河南省水土資源持續(xù)利用趨勢及其影響因素

張小虎，孫 茜

(1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000; 2.洛陽師范學(xué)院 國土與旅游學(xué)院，河南 洛陽 471022)

河南省水土資源持續(xù)利用趨勢及其影響因素

張小虎1,2，孫 茜2

(1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000; 2.洛陽師范學(xué)院 國土與旅游學(xué)院，河南 洛陽 471022)

以河南省為例，從自然資源持續(xù)性、經(jīng)濟社會可行性、生態(tài)環(huán)境合理性3個方面構(gòu)建水土資源持續(xù)利用評價指標(biāo)體系，采用三角模型定量分析2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢，并在此基礎(chǔ)上通過灰色關(guān)聯(lián)分析識別影響水土資源持續(xù)利用的主要因素。研究表明：2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體水平不高，在一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間徘徊，其中，2000—2002年呈T6趨勢(弱持續(xù))，2002—2004年呈T3趨勢(一般持續(xù))，2004—2010年呈T1趨勢(一般持續(xù))，2010—2014年呈T6趨勢(弱持續(xù))。制約河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要因素多數(shù)來源于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)，主要包括植被覆蓋度、耕地有效灌溉率、人口密度、地均農(nóng)藥施用量和水土流失治理率等。

水土資源；持續(xù)利用；三角模型；灰色關(guān)聯(lián)分析；河南省

水土資源既是區(qū)域社會經(jīng)濟發(fā)展的支撐和保障條件，又是生態(tài)環(huán)境的基本構(gòu)成要素[1]。我國人均水資源量為世界平均水平的28%[2]，土地資源的精華耕地人均擁有量僅占世界平均水平的42.37%[3]。隨著新型城鎮(zhèn)化、新型工業(yè)化的持續(xù)推進，產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)變化以及城鄉(xiāng)人口規(guī)模與消費結(jié)構(gòu)變化，致使水土資源供求失衡，生態(tài)環(huán)境問題日益凸顯，亟須開展水土資源持續(xù)利用研究。河南是人口大省、農(nóng)業(yè)大省和新興的工業(yè)大省，受地理位置和氣候條件的影響，降水分布不均且年際變化大，加之水資源的不合理利用，水資源短缺。同時，河南人多地少的矛盾尤為突出，土地資源開發(fā)利用程度較高，可利用的后備土地資源嚴重不足，并且水土資源在時空配置上存在不一致、不協(xié)調(diào)的問題，影響到水土資源的持續(xù)利用。對河南省水土資源持續(xù)利用進行研究，揭示河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)及其演變趨勢，明晰水土資源持續(xù)利用的主要障礙因素，對于正確把握河南省水土資源利用態(tài)勢，有效配置水土資源，實現(xiàn)水土資源的持續(xù)利用具有重要意義。

水土資源持續(xù)利用研究主要基于可持續(xù)發(fā)展理論展開，集中于土地資源可持續(xù)利用[4-8]、水資源持續(xù)利用及其健康評價[9-12]等方面。隨著研究的深入，部分學(xué)者研究了水土資源的安全、匹配及承載力問題[13-15]，部分學(xué)者從后備資源、城鎮(zhèn)化與糧食生產(chǎn)等視角分析其與水土資源的關(guān)系[16-17]。上述研究豐富和發(fā)展了水土資源可持續(xù)利用的理論與方法；但是水資源與土地資源聯(lián)系緊密，在人類社會生產(chǎn)發(fā)展進程中，水資源和土地資源作為最基礎(chǔ)的資源共同發(fā)揮重要作用，然而將水土資源作為一個有機整體綜合評價其持續(xù)性的研究尚處于探索階段。而且現(xiàn)有研究多關(guān)注水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)，忽視了對水土資源持續(xù)利用趨勢的分析，并且較少涉及水土資源持續(xù)利用的影響因素。鑒于此，本研究將水土資源作為有機整體，以水土資源相對匱乏且時空分布不匹配的河南省為研究對象，構(gòu)建三角模型將水土資源持續(xù)利用的狀況及趨勢有機結(jié)合起來，從狀態(tài)和趨勢2個層面對水土資源的持續(xù)利用態(tài)勢進行可視化描述。同時，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法診斷識別區(qū)域水土資源持續(xù)利用的主要影響因素，為河南省有效轉(zhuǎn)變水土資源利用與管護模式，實現(xiàn)水土資源的協(xié)調(diào)、持續(xù)利用，維系良好的生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

河南省位于中國中東部、黃河中下游，地理坐標(biāo)31°23′～36°22′N、110°21′～116°39′E。境內(nèi)地勢西高東低、北坦南凹，山區(qū)丘陵面積占44.3%，平原和盆地面積占55.7%[18]。2014年河南省國內(nèi)生產(chǎn)總值達到34 938.24億元，比上年增長8.9%，人均生產(chǎn)總值達37 072元。同期，人均水資源量僅為265.77 m3，遠低于全國平均水平，并且受地理位置和氣候條件的雙重影響，降水分布不均，自然災(zāi)害頻繁。2014年人均耕地面積0.076 hm2，低于全國平均水平，并且存在耕地利用粗放、后備資源不足等問題。當(dāng)前河南省既處于蓄勢崛起、跨越發(fā)展的重要階段，又處于爬坡過坎、攻堅轉(zhuǎn)型的緊要關(guān)口，亟須解決水土資源持續(xù)利用問題。

