基于地貌分区的湖北省粮食生产格局与耕地资源匹配关系研究

张俊峰，丁建成，翁煜炜，张雄

基于地貌分区的湖北省粮食生产格局与耕地资源匹配关系研究

1中南财经政法大学公共管理学院，武汉 430073；2中南财经政法大学工商管理学院，武汉 430073；3中南民族大学公共管理学院，武汉 430074

【目的】研究不同地貌区粮食生产格局与区域耕地资源的匹配关系，为粮食生产布局和耕地资源保护提供决策依据。【方法】采用集中度、变异系数、重心模型、匹配度和LMDI模型等研究湖北省1990—2020年不同地貌区粮食生产格局变化与耕地资源的匹配关系。【结果】1990—2020年鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原粮食产量占湖北省粮食总产量的比重逐步调整为11.2%、30.6%、26.2%、32.0%。近30年湖北省各地貌区粮食作物生产集中度及变化趋势存在显著差异，粮食生产向鄂中岗地集中的趋势明显，以小麦和玉米为主，大豆生产则向江汉平原集中。湖北省粮食播种面积重心和粮食产量重心向西北方向移动了5.37和14.63 km，但鄂中岗地粮食生产重心向东北方向移动，江汉平原和鄂西山地则向西南移动。近30年来，鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原粮食生产与耕地资源重心的平均空间距离为6.20、3.35、10.57、6.82 km，变动一致性平均指数分别为0.49、0.44、0.40、0.27。湖北省粮食生产与耕地资源的基尼系数均大于0.5，且有增加趋势，鄂西山地和江汉平原不平衡指数为正，鄂中岗地与鄂东丘陵不平衡指数为负。近30年各地貌区粮食产量变化的耕地数量效应与结构效应为负，耕地集约效应和质量效应为正，其中耕地种植结构变化对鄂东丘陵粮食生产的减量作用达到309.70万t，而复种指数变化对鄂中岗地粮食生产的增量作用达到300.46万t。【结论】近30年湖北省各地貌区耕地质量效应和耕地结构效应的增量作用正在减弱，数量效应的减量作用在增强，湖北省面临优质耕地减少的种植风险和粮食种植结构调整带来的产量风险。湖北省粮食生产与耕地资源长期处于不匹配状态，且表现出明显的区域地理特征。粮食生产空间布局和种植结构调整应充分考虑不同地貌区自然地理和耕地资源禀赋特征，推动粮食生产与耕地利用协调发展。

粮食生产；时空变化；地貌分区；耕地资源；匹配性；湖北省

0 引言

【研究意义】中国是人口大国，粮食生产与粮食安全事关国计民生和社会稳定的大局，对全球安全和经济发展也至关重要[1]。随着城镇化和经济的快速发展，居民消费结构转变和种植业结构调整对区域粮食安全带来了新的挑战，中国粮食生产格局发生了明显变化[2-3]。作为粮食生产的载体，耕地资源数量、利用方式以及空间分布变化也驱动着粮食生产格局变化[4-6]。研究粮食生产的时空变化及其与耕地资源的匹配关系，有助于推动粮食生产与耕地资源保护协调发展，对农业可持续发展也具有重要指导意义。【前人研究进展】已有文献从粮食生产空间格局、种植结构、生产能力、生产效率、生产安全等方面研究了粮食生产时空变化及其驱动因素[7-11]。如学者们利用重心模型揭示了中国不同尺度单元粮食生产格局和生产能力变化及特征规律[12-13]。蒋凌霄等综合运用空间集聚分析等方法研究了近30年来长株潭地区农作物种植结构的时空变化过程与格局[14]。邱孟龙等应用OLS和GWR模型研究了渭北黄土旱塬区典型粮食主产县粮食单产的空间分布特征及影响因子[15]。ZHANG等运用Malmquist指数模型探讨了2008—2017年中国粮食主产区粮食生产效率变化及其影响因素[16]。胡慧芝等运用探索性空间分析法、重心转移模型和空间误差模型研究了1990—2015年长江流域县域粮食生产与粮食安全时空格局演变及影响因素[17]。研究表明，粮食生产格局变化受到粮食播种面积、作物种植结构、耕地利用变化、气候变化、城镇化、制度政策、区域经济发展模式、水资源利用等多种因素驱动[5,18-20]。其中播种面积变化是粮食作物产量变化的直接原因，根本原因则更多为耕地资源利用与质量变化[21]。为此，学者们运用多种方法探讨了粮食生产与耕地资源的匹配关系。如周志刚等基于LMDI模型对中国粮食生产因素进行分解，发现耕地面积变化表现为减量效应[22]。LI等研究发现近20年中国耕地面积重心和粮食生产重心分别向西北和东北方向移动，耕地与粮食生产的空间错配程度加剧[23]。CHAI等通过空间分析模型揭示了粮食生产与耕地的重心移动轨迹，指出两者空间错配水平出现波动[24]。LI等基于潜在轮作制度测算了中国粮食产量与耕地的空间匹配程度，指出中国粮地存在严重的空间错配[25]。王松南等则利用基尼系数和不平衡指数分析了中国省域粮食生产空间格局与耕地的匹配关系[26]。可见，已有研究从多种视角分析了粮食生产与耕地资源的匹配关系，但忽视了区域自然地理因素对粮食生产及其与耕地资源关系的影响。【本研究切入点】湖北省三面环山、中间低平，山地、丘陵、岗地、平原兼备，是中国传统农业大省和13个粮食主产区之一，在全国粮食安全格局中处于重要地位。但是，当前湖北省耕地“非农化”“非粮化”倾向加剧，粮食增产和耕地保护压力加大[27]。如何协调粮食生产与耕地资源利用，是湖北省粮食生产与耕地空间格局优化的重要内容。本研究考虑粮食生产的区域地理因素和耕地资源禀赋，基于地貌分区视角探讨湖北省近30年来粮食生产时空格局变化特征，揭示粮食生产与区域耕地资源的时空匹配关系，为粮食生产优化布局和耕地资源合理利用提供决策参考。【拟解决的关键问题】本文首先分析湖北省不同地貌区粮食生产时空格局变化与特征；然后基于地貌分区视角探讨粮食生产与耕地资源的相关性、耦合态势、不平衡性；最后测算不同地貌区粮食生产变化的耕地效应，进一步论证粮食生产与耕地资源的匹配关系。

