導讀：本文綜合運用時序變化趨勢、空間集聚分析等方法，從種植結構類型和種植比例變化趨勢分析了1980 年以來中國縣域種植結構的時空特征。
農作物種植結構的時空變化信息是農業地理和農業可持續發展的重要研究內容，特別是在研究農業生態系統對陸地碳循環貢獻，評價全球變化對區域農業生產影響，分析農作物空間格局動態變化機制和建立模擬模型等方面可作為基礎信息，對國家農業生產管理、國家糧食安全預警和評估等理論與實踐問題有重要意義。
農作物種植結構變化以各種農作物種植面積變化為基礎數據，以作物播種面積占總播種面積的比例表征，其歷史變化規律可為調整糧食種植結構和指導農業適應氣候變化提供科學規劃、合理布局的依據。
農作物種植結構的時空分布受自然資源條件和市場經濟行為影響，具有空間集聚性和時序動態性等特征，因此及時、有效地獲取農作物種植結構的時空信息尤為重要。
目前獲取農作物種植結構信息的數據源有兩類，一是基于國家統計部門的逐級統計上報和抽樣估測數據集，另外則是運用遙感技術手段進行作物面積調查。遙感技術因其時效性和空間精度高，越來越多的中、高分辨率遙感數據地被應用于作物種植結構快速調查中，可及時準確地獲取全國農業種植結構信息，遙感獲取種植結構技術的進步，為實時監測農業種植結構的變化提供了有效手段，然而遙感監測的種植結構尚難在宏觀層面進行長時序、大尺度上的變化分析。
盡管基于行政區的統計數據在時效性和空間分辨率方面較差，但統計數據在區域農業生產研究和大尺度時空變化分析方面具有顯著的優勢，時間序列長和數據高度綜合對于掌握國家尺度上的農作物種植結構時空變化規律具有不可替代性，是分析歷史時期農業種植結構變化規律的基礎數據。
改革開放前，中國的糧食種植結構是長期執行計劃經濟體制以及錯綜復雜的國際國內政治經濟形勢綜合作用的結果；改革開放后農作物的種植結構隨著經濟發展進行了調整和優化，但改革開放以來中國的農作物種植結構變化特征尚缺少研究。
經濟的快速發展導致中國第一產業的比重不斷降低，與之同期調整的還有農作物種植結構。中國農業發展雖然取得了巨大成就，但進一步的發展也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環境污染問題，作物缺少連茬導致病蟲害加重，對中國新一輪的農作物結構調整都帶來不小壓力，新一輪的農作物結構調整亟待總結過去30 年的種植結構變化規律。
因此，本研究旨在基于全國農作物統計數據庫，分析農作物種植結構變化規律，為國家宏觀層面的種植結構調整和糧食安全保障提供科學基礎。
2 數據和方法
2.1 數據源
（1） 縣級農業統計數據庫。
整理農業部種植司發布的農作物數據庫，獲得了1980-2011 年逐年的農作物總產量、面積和單產數據庫。由于歷史時期行政邊界多次變更，研究以2001 年國家基礎地理信息中心發布的縣級行政邊界為基礎，依據歷史時期行政邊界變化，將全國的農作物數據庫的統計單元整理合并為2341 個縣，不包含臺灣、香港和澳門地區。形成了一套涵蓋32 年，2341 個縣的長時序空間數據集。作物種類涵蓋38 種，最終按照農業統計數據庫的統計要求合并為11 類：水稻、小麥、玉米、大豆、薯類、油類、麻類、糖料、棉花、蔬菜、水果。
（2） 種植結構類型。
種植結構類型組合采用作物種植面積占所有作物類型種植面積的百分比組合確定，種植結構類型組合可分兩種情況：
① 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。例如：某縣級行政單元的作物種植面積中前三位只有水稻的種植面積占所有作物種植面積的比例超過30%，則認為該縣的種植結構類型為單一水稻型；以此類推，有2 類或3 類作物超過30%，則以超過的作物進行組合，如水稻—玉米型，水稻—小麥—大豆型。
