湖北省不同杂交水稻品种扩散模型的研究

陆丽云+凌远云

摘要：利用1998-2014年湖北省农业统计数据，拟合了两优培九、Ⅱ优725、金优928、金优207、金优402、两优287和鄂粳杂1号7个杂交水稻品种的技术扩散模型；并运用Logistic模型对最大种植面积、扩散速度和进入拐点时间等参数与品种特性关系进行了分析。发现同一地区不同品种的扩散模型是不相同的；品种特性与模型参数有着密切关联，其中抗病性影响较大；同一季别内模型的截距项与新品种引入数量的多寡呈负相关关系；推广速度越快的品种，其进入拐点时间越早。

关键词：杂交水稻品种；技術扩散；Logistic模型；品种特性；湖北省

中图分类号：F306.4 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2017）14-2797-05

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2017.14.049

Abstract： By using the agricultural statistical data of 1998-2014 in Hubei province， the technology diffusion model for seven varieties of hybrid rice， including Liangyoupeijiu Oryza， Ⅱ725， Jinyou 928， Jinyou 207， Jinyou 402， Liangyou 287， and E-Gen-Za No.1 were fitted and established. Based on the logistic model， the relationship between the largest planting area， the diffusion speed and time into a turning point were analyzed. The results showed that the diffusion parameters of different varieties in the same area were not the same. Variety characteristics were closely related with these parameters， especially the disease resistance. The intercept items of the model were negatively related with the amount of new varieties introduced quantity in the same quarter. The faster the varieties extension， the earlier the time they may enter the turning point.

Key words： hybrid rice varieties； technology diffusion； logistic model； variety characteristic； Hubei province

水稻是中国最重要的粮食作物。20世纪以杂交水稻育种等为代表的绿色革命极大地提高了世界的粮食生产能力，不断选育新的杂交水稻品种并推广扩散到适宜地区是维系中国粮食安全的重要举措。

自Griliches[1]关于玉米新品种技术扩散的开创性研究以来，学术界对技术扩散开展了大量的理论研究，也提出了许多技术创新扩散的经验模型，如传染病模型、Logistic模型、Richard模型、Bass模型、Competz模型等[2，3]。这些模型有一个共同特点，即新技术采用的人数呈正态分布，相应的累加人数随时间呈S形。胡瑞法等[4]对水稻优良品种的扩散模型及其内在影响因素进行了研究，得出生育期、产量水平、抗病性、株高等特征决定了水稻品种的最大扩散面积和经济寿命的结论。李季等[5]对玉米品种扩散过程及机制进行研究，得出了杂交玉米品种的采用存在村际差异，农户不愿接受新品种主要是受到众多传统因素的影响。本研究拟估算湖北省不同杂交水稻品种技术扩散模型参数，分析最大种植面积、扩散速度和进入拐点时间，探讨影响技术扩散参数的品种特性，以期为育种部门提供参考。

1 技术扩散模型的选择与待检验的问题

1.1 技术扩散模型选择

很多研究表明，技术扩散过程中技术采用人数通常随推广年份呈现由小到大再到小的变化趋势，或者接近正态分布；累计采用者随推广时间的推移变化一般呈S型曲线或指数曲线形式。Logistic 模型被认为具有非常好的拟合能力。

Logistic模型的表达式如下：

1.2 待检验的问题

沿着理性小农的思路，农户是否采用某种新技术或新品种，肯定要进行成本收益的比较分析。因此，在成本一定的情况下，可以带来比较大收益的新品种，农户将优先采用。相应地，适应性比较广的品种，扩散的面积也会比较大。按照前面Logistic扩散模型的参数含义，得到以下几个待检验的问题：新品种扩散的累计面积极限值L与新品种的产量、品质、抗性密切相关；新品种扩散速度与技术偏好密切相关；截距与新品种引入的时候可选品种的多寡密切相关。

2 数据来源和预处理

2.1 数据来源

本研究中杂交水稻品种的种植面积数据来源于《湖北农村统计年鉴——农业技术推广及应用》，从中选出种植面积较大且较完整，并且连续种植10年以及10年以上的杂交种的数据。为了方便比较分析，选取了两个中稻品种即两优培九和Ⅱ优725，两个晚稻品种金优928和金优207，两个早稻品种金优402和两优287，以及一个粳稻晚稻品种鄂粳杂1号。各杂交水稻的基本信息与品种特性见表1～4，数据来源于《国家水稻数据中心》和《中国杂交水稻品种资源数据库》；其中抗病性性状标准分1～5等级，分别表示高抗、中抗（抗）、弱抗（轻抗）、中感（感）与高感。

