河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性時(shí)空特征及障礙度診斷

焦士興，陳林芳，王安周，尹義星，張建偉，李中軒，趙榮欽

（1.安陽師范學(xué)院資源環(huán)境與旅游學(xué)院，河南 安陽 455002；2.洛陽市第十九中學(xué)，河南 洛陽 471000；3.南京信息工程大學(xué)水文與水資源工程學(xué)院，江蘇 南京 210044；4.許昌學(xué)院城鄉(xiāng)規(guī)劃與園林學(xué)院，河南 許昌 461000；5.華北水利水電大學(xué)測繪與地理信息學(xué)院，河南 鄭州 450046）

隨著全球環(huán)境變化和人地耦合系統(tǒng)的研究深入，生態(tài)脆弱性及脆弱性評價(jià)等受到廣泛關(guān)注，已經(jīng)成為當(dāng)前可持續(xù)科學(xué)領(lǐng)域關(guān)注的前沿和熱點(diǎn)問題[1-3]。自1968年Margat首次提出地下水脆弱性的概念以來，相關(guān)研究經(jīng)歷了從內(nèi)容擴(kuò)展到學(xué)科綜合化的發(fā)展過程，并且從自然科學(xué)（災(zāi)害學(xué)、生態(tài)學(xué)、資源學(xué)等）向社會科學(xué)（社會學(xué)、經(jīng)濟(jì)學(xué)、管理學(xué)等）滲透，呈現(xiàn)出多學(xué)科、綜合化研究趨勢[4-6]。水資源脆弱性是度量水資源安全性的重要指標(biāo)，已在概念特征、驅(qū)動(dòng)機(jī)制、評估方法及其調(diào)控對策等方面開展了相關(guān)研究[7-12]。水資源脆弱性是水資源系統(tǒng)易于遭受人類活動(dòng)、自然災(zāi)害威脅和損失的性質(zhì)和狀態(tài)，受損后難于恢復(fù)到原來狀態(tài)和功能的性質(zhì)，具有隱蔽性、突發(fā)性、區(qū)域性等特征[7-8]；水資源脆弱性是內(nèi)外多種因素共同作用的結(jié)果，取決于其敏感性、暴露性和適應(yīng)性[9]；評估方法多采用迭置指數(shù)、過程模擬、模糊物元等模型，結(jié)合3S技術(shù)的綜合評價(jià)方法將成為主要的研究趨勢[10]；研究表明在遵循協(xié)調(diào)性、效率性等原則基礎(chǔ)上，采取人為干預(yù)策略則能阻滯水資源系統(tǒng)的退化[11]，未來研究還將涉及指標(biāo)體系、尺度問題和閾值研究等方面[12]。

農(nóng)業(yè)是水資源密集型產(chǎn)業(yè)，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性研究對于保障糧食安全至關(guān)重要，目前在定量評價(jià)、優(yōu)化配置以及持續(xù)利用等方面研究較多，但在脆弱性研究方面相對薄弱[13]?；贑NKI文獻(xiàn)統(tǒng)計(jì)的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性研究成果來看，研究方法僅涉及物元評價(jià)[14]、投入產(chǎn)出[15]等模型，研究區(qū)地貌類型涉及盆地[13]和半島[16]，研究省份包括湖南[14]、江蘇[15]和湖北[17]等；但在華北平原上，作為全國糧倉和商品糧基地的河南省尚未見相關(guān)研究，尤其對脆弱性的障礙因子分析薄弱。要把水資源作為最大的剛性約束，堅(jiān)決抑制不合理用水需求，應(yīng)大力發(fā)展節(jié)水產(chǎn)業(yè)和技術(shù)，大力推進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水，推動(dòng)用水方式由粗放型向節(jié)約集約型轉(zhuǎn)變[18]。河南省作為產(chǎn)糧大省，2003年以來糧食保持15年連增，但水資源脆弱性已成為農(nóng)業(yè)健康發(fā)展的主要障礙因素，因此加強(qiáng)水資源脆弱性研究，明確區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源受損程度、演變趨勢以及障礙因子，并進(jìn)行適應(yīng)性調(diào)整，對實(shí)現(xiàn)人水和諧、保障糧食安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。基于此，以河南省18個(gè)城市為研究對象，從自然脆弱性、人為脆弱性和承載力脆弱性方面構(gòu)建評價(jià)指標(biāo)體系，利用熵值法和線性加權(quán)綜合法對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性進(jìn)行定量評價(jià)，并采用障礙度模型診斷了影響脆弱性水平的主要障礙因子，以便采取針對性戰(zhàn)略措施促進(jìn)河南省農(nóng)業(yè)水資源持續(xù)利用。