1 研究方法

1.1 粮食生产集中度

粮食生产集中度是指某一地区粮食产量（播种面积）占区域粮食总产量（播种面积）的比重。该指标可反映地区粮食产量（播种面积）对同时期区域总量的贡献，公式为：

式中，con为粮食生产集中度；g为地区时期粮食产量或播种面积；g为时期全省粮食产量或播种面积。

1.2 粮食生产变异系数

变异系数又称标准差率，是衡量资料中观测值变异程度的统计量，且能够消除单位和平均数不同对多项资料观测值变异程度比较的影响，一般采用观测值标准差与平均值的比值来计算[28]。采用变异系数探究不同地貌区粮食产量（播种面积）的波动性和相对均衡性。公式如下：

1.3 粮食生产空间重心模型

空间重心是指要素重心所在的经度与纬度，可以反映要素空间变动状况及演化态势。采用空间重心移动距离和方向反映粮食生产的空间演变轨迹。空间重心移动距离计算公式为：

为进一步考察粮食生产与耕地资源在空间上的耦合状态，采用空间重叠性和变动一致性对两者时空耦合程度进行计算。空间重叠性计算公式为：

1.4 粮食生产与耕地资源匹配度

根据基尼系数原理，构建粮食生产与耕地资源的基尼系数，来研究粮食生产与耕地资源的空间匹配度。粮食产量－耕地数量基尼系数，反映粮食生产相对耕地数量的区域集中状态，系数越大，表示耕地数量紧缺地区的粮食产量越大。粮食产量－耕地质量基尼系数，反映粮食生产相对耕地质量的区域集中状态，系数越大，表示耕地质量越低的地区粮食产量越大。采用地形面积法计算基尼系数，公式如下：

基尼系数主要用于评价整个区域耕地资源与粮食生产的空间匹配程度。为考察不同地貌区粮食生产与耕地资源的匹配程度，本文构建不同地貌区粮食产量与耕地数量的不平衡指数。不平衡指数将耕地数量和粮食产量作为空间坐标点，当坐标点与斜率为1的正比例函数距离更近，则表示坐标点的横坐标和纵坐标差异更小，两要素匹配程度较高，反之较低。计算公式为：

式中，d为粮食产量与耕地数量的不平衡指数，c、f分别表示各地貌区耕地数量和粮食产量占全省的比重。

1.5 粮食生产的因素分解模型

对数平均迪氏指数方法（Logarithmic Mean Divisia Index Method，LMDI）是一种具备独立路径、完全分解、无残差、聚合一致、易于理解应用等独特优势的分解方法[30]。LMDI可以量化不同层面上的结构变动对总增量的贡献，被广泛运用于能源、环境以及资源等领域[22,31-32]。粮食产量受耕地面积、耕地利用水平、种植结构、耕地质量与生产技术等因素直接影响[17,33-34]。利用LMDI法将粮食产量变化分解为耕地面积、复种指数、粮食作物种植比以及粮食作物单产的因素，构建无残差因素分解模型，表达式为：

式中，q、s、s、s分别表示粮食产量、耕地面积、农作物播种面积、粮食作物播种面积。r、l、c则分别表示复种指数、粮食作物种植比、粮食作物单产，可用来反映粮食生产的耕地集约效应、结构效应以及质量效应。粮食产量变化运用加法分解为：

式中，表示粮食产量变化量，分别表示时期t和基期粮食产量，则表示因耕地面积、复种指数、粮食作物种植比、粮食作物单产等因素导致的粮食产量变化量。为有效避免模型分解中出现的残差项，采用LMDI法对粮食产量变化的各项因素进行分解，表达式为：

1.6 数据来源

为便于数据采集，本研究以湖北省87个县区为基本单元，根据土地类型、地形坡度、海拔、植被覆盖等因素，将湖北省划分为江汉平原、鄂中岗地、鄂西山地和鄂东丘陵四类地貌区（图1）。

