基于地貌分區的湖北省糧食生產格局與耕地資源匹配關系研究

張俊峰，丁建成，翁煜煒，張雄

基于地貌分區的湖北省糧食生產格局與耕地資源匹配關系研究

1中南財經政法大學公共管理學院，武漢 430073；2中南財經政法大學工商管理學院，武漢 430073；3中南民族大學公共管理學院，武漢 430074

【目的】研究不同地貌區糧食生產格局與區域耕地資源的匹配關系，為糧食生產布局和耕地資源保護提供決策依據。【方法】采用集中度、變異系數、重心模型、匹配度和LMDI模型等研究湖北省1990—2020年不同地貌區糧食生產格局變化與耕地資源的匹配關系。【結果】1990—2020年鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原糧食產量占湖北省糧食總產量的比重逐步調整為11.2%、30.6%、26.2%、32.0%。近30年湖北省各地貌區糧食作物生產集中度及變化趨勢存在顯著差異，糧食生產向鄂中崗地集中的趨勢明顯，以小麥和玉米為主，大豆生產則向江漢平原集中。湖北省糧食播種面積重心和糧食產量重心向西北方向移動了5.37和14.63 km，但鄂中崗地糧食生產重心向東北方向移動，江漢平原和鄂西山地則向西南移動。近30年來，鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原糧食生產與耕地資源重心的平均空間距離為6.20、3.35、10.57、6.82 km，變動一致性平均指數分別為0.49、0.44、0.40、0.27。湖北省糧食生產與耕地資源的基尼系數均大于0.5，且有增加趨勢，鄂西山地和江漢平原不平衡指數為正，鄂中崗地與鄂東丘陵不平衡指數為負。近30年各地貌區糧食產量變化的耕地數量效應與結構效應為負，耕地集約效應和質量效應為正，其中耕地種植結構變化對鄂東丘陵糧食生產的減量作用達到309.70萬t，而復種指數變化對鄂中崗地糧食生產的增量作用達到300.46萬t。【結論】近30年湖北省各地貌區耕地質量效應和耕地結構效應的增量作用正在減弱，數量效應的減量作用在增強，湖北省面臨優質耕地減少的種植風險和糧食種植結構調整帶來的產量風險。湖北省糧食生產與耕地資源長期處于不匹配狀態，且表現出明顯的區域地理特征。糧食生產空間布局和種植結構調整應充分考慮不同地貌區自然地理和耕地資源稟賦特征，推動糧食生產與耕地利用協調發展。

糧食生產；時空變化；地貌分區；耕地資源；匹配性；湖北省

0 引言

【研究意義】中國是人口大國，糧食生產與糧食安全事關國計民生和社會穩定的大局，對全球安全和經濟發展也至關重要[1]。隨著城鎮化和經濟的快速發展，居民消費結構轉變和種植業結構調整對區域糧食安全帶來了新的挑戰，中國糧食生產格局發生了明顯變化[2-3]。作為糧食生產的載體，耕地資源數量、利用方式以及空間分布變化也驅動著糧食生產格局變化[4-6]。研究糧食生產的時空變化及其與耕地資源的匹配關系，有助于推動糧食生產與耕地資源保護協調發展，對農業可持續發展也具有重要指導意義。【前人研究進展】已有文獻從糧食生產空間格局、種植結構、生產能力、生產效率、生產安全等方面研究了糧食生產時空變化及其驅動因素[7-11]。如學者們利用重心模型揭示了中國不同尺度單元糧食生產格局和生產能力變化及特征規律[12-13]。蔣凌霄等綜合運用空間集聚分析等方法研究了近30年來長株潭地區農作物種植結構的時空變化過程與格局[14]。邱孟龍等應用OLS和GWR模型研究了渭北黃土旱塬區典型糧食主產縣糧食單產的空間分布特征及影響因子[15]。ZHANG等運用Malmquist指數模型探討了2008—2017年中國糧食主產區糧食生產效率變化及其影響因素[16]。胡慧芝等運用探索性空間分析法、重心轉移模型和空間誤差模型研究了1990—2015年長江流域縣域糧食生產與糧食安全時空格局演變及影響因素[17]。研究表明，糧食生產格局變化受到糧食播種面積、作物種植結構、耕地利用變化、氣候變化、城鎮化、制度政策、區域經濟發展模式、水資源利用等多種因素驅動[5,18-20]。其中播種面積變化是糧食作物產量變化的直接原因，根本原因則更多為耕地資源利用與質量變化[21]。為此，學者們運用多種方法探討了糧食生產與耕地資源的匹配關系。如周志剛等基于LMDI模型對中國糧食生產因素進行分解，發現耕地面積變化表現為減量效應[22]。LI等研究發現近20年中國耕地面積重心和糧食生產重心分別向西北和東北方向移動，耕地與糧食生產的空間錯配程度加劇[23]。CHAI等通過空間分析模型揭示了糧食生產與耕地的重心移動軌跡，指出兩者空間錯配水平出現波動[24]。LI等基于潛在輪作制度測算了中國糧食產量與耕地的空間匹配程度，指出中國糧地存在嚴重的空間錯配[25]。王松南等則利用基尼系數和不平衡指數分析了中國省域糧食生產空間格局與耕地的匹配關系[26]。可見，已有研究從多種視角分析了糧食生產與耕地資源的匹配關系，但忽視了區域自然地理因素對糧食生產及其與耕地資源關系的影響。【本研究切入點】湖北省三面環山、中間低平，山地、丘陵、崗地、平原兼備，是中國傳統農業大省和13個糧食主產區之一，在全國糧食安全格局中處于重要地位。但是，當前湖北省耕地“非農化”“非糧化”傾向加劇，糧食增產和耕地保護壓力加大[27]。如何協調糧食生產與耕地資源利用，是湖北省糧食生產與耕地空間格局優化的重要內容。本研究考慮糧食生產的區域地理因素和耕地資源稟賦，基于地貌分區視角探討湖北省近30年來糧食生產時空格局變化特征，揭示糧食生產與區域耕地資源的時空匹配關系，為糧食生產優化布局和耕地資源合理利用提供決策參考。【擬解決的關鍵問題】本文首先分析湖北省不同地貌區糧食生產時空格局變化與特征；然后基于地貌分區視角探討糧食生產與耕地資源的相關性、耦合態勢、不平衡性；最后測算不同地貌區糧食生產變化的耕地效應，進一步論證糧食生產與耕地資源的匹配關系。

