張俊峰，丁建成，翁煜煒，張雄

基于地貌分區(qū)的湖北省糧食生產(chǎn)格局與耕地資源匹配關(guān)系研究

1中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)公共管理學(xué)院，武漢 430073；2中南財(cái)經(jīng)政法大學(xué)工商管理學(xué)院，武漢 430073；3中南民族大學(xué)公共管理學(xué)院，武漢 430074

【目的】研究不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)格局與區(qū)域耕地資源的匹配關(guān)系，為糧食生產(chǎn)布局和耕地資源保護(hù)提供決策依據(jù)。【方法】采用集中度、變異系數(shù)、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(qū)糧食生產(chǎn)格局變化與耕地資源的匹配關(guān)系。【結(jié)果】1990—2020年鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原糧食產(chǎn)量占湖北省糧食總產(chǎn)量的比重逐步調(diào)整為11.2%、30.6%、26.2%、32.0%。近30年湖北省各地貌區(qū)糧食作物生產(chǎn)集中度及變化趨勢(shì)存在顯著差異，糧食生產(chǎn)向鄂中崗地集中的趨勢(shì)明顯，以小麥和玉米為主，大豆生產(chǎn)則向江漢平原集中。湖北省糧食播種面積重心和糧食產(chǎn)量重心向西北方向移動(dòng)了5.37和14.63 km，但鄂中崗地糧食生產(chǎn)重心向東北方向移動(dòng)，江漢平原和鄂西山地則向西南移動(dòng)。近30年來，鄂西山地、鄂中崗地、鄂東丘陵、江漢平原糧食生產(chǎn)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(dòng)一致性平均指數(shù)分別為0.49、0.44、0.40、0.27。湖北省糧食生產(chǎn)與耕地資源的基尼系數(shù)均大于0.5，且有增加趨勢(shì)，鄂西山地和江漢平原不平衡指數(shù)為正，鄂中崗地與鄂東丘陵不平衡指數(shù)為負(fù)。近30年各地貌區(qū)糧食產(chǎn)量變化的耕地?cái)?shù)量效應(yīng)與結(jié)構(gòu)效應(yīng)為負(fù)，耕地集約效應(yīng)和質(zhì)量效應(yīng)為正，其中耕地種植結(jié)構(gòu)變化對(duì)鄂東丘陵糧食生產(chǎn)的減量作用達(dá)到309.70萬t，而復(fù)種指數(shù)變化對(duì)鄂中崗地糧食生產(chǎn)的增量作用達(dá)到300.46萬t?！窘Y(jié)論】近30年湖北省各地貌區(qū)耕地質(zhì)量效應(yīng)和耕地結(jié)構(gòu)效應(yīng)的增量作用正在減弱，數(shù)量效應(yīng)的減量作用在增強(qiáng)，湖北省面臨優(yōu)質(zhì)耕地減少的種植風(fēng)險(xiǎn)和糧食種植結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)。湖北省糧食生產(chǎn)與耕地資源長(zhǎng)期處于不匹配狀態(tài)，且表現(xiàn)出明顯的區(qū)域地理特征。糧食生產(chǎn)空間布局和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整應(yīng)充分考慮不同地貌區(qū)自然地理和耕地資源稟賦特征，推動(dòng)糧食生產(chǎn)與耕地利用協(xié)調(diào)發(fā)展。

糧食生產(chǎn)；時(shí)空變化；地貌分區(qū)；耕地資源；匹配性；湖北省

0 引言

【研究意義】中國(guó)是人口大國(guó)，糧食生產(chǎn)與糧食安全事關(guān)國(guó)計(jì)民生和社會(huì)穩(wěn)定的大局，對(duì)全球安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展也至關(guān)重要[1]。隨著城鎮(zhèn)化和經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，居民消費(fèi)結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變和種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整對(duì)區(qū)域糧食安全帶來了新的挑戰(zhàn)，中國(guó)糧食生產(chǎn)格局發(fā)生了明顯變化[2-3]。作為糧食生產(chǎn)的載體，耕地資源數(shù)量、利用方式以及空間分布變化也驅(qū)動(dòng)著糧食生產(chǎn)格局變化[4-6]。研究糧食生產(chǎn)的時(shí)空變化及其與耕地資源的匹配關(guān)系，有助于推動(dòng)糧食生產(chǎn)與耕地資源保護(hù)協(xié)調(diào)發(fā)展，對(duì)農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展也具有重要指導(dǎo)意義?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】已有文獻(xiàn)從糧食生產(chǎn)空間格局、種植結(jié)構(gòu)、生產(chǎn)能力、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)安全等方面研究了糧食生產(chǎn)時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)因素[7-11]。如學(xué)者們利用重心模型揭示了中國(guó)不同尺度單元糧食生產(chǎn)格局和生產(chǎn)能力變化及特征規(guī)律[12-13]。蔣凌霄等綜合運(yùn)用空間集聚分析等方法研究了近30年來長(zhǎng)株潭地區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的時(shí)空變化過程與格局[14]。邱孟龍等應(yīng)用OLS和GWR模型研究了渭北黃土旱塬區(qū)典型糧食主產(chǎn)縣糧食單產(chǎn)的空間分布特征及影響因子[15]。ZHANG等運(yùn)用Malmquist指數(shù)模型探討了2008—2017年中國(guó)糧食主產(chǎn)區(qū)糧食生產(chǎn)效率變化及其影響因素[16]。胡慧芝等運(yùn)用探索性空間分析法、重心轉(zhuǎn)移模型和空間誤差模型研究了1990—2015年長(zhǎng)江流域縣域糧食生產(chǎn)與糧食安全時(shí)空格局演變及影響因素[17]。研究表明，糧食生產(chǎn)格局變化受到糧食播種面積、作物種植結(jié)構(gòu)、耕地利用變化、氣候變化、城鎮(zhèn)化、制度政策、區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、水資源利用等多種因素驅(qū)動(dòng)[5,18-20]。其中播種面積變化是糧食作物產(chǎn)量變化的直接原因，根本原因則更多為耕地資源利用與質(zhì)量變化[21]。為此，學(xué)者們運(yùn)用多種方法探討了糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配關(guān)系。如周志剛等基于LMDI模型對(duì)中國(guó)糧食生產(chǎn)因素進(jìn)行分解，發(fā)現(xiàn)耕地面積變化表現(xiàn)為減量效應(yīng)[22]。LI等研究發(fā)現(xiàn)近20年中國(guó)耕地面積重心和糧食生產(chǎn)重心分別向西北和東北方向移動(dòng)，耕地與糧食生產(chǎn)的空間錯(cuò)配程度加劇[23]。CHAI等通過空間分析模型揭示了糧食生產(chǎn)與耕地的重心移動(dòng)軌跡，指出兩者空間錯(cuò)配水平出現(xiàn)波動(dòng)[24]。LI等基于潛在輪作制度測(cè)算了中國(guó)糧食產(chǎn)量與耕地的空間匹配程度，指出中國(guó)糧地存在嚴(yán)重的空間錯(cuò)配[25]。王松南等則利用基尼系數(shù)和不平衡指數(shù)分析了中國(guó)省域糧食生產(chǎn)空間格局與耕地的匹配關(guān)系[26]?？梢?，已有研究從多種視角分析了糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配關(guān)系，但忽視了區(qū)域自然地理因素對(duì)糧食生產(chǎn)及其與耕地資源關(guān)系的影響。【本研究切入點(diǎn)】湖北省三面環(huán)山、中間低平，山地、丘陵、崗地、平原兼?zhèn)?，是中?guó)傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)大省和13個(gè)糧食主產(chǎn)區(qū)之一，在全國(guó)糧食安全格局中處于重要地位。但是，當(dāng)前湖北省耕地“非農(nóng)化”“非糧化”傾向加劇，糧食增產(chǎn)和耕地保護(hù)壓力加大[27]。如何協(xié)調(diào)糧食生產(chǎn)與耕地資源利用，是湖北省糧食生產(chǎn)與耕地空間格局優(yōu)化的重要內(nèi)容。本研究考慮糧食生產(chǎn)的區(qū)域地理因素和耕地資源稟賦，基于地貌分區(qū)視角探討湖北省近30年來糧食生產(chǎn)時(shí)空格局變化特征，揭示糧食生產(chǎn)與區(qū)域耕地資源的時(shí)空匹配關(guān)系，為糧食生產(chǎn)優(yōu)化布局和耕地資源合理利用提供決策參考?！緮M解決的關(guān)鍵問題】本文首先分析湖北省不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)時(shí)空格局變化與特征；然后基于地貌分區(qū)視角探討糧食生產(chǎn)與耕地資源的相關(guān)性、耦合態(tài)勢(shì)、不平衡性；最后測(cè)算不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)變化的耕地效應(yīng)，進(jìn)一步論證糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配關(guān)系。

