湖北省不同雜交水稻品種擴散模型的研究

陸麗云+凌遠云

摘要：利用1998-2014年湖北省農業統計數據，擬合了兩優培九、Ⅱ優725、金優928、金優207、金優402、兩優287和鄂粳雜1號7個雜交水稻品種的技術擴散模型；并運用Logistic模型對最大種植面積、擴散速度和進入拐點時間等參數與品種特性關系進行了分析。發現同一地區不同品種的擴散模型是不相同的；品種特性與模型參數有著密切關聯，其中抗病性影響較大；同一季別內模型的截距項與新品種引入數量的多寡呈負相關關系；推廣速度越快的品種，其進入拐點時間越早。

關鍵詞：雜交水稻品種；技術擴散；Logistic模型；品種特性；湖北省

中圖分類號：F306.4 文獻標識碼：A 文章編號：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

水稻是中國最重要的糧食作物。20世紀以雜交水稻育種等為代表的綠色革命極大地提高了世界的糧食生產能力，不斷選育新的雜交水稻品種并推廣擴散到適宜地區是維系中國糧食安全的重要舉措。

自Griliches[1]關于玉米新品種技術擴散的開創性研究以來，學術界對技術擴散開展了大量的理論研究，也提出了許多技術創新擴散的經驗模型，如傳染病模型、Logistic模型、Richard模型、Bass模型、Competz模型等[2，3]。這些模型有一個共同特點，即新技術采用的人數呈正態分布，相應的累加人數隨時間呈S形。胡瑞法等[4]對水稻優良品種的擴散模型及其內在影響因素進行了研究，得出生育期、產量水平、抗病性、株高等特征決定了水稻品種的最大擴散面積和經濟壽命的結論。李季等[5]對玉米品種擴散過程及機制進行研究，得出了雜交玉米品種的采用存在村際差異，農戶不愿接受新品種主要是受到眾多傳統因素的影響。本研究擬估算湖北省不同雜交水稻品種技術擴散模型參數，分析最大種植面積、擴散速度和進入拐點時間，探討影響技術擴散參數的品種特性，以期為育種部門提供參考。

1 技術擴散模型的選擇與待檢驗的問題

1.1 技術擴散模型選擇

很多研究表明，技術擴散過程中技術采用人數通常隨推廣年份呈現由小到大再到小的變化趨勢，或者接近正態分布；累計采用者隨推廣時間的推移變化一般呈S型曲線或指數曲線形式。Logistic 模型被認為具有非常好的擬合能力。

Logistic模型的表達式如下：

1.2 待檢驗的問題

沿著理性小農的思路，農戶是否采用某種新技術或新品種，肯定要進行成本收益的比較分析。因此，在成本一定的情況下，可以帶來比較大收益的新品種，農戶將優先采用。相應地，適應性比較廣的品種，擴散的面積也會比較大。按照前面Logistic擴散模型的參數含義，得到以下幾個待檢驗的問題：新品種擴散的累計面積極限值L與新品種的產量、品質、抗性密切相關；新品種擴散速度與技術偏好密切相關；截距與新品種引入的時候可選品種的多寡密切相關。

2 數據來源和預處理

2.1 數據來源

本研究中雜交水稻品種的種植面積數據來源于《湖北農村統計年鑒——農業技術推廣及應用》，從中選出種植面積較大且較完整，并且連續種植10年以及10年以上的雜交種的數據。為了方便比較分析，選取了兩個中稻品種即兩優培九和Ⅱ優725，兩個晚稻品種金優928和金優207，兩個早稻品種金優402和兩優287，以及一個粳稻晚稻品種鄂粳雜1號。各雜交水稻的基本信息與品種特性見表1～4，數據來源于《國家水稻數據中心》和《中國雜交水稻品種資源數據庫》；其中抗病性性狀標準分1～5等級，分別表示高抗、中抗（抗）、弱抗（輕抗）、中感（感）與高感。

2.2 樣本數據的處理

根據這7個品種的原始推廣資料，將推廣起始時間作為1，例如鄂粳雜1號，推廣起始第一年1998年為1，以此類推，時間t=1，2，3，…，13。將選定品種的累積種植面積作為因變量yt。由于每個品種的數據都是小樣本數據，采用夏皮羅—威爾克（Shapiro-Wilk）檢驗法分別對其進行正態分布的假設檢驗。結果表明，這7組數據皆符合正態分布，即P值大于0.05，接受原假設H0（是正態分布的）。