1 研究方法

1.1 糧食生產集中度

糧食生產集中度是指某一地區糧食產量（播種面積）占區域糧食總產量（播種面積）的比重。該指標可反映地區糧食產量（播種面積）對同時期區域總量的貢獻，公式為：

式中，con為糧食生產集中度；g為地區時期糧食產量或播種面積；g為時期全省糧食產量或播種面積。

1.2 糧食生產變異系數

變異系數又稱標準差率，是衡量資料中觀測值變異程度的統計量，且能夠消除單位和平均數不同對多項資料觀測值變異程度比較的影響，一般采用觀測值標準差與平均值的比值來計算[28]。采用變異系數探究不同地貌區糧食產量（播種面積）的波動性和相對均衡性。公式如下：

1.3 糧食生產空間重心模型

空間重心是指要素重心所在的經度與緯度，可以反映要素空間變動狀況及演化態勢。采用空間重心移動距離和方向反映糧食生產的空間演變軌跡。空間重心移動距離計算公式為：

為進一步考察糧食生產與耕地資源在空間上的耦合狀態，采用空間重疊性和變動一致性對兩者時空耦合程度進行計算。空間重疊性計算公式為：

1.4 糧食生產與耕地資源匹配度

根據基尼系數原理，構建糧食生產與耕地資源的基尼系數，來研究糧食生產與耕地資源的空間匹配度。糧食產量－耕地數量基尼系數，反映糧食生產相對耕地數量的區域集中狀態，系數越大，表示耕地數量緊缺地區的糧食產量越大。糧食產量－耕地質量基尼系數，反映糧食生產相對耕地質量的區域集中狀態，系數越大，表示耕地質量越低的地區糧食產量越大。采用地形面積法計算基尼系數，公式如下：

基尼系數主要用于評價整個區域耕地資源與糧食生產的空間匹配程度。為考察不同地貌區糧食生產與耕地資源的匹配程度，本文構建不同地貌區糧食產量與耕地數量的不平衡指數。不平衡指數將耕地數量和糧食產量作為空間坐標點，當坐標點與斜率為1的正比例函數距離更近，則表示坐標點的橫坐標和縱坐標差異更小，兩要素匹配程度較高，反之較低。計算公式為：

式中，d為糧食產量與耕地數量的不平衡指數，c、f分別表示各地貌區耕地數量和糧食產量占全省的比重。

1.5 糧食生產的因素分解模型

對數平均迪氏指數方法（Logarithmic Mean Divisia Index Method，LMDI）是一種具備獨立路徑、完全分解、無殘差、聚合一致、易于理解應用等獨特優勢的分解方法[30]。LMDI可以量化不同層面上的結構變動對總增量的貢獻，被廣泛運用于能源、環境以及資源等領域[22,31-32]。糧食產量受耕地面積、耕地利用水平、種植結構、耕地質量與生產技術等因素直接影響[17,33-34]。利用LMDI法將糧食產量變化分解為耕地面積、復種指數、糧食作物種植比以及糧食作物單產的因素，構建無殘差因素分解模型，表達式為：

式中，q、s、s、s分別表示糧食產量、耕地面積、農作物播種面積、糧食作物播種面積。r、l、c則分別表示復種指數、糧食作物種植比、糧食作物單產，可用來反映糧食生產的耕地集約效應、結構效應以及質量效應。糧食產量變化運用加法分解為：

式中，表示糧食產量變化量，分別表示時期t和基期糧食產量，則表示因耕地面積、復種指數、糧食作物種植比、糧食作物單產等因素導致的糧食產量變化量。為有效避免模型分解中出現的殘差項，采用LMDI法對糧食產量變化的各項因素進行分解，表達式為：

1.6 數據來源

為便于數據采集，本研究以湖北省87個縣區為基本單元，根據土地類型、地形坡度、海拔、植被覆蓋等因素，將湖北省劃分為江漢平原、鄂中崗地、鄂西山地和鄂東丘陵四類地貌區（圖1）。