數(shù)據(jù)來源：《河南統(tǒng)計年鑒》(2001—2015年)；《中國統(tǒng)計年鑒》(2001—2015年)；《河南省水資源公報》(2000—2014年)；《河南省環(huán)境質(zhì)量年報》(2000—2014年)；NASA(美國國家航空航天局)提供的MOD13Q1和MOD17A3數(shù)據(jù)(https://lpdaac.usgs.gov/data_access/data_pool)。

1.2 評價指標(biāo)體系構(gòu)建

水土資源持續(xù)利用是區(qū)域經(jīng)濟社會持續(xù)、健康發(fā)展的基礎(chǔ)，其核心是維護和提升水土資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，協(xié)調(diào)水資源與土地資源的關(guān)系，提升水土資源利用的經(jīng)濟、社會和生態(tài)效益。由于水土資源是一個有機整體，涉及自然資源稟賦、經(jīng)濟社會、生態(tài)環(huán)境等諸多因素，因而在研究中針對河南省水土資源特點，在借鑒相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[4-8，10-12]，根據(jù)數(shù)據(jù)可得性、靈敏性和可量化性原則，同時考慮三角模型的特點及要求，從自然資源持續(xù)性、經(jīng)濟社會可行性和生態(tài)環(huán)境合理性3個方面構(gòu)建指標(biāo)體系(表1)，共19個指標(biāo)。

自然資源持續(xù)性是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，其中，水資源和土地資源是最基本的自然資源，是人類社會賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，選取人均耕地、人均水資源量、植被凈初級生產(chǎn)力(NPP)等指標(biāo)進行表征；經(jīng)濟社會可行性主要反映人類社會在發(fā)展過程中通過對水土資源的利用促進經(jīng)濟發(fā)展、推動社會進步，具體通過人均GDP、城鎮(zhèn)化水平、萬元GDP水耗等指標(biāo)反映；生態(tài)環(huán)境合理性是指通過對水土資源的科學(xué)、合理利用，有效維護和改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，具體通過水土流失治理率、廢水排放量、植被覆蓋度等指標(biāo)表征。

表1水土資源持續(xù)利用評價指標(biāo)體系

Table1Evaluation index system of land and water sustainable utilization

目標(biāo)層Targetlayer準(zhǔn)則層Criterionlayer指標(biāo)層Indexlayer權(quán)重Weight水土資源持續(xù)利用Landandwaterresourcessustainableutilization自然資源持續(xù)性Naturalresourcesustainability(0.3427)人均耕地Cultivatedlandpercapita/hm2 0.1975糧食安全系數(shù)Foodsafetycoefficient0.1030耕地有效灌溉率Effectiveirrigationrateofcultivatedland/%0.1421用水壓力指數(shù)Waterpressureindex/%0.1317產(chǎn)水系數(shù)Waterproductioncoefficient0.1064人均水資源量Waterresourcepercapita/m30.1789植被凈初級生產(chǎn)力(以碳計)Netprimaryproductivity(NPP)/(g·m-2·a-1)0.1404經(jīng)濟社會可行性Economicsocietyfeasibility(0.3084)人口密度Populationdensity/km-20.1724人均GDPGDPpercapita/yuan0.1078城鎮(zhèn)化水平Urbanizationlevel/%0.1939萬元GDP水耗WaterconsumptionpertenthousandyuanGDP/m30.1943萬元GDP能耗EnergyconsumptionpertenthousandyuanGDP/t0.2118第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重TertiaryindustryproportioninGDP/%0.1198生態(tài)環(huán)境合理性Ecologicalenvironmentreasonability(0.3489)水土流失治理率Improvementrateofsoilandwaterloss/%0.2167廢水排放量Wastewaterdischarge/(108t)0.1248超Ⅴ類水質(zhì)比重WaterproportionworsethanⅤcategory/%0.1131植被覆蓋度Vegetationcoverage/%0.2214地均化肥施用量Fertilizerinputperhectare/(kg·hm-2)0.1658地均農(nóng)藥施用量Pesticidesinputperhectare/(kg·hm-2)0.1582