1 研究方法

1.1 糧食生產(chǎn)集中度

糧食生產(chǎn)集中度是指某一地區(qū)糧食產(chǎn)量（播種面積）占區(qū)域糧食總產(chǎn)量（播種面積）的比重。該指標(biāo)可反映地區(qū)糧食產(chǎn)量（播種面積）對(duì)同時(shí)期區(qū)域總量的貢獻(xiàn)，公式為：

式中，con為糧食生產(chǎn)集中度；g為地區(qū)時(shí)期糧食產(chǎn)量或播種面積；g為時(shí)期全省糧食產(chǎn)量或播種面積。

1.2 糧食生產(chǎn)變異系數(shù)

變異系數(shù)又稱標(biāo)準(zhǔn)差率，是衡量資料中觀測(cè)值變異程度的統(tǒng)計(jì)量，且能夠消除單位和平均數(shù)不同對(duì)多項(xiàng)資料觀測(cè)值變異程度比較的影響，一般采用觀測(cè)值標(biāo)準(zhǔn)差與平均值的比值來計(jì)算[28]。采用變異系數(shù)探究不同地貌區(qū)糧食產(chǎn)量（播種面積）的波動(dòng)性和相對(duì)均衡性。公式如下：

1.3 糧食生產(chǎn)空間重心模型

空間重心是指要素重心所在的經(jīng)度與緯度，可以反映要素空間變動(dòng)狀況及演化態(tài)勢(shì)。采用空間重心移動(dòng)距離和方向反映糧食生產(chǎn)的空間演變軌跡?？臻g重心移動(dòng)距離計(jì)算公式為：

為進(jìn)一步考察糧食生產(chǎn)與耕地資源在空間上的耦合狀態(tài)，采用空間重疊性和變動(dòng)一致性對(duì)兩者時(shí)空耦合程度進(jìn)行計(jì)算?？臻g重疊性計(jì)算公式為：

1.4 糧食生產(chǎn)與耕地資源匹配度

根據(jù)基尼系數(shù)原理，構(gòu)建糧食生產(chǎn)與耕地資源的基尼系數(shù)，來研究糧食生產(chǎn)與耕地資源的空間匹配度。糧食產(chǎn)量－耕地?cái)?shù)量基尼系數(shù)，反映糧食生產(chǎn)相對(duì)耕地?cái)?shù)量的區(qū)域集中狀態(tài)，系數(shù)越大，表示耕地?cái)?shù)量緊缺地區(qū)的糧食產(chǎn)量越大。糧食產(chǎn)量－耕地質(zhì)量基尼系數(shù)，反映糧食生產(chǎn)相對(duì)耕地質(zhì)量的區(qū)域集中狀態(tài)，系數(shù)越大，表示耕地質(zhì)量越低的地區(qū)糧食產(chǎn)量越大。采用地形面積法計(jì)算基尼系數(shù)，公式如下：

基尼系數(shù)主要用于評(píng)價(jià)整個(gè)區(qū)域耕地資源與糧食生產(chǎn)的空間匹配程度。為考察不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配程度，本文構(gòu)建不同地貌區(qū)糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量的不平衡指數(shù)。不平衡指數(shù)將耕地?cái)?shù)量和糧食產(chǎn)量作為空間坐標(biāo)點(diǎn)，當(dāng)坐標(biāo)點(diǎn)與斜率為1的正比例函數(shù)距離更近，則表示坐標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)和縱坐標(biāo)差異更小，兩要素匹配程度較高，反之較低。計(jì)算公式為：

式中，d為糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量的不平衡指數(shù)，c、f分別表示各地貌區(qū)耕地?cái)?shù)量和糧食產(chǎn)量占全省的比重。

1.5 糧食生產(chǎn)的因素分解模型

對(duì)數(shù)平均迪氏指數(shù)方法（Logarithmic Mean Divisia Index Method，LMDI）是一種具備獨(dú)立路徑、完全分解、無殘差、聚合一致、易于理解應(yīng)用等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)的分解方法[30]。LMDI可以量化不同層面上的結(jié)構(gòu)變動(dòng)對(duì)總增量的貢獻(xiàn)，被廣泛運(yùn)用于能源、環(huán)境以及資源等領(lǐng)域[22,31-32]。糧食產(chǎn)量受耕地面積、耕地利用水平、種植結(jié)構(gòu)、耕地質(zhì)量與生產(chǎn)技術(shù)等因素直接影響[17,33-34]。利用LMDI法將糧食產(chǎn)量變化分解為耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧食作物種植比以及糧食作物單產(chǎn)的因素，構(gòu)建無殘差因素分解模型，表達(dá)式為：

式中，q、s、s、s分別表示糧食產(chǎn)量、耕地面積、農(nóng)作物播種面積、糧食作物播種面積。r、l、c則分別表示復(fù)種指數(shù)、糧食作物種植比、糧食作物單產(chǎn)，可用來反映糧食生產(chǎn)的耕地集約效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)以及質(zhì)量效應(yīng)。糧食產(chǎn)量變化運(yùn)用加法分解為：

式中，表示糧食產(chǎn)量變化量，分別表示時(shí)期t和基期糧食產(chǎn)量，則表示因耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧食作物種植比、糧食作物單產(chǎn)等因素導(dǎo)致的糧食產(chǎn)量變化量。為有效避免模型分解中出現(xiàn)的殘差項(xiàng)，采用LMDI法對(duì)糧食產(chǎn)量變化的各項(xiàng)因素進(jìn)行分解，表達(dá)式為：

1.6 數(shù)據(jù)來源

為便于數(shù)據(jù)采集，本研究以湖北省87個(gè)縣區(qū)為基本單元，根據(jù)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(qū)（圖1）。