研究中各縣區糧食產量、作物播種面積、耕地面積等指標數據主要來源于1991—2021年《湖北農村統計年鑒》。湖北省糧食作物產量、播種面積和耕地面積由各縣區數據匯總而得。由于土地利用分類體系的調整，湖北省耕地統計口徑和數據發生了較大變化，為保持數據的連續性和穩定性，以第二次全國土地調查數據為基準（2009—2017年），采用耕地修正模型[1]對1990—2020年耕地數據進行調整，公式為：

s= s-1+△s（13）

2 結果

2.1 湖北省不同地貌區糧食生產時序變化分析

2.1.1 糧食作物播種面積變化 1990—2020年湖北省糧食作物播種面積由535.87萬hm2變化為465.02萬hm2，減少13.2%，年均減少2.29萬hm2，下降趨勢明顯。其中，鄂西山地、鄂東丘陵、江漢平原糧食作物播種面積分別下降了31.2%、22.8%、20.5%，鄂中崗地糧食作物播種面積則增加了30.6%（圖2）。近30年來，江漢平原一直是湖北省糧食作物播種面積最大的區域，占總播種面積的比重維持在30%左右。其次是鄂東丘陵，糧食作物播種面積比重由26.0%下降為23.1%，且下降速度加快。鄂中崗地糧食作物播種面積占全省糧食作物播種面積的比重持續增加，2020年達到29.8%，增長了10.0%。鄂西山地糧食作物播種面積占全省糧食作物播種面積的比重由20.9%下降到16.5%，減少了4.4%，降幅最大。可見，近30年來湖北省糧食作物播種面積下降趨勢明顯，各地貌區糧食作物播種面積也在不斷變動。

圖1 湖北省地貌分區

AWM、ACH、AEH、AJP分別表示鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原的糧食作物播種面積；PWM、PCH、PEH、PJP分別表示鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原的糧食產量

2.1.2 糧食產量變化 1990—2020年湖北省糧食產量由2 488萬t增加到2 727.48萬t，增加了9.6%，增長態勢明顯，但也表現出劇烈的階段性變化特征。分階段來看，1990—2003年湖北省糧食產量減少了23.9%，降幅較大。2004—2020年湖北省糧食產量增長態勢明顯，增加了20.9%。分地貌區來看，江漢平原是湖北省糧食產量最高的區域，糧食產量由1990年的851.53萬t增加到2020年873.06萬t，占全省糧食產量的比重常年維持在30%以上。鄂東丘陵糧食產量由1990年的733.53萬t減少為2020年的715.84萬t，占全省糧食產量比重由29.5%下降為26.3%。鄂西山地是湖北省糧食產量最低的區域，1990—2020年糧食產量由321.63萬t減少為305.08萬t，減少了5.2%，占全省糧食產量比重也由12.9%下降為11.2%。鄂中崗地糧食產量由581.31萬t增長到833.50萬t，增加了43.4%，是增長幅度最大的地區，占全省糧食產量的比重由23.4%增長到30.6%。可見，江漢平原和鄂中崗地是湖北省糧食生產核心區域，鄂西山地和鄂東丘陵糧食產量呈下降趨勢。

2.1.3 糧食作物結構變化 選取小麥、水稻、玉米、大豆、秋薯等5種糧食作物，分析湖北省不同地貌區糧食作物結構變化（圖3）。從播種面積看，1990—2020年湖北省秋薯、水稻、小麥播種面積分別減少了75.6%、26.6%、19.1%，播種面積比重降低，而玉米、大豆播種面積增加了90.9%、28.9%，播種面積比重顯著上升。2020年湖北省小麥、水稻、玉米、大豆、秋薯播種面積占糧食作物播種面積比重調整為23.5%、52.1%、17.1%、5.0%、2.3%。近30年，鄂西山地玉米播種面積占比超過50%，玉米和薯類播種面積遠高于其他地區。鄂中崗地以種植小麥和水稻為主，播種面積分別為50.70萬hm2、51.30萬hm2，其中小麥播種面積在所有地貌區中最高。鄂東丘陵也以種植水稻和小麥為主，但表現出明顯的下降趨勢，其中水稻播種面積由1990年的106.48萬hm2減少為2020年的78.51萬hm2，小麥播種面積由36.66萬hm2減少為14.09萬hm2。江漢平原小麥、水稻和大豆播種面積占比較高，但30年來水稻播種面積減少了26.09萬hm2，大豆播種面積則增加了5.29萬hm2。可見，不同地貌區糧食作物種植結構變化差異明顯。

Awheat、Arice、Amaize、Asoybean、Apotato分別表示小麥、水稻、玉米、大豆、秋薯的播種面積；Pwheat、Price、Pmaize、Psoybean、Ppotato分別表示小麥、水稻、玉米、大豆、秋薯的產量

從產量來看，1990—2020年湖北省小麥、水稻、玉米、大豆產量分別增加了52.22萬t、34.23萬t、189.43萬t、9.31萬t，秋薯產量減少了60.12萬t。水稻是湖北省糧食的最重要來源，常年占糧食產量的70%左右。其次是小麥，占主要糧食作物產量的15%左右，大豆和秋薯產量比重長期低于5%。在各地貌區中，鄂西山地是玉米和秋薯重要主產區，玉米和秋薯產量占全省糧食產量比重最高時達80.0%和64.9%。1990—2020年鄂西山地玉米產量增長了32.1%，秋薯產量則減少了42.83萬t。鄂中崗地是最重要的小麥主產區，小麥產量由1990年的158.25萬t增加到2020年的235.88萬t，占全省糧食產量的比重也由45.6%上升到59.1%。鄂東丘陵小麥、水稻、大豆、秋薯等作物產量變化比較穩定，占全省糧食產量的比重逐步調整為11.8%、33.6%、14.7%、26.9%。江漢平原是湖北省水稻和大豆主產區，水稻和大豆產量占全省總產量的比重最高達到40.2%和47.1%。30年來，江漢平原水稻產量減少了23.11萬t，大豆則增加了7.72萬t。

