1980—2010年東北地區種植結構時空變化特征

劉珍環，唐鵬欽，范玲玲，楊 鵬，吳文斌

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1980—2010年東北地區種植結構時空變化特征

劉珍環1，唐鵬欽2，范玲玲2，楊 鵬2，吳文斌2

（1中山大學地理科學與規劃學院國土資源與環境系，廣州510275；2中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所/農業部農業信息技術重點實驗室，北京100081）

【目的】探討過去30年東北地區像元尺度種植結構的時空分布特征和演變規律，為東北地區農業政策的調整提供科學基礎。【方法】基于1980—2010年東北三省的玉米、大豆、水稻和小麥種植面積的縣級統計數據，利用SPAM-China模型獲取10 km像元尺度上種植結構的分布信息，構建以像元內種植面積比例超過30%和占比前三位的種植結構類型的判定方式，利用空間疊加方法分析種植比例及其結構類型的時空變化特征。【結果】運用像元結果初步闡明了東北地區的種植結構變化特征，首先種植規模的優先順序在2000年左右發生了變化，由玉米＞大豆＞小麥＞水稻變為玉米＞大豆＞水稻＞小麥；其次，30年間共出現14種組合類型，包括6種水稻及其組合類型由1980年的8.30%增至2010年18.64%，主要分布于遼河平原、松嫩平原和三江平原等地；7種玉米及其組合類型占比超過三分之二，累積比例增長3.7%，主要分布在東北的中西部，是該地區的主要種植作物；5種大豆及其組合類型累積比例減少4.2%，空間上發生了顯著的置換，由散布在三省的格局迅速北移集中于黑龍江；7種小麥及其組合類型累積比例從26.82%降為3.17%，是變化最為顯著的種植結構類型，現有少量集中于黑龍江嫩江附近。再次，3種種植結構類型變化較多，一是由開墾耕地帶來的新類型，占所有變化類型比例為20.91%，特別是黑龍江省拓荒帶來的大規模水稻種植；二是單一作物型變化為兩種或以上作物類型組合，占比為34.90%，組合作物主要為水稻和大豆；三是多種作物組合型變為單一作物型，將種植結構類型集聚，占比為41.36%，主要為玉米種植區的調整。【結論】過去30年種植結構類型變化規律為種植結構類型分布受玉米和大豆主導，其中大豆空間轉移至黑龍江，水稻正成為東北地區重要種植類型，而小麥則持續萎縮至局部地區，種植結構類型變化趨勢將以玉米、大豆和水稻為主，單一化趨勢顯著。種植結構調整方向應從減少單一玉米型和增加水稻和大豆組合型入手。

農作物格局；種植結構類型；時空變化；像元尺度；東北地區

0 引言

【研究意義】農作物種植結構的時空分布和變化信息是農業種植結構調整政策的科學依據和農業可持續發展的重要研究內容[1]，還是農作物時空變化機制和模擬等研究的基礎信息[2-3]。農作物種植結構信息由作物種植比例和類型的空間分布構成，其歷史變化規律對國家糧食安全保障等理論研究[4-6]、國家農業種植結構調整政策制定有重要意義[7-8]。【前人研究進展】農作物種植結構類型變化以農作物種植面積信息為基礎，用作物播種面積占總播種面積的比例表征，受自然資源條件和市場經濟行為影響的農作物種植結構的時空分布，具有空間集聚性和時序動態性等特征[9]，因此，需要及時、有效地獲取像元尺度的農作物時空信息[10]。遙感技術進步為實時監測農業種植結構的變化提供了有效手段，然而遙感監測種植結構尚難進行長時序、大尺度上的變化分析[11-13]。綜合多源數據獲取像元尺度的種植結構變化信息為大尺度和長時序上研究提供了一種可能[14-16]。目前，全球有多種多源數據綜合而成的農作物空間分布信息數據集，然而尚少有時序變化和種植結構類型變化方面的研究[17-18]。種植結構類型采用作物種植面積占所有作物類型種植面積的百分比超過30%和前三位的組合確定，一般組合不會超過3種作物，如所有作物比例都不超過30%則以前三位作物為組合[7]。【本研究切入點】種植結構類型變化規律是指導種植結構調整的最直接信息，但缺少精準地理空間信息的分析，難以為種植結構調整政策提供科學依據[9]，亟待有更精細尺度時空變化規律方面的研究為調整提供依據。東北地區的農業進一步發展面臨一系列的農業結構調整問題，特別是農業總產量與結構不合理、部分農業種植區面臨水土流失、環境污染、氣候變化影響等，給中國農業政策在東北地區的新一輪農作物結構調整都帶來不小壓力，了解過去30年的種植結構變化規律，可為即將開展的種植結構調整提供精準空間指引[19]。【擬解決的關鍵問題】本研究旨在基于全國農作物統計數據庫，利用SPAM-China模型，基于1980—2010年東北三省農作物面積與產量統計等多源數據，獲取過去30年東北三省像元尺度上作物種植比例和類型的時空分布信息，分析農作物種植結構的變化規律，為國家宏觀層面在東北地區的農業政策提供科學基礎。