研究中各县区粮食产量、作物播种面积、耕地面积等指标数据主要来源于1991—2021年《湖北农村统计年鉴》。湖北省粮食作物产量、播种面积和耕地面积由各县区数据汇总而得。由于土地利用分类体系的调整，湖北省耕地统计口径和数据发生了较大变化，为保持数据的连续性和稳定性，以第二次全国土地调查数据为基准（2009—2017年），采用耕地修正模型[1]对1990—2020年耕地数据进行调整，公式为：

s= s-1+△s（13）

2 结果

2.1 湖北省不同地貌区粮食生产时序变化分析

2.1.1 粮食作物播种面积变化 1990—2020年湖北省粮食作物播种面积由535.87万hm2变化为465.02万hm2，减少13.2%，年均减少2.29万hm2，下降趋势明显。其中，鄂西山地、鄂东丘陵、江汉平原粮食作物播种面积分别下降了31.2%、22.8%、20.5%，鄂中岗地粮食作物播种面积则增加了30.6%（图2）。近30年来，江汉平原一直是湖北省粮食作物播种面积最大的区域，占总播种面积的比重维持在30%左右。其次是鄂东丘陵，粮食作物播种面积比重由26.0%下降为23.1%，且下降速度加快。鄂中岗地粮食作物播种面积占全省粮食作物播种面积的比重持续增加，2020年达到29.8%，增长了10.0%。鄂西山地粮食作物播种面积占全省粮食作物播种面积的比重由20.9%下降到16.5%，减少了4.4%，降幅最大。可见，近30年来湖北省粮食作物播种面积下降趋势明显，各地貌区粮食作物播种面积也在不断变动。

图1 湖北省地貌分区

AWM、ACH、AEH、AJP分别表示鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原的粮食作物播种面积；PWM、PCH、PEH、PJP分别表示鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原的粮食产量

2.1.2 粮食产量变化 1990—2020年湖北省粮食产量由2 488万t增加到2 727.48万t，增加了9.6%，增长态势明显，但也表现出剧烈的阶段性变化特征。分阶段来看，1990—2003年湖北省粮食产量减少了23.9%，降幅较大。2004—2020年湖北省粮食产量增长态势明显，增加了20.9%。分地貌区来看，江汉平原是湖北省粮食产量最高的区域，粮食产量由1990年的851.53万t增加到2020年873.06万t，占全省粮食产量的比重常年维持在30%以上。鄂东丘陵粮食产量由1990年的733.53万t减少为2020年的715.84万t，占全省粮食产量比重由29.5%下降为26.3%。鄂西山地是湖北省粮食产量最低的区域，1990—2020年粮食产量由321.63万t减少为305.08万t，减少了5.2%，占全省粮食产量比重也由12.9%下降为11.2%。鄂中岗地粮食产量由581.31万t增长到833.50万t，增加了43.4%，是增长幅度最大的地区，占全省粮食产量的比重由23.4%增长到30.6%。可见，江汉平原和鄂中岗地是湖北省粮食生产核心区域，鄂西山地和鄂东丘陵粮食产量呈下降趋势。

2.1.3 粮食作物结构变化 选取小麦、水稻、玉米、大豆、秋薯等5种粮食作物，分析湖北省不同地貌区粮食作物结构变化（图3）。从播种面积看，1990—2020年湖北省秋薯、水稻、小麦播种面积分别减少了75.6%、26.6%、19.1%，播种面积比重降低，而玉米、大豆播种面积增加了90.9%、28.9%，播种面积比重显著上升。2020年湖北省小麦、水稻、玉米、大豆、秋薯播种面积占粮食作物播种面积比重调整为23.5%、52.1%、17.1%、5.0%、2.3%。近30年，鄂西山地玉米播种面积占比超过50%，玉米和薯类播种面积远高于其他地区。鄂中岗地以种植小麦和水稻为主，播种面积分别为50.70万hm2、51.30万hm2，其中小麦播种面积在所有地貌区中最高。鄂东丘陵也以种植水稻和小麦为主，但表现出明显的下降趋势，其中水稻播种面积由1990年的106.48万hm2减少为2020年的78.51万hm2，小麦播种面积由36.66万hm2减少为14.09万hm2。江汉平原小麦、水稻和大豆播种面积占比较高，但30年来水稻播种面积减少了26.09万hm2，大豆播种面积则增加了5.29万hm2。可见，不同地貌区粮食作物种植结构变化差异明显。

Awheat、Arice、Amaize、Asoybean、Apotato分别表示小麦、水稻、玉米、大豆、秋薯的播种面积；Pwheat、Price、Pmaize、Psoybean、Ppotato分别表示小麦、水稻、玉米、大豆、秋薯的产量

从产量来看，1990—2020年湖北省小麦、水稻、玉米、大豆产量分别增加了52.22万t、34.23万t、189.43万t、9.31万t，秋薯产量减少了60.12万t。水稻是湖北省粮食的最重要来源，常年占粮食产量的70%左右。其次是小麦，占主要粮食作物产量的15%左右，大豆和秋薯产量比重长期低于5%。在各地貌区中，鄂西山地是玉米和秋薯重要主产区，玉米和秋薯产量占全省粮食产量比重最高时达80.0%和64.9%。1990—2020年鄂西山地玉米产量增长了32.1%，秋薯产量则减少了42.83万t。鄂中岗地是最重要的小麦主产区，小麦产量由1990年的158.25万t增加到2020年的235.88万t，占全省粮食产量的比重也由45.6%上升到59.1%。鄂东丘陵小麦、水稻、大豆、秋薯等作物产量变化比较稳定，占全省粮食产量的比重逐步调整为11.8%、33.6%、14.7%、26.9%。江汉平原是湖北省水稻和大豆主产区，水稻和大豆产量占全省总产量的比重最高达到40.2%和47.1%。30年来，江汉平原水稻产量减少了23.11万t，大豆则增加了7.72万t。