研究中各縣區(qū)糧食產(chǎn)量、作物播種面積、耕地面積等指標(biāo)數(shù)據(jù)主要來源于1991—2021年《湖北農(nóng)村統(tǒng)計(jì)年鑒》。湖北省糧食作物產(chǎn)量、播種面積和耕地面積由各縣區(qū)數(shù)據(jù)匯總而得。由于土地利用分類體系的調(diào)整，湖北省耕地統(tǒng)計(jì)口徑和數(shù)據(jù)發(fā)生了較大變化，為保持?jǐn)?shù)據(jù)的連續(xù)性和穩(wěn)定性，以第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)（2009—2017年），采用耕地修正模型[1]對(duì)1990—2020年耕地?cái)?shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整，公式為：

s= s-1+△s（13）

2 結(jié)果

2.1 湖北省不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)時(shí)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(shì)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(qū)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(xù)增加，2020年達(dá)到29.8%，增長(zhǎng)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?？梢?，近30年來湖北省糧食作物播種面積下降趨勢(shì)明顯，各地貌區(qū)糧食作物播種面積也在不斷變動(dòng)。

圖1 湖北省地貌分區(qū)

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(chǎn)量

2.1.2 糧食產(chǎn)量變化 1990—2020年湖北省糧食產(chǎn)量由2 488萬t增加到2 727.48萬t，增加了9.6%，增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)明顯，但也表現(xiàn)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(chǎn)量減少了23.9%，降幅較大。2004—2020年湖北省糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)明顯，增加了20.9%。分地貌區(qū)來看，江漢平原是湖北省糧食產(chǎn)量最高的區(qū)域，糧食產(chǎn)量由1990年的851.53萬t增加到2020年873.06萬t，占全省糧食產(chǎn)量的比重常年維持在30%以上。鄂東丘陵糧食產(chǎn)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(chǎn)量比重由29.5%下降為26.3%。鄂西山地是湖北省糧食產(chǎn)量最低的區(qū)域，1990—2020年糧食產(chǎn)量由321.63萬t減少為305.08萬t，減少了5.2%，占全省糧食產(chǎn)量比重也由12.9%下降為11.2%。鄂中崗地糧食產(chǎn)量由581.31萬t增長(zhǎng)到833.50萬t，增加了43.4%，是增長(zhǎng)幅度最大的地區(qū)，占全省糧食產(chǎn)量的比重由23.4%增長(zhǎng)到30.6%?？梢姡瓭h平原和鄂中崗地是湖北省糧食生產(chǎn)核心區(qū)域，鄂西山地和鄂東丘陵糧食產(chǎn)量呈下降趨勢(shì)。

2.1.3 糧食作物結(jié)構(gòu)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(qū)糧食作物結(jié)構(gòu)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(diào)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(yuǎn)高于其他地區(qū)。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(qū)中最高。鄂東丘陵也以種植水稻和小麥為主，但表現(xiàn)出明顯的下降趨勢(shì)，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?？梢?，不同地貌區(qū)糧食作物種植結(jié)構(gòu)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(chǎn)量

從產(chǎn)量來看，1990—2020年湖北省小麥、水稻、玉米、大豆產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量的70%左右。其次是小麥，占主要糧食作物產(chǎn)量的15%左右，大豆和秋薯產(chǎn)量比重長(zhǎng)期低于5%。在各地貌區(qū)中，鄂西山地是玉米和秋薯重要主產(chǎn)區(qū)，玉米和秋薯產(chǎn)量占全省糧食產(chǎn)量比重最高時(shí)達(dá)80.0%和64.9%。1990—2020年鄂西山地玉米產(chǎn)量增長(zhǎng)了32.1%，秋薯產(chǎn)量則減少了42.83萬t。鄂中崗地是最重要的小麥主產(chǎn)區(qū)，小麥產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量變化比較穩(wěn)定，占全省糧食產(chǎn)量的比重逐步調(diào)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(chǎn)區(qū)，水稻和大豆產(chǎn)量占全省總產(chǎn)量的比重最高達(dá)到40.2%和47.1%。30年來，江漢平原水稻產(chǎn)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(qū)糧食生產(chǎn)空間變動(dòng)分析

2.2.1 糧食生產(chǎn)集中度 糧食生產(chǎn)集中度表明，湖北省1990—2020年糧食生產(chǎn)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(xiàn)了全省約60%的糧食產(chǎn)量。近30年來鄂中崗地糧食作物播種面積和產(chǎn)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(chǎn)量集中度則呈下降態(tài)勢(shì)，糧食生產(chǎn)向鄂中崗地集中的趨勢(shì)非常明顯。

從不同地貌區(qū)和作物種植結(jié)構(gòu)來看（圖4），1990—2020年小麥播種面積和產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)量集中度下降超過48%。水稻播種面積和產(chǎn)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(shì)，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(shì)。玉米播種面積和產(chǎn)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(shì)，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(chǎn)量集中度在江漢平原最高，呈上升趨勢(shì)，分別增長(zhǎng)17.6%和36.7%。秋薯播種面積和產(chǎn)量集中度在鄂西山地最高，但近年來呈下降趨勢(shì)，其他地貌類型區(qū)呈上升趨勢(shì)?？梢?，小麥、水稻生產(chǎn)在鄂中崗地、江漢平原和鄂東丘陵集中度較高，秋薯生產(chǎn)在鄂西山地集中度高，大豆生產(chǎn)在江漢平原集中度高，主要糧食作物生產(chǎn)向鄂中崗地和江漢平原集中的趨勢(shì)明顯。

2.2.2 糧食生產(chǎn)波動(dòng) 根據(jù)糧食作物播種面積和產(chǎn)量變異系數(shù)，分析湖北省糧食作物在不同地貌區(qū)生產(chǎn)的波動(dòng)性和相對(duì)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(shù)介于0.11—0.24之間，不同糧食作物播種面積變異系數(shù)在0.16—1.31之間變動(dòng)。其中，大豆、秋薯、玉米等作物播種面積變異系數(shù)顯著大于小麥、水稻，說明大豆、秋薯、玉米在不同地貌區(qū)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(shù)分別增長(zhǎng)了2.58倍、3.9%，玉米、秋薯、水稻播種面積變異系數(shù)分別減少了50.8%、23.9%、8.9%，表明小麥、大豆在不同地貌區(qū)的播種面積變化差異加大，玉米、秋薯、水稻在不同地貌區(qū)的播種面積變化趨向穩(wěn)定。

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

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

圖5 1990—2020年湖北省不同地貌區(qū)主要糧食作物播種面積及產(chǎn)量波動(dòng)性變化

2.2.3 糧食生產(chǎn)重心變動(dòng) 利用重心模型可得到1990—2020年湖北省及各地貌區(qū)糧食作物播種面積重心和產(chǎn)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(dòng)，東西方向上的移動(dòng)幅度大于南北方向。湖北省糧食產(chǎn)量重心在112.88—113.03°E、30.82—30.90°N之間變動(dòng)，東西方向上的移動(dòng)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(chǎn)量重心均向西北方向變動(dòng)，移動(dòng)距離分別為5.37和14.63 km。在地貌區(qū)上表現(xiàn)為由江漢平原和鄂中崗地交界向鄂中崗地中心區(qū)域移動(dòng)。糧食產(chǎn)量重心的移動(dòng)距離和變動(dòng)方向要大于糧食作物播種面積重心變動(dòng)幅度。城鎮(zhèn)化進(jìn)程和土地開發(fā)整理是湖北省糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)的重要推動(dòng)因素。一方面，近30年城鎮(zhèn)化建設(shè)占用了大量的優(yōu)質(zhì)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(fā)整理項(xiàng)目增加了鄂中崗地等區(qū)域耕地?cái)?shù)量、提升了耕地質(zhì)量，糧食生產(chǎn)重心進(jìn)一步向鄂中崗地偏移。

