王穩(wěn)江, 閆小紅

(楊凌職業(yè)技術(shù)學(xué)院, 陜西 楊凌 712100)

水是生命之始,土是萬(wàn)物之源。兩者之間相互影響,要充分發(fā)揮土地資源的生產(chǎn)力,水資源是必不可少的條件[1]。一方面,土地資源和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到農(nóng)業(yè)水資源的直接影響,科學(xué)合理地調(diào)配水資源至關(guān)重要;另一方面,土地資源的使用與水資源的運(yùn)用也存在著相互制約作用,高效利用土地、合理開(kāi)發(fā)水資源,可以保障水土資源可持續(xù)利用和發(fā)展,為經(jīng)濟(jì)社會(huì)和現(xiàn)代農(nóng)業(yè)的發(fā)展作出重大貢獻(xiàn)。水土資源的匹配程度,對(duì)于合理開(kāi)發(fā)利用水資源和農(nóng)業(yè)土地資源具有重要意義。

目前,國(guó)內(nèi)外關(guān)于此方面的研究較多,大多聚焦于農(nóng)業(yè)水資源利用潛力的開(kāi)發(fā)方面,對(duì)水土資源的耦合效應(yīng)研究開(kāi)展較少[3-5]。研究探討的潛力評(píng)價(jià)模型都還是集總式的[6-7]。本研究依據(jù)陜西省12個(gè)地市從2000年到2019年連續(xù)20年的水資源和農(nóng)業(yè)土地資源數(shù)據(jù),分析計(jì)算水土資源潛力狀況,構(gòu)建水土資源匹配系數(shù),解析陜西省水土資源匹配格局,并利用ArcGIS軟件實(shí)現(xiàn)空間可視化[8],對(duì)研究區(qū)域開(kāi)展時(shí)空差別研究,為陜西省水土資源的潛力研究提供新的思路與方向。

1 數(shù)據(jù)來(lái)源和方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究采用陜西省西安市、安康市、漢中市等11市和楊凌示范區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量和農(nóng)業(yè)水土相關(guān)資料。資料來(lái)源是《陜西省統(tǒng)計(jì)年鑒》及《陜西省水資源公報(bào)》,選取資料的時(shí)間長(zhǎng)度為 2000-2019年。

1.2 水土資源評(píng)價(jià)方法

1.2.1 基尼系數(shù) 基尼系數(shù)法是一種評(píng)估兩種資源空間分布匹配水平高低的方法[2]。本研究構(gòu)建陜西洛倫茲曲線計(jì)算基尼系數(shù),評(píng)價(jià)陜西各市區(qū)水土資源匹配狀況。

1.2.2 水土資源匹配指數(shù) 評(píng)價(jià)陜西省農(nóng)業(yè)水土資源匹配水平也就是計(jì)算水土資源匹配指數(shù)。水土資源匹配指數(shù)的值越大,表明此地區(qū)水資源能夠滿足耕地資源的水平就越高,進(jìn)一步就說(shuō)明該地的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件越優(yōu)越。反之,就越差。其計(jì)算模型[9-10]為:

MFi=Wi·αi/Fi(i=1,2,3···n)

(1)

MFi為i市水土資源匹配指數(shù);Wi為i地水資源可利用量;αi為i地農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的比值;Fi為i地耕地面積,hm2;n為陜西省地市數(shù)目,本文為12。陜西省農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)MF其計(jì)算模型[11]為:

(2)

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)用水量

根據(jù)陜西省水資源公報(bào)中2000-2019年內(nèi)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村用水量統(tǒng)計(jì),農(nóng)村用水包括農(nóng)村生活用水。

人均農(nóng)業(yè)用水量反映各評(píng)價(jià)單元之間農(nóng)業(yè)人口用水公平性。發(fā)展的公平性原則不僅表現(xiàn)在水資源利用的數(shù)量、質(zhì)量和時(shí)間的公平性,還應(yīng)體現(xiàn)在水資源空間分配的公平性。用水量越少,對(duì)公平性的貢獻(xiàn)度越大。

