ZHENG Ling1,2, MA Qianran1, JIANG Tao1, LIU Xiaojing1,2(), MOU Jiahui3, WANG Canhui2,4, LAN Yu2,4
Received:
2024-10-31
Online:
2025-03-18
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About author:
ZHENG Ling, E-mail: zhh255548@gmail.com
corresponding author:
CLC Number:
ZHENG Ling, MA Qianran, JIANG Tao, LIU Xiaojing, MOU Jiahui, WANG Canhui, LAN Yu. Analysis of the Spatial and Temporal Patterns of Grain Production and Their Influencing Factors in Sichuan Province[J]. Smart Agriculture, doi: 10.12133/j.smartag.SA202411013.
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URL: https://www.smartag.net.cn/EN/10.12133/j.smartag.SA202411013
Table 1
Analytical methods for spatiotemporal patterns and influencing factors in grain production
类别 | 模型名称 | 特点 | 不足 | 研究者 |
---|---|---|---|---|
空间分布格局分析 | Moran's Index 全局莫兰指数 局部莫兰指数 热点分析 地理可视化 | 揭示时间序列截面上各评价单元间粮食产量的空间相关性 | 难以独立分析每个评价单元粮食产量的时间变化特征,揭示每个评价单元的时间动态变化 | Li等[ |
重心迁移轨迹 标准差椭圆方法 | 研究区整体产量的空间分布和演化特征 | Chai等[ | ||
时间演变格局分析 | 高斯滤波 差分自回归移动平均模型(Autoregressive Integrated Moving Average, ARIMA) 曼-肯德尔趋势检验(Mann-Kendall Trend Test, MK) | 研究区整体产量的时间变化趋势 | Chen等[ 杨铁军等[ Du和Fan[ | |
影响因素分析方法 | 地理加权回归(Geographically Weighted Regression, GWR) | 产量与影响因素间的线性或非线性关系 | 局部模型,考虑了地理位置对结果的影响,未考虑时间非平稳性的影响 | 刘正佳等[ |
空间滞后模型(Spatial Lag Model, SLM) | 全局模型,未考虑地理位置、时间非平稳性的影响,难以准确识别粮食生产的关键驱动机制 | He等[ | ||
皮尔逊相关系数 | Zhang等[ | |||
随机森林 | Chen等[ | |||
广义加性模型(Generalized Additive Model, GAM) | Anderso等[ |
Table 2
Basic information of the research data
数据名称 | 来源 | 时间范围 | 类型 |
---|---|---|---|
逐年的粮食总产量 | 《中国县域统计年鉴》 | 2000—2019年 | 统计数据 |
农作物总播种面积 | |||
常用耕地面积 | |||
农用机械总动力 | |||
有效灌溉面积 | |||
农用化肥施用量 | |||
人均地区生产总值 | 《中国区域经济统计年鉴》 | ||
农村居民人均可支配收入 | |||
中国平均气温、降水、日照数据集(1 km) | 国家青藏高原科学数据中心 | ||
长时间序列逐年人造夜间灯光数据集(1 km) | 遥感数据 | ||
四川省土地利用数据(30 m) | 《Earth System Science Data》 | ||
北半球植被逐年关键物候期数据集(8 km) | 国家地球系统科学数据中心 | ||
土壤pH、有机碳、全氮、全磷、全钾含量数据集(90 m) | 2010—2018年 | ||
DEM(Digital Elevation Model)数据(30 m) | 地理空间数据云 | 2009年 |
Table 3
Spatiotemporal hot and cold spot area and proportion of total grain yield in Sichuan province from 2000 to 2019
类型 | 面积/km2 | 占比/% | 类型 | 面积/km2 | 占比/% |
---|---|---|---|---|---|
热点 | 165 768.70 | 34.09 | 冷点 | 304 248.40 | 62.57 |
连续热点 | 6 299.00 | 1.30 | 连续冷点 | 2 134.10 | 0.44 |
逐渐减少的热点 | 10 732.60 | 2.21 | 逐渐减少的冷点 | 195 809.10 | 40.27 |
历史热点 | 150.10 | 0.03 | 历史冷点 | 320.40 | 0.07 |
加强的热点 | 105 339.80 | 21.66 | 加强的冷点 | 48 962.10 | 10.07 |
新增热点 | 437.60 | 0.09 | 新增冷点 | 127.40 | 0.03 |
振荡的热点 | 11 836.40 | 2.43 | 振荡的冷点 | 4 090.20 | 0.84 |