1 研究區(qū)域概況

河南省位于中國中東部、黃河中下游地區(qū)，耕地面積0.72×108hm2。省內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件存在著地域差異，豫東、豫中平原區(qū)和南陽盆地地勢較為平坦，土壤肥沃，是我國重要的農(nóng)耕區(qū)；豫西太行山、伏牛山、桐柏等山區(qū)，利于發(fā)展特色農(nóng)業(yè)和配套加工業(yè)。河南省屬暖溫帶—亞熱帶、濕潤—半濕潤季風(fēng)氣候，年平均降水量為500～900 mm，且降水多集中在夏季；水資源總量為4.13×1010m3，居全國第19位，水資源人均占有量420 m3，是全國人均占有量的1/5，水資源相對短缺。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016年河南省農(nóng)藥化肥施用總量是2001年的1.6倍，未被農(nóng)作物吸收的部分進(jìn)入水體而造成面源污染[19]；地下水超采現(xiàn)象嚴(yán)重，占總供水量的53%；農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的55%，其中商丘市、周口市、駐馬店等市超過60%。因此，水資源短缺、水環(huán)境惡化等已成為制約河南省農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素。

2 指標(biāo)體系與研究方法

2.1 構(gòu)建指標(biāo)體系

在遵循評價(jià)指標(biāo)系統(tǒng)性、科學(xué)性、可比性、可測性和獨(dú)立性等原則的基礎(chǔ)上[20]，結(jié)合河南省實(shí)際和相關(guān)成果[13,21-23]，從自然脆弱性、人為脆弱性和承載力脆弱性3個(gè)層面構(gòu)建了農(nóng)業(yè)水資源脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系（表1）。在自然脆弱性層面，從水資源稟賦及降水量年際變化構(gòu)建了指標(biāo)層；在人為脆弱性層面，從農(nóng)業(yè)用水效率、農(nóng)田水利建設(shè)、農(nóng)業(yè)水污染3方面構(gòu)建了指標(biāo)層；在承載力脆弱性方面，從農(nóng)業(yè)發(fā)展對水資源的需求方面選取了5個(gè)指標(biāo)構(gòu)建指標(biāo)層。數(shù)據(jù)來源于《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》（2002—2017年）、《河南水資源公報(bào)》（2001—2016年）和各市統(tǒng)計(jì)年鑒（2002—2017年）。

2.2 研究方法

2.2.1 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性評價(jià)模型 在確定評價(jià)指標(biāo)權(quán)重的基礎(chǔ)上，運(yùn)用熵值法和線性加權(quán)綜合法評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性[24]。熵值法是根據(jù)評價(jià)指標(biāo)值所提供信息量的大小來確定權(quán)重系數(shù)，規(guī)避了主觀因素產(chǎn)生的誤差，具有客觀性強(qiáng)的特點(diǎn)；線性加權(quán)綜合法將評價(jià)指標(biāo)的權(quán)重疊加成一個(gè)綜合值，保證了評價(jià)指標(biāo)的公平性[20]。

表1 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性評價(jià)指標(biāo)體系Table 1 Evaluation index system of agricultural water resource vulnerability

1）指標(biāo)數(shù)值預(yù)處理。各項(xiàng)指標(biāo)之間由于度量單位及數(shù)量級的差別而存在不可公度性，采用極差法做標(biāo)準(zhǔn)化處理，以消除原始指標(biāo)數(shù)據(jù)差異的影響。正向指標(biāo)數(shù)值越大，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性越高；逆向指標(biāo)數(shù)值越大，農(nóng)業(yè)水資源脆弱性越低。計(jì)算方法為[20]：