1 材料與方法

1.1 研究區與數據源

東北地區地處中高緯度及歐亞大陸東端，位于115°20′—135°E，38°43′—53°30′N，是中國三大自然區之一——東部季風區的最北端；在地貌上，以東北大平原北半部的松嫩平原為核心，地面起伏平緩，土層深厚，利于大型農業機械作業，為農業發展提供了良好的條件，是中國主要耕作業基地；是世界三大黑土帶之一，土壤農業生產能力較高；農作物熟制以一年一熟為主，主要作物包括夏玉米、水稻、大豆和春小麥。2014年，東北地區糧食總產量達1.15×108t，糧食作物面積2.2×107hm2，是中國重要的糧食生產基地。

采用的農業統計數據來源于農業部種植業管理司提供的全國農經信息數據庫為基礎數據（http://www. zzys.moa.gov.cn/），綜合1980—2010年縣級和省級農業統計數據，整理獲得一套東北三省縣級行政區的農作物統計數據。將歷史時期的數據以2001年國家地理信息中心（http://www.gscloud.cn/）發布的縣級行政邊界為基礎進行了合并，產生了一個包含182個縣級行政區和32年時序長度的農作物數據，主要有水稻、小麥、大豆和玉米的面積數據；將面積數據截取3個時期4個時點的數據，采用前后3年的數據進行平均，獲得1980、1990、2000、2010年數據集，作為SPAM-China模型的輸入數據[10]。

1.2 SPAM-China模型

SPAM-China模型是由國際食物政策研究所和中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所聯合開發，模型采用交叉信息熵方法對多源信息進行判別和處理，計算多種作物空間分布概率，進行作物空間分配優化，從而模擬作物空間分布特征。模型由交叉信息熵分布概率模型和作物空間分配優化模型構成，在對多源數據格式一致化處理后，采用交叉信息熵方法計算多種作物空間分布概率，基于信息熵模擬的概率分布進行區域作物面積分布，作物空間競爭的優化過程分配行政單元統計的面積值至像元上（圖1）。模型的基本架構分為：（1）模型輸入層，主要包括準備好的數據輸入，主要輸入的數據包括農作物產量和面積分縣統計數據，耕地空間分布數據，耕地灌溉空間分布數據，農業適宜性數據；通過模型參數校正與輸入模塊，進行多源數據的一致性檢驗和分析；（2）模型運行層，主要運行程序進行概率運算與分布優化，需要進行運算區域選擇，設置置信區間和選擇參加優化的作物；（3）模型輸出層，輸出的結果主要農作物的物理種植面積和收獲面積，農作物總產量，農作物單產量三類數據，并制圖。具體算法參見相關文獻中的論述[10,14]。模型輸出的結果為10 km像元的水稻、玉米、小麥和大豆作物種植面積的空間分布數據，整個東北地區大約可用13 012個像元覆蓋。

