基于水資源承載力的新疆耕地后備資源開發(fā)布局研究

孟 梅，范文慧

(新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，烏魯木齊 830052)

土地是人類賴以生存的基礎(chǔ)，而耕地又是土地的精華[1]，耕地后備資源作為耕地資源的后續(xù)儲備，建立區(qū)域耕地后備資源的社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)可持續(xù)開發(fā)模式是提高土地利用效率及耕地安全的重要舉措。由于新疆屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，水資源成為耕地利用的主要限制因素，因此本研究評價耕地后備資源的水資源承載力時，主要考慮各地區(qū)水土資源承載力情況。

關(guān)于水資源承載力評價研究李佳鴻、魯雪萍分別從生態(tài)足跡理論和熵權(quán)物元模型角度對黑龍江省水資源承載力進(jìn)行評價并提出不同優(yōu)化目標(biāo)下各地區(qū)水資源開發(fā)利用比例，有助于水資源可持續(xù)供給利用[2,3]。丁超、鄭椀方通過構(gòu)建不同經(jīng)濟(jì)、社會和生態(tài)指標(biāo)體系評價西北干旱地區(qū)城市水資源承載力，提出合理控制人口、調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)等提高水資源循環(huán)利用的對策建議[4,5]。周振民、陳威分別基于模糊綜合評價法和密切值法評價鶴壁市、武漢市水資源承載能力，優(yōu)化配置水資源是當(dāng)前水資源合理可持續(xù)利用的重點(diǎn)[6,7]。李紅薇以DPSIR指標(biāo)體系為基礎(chǔ)，運(yùn)用變異系數(shù)法及熵值法得出松原市水資源承載力水平，發(fā)現(xiàn)不同地區(qū)間的承載力水平差異，因地制宜地提出水資源開發(fā)利用模式[8]。郭嘉偉、趙自陽等學(xué)者將水土資源結(jié)合分析承載力水平，根據(jù)不同承載力水平等級優(yōu)化水土資源空間布局[9,10]。學(xué)者多選擇構(gòu)建合理指標(biāo)體系從社會、經(jīng)濟(jì)和生態(tài)多角度利用相關(guān)模型方法評價水資源承載力，更全面地反映水資源可持續(xù)利用中存在的問題。

本文最終以各地區(qū)水土資源承載力評價結(jié)果為依據(jù)，結(jié)合耕地后備資源分布情況，合理規(guī)劃水資源和耕地后備資源開發(fā)順序與布局方案，為改善新疆地區(qū)生態(tài)環(huán)境提供參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

1.1 耕地后備資源現(xiàn)狀

新疆國土總面積166.49 萬km2，區(qū)域水資源總量充沛，但分布不均，水資源利用率低。2017年，全疆人口達(dá)2 444.67 萬人，耕地412.46 萬hm2，人均耕地?fù)碛辛?.17 hm2，土地利用率達(dá)38.64%，整體土地利用率較低。

全疆耕地后備資源(不含兵團(tuán))總面積為56.74 萬hm2，其中可開墾土地面積56.67 萬hm2，可復(fù)墾的采礦用地面積3 km2。從圖1可以看出全疆耕地后備資源分布具有一定差異性，主要集中在北疆的昌吉回族自治州、阿勒泰地區(qū)和塔城地區(qū)。由于近幾年土地生態(tài)問題頻發(fā)，地區(qū)之間差異過大，耕地數(shù)量與質(zhì)量面臨嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。全疆范圍內(nèi)耕地資源總量較多，但開發(fā)利用難度極大，未來土地利用應(yīng)做到不斷提高耕地質(zhì)量，合理調(diào)整土地利用布局結(jié)構(gòu)，加大土地管理力度。

圖1 新疆各地州市耕地后備資源分布情況

1.2 水資源分布與利用現(xiàn)狀

新疆水資源分布呈現(xiàn)“春旱、夏洪、秋缺、冬枯”、“北多南少、西多東少”的特點(diǎn)。北疆地區(qū)如烏魯木齊市、吐哈盆地等地區(qū)地下水開發(fā)利用率較高；南疆地區(qū)地下水開發(fā)受到土壤鹽漬化及板結(jié)影響，水資源總量受到限制。南疆地區(qū)整體生態(tài)環(huán)境較差，水資源短缺嚴(yán)重；北疆阿勒泰、伊犁等地區(qū)周邊有較多河流，降水相對集中，地下水儲存量較多，整體水資源豐富，是新疆耕地后備資源開發(fā)的主要區(qū)域。

2017年全疆水資源總量達(dá)1 013.07 億m3，人均水資源4 144 m3/人，用水總量552.33 億m3，各個地州水資源利用情況如表1所示。

表1 新疆水資源利用情況(不含兵團(tuán))

