松嫩—三江平原地區(qū)農業(yè)水土資源匹配格局研究

聶曉++劉興土++王毅勇

摘要：通過構建農業(yè)水土資源匹配測算模型以及區(qū)域基尼曲線，計算了松嫩—三江平原地區(qū)的水土資源匹配系數(shù)和水資源—耕地資源基尼系數(shù)，對區(qū)域的水土資源匹配程度進行了劃分。結果表明：松嫩—三江平原水土資源匹配系數(shù)、水資源-耕地資源基尼系數(shù)分別為0.381 04 m3/hm2、0.445 8，水土資源匹配較不均衡；水土資源匹配程度空間差異性較為顯著，糧食主產區(qū)松嫩—三江平原中部的四平—長春—松原—哈爾濱—綏化—齊齊哈爾一線及三江平原腹地佳木斯一帶水土資源匹配程度較差甚至極差。在未來水土資源的優(yōu)化配置中，應注意作物種植結構的調控以及水資源空間匹配的合理性。

關鍵詞：水土資源；匹配系數(shù)；基尼系數(shù)；空間差異；松嫩—三江平原

中圖分類號：F323.2 文獻標識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）18-4894-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.064

水資源和耕地資源是區(qū)域農業(yè)生產的核心要素，水土資源的時空耦合是發(fā)展農業(yè)生產的先決條件，二者的匹配程度直接影響著區(qū)域農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及區(qū)域水土資源的合理開發(fā)利用[1，2]。因此，開展不同地區(qū)的水土資源分布格局和匹配程度分析已經成為學者關注的熱點[3-5]。松嫩—三江平原是中國最重要的商品糧基地，也是中國糧食增長潛力最大的地區(qū)，在一定程度上保障著中國的糧食安全。近年來，高強度人類活動的干擾使得該區(qū)域的水資源和耕地資源數(shù)量及空間分布發(fā)生了較大的變化。因此對松嫩—三江平原各地區(qū)水土資源的空間匹配現(xiàn)狀進行客觀定量地評價，是松嫩—三江平原地區(qū)水土資源優(yōu)化配置、合理調控和作物種植結構優(yōu)化的基礎性工作。

1 研究區(qū)概況及研究方法

1.1 研究區(qū)概況

松嫩—三江平原位于中國東北地區(qū)黑龍江、吉林省境內，總面積29.59萬km2，耕地總面積占整個東北地區(qū)的54%，糧食產量占全區(qū)的55%，糧食商品率高達65%，居全國所有糧食主產區(qū)之首[6]。氣候屬于中溫帶大陸性半濕潤、半干旱季風氣候區(qū)，多年平均年降水量400～650 mm，多年平均水資源總量376.96億m3，年際降水變率大，年內降水分布極為不均，主要集中在汛期6～9月，占全年降水量的70%～80%。

1.2 研究方法

1.2.1 農業(yè)水土資源匹配系數(shù) 農業(yè)水土資源匹配系數(shù)反映特定區(qū)域可供農業(yè)利用的水資源和耕地資源時空適宜匹配的量比關系，揭示區(qū)域農業(yè)水資源與耕地資源在時空上的相互滿足程度，一般采用單位面積耕地可擁有的水資源量來表示。農業(yè)水土資源匹配系數(shù)越大，表示該市（縣）水資源與耕地面積分布的一致性和量比水平越高，農業(yè)生產的水土資源條件越優(yōu)越。農業(yè)水土資源匹配系數(shù)計算模型如下[2-3，7]：

Ri=Wi×Ki/Li

式中，Ri為第i個市（縣）的水土資源匹配系數(shù)（104 m3/hm2）；Wi為第i個市（縣）水資源總量；Ki為第i個市（縣）農業(yè)用水比例（農田灌溉用水占總用水量的比例）；Li為第i個市（縣）耕地面積。

12.2 基尼系數(shù) 基尼系數(shù)通常用來衡量居民收入的均衡程度，測算時將人口按收入水平分級后構建基尼曲線求得。同樣具有對于研究區(qū)域農業(yè)水土資源的匹配問題時，基于水資源在空間上分配的不均衡性，其區(qū)域基尼曲線可以如下構建[5，8，9]：

1）分別計算研究區(qū)各個市（縣）水土資源的相對值（單位體積水資源所服務的耕地面積），按照該相對值對各個市（縣）進行排序。

2）分別計算出研究區(qū)各個市（縣）水資源和耕地資源占區(qū)域各自資源總量的比例。

3）按照排序，依次計算出研究區(qū)各個市（縣）水資源和耕地資源占區(qū)域各自資源總量比例的累計總和。

4）定義x軸為子區(qū)域水資源量的累計比例，y軸為耕地資源的累計比例，構建區(qū)域基尼曲線。

定義的基尼曲線與45°線構成的面積A的2倍即為區(qū)域基尼系數(shù)G。耕地資源與水資源的匹配越好，則曲線越接近45°線，當各區(qū)域水土資源極度匹配時，區(qū)域基尼系數(shù)G越接近于0；相反，當各區(qū)域水土資源極度不匹配時，則區(qū)域基尼系數(shù)G越接近于1。

