苹果产业是全球农业经济的重要组成部分，近年来保持稳步增长态势。据统计，2022年全球苹果产量排名前列的国家和地区包括中国（4 597.3万t）、欧盟（1 187.7 万t）、美国（433.6 万t）、土耳其（428.6万t）、印度（230 万t）和伊朗（224.1 万t）[1]。其中，中国苹果产量占全球总产量的56.4%（《2022年度中国苹果产业报告》）[2]，既是全球最大的生产国，也是重要的消费市场。
近年来，中国苹果产业的区域格局变化和产业集聚现象引起广泛关注。研究表明，我国苹果生产重心呈现显著“西移”趋势[3]，这一现象可通过重心迁移模型、生产集中度分析及局部均衡模型等方法进行量化分析[4-6]。与此同时，气候变化对苹果生产的影响逐渐成为研究热点[7]。例如，刘天军等[8]采用超越对数生产函数模型，发现气候因子对中国苹果主产区产量的贡献率为3.15%；而白秀广等[9-10]的研究则表明，在渤海湾和黄土高原主产区，气候因素对苹果单产及单产增长的贡献率为-12.79%。此外，针对特定产区（如陇东、烟台）的研究表明[11-12]，气象变化对苹果生产具有显著影响。在产业集聚方面，现有研究多采用区位熵和空间自相关分析方法。孟子恒等[13]发现，山东、甘肃、陕西、山西和辽宁等省份的区位熵长期大于1，表明这些地区苹果产业集聚程度较高；张复宏等[14]基于莫兰指数的研究表明，中国苹果主产区的空间分布呈现异质性，如陕西、山东为高-低（H-L）型集聚，而甘肃则表现为高-高（H-H）型集聚。此外，张振宇等[15]对山西省的研究发现，尽管区位熵呈上升趋势，但莫兰指数却有所下降，表明产业集聚模式可能发生动态变化。
尽管现有研究对苹果产区迁移和产业集聚进行了初步探讨，但仍存在不足：（1）关于产业集聚与气候变化如何共同影响中国苹果生产空间演变的系统性研究较少；（2）不同降水年型下各主产区的生产特征及其气候驱动机制尚不明确。因此，笔者在本研究中基于产业集聚理论和苹果生产布局变化影响因素分析，利用2003—2022 年中国23 个苹果生产省（区、市）的面板数据，结合莫兰指数、固定效应模型等方法，旨在揭示中国苹果产业空间集聚演变规律，量化气候因素对苹果产量空间分布的影响。研究结果可为优化全国及区域苹果生产布局、提高水资源利用效率提供科学依据。
1 材料和方法
1.1 数据来源
本研究采用2003—2022 年我国23 个苹果生产省（区、市）的面板数据进行分析。气象数据（包括年降水量、温度、霜日数、冰雹日数、平均最高气温）来源于国家气象科学数据中心（http：//data.cma.cn）。农业生产数据（包括苹果单产、果园面积、产量等）取自2004—2023 年《中国农村统计年鉴》。为消除变量量纲差异对分析结果的影响，所有连续变量均进行标准化处理。
1.2 研究区概况
以中国五大苹果优势产区为研究对象，包括渤海湾产区（山东、河北、辽宁、天津、北京）、黄河故道产区（河南、安徽、江苏）、黄土高原产区（陕西、甘肃、山西、青海、宁夏）、特色产区（内蒙古、黑龙江、吉林、湖北、重庆、新疆）以及西南冷凉高地产区（四川、云南、贵州、西藏）的23 个苹果生产省（自治区、直辖市）。
1.3 研究方法
1.3.1 空间自相关分析 空间自相关分析是揭示地理要素空间分布格局与关联特征的重要方法。本研究采用莫兰指数揭示中国苹果生产的空间分布格局与关联特征。莫兰指数（I）计算公式如下[15]：
式中，n 为中国苹果生产省（区、市）的数量（n=23）；xi 和xj 为第i 和j 个地区的苹果产量；xˉ为所有省（区、市）苹果产量的平均值；wij 为空间权重值。
1.3.2 产量空间演变的气候因素分析 为探究气候因素对苹果产区变迁的影响，本研究基于2003—2022 年23 个苹果生产省（区、市）的面板数据，采用双向固定效应模型进行实证分析。模型构建与计算通过Stata 18软件完成，计算公式如下：
式中，x为常数项；x1～x5为各个变量的回归系数；i 代表苹果生产省（区、市），其取值范围为1～23；t 代表时间，其取值范围为2003—2022 年；μit为随机扰动项；各变量说明详见表1。
表1 变量设置和指标定义
Table 1 Variable settings and indicator definitions
