基于作物空间分配模型的南方多熟制水稻时空格局及其社会经济驱动力研究

China is the largest producer and consumer of rice in the world. Frequent fluctuations of multiple rice cropping systems in southern China year by year, with a population of 1.3 billion people, providing stable and enough of this staple crop remains a challenge in China. Even though technology advances in crop management and crop varieties have largely improved rice yield, there are still considerable gaps in our knowledge about the spatial dynamic of rice cropping systems during the past decades, especially in multiple rice cropping system areas. Therefore, spatial production allocation model (SPAM) has been developed and improved by multi-sources information fusion, including administrative unit statistics of crop data, cropland distribution, agricultural irrigation distribution, and crop suitability distribution. Then single-/double cropping rice distributions will be estimated at the pixel level in southern China during 1981–2015 by the SPAM and be validated by regional remote sensing data. Third, analyzing how social and economical factors drive the shift of single-/double cropping rice by spatial panel data model. This research will provide some advisements for designing adaptation strategy in southern China.

实施种植业结构调整规划，稳定水稻和小麦生产已经成为中国农业生产重点关注的问题。南方多熟种植制度地区的作物时空分布易受社会经济和城市化等因素的影响，明晰该地区主要农作物的时空格局，阐明其动态变化规律，可为优化农业生产布局提供科学依据。本项目构建基于最小交叉信息熵的水稻空间分配模型，以湖南地区为南方典型研究区域，以多熟制水稻为研究对象，结合遥感、土地资源、农业气象和社会经济等多源信息，在像元尺度上模拟过去35年（1981-2015）湖南地区多熟制水稻（单/双季稻）的逐年时序空间分布，利用该地区农作物遥感解译结果以及地面样方实测数据，对模型结果进行散点拟合和时间序列拟合验证；在此基础上，分析湖南地区单/双季稻的时空分异特征，结合区域社会经济因子构建空间面板模型，定量评估多熟制水稻内部的单/双季稻之间相互转换的社会经济驱动机制，研究结果有利于南方复杂地形及多熟种植制度地区的种植结构调整。

南方水稻多熟种植制度时空演变是农业土地利用变化领域的重点及热点研究内容。本研究以南方水稻多熟种植地区湖南省为研究区域，以“信息提取-变化分析-影响机理”的研究主线，利用MODIS数据、农作物遥感样方实地数据、长时间序列县级农作物统计数据和社会经济统计资料、农户调查数据，综合运用基于作物物候混合时间算法、地理数据空间分析、地理探测器模型、调查数据实证分析等方法与手段，研究了多熟制地区水稻类型的空间分布信息遥感提取方法，分析了水稻时空动态变化特征、探讨了水稻时空变化的社会经济驱动因素，主要研究结论如下：第一，作物物候混合时间算法能够在区域尺度较好的实现早稻、中稻及晚稻种植空间分布信息的遥感提取，适用于地块较为破碎和以丘陵山区为主的南方多熟制水稻种植地区。第二，1978-2017年期间，双季稻面积变化呈极显著下降趋势，降速分别为15.3和17.36kha/10a；中稻则呈极显著增加趋势，增速达27.00kha/10a。2003年为水稻种植面积变化的重要拐点之一，双季稻是种植面积恢复转折年份，中稻则是迅速上升的年份。在地理集中度上，双季稻呈不均衡趋势发展，近年来中稻则已接近绝对均衡。从区域分布上看，洞庭湖平原和湘资沅澧“四水”冲积平原的水稻面积变化为不显著及弱显著，变化幅度较大区域主要为湖南东西部山区向平原带的过渡地区。农作物多样性上表现为双季稻种植比例下降，中稻比例上升，形成水稻、玉米、油菜及蔬菜等粮经作物共存的种植类型格局。第三，作物价格差异、劳动力价格上涨等因素主要驱动水稻种植模式由传统双季稻模式演变为“一季稻+其他经济作物”；农业政策与科技进步在稳定水稻种植面积上表现为正向作用。经微观农户调查研究，对水稻生产规模经济效益影响最大因素是租田费用和稻作补贴，其次为家庭劳动力稻作率和稻谷销售价格，农场主年龄和文化程度的关联度较低。研究结果可为区域农作物空间布局及种植结构调整提供一定的基础数据和理论支撑。