2.2 湖北省不同地貌區糧食生產空間變動分析

2.2.1 糧食生產集中度 糧食生產集中度表明，湖北省1990—2020年糧食生產主要集中在江漢平原、鄂中崗地和鄂東丘陵，其中江漢平原和鄂中崗地貢獻了全省約60%的糧食產量。近30年來鄂中崗地糧食作物播種面積和產量集中度分別增加了10.0%和30.8%，鄂西山地和鄂東丘陵糧食作物播種面積和產量集中度則呈下降態勢，糧食生產向鄂中崗地集中的趨勢非常明顯。

從不同地貌區和作物種植結構來看（圖4），1990—2020年小麥播種面積和產量集中度在鄂中崗地、江漢平原、鄂東丘陵較高，鄂西山地較低。小麥播種面積和產量集中度在鄂中崗地分別增加了18.7%和46.0%，在江漢平原分別增加了11.4%和5.4%，在鄂東丘陵和鄂西山地播種面積集中度下降均超過10%，產量集中度下降超過48%。水稻播種面積和產量集中度在江漢平原、鄂東丘陵和鄂中崗地較高，其中在鄂中崗地呈上升趨勢，分別增加了6.5%、7.0%，而在江漢平原和鄂西山地呈下降趨勢。玉米播種面積和產量集中度在鄂西山地最高，但近30年來降幅較大，下降了37.6%、48.2%。而在鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原呈上升趨勢，其中鄂中崗地上升最大，增加了25.5%、197.2%。大豆播種面積和產量集中度在江漢平原最高，呈上升趨勢，分別增長17.6%和36.7%。秋薯播種面積和產量集中度在鄂西山地最高，但近年來呈下降趨勢，其他地貌類型區呈上升趨勢。可見，小麥、水稻生產在鄂中崗地、江漢平原和鄂東丘陵集中度較高，秋薯生產在鄂西山地集中度高，大豆生產在江漢平原集中度高，主要糧食作物生產向鄂中崗地和江漢平原集中的趨勢明顯。

2.2.2 糧食生產波動 根據糧食作物播種面積和產量變異系數，分析湖北省糧食作物在不同地貌區生產的波動性和相對均衡性。由圖5可知，1990—2020年湖北省糧食作物播種面積變異系數介于0.11—0.24之間，不同糧食作物播種面積變異系數在0.16—1.31之間變動。其中，大豆、秋薯、玉米等作物播種面積變異系數顯著大于小麥、水稻，說明大豆、秋薯、玉米在不同地貌區的播種面積變化差異要大于小麥和水稻。近30年來小麥、大豆播種面積變異系數分別增長了2.58倍、3.9%，玉米、秋薯、水稻播種面積變異系數分別減少了50.8%、23.9%、8.9%，表明小麥、大豆在不同地貌區的播種面積變化差異加大，玉米、秋薯、水稻在不同地貌區的播種面積變化趨向穩定。

1990—2020年湖北省糧食產量變異系數范圍介于0.21—0.34之間，不同糧食作物產量變異系數在0.16—1.42之間波動。主要糧食作物中，秋薯產量變異系數最大，依次為小麥、玉米、水稻、大豆。近30年來大豆、小麥產量變異系數分別增加了119.1%、34.7%，玉米、秋薯、水稻產量變異系數分別減少了50.8%、8.7%、1.0%，表明大豆、小麥在不同地貌區產量變異加大，玉米、秋薯、水稻在不同地貌區的產量變化趨向穩定。可見，湖北省不同地貌區間糧食產量波動平穩，但不同地貌區大豆、秋薯、玉米、小麥等作物播種面積和產量變化的波動性和均衡性存在較大差異。

圖4 1990—2020年湖北省不同地貌區主要糧食作物播種面積及產量集中度變化

圖5 1990—2020年湖北省不同地貌區主要糧食作物播種面積及產量波動性變化

2.2.3 糧食生產重心變動 利用重心模型可得到1990—2020年湖北省及各地貌區糧食作物播種面積重心和產量重心遷移路徑圖，見圖6和圖7。從圖6可知，1990—2020年湖北省糧食作物播種面積重心在112.68—112.76°E、30.83—30.89°N之間變動，東西方向上的移動幅度大于南北方向。湖北省糧食產量重心在112.88—113.03°E、30.82—30.90°N之間變動，東西方向上的移動幅度顯著大于南北方向。湖北省糧食作物播種面積重心和糧食產量重心均向西北方向變動，移動距離分別為5.37和14.63 km。在地貌區上表現為由江漢平原和鄂中崗地交界向鄂中崗地中心區域移動。糧食產量重心的移動距離和變動方向要大于糧食作物播種面積重心變動幅度。城鎮化進程和土地開發整理是湖北省糧食生產重心變動的重要推動因素。一方面，近30年城鎮化建設占用了大量的優質耕地資源，尤其是江漢平原，耕地面積和糧食作物播種面積降幅明顯；另一方面，近年來土地開發整理項目增加了鄂中崗地等區域耕地數量、提升了耕地質量，糧食生產重心進一步向鄂中崗地偏移。