② 所有作物比例都不超過30%時，以前三位作物為組合，例如某縣的水稻種植面積為25%，小麥為24%，大豆為19%，玉米為17%，則可將該縣的種植結構類型組合為水稻—小麥—大豆型。作物類型的組合考慮作物類型占比和大小排序，前后兩者情況的3 種作物組合可能存在比例上差距，但排序上如果一致可認為是同一種作物種植結構組合類型。
2.2 研究方法
2.2.1 種植結構類型變化趨勢為考察全國尺度上的作物種植結構類型演變趨勢，定義了一個種植類型組合豐富度公式，其含義表示的是某一年份的種植結構類型數量與研究時段內全部出現的類型比例，公式表示如下：
（1）式中：Rt表示的是某一年種植結構類型的比例，其值域為(0, 1]，值越大則種植結構類型越豐富；mt是是某一年種植結構類型的種類數量；mmax是研究時段內所有種植結構組合類型的種類數量。
運用ArcGIS 10.0 軟件平臺將種植結構類型的空間分布作圖展示，并統計歸納種植結構的空間分布特征。根據時序上的種植結構類型，分析其變化。
2.2.2 種植結構變化趨勢分析為研究近30 年來中國農業種植結構變化的狀況以及該結構的變化速率在空間上的差異，對全國2341 個縣級行政單元內的某種作物對應的比例按年份進行一元回歸分析，得到斜率系數（S），用來表示某種作物的比例狀況的變化趨勢。斜率為負值，表示該縣的某種作物呈減少趨勢；斜率為正值區表示該縣的某種作物呈增加趨勢，如果通過0.05 的顯著性水平（p < 0.05），則認為某種作物變化比例增加或減小趨勢顯著。斜率計算公式如下：
（2）式中：S 表示某類作物種植比例的變化趨勢線性斜率；t 為研究時段內的年份；n 為研究時段內的年份數；Xtj表示的是某年j 作物的種植比例。為分析30 年來作物類型的種植比例變化，將S的空間分布用圖展示出。
2.2.3 種植結構變化的空間聚集采用局部空間自相關分析（LISA） 方法測度農業種植結構是否存在變化趨勢高度集聚。局部Moran's I 指數公式：
（3）式中：LISAi表示的是種植比例變化趨勢的局部自相關指數；s 為某類作物種植比例的變化趨勢線性斜率的標準差；xi為i 省某類作物種植比例的變化趨勢線性斜率；xj為j 某類作物種植比例的變化趨勢線性斜率；x 為某類作物種植比例的變化趨勢線性斜率的平均值；wij為空間權重，表示省級單元i 與j 的臨近關系，這里根據鄰接標準來度量；當i 省與j 省相鄰時，權重wij取1，否則取0。高高（HH） 集聚的顯著性LISA圖可表示農業種植結構變化趨勢在縣域層面上的連片分布。
3 結果分析
3.1 種植結構類型的年際變化
1980-2011 年，按照農作物種植面積占30%或者低于30%的按作物種植面積的前三位組合的標準，中國的種植結構類型數為182 種。2000 年以前，國家尺度的種植結構類型數量介于21~54 種類之間，類型豐富度在0.18；2002 年后，種植結構類型組合數量介于84~106 之間，類型豐富度指數增長至0.52；種植結構類型的調整表明2000-2002 年期間，中國種植結構發生了重大調整，類型豐富度顯著增加，更為多樣的種植結構逐漸替代簡單的種植結構（圖1）。
從調整類型來看，主要是單一型種植結構被組合型種植結構替代，從以糧食作物種植結構為主的種植格局轉變為糧食與經濟作物組合的格局。