圖6 1990—2020年湖北省糧食生產(chǎn)重心遷移路徑

不同地貌區(qū)，糧食生產(chǎn)重心的變動(dòng)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(dòng)了16.44 km。糧食產(chǎn)量重心在110.12—110.24°E、30.97—31.19°N之間變動(dòng)，向西南方向移動(dòng)了21.22 km。鄂西山地糧食作物播種面積和產(chǎn)量重心趨向重合。鄂中崗地糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)方向與鄂西山地截然相反。但鄂中崗地糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)幅度較小，糧食作物播種面積和產(chǎn)量重心分別向東北方向移動(dòng)了9.48和13.69 km，其中糧食產(chǎn)量重心1995年后基本保持穩(wěn)定，表明鄂中崗地糧食生產(chǎn)的穩(wěn)定性較高。鄂東丘陵糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)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(dòng)，糧食產(chǎn)量重心變動(dòng)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(chǎn)量重心分別向西北方向移動(dòng)了13.34和5.89 km，兩要素重心的變動(dòng)軌跡差異較大。江漢平原糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)幅度與湖北省比較一致，糧食作物播種面積和產(chǎn)量重心分別向西南方向移動(dòng)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(dòng)，2005—2020年反向移動(dòng)至西南角。江漢平原糧食生產(chǎn)重心東西方向移動(dòng)距離大于20 km，南北方向移動(dòng)距離小于7 km，糧食作物播種面積和產(chǎn)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(qū)糧食生產(chǎn)重心的移動(dòng)方向、移動(dòng)距離、變動(dòng)幅度以及遷移路徑存在明顯差異。揭示糧食生產(chǎn)重心變動(dòng)與區(qū)域自然地理特征以及耕地資源稟賦的關(guān)系，對(duì)優(yōu)化糧食生產(chǎn)空間格局和耕地利用保護(hù)具有現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。

2.3 基于地貌分區(qū)的湖北省糧食生產(chǎn)與耕地資源匹配關(guān)系分析

2.3.1 糧食生產(chǎn)與耕地資源的相關(guān)性分析 采用單位面積耕地糧食產(chǎn)量表示耕地質(zhì)量。利用Pearson 相關(guān)系數(shù)法可以得到糧食生產(chǎn)與耕地資源的相關(guān)系數(shù)表。從表1可知，湖北省1990—2020年耕地?cái)?shù)量與糧食作物播種面積、種植結(jié)構(gòu)具有顯著的正相關(guān)關(guān)系，耕地質(zhì)量與種植結(jié)構(gòu)存在顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，與糧食產(chǎn)量存在顯著的正相關(guān)關(guān)系。

分地貌區(qū)看，江漢平原耕地?cái)?shù)量與糧食作物播種面積、產(chǎn)量、種植結(jié)構(gòu)的相關(guān)性不顯著。鄂中崗地耕地?cái)?shù)量與糧食播種面積、產(chǎn)量、種植結(jié)構(gòu)則呈現(xiàn)高度正相關(guān)關(guān)系。鄂西山地耕地?cái)?shù)量與種植結(jié)構(gòu)高度正相關(guān)，鄂東丘陵耕地?cái)?shù)量與糧食作物播種面積和產(chǎn)量一般正相關(guān)?？梢姡跷魃降?、鄂中崗地、鄂東丘陵耕地?cái)?shù)量與糧食生產(chǎn)總體上保持了正相關(guān)性，而江漢平原耕地?cái)?shù)量與糧食生產(chǎn)相關(guān)性不明顯。

在各地貌區(qū)，耕地質(zhì)量與糧食作物播種面積和種植結(jié)構(gòu)均呈顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系，表明耕地質(zhì)量提高的同時(shí)，各地貌區(qū)糧食作物播種面積和種植比例出現(xiàn)下降。根本原因在于技術(shù)進(jìn)步提高了耕地質(zhì)量，而以市場(chǎng)為導(dǎo)向的農(nóng)業(yè)經(jīng)營(yíng)方式和作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致糧食生產(chǎn)空間壓縮。雖然耕地質(zhì)量對(duì)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)具有促進(jìn)作用，但增收效應(yīng)不明顯。這也說明了當(dāng)前湖北省糧食生產(chǎn)偏離優(yōu)質(zhì)耕地資源的程度不斷加大。

表1 不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源的相關(guān)系數(shù)

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

2.3.2 糧食生產(chǎn)與耕地資源的耦合態(tài)勢(shì)分析 從空間重疊性看（圖8），湖北省糧食生產(chǎn)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(chǎn)與耕地資源的重心空間距離最小，為13.52 km，隨后在波動(dòng)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(chǎn)與耕地資源的重心空間一致性指數(shù)在正負(fù)值之間波動(dòng)，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(dòng)的年份有24年，反向變動(dòng)年份有6年。其中，1990—2008年，糧食生產(chǎn)與耕地資源的平均同向一致性指數(shù)達(dá)到0.8，反向一致性指數(shù)為-0.46，2009—2020年平均同向一致性指數(shù)下降為0.61，反向一致性指數(shù)為-0.55?？梢姡笔?990—2020年糧食生產(chǎn)與耕地資源的空間耦合態(tài)勢(shì)略有增強(qiáng)，但近年來耦合程度變差。

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

從圖9可知，1990—2020年，鄂東丘陵糧食生產(chǎn)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(qiáng)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(qū)空間重疊性都在劇烈波動(dòng)中增強(qiáng)，其中江漢平原空間重疊性增強(qiáng)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(dòng)方向上，4種地貌區(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源重心的變動(dòng)一致性指數(shù)均在（-1，1）之間來回波動(dòng)，出現(xiàn)多個(gè)波谷和波峰，表明近30年來各地貌區(qū)糧食生產(chǎn)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(chǎn)與耕地資源重心的變動(dòng)一致性平均指數(shù)分別為0.49、0.44、0.40、0.27，說明各地貌區(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源重心的變動(dòng)方向整體上比較一致。其中，江漢平原一致性指數(shù)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(zhèn)化和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)發(fā)展對(duì)江漢平原糧食生產(chǎn)和耕地利用的沖擊更大。從一致性指數(shù)變化趨勢(shì)看，江漢平原一致性指數(shù)提升了1.67，鄂東丘陵提升了0.17，糧食生產(chǎn)與耕地資源的耦合性增強(qiáng)。但鄂西山地和鄂中崗地的一致性指數(shù)下降明顯，糧食生產(chǎn)與耕地資源的耦合性在減弱，亟需提升糧食生產(chǎn)布局與耕地資源利用保護(hù)的協(xié)調(diào)性。