持续的热点 | 28 209.70 | 5.80 | 持续的冷点 | 51 317.20 | 10.55 |
分散的热点 | 2 763.50 | 0.57 | 分散的冷点 | 1 487.90 | 0.31 |
未检测到模式 | 16 239.20 | 3.34 |
Table 4
Spatiotemporal trend area and proportion of total grain yield in Sichuan province from 2000 to 2019
类型 | 面积/km2 | 占比/% | 类型 | 面积/km2 | 占比/% |
---|---|---|---|---|---|
上升趋势 | 314 977.50 | 64.77 | 下降趋势 | 82 337.20 | 16.93 |
上升趋势-99%置信度 | 252 002.00 | 51.82 | 下降趋势-99%置信度 | 55 917.50 | 11.50 |
上升趋势-95%置信度 | 42 479.90 | 8.74 | 下降趋势-95%置信度 | 21 221.60 | 4.36 |
上升趋势-90%置信度 | 20 495.60 | 4.21 | 下降趋势-90%置信度 | 5 198.10 | 1.07 |
无显著趋势 | 88 990.00 | 18.30 |
Table 5
Indicators of factors influencing grain production changes in Sichuan province
类型 | 主要因子 | 具体指标 | 符号 | 单位 |
---|---|---|---|---|
自然因素 | 地形状况 | 平均高程 | X1 | m |
坡度 | X2 | (°) | ||
气候条件 | 年均降雨 | X3 | m | |
年均气温 | X4 | ℃ | ||
全年日照时数 | X5 | h | ||
土壤质量 | 0~15 cm土壤pH值 | X6 | 无 | |
0~15 cm土壤有机碳含量 | X7 | g/kg | ||
0~15 cm土壤全氮含量 | X8 | g/kg | ||
0~15 cm土壤全磷含量 | X9 | g/kg | ||
0~15 cm土壤全钾含量 | X10 | g/kg | ||
农业因素 | 耕作条件 | 农作物总播种面积 | X11 | kha |
常用耕地面积 | X12 | hm2 | ||
有效灌溉面积 | X13 | kha | ||
农用化肥施用量 | X14 | t | ||
农用机械总动力 | X15 | 千万W | ||
农作物生长节律 | 植被生长季始期(Start of Season, SOS) | X16 | 天 | |
植被生长季峰值(Peak of Season, POS) | X17 | 天 | ||
植被生长季末期(End of Season, EOS) | X18 | 天 | ||
经济因素 | 地区经济发展水平 | 人均地区生产总值 | X19 | 元/人 |
农村收入水平 | 农村居民人均可支配收入 | X20 | 元 | |
人为因素 | 乡村人口 | 乡村人口数 | X21 | 万人 |
人类活动强度 | 夜间灯光强度 | X22 | 无 |
Table 6
Collinearity test of explanatory variables in the identification of driving factors for grain production in Sichuan province
变量 | 剔除前容差 | 剔除前VIF值 | 剔除后容差 | 剔除后VIF 值 |
---|---|---|---|---|
平均高程 | 0.01 | 81.774 | ||
坡度 | 0.11 | 9.236 | 0.150 | 6.682 |
年均降雨 | 0.45 | 2.245 | 0.491 | 2.036 |
年均气温 | 0.02 | 45.871 | ||
全年日照时数 | 0.21 | 4.725 | 0.367 | 3.564 |
0~15 cm土壤pH值 | 0.28 | 3.553 | 0.367 | 2.727 |
0~15 cm土壤有机碳含量 | 0.01 | 141.784 | ||
0~15 cm土壤全氮含量 | 0.01 | 102.881 | 0.125 | 7.977 |
0~15 cm土壤全磷含量 | 0.10 | 10.340 | 0.183 | 5.475 |
0~15 cm土壤全钾含量 | 0.15 | 6.643 | 0.513 | 1.950 |
农作物总播种面积 | 0.11 | 8.947 | 0.123 | 8.161 |
常用耕地面积 | 0.15 | 6.695 | 0.152 | 6.593 |
有效灌溉面积 | 0.22 | 4.480 | 0.234 | 4.282 |
农用化肥施用量 | 0.32 | 3.082 | 0.339 | 2.952 |
农用机械总动力 | 0.28 | 3.516 | 0.288 | 3.468 |
SOS | 0.01 | 103.942 | 0.119 | 8.391 |
POS | 0.00 | 387.408 | 0.123 | 8.132 |
EOS | 0.01 | 123.659 | ||
人均地区生产总值 | 0.25 | 4.053 | 0.255 | 3.928 |
农村居民人均可支配收入 | 0.30 | 3.314 | 0.311 | 3.215 |
乡村人口数 | 0.26 | 3.865 | 0.260 | 3.848 |
夜间灯光强度 | 0.42 | 2.399 | 0.419 | 2.388 |
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