中國的主要種植結構類型有單一水稻型、水稻—小麥組合型、水稻—玉米組合型、單一小麥型、小麥—玉米組合型、單一玉米型、單一蔬菜型、單一水果型等等。圖1b 列舉了中國三大作物及其典型的組合表征的農作物種植結構類型的時序變化趨勢。
三大糧食作物的占優單一型種植結構呈逐年遞減趨勢，單一水稻型的縣數比例由最高值37.5%（1985 年） 降至19.0%（2008 年），單一小麥型由23.3%（1985 年） 降至8.8%（2011 年），單一玉米型相對穩定保持在10%~14%左右；小麥—玉米的組合型在2002 年前維持在15%~20%之間，而2002 年之后降到10%以下；水稻—小麥型也有類似趨勢，2002 年前在6%左右，2002 年后降為2%以下；水稻—玉米型在2002 年前在5%左右，而之后低于1%。
圖1c 展示的是經濟作物的單一種植結構型的時序變化趨勢。單一蔬菜型、單一薯類型、單一水果型和單一油料型在2002年前比例非常低，2002年后基本都有超過2%。
3.2 種植結構類型的區域分異
表1 表示的是種植結構比例數據變化，1980-2011 年中國出現的種植面積前10 位的主要種植結構類有16 種。
1980 年時主要的種植結構類型以糧食作物為主，全國82.7%的縣級農業種植結構是水稻、小麥、玉米及其相互的組合型號，前10 位的種植結構類型占全國總縣數的93.3%；
1990 年，前10 位的比例略升至95.0%，相比1990 年，單一蔬菜型和單一水果型的種植縣數替代單一大豆型和單一棉花型進入種植結構前10 位；
2000 年，全國的種植結構尚未發生根本性變化，但前10 位縣數已降低了近10%，即有209 個縣通過調整種植作物類型，改變了種植結構比例；
2002 年，是中國農業種植結構的重大轉折時期，以糧食作物為主的種植結構發生了根本性變化，前10 位中已種植糧食作物為主要種植類型的縣數降至50.7%，單一蔬菜型縣數上升至第4 位，占9.1%；
2011 年，中國前10位的縣數總量為1699 個，只占72.6%，相比1990 年減少了524 個縣（22.4%），糧食作物與經濟作物的混合結構出現，例如水稻—蔬菜組合型。農作物種植結構的調整，不僅是大政策的體現。
2002 年以后，中國的種植結構趨于豐富，既與國家農業政策的調整有關，也與農戶的微觀選擇有關，例如在大城市周邊地區形成的糧食與蔬菜作物組合型或是糧食與水果作物組合型，就是城市化帶來的經濟作物需求。
圖2 展示的是5 個時期中國縣級行政單元內的農作物種植結構類型的空間分布及其變化。
從種植結構類型變化上看，1980-2011 年中國63.8%的縣市（1494 個） 調整了種植結構，主要改變方向為降低主要糧食作物產量的種植比例，增加經濟作物和蔬菜瓜果類作物的種植比例；空間分布來看，改變了種植結構類型的縣主要分布于中國沿海和西部地區，未改變種植結構的縣主要分布于中國中部地區（圖2f）。
只有近1/3 的縣級未改變農業種植結構，其中單一水稻型385 個，單一小麥型105 個，單一玉米型160 個，小麥—玉米組合型130 個，盡管如此這些縣中的主導作物類型比例還是有不同程度的降低趨勢。
1980-2011 年間，雖然以單一水稻型為典型特征的種植結構縣數比例在持續下降，水稻依然是第一大種植作物；空間分布上，1980 年中國單一水稻型作物主要分布在中國南方的11 個省市，然而到2011 年分布省份無變化，但各省內都有不少縣調整了單一水稻型的種植結構，以長三角、珠三角和閩三角的城市化地區最為典型。
單一玉米型則主要分布在東北至西南的東三省、內蒙古東部至廣西等地，從1980-2011 年在同一線上有所外擴。