2.3.3 糧食生產(chǎn)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(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量g（質(zhì)量g）的基尼系數(shù)先下降后上升，總體上大于0.5，且基尼系數(shù)有增加趨勢(shì)。鄂中崗地和鄂東丘陵不平衡指數(shù)為負(fù)，表示鄂中崗地和鄂東丘陵的糧食產(chǎn)量占湖北省糧食產(chǎn)量的比重超過了耕地?cái)?shù)量占湖北省耕地?cái)?shù)量的比重。這說明鄂中崗地和鄂東丘陵糧食產(chǎn)量在湖北省比重較大，但耕地資源數(shù)量分布相對(duì)較少，糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量不匹配。從變化趨勢(shì)看，1990—2020年鄂中崗地糧食產(chǎn)量增加速度超過了耕地?cái)?shù)量增加速度，糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量的不匹配程度加劇。鄂東丘陵與之相反，糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)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(shù)為正，表示鄂西山地和江漢平原的耕地?cái)?shù)量占湖北省耕地?cái)?shù)量的比重大于糧食產(chǎn)量占湖北省糧食產(chǎn)量的比重。其中，鄂西山地糧食產(chǎn)量與耕地?cái)?shù)量的不匹配程度大于江漢平原。1990—2020年江漢平原糧食生產(chǎn)與耕地?cái)?shù)量的匹配關(guān)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(chǎn)量與耕地資源的匹配性較差，尤其是鄂中崗地糧食生產(chǎn)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(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源重心的空間距離與變動(dòng)一致性指數(shù)

表2 湖北省1990—2020年耕地資源與糧食生產(chǎn)的匹配度

2.4 基于地貌分區(qū)的湖北省糧食生產(chǎn)的耕地效應(yīng)分解

2.4.1 湖北省糧食生產(chǎn)的耕地效應(yīng)分解 由圖10可知，30年來湖北省糧食產(chǎn)量、糧食單產(chǎn)、復(fù)種指數(shù)均呈現(xiàn)增長(zhǎng)態(tài)勢(shì)，而耕地面積、糧食作物種植比下降趨勢(shì)明顯。采用LMDI法對(duì)湖北省1990—2020年糧食產(chǎn)量變化的耕地效應(yīng)進(jìn)行分解。將糧食產(chǎn)量變化量分解為耕地?cái)?shù)量效應(yīng)、集約效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)和質(zhì)量效應(yīng)，分別表示由耕地面積、復(fù)種指數(shù)、糧食作物種植比以及糧食單產(chǎn)等因素變化對(duì)糧食產(chǎn)量變化的貢獻(xiàn)值（表3）。

圖10 1990—2020年湖北省糧食生產(chǎn)要素變化

表3 1990—2020年湖北省糧食產(chǎn)量的耕地效應(yīng)分解

括號(hào)內(nèi)表示該分解項(xiàng)的貢獻(xiàn)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(zhì)量效應(yīng)和集約效應(yīng)的貢獻(xiàn)值為正，且起到主導(dǎo)作用。1991—2020年耕地質(zhì)量效應(yīng)和集約效應(yīng)對(duì)湖北省糧食產(chǎn)量變化的貢獻(xiàn)值為692.52萬t、232.31萬t，說明糧食單產(chǎn)和復(fù)種指數(shù)對(duì)糧食生產(chǎn)具有增量作用。分階段看，‘九五’‘十三五’期間，耕地質(zhì)量效應(yīng)對(duì)糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn)值為負(fù)，表現(xiàn)為減量作用，其他階段質(zhì)量效應(yīng)均表現(xiàn)為增量作用?！盼濉濉濉陂g，耕地集約效應(yīng)表現(xiàn)為減量作用，‘十一五’期間集約效應(yīng)對(duì)糧食產(chǎn)量變化的貢獻(xiàn)最大，達(dá)到220.28萬t。需要注意的是，近年來耕地質(zhì)量效應(yīng)和集約效應(yīng)的減量作用明顯，湖北省糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)潛力風(fēng)險(xiǎn)加大。

1991—2020年，耕地?cái)?shù)量效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)湖北省糧食產(chǎn)量變化的貢獻(xiàn)值為負(fù)，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?cái)?shù)量減少了13.1%，直接導(dǎo)致483.15萬t和202.19萬t的糧食產(chǎn)量降幅。其中結(jié)構(gòu)效應(yīng)起主導(dǎo)作用，貢獻(xiàn)率是數(shù)量效應(yīng)的2.39倍。分階段看，耕地?cái)?shù)量效應(yīng)、結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)糧食產(chǎn)量變化的驅(qū)動(dòng)作用具有異質(zhì)性?！盼濉濉陂g，耕地?cái)?shù)量變化對(duì)糧食產(chǎn)量變動(dòng)具有微弱的增量效應(yīng)，貢獻(xiàn)量為48.39萬t，其他時(shí)期均表現(xiàn)為減量作用。‘十五’‘十一五’期間，糧食作物播種面積變化對(duì)糧食產(chǎn)量變動(dòng)具有顯著的增量作用，貢獻(xiàn)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(chǎn)量，導(dǎo)致整體上結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)值為負(fù)。

可見，湖北省糧食增長(zhǎng)主要來源于耕地質(zhì)量效應(yīng)和集約效應(yīng)的疊加，糧食產(chǎn)量下降則受結(jié)構(gòu)效應(yīng)和數(shù)量效應(yīng)的共同影響。但從趨勢(shì)動(dòng)態(tài)來看，耕地集約效應(yīng)和質(zhì)量效應(yīng)對(duì)糧食產(chǎn)量變化的增量作用在變?nèi)?，?shù)量效應(yīng)的減量作用在增強(qiáng)。

2.4.2 不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)的耕地效應(yīng)分解 表4顯示，鄂西山地1990—2020年糧食產(chǎn)量減少了16.55萬t，主要來自耕地?cái)?shù)量效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)的疊加。因耕作條件局限和生態(tài)用途管制帶來的種植結(jié)構(gòu)調(diào)整是鄂西山地糧食產(chǎn)量減少的主要因素。耕地非農(nóng)化加速也是糧食產(chǎn)量下滑的主導(dǎo)因素，貢獻(xiàn)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(fā)力度和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)的提升，也給糧食增產(chǎn)提供了潛力和空間。近30年來，耕地復(fù)種指數(shù)增加和糧食單產(chǎn)提高貢獻(xiàn)了鄂西山地238.38萬t的糧食增產(chǎn)幅度。

鄂中崗地1990—2020年糧食產(chǎn)量增幅最大，達(dá)到252.19萬t。鄂中崗地糧食產(chǎn)量增加主要來自耕地集約效應(yīng)和耕地質(zhì)量效應(yīng)，其中耕地集約效應(yīng)最大，貢獻(xiàn)率為1.19。耕地結(jié)構(gòu)效應(yīng)和數(shù)量效應(yīng)則具有較弱的減量作用。

鄂東丘陵1990—2020年糧食產(chǎn)量小幅縮減了17.69萬t。耕地結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)鄂東丘陵糧食產(chǎn)量變化的減量作用最為顯著，為-309.70萬t。耕地集約效應(yīng)和質(zhì)量效應(yīng)，具有增量作用，合計(jì)貢獻(xiàn)343.50萬t。耕地?cái)?shù)量效應(yīng)對(duì)鄂東丘陵糧食產(chǎn)量變化的影響較小，貢獻(xiàn)率為2.91。鄂東丘陵耕地資源稀缺以及適應(yīng)市場(chǎng)的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整，造成了糧食種植面積大幅縮減，對(duì)糧食產(chǎn)量帶來減量作用。