2.2 样本数据的处理

根据这7个品种的原始推广资料，将推广起始时间作为1，例如鄂粳杂1号，推广起始第一年1998年为1，以此类推，时间t=1，2，3，…，13。将选定品种的累积种植面积作为因变量yt。由于每个品种的数据都是小样本数据，采用夏皮罗—威尔克（Shapiro-Wilk）检验法分别对其进行正态分布的假设检验。结果表明，这7组数据皆符合正态分布，即P值大于0.05，接受原假设H0（是正态分布的）。

3 杂交水稻品种特性

由于生产技术和自然条件会影响到新品种的培育，这些影响会在品种特性中表现出来，新品种特性与其扩散和推广情况密切相关。品种是指在一定的自然和生产条件下，经过人工选择而形成在植物学特征和生物学特性方面具有遗传性状比较稳定、种性大致相同、经济性状优良，能够为人类提供高产优质的产品的栽培作物群体。金优402、两优287、两优培九、Ⅱ优725、金优928、金优207和鄂粳杂1号7个品种的基本信息和各自特性，见表1～4。

鄂粳杂1号、金优928和两优287是由湖北本地选育的品种，其他是由外地引进的品种。从产量构成因子来看，该7个品种产量高，平均产量在7.00 t/hm2左右，结实率除了金优402略低，其余都在79.00%以上。熟期适中，适应性广，除了两优培九和Ⅱ优725的生育期略长，约150 d，其他品种全生育期都在120 d左右。由于生育期适中，茬口适应性好，便于农事操作，迎合农户抢早的习惯，深受群众欢迎。

从米质和外观品质性状来看，据农业部食品质量检验测试中心检测，除了金优402，其他6个品种的整精米率都达到了国标3级优质米指标水平（籼型≥52%；粳型≥62%）。稻米外观品质性状的关键指标为垩白粒率和垩白度，金优402在此方面未达标（国标3级，垩白度≤5%），外观品质较差；鄂粳杂1号的资料缺失；其他稻米品质各项指标均达优质稻米标准，米质优良，米饭松软可口，深得消费者欢迎。

从抗病性特性来看，湖北省水稻区试抗性鉴定主要是鉴定品种对白叶枯病和稻瘟病的抗性，所以选定对该两种病的抗性来判断各品种的抗性如何。Ⅱ优725的抗病性较差，易感白叶枯病和稻瘟病，金优207高感白叶枯病，两优287则高感稻瘟病，其他4个品种抗病性较强，而且适宜性强。

按类别季节用比较法分析可发现，两优培九和Ⅱ优725同为籼型中稻，产量构成因子和外观品质性状都差不多，但在抗病性状上Ⅱ优725比两优培九差很多；金优402和两优287同为籼型早稻，两者在产量构成因子方面没有多大差别，但前者的外观品质比后者的差，后者的抗病性又比前者差。在晚稻方面，除了鄂粳杂1号为粳稻，金优928和金优207同为籼型的，具有可比性，两者的产量构成因子和外观品质性状差别不大，但金优207的抗病性比金优928弱。这些区别将有可能成为研究农业技术扩散模型存在差别的主要原因之一，直接或间接地影响各模型参数的不同。

在水稻生产中，农民选择品种时通常考虑较多的是高产、生育期、抗病性等性状。因此，一般而言，产量越高、生育期越短、抗病性越强加之外观品质或口感越好的品种，在生产上有较大的种植面积，或种植年限较长和推广速度较快。即产量、结实率、外观品质和抗病性与最大种植面积间呈正相关，生育期、株高与最大种植面积间呈负相关。