2.2 耕地面積

由圖1可知,2006年人均耕地面積由0.085 3 hm2下降到0.074 7 hm2,不到世界人均水平的一半。20年間陜西耕地面積從2000年到2006年呈遞減趨勢(shì),減少了330.66 khm2,2006年到2019年耕地面積緩慢震蕩增加,增加了227.22 khm2。另外從耕地質(zhì)量來(lái)看,全省耕地中旱地占總耕地面積的69.1%,25度以上耕地占總耕地面積的23.5%,耕地質(zhì)量水平總體不高。

2.3 耕地均水量

根據(jù)陜西省 2000-2019年連續(xù)20年平均水土資源各市區(qū)數(shù)據(jù)如表1所示。依據(jù)該表的數(shù)據(jù)制作了陜西省水土資源分布圖和耕地資源分布圖(如圖2所示)。

表1 陜西省連續(xù)20年平均水土資源各市區(qū)數(shù)據(jù)

圖2 陜西省水土資源分布圖

圖2顯示:陜西省各個(gè)地市的水資源空間分布不均,水資源量呈現(xiàn)中間少兩邊多,南方水資源較多的特點(diǎn);陜西省各市區(qū)的耕地分布圖,大體上呈現(xiàn)“北多南少”的特征。

在安康市和漢中市,表現(xiàn)出了“水多地少”的情況,其中漢中市最為明顯,水資源量全省第一,但耕地面積全省排第七,單位面積所擁有的水資源總量為5.31,在陜西省中比例最高;咸陽(yáng)、渭南表現(xiàn)出“地多水少”的特點(diǎn),水土資源分布呈錯(cuò)位現(xiàn)象,嚴(yán)重制約了陜西省農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水土資源的可持續(xù)利用。

2.4 基尼系數(shù)

計(jì)算陜西省12個(gè)區(qū)域基尼系數(shù),建立的洛倫茲曲線如圖3所示。

圖3 陜西省12市(區(qū))水土資源洛倫茲曲線圖

從圖3得出,洛倫茲曲線從開(kāi)始到韓城市的彎曲程度較大,表明陜西水土資源匹配不均,同時(shí)與表1數(shù)據(jù)相契合。如漢中市和安康市的可利用水資源總量占全省的62.74%,但耕地面積占比是14.02%;渭南市的耕地面積占全省的 18.05%,在全省內(nèi)居第二,但水資源可利用量?jī)H占陜西省的2.82%。其中的比例達(dá)近8倍,為全省最高。通過(guò)MF模型求解,陜西水土資源匹配基尼系數(shù)G=0.729 88,與全國(guó)平均為G=0.566 4和全世界的平均G=0.586 4相比較,陜西省水資源和土地資源匹配相對(duì)較差。

2.5 水土匹配指數(shù)

基于表1統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù),由公式(1)計(jì)算陜西省各市區(qū)的水土資源匹配系數(shù),如表2所示。

表2 陜西省各市水土資源匹配系數(shù)

由公式(2)計(jì)算得到了陜西省的水土資源匹配系數(shù)是0.77×104m3/hm2。

由表2可以看出,漢中市的匹配系數(shù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他地區(qū),將漢中市的匹配系數(shù)去除,重新計(jì)算得到陜西省水土資源匹配系數(shù)為0.43×104m3/hm2。全國(guó)的水土資源匹配系數(shù)是0.54×104m3/hm2,將陜西省和全國(guó)的數(shù)據(jù)相比較可以看出,陜西省其他地市的水土資源匹配程度較差,這個(gè)結(jié)果與使用基尼系數(shù)法計(jì)算得到的結(jié)果是一致的。

為了直觀展現(xiàn)水土資源匹配程度的差異性,對(duì)陜西12市區(qū)依照水土資源匹配系數(shù)的集聚與離散的分異特征,采用自然間斷點(diǎn)法分級(jí),匹配狀況極差(0.06～0.13),匹配狀況較差(0.13～0.26),匹配狀況相對(duì)合理(0.26～0.46),匹配狀況較好(0.46～0.82),匹配狀況極好(0.82～4.17),利用ArcGIS制作實(shí)現(xiàn)了陜西省單位面積水資源分布圖,如圖4所示。