江漢平原1990—2020年糧食產(chǎn)量?jī)H增加21.53萬t。江漢平原糧食產(chǎn)量增加主要來自耕地集約效應(yīng)和耕地質(zhì)量效應(yīng)，貢獻(xiàn)率分別為8.79和9.11。江漢平原復(fù)種指數(shù)和糧食單產(chǎn)的提升，極大促進(jìn)了該地區(qū)糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)。但是耕地?cái)?shù)量效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)對(duì)江漢平原糧食產(chǎn)量變化具有減量作用，貢獻(xiàn)率分別為-6.72、-10.19。耕地?cái)?shù)量減少和種植結(jié)構(gòu)調(diào)整導(dǎo)致江漢平原糧食產(chǎn)量大幅下降，造成江漢平原糧食產(chǎn)量增長(zhǎng)不明顯。

表4 1990—2020年湖北省不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)的耕地效應(yīng)分解

3 討論

3.1 耕地面積的修正

由于統(tǒng)計(jì)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(dòng)性非常明顯，不能直接進(jìn)行變化趨勢(shì)分析。本文以第二次全國(guó)土地調(diào)查數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)（2009—2017），采用耕地變化量作為修正量，對(duì)研究期耕地面積進(jìn)行調(diào)整。即當(dāng)年耕地面積等于上年耕地面積加上當(dāng)年耕地面積變化量。該方法被廣泛應(yīng)用于耕地面積修正和復(fù)種指數(shù)計(jì)算[1,35]。采用該方法修正后的耕地面積（圖9）變化趨勢(shì)平穩(wěn)，亦符合湖北省歷年耕地面積變化特點(diǎn)。需要說明的是，本文以湖北省各縣區(qū)為單元進(jìn)行耕地面積修正，湖北省以及各地貌區(qū)耕地面積由修正后的縣區(qū)耕地面積匯總所得，糧食復(fù)種指數(shù)、糧食單產(chǎn)等均采用修正后的耕地面積計(jì)算。

3.2 糧食生產(chǎn)與耕地資源匹配關(guān)系

糧食生產(chǎn)與耕地利用的關(guān)系一直是學(xué)者們研究和爭(zhēng)論的焦點(diǎn)。如盧新海等指出湖北省2000—2019年耕地利用綠色轉(zhuǎn)型與糧食全要素生產(chǎn)率耦合協(xié)調(diào)度呈現(xiàn)上升趨勢(shì)[36]。Chai等研究發(fā)現(xiàn)湖北省糧食生產(chǎn)重心向西北方向移動(dòng)了120.40°和13.45 km，耕地面積重心向東北方向移動(dòng)了8.14°和5.60 km，耕地資源與糧食生產(chǎn)的空間錯(cuò)配水平在波動(dòng)中不斷糾正[24]。然而王松南等研究指出2003—2019年中國(guó)土地資源—糧食產(chǎn)量基尼系數(shù)擴(kuò)大了，糧地匹配問題更加突出[26]。LI等通過測(cè)算中國(guó)糧食產(chǎn)量與實(shí)際耕地資源和潛在耕地資源的空間匹配程度，發(fā)現(xiàn)中國(guó)糧食生產(chǎn)與耕地資源存在嚴(yán)重的空間錯(cuò)配[25]。可見，關(guān)于糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配關(guān)系仍存在爭(zhēng)論。

本研究運(yùn)用多種方法分析了糧食生產(chǎn)與耕地資源的相關(guān)性、空間耦合態(tài)勢(shì)、空間均衡性分布與匹配程度，量化了糧食生產(chǎn)變化的耕地效應(yīng)。結(jié)果表明，湖北省30年來糧食生產(chǎn)與耕地資源相關(guān)性不顯著，兩要素重心變動(dòng)不一致，糧食生產(chǎn)格局與耕地資源分布在空間上不匹配，糧食生產(chǎn)中的耕地?cái)?shù)量效應(yīng)為負(fù)，質(zhì)量和結(jié)構(gòu)效應(yīng)增量作用減弱。但是在不同地貌區(qū)，糧食生產(chǎn)與耕地資源匹配程度及其變動(dòng)不一致，受到區(qū)域自然資源稟賦特征的影響?？梢姡煌芯恳暯呛蛥^(qū)域性特征會(huì)對(duì)糧食生產(chǎn)與耕地資源的匹配性關(guān)系造成偏差。糧食生產(chǎn)空間布局與耕地資源利用保護(hù)需要考慮區(qū)域自然資源特點(diǎn)和糧地空間匹配性。

3.3 耕地資源對(duì)糧食產(chǎn)量的貢獻(xiàn)

已有研究表明，糧食產(chǎn)量受到資源要素、氣候變化、城鎮(zhèn)化、區(qū)域政策、經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式、水土資源稟賦、作物播種面積和種植結(jié)構(gòu)等眾多因素影響[5,22-24]?？紤]到糧食生產(chǎn)影響因素的層次性，本文選擇耕地面積、種植結(jié)構(gòu)、復(fù)種指數(shù)、糧食單產(chǎn)4個(gè)直接因素，分解糧食產(chǎn)量變化的耕地效應(yīng)。結(jié)果顯示，湖北省1991—2020年糧食產(chǎn)量變動(dòng)中的耕地?cái)?shù)量效應(yīng)為負(fù)，表現(xiàn)為減量效應(yīng)，耕地面積變化造成糧食產(chǎn)量減少202.19萬t。這并不是說明耕地面積對(duì)湖北省糧食產(chǎn)量沒有貢獻(xiàn)甚至是負(fù)向作用，而是反映耕地資源數(shù)量變化已嚴(yán)重制約了糧食生產(chǎn)，造成了糧食產(chǎn)量下降。這也從側(cè)面說明了湖北省耕地面積不斷減少的事實(shí)。因此，耕地資源仍然是糧食生產(chǎn)的根基，湖北省耕地資源數(shù)量保護(hù)尤為迫切。

4 結(jié)論

近30年湖北省糧食生產(chǎn)總體上保持穩(wěn)定，但各地貌區(qū)糧食生產(chǎn)時(shí)空格局與演變具有明顯的區(qū)域地理特征。其中鄂中崗地糧食增長(zhǎng)幅度最大，也是糧食生產(chǎn)集中區(qū)域，鄂西山地和鄂東丘陵糧食產(chǎn)量下降明顯，糧食生產(chǎn)集中度下降。小麥、玉米等作物向鄂中崗地集中的趨勢(shì)顯著，大豆生產(chǎn)則向江漢平原集中。不同地貌區(qū)糧食生產(chǎn)重心的移動(dòng)方向、距離、變動(dòng)幅度以及遷移路徑存在顯著差異。在耕地效應(yīng)方面，湖北省各地貌區(qū)耕地質(zhì)量效應(yīng)和結(jié)構(gòu)效應(yīng)的增量作用正在減弱，數(shù)量效應(yīng)的減量作用在增強(qiáng)，面臨優(yōu)質(zhì)耕地減少的種植風(fēng)險(xiǎn)和作物結(jié)構(gòu)調(diào)整帶來的產(chǎn)量風(fēng)險(xiǎn)。在時(shí)空匹配方面，湖北省各地貌區(qū)糧食生產(chǎn)與耕地資源空間耦合性較差，長(zhǎng)期處于不匹配狀態(tài)。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(chǎn)布局和結(jié)構(gòu)調(diào)整需充分考慮各地貌區(qū)自然地理和耕地資源稟賦特征，推動(dòng)糧食生產(chǎn)與耕地利用協(xié)調(diào)發(fā)展。

[1] 鄭亞楠, 張鳳榮, 謝臻, 張?zhí)熘? 李超, 王秀麗. 中國(guó)糧食生產(chǎn)時(shí)空演變規(guī)律與耕地可持續(xù)利用研究. 世界地理研究, 2019, 28(6): 120-131.