圖1 SPAM-China模型流程框架（修改自劉珍環等[10]）

1.3 類型變化分析

為定量計算種植結構類型變化，將不同時期的種植結構類型進行空間疊加運算，最終求出不同時期類型的轉移表。對任意兩期類型和，按照地圖迭代數學方法，可以求得由時期到+1時期的類型變化圖，表現了種植結構類型及其空間分布，具體計算公式如下：

據此可以求得種植結構類型互相轉化數量關系的原始轉移矩陣，然后根據原始轉移矩陣得到各類型變化數量和比例。

2 結果

2.1 四大作物時序變化特征

圖2展示的是1980—2012年東北地區玉米、大豆、小麥、水稻的種植面積及其比例隨時間變化趨勢。總體上水稻和玉米的種植面積呈顯著上升趨勢，東北地區的玉米種植面積由4.98307×106hm2增加至1.068161×107hm2，水稻由8.4873×105hm2增加至4.43275×106hm2。大豆呈現先升后降的趨勢，由2.65940×106hm2緩增至3.00953×106hm2，小麥則一直保持下降趨勢，由2.28367×106hm2減少至2.1686×105hm2。四大作物的種植結構自1980年以來，都是以玉米及大豆組合型為主導種植結構，玉米種植比例由46.2%逐年上升到58.2%，大豆則由24.7%下降至16.4%，水稻由7.9%上升至24.1%，小麥由21.2%降至1.2%，東北的種植結構朝向玉米，大豆和水稻的組合型變化。其中，水稻占四大作物的比例在黑龍江由3.6%上升至27.6%，遼寧由16.7%升為22.1%，吉林則由9.6%升至16.6%；玉米占四大作物的比例在黑龍江由32.3%升至46.6%，遼寧61.2%升至73.8%，吉林由64.0%增至77.9%；大豆變化也比較顯著，遼寧由20.4%降低至3.9%，吉林由21.2%降低至5.5%，黑龍江由28.0%降至23.9%；小麥在黑龍江36.1%降低至1.9%，而遼寧和吉林已接近消失。

2.2 種植面積比例的分布信息

表1列出了東北地區各種作物種植面積占四大作物總和面積的比例像元數和比例構成，分別以＜30%和≥30%統計不同種植面積比例的分布信息。研究表明種植規模的優先順序在2000年左右發生了變化，由玉米＞大豆＞小麥＞水稻變為玉米＞大豆＞水稻＞小麥；玉米是最大種植作物。1980年東北地區的水稻種植面積比例像元內≥30%的占12.5%，玉米則有62.10%，大豆有45.57%；小麥有34.97%。1990年東北地區的水稻種植面積比1980年有成倍增長，其中像元內面積比例超過30%像元數占23.66%，玉米有63.74%，大豆有45.23%，小麥有21.01%。1980—1990年四大作物種植順序是玉米＞大豆＞小麥＞水稻，但是水稻比例增加顯著。2000年，東北地區的水稻種植比例像元內面積超過30%的占27.69%，比1990年增加4%，水稻種植面積還是保持增加態勢，玉米占64.99%，大豆占45.40%，小麥只占6.25%，相比1990年有大規模萎縮。2010年，東北地區的水稻種植面積有規模性的增加，像元內面積比例≥30%的占27.62%，玉米占66.75%，大豆占42.90%，小麥只占6.58%。2000—2010年四大作物種植順序發生了規模上的調整，改為玉米＞大豆＞水稻＞小麥，水稻超越小麥在空間種植面積分布上升到第三位。

表1 東北地區四大作物種植面積比例的分布信息

圖2 東北地區農作物種植面積和比例變化

2.3 種植結構類型的空間分布

圖3是1980—2010年東北地區農作物種植結構類型的空間分布。其中，非種植區像元數從1980年的3 794個降至2010年的2 755個，表明東北地區一直在開墾新的耕地。4個時期共出現了14類種植結構類型，包括6種水稻及其組合類型，7種玉米及其組合類型，5種大豆及其組合類型，7種小麥及其組合類型。水稻及其組合類型像元數由1980年的767個上升至2010年的1 777個，相應地累積比例由8.30%上升為18.64%。玉米及其組合像元數由1980年5 273個增加至2010年6 289個，累積比例增長3.7%。1980—2010年間大豆及其組合類型像元數變化小，但累積比例減少4.2%。小麥及其組合類型像元數由1980年2 472個減少至2010年325個，累積比例從26.82%降為3.17%，是變化最為顯著的種植結構類型。