式中：rij為第i個(gè)評價(jià)對象第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值；xij為標(biāo)準(zhǔn)化前第i個(gè)評價(jià)對象第j個(gè)評價(jià)指標(biāo)的原始數(shù)值；mj=min{x1j，x2j，…，xnj}；Mj=max{x1j，x2j，…，xnj}。

對標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)進(jìn)行坐標(biāo)平移，以消除rij對數(shù)計(jì)算的影響。計(jì)算公式為[24-25]：

式中：yij為標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)據(jù)平移后的指標(biāo)值；A為平移幅度，A＞ min（rij），A取值越接近min（rij），評價(jià)結(jié)果越顯著（取A= 0.39以消除所有負(fù)值）。

2）指標(biāo)熵值和差異系數(shù)計(jì)算公式：

式中：Pij為特征比重；yij含義同上；Ij為指標(biāo)熵值；K為常數(shù)，取K=1/ln(n)，n為樣本數(shù)；rj為差異系數(shù)；j為第i個(gè)城市的評價(jià)指標(biāo)；m為指標(biāo)數(shù)。

3）農(nóng)業(yè)水資源脆弱性計(jì)算模型：

式中：wj為評價(jià)指標(biāo)權(quán)重；Si為第i個(gè)城市的農(nóng)業(yè)水資源脆弱性；其他字母含義同上。

2.2.2 障礙度模型 在評價(jià)農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的基礎(chǔ)上，對其障礙因子進(jìn)行障礙度診斷，計(jì)算公式如下[25]：

式中：Tj表示因子貢獻(xiàn)度；Wi表示第i個(gè)準(zhǔn)則層的權(quán)重；Uij表示第i個(gè)準(zhǔn)則層第j個(gè)單項(xiàng)指標(biāo)的權(quán)重；Ej表示指標(biāo)偏離度；Kj表示第j項(xiàng)指標(biāo)經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化后的值；Oj表示第j項(xiàng)指標(biāo)對農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)改善的障礙度，m表示指標(biāo)個(gè)數(shù)；Oij表示第i個(gè)準(zhǔn)則層第j項(xiàng)指標(biāo)對農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)改善的障礙度，Ri表示第i個(gè)準(zhǔn)則層對農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)改善的障礙度。

3 河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性時(shí)空差異分析

3.1 河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性時(shí)序變化分析

基于農(nóng)業(yè)水資源脆弱性相關(guān)評價(jià)指標(biāo)，利用公式（1）—（7）來計(jì)算2001—2016年河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性，然后得到脆弱性增長率（表2），并繪制其演變趨勢圖（圖1）。

表2 2001—2016年河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的總增長率（%）Table 2 Growth rate of agricultural water resource vulnerability in Henan Province from 2001 to 2016 (%)

圖1 河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性演變趨勢Fig. 1 Evolution trend of agricultural water resource vulnerability in Henan Province

鄭州、洛陽、平頂山、鶴壁、新鄉(xiāng)、焦作、三門峽、駐馬店、濟(jì)源9市農(nóng)業(yè)水資源脆弱性呈現(xiàn)減少態(tài)勢，脆弱性水平降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對水資源的利用情況趨于合理。其中三門峽、洛陽、鶴壁3市的脆弱性增長率分別為-22.4%、-20.5%、-15.4%，位居后三位，水資源系統(tǒng)改善程度偏高，是由于單方水資源糧食產(chǎn)量分別提高了58%、81%、101%，農(nóng)業(yè)用水效率大幅增強(qiáng)，減少了大量水資源浪費(fèi)。農(nóng)業(yè)用水效率的增幅與脆弱性緩解程度成反比，主要是受到了農(nóng)業(yè)水質(zhì)惡化程度差異的影響，三門峽等3市農(nóng)藥、化肥施用總量分別增長22%、34%、51%，其中鶴壁市農(nóng)業(yè)水質(zhì)污染惡化態(tài)勢最為嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)的改善程度最低。