圖6 1990—2020年湖北省糧食生產重心遷移路徑

不同地貌區，糧食生產重心的變動軌跡存在顯著差異。由圖7可知，鄂西山地糧食作物播種面積重心由110.18°E、31.16°N變化為110.18°E、31.03°N，向西南方向移動了16.44 km。糧食產量重心在110.12—110.24°E、30.97—31.19°N之間變動，向西南方向移動了21.22 km。鄂西山地糧食作物播種面積和產量重心趨向重合。鄂中崗地糧食生產重心變動方向與鄂西山地截然相反。但鄂中崗地糧食生產重心變動幅度較小，糧食作物播種面積和產量重心分別向東北方向移動了9.48和13.69 km，其中糧食產量重心1995年后基本保持穩定，表明鄂中崗地糧食生產的穩定性較高。鄂東丘陵糧食生產重心變動幅度最小，其中糧食作物播種面積重心在114.47—114.58°E、30.63—30.71°N之間變動，糧食產量重心變動范圍為114.47—114.53°E、30.72—30.76°N，糧食作物播種面積和糧食產量重心分別向西北方向移動了13.34和5.89 km，兩要素重心的變動軌跡差異較大。江漢平原糧食生產重心變動幅度與湖北省比較一致，糧食作物播種面積和產量重心分別向西南方向移動了4.58和21.24 km，其中糧食作物播種面積重心1990—2005年向東北大幅移動，2005—2020年反向移動至西南角。江漢平原糧食生產重心東西方向移動距離大于20 km，南北方向移動距離小于7 km，糧食作物播種面積和產量重心近年來趨向重合。

綜上可見，近30年來湖北省不同地貌區糧食生產重心的移動方向、移動距離、變動幅度以及遷移路徑存在明顯差異。揭示糧食生產重心變動與區域自然地理特征以及耕地資源稟賦的關系，對優化糧食生產空間格局和耕地利用保護具有現實指導意義。

2.3 基于地貌分區的湖北省糧食生產與耕地資源匹配關系分析

2.3.1 糧食生產與耕地資源的相關性分析 采用單位面積耕地糧食產量表示耕地質量。利用Pearson 相關系數法可以得到糧食生產與耕地資源的相關系數表。從表1可知，湖北省1990—2020年耕地數量與糧食作物播種面積、種植結構具有顯著的正相關關系，耕地質量與種植結構存在顯著的負相關關系，與糧食產量存在顯著的正相關關系。

分地貌區看，江漢平原耕地數量與糧食作物播種面積、產量、種植結構的相關性不顯著。鄂中崗地耕地數量與糧食播種面積、產量、種植結構則呈現高度正相關關系。鄂西山地耕地數量與種植結構高度正相關，鄂東丘陵耕地數量與糧食作物播種面積和產量一般正相關。可見，鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵耕地數量與糧食生產總體上保持了正相關性，而江漢平原耕地數量與糧食生產相關性不明顯。

在各地貌區，耕地質量與糧食作物播種面積和種植結構均呈顯著的負相關關系，表明耕地質量提高的同時，各地貌區糧食作物播種面積和種植比例出現下降。根本原因在于技術進步提高了耕地質量，而以市場為導向的農業經營方式和作物種植結構調整導致糧食生產空間壓縮。雖然耕地質量對糧食產量增長具有促進作用，但增收效應不明顯。這也說明了當前湖北省糧食生產偏離優質耕地資源的程度不斷加大。

表1 不同地貌區糧食生產與耕地資源的相關系數

*、**表示在5%、1 %水平（雙側）上顯著相關 *,** Indicates a significant correlation at the 5% and 1% levels (both sides)

2.3.2 糧食生產與耕地資源的耦合態勢分析 從空間重疊性看（圖8），湖北省糧食生產與耕地資源的重心空間距離由31.74 km縮短為19.76 km，空間重疊性提高，但近年來空間距離明顯上升。其中2001年湖北省糧食生產與耕地資源的重心空間距離最小，為13.52 km，隨后在波動中不斷上升，空間重疊性減弱。從空間一致性看，湖北省糧食生產與耕地資源的重心空間一致性指數在正負值之間波動，總體來看空間一致性較高，但近年來略有下降。1990—2020年兩要素重心同向變動的年份有24年，反向變動年份有6年。其中，1990—2008年，糧食生產與耕地資源的平均同向一致性指數達到0.8，反向一致性指數為-0.46，2009—2020年平均同向一致性指數下降為0.61，反向一致性指數為-0.55。可見，湖北省1990—2020年糧食生產與耕地資源的空間耦合態勢略有增強，但近年來耦合程度變差。

圖8 1990—2020年湖北省糧食生產與耕地資源重心的空間距離與變動一致性指數

從圖9可知，1990—2020年，鄂東丘陵糧食生產與耕地資源重心的空間重疊性最弱，平均空間距離為10.57 km。空間重疊性最強的是鄂中崗地，平均空間距離為3.35 km。鄂西山地和江漢平原空間重疊性比較一致。從變化幅度來看，4種地貌區空間重疊性都在劇烈波動中增強，其中江漢平原空間重疊性增強幅度最大，空間距離由1990年的19.16 km縮減至2020年的1.95 km，鄂中崗地最小，空間距離縮短了2.42 km。