变量Variables因变量Dependent variable解释变量Explanatory variable苹果生产布局变化Apple production layout changes代码Code Pr定义Definition各省（区、市）苹果产量与全国产量的占比The proportion of apple production between provinces and national production降水量Rainfall年均温度Annual mean temperature霜日数Frost dayst冰雹日数Hail day平均最高气温Мean maximum temperature Ra Te Fr Ha Мt年降水量Annual precipitation全年平均温度Annual mean temperature全年平均霜日数Average number of frost days per year全年平均冰雹日数Average annual number of hail days全年平均最高气温The average maximum temperature throughout the year
2 结果与分析
2.1 中国苹果生产空间集聚演变分析
2.1.1 苹果生产时空演变 中国苹果产业发展历程具有明显的阶段性特征，根据已有研究[5]，改革开放以来中国苹果生产可划分为四个典型阶段：稳定发展期（1978—1984 年）、快速发展期（1985—1996年）、迅速下降期（1997—2003 年）和缓慢增长期（2003 年至今）。本研究重点关注2003—2022 年缓慢增长期的生产特征。由图1 可知，研究期间中国苹果产业呈现以下发展态势：首先，苹果产量呈现持续增长趋势，由2003年的2 110.2万t提升至2022年的4 757.2万t，年均增长率为4.3%。其次，单产水平显著提升，从11.1 t·hm-2增长到22.3 t·hm-2，年均增长率为3.7%，反映出生产技术水平的持续提升。值得注意的是，果园面积变化则呈“倒U 形”特征，从2003 年的190.04 万hm2增至2015 年的峰值232.83万hm2，逐步回落至2022 年的195.58 万hm2，这也表明，2003年中国苹果产业逐渐开始由数量型转向高质量型发展。
图1 2003—2022 年中国苹果产量、单产和果园面积变化
Fig.1 Changes of apple yield per unit area and orchard area in China in 2003 and 2022
2003—2022 年，中国苹果生产呈现出明显的空间聚集强化特征（图2）。2003 年，全国仅有陕西（461.8万t）和山东（611.9万t）两省年产量超300万t，形成核心集聚格局。至2022年，甘肃（475.9万t）、山西（418.3 万t）和河南（421.2 万t）三省年产量也相继超过300 万t，五大主产省产量合计占全国的76.2%。虽然中东部苹果产业集中度仍然明显，但也呈现出向西部以及北部逐渐变迁趋势。此外，近20 年新疆逐步改善生产环境，扩大种植面积，苹果产量迅速增加，从26.3万t增加到213.9万t。
图2 2003—2022 年中国苹果产量空间分布
Fig.2 Spatial distribution of apple production in China from 2003 to 2022
2.1.2 苹果生产布局的空间集聚演变 基于2003—2022年中国省级苹果生产数据，本研究采用ArcМap 10.8.1测算全局莫兰指数，反映苹果产业整体空间关联与集聚—离散趋势：指数介于-1 至1 之间，当指数大于0时表示空间正相关（相似值集聚）；小于0时表示空间负相关（相异值集聚）；接近0时则表明空间随机分布。结果表明（表2），研究期间中国苹果生产的空间自相关性呈显著下降趋势（莫兰指数从0.175 6 降至0.107 7），表明产业空间集聚程度逐渐减弱，向区域多元化发展。具体而言，2003—2004 年为集聚强化期，莫兰指数从0.175 6 升至0.187 4；2005—2009 年为初步分散期，2009 年降至0.147 1，但仍是正向显著相关；2010—2014 年为相对稳定期；2015—2019 年则表现为快速分化期，2019年为研究期最低值0.090 7；2020—2022年波动调整阶段，指数虽有短期回升但仍保持正相关性[16]。这一演变趋势表明中国苹果产业正经历从传统集聚向多中心网络化布局转型。