近30年進入前6位的類型有8種，單一玉米型保持第一，其他類型位序都在變化，表2列出了種植結構類型的像元數分布、比例構成和類型排序。1980年排在前六位的類型為4種單一類型和2種組合類型即玉米-大豆型和大豆-小麥型累計占像元數的92.59%。單一玉米型分布在遼寧西北部、吉林北部和黑龍江西部；玉米-大豆型分布于遼寧的阜新市等地，吉林南部，黑龍江雙城等地；單一大豆型分布于遼寧海城等地，吉林遼源市等地，黑龍江慶安及東部雞西等地；單一小麥型分布在黑龍江省嫩江周邊地區，零星分布吉林安圖和延吉等地。1990年水稻-玉米型代替了單一小麥型進入前六位的類型中，累計占像元數的90.9%。單一玉米型分布未發生大變化，但集中連片程度高于1980年。玉米-大豆型主要分布于遼寧朝陽向東北方向至遼陽一帶，吉林南部，黑龍江雙城等地；單一大豆型分布于吉林遼源等地，黑龍江東部和北部部分地區；單一水稻型少量集中片分布在遼寧盤錦和黑龍江五常等地。2000年水稻-大豆型代替了大豆-小麥型進入前六位中，累計占像元數的95.21%。單一玉米型分布在遼寧西北部、吉林北部和黑龍江西部。單一大豆型分布于遼寧普蘭店直至清源等地，吉林蛟河等地，黑龍江的巴彥等地；玉米-大豆型分布于遼寧阜新等地，吉林南部等地；單一水稻型少量集中片分布在遼寧盤錦，吉林舒蘭，黑龍江五常和友誼等地。2010年排在前六位的類型與2000年一致，累計占像元數的96.54%。單一玉米型集中連片分布在遼寧西北部、吉林北部和黑龍江西部。單一大豆型分布于吉林東部山區等地，黑龍江北部訥河等地。玉米-大豆型分布于吉林蛟河，黑龍江依安等地。水稻-玉米型分布在遼寧葫蘆島，吉林梅河口和黑龍江阿城等地。

圖3 1980—2010年間種植結構類型的空間分布

表2 1980—2010年間東北地區種植結構類型比例及排序

除排序變化外，種植類型像元數比例也變化顯著，單一玉米型從1980年的32.5%上升到2010年的41.92%；單一大豆型從14.48%上升到25.34%；單一水稻型從4.04%上升到7.39%；玉米-大豆型由18.7%降低到10.94%，單一小麥型從11.88%減少到0.83%；大豆-小麥型由10.96%減少到2.23%；水稻-玉米型從2.76%上升至8.29%；水稻-大豆型由0.59%上升到2.66%。1980—2010年的種植結構類型的空間分布和排序變化表明，東北地區的種植結構類型分布受玉米和大豆種植分布影響大，兩者在空間上分布范圍廣、集中連片，但玉米種植獨大的格局尚難改變，需要進行種植結構調整；水稻正成為東北地區重要的種植作物，而小麥正退出東北地區的重要種植區，未來的東北種植結構類型將以玉米、大豆和水稻為主。