1.3 研究方法

1.3.1 三角模型

三角模型是美國農(nóng)業(yè)部根據(jù)土壤的砂-粉砂-黏土含量分析土壤類型時提出的一種方法[19]，可以對3個相互聯(lián)系的方面進行可視化描述，并且作為一種直觀的平臺能夠很好地圖解綜合狀況及趨勢。由于具有直觀性和簡明性，該方法已廣泛應(yīng)用于區(qū)域經(jīng)濟發(fā)展、資源環(huán)境等領(lǐng)域[20-21]。水土資源持續(xù)利用是區(qū)域經(jīng)濟社會穩(wěn)定、健康發(fā)展的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是維護和改善水土資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，提升水土資源利用的社會、經(jīng)濟、生態(tài)效益。根據(jù)水土資源持續(xù)利用評價指標(biāo)體系，以非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI，non-natural resource sustainability index)、非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)(NESFI，non-economic society feasibility index)和生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI，ecological environment reasonability index)3組相互聯(lián)系的指數(shù)為基礎(chǔ)，通過三角圖對3組指數(shù)的相互關(guān)系進行可視化描述，從而定量分析河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)和趨勢。采用Grapher 8.0構(gòu)建三角圖，得到三角模型(圖1)。

圖1 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢Fig.1 State and trend of land and water resource sustainable utilization

在圖1中，三角形為等邊三角形，EERI位于最高頂點，NESFI位于左下頂點，NNRSI位于右下頂點。X、Y和Z軸分別代表NNRSI、EERI、NESFI，每個軸沿逆時針方向從0到1。每個軸分別平均分為5個范圍：“非常低”，0～0.2；“較低”，0.2～0.4；“中等”，0.4～0.6；“較高”，0.6～0.8；“非常高”，0.8～1.0。同時，用三角形圖表對NNRSI、EERI、NESFI的相對比例結(jié)合情況進行說明。將三角形從頂?shù)降准毞譃?個區(qū)域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)，分別表示5種水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及相應(yīng)的表現(xiàn)水平(圖1、表2)。在三角圖中，根據(jù)EERI、NESFI、NNRSI相對比例的變化，可識別出7個趨勢(T1～T7)，分別代表7種水土資源持續(xù)利用趨勢(表3)。通過計算，根據(jù)不同數(shù)據(jù)點和數(shù)據(jù)系列的相對位置關(guān)系對水土資源持續(xù)利用狀態(tài)和趨勢進行定量分析。

三角模型具體分析步驟如下：

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評價中涉及指標(biāo)較多，并且各指標(biāo)的量綱不盡相同，為使各指標(biāo)具有可比性，運用功效函數(shù)對指標(biāo)進行標(biāo)準(zhǔn)化處理[22]。假設(shè)水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)的序參數(shù)變量為Xij(i=1，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n)，其值為xij。αij、βij是系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點的序參量的上、下限值。根據(jù)協(xié)同理論，水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)對系統(tǒng)有序的功效函數(shù)Xij可以表示為：

(1)

式(1)中Xij為變量xij對系統(tǒng)的功效貢獻大小，0≤Xij≤1。

(2)指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重(W)采用客觀賦值的熵權(quán)法確定，該方法主要根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小確定權(quán)重。當(dāng)熵值較小時，說明該指標(biāo)提供的信息量大，相應(yīng)的權(quán)重也較大，反之權(quán)重則較小，具體權(quán)重見表1。

(3)計算綜合指數(shù)

采用加權(quán)平均法計算自然資源持續(xù)性指數(shù)(NRSI，natural resource sustainability index)、經(jīng)濟社會可行性指數(shù)(ESFI，economic society feasibility index)和生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI，ecological environment reasonability index)，計算公式分別為：

(2)

(3)

(4)

式(2)～(4)中：NRSIy、ESFIy、EERIy分別是第y個研究對象的自然資源持續(xù)性指數(shù)、經(jīng)濟社會可行性指數(shù)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)；Wh是第h個自然資源持續(xù)性權(quán)重；Wk是第k個經(jīng)濟社會可行性指標(biāo)權(quán)重；Wl是第l個生態(tài)環(huán)境合理性指標(biāo)權(quán)重。

(4)構(gòu)建三角模型圖

三角模型由3個能構(gòu)成此消彼長關(guān)系的指數(shù)構(gòu)成，依據(jù)公式(2)～(4)選取非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)、非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)(NESFI)作為評價指數(shù)，構(gòu)建三角模型圖。在水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)中，非自然資源持續(xù)性指數(shù)與自然資源持續(xù)性指數(shù)、非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)與經(jīng)濟社會可行性指數(shù)分別是一對相對的概念，因此NNRSI=1-NRSI(自然資源持續(xù)性指數(shù))，NESFI=1-ESFI(經(jīng)濟社會可行性指數(shù))，NRSI、ESFI值越大，NNRSI、NESFI值越小。