表2 2003—2022 年苹果生产全局空间自相关分析（莫兰指数）
Table 2 Global spatial autocorrelation analysis of apple industry from 2003 to 2022(Moran Index)
年份Year 2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017 2018 2019 2020 2021 2022 Мoran指数Мoran Index 0.175 6 0.187 4 0.179 4 0.172 2 0.172 4 0.176 9 0.147 1 0.170 5 0.183 3 0.183 5 0.186 0 0.187 5 0.182 1 0.166 2 0.115 4 0.129 7 0.090 7 0.119 7 0.115 8 0.107 7方差Variance 0.013 0 0.017 4 0.017 4 0.017 7 0.017 8 0.018 0 0.013 6 0.018 1 0.018 4 0.018 5 0.018 7 0.018 7 0.018 7 0.018 3 0.013 5 0.017 9 0.013 3 0.017 6 0.017 4 0.017 3 Z得分Z-Score 1.941 6 1.764 6 1.704 1 1.635 4 1.631 4 1.656 1 1.648 4 1.606 4 1.686 1 1.684 1 1.691 4 1.703 1 1.664 7 1.565 3 1.383 1 1.310 7 1.181 5 1.246 2 1.223 1 1.164 5 P值P-value 0.052 2 0.077 6 0.088 4 0.102 0 0.102 8 0.097 7 0.099 3 0.108 2 0.091 8 0.092 2 0.090 8 0.088 6 0.096 0 0.117 5 0.166 6 0.189 9 0.237 4 0.212 7 0.221 3 0.244 2
基于空间自相关分析结果（全局莫兰指数＞0），本研究进一步采用局部莫兰指数对中国苹果产地局域空间关联特性进行分析。局部莫兰指数用于识别局部空间异质性，可有效探测苹果生产空间的高值集群和低值集聚区域。结果表明（图3），2003 年表现为多中心分布格局，山西、河南形成高-高（H-H）集聚区，宁夏、江苏为低-高（L-H）过渡带，新疆则属于低-低（L-L）集聚类型，说明中国苹果生产空间集聚仍保持多元化发展，分布较为扩散。至2012 年，空间格局发生显著变化，仅山西维持H-H 集聚特征，新疆持续保持L-L集聚类型，而宁夏仍为L-H过渡区域。在2003—2022 年间，江苏、河南等传统产区地位持续弱化，宁夏始终呈现L-H特征，与邻近甘肃、陕西等高集聚区形成明显差异，而山西省则始终保持H-H集聚状态。
图3 2003—2022 年中国苹果产地聚类和异常值分析
Fig.3 Clustering and outlier analysis of apple production areas in China from 2003 to 2022
2.2 气候变化对中国苹果生产空间演变的影响分析
