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基于GIS的大豆种质资源空间分布特征分析

更新时间:2009-03-28

1 引言

大豆是我国传统的优势农产品,也是国内唯一的进口量超过生产量的大宗农产品。近年来,随着我国大豆消费水平的提高,大豆需求急剧增加。目前,我国在食品工业方面消耗大豆为1000万t左右,但大豆产品自给率不到50%,大豆进口量连年上升[1]。因此如何冲破重重困难振兴中国的大豆产业已成为当务之急[2]。近年来,国内外学科背景不同的学者们对大豆产业发展给予了关注并进行不同层面的研究,结合GIS技术对农作物产量研究越来越广泛。其中有利用计算气候生产力的方法建立西北旱地玉米产量动态预报模型[3]。韩非等运用GIS空间分析软件对北京都市农业进行了综合评价和功能分区[4]。李二玲等通过大豆种植重心、基尼系数、空间自相关和区位计算,结合全国及各省区大豆产量、单产和种植面积的摆动情况,探讨了大豆种植的地理集聚格局、演化路径及其机制[5];龙东平等采用GIS趋势分析工具同时结合三次多项式拟合生成三维透视图,较为全面地反映了目前中国农业现代化发展水平的空间分异格局及地域分异规律[6];张荣天在构建好农业现代化值的基础上通过GIS空间分析、变异系数CV及空间自相关分析模型的Moran′s I指数、G*指数对长江三角洲农业现代化进行了评价及空间分异特征分析[7];韩书成等运用综合效益评价方法和协调度分析方法,根据两者的组合状态对江苏土地利用综合效益进行空间分异研究[8];郑昌玲利用大豆不同剩余阶段气象因子的综合聚类指标选择气象相似年型,再根据相似年的产量变化确定预报年的产量气象影响指数,建立全国大豆单产动态预报模型。通过对1995-2004年大豆产量进行动态预报,实现了大豆产量的连续、动态、定量预报[9]

本文在现有研究的基础上,以全国29个主要大豆种植省份的大豆数据为基础,包括生育天数、百粒重两项指标,结合ArcGIS中的空间自相关分析方法对大豆种植资源空间分异进行研究。从而揭示了全国大豆种植区域的空间分布规律,旨在为全国的大豆种植布局提出合理规划,实现大豆的稳产增收。

2 数据来源

本文数据来源于国家农业科学数据共享中心。主要包括全国大豆主产省份的大豆百粒重和生育天数数据。其中100粒种子的重量,以克表示,通常用于大粒种子如玉米、大豆、花生、棉花等,是体现种子大小与充实程度的一项指标;生育天数是指自出苗到成熟所经历的天数。生育天数是大豆的主要性状之一,它关系着品种的选育、选用和适应区域等。根据大豆生育期的长短可将大豆划分为:极早熟、早熟、中熟、中晚熟、较晚熟、晚熟、极晚熟等七个成熟期类型。极早熟品种的生育期为75-85天,极晚熟品种为140-150天,上述每一类型间相差10天[10]

3 研究方法

3.1 全局空间自相关

空间自相关是指一些变量在同一个分布区内的观测数据之间潜在的相互依赖性,全局空间自相关反映了观测变量在整个研究区域内空间相关性的总体趋势,常用的测度指标为全局Moran指数I的统计量,指数I统计量取值介于-1和+1之间。在给定显著性水平时,若Moran指数I为正,存在显著正相关,呈现高高或低低集聚;若Moran指数I为负,存在显著负相关,呈现空间分散格局;若Moran指数I为零,不存在

空间自相关,公式为[9,10]