圖4 陜西省單位面積水資源分布圖

圖4顯示:陜西省內(nèi)水土資源匹配系數(shù)在各個(gè)地市具有明顯的差異性,其中匹配系數(shù)最高的為漢中市(4.17),匹配系數(shù)最低的是銅川市(0.06),前者是后者的近70倍,形成了南部安康市、漢中市、商洛市、寶雞市水土資源匹配狀況優(yōu)于西安市、榆林市、渭南市、楊凌示范區(qū)、咸陽(yáng)市、韓城市、延安市、銅川市的水土資源匹配格局。南部地區(qū)匹配系數(shù)較高、水土資源匹配狀況較好,而中北部地區(qū)匹配指數(shù)偏低、水土資源匹配性差,整體進(jìn)行計(jì)算,陜西省水土資源匹配系數(shù)為 0.77∈[0.46～0.82],匹配狀況較差。

3 結(jié)論與討論

3.1 結(jié)論

通過(guò)研究計(jì)算得到陜西省多年平均水土資源匹配的區(qū)域基尼系數(shù)為G=0.729。根據(jù)其他文獻(xiàn)資料得到全國(guó)其他省份的水土資源匹配的區(qū)域基尼系數(shù)平均為G=0.566,世界其他國(guó)家的水土資源匹配區(qū)域基尼系數(shù)G=0.586,與全國(guó)和世界的基尼系數(shù)相比較,陜西省水資源和土地資源匹配相對(duì)較差,但基尼系數(shù)有較大幅度高于警戒線 0.4,水土資源潛力有比較大的提升空間。

陜西省水土資源匹配系數(shù)在各個(gè)地市具有明顯的差異性,水土資源匹配狀況從優(yōu)到差依次為漢中市、安康市、商洛市、寶雞市、西安市、榆林市、楊凌示范區(qū)、渭南市、咸陽(yáng)市、延安市、韓城市、銅川市,南部地區(qū)水土資源匹配狀況優(yōu)于中北部?？傮w來(lái)看,南部地區(qū)水量充沛,單位耕地面積水資源量豐盈,水土資源匹配程度較好,其中以漢中市為最優(yōu),安康市次之。

本文在計(jì)算時(shí)水資源數(shù)據(jù)采用的是各地市的多年平均水資源總量,確定了農(nóng)業(yè)用水的份額,將農(nóng)業(yè)用水和其他用水區(qū)分開(kāi)來(lái),對(duì)農(nóng)業(yè)水土資源匹配狀況的分析和指導(dǎo)糧食生產(chǎn)布局將更具有針對(duì)性。

針對(duì)陜西省總體水資源與土地資源不匹配以及地區(qū)之間匹配差異性較大等特征,可以進(jìn)一步研究有針對(duì)性的水土資源匹配調(diào)控措施,如適度開(kāi)采地下水的井灌方式等來(lái)保證其糧食生產(chǎn),同時(shí)對(duì)地區(qū)居民積極進(jìn)行節(jié)水宣傳,提高水資源利用效率,更好地實(shí)現(xiàn)該地區(qū)水土資源的協(xié)調(diào)匹配。

3.2 討論

水土資源潛力的影響因素復(fù)雜,一方面應(yīng)該考慮耕地種植對(duì)于不同作物的適宜性;另一方面還應(yīng)該考慮氣候變化對(duì)研究區(qū)水資源量及作物產(chǎn)量的影響機(jī)制;水土資源的潛力利用涉及多種目標(biāo),需要進(jìn)一步考慮社會(huì)效益和生態(tài)效益,經(jīng)濟(jì)效益目標(biāo)和這兩者之間的重要程度以及綜合效益的合理表達(dá)方法;水土資源利用潛力評(píng)價(jià)中合適的尺度大小還有待探討。