民以食为天,粮食是民生的第一大需求,是最基本的生产资料和特殊商品,关系到国家稳定、社会发展、人类生存的重大问题。湖北省水稻生产总量约为全国水稻总量的一成,播种面积约为全国水稻播种面积的百分之八,其中,水稻的产量为全省粮食作物总产量的七成,播种面积占到湖北省粮食作物播种总面积的一半左右。水稻是湖北省重要的农作物与粮食作物,在粮食生产中发挥着极为显著的作用。世界各国都非常重视粮食作物生产潜力的研究,该研究是衡量已研究区域内的粮食生产能力与发展前景的一个重要的指标,20世纪60年代主要是以光、温、水为依据的粮食气候生产潜力研究,为农作物生产对自然气候资源利用提供了理论依据。20世纪后期地理信息系统(Geographic Information System,GIS)的发展,提供了更广阔的各类数据处理平台,GIS技术也广泛应用于包括水稻等粮食作物生产潜力的研究湖北省主要以种植中稻为主。湖北省中稻生产历史悠久、自然资源优势明显,增产潜力大,特别是国家对农业的投入加大、农田水利建设的增强,农业机械的发展,为农业生产带来新的变化与希望。但是,当前农业生产也面临着新情况:自然气候变化大、区域之间差异明显,特别是当前随着工业化、城镇化的发展,耕地非农占用以及水土流失、自然灾害等原因,导致耕地面积不断减少,质量下降,大批农村劳动力转移带来的劳动力素质下降,以及农业产业结构调整等方面的压力,也对湖北的农业生产特别是水稻生产带来了新困难和挑战。当前社会、经济的发展对湖北农业特别是水稻生产带来了新希望、新压力、新要求,需要全面系统地对湖北水稻生产进行研究:湖北中稻增产是否还有潜力可挖?影响湖北中稻增产因子主要有哪些?湖北中稻种植各区域资源利用率情况?如何进一步提高资源有效利用率?怎样建立中稻生产的前景预测体系?开展中稻增产潜力和影响因子的研究,对加深分析湖北中稻生产现状、有针地对解决生产中出现的瓶颈问题、提高湖北省粮食产量、完善粮食的安全体系、提高农民收入,为保证农业的稳定健康发展打下了基础。本研究的主要内容有:(1)本文围绕湖北省中稻生产潜力、增产潜力与影响因子等问题进行研究。采用1993-2012年湖北省77个气象台站的观测数据;湖北省分县(市、区)的中稻生产情况统计数据,如面积、单产等;耕地地力评价的数据及评价结果;分县(市、区)经济生产状况等社会因素的相关数据,例如农机总动力、农业总产值、农村用电量、农村人口、灌溉面积、化肥施用量等;以及湖北省地形、地貌等数据。使用GIS技术建立空间-属性一体化数据库。(2)结合中稻生长发育规律,根据湖北地域特性及作物需求选用相适宜的生产潜力计算模型,选择三基点、彭曼(Penman)、迈阿密(Miami)、瓦格宁根(Wagenigen)等多种模型与模式。分1993-2012年和2013-2022年前后十年计算中稻光合、光温、气候、耕地自然资源及灌溉、施肥、社会资源下的生产潜力及增产潜力、增产空间。并对各生产潜力值的空间变化规律及各个地区之间潜力的差异性、生产潜力与实际产量的差异进行分析。经过比较发现,后十年自然资源中除耕地生产潜力外的其它生产潜力以及社会资源的生产潜力都优于前十年,各种生产潜力的分布规律性较为明显,总体上,鄂东、鄂南的生产优势要优于鄂西、鄂北地区。(3)应用Arc GIS的空间分析功能,将多种不同生产潜力进行叠加分析,通过数据的融合,结合实际生产计算了增产潜力,并划分了5个不同种植区域,绘制了相应的图表,全面、详细地揭示了中稻自然与社会资源增产潜力的空间分布特征。各区域之间自然与社会资源的差异较大,东南部地区潜力值最高,其次是湖北省最东南部的地区和中部地区,然后是鄂西北地区,鄂西中间位置的地区次之,潜力值最小的地区集中在鄂西南的利川、咸丰、来凤等地的部分地区。全省中稻增产潜力理论值达到752.82万吨。(4)建立起与湖北省中稻产量有关的C-D生产函数模型,对中稻生产能力主要影响因素如中稻总产、农业总产值、机械总动力等,进行深入分析与探讨,通过建立回归模型,计算主要影响因素的贡献率与弹性系数。中稻播种面积的弹性系数最大,劳动力投入对中稻产量也有显著的正影响,化肥投入对中稻产量正影响不十分明显,农业机械投入对中稻产量的影响显著性较低,技术进步对中稻产量有显著的正影响,并且弹性系数较大。各影响因素对中稻产量的共同影响是显著的。(5)结合中稻的资源利用情况和人口承载力等情况,给出了提高湖北省中稻生产的资源利用的效率评价,I~V等区五个等区平均利用率分别为44.35%、52.11%、55.35%、50.71%、49.44%,进一步研究了不同种植区域对自然资源和社会资源的利用现状及开发前景,耕地资源的承载力按照富裕、小康和宽裕进行平均值的计算,五个等区分别为922.56万人、909.86万人、764.35万人、476.6万人以及328.28万人。(6)通过模型的建立,为湖北省中稻的预测奠定了基础。运用GM(1,1)灰色模型对湖北省中稻总产量进行预测,而Logistic模型的建立为湖北省中稻单产的预测奠定了基础,将预测的结果进行比较分析。在2013-2022年的十年里,总产平均值为1354.32万吨。(7)基于GIS技术计算,绘制了多种资源潜力测算的空间分布专题图,包括湖北省前后两个十年中稻自然资源中的光合、光温、气候、耕地生产潜力及增产潜力专题图,以及社会资源的化肥、灌溉生产潜力及社会生产潜力、增产潜力专题图。绘制了二十年的自然资源和社会因素的中稻生产潜力及增产潜力的叠加图,并根据图形进行空间变化规律的对比分析与研究。基于GIS多源数据融合的湖北省中稻增产潜力及影响因子的研究,为进一步探讨湖北省中稻不同种植区域对于自然资源、社会资源的利用现状及开发前景提供理论依据。其结果和建立的数据库能够更好的为制定湖北省水稻种植,指导产业调整,为生产和实施系列高产科技工程项目、为完善粮食安全体系和水稻可持续发展,促进稳定增产提供依据和参考。