2.2 湖北省不同地貌区粮食生产空间变动分析

2.2.1 粮食生产集中度 粮食生产集中度表明，湖北省1990—2020年粮食生产主要集中在江汉平原、鄂中岗地和鄂东丘陵，其中江汉平原和鄂中岗地贡献了全省约60%的粮食产量。近30年来鄂中岗地粮食作物播种面积和产量集中度分别增加了10.0%和30.8%，鄂西山地和鄂东丘陵粮食作物播种面积和产量集中度则呈下降态势，粮食生产向鄂中岗地集中的趋势非常明显。

从不同地貌区和作物种植结构来看（图4），1990—2020年小麦播种面积和产量集中度在鄂中岗地、江汉平原、鄂东丘陵较高，鄂西山地较低。小麦播种面积和产量集中度在鄂中岗地分别增加了18.7%和46.0%，在江汉平原分别增加了11.4%和5.4%，在鄂东丘陵和鄂西山地播种面积集中度下降均超过10%，产量集中度下降超过48%。水稻播种面积和产量集中度在江汉平原、鄂东丘陵和鄂中岗地较高，其中在鄂中岗地呈上升趋势，分别增加了6.5%、7.0%，而在江汉平原和鄂西山地呈下降趋势。玉米播种面积和产量集中度在鄂西山地最高，但近30年来降幅较大，下降了37.6%、48.2%。而在鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原呈上升趋势，其中鄂中岗地上升最大，增加了25.5%、197.2%。大豆播种面积和产量集中度在江汉平原最高，呈上升趋势，分别增长17.6%和36.7%。秋薯播种面积和产量集中度在鄂西山地最高，但近年来呈下降趋势，其他地貌类型区呈上升趋势。可见，小麦、水稻生产在鄂中岗地、江汉平原和鄂东丘陵集中度较高，秋薯生产在鄂西山地集中度高，大豆生产在江汉平原集中度高，主要粮食作物生产向鄂中岗地和江汉平原集中的趋势明显。

2.2.2 粮食生产波动 根据粮食作物播种面积和产量变异系数，分析湖北省粮食作物在不同地貌区生产的波动性和相对均衡性。由图5可知，1990—2020年湖北省粮食作物播种面积变异系数介于0.11—0.24之间，不同粮食作物播种面积变异系数在0.16—1.31之间变动。其中，大豆、秋薯、玉米等作物播种面积变异系数显著大于小麦、水稻，说明大豆、秋薯、玉米在不同地貌区的播种面积变化差异要大于小麦和水稻。近30年来小麦、大豆播种面积变异系数分别增长了2.58倍、3.9%，玉米、秋薯、水稻播种面积变异系数分别减少了50.8%、23.9%、8.9%，表明小麦、大豆在不同地貌区的播种面积变化差异加大，玉米、秋薯、水稻在不同地貌区的播种面积变化趋向稳定。

1990—2020年湖北省粮食产量变异系数范围介于0.21—0.34之间，不同粮食作物产量变异系数在0.16—1.42之间波动。主要粮食作物中，秋薯产量变异系数最大，依次为小麦、玉米、水稻、大豆。近30年来大豆、小麦产量变异系数分别增加了119.1%、34.7%，玉米、秋薯、水稻产量变异系数分别减少了50.8%、8.7%、1.0%，表明大豆、小麦在不同地貌区产量变异加大，玉米、秋薯、水稻在不同地貌区的产量变化趋向稳定。可见，湖北省不同地貌区间粮食产量波动平稳，但不同地貌区大豆、秋薯、玉米、小麦等作物播种面积和产量变化的波动性和均衡性存在较大差异。

图4 1990—2020年湖北省不同地貌区主要粮食作物播种面积及产量集中度变化

图5 1990—2020年湖北省不同地貌区主要粮食作物播种面积及产量波动性变化

2.2.3 粮食生产重心变动 利用重心模型可得到1990—2020年湖北省及各地貌区粮食作物播种面积重心和产量重心迁移路径图，见图6和图7。从图6可知，1990—2020年湖北省粮食作物播种面积重心在112.68—112.76°E、30.83—30.89°N之间变动，东西方向上的移动幅度大于南北方向。湖北省粮食产量重心在112.88—113.03°E、30.82—30.90°N之间变动，东西方向上的移动幅度显著大于南北方向。湖北省粮食作物播种面积重心和粮食产量重心均向西北方向变动，移动距离分别为5.37和14.63 km。在地貌区上表现为由江汉平原和鄂中岗地交界向鄂中岗地中心区域移动。粮食产量重心的移动距离和变动方向要大于粮食作物播种面积重心变动幅度。城镇化进程和土地开发整理是湖北省粮食生产重心变动的重要推动因素。一方面，近30年城镇化建设占用了大量的优质耕地资源，尤其是江汉平原，耕地面积和粮食作物播种面积降幅明显；另一方面，近年来土地开发整理项目增加了鄂中岗地等区域耕地数量、提升了耕地质量，粮食生产重心进一步向鄂中岗地偏移。