基于Stata 18软件，采用双向固定效应模型分析2003—2022 年气候变化对中国苹果生产空间演变的影响。通过F 检验和Hausman 检验，最终确定双向固定效应模型为最优估计方法。回归结果（表3）表明，气候变化对中国苹果生产布局具有显著影响，且表现出明显的区域异质性，这与屈振江等[17]提出的研究结果相一致。全国的回归结果表明，年均温度（Te）、霜日数（Fr）、平均最高温度（Мt）是影响苹果生产布局变化的关键气候因子（P＜0.05）。其中，年均温度系数为-0.485，表明温度升高苹果产区将会向低温区转移，这与高温胁迫导致的苹果树叶片脱落、产量下降等有关[18]。霜日数（Coef=-0.052）也与产区布局变化呈显著负相关，可能与苹果花期霜冻灾害有关。从五大产区回归结果来看，渤海湾产区受年均温度、降雨量和霜日数（P＜0.05）共同影响，其中温度系数（Coef=-1.134）绝对值最大；黄河故道产区主要由年均温度和降雨量主导布局变化；特色产区则显著受霜日数（Coef=-0.040）和冰雹日数（Coef=-0.024）的负向影响。这也进一步印证了温度变化是驱动苹果产区布局变化的最关键气候因子。
表3 气候变化因素对中国苹果生产空间演变的影响
Table 3 The impact of climate change factors on the spatial evolution of apple production in China
气候因子Climatic factors全国Nationwide Coef.-0.485 0.014-0.052-0.004 0.243 P P P P P P Te Ra Fr Ha Мt 0.000 0.402 0.001 0.592 0.008渤海湾产区Bohai Bay Production Area Coef.-1.134 0.146-0.211 0.004 0.517 0.007 0.003 0.000 0.875 0.126黄河故道产区Yellow River Ancient Course Production Area Coef.-0.989-0.050 0.016-0.043 0.551 0.001 0.037 0.805 0.136 0.054黄土高原产区Loess Plateau Production Area Coef.-0.386 0.008 0.098 0.044 0.165 0.337 0.930 0.137 0.080 0.477特色产区Characteristic Production Area Coef.0.184-0.030-0.040-0.024-0.122 0.185 0.140 0.011 0.004 0.281西南冷凉高地产区Southwest cold and Highland Production Area Coef.-0.080 0.010 0.008 0.003 0.052 0.200 0.144 0.245 0.270 0.204
2.2.1 基于年均温度适宜性变化的苹果产区迁移特征分析 基于李世奎等[19]的研究，中国苹果栽培的最适年均温度阈值为8.5～12.5 ℃。由图4 可知，2003 年温度适宜区主要分布于青藏高原东北缘至华北平原过渡带（西藏、甘肃、宁夏、陕西、山西）及东北平原南部（辽宁）。至2022年，新疆地区新增为温度适宜区，显示西北干旱区苹果适宜生产范围呈现扩展趋势。同时，华北平原核心产区（河南、山东、河北）在2003—2022 年间呈显著增温现象：河南和山东年均温已突破15.4 ℃，河北年均温由2003 年的12.6～14.0 ℃上升至14.1～15.4 ℃，已逐渐转变为苹果种植次适宜区或非适宜区。
图4 苹果栽培适宜年均温度区域分布
Fig.4 Distribution of regions suitable for apple cultivation based on annual average temperature
温度因子对苹果生育期的调控具有关键性作用。苹果生育期可分为幼果前期（花芽膨大期—幼果期）和幼果后期（幼果期—成熟期）两个关键阶段。在幼果前期，苹果花期对低温胁迫极为敏感。东北地区（黑龙江、吉林）及青藏高原（青海）年均温低于7 ℃的寒冷气候区，春季晚霜冻发生频率较高，导致花器官冻伤，严重制约了苹果产业的发展。在幼果后期，高温胁迫会影响苹果的生理生化反应及代谢过程[20]，导致果实品质下降，同时病虫害多发。河南、河北等地区近年气温升高正是造成苹果产量自2015 年后持续下降的主要原因。在气候变化背景下，我国温度呈现“南高北低”的分布格局，这直接推动了苹果产业布局的变化。总体而言，我国苹果种植区呈现明显的“西移北扩”迁移特征，这与温度适宜性的空间变化具有高度一致性。