開封、安陽、濮陽、許昌、漯河、南陽、商丘、信陽、周口9市農(nóng)業(yè)水資源脆弱性呈現(xiàn)增長態(tài)勢，表明隨著時(shí)間的推移，脆弱性水平不斷提升，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對水資源的利用不盡合理，但改善空間增大。其中商丘、安陽、開封等3市的脆弱性增長率分別為45.3%、17.3%、16.7%，位居前三位，水資源系統(tǒng)的惡化態(tài)勢比較明顯。研究期間商丘市、安陽市的化肥和農(nóng)藥施用總量增長了124%、91%，很大程度上加劇了農(nóng)業(yè)水資源污染，因此脆弱性增速偏快，由于安陽市單方水資源糧食產(chǎn)量增長120%，農(nóng)業(yè)用水有效性增加，所以脆弱性水平遠(yuǎn)低于商丘市；開封市的化肥、農(nóng)藥施用總量增長50%，農(nóng)業(yè)水資源污染雖相對嚴(yán)重，但低于平頂山、安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)、許昌、南陽、信陽7市；安陽市和新鄉(xiāng)市單方水資源糧食產(chǎn)量分別增長120%、122%，約為開封市的1.6倍，農(nóng)業(yè)水資源利用效率提升較快，脆弱性得以緩解；南陽市和信陽市水資源豐富，緩解了水污染造成的壓力；其余城市農(nóng)作物播種面積的增長率遠(yuǎn)低于開封市，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中的需水量偏小。

河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的演變趨勢分為先降后升型、先升后降型、波動(dòng)上升型和波動(dòng)下降型。圖1表明：①鄭州、洛陽、平頂山、許昌、三門峽、南陽、信陽、駐馬店屬于先降后升型，其中三門峽、南陽、信陽、駐馬店脆弱性的降低與水資源稟賦提高有關(guān)，例如2001—2003年南陽市水資源總量增加172%，對水資源脆弱性的緩解作用明顯增強(qiáng)，2001—2013年駐馬店市單方水資源糧食產(chǎn)量提高56%，同期脆弱性降低，說明農(nóng)業(yè)用水效率提高也是促使脆弱性降低的重要原因；其余城市脆弱性降低與農(nóng)業(yè)用水效率提高有關(guān)，例如2003—2009年鄭州市單方水資源糧食產(chǎn)量提高40%，減輕了農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)現(xiàn)象。②開封、安陽、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、漯河、濟(jì)源屬于先升后降型，主要是農(nóng)田水利建設(shè)水平、農(nóng)業(yè)用水效率降低、農(nóng)業(yè)水污染等問題導(dǎo)致了脆弱性提升，例如2002—2009年開封市有效灌溉面積占比、單方水資源糧食產(chǎn)量分別減少14%、11%，化肥、農(nóng)藥施用總量增加28%，水資源系統(tǒng)趨于惡化。③商丘市和周口市屬于波動(dòng)上升型，研究期間兩地化肥、農(nóng)藥施用總量分別增長124%、42%，農(nóng)業(yè)水污染程度加劇，主要是水質(zhì)惡化導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)水資源脆弱性提升。④鶴壁市屬于波動(dòng)下降型，研究期間單方水資源糧食產(chǎn)量提高101%，表明農(nóng)業(yè)用水效率的提高能有效降低水資源的脆弱性。

3.2 河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性空間特征分析

河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性空間集聚特征明顯，但存在著較小的空間差異。圖2表明：河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的空間分布特征是豫北＞豫東＞豫南＞豫中＞豫西，區(qū)域脆弱性的平均值分別為0.0593、0.0575、0.0561、0.0533、0.0485，脆弱性差值低至0.018。