1980 年單一小麥型則主要分布在山東新疆北部、甘肅、寧夏、內蒙中部、河南、安徽北部和山東南部等地，2011 年則相對萎縮至河南、安徽北部和山東南部局部區域。
1980 年小麥—玉米組合型主要分布在山東中北部、河北南部、河南北部、山西、陜北和新疆中南部、而到2011年則萎縮至山東中北部、河北南部、河南北部、山西南部等地。
3.3 作物種植比例變化的分布
圖3 和表2 表示的是1980-2011 年中國農作物種植比例的年際變化趨勢。全國縣級尺度上，三大糧食作物所占的農作物種植比例呈減少趨勢，47%的水稻、61%的小麥和29.6%的玉米種植縣的種植比例呈顯著減少趨勢（p < 0.05）。
結合種植結構類型變化看（圖2），糧食作物由水稻為主的格局調整為水稻、小麥和玉米的種植區域共存的格局；其他作物的種植比例呈現空間上的顯著增加。
水稻種植比例顯著減少的地區主要集中在福建、廣東和浙江等沿海省份，改變了其原始的種植結構類型；傳統的水稻種植區的江西、湖南、安徽南部、四川盆地和重慶等地也有減少，但減少程度相對于沿海較輕，該地區主要的農業種植結構調整有別于沿海省份，基本上不改變種植結構類型，但降低種植比例。
小麥種植比例顯著減少的地區主要集中在黃土高原地區包括甘肅南部、寧夏、陜北高原至山西一帶，這些地區的是種植結構類型也發生了顯著調整；此外華北平原的傳統小麥種植區的種植比例也顯著減少，但未改變種植結構類型。
玉米種植比例顯著減少的地區在空間上覆蓋中國的第二階梯，在高原區形成北東—西南走向，從東北三省至西南部云貴高原的條帶地區，可以稱之為種植比例“玉米減少帶”（圖3b）；其中種植結構類型變化的地區主要分布在云南北部、四川南部、陜西南部、湖北西部、京津冀地區和東北平原區；而種植比例減少包含約650 個縣級行政單位，覆蓋從黑龍江北部至云南西南部的15個省市。
與之相應，經濟作物如大豆、蔬菜、薯類、水果和油料作物則呈增加趨勢，50.3%的大豆、87.7%的蔬菜、59.5%的薯類、70.7%的水果和69.5%的油料種植縣的種植比例增加趨勢顯著（p < 0.05）（圖2）。
大豆的種植比例增加區主要分布在中國東北的黑龍江和吉林省南部的少量縣，而在中國其他地區都有不同程度的增加；蔬菜種植比例顯著增加的地區主要集中在沿海地區，包括京津冀、長三角和珠三角等大城市周邊，與城市化需求密切相關，還有一部分分布于山東半島，山東與江蘇交界，廣西東北部等縣市；薯類種植比例顯著增加的地區主要分布于內蒙中部、寧夏南部、甘肅西南以及西南五省市的交界山區；水果種植比例顯著增加的地區主要分布于山東煙臺、北京周邊、陜北黃土高原、新疆和東南沿海的廣東、福建等地，油料種植比例顯著增加的區域集中分布于中國的西藏南部、新疆北部，青海東部以及長江中下游的湖北至安徽沿岸縣市。
此外，棉花、糖料和麻類是區域性種植作物，全國棉花有42.2%的棉花，糖料有55.6%的糖料以及24.2%的麻類種植縣存在種植比例變化趨勢，其中30.7%的棉花和24.4%的糖料呈增加趨勢，13.6%的麻類呈減少趨勢，三類作物的分布呈現區域性，棉花的顯著增加區主要分布于新疆，華北平原和長江中下游平原；麻類主要分布于長江中下游沿岸；而糖料則零星分布于云南、廣西、廣東和福建等地。
3.4 城市地區的種植結構變化
為了解城市化對區域性種植結構變化的影響，將中國的城市地區按照市轄區的范圍提取了660 個城市，共717 個縣區的農業種植結構變化趨勢，分析城市地區種植結構變化趨勢。
總體趨勢表明，城市及其周邊地區的種植結構變化表現出兩個特征，