二维散点图以(z,Wz)为横纵坐标,用于研究局部的空间不稳定性,横坐标z是属性变量的标准化原始值,纵坐标Wz是z的空间滞后,回归直线的斜率就是全局Moran′s I。Moran散点图的四个象限,分别对应于区域单元与其邻居之间四种类型的局部空间关联形式。散点图的四个象限分别对应于县域单元与其邻县的4种类型的空间联系:第一象限代表了高观测值的区域单元被同是高值的区域所包围的空间关联形式,表示高高集聚(HH型);第二象限代表了低观测值的区域单元被高值的区域所包围的空间关联形式,表示低高集聚(LH型);第三象限代表了低观测值的区域单元被同是低值的区域所包围的空间关联形式,表示低低集聚(LL型);第四象限代表了高观测值的区域单元被低值的区域所包围的空间关联形式,表示高低集聚(HL型)。

3.2 局部空间自相关

特色小镇集中了休闲、旅游、养老、投资等众多功能,属于综合项目,特色小镇运营实际上也就是经由资本运作显化具有自然与人文优势的小镇资产。从现阶段我国金融市场情况与相关政策条件来分析,基于PPP运作模式构建涵盖资本机构、产业运营商等主体的一体化第三方运营平台,能够达到推动项目实现的效果[1]。从以上经济与政策基础来看,特色小镇运营具有着可行性,而具体可行性可分为以下几个方面。

一方面,在教师的编制、职称评定、业务培训、社会福利与保障等问题上,独立学院教师无法同公办高校教师享受到同等的待遇,导致心理失衡;另一方面,独立学院毕竟是民办性质高校,随着生源逐年萎缩,竞争日趋激烈,其生存问题使得部分教师对独立学院发展前景产生动摇[1]118-119。目前,独立学院通常实行合同聘任制,这对于调动教职工的积极性,提高办学效率起到了积极的作用,但“合同风险”也造成了教职工的主人翁意识的淡化。同时,独立学院办学理念、领导管理风格、对教师的关心程度等因素在一定程度上也会影响教师队伍的稳定性。

 

其中是经过标准差标准化的观测值,若I大于0,则县域i与周边县域的空间差异显著小;若I小于0,则市域i与周边县域的空间差异显著大。

3.3 Moran散点图

式中:xi表示某一位置的观测值;xj表示其他位置的观测值表示观测的平均值;wij空间权重矩阵,表达n个位置的空间邻近关系。本文采用邻接规则,当i和j邻接时,空间权重矩阵的元素wij=1,否则wij=0。Moran′s I指数可以用标准化统计量Z来检验n个区域是否存在空间自相关关系的显著性检验,Z的计算公式为:其中E(I)是数学期望值为-1/(N-1),Var(I)为I的方差,Z的统计值大于正态分布函数在0.05水平下的临界值1.96且显著,即相似的观测值(高值/低值)趋于空间集聚,具有明显的正相关性。

4 结果与分析

4.1 总体分析

我国北自黑龙江省呼玛县,南至西沙群岛,东起乌苏里江和台湾,西迄新疆喀什和西藏察隅,均有大豆栽培。大豆的地区分布、生育天数、产量产值受热量、水分、光照等气候条件的重要影响,并形成不同地区选用适宜品种的种植制度、栽培措施和品种类型。根据统计数据将全国大豆主产区大豆生育天数和百粒重在ArcGIS中分级设色,得到如图1所示全国大豆主产区大豆生育天数分布图和图2大豆生育天数分布图。同时基于全国大豆主产区大豆生育天数和百粒重的统计数据运用GeoDa空间自相关分析功能得到图3生育天数自相关、图4百粒重自相关和图5百粒重散点图。

由全国大豆主产区大豆生育天数分布图可见,全国大豆生育天数较长地区主要分布在新疆、西藏以及宁夏周围地区,包括甘肃和山西两省。生育天数较短地区主要在山东、河北、河南等华中地区以及广东、广西、湖南、江西福建以及台湾等华南地区。

关于体育赛事的概念定义,学者黄海燕在其博士学位论文中作了详尽的归纳和论述[3]。具体而言,体育赛事的定义有狭义和广义之分。根据姚颂平、陈锡尧等学者对国际性重大体育赛事的划分[4-5],本文所涉的国际性重大体育赛事主要包含3大类,分别是大型综合性体育赛事(如奥运会、世界大学生运动会等)、国际单项体育组织主办的高等级的国际性赛事(如世锦赛、F1、网球大师赛等),以及由跨国公司或知名企业操办的具有重要影响的系列国际性商业赛事。