豫北地區(qū)脆弱性最高，是因?yàn)榘碴柺谢省⑥r(nóng)藥施用總量偏高（年均37.33×104t）[26]，且傳統(tǒng)工業(yè)居多，生產(chǎn)粗放型特征顯著[27]，加劇了農(nóng)業(yè)水資源污染；鶴壁、焦作、濮陽、濟(jì)源、新鄉(xiāng)5市單方水資源糧食產(chǎn)量年均值均低于0.003 t/m3，農(nóng)業(yè)用水浪費(fèi)現(xiàn)象嚴(yán)重。豫東地區(qū)脆弱性相對較高，原因在于周口市和商丘市施用大量化肥、農(nóng)藥（總量年均值分別為70.92×104t、62.73×104t）[26]，農(nóng)業(yè)水資源污染程度偏高，開封市單方水資源糧食產(chǎn)量的年均值低至0.0023 t/m3，約為最高值的1/4[26]，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水效率偏低。豫南地區(qū)脆弱性較低，原因在于信陽市和南陽市水資源豐富，農(nóng)業(yè)用水壓力較?。获v馬店市農(nóng)業(yè)單方水資源糧食產(chǎn)量的年均值高達(dá)0.0095 t/m3，農(nóng)業(yè)用水效率高。豫中地區(qū)脆弱性相對較低，原因是鄭州市作為全國重要樞紐城市、中部地區(qū)重要商貿(mào)城市和物資集散地，經(jīng)濟(jì)比較發(fā)達(dá)，農(nóng)業(yè)用水壓力較??；漯河市和許昌市農(nóng)田水利建設(shè)良好、農(nóng)業(yè)用水效率較高，促進(jìn)了脆弱性整體水平不斷改善。豫西地區(qū)脆弱性最低，主要在于三門峽市人口密度和農(nóng)作物播種面積?。昃捣謩e為215人/km2、24×104hm2，遠(yuǎn)低于省內(nèi)其他城市）[26]，洛陽市旅游業(yè)和工業(yè)發(fā)展良好，兩地農(nóng)業(yè)水資源需求小，開發(fā)利用程度低。

圖2 2001—2016年河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性平均值Fig. 2 Annual average value of agricultural water resource vulnerability in Henan Province from 2001 to 2016

4 河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性障礙度診斷

運(yùn)用公式（8）—（11），測算河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性準(zhǔn)則層的障礙度（表3）和指標(biāo)層障礙因子（表4）。在了解準(zhǔn)則層障礙度的基礎(chǔ)上，依據(jù)指標(biāo)層對脆弱性的影響程度，確定3個(gè)主要障礙因子，以分析對農(nóng)業(yè)水資源脆弱性影響較強(qiáng)的因素。

4.1 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性準(zhǔn)則層障礙度分析

人為脆弱性和承載力脆弱性是阻礙河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性提升的重要因素。表3表明：①鄭州、開封、安陽、鶴壁、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、漯河8市準(zhǔn)則層的障礙度由強(qiáng)到弱依次為人為脆弱性、承載力脆弱性和自然脆弱性，例如鶴壁市人為、承載力和自然脆弱性障礙度的年均值分別為0.626、0.355和0.019，說明采取人為措施保護(hù)水資源的成效顯著。②洛陽、平頂山、許昌、三門峽、南陽、商丘、信陽、周口、駐馬店、濟(jì)源10市準(zhǔn)則層的障礙度由強(qiáng)到弱依次為承載力脆弱性、人為脆弱性和自然脆弱性，例如洛陽市承載力、人為和自然脆弱性障礙度的年均值分別為0.632、0.351和0.017，說明農(nóng)業(yè)水資源系統(tǒng)對脆弱性的緩解能力較強(qiáng)，表明承載力脆弱性和人為脆弱性是改善水資源問題的關(guān)鍵。③焦作市、濮陽市和鶴壁市的人為脆弱性障礙度較高、承載力脆弱性障礙度較低，南陽市、駐馬店市和三門峽市的人為脆弱性障礙度較低、承載力脆弱性障礙度較高，原因在于焦作等3市水資源系統(tǒng)的形勢較為嚴(yán)峻，為保障農(nóng)業(yè)用水需求，采取人為措施治理和保護(hù)水資源，所以在很大程度上緩解了農(nóng)業(yè)水資源問題；南陽市和駐馬店市水資源稟賦好、三門峽市人口壓力小，水資源支撐農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的能力相對較強(qiáng)，能夠滿足農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需要。

表3 農(nóng)業(yè)水資源障礙度的年均值和演變趨勢Table 3 Annual average values and evolution trends of agricultural water resource obstacles