图6 1990—2020年湖北省粮食生产重心迁移路径

不同地貌区，粮食生产重心的变动轨迹存在显著差异。由图7可知，鄂西山地粮食作物播种面积重心由110.18°E、31.16°N变化为110.18°E、31.03°N，向西南方向移动了16.44 km。粮食产量重心在110.12—110.24°E、30.97—31.19°N之间变动，向西南方向移动了21.22 km。鄂西山地粮食作物播种面积和产量重心趋向重合。鄂中岗地粮食生产重心变动方向与鄂西山地截然相反。但鄂中岗地粮食生产重心变动幅度较小，粮食作物播种面积和产量重心分别向东北方向移动了9.48和13.69 km，其中粮食产量重心1995年后基本保持稳定，表明鄂中岗地粮食生产的稳定性较高。鄂东丘陵粮食生产重心变动幅度最小，其中粮食作物播种面积重心在114.47—114.58°E、30.63—30.71°N之间变动，粮食产量重心变动范围为114.47—114.53°E、30.72—30.76°N，粮食作物播种面积和粮食产量重心分别向西北方向移动了13.34和5.89 km，两要素重心的变动轨迹差异较大。江汉平原粮食生产重心变动幅度与湖北省比较一致，粮食作物播种面积和产量重心分别向西南方向移动了4.58和21.24 km，其中粮食作物播种面积重心1990—2005年向东北大幅移动，2005—2020年反向移动至西南角。江汉平原粮食生产重心东西方向移动距离大于20 km，南北方向移动距离小于7 km，粮食作物播种面积和产量重心近年来趋向重合。

综上可见，近30年来湖北省不同地貌区粮食生产重心的移动方向、移动距离、变动幅度以及迁移路径存在明显差异。揭示粮食生产重心变动与区域自然地理特征以及耕地资源禀赋的关系，对优化粮食生产空间格局和耕地利用保护具有现实指导意义。

2.3 基于地貌分区的湖北省粮食生产与耕地资源匹配关系分析

2.3.1 粮食生产与耕地资源的相关性分析 采用单位面积耕地粮食产量表示耕地质量。利用Pearson 相关系数法可以得到粮食生产与耕地资源的相关系数表。从表1可知，湖北省1990—2020年耕地数量与粮食作物播种面积、种植结构具有显著的正相关关系，耕地质量与种植结构存在显著的负相关关系，与粮食产量存在显著的正相关关系。

分地貌区看，江汉平原耕地数量与粮食作物播种面积、产量、种植结构的相关性不显著。鄂中岗地耕地数量与粮食播种面积、产量、种植结构则呈现高度正相关关系。鄂西山地耕地数量与种植结构高度正相关，鄂东丘陵耕地数量与粮食作物播种面积和产量一般正相关。可见，鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵耕地数量与粮食生产总体上保持了正相关性，而江汉平原耕地数量与粮食生产相关性不明显。

在各地貌区，耕地质量与粮食作物播种面积和种植结构均呈显著的负相关关系，表明耕地质量提高的同时，各地貌区粮食作物播种面积和种植比例出现下降。根本原因在于技术进步提高了耕地质量，而以市场为导向的农业经营方式和作物种植结构调整导致粮食生产空间压缩。虽然耕地质量对粮食产量增长具有促进作用，但增收效应不明显。这也说明了当前湖北省粮食生产偏离优质耕地资源的程度不断加大。

表1 不同地貌区粮食生产与耕地资源的相关系数

*、**表示在5%、1 %水平（双侧）上显著相关 *,** Indicates a significant correlation at the 5% and 1% levels (both sides)

2.3.2 粮食生产与耕地资源的耦合态势分析 从空间重叠性看（图8），湖北省粮食生产与耕地资源的重心空间距离由31.74 km缩短为19.76 km，空间重叠性提高，但近年来空间距离明显上升。其中2001年湖北省粮食生产与耕地资源的重心空间距离最小，为13.52 km，随后在波动中不断上升，空间重叠性减弱。从空间一致性看，湖北省粮食生产与耕地资源的重心空间一致性指数在正负值之间波动，总体来看空间一致性较高，但近年来略有下降。1990—2020年两要素重心同向变动的年份有24年，反向变动年份有6年。其中，1990—2008年，粮食生产与耕地资源的平均同向一致性指数达到0.8，反向一致性指数为-0.46，2009—2020年平均同向一致性指数下降为0.61，反向一致性指数为-0.55。可见，湖北省1990—2020年粮食生产与耕地资源的空间耦合态势略有增强，但近年来耦合程度变差。

图8 1990—2020年湖北省粮食生产与耕地资源重心的空间距离与变动一致性指数

从图9可知，1990—2020年，鄂东丘陵粮食生产与耕地资源重心的空间重叠性最弱，平均空间距离为10.57 km。空间重叠性最强的是鄂中岗地，平均空间距离为3.35 km。鄂西山地和江汉平原空间重叠性比较一致。从变化幅度来看，4种地貌区空间重叠性都在剧烈波动中增强，其中江汉平原空间重叠性增强幅度最大，空间距离由1990年的19.16 km缩减至2020年的1.95 km，鄂中岗地最小，空间距离缩短了2.42 km。