在變動方向上，4種地貌區糧食生產與耕地資源重心的變動一致性指數均在（-1，1）之間來回波動，出現多個波谷和波峰，表明近30年來各地貌區糧食生產重心與耕地資源重心的耦合性較差。近30年來，鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原糧食生產與耕地資源重心的變動一致性平均指數分別為0.49、0.44、0.40、0.27，說明各地貌區糧食生產與耕地資源重心的變動方向整體上比較一致。其中，江漢平原一致性指數小于0的年份有10年，顯著高于鄂西山地的6年，可能的原因是城鎮化和市場經濟發展對江漢平原糧食生產和耕地利用的沖擊更大。從一致性指數變化趨勢看，江漢平原一致性指數提升了1.67，鄂東丘陵提升了0.17，糧食生產與耕地資源的耦合性增強。但鄂西山地和鄂中崗地的一致性指數下降明顯，糧食生產與耕地資源的耦合性在減弱，亟需提升糧食生產布局與耕地資源利用保護的協調性。

2.3.3 糧食生產與耕地資源的不平衡性分析 由表2可知，1990—2020年湖北省糧食產量與耕地數量g（質量g）的基尼系數先下降后上升，總體上大于0.5，且基尼系數有增加趨勢。鄂中崗地和鄂東丘陵不平衡指數為負，表示鄂中崗地和鄂東丘陵的糧食產量占湖北省糧食產量的比重超過了耕地數量占湖北省耕地數量的比重。這說明鄂中崗地和鄂東丘陵糧食產量在湖北省比重較大，但耕地資源數量分布相對較少，糧食產量與耕地數量不匹配。從變化趨勢看，1990—2020年鄂中崗地糧食產量增加速度超過了耕地數量增加速度，糧食產量與耕地數量的不匹配程度加劇。鄂東丘陵與之相反，糧食產量與耕地數量的不匹配程度得到緩解。鄂西山地和江漢平原不平衡指數為正，表示鄂西山地和江漢平原的耕地數量占湖北省耕地數量的比重大于糧食產量占湖北省糧食產量的比重。其中，鄂西山地糧食產量與耕地數量的不匹配程度大于江漢平原。1990—2020年江漢平原糧食生產與耕地數量的匹配關系在不斷改善，而鄂西山地不匹配程度有所加劇。整體上，湖北省糧食產量與耕地資源的匹配性較差，尤其是鄂中崗地糧食生產能力較高，但是耕地資源分布較少，鄂西山地則與之相反。

圖9 1990—2020年湖北省不同地貌區糧食生產與耕地資源重心的空間距離與變動一致性指數

表2 湖北省1990—2020年耕地資源與糧食生產的匹配度

2.4 基于地貌分區的湖北省糧食生產的耕地效應分解

2.4.1 湖北省糧食生產的耕地效應分解 由圖10可知，30年來湖北省糧食產量、糧食單產、復種指數均呈現增長態勢，而耕地面積、糧食作物種植比下降趨勢明顯。采用LMDI法對湖北省1990—2020年糧食產量變化的耕地效應進行分解。將糧食產量變化量分解為耕地數量效應、集約效應、結構效應和質量效應，分別表示由耕地面積、復種指數、糧食作物種植比以及糧食單產等因素變化對糧食產量變化的貢獻值（表3）。

圖10 1990—2020年湖北省糧食生產要素變化

表3 1990—2020年湖北省糧食產量的耕地效應分解

括號內表示該分解項的貢獻率。表4同 The contribution of this decomposition term is indicated in parentheses. The same as Table 4

由表3可知，耕地質量效應和集約效應的貢獻值為正，且起到主導作用。1991—2020年耕地質量效應和集約效應對湖北省糧食產量變化的貢獻值為692.52萬t、232.31萬t，說明糧食單產和復種指數對糧食生產具有增量作用。分階段看，‘九五’‘十三五’期間，耕地質量效應對糧食生產的貢獻值為負，表現為減量作用，其他階段質量效應均表現為增量作用。‘九五’‘十二五’‘十三五’期間，耕地集約效應表現為減量作用，‘十一五’期間集約效應對糧食產量變化的貢獻最大，達到220.28萬t。需要注意的是，近年來耕地質量效應和集約效應的減量作用明顯，湖北省糧食產量增長潛力風險加大。

1991—2020年，耕地數量效應、結構效應對湖北省糧食產量變化的貢獻值為負，具有減量作用。30年來湖北省糧食作物播種面積下降了13.2%，耕地數量減少了13.1%，直接導致483.15萬t和202.19萬t的糧食產量降幅。其中結構效應起主導作用，貢獻率是數量效應的2.39倍。分階段看，耕地數量效應、結構效應對糧食產量變化的驅動作用具有異質性。‘九五’‘十五’期間，耕地數量變化對糧食產量變動具有微弱的增量效應，貢獻量為48.39萬t，其他時期均表現為減量作用。‘十五’‘十一五’期間，糧食作物播種面積變化對糧食產量變動具有顯著的增量作用，貢獻量為221.51萬t，但前期糧食作物播種面積的急劇縮小大幅減少了糧食產量，導致整體上結構效應對糧食產量的貢獻值為負。

