四川柑橘生产空间的时空演化特征及对适宜空间的响应机制

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农作物空间变化的本质是农业土地利用变化,它集中反映了人类对土地进行的农业生产利用的过程。农作物空间的时空演化特征、响应机制是农业土地系统研究的基础内容。然而农业土地系统庞大复杂,且随着时间推进,其结构、状态等也相应演化,极大地增加了农业土地系统的复杂性和研究难度,把复杂的农业土地系统简化为单一作物土地空间开展研究,有助于揭示农业生产过程中“人类-自然”综合体的复杂关系,加深对农业土地系统的理解,有助于为区域农作物种植结构调整、国土空间规划和农业土地系统优化提供重要依据。本研究综合运用数理分析法、最大熵模型(Max Ent)、Arc GIS技术、空间计量模型等方法与工具,以四川省柑橘为例,分析其生产空间的时空演化特征及其对适宜空间的响应机制。取得的主要研究结果如下:(1)四川省柑橘适宜空间变化较小,在波动变化中呈现局部的空间调整和等级的升降转换。(1)基于最大熵模型构建了四川省柑橘适宜空间分布与环境变量的关系模型。模型AUC值>0.90,预测准确度非常好。影响四川省柑橘适宜空间分布的主导环境变量有海拔、最热月平均气温、年平均气温、夏季≥38℃持续天数、年均空气湿度、花期幼果期平均空气湿度、坡度、年降水量、气温年较差、≥0℃积温、年日照时数、最冷月平均气温、无霜期、≥10℃积温及p H。主导自然环境变量可以概况为以光、热、水为特征的气候环境变量。(2)1980-2015年间,四川柑橘适宜空间变化较小,基本保持稳定,主要分布在川中丘陵区、成都平原区,以及与盆周山地区的交接地区。研究期间,适宜空间整体呈双峰状波动收缩,适宜空间累积减少3.1×10~4ha。在南充市、乐山市、眉山市、泸州市呈现空间扩张,在资阳市、遂宁市、达州市、内江市、宜宾市、广安市呈现空间收缩。局部地区适宜空间的扩张与收缩交替发生。中适宜等级空间整体上呈现收缩状态,并表现出“收缩-扩张-收缩”的演化过程,累积减少6.22×10~4ha。高适宜等级空间整体呈现出扩张态势,分布从零星分散向区域集聚转变,并历经“扩张-收缩-扩张”的演化过程,高适宜等级空间累计增加3.12×10~4ha。(3)四川柑橘适宜等级存在升降转换的现象,且主要发生在相邻等级之间。不适宜等级主要与低适宜等级发生双向转化,低适宜等级的双向转换主要发生在不适宜等级和中适宜等级之间,中适宜等级的双向转换主要发生在低适宜等级和不适宜等级之间,高适宜等级主要与中适宜等级发生双向转换。(2)四川柑橘生产空间集聚态势显著,空间在波动中扩张且存在向中低适宜等级空间转移趋势。(1)1980-2015年间,四川柑橘生产空间呈现扩张态势,柑橘种植面积从3.55×10~4ha,快速增加到27.84×10~4ha,生产空间重心以“慢-快-慢”的运动特征,往西南部迁移。时序上可分为快速扩张期(1980-1995年),强烈震荡期(1995-2005年),扩张恢复期(2005-2015年)3个阶段。柑橘生产空间在县域尺度上具有显著的地理性集聚,呈现出“西冷东热”的空间结构。随着时间推移,柑橘生产空间热点区逐步从盆周山地区收缩,并向成都平原区、川中丘陵区集中。区位基尼系数从0.705增长到0.767,地理集中度从54.75%增长到64.02%,集聚程度不断提升。(2)对适宜空间而言,柑橘生产空间的响应状态整体为弱正响应,响应指数从2.22增加至17.40。县域柑橘生产空间多以强负响应和弱正响应状态为主,强负响应主要分布在盆周山地区和成都平原区;弱正响应主要分布在川中丘陵区;强正响应处于零星分散发布。随着柑橘生产空间扩张,生产空间对高适宜空间的响应状态出现失衡,对高适宜区的响应指数从34.07减小至-62.2。县域柑橘生产空间多以强负响应为主,大量分布在盆周山地区、成都平原区和川中丘陵区,生产空间存在向中低适宜等级空间,甚至不适宜等级空间转移的趋势。(3)四川柑橘生产空间响应“自然-人文”因素共同驱动作用,生产要素是关键因素,自然因素是重要因素。(1)四川柑橘生产空间是由多种因素共同作用的结果。其中,劳动力投入强度、化肥施用强度、农药施用强度、有效灌溉面积等生产要素的解释力最强,q值>0.6;坡度、海拔、年空气湿度、年日照时数等8个驱动因素次之,其解释力在0.207-0.322;水果消费、经济反哺能力、城市化水平等社会经济因素的解释力偏弱,其q值均<0.2。表明生产要素是四川柑橘生产空间分异的关键因素,自然因素是重要因素。(2)各因素对柑橘生产空间分异的交互作用主要表现为双因子增强,不存在相互独立起作用的因素。生产要素在叠加自然因素、市场因素和社会因素后强化了对四川柑橘生产空间分异的影响。城镇化发展、经济反哺能力、城镇消费水平与其它因素的交互驱动作用大多为非线性增强,表明经济社会发展可以大幅增强其他因素对柑橘生产空间分异的影响。(3)在自然资源、市场因素、生产要素、社会经济等因素中,总响应效应在>10%水平以上显著的解释变量有15个,其中自然因素7个,人文因素8个,说明四川柑橘生产空间响应机制表现出明显的“自然-人文”因素的共同驱动特征。生产空间与海拔、降水量、最热月平均气温、年日照时数、气温年较差、城镇化水平、消费水平、技术进步8个因素的总响应效应呈负相关,上述变量每增加1%,柑橘生产面积将依次减少0.61%、0.358%、0.844%、1.784%、4.734%、0.398%、2.473%、0.181%。生产空间与坡度、无霜期、劳动力投入强度、有效灌溉面积、农药投入强度、路网密度、经济反哺能力7个变量的总响应效应呈正相关,上述变量每增加1%,柑橘生产面积将依次增加1.270%、1.044%、0.542%、0.172%、0.285%、0.626%、0.356%。(4)柑橘空间网格化模拟模型适用于四川柑橘的调控,可采用正向低增长场景方案进行空间优化。(1)本研究立足生产空间对自然驱动因素、人文驱动因素的响应机制分析结果,构建的SGSM-Citrus模型较好地实现了柑橘空间调控模拟,为农作物空间调控模型模拟提供了一种新方法。2025年4种场景下的柑橘空间规模与预测规模基本一致,正向低增长场景模拟数据为30.7×10~4ha,正向高增长场景模拟数据为36.71×10~4ha,负向低增长场景为28.11×10~4ha,负向高增长场景为25.4×10~4ha,与其对应场景的相对误差均<0.05%。(2)2025年,四川柑橘生产布局宜采用正向低增长场景进行空间调控。主要布局在眉山市、资阳市、宜宾市、南充市、内江市5个市。巴中市、广元市、成都市、凉山州等市州存在非理性扩张响应,应及时弱化产业扶持,项目资金投入等政策工具对非理性区域的激励作用。在攀枝花市、甘孜州、南充市等市州的局部地区,由于具有独特的比较优势,如攀枝花市光照优势、南充市规模优势,柑橘种植面积可适度增加,可针对比较优势制定扶持政策,引导各类社会、经济要素汇聚到这些区域,促进柑橘产业可持续发展。
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