2.4 種植結構類型的變化特征

運用轉移矩陣方法獲得4個時期種植結構類型變化特征（圖4，表3）。1980—1990年間，東北地區種植結構改變方向為單一玉米型改為水稻-玉米型等9種變化（圖4-a），前8種占全部變化的61.06%，其中，玉米-大豆型改為單一玉米型占12.65%，分布在遼寧阜新和沈陽、吉林公主嶺和黑龍江雙城等地；大豆-小麥型改為單一大豆型占11.04%，分布在黑龍江三江平原的虎林、撫遠和同江等地；單一玉米型改為玉米-大豆型占8.23%，分布在遼寧朝陽市，黑龍江齊齊哈爾等地；單一小麥型改為大豆-小麥型占7.85%，分布在黑龍江的訥河、克山和拜泉等地。1990—2000年，東北地區種植改變有9種變化類型（圖4-b），前8位占全部變化像元的50.45%，其中玉米-大豆型改為單一玉米型占12.63%，分布在阿城、九臺，遼寧朝陽等地；玉米-大豆型改為單一大豆型占7.67%，分布在黑龍江的齊齊哈爾等地；單一玉米型改為玉米-大豆型占7.14%，分布在寬甸和黑龍江的望奎等地。2000—2010年，種植類型變化有11種類型（圖4-c），前八位占比57.11%，其中，玉米-大豆型改為單一玉米型占15.76%，分布在遼寧的瓦房店、蓋州一帶向東北，黑龍江的海倫、青岡、巴彥和賓縣等地；非種植區改為單一大豆型占14.86%，主要分布在黑龍江北部的黑河、遜克等地。近30年變化有19種（圖4-d），前8位占比53.47%，其中，拓荒種植單一大豆型占13.76%，主要分布在黑龍江北部的黑河、遜克等地；大豆-小麥型改為單一大豆型占8.77%，主要分布在黑龍江東部的三江平原等地；單一小麥型改為單一大豆型占7.90%，分布在黑龍江的訥河等地。

表3 1980—2010年東北地區種植結構類型變化

近30年的種植結構類型以3種類型變化較多，一是由開墾耕地帶來的新類型，如非種植區改為單一大豆型；占所有變化比例為20.91%；二是單一作物型變化為2種或以上作物類型組合，如單一玉米型改為玉米-大豆型占比為34.90%；三是多種作物組合型變為單一作物型，將種植結構類型集聚化，如玉米-大豆型改為單一玉米型，占比為41.36%。此外，種植結構類型在空間上發生了顯著的作物種植空間轉移，小麥及其組合型在空間上顯著萎縮至黑龍江的嫩江附近，大豆由三省分布逐漸北移至黑龍江東部和中部區域。

3 討論

3.1 SPAM-China的數據集與誤差

運用SPAM-China模型獲取得10 km像元尺度多種作物的空間分布信息，為空間分析種植結構變化奠定了數據基礎[20-21]。以往的研究因缺乏時序方面的空間數據，以單一時間[22-23]，或采用行政單元統計數據[7]，進行作物種植結構空間布局優化研究[24]，導致種植結構調整缺少空間信息指引，不能有效地銜接地方實際種植結構調整變化過程。此研究既提升了空間分辨率，又保證了種植結構分析的時序性，能夠有效地為種植結構調整提供時空動態信息。

SPAM-China模型在模擬過程中模型會將統計數據的地區中80%用于模擬，20%的用于驗證，該驗證一直是確定模型模擬方法是否可行的一種內部數據質量控制驗證[25]。外部對比數據集，研究采用了NLCD-China和MIRCA-2000數據集進行空間采樣精度驗證，因缺少大豆和小麥的數據集，只比較了水稻和玉米[10,26]。SPAM-China模擬結果用于分析農作物種植結構空間變化的缺陷在于難以驗證歷史時期空間分布的絕對真實，本研究只是在數量上保障了與行政單元統計數據一致，因此，不可避免地出現少量空間異常的變化類[27]。因此，更多的單一像元變化尚需要進一步探索，遙感數據獲取技術的發展或許能夠彌補一部分這種偏差[12-13]。