在变动方向上，4种地貌区粮食生产与耕地资源重心的变动一致性指数均在（-1，1）之间来回波动，出现多个波谷和波峰，表明近30年来各地貌区粮食生产重心与耕地资源重心的耦合性较差。近30年来，鄂西山地、鄂中岗地、鄂东丘陵、江汉平原粮食生产与耕地资源重心的变动一致性平均指数分别为0.49、0.44、0.40、0.27，说明各地貌区粮食生产与耕地资源重心的变动方向整体上比较一致。其中，江汉平原一致性指数小于0的年份有10年，显著高于鄂西山地的6年，可能的原因是城镇化和市场经济发展对江汉平原粮食生产和耕地利用的冲击更大。从一致性指数变化趋势看，江汉平原一致性指数提升了1.67，鄂东丘陵提升了0.17，粮食生产与耕地资源的耦合性增强。但鄂西山地和鄂中岗地的一致性指数下降明显，粮食生产与耕地资源的耦合性在减弱，亟需提升粮食生产布局与耕地资源利用保护的协调性。

2.3.3 粮食生产与耕地资源的不平衡性分析 由表2可知，1990—2020年湖北省粮食产量与耕地数量g（质量g）的基尼系数先下降后上升，总体上大于0.5，且基尼系数有增加趋势。鄂中岗地和鄂东丘陵不平衡指数为负，表示鄂中岗地和鄂东丘陵的粮食产量占湖北省粮食产量的比重超过了耕地数量占湖北省耕地数量的比重。这说明鄂中岗地和鄂东丘陵粮食产量在湖北省比重较大，但耕地资源数量分布相对较少，粮食产量与耕地数量不匹配。从变化趋势看，1990—2020年鄂中岗地粮食产量增加速度超过了耕地数量增加速度，粮食产量与耕地数量的不匹配程度加剧。鄂东丘陵与之相反，粮食产量与耕地数量的不匹配程度得到缓解。鄂西山地和江汉平原不平衡指数为正，表示鄂西山地和江汉平原的耕地数量占湖北省耕地数量的比重大于粮食产量占湖北省粮食产量的比重。其中，鄂西山地粮食产量与耕地数量的不匹配程度大于江汉平原。1990—2020年江汉平原粮食生产与耕地数量的匹配关系在不断改善，而鄂西山地不匹配程度有所加剧。整体上，湖北省粮食产量与耕地资源的匹配性较差，尤其是鄂中岗地粮食生产能力较高，但是耕地资源分布较少，鄂西山地则与之相反。

图9 1990—2020年湖北省不同地貌区粮食生产与耕地资源重心的空间距离与变动一致性指数

表2 湖北省1990—2020年耕地资源与粮食生产的匹配度

2.4 基于地貌分区的湖北省粮食生产的耕地效应分解

2.4.1 湖北省粮食生产的耕地效应分解 由图10可知，30年来湖北省粮食产量、粮食单产、复种指数均呈现增长态势，而耕地面积、粮食作物种植比下降趋势明显。采用LMDI法对湖北省1990—2020年粮食产量变化的耕地效应进行分解。将粮食产量变化量分解为耕地数量效应、集约效应、结构效应和质量效应，分别表示由耕地面积、复种指数、粮食作物种植比以及粮食单产等因素变化对粮食产量变化的贡献值（表3）。

图10 1990—2020年湖北省粮食生产要素变化

表3 1990—2020年湖北省粮食产量的耕地效应分解

括号内表示该分解项的贡献率。表4同 The contribution of this decomposition term is indicated in parentheses. The same as Table 4

由表3可知，耕地质量效应和集约效应的贡献值为正，且起到主导作用。1991—2020年耕地质量效应和集约效应对湖北省粮食产量变化的贡献值为692.52万t、232.31万t，说明粮食单产和复种指数对粮食生产具有增量作用。分阶段看，‘九五’‘十三五’期间，耕地质量效应对粮食生产的贡献值为负，表现为减量作用，其他阶段质量效应均表现为增量作用。‘九五’‘十二五’‘十三五’期间，耕地集约效应表现为减量作用，‘十一五’期间集约效应对粮食产量变化的贡献最大，达到220.28万t。需要注意的是，近年来耕地质量效应和集约效应的减量作用明显，湖北省粮食产量增长潜力风险加大。

1991—2020年，耕地数量效应、结构效应对湖北省粮食产量变化的贡献值为负，具有减量作用。30年来湖北省粮食作物播种面积下降了13.2%，耕地数量减少了13.1%，直接导致483.15万t和202.19万t的粮食产量降幅。其中结构效应起主导作用，贡献率是数量效应的2.39倍。分阶段看，耕地数量效应、结构效应对粮食产量变化的驱动作用具有异质性。‘九五’‘十五’期间，耕地数量变化对粮食产量变动具有微弱的增量效应，贡献量为48.39万t，其他时期均表现为减量作用。‘十五’‘十一五’期间，粮食作物播种面积变化对粮食产量变动具有显著的增量作用，贡献量为221.51万t，但前期粮食作物播种面积的急剧缩小大幅减少了粮食产量，导致整体上结构效应对粮食产量的贡献值为负。

可见，湖北省粮食增长主要来源于耕地质量效应和集约效应的叠加，粮食产量下降则受结构效应和数量效应的共同影响。但从趋势动态来看，耕地集约效应和质量效应对粮食产量变化的增量作用在变弱，数量效应的减量作用在增强。