表4 2001—2016年河南省18市農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的主要障礙因子Table 4 Main obstacles of agricultural water resource vulnerability in Henan Province from 2001 to 2016

河南省18個(gè)城市的自然脆弱性障礙度基本上趨于平穩(wěn)，人為障礙度呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢，承載力障礙度則呈現(xiàn)波動(dòng)上升和波動(dòng)下降兩種類型。表3表明：①從自然脆弱性障礙度來看，信陽市和南陽市呈現(xiàn)波動(dòng)下降趨勢，說明水資源系統(tǒng)緩解脆弱性的能力減弱，雖然信陽市和南陽市水資源稟賦良好，但水資源保護(hù)意識相對薄弱，因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)造成的水資源浪費(fèi)和污染現(xiàn)象較為嚴(yán)重，水資源系統(tǒng)壓力增大；鄭州等16市的自然脆弱性障礙度均趨于平穩(wěn)，且波動(dòng)范圍較小，例如鄭州市僅為0.1，表明自然因素對水資源脆弱性的影響較小，且影響程度比較穩(wěn)定，短期內(nèi)難以改變。②從人為脆弱性障礙度來看，18個(gè)城市均呈現(xiàn)波動(dòng)上升趨勢，表明采取人為措施治理水資源的成效明顯，且隨著時(shí)間的推移，阻礙脆弱性提升的能力日益增強(qiáng)。③從承載力脆弱性障礙度來看，變化趨勢存在區(qū)域差異，鄭州、開封、洛陽、平頂山、安陽、焦作、濮陽、漯河、許昌、三門峽、駐馬店、濟(jì)源、商丘、信陽、周口15市呈現(xiàn)波動(dòng)下降的趨勢，該類城市在保證農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、維護(hù)生態(tài)良性循環(huán)發(fā)展等條件下，水資源支撐農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能力逐漸減弱；鶴壁、新鄉(xiāng)、南陽3市呈現(xiàn)波動(dòng)上升的趨勢，說明區(qū)域水資源系統(tǒng)緩解農(nóng)業(yè)水資源問題的能力逐漸增強(qiáng)。

4.2 農(nóng)業(yè)水資源脆弱性指標(biāo)層主要障礙因子分析

河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的主要障礙因子存在地域差異。表4表明：①在自然脆弱性層面，降水量（X1）和水資源總量（X2）是18個(gè)城市的主要障礙因子，區(qū)域水資源稟賦雖然能夠減輕水環(huán)境壓力，但其凈化周期長且凈化能力有限，加上降水量和水資源總量屬于自然因素，短期內(nèi)難以大幅增加，因此對脆弱性提升的阻礙較小；其中年降水距平百分比（X7）是平頂山、三門峽、南陽、商丘、信陽、周口、駐馬店的主要障礙因子，反映平頂山等市的降水年際變化差異對緩解農(nóng)業(yè)水資源脆弱性不利。②在人為脆弱性層面，單方水資源糧食產(chǎn)量（X4）是開封、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、濟(jì)源的主要障礙因子，原因在于開封等市單方水資源糧食產(chǎn)量的年均值均低于0.003 t/m3，農(nóng)業(yè)水資源利用效率較低，浪費(fèi)現(xiàn)象較為嚴(yán)重，導(dǎo)致脆弱性程度加劇。③在承載力脆弱性層面，人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值（X8）是鄭州、洛陽、鶴壁、許昌、漯河的主要障礙因子，說明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)規(guī)模不盡合理，導(dǎo)致水資源系統(tǒng)受損，致使農(nóng)業(yè)水資源的脆弱性水平不斷提升；人均水資源量（X10）是安陽市的主要障礙因子，表明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的用水問題主要受到水資源稟賦的制約。

5 結(jié)論與政策建議

5.1 結(jié)論

利用熵值法與線性加權(quán)綜合法，分析了2001—2016年河南省18個(gè)城市農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的時(shí)空特征；并在此基礎(chǔ)上運(yùn)用障礙度模型，診斷了農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的主要障礙因子。