表2水土資源持續(xù)利用狀態(tài)評價

Table2Evaluation of land and water resource sustainable utilization state

狀態(tài)State指標(biāo)數(shù)值范圍IndexvaluescopesEERINESFINNRSI相對指數(shù)值RelativeindexvalueEERINESFINNRSI相對持續(xù)狀態(tài)RelativesustainablestateⅠ0.8～1.00.0～0.20.0～0.2非常高Veryhigh非常低Verylow非常低Verylow很強VerystrongⅡ0.6～0.80.0～0.40.0～0.4較高High非常低-較低Verylow-low非常低-較低Verylow-low強StrongⅢ0.4～0.60.0～0.60.0～0.6中等Middle非常低-中等Verylow-middle非常低-中等Verylow-mid-dle一般FairⅣ0.2～0.40.0～0.80.0～0.8較低Low非常低-較高Verylow-high非常低-較高Verylow-high弱WeakⅤ0.0～0.20.0～1.00.0～1.0非常低Verylow非常低-非常高Verylow-veryhigh非常低-非常高Verylow-veryhigh很弱Verybad

(5)狀態(tài)及趨勢分析

依據(jù)計算的綜合指數(shù)及建立的三角模型圖，同時結(jié)合水土資源持續(xù)利用狀態(tài)相對趨勢評價表(表3)，分析水土資源持續(xù)利用的具體狀態(tài)及趨勢。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，對系統(tǒng)所包含的相互作用因素之間的關(guān)聯(lián)程度進行定量描述和比較。其基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來判斷其聯(lián)系是否緊密。該方法對數(shù)據(jù)分布類型及變量無特殊要求，且計算簡便，已廣泛應(yīng)用于社會經(jīng)濟、資源環(huán)境等領(lǐng)域[23-25]。由于水土資源持續(xù)利用涉及水、土地、生態(tài)、環(huán)境等諸多因素，并且各因素的信息存在不確定性和不完全性，是一個灰色系統(tǒng)，因而可應(yīng)用該方法識別水土資源持續(xù)利用的主要影響因素，具體步驟如下。

(1)確定參考序列和比較序列

Xs為比較序列，xs(ψ)為因素Xs關(guān)于第ψ個指標(biāo)的數(shù)據(jù)，ψ=1，2，…，n；s表示因素代碼；Xo為參考序列，為2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用中NRSI、ESF、EERI指數(shù)的加權(quán)平均值。

(2)指標(biāo)初值化處理

為消除指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱，對各指標(biāo)進行初值化處理，公式為：

(5)

式(5)中：X′為各因素序列的初值像；Xs為系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)列；xs(1)為數(shù)據(jù)序列的初始值。

(3)求取關(guān)聯(lián)系數(shù)

(6)

式(6)中：γ[xo(ψ)， xs(ψ)]為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ξ為分辨系數(shù)，ξ∈[0，1]，一般取0.5。

(4)計算關(guān)聯(lián)系數(shù)

(7)

式(7)中：γ(xo，xs)為參考序列Xo與比較序列Xs的灰色關(guān)聯(lián)度，若關(guān)聯(lián)度較大，則該指標(biāo)是水土資源持續(xù)利用的主要影響因素。

2 結(jié)果與分析

2.1NRSI、ESFI、EERI指數(shù)分析

根據(jù)各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值及其權(quán)重，采用公式(2)～(4)測算河南省2000—2014年水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)、經(jīng)濟社會可行性指數(shù)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(圖2)。

表3水土資源持續(xù)利用狀態(tài)相對趨勢評價

Table3Evaluation on relative trend of land and water resource sustainable utilization state

趨勢Trend變化范圍Movingdirection指數(shù)變化相對比例RelativepercentagechangeofindexEERINESFINNRSI相對持續(xù)趨勢RelativesustainabilityT10～60°↑↓↑一般持續(xù)FairsustainabilityT260～120°↑↓↓很強持續(xù)StrongsustainabilityT3120～180°↑↑↓一般持續(xù)FairsustainabilityT4180～240°↓↑↓弱持續(xù)WeaksustainabilityT5240～300°↓↑↑不可持續(xù)UnsustainabilityT6300～360°↓↑↑弱持續(xù)WeaksustainabilityT7無變化Novariation↑↑↑弱持續(xù)Weaksustainability↓↓↓弱持續(xù)Weaksustainability———原始狀態(tài)Originalstate

“↑”表示增加，“↓”表示減少，“—”表示不變。

“↑” represented increase; “↓”represented decrease; “—” represented no change.

圖2 2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的準(zhǔn)則層指數(shù)Fig.2 Rule layer index of land and water resource sustainable utilization in Henan from 2000 to 2014

由圖2可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)(NRSI)在0.382 9～0.636 5之間，均值為0.541 5，呈上下震蕩態(tài)勢。其中，2010年自然資源持續(xù)性指數(shù)達到最高值，2001年為最低值，其他年份則在均值上下波動，主要受區(qū)域水土資源稟賦、極端氣候等影響。研究時段內(nèi)河南省人均水資源量、耕地有效灌溉率等不斷下降，產(chǎn)水系數(shù)隨氣候變化波動，加之用水壓力指數(shù)大幅增加，導(dǎo)致自然資源持續(xù)性指數(shù)震蕩波動。經(jīng)濟社會可行性指數(shù)(ESFI)介于0.283 3～0.842 9，總體上呈增加態(tài)勢，其中2000年最低，2014年最大，且2007—2014年該指數(shù)均超過均值。這是因為隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，萬元GDP能耗、水耗等持續(xù)下降，而人均GDP、城鎮(zhèn)化水平等顯著提升。這一結(jié)果也從側(cè)面反映了經(jīng)濟發(fā)展、社會進步有利于促進能耗、水耗的降低。生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)呈波動下降趨勢，其中2000年達最大值，為0.786 3，2014年最小，僅為0.260 6。這說明雖然河南省在經(jīng)濟社會發(fā)展過程中較注重生態(tài)環(huán)境的保護，但是保護力度仍有待提升。同時，由于受城鎮(zhèn)外延式發(fā)展等的影響，植被覆蓋度不斷下降。