可見，湖北省糧食增長主要來源于耕地質量效應和集約效應的疊加，糧食產量下降則受結構效應和數量效應的共同影響。但從趨勢動態來看，耕地集約效應和質量效應對糧食產量變化的增量作用在變弱，數量效應的減量作用在增強。

2.4.2 不同地貌區糧食生產的耕地效應分解 表4顯示，鄂西山地1990—2020年糧食產量減少了16.55萬t，主要來自耕地數量效應和結構效應的疊加。因耕作條件局限和生態用途管制帶來的種植結構調整是鄂西山地糧食產量減少的主要因素。耕地非農化加速也是糧食產量下滑的主導因素，貢獻值為-88.24萬t。雖然鄂西山地耕地匱乏、耕作條件較差，但是土地開發力度和農業生產技術的提升，也給糧食增產提供了潛力和空間。近30年來，耕地復種指數增加和糧食單產提高貢獻了鄂西山地238.38萬t的糧食增產幅度。

鄂中崗地1990—2020年糧食產量增幅最大，達到252.19萬t。鄂中崗地糧食產量增加主要來自耕地集約效應和耕地質量效應，其中耕地集約效應最大，貢獻率為1.19。耕地結構效應和數量效應則具有較弱的減量作用。

鄂東丘陵1990—2020年糧食產量小幅縮減了17.69萬t。耕地結構效應對鄂東丘陵糧食產量變化的減量作用最為顯著，為-309.70萬t。耕地集約效應和質量效應，具有增量作用，合計貢獻343.50萬t。耕地數量效應對鄂東丘陵糧食產量變化的影響較小，貢獻率為2.91。鄂東丘陵耕地資源稀缺以及適應市場的農業種植結構調整，造成了糧食種植面積大幅縮減，對糧食產量帶來減量作用。

江漢平原1990—2020年糧食產量僅增加21.53萬t。江漢平原糧食產量增加主要來自耕地集約效應和耕地質量效應，貢獻率分別為8.79和9.11。江漢平原復種指數和糧食單產的提升，極大促進了該地區糧食產量增長。但是耕地數量效應和結構效應對江漢平原糧食產量變化具有減量作用，貢獻率分別為-6.72、-10.19。耕地數量減少和種植結構調整導致江漢平原糧食產量大幅下降，造成江漢平原糧食產量增長不明顯。

表4 1990—2020年湖北省不同地貌區糧食生產的耕地效應分解

3 討論

3.1 耕地面積的修正

由于統計口徑的差異和土地利用分類體系的變化，湖北省耕地面積的波動性非常明顯，不能直接進行變化趨勢分析。本文以第二次全國土地調查數據為基準（2009—2017），采用耕地變化量作為修正量，對研究期耕地面積進行調整。即當年耕地面積等于上年耕地面積加上當年耕地面積變化量。該方法被廣泛應用于耕地面積修正和復種指數計算[1,35]。采用該方法修正后的耕地面積（圖9）變化趨勢平穩，亦符合湖北省歷年耕地面積變化特點。需要說明的是，本文以湖北省各縣區為單元進行耕地面積修正，湖北省以及各地貌區耕地面積由修正后的縣區耕地面積匯總所得，糧食復種指數、糧食單產等均采用修正后的耕地面積計算。

3.2 糧食生產與耕地資源匹配關系

糧食生產與耕地利用的關系一直是學者們研究和爭論的焦點。如盧新海等指出湖北省2000—2019年耕地利用綠色轉型與糧食全要素生產率耦合協調度呈現上升趨勢[36]。Chai等研究發現湖北省糧食生產重心向西北方向移動了120.40°和13.45 km，耕地面積重心向東北方向移動了8.14°和5.60 km，耕地資源與糧食生產的空間錯配水平在波動中不斷糾正[24]。然而王松南等研究指出2003—2019年中國土地資源—糧食產量基尼系數擴大了，糧地匹配問題更加突出[26]。LI等通過測算中國糧食產量與實際耕地資源和潛在耕地資源的空間匹配程度，發現中國糧食生產與耕地資源存在嚴重的空間錯配[25]。可見，關于糧食生產與耕地資源的匹配關系仍存在爭論。

本研究運用多種方法分析了糧食生產與耕地資源的相關性、空間耦合態勢、空間均衡性分布與匹配程度，量化了糧食生產變化的耕地效應。結果表明，湖北省30年來糧食生產與耕地資源相關性不顯著，兩要素重心變動不一致，糧食生產格局與耕地資源分布在空間上不匹配，糧食生產中的耕地數量效應為負，質量和結構效應增量作用減弱。但是在不同地貌區，糧食生產與耕地資源匹配程度及其變動不一致，受到區域自然資源稟賦特征的影響。可見，不同研究視角和區域性特征會對糧食生產與耕地資源的匹配性關系造成偏差。糧食生產空間布局與耕地資源利用保護需要考慮區域自然資源特點和糧地空間匹配性。