4 杂交水稻品种扩散模型的参数估计

4.1 杂交水稻品种的扩散曲线模型分析

根据上述样本数据，利用Excel软件绘制出这7个杂交水稻品种的累积种植面积与推广年份的扩散曲线图（图1）。

从图1可大致看出，同一地区不同技术品种的扩散模型就有很大的差别。首先，这7个品种的起始推广时间就很不一致，这与湖北审定时间有关。比如，鄂粳杂1号的审定时间较早（1995年），故此推广起始时间也相对最早。从整体上看，这7个品种技术创新所经历的扩散周期从进入起始推广——发展阶段——成熟阶段的各期趋势相似。其中，两优培九累积种植面积随着推广年份的推移一开始增长速度较慢，中间时段增长速度加快，随后增长速度缓慢并趋于稳定，这是呈现S型分布变化。而其他品种的扩散曲线较平缓，呈现指数曲线的趋势发展，但是拟合曲线并不是很好，都没有呈现预期的曲线趋势发展。这一方面可能是由于样本数取样不足，加之软件运行过程中纵轴自动生成的刻度值较大，除两优培九之外，其他品种的累积面积数据较小，导致各曲线看起来较平缓；另一方面可能由于该品种技术在本地区的适应性并不是很好，这就与所采用的品种相关。再分别来看，Ⅱ优725的曲线趋势已经从以较快的增长速度变化到2010年以缓慢的速度增长近趋于稳态；两优287则到2013年后有趋于稳态的势头；而其他4个品种的扩散趋势却一直保持增长状态。其中，金优928和金优402扩散曲线的发展势头猛，而鄂粳杂1号的推广速度缓慢。

4.2 模型参数估算结果

利用定点法对模型参数进行估算，通过整理得出表5。由表5可知，7个品种的模型拟合优度R2均大于89.00%，较接近1，说明该模型对观测值的拟合程度很高。由此判断，所建立的Logistic模型完全适合于品种技术扩散过程的描述。

从最大推广面积来看，两优培九的种植面积远比其他品种的面积大得多，其次排序为金优928、Ⅱ优725、金优402，两优287、鄂粳杂1号和金优207。

从技术扩散速度来看，整体上这7个品种扩散速度相差不大。就单体来看，两优287的扩散速度最快，这种现象结合进入拐点情况来看大概一致。两优培九、两优287扩散曲线经过拐点的时间较早，该两品种用比其他品种较短的时间完成了从下凹变成上凸状态，说明这两个品种相对较早地从较快的扩散增长速度变成了较缓慢的增长速度再逐渐达到稳态。而鄂粳杂1号扩散的速度最慢，这与进入拐点最晚的情况是一致的。

根据胡瑞发等[6]的解释，其截距越大，说明该项技术在该地区的推广越早，反之则越晚。按此说法对杂交水稻品种的采用时间先后排序（从最早采用到最晚采用排列）为：两优培九、Ⅱ优725、鄂粳杂1号、金优928、金优402、金优207和两优287，但这种排序与实际情况并不符合。说明其解释说法存在争议。由于早、中、晚稻的种植季别的不同，这7个品种不能混合一起比较，故而应按季别区分进行比较，这样更科学。结合审定通过时间来看，截距是随着同一季别内新品种引入的数量越多而变得越小。比如早稻中金优402（2002年）初期面积为24.377，而两优287（2005年）的初期面积为9.011，故而可以看出优先种植的品种其截距是比后期种植品种的大；晚稻也是如此。同时这也从侧面反映出同一季别品种的截距在新品种引入的时候，与可选品种的多寡密切相关。但是中稻两优培九和Ⅱ优725是同期（2001年）审定的，前者的截距明显比后者的大许多。这与是不是主导品种有很大关系，两优培九是当年推广的主导产品，这主要得益于政府的强力推动。从进入拐點时间上来看，两优培九进入拐点的时间最早，即其全程扩散时间较短，种植年限较短，而鄂粳杂1号进入拐点时间最晚。这说明在时间拐点之前的时期内，该品种的累积种植面积是随着时间的推移以较快的速度在增长；然后在达到饱和水平的一半时，即达到拐点时，其扩散增长速度达到最大，即这一段是品种扩散的发展期；再接着过了拐点之后以较缓慢的速度扩散增长，直到逐渐到达饱和水平，即说明品种技术进入成熟期，并在这一阶段已经充分发挥效益。