注：數(shù)據(jù)來源于《新疆統(tǒng)計年鑒2018》。

由表1可以看出各地區(qū)第一產(chǎn)業(yè)用水量仍占比最高，全疆(除兵團(tuán))農(nóng)業(yè)用水占總供水量的96.65%，第三產(chǎn)業(yè)用水量最低，只占0.4%，生態(tài)用水總量也較少，可知新疆用水結(jié)構(gòu)還存在嚴(yán)重不合理性，未來發(fā)展應(yīng)控制第一產(chǎn)業(yè)用水，加大生態(tài)用水量，加強(qiáng)對生態(tài)環(huán)境的改善。

盡管新疆屬于干旱半干旱地區(qū)，但由于地廣人稀的特點(diǎn)，新疆人均水資源量比較高，達(dá)到4 144 m3/人。其中阿勒泰地區(qū)最高，該地區(qū)水資源總量豐富且人口總數(shù)不高，總用水量占26.35%，有充足的水資源剩余，同樣節(jié)余水資源量多的地區(qū)還有伊犁州、巴州、克州及和田地區(qū)，該類地區(qū)用水量都較為節(jié)約。相反，克拉瑪依市、吐魯番地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和喀什地區(qū)用水量均超出地區(qū)水資源總量，其中克拉瑪依市用水量超出最多，該地區(qū)石油業(yè)發(fā)達(dá)且城市環(huán)境較好，工業(yè)用水和城市綠化需水量較大；喀什地區(qū)地處沙漠邊緣，水資源總量不足，難以滿足產(chǎn)業(yè)和生活用水需求。

隨著人口的增加、社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展，新疆水資源利用面臨更加嚴(yán)峻的局面，影響新疆經(jīng)濟(jì)社會生態(tài)的可持續(xù)發(fā)展。2012年新疆水資源開發(fā)利用程度70.9%。2016年全疆水資源利用率達(dá)75.6%，利用率逐年提高，達(dá)到高效用水與節(jié)水，水質(zhì)有所改善，節(jié)余水資源量不斷增加。

2 研究方法與過程

結(jié)合新疆地區(qū)實(shí)際土地資源與水資源等狀況，分析新疆地區(qū)14個地州市在現(xiàn)階段一定社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境條件下的水資源承載力水平，以此為基礎(chǔ)對耕地后備資源進(jìn)行合理開發(fā)與布局。

2.1 指標(biāo)體系構(gòu)建

耕地后備資源的開發(fā)利用程度主要依靠新疆水資源擁有量，全疆水資源利用率不高，雖已大力開展節(jié)水農(nóng)業(yè)，但仍然存在水資源浪費(fèi)等情況。通過對新疆14個地州市的水資源承載力進(jìn)行分析，建立DPSIR指標(biāo)體系，選取13個指標(biāo)反映影響耕地后備資源水資源承載力水平的主要因素，計算新疆各地州在現(xiàn)階段一定社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)環(huán)境條件下的綜合承載力指數(shù)，因地制宜地制定耕地后備資源開發(fā)方案。

DPSIR指標(biāo)體系綜合考慮社會、經(jīng)濟(jì)和水資源可持續(xù)發(fā)展利用選取客觀綜合的指標(biāo)。驅(qū)動力D指自然和社會經(jīng)濟(jì)等外部因素對水土資源利用的改變；壓力P主要反映各產(chǎn)業(yè)和人類增長對水土資源的需求變化；狀態(tài)S表示當(dāng)前水土資源利用現(xiàn)狀；影響I表示水土資源利用變化對社會環(huán)境產(chǎn)生的影響，響應(yīng)R指根據(jù)上述資源利用變化做出的調(diào)整，如農(nóng)機(jī)化程度、造林面積比等，可反映土地開發(fā)利用率和林業(yè)用水量變化情況[11,12](見表2)。

2.2 研究方法

通過DPSIR指標(biāo)體系的構(gòu)建，選用均方差決策法確定指標(biāo)權(quán)重，將標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值作為隨機(jī)變量值，求出各指標(biāo)的均方差，歸一化處理后得出各項指標(biāo)權(quán)重系數(shù)，將各指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)值與對應(yīng)的權(quán)重相乘得到水資源承載力綜合指數(shù)值，即：

(1)

2.2.1 耕地后備資源水資源承載力評價指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化

根據(jù)表2確定指標(biāo)屬性，指標(biāo)值越大則區(qū)域水資源承載力水平越高的指標(biāo)，稱為正向指標(biāo)，反之為逆向指標(biāo)。通過對原始數(shù)據(jù)的計算，得到新疆14個地、州、市的指標(biāo)值，由于各指標(biāo)的量綱及單位是不同的，為了消除不同量綱單位之間的差異，保證指標(biāo)間的可比性，應(yīng)對原始指標(biāo)值進(jìn)行無量綱化處理，使得處理后數(shù)值在(0，1)區(qū)間內(nèi)[11]。

表2 新疆維吾爾自治區(qū)水資源承載力評價指標(biāo)體系解釋表

正向指標(biāo)處理：

(2)