1.3 數(shù)據來源

松嫩—三江平原各地區(qū)2008-2013年水資源量和農業(yè)用水比例數(shù)據來源于《吉林省水資源公報》、《黑龍江省水資源公報》以及各市（縣）的相關水文局和農墾灌溉管理部門，松嫩—三江平原各地區(qū)2008-2013年耕地面積數(shù)據來源于《吉林省統(tǒng)計年鑒》和《黑龍江省統(tǒng)計年鑒》。文中采用2008-2013年多年平均水資源量、多年平均耕地面積、多年平均農業(yè)用水比例等數(shù)據來計算農業(yè)水土資源匹配系數(shù)及水資源—耕地資源基尼系數(shù)。

2 結果與分析

2.1 農業(yè)水土資源匹配系數(shù)的測算及其空間分配格局

根據松嫩—三江平原各地區(qū)多年平均水資源量和耕地面積統(tǒng)計數(shù)據以及農業(yè)用水比例數(shù)據，根據水土資源匹配系數(shù)計算模型，得出松嫩—三江平原地區(qū)不同市域尺度的水土資源匹配系數(shù)如表1。

松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配程度不高，水土資源匹配系數(shù)僅為0.381 04 m3/hm2，低于全國平均水平（0.56×104 m3/hm2）[10]。松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配系數(shù)表現(xiàn)出較強的區(qū)內差異性，其中，松原市水土資源匹配系數(shù)最低，僅為0.08×104 m3/hm2，與匹配系數(shù)最高的牡丹江市（1.04×104 m3/hm2）相差0.96×104 m3/hm2。為了直觀表達松嫩—三江平原不同市域水土資源匹配程度的差異性，依據水土資源匹配系數(shù)的積聚與離散的分異特征，參考全國和黑龍江省水土資源匹配系數(shù)，采用自然斷裂點（Jenks）法將松嫩-三江平原各地區(qū)水土資源匹配系數(shù)劃分為4個等級：第一等級為匹配程度良好（0.61

根據表1中的水土資源匹配系數(shù)數(shù)據，利用ArcGIS10.1繪制出松嫩—三江平原地區(qū)市（縣）域尺度農業(yè)水土資源的空間匹配格局（圖1）。由圖1可知，松嫩—三江平原地區(qū)的水土資源匹配程度總體呈現(xiàn)出“東北優(yōu)于西南，山丘區(qū)優(yōu)于平原區(qū)”的空間格局。耕地集中區(qū)松嫩—三江平原中部的四平—長春—松原—哈爾濱—綏化—齊齊哈爾一線及三江平原腹地佳木斯一帶水土資源匹配程度較差甚至極差，即水資源短缺問題已成為該區(qū)域糧食主產區(qū)農業(yè)生產的主要制約瓶頸。

2.2 區(qū)域水資源-耕地資源基尼系數(shù)的計算及農業(yè)水土資源匹配分析

將表1中各縣（市、區(qū)）水資源占區(qū)域的比例累計和耕地面積占區(qū)域的比例累計對應繪制成松嫩—三江平原地區(qū)區(qū)域基尼系數(shù)曲線見圖2。計算得到各點連線所構成的曲線與45°線構成的面積為A=0.222 9，根據區(qū)域基尼系數(shù)定義，得到松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配的區(qū)域基尼系數(shù)為G=0.445 8。聯(lián)合國有關組織將區(qū)域基尼系數(shù)劃分為5個等級：00.5時，匹配狀況極差[5]。松嫩—三江平原地區(qū)的G介于0.4～0.5之間，屬于水土資源匹配較差地區(qū)。

由表1還可得知，松嫩—三江平原地區(qū)70% 的水資源服務35%的耕地，而剩下30%的水資源卻服務65%的耕地。根據單位體積水資源所服務的耕地面積不同，松嫩—三江平原地區(qū)所轄區(qū)域的水土資源的匹配狀況從優(yōu)到劣依次為牡丹江、鶴崗、吉林、雞西、雙鴨山、黑河、七臺河、哈爾濱、佳木斯、白城、大慶、綏化、長春、四平、齊齊哈爾、松原。牡丹江水資源總量占松嫩—三江平原地區(qū)水資源總量的13.54%，而耕地面積僅為松嫩—三江平原地區(qū)的3.41%；齊齊哈爾耕地面積占松嫩—三江平原地區(qū)總耕地面積的15.04%，而水資源量只占整個區(qū)域水資源總量的4.96%。松嫩—三江平原水土資源分布的這種空間錯位，制約了區(qū)域資源的可持續(xù)利用，不利于保障區(qū)域的糧食安全。

3 結論

1）通過對松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配系數(shù)和基尼系數(shù)的計算可以看出，松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配較不均衡，水土資源匹配系數(shù)和水資源—耕地資源基尼系數(shù)分別為0.381 04 m3/hm2、0.445 8，低于全國平均水平。

2）通過對松嫩—三江平原地區(qū)水土資源空間匹配格局分析得出，松嫩—三江平原地區(qū)水土資源匹配程度表現(xiàn)出較強的空間差異性，水資源量較為缺乏的齊齊哈爾、四平、長春、松原等糧食主產區(qū)，水土資源匹配程度極差；而水資源量較為豐富耕地面積相對較少的牡丹江、鶴崗、吉林、雞西等地區(qū)，水土資源匹配程度最優(yōu)。

3）從合理利用水土資源的角度出發(fā)，在水資源相對匱乏，而耕地面積集中分布的地區(qū)，可以優(yōu)化作物種植結構，大力發(fā)展旱作栽培，減少農業(yè)用水需求，另外，可以采取工程措施和技術手段（水利工程、節(jié)水灌溉技術、水土保持耕作技術等），優(yōu)化水土資源配置，提高水資源利用效率。

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