2.2.2 降雨量变化对苹果气候适宜区的调节效应研究 苹果作为高耗水型果树，其生长发育对水分条件具有显著依赖性。基于已有研究[19]，苹果栽培的适宜年降雨量阈值为500～800 mm。当实际降雨量低于该阈值时，易引发水分胁迫，导致幼树旱死；而当生长季（春、夏季）降雨量超过800 mm时，果园相对湿度增大，易感染褐斑病等叶部病害。通过对2003—2022 年气象数据分析，发现我国苹果降雨适宜区发生了明显的空间变化。2003 年适宜区包括天津、河北、山西等10个省（市），其中黄土高原产区（陕西、山西）水热匹配最优；至2022年，适宜区缩减为北京、天津、山西等7个省（市），河北、辽宁等传统产区因持续干旱化已退出适宜区。为深入分析降雨量变化的影响，本研究对五大产区在三种不同降水年型（丰水年、平水年和枯水年）下的苹果生产特征进行分析（图5）。结果显示，渤海湾产区和黄土高原产区在丰水年的苹果产量和果园面积高于其平水年和枯水年；而黄河故道产区在枯水年时表现最优，这与其节水灌溉系统的普及密切相关；特色产区与西南冷凉高地产区在不同降水年型间的产量和果园面积差异较小，表明其对降水波动的适应性较强。
图5 不同降水年型中五大苹果主产区生产特征分析
Fig.5 Analysis of production characteristics of five major apple producing areas in different precipitation year types
3 讨 论
中国苹果产业正处于由生产大国向产业强国战略转型的关键阶段。然而，近年来产业内部结构性矛盾与外部风险日益凸显，对苹果产业可持续性发展构成了严峻的挑战。本研究基于2003—2022 年全国苹果生产数据进行分析，结果表明中国苹果总产量与单产均呈现持续增长态势，且其空间布局呈现显著的“西移北扩”的迁移特征。空间自相关分析进一步揭示了苹果生产布局具有显著的空间集聚性，其中山西省持续表现为H-H集聚类型。这一发现与张聪颖等[4]、周江涛等[5]、张振宇等[15]、张强强等[21]的研究结论相互印证，再次夯实了黄土高原产区作为中国苹果优势产区的地位。
在探究气候变化对中国苹果生产空间演变的影响机制时，本研究发现年均温度、平均最高温度和霜日数是关键驱动因子。具体而言，温度适宜性的变化是产区迁移的核心动力之一：新疆等地区逐渐成为苹果种植的温度适宜区，而传统优势产区如山东、河北、河南则部分转变为苹果种植次适宜区或非适宜区。这一温度格局的变迁，直接推动了苹果生产向西北方向迁移。同时，水分胁迫也是不可忽视的重要因素。作为高耗水型作物，苹果生产对降水变化高度敏感。研究结果显示，河北、辽宁等传统产区因持续干旱化已逐步退出适宜区范围。进一步的区域分析发现，渤海湾产区和黄土高原产区在丰水年表现最优，而黄河故道产区则在枯水年相对优势更明显，这与该区域相对完善的节水灌溉系统普及密切相关。这揭示了水分管理技术（特别是灌溉）在缓解气候变化负面影响方面发挥着关键作用。
本研究揭示了气候变化背景下中国苹果生产空间格局演变的动态特征及其核心驱动机制，深化了对苹果生产布局调整规律的认识。研究结果为优化苹果产业区域布局、制定适应性生产策略以应对气候变化挑战提供了重要的科学依据。然而，本研究也存在一定的局限性，例如缺乏社会经济因素（如劳动力成本、政策扶持、市场流通等）对产区迁移的协同作用机制。建议在后续研究中构建气候变化与社会经济因素的综合分析框架，更全面地解析苹果生产空间演变的驱动机制。
4 结 论
基于2003—2022年中国苹果生产数据分析，本研究揭示中国苹果产业空间格局呈现显著的“优生区集聚”特征，黄土高原（以山西为核心）已成为最核心且稳定的优势产区；同时产区布局整体呈现“西移北扩”趋势，这与气候变暖背景下温度适宜区向西北迁移高度一致，导致新疆部分地区成为新增适宜区，而华北平原传统产区则因升温转变为次适宜区。在影响苹果产区变化的气候因子中，温度变化（特别是年均温度和平均最高温度）被确认为驱动空间格局演变的最关键因素。因此，建议各产区依据其气候条件变化特征，因地制宜调整发展策略，并着力提升水资源利用效率，以促进苹果产业的可持续发展。
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