3.2 東北地區種植結構調整方向

近30年的變化趨勢表明東北地區農業種植結構愈來愈趨向于單一化種植玉米，這對東北地區耕地資源與糧食增產潛力[28]，過剩的玉米收儲和種植結構有深遠的影響。《國家糧食安全中長期規劃綱要（2008-2020年）》設定2020年糧食自給率為95%，其中谷物為100%[18]，農作物種植結構變化與糧食供給能力密切相關，東北地區又是中國主要的糧倉，該地區調整農業種植結構直接關系到國家的糧食安全問題。近期中國農業部發布了《農業部關于“鐮刀彎”地區玉米結構調整的指導意見》[29]，東北地區是鐮刀灣地區的玉米種植核心區，調整農業種植結構勢在必行，既需消耗過剩的玉米種植面積和產量，又可增加中國糧食的安全保障程度。農戶選擇種植作物通常從勞動力和收益兩方面考量，他們會權衡外出務工收入與種地收入中勞動力付出的回報效應。東北地區近30年的變化表明，農戶更愿意選擇易種易收的玉米而減少勞動力成本；或者趨向于種植經濟作物和撂荒土地，減少經濟收益小的作物，改種收益大的作物。如果東北地區順勢減少玉米種植將直接釋放耕地資源，則需要考慮農戶種植其他作物收益填補，因此，需要統籌糧食安全保障與種植結構調整的關系[30]。中國的主糧以大米和小麥為主，糧食消費結構從南糧北運變化為北糧南運的格局，如東北地區的水稻種植面積持續增長將為中國北糧南運奠定更堅實基礎[31-32]。

圖4 近30年東北地區的種植結構類型時空變化圖

近30年東北地區種植結構變化分析發現種植結構比例和類型變化有顯著的單一化趨勢，特別是玉米種植，因此，需要政府指導農戶進行種植結構調整，調整的方向則是減少單一玉米型的種植結構類型，增加水稻和大豆及其組合型，這一調整方向將積極適應中國糧食消費格局和東北大糧倉的建設。種植結構變化的驅動是政策、技術進步、社會需求、經濟效益、自然條件、城市化和氣候變化等多因素綜合的作用過程[33-34]。東北地區種植結構調整與以下因素密切相關：（1）種植作物的農戶選擇行為與社會需求及經濟效益密切相關。農戶作物選擇的行為更關注直接可決定態度的作物產量，現有種植收益不調整，農戶更愿意選擇易種易收的作物[35]。因此，現階段玉米種植面積過剩的情況下，應該積極引導農戶改變種植行為。（2）政府引導的空間選擇與政策宣傳。盡管中國已認識到調整農作物種植結構的重要性，但是從東北地區的農戶調查看，農戶如果缺少政府引導，調整種植類型主要依靠經驗[36]，則各地種植結構缺少空間規劃和政策指引。（3）農業技術進步提升了作物產量和種植面積，物流成本降低改變了不同種植區的作物供需格局，需要充分利用這些因素引導東北地區種植結構調整。

此外，東北單季作物的在空間上具有排他性，缺少復種和輪作等種植制度方面的保障措施，需要防范農業自然災害和糧食市場變化對種植結構調整的負效影響。近三十年東北地區的氣候變暖對作物產量和種植面積都有正向效應[37]，玉米、冬小麥和單季稻種植界北移，為結構變化提供了地理空間[38]，東北地區的種植面積擴大，但同時也增加了需要應對極端氣候災害的風險，需要統籌新開墾耕地的種植作物類型。

4 結論

在SPAM-China模型模擬的基礎上，運用種植結構類型和變化分析方法，分析了近30年東北地區像元尺度的種植結構類型變化特征，主要結論如下：

（1）1980—2010年東北地區的種植面積比例變化表明，種植規模的優先順序在2000年左右發生了顯著變化，由玉米＞大豆＞小麥＞水稻變化為玉米＞大豆＞水稻＞小麥；玉米依然是第一大種植作物，且像元內種植面積占到整個東北地區種植比例的三分之二；大豆雖然是第二大作物，但主要種植結構比例北移至黑龍江省。

（2）近30年來非種植區持續下降，一直在開墾新的耕地。30年間共出現14種組合類型，包括7種玉米及其組合類型占比超過三分之二；5種大豆及其組合類型累積比例減少4.2%，6種水稻及其組合類型由1980年的8.30%增至2010年18.64%；7種小麥及其組合類型累積比例從26.82%降為3.17%，是變化最為顯著的種植結構類型。種植結構類型分布受玉米和大豆種植分布影響；水稻正成為東北地區重要的種植作物，而小麥正退出東北地區的重要種植區，未來的東北種植結構類型將以玉米、大豆和水稻為主。