ZHENG Y N, ZHANG F R, XIE Z, ZHANG T Z, LI C, WANG X L. Research on spatial-temporal evolution of grain production and sustainable use of cultivated land in China. World Regional Studies, 2019, 28(6): 120-131. (in Chinese)

[2] 柴玲歡, 朱會(huì)義. 中國(guó)糧食生產(chǎn)區(qū)域集中化的演化趨勢(shì). 自然資源學(xué)報(bào), 2016, 31(6): 908-919.

CHAI L H, ZHU H Y. Evolution trend of regional centralization of grain production in China. Journal of Natural Resources, 2016, 31(6): 908-919. (in Chinese)

[3] LU C X, LIU A M, XIAO Y, LIU X J, XIE G D, CHENG S K. Changes in China’s grain production pattern and the effects of urbanization and dietary structure. Journal of Resources and Ecology, 2020, 11(4): 358.

[4] 黃海潮, 溫良友, 孔祥斌, 陳文廣, 孫曉兵. 中國(guó)耕地空間格局演化對(duì)耕地適宜性的影響及政策啟示. 中國(guó)土地科學(xué), 2021, 35(2): 61-70.

HUANG H C, WEN L Y, KONG X B, CHEN W G, SUN X B. The impact of spatial pattern evolution of cultivated land on cultivated land suitability in China and its policy implication. China Land Science, 2021, 35(2): 61-70. (in Chinese)

[5] 李圓圓, 談明洪, 張紅旗. 中國(guó)耕地空間格局變化對(duì)糧食生產(chǎn)的影響. 中國(guó)工程科學(xué), 2018, 20(5): 90-95.

LI Y Y, TAN M H, ZHANG H Q. The impact of cropland spatial pattern change on grain production in China. Strategic Study of CAE, 2018, 20(5): 90-95. (in Chinese)

[6] HE C Y, LIU Z F, XU M, MA Q, DOU Y Y. Urban expansion brought stress to food security in China: evidence from decreased cropland net primary productivity. The Science of the Total Environment, 2017, 576: 660-670.

[7] LI S T, ZHANG D J, XIE Y, YANG C. Analysis on the spatio- temporal evolution and influencing factors of China’s grain production. Environmental Science and Pollution Research, 2022, 29(16): 23834-23846.

[8] 胡憶雨, 朱穎璇, 楊雨豪, 鄒軍, 陳阜, 尹小剛. 1951—2015年中國(guó)主要糧食與油料作物種植結(jié)構(gòu)變化分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2019, 24(11): 183-196.

HU Y Y, ZHU Y X, YANG Y H, ZOU J, CHEN F, YIN X G. Changes of the planting structure of major food and oil crops in China from 1951 to 2015. Journal of China Agricultural University, 2019, 24(11): 183-196. (in Chinese)

[9] PAN J W, CHEN Y Y, ZHANG Y, CHEN M, FENNELL S, LUAN B, WANG F, MENG D, LIU Y L, JIAO L M, WANG J. Spatial-temporal dynamics of grain yield and the potential driving factors at the County level in China. Journal of Cleaner Production, 2020, 255: 120312.

[10] 劉傳明, 范觀宇, 毛廣雄, 何品蓉. 近20年淮河生態(tài)經(jīng)濟(jì)帶糧食生產(chǎn)效率時(shí)空變化與影響因素. 自然資源學(xué)報(bào), 2023, 38(3): 707-720.

LIU C M, FAN G Y, MAO G X, HE P R. Spatio-temporal variation and influencing factors of grain production efficiency in Huaihe Eco-Economic Belt in recent 20 years. Journal of Natural Resources, 2023, 38(3): 707-720. (in Chinese)

[11] WANG J Y, ZHANG Z W, LIU Y S. Spatial shifts in grain production increases in China and implications for food security. Land Use Policy, 2018, 74: 204-213.

[12] YE Y J, QI Q W, JIANG L L, LI X F. Spatial–temporal changes in grain input–output and the driving mechanism in China since 1985. International Journal of Agricultural Sustainability, 2017, 15(4): 445-456.

[13] 姚成勝, 殷偉, 黃琳, 崔會(huì)芳. 中國(guó)糧食生產(chǎn)與消費(fèi)能力脆弱性的時(shí)空格局及耦合協(xié)調(diào)性演變. 經(jīng)濟(jì)地理, 2019, 39(12): 147-156.

YAO C S, YIN W, HUANG L, CUI H F. Spatial-temporal pattern and coupling coordination evolution of the vulnerability of food production and consumption ability in China. Economic Geography, 2019, 39(12): 147-156. (in Chinese)

[14] 蔣凌霄, 安悅, 譚雪蘭, 米勝淵, 熊亞東, 譚杰揚(yáng). 近30年來長(zhǎng)株潭地區(qū)農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)演變及優(yōu)化對(duì)策. 經(jīng)濟(jì)地理, 2020, 40(1): 173-180.

JIANG L X, AN Y, TAN X L, MI S Y, XIONG Y D, TAN J Y. Temporal and spatial evolution and optimized countermeasure of crop planting structure in the Changsha-Zhuzhou-xiangtan area in recent 30 years. Economic Geography, 2020, 40(1): 173-180. (in Chinese)

[15] 邱孟龍, 曹小曙, 周建, 馮小龍, 高興川. 基于GWR模型的渭北黃土旱塬糧食單產(chǎn)空間分異及其影響因子分析: 以陜西彬縣為例. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2019, 52(2): 273-284. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752. 2019.02.007.

QIU M L, CAO X S, ZHOU J, FENG X L, GAO X C. Spatial differentiation and impact factors of grain yield per hectare in Weibei Plateau based on GWR model: a case study of Binxian County, shannxi. Scientia Agricultura Sinica, 2019, 52(2): 273-284. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2019.02.007. (in Chinese)

[16] ZHANG D H, WANG H Q, LOU S. Research on grain production efficiency in China’s main grain-producing areas from the perspective of grain subsidy. Environmental Technology & Innovation, 2021, 22: 101530.

[17] 胡慧芝, 王建力, 王勇, 龍曉泳. 1990—2015年長(zhǎng)江流域縣域糧食生產(chǎn)與糧食安全時(shí)空格局演變及影響因素分析. 長(zhǎng)江流域資源與環(huán)境, 2019, 28(2): 359-367.

HU H Z, WANG J L, WANG Y, LONG X Y. Spatial-temporal pattern and influencing factors of grain production and food security at County level in the Yangtze River Basin from 1990 to 2015. Resources and Environment in the Yangtze Basin, 2019, 28(2): 359-367. (in Chinese)

[18] XU S W, WU J Z, SONG W, LI Z Q, LI Z M, KONG F T. Spatial-temporal changes in grain production, consumption and driving mechanism in China. Journal of Integrative Agriculture, 2013, 12(2): 374-385.

[19] 侯孟陽, 鄧元杰, 姚順波. 城鎮(zhèn)化、耕地集約利用與糧食生產(chǎn): 氣候條件下有調(diào)節(jié)的中介效應(yīng). 中國(guó)人口·資源與環(huán)境, 2022, 32(10): 160-171.