2.2 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢分析

以河南省2000—2014年水土資源持續(xù)利用的非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI)、非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)(NESFI)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)為樣本空間，運用Grapher 8.0構(gòu)建三角模型分析水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(圖3)。

2.2.1 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)分析

由圖3可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體水平不高，主要位于Ⅲ、Ⅳ區(qū)域，在一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間徘徊。具體可以分為3個階段：第一階段，位于Ⅳ區(qū)域(弱持續(xù)狀態(tài))，包括2000年和2001年，這一時期雖然生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)較高，但是非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)、非自然資源持續(xù)性指數(shù)達到最大值，由此導(dǎo)致水土資源持續(xù)利用處于弱持續(xù)狀態(tài)；第二階段，位于Ⅲ區(qū)域(一般持續(xù)狀態(tài))，涵蓋2002—2012年，該階段生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)波動下降，非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)持續(xù)走低，非自然資源持續(xù)性指數(shù)呈上下震蕩趨勢，主要是由于該時期河南省經(jīng)濟社會進入快速發(fā)展時期，水土資源的消耗進一步加大，同時環(huán)境保護力度加大，從而表現(xiàn)為一般持續(xù)狀態(tài)；第三階段，位于Ⅳ區(qū)域(弱持續(xù)狀態(tài))，2013—2014年，這一階段生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)達到最低值，非自然資源持續(xù)性指數(shù)不斷攀升，非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)顯著減小，這主要源于經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，對水土等自然資源的消耗加劇，同時，大批新建工業(yè)項目的上馬投產(chǎn)，導(dǎo)致廢水排放量連年攀高，廢水排放量與環(huán)境容量相對不足的矛盾沒有得到根本緩解，加上過度開荒以及農(nóng)藥、化肥的過量施用等，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)表現(xiàn)為最低值，直接影響到水土資源持續(xù)利用狀態(tài)下降到弱持續(xù)狀態(tài)。

A～O分別表示2000—2014年各年A-O represented each year from 2000 to 2014圖3 2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢Fig.3 State and trend of land and water resource sustainable utilization in Henan from 2000 to 2014

2.2.2 水土資源持續(xù)利用趨勢分析

根據(jù)圖2可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)呈現(xiàn)弱持續(xù)趨勢→一般持續(xù)趨勢→弱持續(xù)趨勢，其中：非經(jīng)濟社會可行性指數(shù)從0.716 7震蕩下降到0.157 1，說明隨著河南省經(jīng)濟社會的持續(xù)發(fā)展，水土資源利用的經(jīng)濟社會效益不斷提升；非自然資源持續(xù)性指數(shù)在0.363 5～0.617 1之間波動，源于經(jīng)濟社會發(fā)展對水土資源的利用程度不斷增加，但還未完全實現(xiàn)循環(huán)、綠色、持續(xù)利用，從而影響了水土資源自然資源屬性的持續(xù)利用；生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)從0.786 3震蕩下降到0.260 6，表明隨著經(jīng)濟社會的日益發(fā)展，水土資源開發(fā)程度加大，而生態(tài)環(huán)境的保護力度相對滯后。

具體地，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)表現(xiàn)出4個明顯的趨勢：2000—2002年呈現(xiàn)T6趨勢(弱持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢分別為減少、增加、增加；2002—2004年呈T3趨勢(一般持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢分別為增加、增加、減少；2004—2010年呈T1趨勢(一般持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢分別為增加、減少、增加；2010—2014年呈T6趨勢(弱持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢分別為減少、增加、增加。從河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)演變的4個趨勢來看，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用趨勢呈波動變化，經(jīng)歷了弱持續(xù)趨勢、一般持續(xù)趨勢、一般持續(xù)趨勢、弱持續(xù)趨勢4個階段，這與河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)變化相一致。隨著河南省經(jīng)濟社會的轉(zhuǎn)型發(fā)展，水土資源利用方式提升，相應(yīng)表現(xiàn)為2000—2010年水土資源持續(xù)利用水平呈持續(xù)提升態(tài)勢，而2010—2014年由于受資源和環(huán)境約束日益明顯，并且國家加大了宏觀調(diào)控力度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級，水土資源持續(xù)利用水平呈弱持續(xù)狀態(tài)。