一是農作物種植面積在過去30 年間迅速萎縮，耕地大量轉為城市建設用地，糧食作物用地和林地改為經濟作物用地，種植結構顯著改變，90%的縣區范圍內農作物種植面積減少，糧食作物面積迅速減少，而水果和蔬菜類種植面積迅速增加；
二是種植結構由早期的糧食作物轉向蔬菜，水果為主經濟作物；68.6%的縣區發生了種植結構變化，以經濟作物中的單一蔬菜型和單一水果型為主的單一型種植結構隨著城市擴展而迅速增加，1980 年只有3 個縣區以蔬菜型種結構植為主，2011 年則有54 個縣區級形狀單位以蔬菜為主；1980 年只有13 個以水果為主要種植類型的縣區，2011 年為29 個。
224 個縣市未發生種植結構類型變化，都是糧食作物為主，112 個是單一水稻型，3 個水稻—玉米型；6 個水稻—小麥型；20個小麥型，48個小麥—玉米型；31個玉米型。
3.5 種植結構變化的空間集聚
運用局部自相關方法，對11 種作物進行空間集聚分析，獲得了1980-2011 年中國種植結構的空間集聚特征（圖4），1300 個縣級行政單位具有作物的空間集聚效應；其中，水稻的高度增長聚集區占全國縣級行政單位的2.86%，主要分布在中國東北地區的吉林和黑龍江的松嫩平原和黑龍江的三江平原地區；
小麥的高度集聚區占5.64%，主要分布在東北的遼寧和吉林中部地區，此外在廣西地區有顯著的連片集聚區。
玉米種植結構增長的連片區占6.11%，分布在中國北方的甘肅黑河流域和寧夏，內蒙高原中部附近；大豆的4.53%連片集聚在內蒙古東北，黑龍江和吉林的東南等地；1.62%的麻類集聚區主要分布在湖南，江西和湖北的交界區；棉花的高級聚集區占7.77%，主要分布在新疆全境，山東北部、天津和河北東南以及河南東部部分縣市；8.24%的蔬菜類聚集區主要分布在京津冀地區、上海、浙江、福建的沿?？h市和珠江三角洲的外圍城市如肇慶、清遠、從化和惠州等地；12%的薯類種植比例增加的集聚區主要分布在中國的西部省份，包括從內蒙中部，寧夏南部，甘肅南部、四川山區、重慶周邊及其與之接壤的貴州、云南等地；10%的水果種植比例集聚區主要分布在北京周邊、陜北黃土高原、新疆中南部、江西贛南、福建南部、廣州的粵東粵西兩軸和廣西南部；1.41%的糖料主要分布在貴州南部、廣西南部和廣東的雷州半島附近；9.35%的油料作物主要分布在青海東部，西藏南部，湖北東部、湖南北部、河南南部、安徽南部和江西北部的集中區域。
4 結論與討論
4.1 結論
（1） 國家尺度上的種植結構類型變化，中國的種植結構調整從2002 年起發生重大變化，類型豐富度顯著增加，多元種植結構逐漸替代單一型種植結構。三大糧食作物的占優單一種植結構類型呈逐年遞減趨勢，其中既有三大糧食作物的組合型結構混合因素，又有三大糧食作物種植面積轉換為其他作物種植面積的變化因素。
（2） 近30 年來中國出現的種植面積前10 位的主要種植結構類型有16 種。1980 年全國82.7%的縣級農業種植結構是水稻、小麥、玉米及其相互的組合型；但從2002 年起，中國農業種植結構進入調整期，以糧食作物為主的種植結構發生了根本性變化，前10 位中以種植糧食作物為主要種植類型的縣數降至50.7%。
（3） 全國縣級尺度上，三大糧食作物所占的農作物種植比例呈減少趨勢，47%的水稻、61%的小麥和29.6%的玉米種植縣的種植比例減少趨勢顯著（p < 0.05）。糧食作物以水稻為主的種植格局調整為水稻、小麥和玉米的種植區域共存的格局，其中玉米種植面積比例在空間上變化最為顯著，在中國形成東北—西南向的“玉米減少帶”，同時該區域也是中國種植結構多樣性最豐富的地帶。作為種植結構調整最為熱點的城市地區，城市化對種植結構變化影響顯著，水果和蔬菜類種植比例在城市化地區快速增加。