HOU M Y, DENG Y J, YAO S B. Urbanization, intensive cropland use, and grain production: a moderated mediating effect test under climate conditions. China Population, Resources and Environment, 2022, 32(10): 160-171. (in Chinese)

[20] 何理, 尹方平, 趙文儀, 夏軍. 中國(guó)水-土-人口資源多元時(shí)空匹配格局及其對(duì)糧食生產(chǎn)與安全的影響研究. 水利水電技術(shù)(中英文), 2022, 53(3): 11-27.

HE L, YIN F P, ZHAO W Y, XIA J. Multivariate spatiotemporal matching pattern of water-land-population resources in China and its impact on food production and security. Water Resources and Hydropower Engineering, 2022, 53(3): 11-27. (in Chinese)

[21] 劉正佳, 鐘會(huì)民, 李裕瑞, 文琦, 劉雪琦, 簡(jiǎn)鈺清. 近20年中國(guó)糧食生產(chǎn)變化特征及其對(duì)區(qū)域糧食供需格局的影響. 自然資源學(xué)報(bào), 2021, 36(6): 1413-1425.

LIU Z J, ZHONG H M, LI Y R, WEN Q, LIU X Q, JIAN Y Q. Change in grain production in China and its impacts on spatial supply and demand distributions in recent two decades. Journal of Natural Resources, 2021, 36(6): 1413-1425. (in Chinese)

[22] 周志剛, 鄭明亮. 基于對(duì)數(shù)均值迪氏指數(shù)法的中國(guó)糧食產(chǎn)量影響因素分解. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào), 2015, 31(2): 1-6.

ZHOU Z G, ZHENG M L. Influential factors decomposition for China’s grain yield based on logarithmic mean Divisia index method. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering, 2015, 31(2): 1-6. (in Chinese)

[23] LI L H, JIANG P S, LIU W F, SUN Y X, DANG Z H. Increasing spatial mismatch of cropland-grain production-population in China over the past two decades. Land, 2022, 11(10): 1685.

[24] CHAI J, WANG Z Q, YANG J, ZHANG L G. Analysis for spatial-temporal changes of grain production and farmland resource: evidence from Hubei Province, central China. Journal of Cleaner Production, 2019, 207: 474-482.

[25] LI T T, LONG H L, ZHANG Y N, TU S S, GE D Z, LI Y R, HU B Q. Analysis of the spatial mismatch of grain production and farmland resources in China based on the potential crop rotation system. Land Use Policy, 2017, 60: 26-36.

[26] 王松南, 穆月英. 我國(guó)糧食生產(chǎn)格局演變下的糧地匹配. 中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào), 2022, 27(9): 1-11.

WANG S N, MU Y Y. Spatial pattern evolution of grain production and its impact on grain-land matching in China. Journal of China Agricultural University, 2022, 27(9): 1-11. (in Chinese)

[27] 馬才學(xué), 溫檳熒, 柯新利. 基于SOM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的耕地非農(nóng)化壓力區(qū)域差異研究: 以湖北省為例. 華中農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2017(4): 109-117, 150.

MA C X, WEN B Y, KE X L. Regional differences of farmland conversion based on SOM neural network model—A case study in Hubei Province. Journal of Huazhong Agricultural University (Social Sciences Edition), 2017(4): 109-117, 150. (in Chinese)

[28] 毛平平, 沈貝貝, 丁蕾, 朱曉昱, 辛?xí)云? 閆玉春, 王旭, 閆瑞瑞, 徐麗君, 陳寶瑞. 半干旱牧區(qū)天然打草場(chǎng)生產(chǎn)力時(shí)空變化及對(duì)氣候響應(yīng)分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2020, 53(13): 2743-2756. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.021.

MAO P P, SHEN B B, DING L, ZHU X Y, XIN X P, YAN Y C, WANG X, YAN R R, XU L J, CHEN B R. Temporal and spatial variation of productivity and its response to climate in semi-arid pasture of forage harvesting area. Scientia Agricultura Sinica, 2020, 53(13): 2743-2756. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2020.13.021. (in Chinese)

[29] 楊鑫, 穆月英. 中國(guó)糧食生產(chǎn)與水資源的時(shí)空匹配格局. 華南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(社會(huì)科學(xué)版), 2019, 18(4): 91-100.

YANG X, MU Y Y. Spatial-temporal matching patterns of grain production and water resources. Journal of South China Agricultural University (Social Science Edition), 2019, 18(4): 91-100. (in Chinese)

[30] 呂明, 范俊楠, 王雅鵬. 湖北省糧食生產(chǎn)時(shí)空變動(dòng)的實(shí)證研究: 基于LMDI分解法. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào), 2016, 28(5): 893-900.

Lü M, FAN J N, WANG Y P. Decomposition and measurement of effects of cultivated land use and temporal-spatial variation of grain production based on LMDI method in Hubei. Acta Agriculturae Zhejiangensis, 2016, 28(5): 893-900. (in Chinese)

[31] ANG B W, LIU N. Negative-value problems of the logarithmic mean Divisia index decomposition approach. Energy Policy, 2007, 35(1): 739-742.

[32] JIAO J L, QI Y Y, CAO Q, LIU L C, LIANG Q M. China’s targets for reducing the intensity of CO2emissions by 2020. Energy Strategy Reviews, 2013, 2(2): 176-181.

[33] 宋小青, 歐陽竹. 1999—2007年中國(guó)糧食安全的關(guān)鍵影響因素. 地理學(xué)報(bào), 2012, 67(6): 793-803.

SONG X Q, OUYANG Z. Key influencing factors of food security guarantee in China during 1999-2007. Acta Geographica Sinica, 2012, 67(6): 793-803. (in Chinese)

[34] 陳印軍, 易小燕, 方琳娜, 楊瑞珍. 中國(guó)耕地資源與糧食增產(chǎn)潛力分析. 中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué), 2016, 49(6): 1117-1131. doi: 10.3864/j.issn. 0578-1752.2016.06.008.

CHEN Y J, YI X Y, FANG L N, YANG R Z. Analysis of cultivated land and grain production potential in China. Scientia Agricultura Sinica, 2016, 49(6): 1117-1131. doi: 10.3864/j.issn.0578-1752.2016. 06.008. (in Chinese)

[35] 汪涌, 王濱, 馬倉, 鐘曉琳, 蔡運(yùn)龍. 基于耕地面積訂正的中國(guó)復(fù)種指數(shù)研究. 中國(guó)土地科學(xué), 2008, 22(12): 46-52.

WANG Y, WANG B, MA C, ZHONG X L, CAI Y L. Study on the multiple cropping index based on revised cultivated land area in China. China Land Science, 2008, 22(12): 46-52. (in Chinese)

[36] 盧新海, 崔?，? 柯善淦, 匡兵. 湖北省耕地利用綠色轉(zhuǎn)型與糧食全要素生產(chǎn)率的耦合協(xié)調(diào)及其驅(qū)動(dòng)機(jī)制研究. 中國(guó)土地科學(xué), 2022, 36(8): 75-84.

LU X H, CUI H Y, KE S G, KUANG B. Coupling coordination and driving mechanism of green transition of farmland use and total factor productivity of grain in Hubei Province. China Land Science, 2022, 36(8): 75-84. (in Chinese)

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(guó)家自然科學(xué)基金（71603288）、國(guó)家社科基金項(xiàng)目（21FGLB057）、教育部人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目（21YJC790160）、中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)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(zé)任編輯 李云霞）