由生育天数自相关图可见,宁夏地区位于高-高区域,说明宁夏及其周边的甘肃、陕西、山西等地区都属于生育天数较长地区,生育天数聚集度比较明显;而广东省则处于低—低区域,周边广西、湖南、江西、福建、海南这些地区同样属于生育天数较短地区,这些省份的大豆生育天数呈明显的聚集状态。

  

图1 大豆生育天数分布图

  

图2 百粒重分布图

  

图3 生育天数自相关

  

图4 百粒重自相关

  

图5 百粒重散点图

大豆是一种喜温且较耐冷凉的农作物,而大豆分布的最主要影响便是热量,低温会造成大豆开会、成熟延迟,如果温度降至14摄氏度以下,大豆便会停止生长。积温条件是≥15℃(指稳定通过15℃期间的活动积温,下同)高于1000℃和持续日数60天以上,无霜期不少于100天是适合种植大豆的。除了生育期过短,温度水平过低的高寒山区和高纬度地区外,均可种植大豆。我国大豆的产区集中在黄淮平原、长江三角洲、东北平原及江汉平原。基于大豆品种特性和耕作制度的不同,中国生产大豆的地区分为五个主要产区。东北三省为春大豆种植区,该区包括内蒙古的东四盟和黑龙江的三江平原、松嫩平原第二积温带以北地区,该区属中、寒温带大陆性季风气候,雨热同季,生长季积温2700-2850,生长季140天左右,一年一熟,春种秋收,适宜大豆的产量丰收,特别是东北地区的中东部雨热同季,水分充足,较适宜的温度条件与极其充沛的降水条件的两者结合,是成为大豆产量稳定和居高不下的自然因素之一。

由百粒重自相关图可以看出:江苏、安徽以及浙江地区处于高—高区域,这些地区百粒重均较高,因此具有较高的相关性;而广东、广西、湖南等地区则处于高—低区域是因为受其北部贵州、湖北以及南部海南等低百粒重值的地区影响(见图4)。百粒重散点图显示大部分值都散落在一、四象限,进一步说明了全国大豆主产区的聚集性主要呈高—高以及高—低分布。

4.2 逐因素分析

由以上生育天数和百粒重结果图分析全国大豆主产区的大豆分布特性主要包括温度、水分和光照三个方面。

4.2.3 光照

由全国大豆主产区的大豆百粒重分布图可见,大豆百粒重较高地区主要在西藏,东三省以及华东华南等沿海地区,包括江苏、浙江、福建、江西和台湾,其中以浙江一带百粒重最高;而百粒重较低值地区则主要分布在新疆、内蒙西北地区和四川、贵州、湖北、河南以及山东等中部地区。

当下,在我国农业生产资源不足、生态环境保护形势严峻以及农业减肥增效目标的驱动下,以水溶肥为代表的新型肥料有着广阔的市场前景。国家在政策层面也对水肥一体化技术的发展给予了大力支持。“选择和设计合理的灌溉模式”“根据作物来制定不同的施肥方案”“合理地利用水溶肥料”等水肥一体化技术越来越受到重视。