2.3 水土資源持續(xù)利用的影響因素識別

為進一步識別影響河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要因素，基于灰色關(guān)聯(lián)分析模型識別阻礙河南省水土資源持續(xù)利用的主要因素，其中灰色關(guān)聯(lián)度采用2000—2014年的均值表示(表4)。多數(shù)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度在0.7以上，表明研究中選取的評價指標(biāo)與水土資源持續(xù)利用水平關(guān)系密切。從灰色關(guān)聯(lián)度大小排序來看，排在前8項的指標(biāo)依次為植被覆蓋度>耕地有效灌溉率>人口密度>地均農(nóng)藥施用量>水土流失治理率>地均化肥施用量>廢水排放量>產(chǎn)水系數(shù)。這些指標(biāo)主要隸屬于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)。雖然研究時段內(nèi)河南省的經(jīng)濟社會發(fā)展呈現(xiàn)一般持續(xù)和弱持續(xù)發(fā)展態(tài)勢，但是當(dāng)?shù)厮临Y源粗放利用現(xiàn)象仍較普遍。為實現(xiàn)水土資源的持續(xù)利用，在保持經(jīng)濟穩(wěn)定增長的同時，應(yīng)加快經(jīng)濟社會轉(zhuǎn)型，進一步優(yōu)化河南省的經(jīng)濟社會結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟社會發(fā)展方式，提升發(fā)展質(zhì)量和效益，減少對水資源和土地資源的消耗，實施主要污染物和水土資源消費總量預(yù)算管理。通過合理開發(fā)、高效利用、綜合治理、優(yōu)化配置、有效保護和科學(xué)管理水土資源，推動水土資源持續(xù)、協(xié)調(diào)利用。

表4水土資源持續(xù)利用與各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析

Table4Grey relational analysis between land and water resource sustainable utilization and indices

指標(biāo)Index灰色關(guān)聯(lián)度Greyrelationalgrade指標(biāo)Index灰色關(guān)聯(lián)度Greyrelationalgrade人均耕地Cultivatedlandpercapita0.7335萬元GDP水耗WaterconsumptionpermillionyuanGDP0.4438糧食安全系數(shù)Coefficientoffoodsafety0.8564萬元GDP能耗EnergyconsumptionpermillionyuanGDP0.6264耕地有效灌溉率Effectiveirrigationrate0.9312第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例RatioofthirdindustrytoGDP0.8937用水壓力指數(shù)Waterpressureindex0.5677水土流失治理率Soilandwaterlosscontrolrate0.9071產(chǎn)水系數(shù)Coefficientofwaterproduction0.8981廢水排放量Wastewaterdischarge0.9044人均水資源量Waterresourcespercapita0.8934超Ⅴ類水質(zhì)比重ProportionofwaterworsethanⅤ0.8822植被凈初級生產(chǎn)力Netprimaryproductivity0.7597植被覆蓋度Vegetationcoverage0.9580人口密度Populationdensity0.9117地均化肥施用量Amountoffertilizerperhectare0.9071人均GDPGDPpercapita0.6446地均農(nóng)藥施用量Amountofpesticidesperhectare0.9100城鎮(zhèn)化水平Urbanizationlevel0.5715

3 結(jié)論

本研究采用三角模型分析了河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)及趨勢，并基于灰色關(guān)聯(lián)分析識別影響水土資源持續(xù)利用的主要因素。結(jié)果顯示：2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)在0.382 9～0.636 5之間，均值為0.541 5，呈上下震蕩態(tài)勢；經(jīng)濟社會可行性指數(shù)介于0.283 3～0.842 9，總體上呈增加態(tài)勢；生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)呈波動下降趨勢。研究時段內(nèi)河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體上不高，處于一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間。2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)可劃分為4個明顯的趨勢：2000—2002年呈T6趨勢，為弱持續(xù)趨勢；2002—2004年呈T3趨勢，為一般持續(xù)趨勢；2004—2010年呈T1趨勢，為一般持續(xù)趨勢；2010—2014年呈T6趨勢，為弱持續(xù)趨勢。制約河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要障礙因素多數(shù)來源于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟社會系統(tǒng)，主要包括植被覆蓋度、耕地有效灌溉率、人口密度、地均農(nóng)藥施用量、水土流失治理率、地均化肥施用量、廢水排放量、產(chǎn)水系數(shù)等。

[1] 楊艷昭，張偉科，封志明，等. 土地利用變化的水土資源平衡效應(yīng)研究——以西遼河流域為例[J]. 自然資源學(xué)報，2013，28(3)：437-449. YANG Y Z， ZHANG W K， FENG Z M， et al. Land use change induced land and water resources balance: A case study on the Xiliaohe Watershed[J].JournalofNaturalResources，2013，28(3):437-449. (in Chinese with English abstract)

[2] 張素蘭，嚴金明，高成鳳. 四川水土資源可持續(xù)利用與生態(tài)保護[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2008，17(6)：872-877. ZHANG S L， YAN J M， GAO C F. On the sustainable use of water and soil resources and ecological protection in Sichuan province[J].ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasin，2008， 17(6):872-877. (in Chinese with English abstract)