3 雜交水稻品種特性

由于生產技術和自然條件會影響到新品種的培育，這些影響會在品種特性中表現出來，新品種特性與其擴散和推廣情況密切相關。品種是指在一定的自然和生產條件下，經過人工選擇而形成在植物學特征和生物學特性方面具有遺傳性狀比較穩定、種性大致相同、經濟性狀優良，能夠為人類提供高產優質的產品的栽培作物群體。金優402、兩優287、兩優培九、Ⅱ優725、金優928、金優207和鄂粳雜1號7個品種的基本信息和各自特性，見表1～4。

鄂粳雜1號、金優928和兩優287是由湖北本地選育的品種，其他是由外地引進的品種。從產量構成因子來看，該7個品種產量高，平均產量在7.00 t/hm2左右，結實率除了金優402略低，其余都在79.00%以上。熟期適中，適應性廣，除了兩優培九和Ⅱ優725的生育期略長，約150 d，其他品種全生育期都在120 d左右。由于生育期適中，茬口適應性好，便于農事操作，迎合農戶搶早的習慣，深受群眾歡迎。

從米質和外觀品質性狀來看，據農業部食品質量檢驗測試中心檢測，除了金優402，其他6個品種的整精米率都達到了國標3級優質米指標水平（秈型≥52%；粳型≥62%）。稻米外觀品質性狀的關鍵指標為堊白粒率和堊白度，金優402在此方面未達標（國標3級，堊白度≤5%），外觀品質較差；鄂粳雜1號的資料缺失；其他稻米品質各項指標均達優質稻米標準，米質優良，米飯松軟可口，深得消費者歡迎。

從抗病性特性來看，湖北省水稻區試抗性鑒定主要是鑒定品種對白葉枯病和稻瘟病的抗性，所以選定對該兩種病的抗性來判斷各品種的抗性如何。Ⅱ優725的抗病性較差，易感白葉枯病和稻瘟病，金優207高感白葉枯病，兩優287則高感稻瘟病，其他4個品種抗病性較強，而且適宜性強。

按類別季節用比較法分析可發現，兩優培九和Ⅱ優725同為秈型中稻，產量構成因子和外觀品質性狀都差不多，但在抗病性狀上Ⅱ優725比兩優培九差很多；金優402和兩優287同為秈型早稻，兩者在產量構成因子方面沒有多大差別，但前者的外觀品質比后者的差，后者的抗病性又比前者差。在晚稻方面，除了鄂粳雜1號為粳稻，金優928和金優207同為秈型的，具有可比性，兩者的產量構成因子和外觀品質性狀差別不大，但金優207的抗病性比金優928弱。這些區別將有可能成為研究農業技術擴散模型存在差別的主要原因之一，直接或間接地影響各模型參數的不同。

在水稻生產中，農民選擇品種時通常考慮較多的是高產、生育期、抗病性等性狀。因此，一般而言，產量越高、生育期越短、抗病性越強加之外觀品質或口感越好的品種，在生產上有較大的種植面積，或種植年限較長和推廣速度較快。即產量、結實率、外觀品質和抗病性與最大種植面積間呈正相關，生育期、株高與最大種植面積間呈負相關。