黄淮海夏播大豆区:包括山东、河南大部及江苏、安徽的北部、山西西南部、陕西的关中和甘肃南部,处于天津、北京、石家庄一线以南,其生长季天数为90-100天,生长季积温温度为2600-2800℃,一年两熟夏播大豆。长江流域以南的地区,其大豆种植则实行一年二熟制或一年三熟制,大豆种植时间大体分为春播、夏播和秋播。广东省及海南地区为热带四季大豆带,大豆可以进行冬播。介于春播大豆带与夏播大豆带之间,有一个春、夏大豆并有的过渡大豆带,大豆出苗适宜温度为15-22℃,但是在10℃时,大豆出苗缓慢,由于北方春播地区的春季气温升温非常快,往往当地气温达8-10℃便可播种大豆。大豆开花结荚期的适宜温度为19-25℃,鼓粒成熟期的适宜温度为19-23℃。夏大豆区处于我国的黄淮流域,大豆的开花结荚期气温往往偏高,夏季雨水区域性分布不均衡、年际变化率大、而且存在高温害,旱灾情况严重,在一定程度上不利于大豆的生育。我国长江流域以南的大片地区热量更充足,秋播大豆的生育前期和春播大豆的生育后期、夏播大豆的全生育期,三个时期的大豆播种气温的平均温度25-30℃,所以过高的气温会导致较严重的灾害。而海南地区和广东地区的冬播大豆,花芽分化期和苗期这两个时期的气温条件低,设置有些年份的日最低温度为2.8-10℃,会导致发生冷害,产生荚泡、空荚和不实对大豆生育的不利结果。

4.2.2 水分

大豆是喜水性且不耐干旱的作物。大豆发芽时对水分要求很高,水分不足和过湿,均对大豆出苗不利。另外,水分的多少对于大豆粒色、结荚习性、粒大小有密切影响。雨水越少,出现的黑粒和无限结荚习性就越多、粒也越小;水分充足则相反。我国大豆的分布与降水量有密切关系。我国北方9省,由东至西,随着降水量的降低而逐渐减少,我国东部为湿润和半湿润气候,此区域内大豆种植广泛且产量高,东北大豆主产区也在此范围内。特别是东北地区的中东部作为大豆的稳产高产区,它提供了基本的自然因素:水分状况好,雨热同季,良好的温度条件与充沛的降水条件相结合。而我国黄土高原和黄河中游的晋北、陕北以及内蒙中部,年降水量稀少且不稳定,其经常在播种期间缺少降水,因此在非灌溉条件下大豆产量不够稳定。此外我国广大晋北地区和内蒙西部地区年降水量为250毫米,该地区的大豆必须在灌溉条件下才可正常栽培。在河北省南部和山东省西北部地区,虽然年降水量超过500毫米,但由于温度高、蒸发量大,属半干旱类型,受干旱威胁,大豆生产不够稳定。横贯我国中部有一条年湿润带,走势总体上和年降水量1000毫米的线相吻合,它划分了北方旱作与南方水作区域,此线以南,雨量逐渐增多,但南方地区因为高温潮湿,大豆易感染病虫害,因而大豆仅有零星分布。

4.2.1 温度

全局空间自相关分析判断数据的聚集趋势,但是局部空间存在的不稳定性没有反映,局部空间自相关分析用来识别局部空间位置上可能存在的自相关性,一般采用统计量 Moran 指数(Local Moran′s I)。

中国新药与临床杂志》 (原名 《新药与临床》),由中国药学会和上海市食品药品监督管理局科技情报研究所共同主办,为全国性医药学术期刊,统计源期刊,从1992年起连续8次入选全国中文核心期刊(药学)。连续3次获中国科学技术协会 “精品科技期刊工程”项目资助。荣获首届国家期刊奖、第2届国家期刊奖提名奖,分别荣获第2届全国、中国科协、上海市优秀科技期刊一等奖。

大豆是短光照性作物。在短光照条件下,开花成熟期会提前。在长光照条件下,开花成熟期会推迟。根据我国大豆不同播种季节、不同地区所形成的特定光照长度分布,长光照包括北纬50以北的地区,开花成熟期推迟的情况很少;短光照包括北纬43-48的黑、吉、蒙地区,北纬41-43的辽宁地区,也包括一部分的长江流域地区;短光照性中等地区包括北纬31-40的河北,也包括一部分长江流域地区;短光照性较强的地区包括北纬34-37的陕、甘、宁,还包括北纬27-40的山西地区。根据全国各地大豆气候区独特的生态特点,可得出结论:北方的大豆种植区适宜用较低的温度和长光照来种植大豆,南方种植区的大豆适宜前期高温条件、后期较低温条件和短日照条件,南方的春夏播大豆适宜高温气候和较短光照条件。

5 讨论

[2]天琪.振兴大豆产业——首届全国大豆产业发展对策高层研讨会综述[J].农产品加工,2006(07):11-12.