2.4.2 不同地貌区粮食生产的耕地效应分解 表4显示，鄂西山地1990—2020年粮食产量减少了16.55万t，主要来自耕地数量效应和结构效应的叠加。因耕作条件局限和生态用途管制带来的种植结构调整是鄂西山地粮食产量减少的主要因素。耕地非农化加速也是粮食产量下滑的主导因素，贡献值为-88.24万t。虽然鄂西山地耕地匮乏、耕作条件较差，但是土地开发力度和农业生产技术的提升，也给粮食增产提供了潜力和空间。近30年来，耕地复种指数增加和粮食单产提高贡献了鄂西山地238.38万t的粮食增产幅度。

鄂中岗地1990—2020年粮食产量增幅最大，达到252.19万t。鄂中岗地粮食产量增加主要来自耕地集约效应和耕地质量效应，其中耕地集约效应最大，贡献率为1.19。耕地结构效应和数量效应则具有较弱的减量作用。

鄂东丘陵1990—2020年粮食产量小幅缩减了17.69万t。耕地结构效应对鄂东丘陵粮食产量变化的减量作用最为显著，为-309.70万t。耕地集约效应和质量效应，具有增量作用，合计贡献343.50万t。耕地数量效应对鄂东丘陵粮食产量变化的影响较小，贡献率为2.91。鄂东丘陵耕地资源稀缺以及适应市场的农业种植结构调整，造成了粮食种植面积大幅缩减，对粮食产量带来减量作用。

江汉平原1990—2020年粮食产量仅增加21.53万t。江汉平原粮食产量增加主要来自耕地集约效应和耕地质量效应，贡献率分别为8.79和9.11。江汉平原复种指数和粮食单产的提升，极大促进了该地区粮食产量增长。但是耕地数量效应和结构效应对江汉平原粮食产量变化具有减量作用，贡献率分别为-6.72、-10.19。耕地数量减少和种植结构调整导致江汉平原粮食产量大幅下降，造成江汉平原粮食产量增长不明显。

表4 1990—2020年湖北省不同地貌区粮食生产的耕地效应分解

3 讨论

3.1 耕地面积的修正

由于统计口径的差异和土地利用分类体系的变化，湖北省耕地面积的波动性非常明显，不能直接进行变化趋势分析。本文以第二次全国土地调查数据为基准（2009—2017），采用耕地变化量作为修正量，对研究期耕地面积进行调整。即当年耕地面积等于上年耕地面积加上当年耕地面积变化量。该方法被广泛应用于耕地面积修正和复种指数计算[1,35]。采用该方法修正后的耕地面积（图9）变化趋势平稳，亦符合湖北省历年耕地面积变化特点。需要说明的是，本文以湖北省各县区为单元进行耕地面积修正，湖北省以及各地貌区耕地面积由修正后的县区耕地面积汇总所得，粮食复种指数、粮食单产等均采用修正后的耕地面积计算。

3.2 粮食生产与耕地资源匹配关系

粮食生产与耕地利用的关系一直是学者们研究和争论的焦点。如卢新海等指出湖北省2000—2019年耕地利用绿色转型与粮食全要素生产率耦合协调度呈现上升趋势[36]。Chai等研究发现湖北省粮食生产重心向西北方向移动了120.40°和13.45 km，耕地面积重心向东北方向移动了8.14°和5.60 km，耕地资源与粮食生产的空间错配水平在波动中不断纠正[24]。然而王松南等研究指出2003—2019年中国土地资源—粮食产量基尼系数扩大了，粮地匹配问题更加突出[26]。LI等通过测算中国粮食产量与实际耕地资源和潜在耕地资源的空间匹配程度，发现中国粮食生产与耕地资源存在严重的空间错配[25]。可见，关于粮食生产与耕地资源的匹配关系仍存在争论。

本研究运用多种方法分析了粮食生产与耕地资源的相关性、空间耦合态势、空间均衡性分布与匹配程度，量化了粮食生产变化的耕地效应。结果表明，湖北省30年来粮食生产与耕地资源相关性不显著，两要素重心变动不一致，粮食生产格局与耕地资源分布在空间上不匹配，粮食生产中的耕地数量效应为负，质量和结构效应增量作用减弱。但是在不同地貌区，粮食生产与耕地资源匹配程度及其变动不一致，受到区域自然资源禀赋特征的影响。可见，不同研究视角和区域性特征会对粮食生产与耕地资源的匹配性关系造成偏差。粮食生产空间布局与耕地资源利用保护需要考虑区域自然资源特点和粮地空间匹配性。

3.3 耕地资源对粮食产量的贡献

已有研究表明，粮食产量受到资源要素、气候变化、城镇化、区域政策、经济发展模式、水土资源禀赋、作物播种面积和种植结构等众多因素影响[5,22-24]。考虑到粮食生产影响因素的层次性，本文选择耕地面积、种植结构、复种指数、粮食单产4个直接因素，分解粮食产量变化的耕地效应。结果显示，湖北省1991—2020年粮食产量变动中的耕地数量效应为负，表现为减量效应，耕地面积变化造成粮食产量减少202.19万t。这并不是说明耕地面积对湖北省粮食产量没有贡献甚至是负向作用，而是反映耕地资源数量变化已严重制约了粮食生产，造成了粮食产量下降。这也从侧面说明了湖北省耕地面积不断减少的事实。因此，耕地资源仍然是粮食生产的根基，湖北省耕地资源数量保护尤为迫切。