4 雜交水稻品種擴散模型的參數估計

4.1 雜交水稻品種的擴散曲線模型分析

根據上述樣本數據，利用Excel軟件繪制出這7個雜交水稻品種的累積種植面積與推廣年份的擴散曲線圖（圖1）。

從圖1可大致看出，同一地區不同技術品種的擴散模型就有很大的差別。首先，這7個品種的起始推廣時間就很不一致，這與湖北審定時間有關。比如，鄂粳雜1號的審定時間較早（1995年），故此推廣起始時間也相對最早。從整體上看，這7個品種技術創新所經歷的擴散周期從進入起始推廣——發展階段——成熟階段的各期趨勢相似。其中，兩優培九累積種植面積隨著推廣年份的推移一開始增長速度較慢，中間時段增長速度加快，隨后增長速度緩慢并趨于穩定，這是呈現S型分布變化。而其他品種的擴散曲線較平緩，呈現指數曲線的趨勢發展，但是擬合曲線并不是很好，都沒有呈現預期的曲線趨勢發展。這一方面可能是由于樣本數取樣不足，加之軟件運行過程中縱軸自動生成的刻度值較大，除兩優培九之外，其他品種的累積面積數據較小，導致各曲線看起來較平緩；另一方面可能由于該品種技術在本地區的適應性并不是很好，這就與所采用的品種相關。再分別來看，Ⅱ優725的曲線趨勢已經從以較快的增長速度變化到2010年以緩慢的速度增長近趨于穩態；兩優287則到2013年后有趨于穩態的勢頭；而其他4個品種的擴散趨勢卻一直保持增長狀態。其中，金優928和金優402擴散曲線的發展勢頭猛，而鄂粳雜1號的推廣速度緩慢。

4.2 模型參數估算結果

利用定點法對模型參數進行估算，通過整理得出表5。由表5可知，7個品種的模型擬合優度R2均大于89.00%，較接近1，說明該模型對觀測值的擬合程度很高。由此判斷，所建立的Logistic模型完全適合于品種技術擴散過程的描述。

從最大推廣面積來看，兩優培九的種植面積遠比其他品種的面積大得多，其次排序為金優928、Ⅱ優725、金優402，兩優287、鄂粳雜1號和金優207。

從技術擴散速度來看，整體上這7個品種擴散速度相差不大。就單體來看，兩優287的擴散速度最快，這種現象結合進入拐點情況來看大概一致。兩優培九、兩優287擴散曲線經過拐點的時間較早，該兩品種用比其他品種較短的時間完成了從下凹變成上凸狀態，說明這兩個品種相對較早地從較快的擴散增長速度變成了較緩慢的增長速度再逐漸達到穩態。而鄂粳雜1號擴散的速度最慢，這與進入拐點最晚的情況是一致的。

根據胡瑞發等[6]的解釋，其截距越大，說明該項技術在該地區的推廣越早，反之則越晚。按此說法對雜交水稻品種的采用時間先后排序（從最早采用到最晚采用排列）為：兩優培九、Ⅱ優725、鄂粳雜1號、金優928、金優402、金優207和兩優287，但這種排序與實際情況并不符合。說明其解釋說法存在爭議。由于早、中、晚稻的種植季別的不同，這7個品種不能混合一起比較，故而應按季別區分進行比較，這樣更科學。結合審定通過時間來看，截距是隨著同一季別內新品種引入的數量越多而變得越小。比如早稻中金優402（2002年）初期面積為24.377，而兩優287（2005年）的初期面積為9.011，故而可以看出優先種植的品種其截距是比后期種植品種的大；晚稻也是如此。同時這也從側面反映出同一季別品種的截距在新品種引入的時候，與可選品種的多寡密切相關。但是中稻兩優培九和Ⅱ優725是同期（2001年）審定的，前者的截距明顯比后者的大許多。這與是不是主導品種有很大關系，兩優培九是當年推廣的主導產品，這主要得益于政府的強力推動。從進入拐點時間上來看，兩優培九進入拐點的時間最早，即其全程擴散時間較短，種植年限較短，而鄂粳雜1號進入拐點時間最晚。這說明在時間拐點之前的時期內，該品種的累積種植面積是隨著時間的推移以較快的速度在增長；然后在達到飽和水平的一半時，即達到拐點時，其擴散增長速度達到最大，即這一段是品種擴散的發展期；再接著過了拐點之后以較緩慢的速度擴散增長，直到逐漸到達飽和水平，即說明品種技術進入成熟期，并在這一階段已經充分發揮效益。