[3] 姚驚波. 農(nóng)業(yè)資源的比較優(yōu)勢與我國農(nóng)業(yè)發(fā)展[J]. 學(xué)術(shù)交流，2005，133(4)：122-125. YAO J B. Comparative advantage of agricultural resources and agricultural development of our country[J].AcademicExchange，2005，133(4):122-125. (in Chinese with English abstract)

[4] 陳百明，張鳳榮. 中國土地可持續(xù)利用指標(biāo)體系的理論與方法[J]. 自然資源學(xué)報，2001，20(4)：195-199. CHEN B M， ZHANG F R. Theory and methodology for sustainable land use indicator system in China[J].JournalofNaturalResources，2001，20(4):195-199. (in Chinese with English abstract)

[5] 趙興國，潘玉君，丁生，等. 中國省域土地利用可持續(xù)性評價及時空格局特征[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2014，30(3)：196-204. ZHAO X G， PAN Y J， DING S， et al. Evaluation of regional land use sustainability and its spatial-temporal pattern among provinces in China[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering， 2014，30(3):196-204. (in Chinese with English abstract)

[6] HORLINGS L G， KANEMASU Y. Sustainable development of rural regions; Insights on land use and policy from the Shetlands Islands[J].LandUsePolicy， 2015， 49:310-321.

[7] DENG X， LI Z， GIBSON J. A review on trade-off analysis of ecosystem services for sustainable land-use management[J].JournalofGeographicalSciences， 2016， 26(7):953-968.

[8] CAI Y B， LI H M， YE X Y， et al. Analyzing three-decadal patterns of land use/land cover change and regional ecosystem services at the landscape level: Case study of two coastal metropolitan regions， eastern China[J].Sustainability， 2016， 8(8): 773-793.

[9] 郭利丹，周海煒，夏自強，等. 絲綢之路經(jīng)濟帶建設(shè)中的水資源安全問題及對策[J]. 中國人口·資源與環(huán)境，2015，25(5)：114-121. GUO L D， ZHOU H W， XIA Z Q， et al. Water and security and its countermeasure suggestions in the building Silk Road Economic Belt[J].ChinaPopulation，ResourcesandEnvironment，2015，25(5):114-121. (in Chinese with English abstract)

[10] 宋培爭，汪嘉楊，劉偉，等. 基于PSO優(yōu)化邏輯斯蒂曲線的水資源安全評價模型[J]. 自然資源學(xué)報，2016，31(5)：886-893. SONG P Z， WANG J Y， LIU W， et al. Water security evaluation model based on the logistic curve optimized by particle swarm optimization[J].JournalofNaturalResources，2016，31(5):886-893. (in Chinese with English abstract)

[11] MACDONNELL L J. Sustainable use of water resources[J].WaterResourcesResearch， 2005， 41(1):681-682.

[12] WADA Y， BIERKENS M F P. Sustainability of global water use: past reconstruction and future projections[J].EnvironmentalResearchLetters， 2014， 9(10):1-13.

[13] 李慧，周維博，莊妍，等. 延安市農(nóng)業(yè)水土資源匹配及承載力[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2016，32(5)：156-162. LI H， ZHOU W B， ZHUANG Y， et al. Agricultural water and soil resources matching patterns and carrying capacity in Yan’an City[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering，2016，32(5):156-162. (in Chinese with English abstract)

[14] KULMATOV R. Problems of sustainable use and management of water and land resources in Uzbekistan[J].JournalofWaterResource&Protection， 2014， 6(1):35-42.

[15] 周藝，徐晨娜，王世新，等. 絲綢之路經(jīng)濟帶中國段后備可利用水土資源空間分布格局研究[J]. 長江流域資源與環(huán)境，2016，25(9)：1328-1338. ZHOU Y， XU C N， WANG S X， et al. Study on the spatial distribution of the reserved land and water resources in the Silk Road Economic Belt in China[J].ResourcesandEnvironmentintheYangtzeBasin，2016， 25(9):1328-1338. (in Chinese with English abstract)

[16] 趙麗平，李邦熹，王雅鵬，等. 城鎮(zhèn)化與糧食生產(chǎn)水土資源的時空耦合協(xié)調(diào)[J]. 經(jīng)濟地理，2016，36(10)：145-152. ZHAO L P， LI B X， WANG Y P， et al. Study on temporal and spatial coupling coordination of urbanization and water-soil resources of grain production[J].EconomicGeography，2016，36(10):145-152. (in Chinese with English abstract)

[17] KERR J M， DEPINTO J V， MCGRATH D， et al. Sustainable management of Great Lakes watersheds dominated by agricultural land use[J].JournalofGreatLakesResearch， 2016，10:1-8.

[18] 張合兵. 國土規(guī)劃理論、方法及實踐[M]. 北京:人民出版社，2016.