（3）近30年變化有非種植區改為單一玉米型等19種，前8個類型變化占比53.47%。3種種植結構類型變化較多，一是由開墾耕地帶來的新類型，占所有變化類型比例為20.91%；二是單一作物型變化為兩種或以上作物類型組合，占比為34.90%；三是多種作物組合型變為單一作物型，將種植結構類型集聚化，占比為41.36%。近30年東北地區種植結構變化的分析表明政府應該指導農民進行種植結構調整，調整方向為減少單一玉米型，增加組合型，特別是水稻、大豆類的農作物組合有利于東北地區的種植結構調整，這一調整方向將積極適應中國糧食消費格局和東北大糧倉的建設，但因東北單季作物的在空間上具有排他性，需要防范農業自然災害和糧食市場變化對種植結構調整的負效影響。

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（責任編輯 李莉）

Spatio-temporal Changes of Cropping Types in Northeast China during 1980-2010

LIU Zhen-huan1, TANG Peng-qin2, FAN Ling-ling2, Yang Peng2, WU Wen-bin2

(1Department of Land Resources and Environment Studies, Geography and Planning School of Sun Yat-Sen University, Guangzhou 510275;2Institute of Agricultural Resources and Regional Planning, Chinese Academy of Agricultural Sciences/Key Laboratory of Agri-Informatics, Ministry of Agriculture, Beijing 100081)

【Objective】The aim of this study is to investigate the spatio-temporal changes of cropping types in Northeast China since 1980. 【Method】In this study, the SPAM-China model was used to simulate the spatial information of crop distribution by 10 km pixel. A new definition of cropping type was used in this study that is over 30% or rank in top three in pixel per crop. And spatial analysis method was used to analyze the cropping pattern and transfer matrix method was employed to detect the variation of cropping types. 【Result】The results indicate that (1) priority choice of crop in this region has shifted from corn＞soybean＞wheat＞rice to corn＞soybean＞rice＞wheat since 2000. (2)In the past thirty years, 14 kinds of cropping types were found in Northeast. The proportion of six kinds of rice types increased from 8.30% to 18.64%, which was distributed in Liaohe Plain, Songnen Plain and Sanjiang Plain etc. Seven kinds of maize types accounted for over 60%, which was the most common crop in central and west of NEC. Five kinds of soybean types reduced by 4.2%, which has shifted from a dispersal pattern to a concentrated pattern and was located in Heilongjiang province. The proportion of seven kinds of wheat types dropped from 26.82% to 3.17% and it was the most significant change type in the structure of cropping system. Now, only a few pixels are distributed in Nenjiang, Heilongjiang province. (3) Three changes of cropping types were classified by crop transition, reclaimed land planted with new crops accounted for 20.91%, and the main planted crop is rice; single cropping type changed to two or more crops combination type, accounting for 34.90%, most of the crops are rice and soybean; the combination of cropping types changed to single cropping types accounted for 41.36%, large part from maize planting area. 【Conclusion】 Over the past 30 years, corn and soybean played a dominant role in the spatial variation of cropping types, and rice has become an important type of crop, meanwhile, the planting area of wheat was reduced in many regions and now is only confined in Nenjiang. There is also a phenomenon that soybean shift from south of Northeast to north. Cropping structure adjustment could be firstly started from reducing single corn type and increasing soybean and rice combination, which is a basic way to understand food security and food supply pattern. These findings will supply support for decision-making in agricultural structure adjustment and adaptation to climate change in Northeast China.

crop pattern; cropping types; temporal and spatial change; pixels scale; Northeast China

2016-04-11；接受日期：2016-06-29

國家自然科學基金（41571172）、中央高校基本科研業務費專項資金資助中山大學青年教師培育項目（15lgpy23）

聯系方式：劉珍環，E-mail：zhenhuanliu@gmail.com。通信作者唐鵬欽，E-mail：tangpengqin@caas.cn