3.3 耕地資源對糧食產量的貢獻

已有研究表明，糧食產量受到資源要素、氣候變化、城鎮化、區域政策、經濟發展模式、水土資源稟賦、作物播種面積和種植結構等眾多因素影響[5,22-24]。考慮到糧食生產影響因素的層次性，本文選擇耕地面積、種植結構、復種指數、糧食單產4個直接因素，分解糧食產量變化的耕地效應。結果顯示，湖北省1991—2020年糧食產量變動中的耕地數量效應為負，表現為減量效應，耕地面積變化造成糧食產量減少202.19萬t。這并不是說明耕地面積對湖北省糧食產量沒有貢獻甚至是負向作用，而是反映耕地資源數量變化已嚴重制約了糧食生產，造成了糧食產量下降。這也從側面說明了湖北省耕地面積不斷減少的事實。因此，耕地資源仍然是糧食生產的根基，湖北省耕地資源數量保護尤為迫切。

4 結論

近30年湖北省糧食生產總體上保持穩定，但各地貌區糧食生產時空格局與演變具有明顯的區域地理特征。其中鄂中崗地糧食增長幅度最大，也是糧食生產集中區域，鄂西山地和鄂東丘陵糧食產量下降明顯，糧食生產集中度下降。小麥、玉米等作物向鄂中崗地集中的趨勢顯著，大豆生產則向江漢平原集中。不同地貌區糧食生產重心的移動方向、距離、變動幅度以及遷移路徑存在顯著差異。在耕地效應方面，湖北省各地貌區耕地質量效應和結構效應的增量作用正在減弱，數量效應的減量作用在增強，面臨優質耕地減少的種植風險和作物結構調整帶來的產量風險。在時空匹配方面，湖北省各地貌區糧食生產與耕地資源空間耦合性較差，長期處于不匹配狀態。其中鄂中崗地糧地耦合性減弱、不匹配程度加劇，而鄂東丘陵和江漢平原不匹配程度有所緩解。湖北省糧食生產布局和結構調整需充分考慮各地貌區自然地理和耕地資源稟賦特征，推動糧食生產與耕地利用協調發展。

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Study on the Matching Relationship Between Pattern of Grain Production and Arable Land Resources in Hubei Province Based on Geomorphological Divisions

ZHANG JunFeng1, DING JianCheng1, WENG YuWei2, ZHANG Xiong3

1School of Public Administration, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan 430073;2School of Business Administration, Zhongnan University of Economics and Law, Wuhan 430073;3College of Public Administration, South-Central University for Nationalities, Wuhan 430074

【Objective】The matching relationship between grain production pattern and regional arable land resources in different geomorphologic zones was studied to provide decision-making basis for grain production distribution and arable land resources protection.【Method】Concentration index, coefficient of variation method, spatial center of gravity model, matching degree and LMDI model were used.【Result】From 1990 to 2020, the proportion of grain output of Western Mountains, Central Heights, Eastern Hills and Jianghan Plain in the total grain output of Hubei Province was gradually adjusted to 11.2%, 30.6%, 26.2% and 32.0%. There are significant differences in the concentration and changing trends of grain crop production with different geomorphological division in Hubei Province from 1990 to 2020. Grain production in Hubei Province has a clear tendency to concentrate in Central Heights, mainly wheat and corn, while soybean production is concentrated in Jianghan Plain. In the past 30 years, the barycenter of grains planting and the barycenter of grains production in Hubei Province have both shifted to the northwest, with a distance of 5.37 km and 14.63 km, respectively. However, the barycenter of grain production in the Central Heights moves to the northeast, while the Jianghan Plain and the Western Mountains move to the southwest. The average spatial distances between grains production and the barycenter of arable land resources in the Western Mountains, the Central Heights, the Eastern Hills and the Jianghan Plain of Hubei Province are 6.20 km, 3.35 km, 10.57 km and 6.82 km. And their average index of consistency of change are 0.49, 0.44, 0.40 and 0.27, respectively. The Gini coefficients of grain production and arable land resources in Hubei Province are all greater than 0.5 and tend to increase, while the imbalance indices of Western Mountains and Jianghan Plain are positive, and the imbalance indices of Central Heights and Eastern Hills are negative. The quantity effect and intensive effect of arable land for grain production change in the four geomorphological divisions in the last 30 years are negative, and the utilization effect and quality effect of arable land are positive, among which the decreasing effect of arable land planting structure change on grain production in the Eastern Hills reaches 3.097 million t, while the increasing effect of replanting index change on grain production in the Central Heights reaches 3.0046 million t.【Conclusion】In the past 30 years, the incremental effect of quality and structure of arable land in the geomorphological divisions of Hubei Province is weakening, and the decreasing effect of quantity is increasing. Grain production in Hubei faces the planting risk of decreasing quality cropland and the yield risk of grain planting structure adjustment. Grain production and arable land resources have long been mismatched in the geomorphological divisions of Hubei Province and show obvious regional characteristics. The spatial layout of grain production and the adjustment of planting structure should fully consider the natural geography and arable land resource endowment characteristics of different geomorphological divisions to promote the coordinated development of food production and arable land use.

grain production; spatial-temporal variation; geomorphological divisions; arable land resources; matching; Hubei Province

10.3864/j.issn.0578-1752.2024.09.010

2023-06-26；

2023-09-07

國家自然科學基金（71603288）、國家社科基金項目（21FGLB057）、教育部人文社會科學研究項目（21YJC790160）、中央高校基本科研業務費專項資金（2722024BY017）

張俊峰，E-mail：13476284344@126.com。通信作者張雄，E-mail：zhangxiong@mail.scuec.edu.cn

（責任編輯 李云霞）