[19] USDA SOIL SURVEY STAFF. Soil survey manual [M]. USDA Handbook No.18. Washington DC: United States Government Printing Office，1951.

[20] 程鈺，劉凱，徐成龍，等. 山東半島藍色經(jīng)濟區(qū)人地系統(tǒng)可持續(xù)性評估及空間類型比較研究[J]. 經(jīng)濟地理，2015，35(5)：118-125. CHENG Y， LIU K， XU C L， et al. A comparative study of man-land system in Shandong Peninsula Blue Economic Zone about sustainable evaluation and spatial types[J].EconomicGeography，2015，35(5): 118-125. (in Chinese with English abstract)

[21] 姚嵐，吳次芳，呂添貴，等. 基于三角模型的喀斯特地區(qū)土地利用系統(tǒng)健康評價[J]. 農(nóng)業(yè)工程學(xué)報，2015，31(14)：246-254. YAO L， WU C F， Lü T G， et al. Health assessment of land use system on Karst region based on triangle model[J].TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering，2015，31(14):246-254. (in Chinese with English abstract)

[22] 王冠孝，梁留科，李鋒，等. 區(qū)域旅游業(yè)與信息化的耦合協(xié)調(diào)關(guān)系實證研究[J]. 自然資源學(xué)報，2016，31(8)：1339-1350. WANG G X， LIANG L K， LI F， et al. An empirical research on the coupling coordinative relationship between regional tourism and informationization[J].JournalofNaturalResources，2016，31(8): 1339-1350. (in Chinese with English abstract)

[23] 阿榮，陳才，董振華. 新型城鎮(zhèn)化視角下的內(nèi)蒙古城鎮(zhèn)化發(fā)展水平綜合評價研究[J]. 干旱區(qū)資源與環(huán)境，2016，30(10)：26-32. A R， CHEN C， DONG Z H. Evaluation of urbanization level in Inner Mongolia Autonomous Region[J].JournalofAridLandResourcesandEnvironment，2016，30(10):26-32. (in Chinese with English abstract)

[24] 王楓，董玉祥. 基于灰色關(guān)聯(lián)投影法的土地利用多功能動態(tài)評價及障礙因子診斷——以廣州市為例[J]. 自然資源學(xué)報，2015，30(10)：1698-1713. WANG F， DONG Y X. Dynamic evaluation of land use functions based on grey relation projection method and diagnosis of its obstacle indicators: A case study of Guangzhou City[J].JournalofNaturalResources，2015，30(10):1698-1713. (in Chinese with English abstract)

[25] 付強，侯仁杰，王子龍，等. 積雪覆蓋下土壤熱狀況及其對氣象因素的響應(yīng)研究[J]. 農(nóng)業(yè)機械學(xué)報，2015，46(7)：154-161. FU Q， HOU R J， WANG Z L， et al. Soil thermal regime under snow cover and its response to meteorological factors[J].TransactionsoftheChineseSocietyforAgriculturalMachinery，2015，46(7): 154-161.(in Chinese with English abstract)

(責(zé)任編輯高 峻)

TrendandinfluencefactorsoflandandwaterresourcessustainableutilizationinHenanProvince

ZHANG Xiaohu1,2， SUN Qian2

(1.CollegeofSurveying&LandInformationEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China; 2.CollegeofLandandTourism,LuoyangNormalUniversity,Luoyang471022,China)

In the present study， land and water sustainable utilization state and trend in Henan Province in 2000-2014 was evaluated by triangle model from 3 aspects of natural resource sustainability， economic society feasibility and ecological environment reasonability. The main influence factors were further identified by grey relational analysis. It was shown that the total level of the utilization was not high， around the fair sustained state and the weak sustained state. The state exhibited 4 obvious trends: T6 trend (weak sustained state) from 2000 to 2002， T3 trend (fair sustained state) from 2002 to 2004， T1 trend (fair sustained state) from 2004 to 2010， T6 trend (weak sustained state) from 2010 to 2014. Factors constraining the promotion of utilization level were mainly from ecological environment system and economic society system. The influence factors included vegetation coverage， effective irrigation rate of cultivated land， population density， pesticides input per hectare and improvement rate of soil and water loss.

land and water resources; sustainable utilization; triangle model; grey relational analysis; Henan Province

F061.3

：A

：1004-1524(2017)09-1555-09

張小虎，孫茜. 河南省水土資源持續(xù)利用趨勢及其影響因素[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報，2017，29(9)： 1555-1563.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.19

2017-01-20

國家自然科學(xué)基金(U1404402)；河南省軟科學(xué)研究計劃項目(162400410273)；河南省教育廳人文社會科學(xué)研究項目(2015-ZD-045)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點項目(13A630346)；河南理工大學(xué)青年骨干教師計劃項目(2013-018)

張小虎(1979—)，男，河南洛陽人，博士，副教授，主要從事土地資源評價與規(guī)劃。E-mail: zhangxiaohu415@163.com