4 结论

近30年湖北省粮食生产总体上保持稳定，但各地貌区粮食生产时空格局与演变具有明显的区域地理特征。其中鄂中岗地粮食增长幅度最大，也是粮食生产集中区域，鄂西山地和鄂东丘陵粮食产量下降明显，粮食生产集中度下降。小麦、玉米等作物向鄂中岗地集中的趋势显著，大豆生产则向江汉平原集中。不同地貌区粮食生产重心的移动方向、距离、变动幅度以及迁移路径存在显著差异。在耕地效应方面，湖北省各地貌区耕地质量效应和结构效应的增量作用正在减弱，数量效应的减量作用在增强，面临优质耕地减少的种植风险和作物结构调整带来的产量风险。在时空匹配方面，湖北省各地貌区粮食生产与耕地资源空间耦合性较差，长期处于不匹配状态。其中鄂中岗地粮地耦合性减弱、不匹配程度加剧，而鄂东丘陵和江汉平原不匹配程度有所缓解。湖北省粮食生产布局和结构调整需充分考虑各地貌区自然地理和耕地资源禀赋特征，推动粮食生产与耕地利用协调发展。

[1] 郑亚楠, 张凤荣, 谢臻, 张天柱, 李超, 王秀丽. 中国粮食生产时空演变规律与耕地可持续利用研究. 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] 柴玲欢, 朱会义. 中国粮食生产区域集中化的演化趋势. 自然资源学报, 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] 黄海潮, 温良友, 孔祥斌, 陈文广, 孙晓兵. 中国耕地空间格局演化对耕地适宜性的影响及政策启示. 中国土地科学, 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] 李圆圆, 谈明洪, 张红旗. 中国耕地空间格局变化对粮食生产的影响. 中国工程科学, 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] 胡忆雨, 朱颖璇, 杨雨豪, 邹军, 陈阜, 尹小刚. 1951—2015年中国主要粮食与油料作物种植结构变化分析. 中国农业大学学报, 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] 刘传明, 范观宇, 毛广雄, 何品蓉. 近20年淮河生态经济带粮食生产效率时空变化与影响因素. 自然资源学报, 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] 姚成胜, 殷伟, 黄琳, 崔会芳. 中国粮食生产与消费能力脆弱性的时空格局及耦合协调性演变. 经济地理, 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] 蒋凌霄, 安悦, 谭雪兰, 米胜渊, 熊亚东, 谭杰扬. 近30年来长株潭地区农作物种植结构演变及优化对策. 经济地理, 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] 邱孟龙, 曹小曙, 周建, 冯小龙, 高兴川. 基于GWR模型的渭北黄土旱塬粮食单产空间分异及其影响因子分析: 以陕西彬县为例. 中国农业科学, 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, 龙晓泳. 1990—2015年长江流域县域粮食生产与粮食安全时空格局演变及影响因素分析. 长江流域资源与环境, 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] 侯孟阳, 邓元杰, 姚顺波. 城镇化、耕地集约利用与粮食生产: 气候条件下有调节的中介效应. 中国人口·资源与环境, 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, 赵文仪, 夏军. 中国水-土-人口资源多元时空匹配格局及其对粮食生产与安全的影响研究. 水利水电技术(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] 刘正佳, 钟会民, 李裕瑞, 文琦, 刘雪琦, 简钰清. 近20年中国粮食生产变化特征及其对区域粮食供需格局的影响. 自然资源学报, 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] 周志刚, 郑明亮. 基于对数均值迪氏指数法的中国粮食产量影响因素分解. 农业工程学报, 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. 我国粮食生产格局演变下的粮地匹配. 中国农业大学学报, 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] 马才学, 温槟荧, 柯新利. 基于SOM神经网络模型的耕地非农化压力区域差异研究: 以湖北省为例. 华中农业大学学报(社会科学版), 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, 沈贝贝, 丁蕾, 朱晓昱, 辛晓平, 闫玉春, 王旭, 闫瑞瑞, 徐丽君, 陈宝瑞. 半干旱牧区天然打草场生产力时空变化及对气候响应分析. 中国农业科学, 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] 杨鑫, 穆月英. 中国粮食生产与水资源的时空匹配格局. 华南农业大学学报(社会科学版), 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] 吕明, 范俊楠, 王雅鹏. 湖北省粮食生产时空变动的实证研究: 基于LMDI分解法. 浙江农业学报, 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, 欧阳竹. 1999—2007年中国粮食安全的关键影响因素. 地理学报, 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] 陈印军, 易小燕, 方琳娜, 杨瑞珍. 中国耕地资源与粮食增产潜力分析. 中国农业科学, 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, 王滨, 马仓, 钟晓琳, 蔡运龙. 基于耕地面积订正的中国复种指数研究. 中国土地科学, 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] 卢新海, 崔海莹, 柯善淦, 匡兵. 湖北省耕地利用绿色转型与粮食全要素生产率的耦合协调及其驱动机制研究. 中国土地科学, 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

国家自然科学基金（71603288）、国家社科基金项目（21FGLB057）、教育部人文社会科学研究项目（21YJC790160）、中央高校基本科研业务费专项资金（2722024BY017）

张俊峰，E-mail：13476284344@126.com。通信作者张雄，E-mail：zhangxiong@mail.scuec.edu.cn

（责任编辑 李云霞）