（4） 種植結構變化趨勢的空間集聚區域。近30 年來中國種植結構在1300 個縣級行政單位形成了的空間集聚效應；其中，水稻的高度增長聚集區占全國縣級行政單位的2.86%；小麥占5.64%；玉米種植結構增長的連片區占6.11%；4.53%的大豆；1.62%的麻類；棉花的高度聚集區占7.77%；8.24%的蔬菜類聚集區；12%的薯類；10%的水果種植比例；1.41%的糖料；9.35%的油料作物。
4.2 討論
（1） 與種植結構密切相關的宏觀決策問題是中國糧食安全的保障程度?！秶壹Z食安全中長期規劃綱要（2008-2020 年）》設定的2020 年糧食自給率為95%，其中谷物為100%，這意味著農作物種植結構變化與糧食供給能力密切相關，中國種植結構變化對糧食安全的影響將涉及到以下幾個方面：
① 受糧食價格的影響，農戶趨向于種植非糧食作物，或者撂荒土地；而主糧作物作為肉類食品的低端原料，受中國人口增長和經濟增長帶來的肉類食品需求影響，將原有的主糧轉作飼料投放，因此未來受糧食消費習慣改變、國內外糧食價格變化、區域水土資源條件等影響，依托調整作物種植結構實現糧食增產的潛力有限，進而影響糧食安全；
② 為減少溫室氣體排放，有效保護生態環境，實現可持續發展，越來越多的糧食作物種植區將會因生物質能源需求上升而轉種生物質能料作物，這將直接占用種植農作物的耕地資源，進而增加糧食供給保障的負荷，因此需要統籌糧食安全保障與生物質燃料種植對種植結構的調整；
③ 隨著城市化發展，越來越多城市周邊的農業種植以生態觀光農業需求為主，同時因為物流技術的發展，增加對遠程經濟作物和水果蔬菜類作物的需求，而改變城市近郊和傳統農業主產區的種植結構，而被置換的農業用地也可能被城市建設用地侵占，進而減少糧食供應能力。
（2） 種植結構變化的驅動因素分析。一般研究認為，種植結構變化的驅動是政策、技術進步、社會需求、經濟效益、自然條件等多因素綜合的作用過程[19]。也有研究選擇單一作物水稻的種植面積變化與驅動因素進行定量分析表明，除了上述原因外，城市化和氣候變化也是驅動種植結構調整的重要因素。
然而，本研究中種植結構變化并不是線性趨勢，而是在某一階段迅速發生突變，因而種植結構演變的驅動因素尚難以定量化，就定性的描述來說，中國種植結構調整的幾大重要因素包括：
① 城市化水平提升改變了城市周邊地區的種植類型，將原有糧食作物改種為水果、蔬菜類經濟作物，另外直接減少耕地面積，減少種植面積；
② 不同作物的價格差異驅動種植者將經濟價值低的作物改種為價值高的作物；
③ 技術進步包含兩個方面，一是農業技術進步，提升了作物產量和種植面積，另外則是物流成本降低，加大了不同種植區間的作物需求交換；
④ 近30年中國農業投入的加大，特別是單位面積的農業投入提升大大增加了總的作物產量，相應地就減少了作物種植面積的需求；
⑤ 肉類消耗，增加了飼養作物牲畜所需的主糧作物的供應；
⑥ 氣候變化的影響，已有研究表明近30 年中國的氣候變化對作物產量和種植面
積都有溫和的正效應；而在過去的50 年中，由于氣候變暖造成了全國種植制度改變玉米、冬小麥和雙季稻種植北界北移，也為結構變化提供了地理空間。
為此，種植結構變化的影響及驅動因素的時空分異特征將是下一步研究的重點。
參考文獻:略
中國鄉村發現網轉自：地理學報（2016年第5期）
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