從品種類別來看，兩優培九能夠成為湖北省水稻的主導品種，不僅僅因為其自身的優越性，比如高產、優質、抗病性強，也與湖北的亞熱帶氣候適合種植中期熟農作物和當地人的飲食偏好秈稻等有關[7]。同作為秈型中稻的Ⅱ優725雖高產，但易感白葉枯病和稻瘟病，其較弱的抗病性使得推廣面積不算大。雖然金優402的外觀品質較差，口感可能不好，但同為早稻的兩優287由于抗病性不如金優402，其推廣面積比金優402小，壽命也較之短。這說明農戶選擇品種將雜交水稻的抗病性視作比外觀品質更重要。晚稻金優207也因較弱的抗病性，其推廣面積和壽命都比同為晚稻的兩優287小。鄂粳雜1號是屬于光溫敏兩系法不育品種，由于該品種在異常低溫情況下恢復可育，使生產種子的純度受到嚴重影響，故而使得鄂粳雜1號的推廣應用有較大風險[8，9]，其最大推廣面積較小，壽命短。所以，必須對光溫敏兩系雜交稻的育種過程把好關。

5 結論與討論

1）由于品種特性不同，同一地區不同技術品種的擴散模型也不同。各品種的起始推廣時間不一致，但其技術創新所經歷的擴散周期趨勢相似。并且新品種的累積推廣面積限值與其產量、品質、抗病性等特性有著密切關聯，一般來說，產量高、品質好和抗病性強的品種，其品種擴散的累積面積就大。

2）模型的截距項與同一季別內新品種引入數量的多寡密切相關。一般新品種引入數量越多，截距就越小。因此，胡瑞發等[6]對截距項解釋成立的前提條件必須是同一季別內的品種。這同時也提醒各種子公司和單位應避免惡性競爭導致“品種多，面積少”的局面，應保證優質種源。

3）一般來說，推廣速度越快的品種，其進入拐點時間越早。技術擴散是一個過程，一開始推廣面積增長較快可能是得益于政府的強力推動，但是這種推廣策略是不具有可持續性的，一旦政府降低干預力度時，該技術就會喪失了持續性擴散的內在動力。

4）對于外觀品質而言，農民在選擇品種方面更注重其抗病性。品種的適應性能夠通過其自身的抗病性反映出來，有很多高產的品種擴散面積小，但一些抗病性和適應性強的品種卻能快速推廣，品種生產應用的時間也較長[10]。因此，應該根據地域分異規律，因地制宜，各有側重地抓好雜交稻的區域化和標準化生產，在注重優質高產的同時也要兼顧品種的抗逆性和適應性。

5）品種特性確實與預期最大推廣面積、技術擴散增長速度、推廣時間的早晚以及進入拐點時間等系數有著密切的關聯。但是這種關聯具體是怎樣運作與影響需要以大量品種數據資料為基礎進一步實證研究，由于本研究范圍很小，只憑借研究這幾個品種，代表性不強。與其他省份，比如浙江省作比較來看[7]，其結論是大概一致的，都是不同品種的推廣具有相同的趨勢，每一品種種植面積的變化均呈現由小到大再到小的偏峰分布；而且浙江省大量數據具體實證了品種的生育期、產量水平、抗病性、株高等特征決定品種的最大擴散面積與經濟壽命，但抗性性狀對兩者的影響卻不顯著。同時，本研究數據主要根據1998-2014年的湖北農村統計年鑒整理計算，由于統計口徑的不同，可能存在一些差異，從而給計算結果帶來一定的誤差。最后，結論可知的這些品種種植壽命都不長，其原因是否與地理環境、種子政策、科研政策等有關，這些都有待于進一步深入探討。

參考文獻：

[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，黃季焜，袁 飛.技術擴散的內在動因[J].農業技術經濟，1994（4）：37-41.

[5] 李 季，韓一軍，夏文來.玉米品種擴散過程及機制分析[J].農業技術經濟，1997（l）：28-32.

[6] 胡瑞法，王青蓮.技術擴散傳染病模型及其應用[J].農業技術經濟，1996（6）：52-53.

[7] 程本義，夏俊輝，沈偉峰.長江中下游稻區秈型兩系與三系雜交水稻組合的比較分析[J].雜交水稻，2009，24（5）：61-65.

[8] 鄧柞榮，肖紀新.長江中下游氣候與水稻溫敏雄性不育[J].中國農學通報，2001，17（5）：56.

[9] 盧興桂，張自國.兩系法雜交水稻育種現狀[J].中國水稻科學，1994，8（1）：48-54.

[10] 楊金松，張再君，邱東峰.湖北省水稻育種研究進展與展望[J].湖北農業科學，2015，54（22）：5504-5508.