特别致谢:农业科学数据共享中心的数据支持!

参考文献:

[1]胡国华.提高中国大豆生产综合能力及其途径 [J].大豆通报,2005(05):4-6.

东北地区是我国最大的大豆产区,是因为大豆的耐冷性较强,并且东北地区雨热同季对大豆生育很有利,年日照时数为3000小时左右,日照较充足,在东北地区大力发展大豆是缓解我国大豆依靠进口的重要保证;而华北地区、西北地区气候干旱,是影响大豆种植的限制因子;黄淮地区水热同季明显,有利于利用气候资源发展大豆生产;南方地区大豆种植过程复杂,大豆生长期限短,因此要根据南方气候资源条件,因地制宜、见缝插针的耕种制度有利于该地区大豆的生产;海南地区冬季温度较高,可利用冬季种植大豆,这对增加大豆生产具有重要意义。

[3]王建林,杨霏云,等.西北地区玉米产量动态业务预报方法探讨[J].应用气象学报,2004,15(1):51-57.

研究表明,如果是出于帮助他人的目的,人们更容易作假。在实验中,参与者以“利他主义”为借口,通过作假为他人获取财物、名声等好处。更糟的是,如果同情他人所处的境况,对他人受到的不公正待遇感到不公,人们更容易为了帮助对方而说谎、作假、偷窃。美国的警察和军队系统、摩根大通、世通公司等这些组织被揭发出来的暴力行为、性犯罪、造假等问题都不是由肇事者核心圈子内的人曝光的。也就是说,对“自己人”的同理心损害了我们的公正心,其根源就在于我们对圈内人的极端忠诚。

[4]韩非,蔡建明,等.北京都市农业的空间分异探析[J].农业系统科学与综合研究,2010,26(03):293-298.

[5]李二玲,位书华,胥亚男.中国大豆种植地理集聚格局演化及其机制[J].经济经纬,2016,33(03):37-42.

[6]龙冬平,李同,等.中国农业现代化发展水平空间分异及类型[J].地理学报,2014,69(02):213-216.

式中,S表示满意指数得分,分值取-5~5;Ti表示第i个类得分;n表示评论总体数量。满意指数得分见表2。

[7]张荣天.长江三角洲农业现代化评价及空间分异[J].中国农业资源与区划,2015,36(02):111-117.

[8]韩书成,濮励杰.江苏土地利用综合效益空间分异研究[J].长江流域资源与环境,2008(06):853-859.

[9]郑昌玲,王建林,等.大豆产量动态预报模型研究[J].大豆科学,2008,27(06):943-948.

[10]吕延杰,王铁丽.大豆生育的促进和抑制[J].农村实用科技信息,2007(07):6.

例如:在游戏竞赛中,教师可以举办教学文化知识竞答的比赛,这样不仅会促进学生在课后自己主动搜索知识,了解我国数学的灿烂文化,还可以利用比赛让学生讲述有关数学家的故事,从而让学生得到锻炼。我会让学生自己找题目自己设计,在小组中互相出题回答,学生之间出的题目更加切合自身情况,答对的同学加分,答错的学生扣分,输了的小组还要表演节目,让学生们在游戏中就掌握了知识。学生们非常喜欢这种游戏,都提倡要在教学中开展。教学可以根据教学课本的具体内容,结合同学的具体情况来设置相应的比赛项目和比赛内容。游戏竞赛可以让学生的学习生活更加丰富多彩,帮助学生拓宽数学思维方式能力,体会学生学习数学的趣味性。

利用采样点集SAB、SBC、SDE、SEF,对公式(4)应用最小二乘法,可获得k、bAB、bBC、bDE、bEF的估计值,得到以上4条直线在世界坐标系中的直线方程。

 
李思宇,高腾,孙欣,于汶佳
《国土与自然资源研究》2018年第02期文献

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