]. 地理学报，2018，73（9）：1792-1808.

[14] 云雅如，方修琦，王  媛，等. 黑龙江省过去20年粮食作物种植格局变化及其气候背景[J]. 自然资源学报，2005，20（5）：697-705.

[15] 谢永宏，王克林，任 勃，等. 洞庭湖生态环境的演变、问题及保护措施[J]. 农业现代化研究，2007，28（6）：677-681.

[16] 王艳分，倪兆奎，李晓秀，等. 洞庭湖生态风险评价及阶段性特征[J]. 中国环境科学，2019，39（1）：321-329.

（责任编辑：张焕裕）