1）河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性增長率存在差異，其中鄭州等9市呈減小態(tài)勢，開封等9市呈增大態(tài)勢。從演變趨勢來看，鄭州等8市屬于先降后升型，開封等7市屬于先升后降型，商丘市和周口市屬于波動(dòng)上升型，鶴壁市屬于波動(dòng)下降型。

2）河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性空間集聚特征明顯，空間分布大致呈現(xiàn)出豫北＞豫東＞豫南＞豫中＞豫西的特點(diǎn)；但空間差異較小，脆弱性差值低至0.018。

3）河南省農(nóng)業(yè)水資源的自然脆弱性障礙度趨于平穩(wěn)，人為脆弱性障礙度呈波動(dòng)上升趨勢；承載力脆弱性障礙度演變趨勢各異，其中鄭州等15市屬于波動(dòng)下降型，鶴壁等3市屬于波動(dòng)上升型。

4）河南省農(nóng)業(yè)水資源主要障礙因子均包含年降水量和水資源總量，但差異明顯，其中鄭州等5市、開封等5市和平頂山等7市還分別包括人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值、單方水資源糧食產(chǎn)量和年降水距平百分比，而安陽市則為人均水資源量。

5.2 政策建議

影響河南省農(nóng)業(yè)水資源脆弱性的障礙因子存在地域差異，要因地制宜、適地適水、采取針對性措施來緩解脆弱性問題，但由于自然脆弱性指標(biāo)和承載力脆弱性指標(biāo)在短期內(nèi)難以發(fā)生質(zhì)的改變，因此應(yīng)從人為脆弱性指標(biāo)入手，通過加大農(nóng)業(yè)投入、興修水利設(shè)施、提高用水效率等措施，以緩解水資源系統(tǒng)的脆弱性，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。

1）加大農(nóng)田水利資金投入，減輕對水資源的依賴。河南省屬于中部欠發(fā)達(dá)地區(qū)，政府在農(nóng)業(yè)方面的投入仍需加強(qiáng)，依托經(jīng)濟(jì)、政策等手段，加大良種研發(fā)、農(nóng)資補(bǔ)助等投入，輔以調(diào)整農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)、規(guī)?；?jīng)營等，從而減少對水資源的過度依賴[28]。人均農(nóng)業(yè)產(chǎn)值是鄭州、洛陽、鶴壁、許昌、漯河5市脆弱性的主要障礙因子，表明發(fā)展高效農(nóng)業(yè)能夠阻礙水資源脆弱性增加。據(jù)此鄭州等5市應(yīng)加強(qiáng)水資源利用和管理方面的投入，發(fā)展高效集約農(nóng)業(yè)。

2）優(yōu)化農(nóng)田水利建設(shè)水平，緩解氣候變化產(chǎn)生的負(fù)面影響。河南省農(nóng)業(yè)氣候呈暖干化趨勢，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)需水量持續(xù)增加[29]，可通過完善灌區(qū)配套設(shè)施、推進(jìn)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)等，以保障農(nóng)業(yè)用水的合理需求。年降水距平百分比是平頂山、三門峽、南陽、商丘、信陽、周口、駐馬店7市水資源脆弱性的主要障礙因子，表明氣候變化加劇了農(nóng)業(yè)用水脆弱性和不穩(wěn)定性。基于此平頂山等7市要重點(diǎn)加強(qiáng)農(nóng)田水利建設(shè)，提高農(nóng)業(yè)綜合生產(chǎn)能力。

3）推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，建設(shè)高效節(jié)水農(nóng)業(yè)。河南省普遍采用土渠道等傳統(tǒng)灌溉方式，渠系滲漏等問題嚴(yán)重，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水效率低下[30]，推廣管道輸水、微灌、噴灌等技術(shù)勢在必行。單方水資源糧食產(chǎn)量是開封、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、濟(jì)源5市脆弱性的主要障礙因子，表明農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)能有效緩解農(nóng)業(yè)用水脆弱性。因此開封等5市要積極推廣農(nóng)業(yè)節(jié)水與集水技術(shù)，建立農(nóng)業(yè)節(jié)水補(bǔ)償和激勵(lì)機(jī)制等，從而有效緩解農(nóng)業(yè)水資源的脆弱性，實(shí)現(xiàn)人水和諧。