从品种类别来看，两优培九能够成为湖北省水稻的主导品种，不仅仅因为其自身的优越性，比如高产、优质、抗病性强，也与湖北的亚热带气候适合种植中期熟农作物和当地人的饮食偏好籼稻等有关[7]。同作为籼型中稻的Ⅱ优725虽高产，但易感白叶枯病和稻瘟病，其较弱的抗病性使得推广面积不算大。虽然金优402的外观品质较差，口感可能不好，但同为早稻的两优287由于抗病性不如金优402，其推广面积比金优402小，寿命也较之短。这说明农户选择品种将杂交水稻的抗病性视作比外观品质更重要。晚稻金优207也因较弱的抗病性，其推广面积和寿命都比同为晚稻的两优287小。鄂粳杂1号是属于光温敏两系法不育品种，由于该品种在异常低温情况下恢复可育，使生产种子的纯度受到严重影响，故而使得鄂粳杂1号的推广应用有较大风险[8，9]，其最大推广面积较小，寿命短。所以，必须对光温敏两系杂交稻的育种过程把好关。

5 结论与讨论

1）由于品种特性不同，同一地区不同技术品种的扩散模型也不同。各品种的起始推广时间不一致，但其技术创新所经历的扩散周期趋势相似。并且新品种的累积推广面积限值与其产量、品质、抗病性等特性有着密切关联，一般来说，产量高、品质好和抗病性强的品种，其品种扩散的累积面积就大。

2）模型的截距项与同一季别内新品种引入数量的多寡密切相关。一般新品种引入数量越多，截距就越小。因此，胡瑞发等[6]对截距项解释成立的前提条件必须是同一季别内的品种。这同時也提醒各种子公司和单位应避免恶性竞争导致“品种多，面积少”的局面，应保证优质种源。

3）一般来说，推广速度越快的品种，其进入拐点时间越早。技术扩散是一个过程，一开始推广面积增长较快可能是得益于政府的强力推动，但是这种推广策略是不具有可持续性的，一旦政府降低干预力度时，该技术就会丧失了持续性扩散的内在动力。

4）对于外观品质而言，农民在选择品种方面更注重其抗病性。品种的适应性能够通过其自身的抗病性反映出来，有很多高产的品种扩散面积小，但一些抗病性和适应性强的品种却能快速推广，品种生产应用的时间也较长[10]。因此，应该根据地域分异规律，因地制宜，各有侧重地抓好杂交稻的区域化和标准化生产，在注重优质高产的同时也要兼顾品种的抗逆性和适应性。

5）品种特性确实与预期最大推广面积、技术扩散增长速度、推广时间的早晚以及进入拐点时间等系数有着密切的关联。但是这种关联具体是怎样运作与影响需要以大量品种数据资料为基础进一步实证研究，由于本研究范围很小，只凭借研究这几个品种，代表性不强。与其他省份，比如浙江省作比较来看[7]，其结论是大概一致的，都是不同品种的推广具有相同的趋势，每一品种种植面积的变化均呈现由小到大再到小的偏峰分布；而且浙江省大量数据具体实证了品种的生育期、产量水平、抗病性、株高等特征决定品种的最大扩散面积与经济寿命，但抗性性状对两者的影响却不显著。同时，本研究数据主要根据1998-2014年的湖北农村统计年鉴整理计算，由于统计口径的不同，可能存在一些差异，从而给计算结果带来一定的误差。最后，结论可知的这些品种种植寿命都不长，其原因是否与地理环境、种子政策、科研政策等有关，这些都有待于进一步深入探讨。

参考文献：

[1] GRILICHES Z. Hybrid corn：an exploration in the economics of technological change[J].Econometrica，1957，25（4）：501-522.

[2] DAVIES S. The diffusion of process innovations[M].Cambridge：Cambridge University Press，1979.

[3] MANSFIELD E.Technical change and the rate of imitation[J].Econometrics，1961，29（4）：741-766.

[4] 胡瑞法，黄季焜，袁 飞.技术扩散的内在动因[J].农业技术经济，1994（4）：37-41.

[5] 李 季，韩一军，夏文来.玉米品种扩散过程及机制分析[J].农业技术经济，1997（l）：28-32.

[6] 胡瑞法，王青莲.技术扩散传染病模型及其应用[J].农业技术经济，1996（6）：52-53.

[7] 程本义，夏俊辉，沈伟峰.长江中下游稻区籼型两系与三系杂交水稻组合的比较分析[J].杂交水稻，2009，24（5）：61-65.

[8] 邓柞荣，肖纪新.长江中下游气候与水稻温敏雄性不育[J].中国农学通报，2001，17（5）：56.

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