逆向指標(biāo)處理：

(3)

指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果見表3。

2.2.2 指標(biāo)權(quán)重確定

均方差決策法原理通過各項指標(biāo)的相對權(quán)重系數(shù)的大小，各屬性值之間的離散程度越大，權(quán)重越大，標(biāo)準(zhǔn)化處理后的值即為各項指標(biāo)的隨機(jī)變量值，從而求出各指標(biāo)的均方差，即可得出各項指標(biāo)權(quán)重系數(shù)[11]。

(1)各指標(biāo)均值：

(4)

(2)各指標(biāo)方差：

(5)

(3)計算指標(biāo)權(quán)重值：

(6)

式中：i=1,2,…,14，j=1,2,…,13；Wj∈[0,1]，∑Wj=1。

通過計算，DPSIR體系中13個指標(biāo)的權(quán)重如表4所示。

表3 指標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化處理結(jié)果

表4 新疆水土資源綜合承載力評價指標(biāo)權(quán)重

2.3 耕地后備資源水資源承載力評價結(jié)果

根據(jù)各地、州、市水資源承載力指數(shù)值得積聚及離散特征，通過公式(1)計算出各地區(qū)承載力值。界定WIi>0.55時，承載力為Ⅰ級；WIi在(0.5～0.55)時，承載力為Ⅱ級；WIi在(0.45～0.5)時，承載力為Ⅲ級；WIi<0.45時，承載力為Ⅳ級[11]。此分級為新疆各地、州、市水資源承載力的相對等級，從Ⅰ至Ⅳ級分別代表耕地后備資源水資源承載力逐漸降低。

綜合考慮13個指標(biāo)對水資源承載力的影響，由表5可以看出博州地區(qū)、塔城地區(qū)、昌吉地區(qū)和阿勒泰等地區(qū)耕地后備資源水資源承載力較高；喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)、烏魯木齊市及和田地區(qū)承載力低，由于烏魯木齊人口密度大，經(jīng)濟(jì)發(fā)展快，水資源承載力水平低；南疆地區(qū)由于水資源匱乏，人口較多，土地整體狀況較差，承載力水平也處在末尾?？傮w而言，14個地州市的耕地后備資源水資源承載力水平分布規(guī)律為北疆地區(qū)高于東疆地區(qū)，南疆地區(qū)最低。

表5 新疆各地州市水資源承載力排序

3 耕地后備資源開發(fā)的布局分析

耕地后備資源的開發(fā)布局應(yīng)充分結(jié)合各地區(qū)水資源承載力水平高低與土地利用情況，同時還要注重地區(qū)水資源稟賦狀況，考慮多種因素合理安排耕地后備資源。根據(jù)新疆14個地區(qū)的耕地后備資源水資源承載力評價分析結(jié)果，將整體分成以下4個等級，并對新疆耕地后備資源進(jìn)行開發(fā)布局(見圖2)。

圖2 新疆各地州市耕地后備資源水資源承載力水平分布

(1)耕地后備資源開發(fā)Ⅰ級區(qū)。在本文研究的14個地州市中Ⅰ級區(qū)有5個，如博爾塔拉蒙古自治州、塔城地區(qū)與昌吉回族自治州等地區(qū)耕地后備資源水資源承載力全疆較高。該類地區(qū)自然、社會、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)各方面協(xié)調(diào)發(fā)展，土地利用方式合理，水資源較為充足，與土地資源利用較協(xié)調(diào)，水土資源的利用是可持續(xù)性的。在未來耕地后備資源開發(fā)利用過程中，該類地區(qū)潛力更大，未來使用中必須更加注重水資源的利用，將節(jié)約用水投入生態(tài)建設(shè)中，促進(jìn)經(jīng)濟(jì)與生態(tài)的持續(xù)循環(huán)。

(2)耕地后備資源開發(fā)Ⅱ級區(qū)。伊犁地區(qū)及巴州地區(qū)承載能力處于中等水平，滿足當(dāng)前社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展現(xiàn)狀，水土資源優(yōu)勢明顯，表明土地整治和基本農(nóng)田保護(hù)工作效果明顯。今后耕地后備資源開發(fā)利用時需要注意水土資源的合理配置，注重提高耕地數(shù)量與質(zhì)量，增加土地利用率和產(chǎn)出率，在提升耕地數(shù)量、質(zhì)量的同時保證區(qū)域內(nèi)水土資源綜合承載水平的穩(wěn)定上升。

(3)耕地后備資源開發(fā)Ⅲ級區(qū)。吐魯番地區(qū)與哈密地區(qū)代表東疆地區(qū)的耕地后備資源水資源承載力，總體而言承載能力較低，水土資源消耗較大。今后耕地后備資源開發(fā)利用過程中應(yīng)適度酌情開發(fā)，結(jié)合水利工程建設(shè)，有效增加耕地面積，實(shí)現(xiàn)區(qū)域間水資源調(diào)配以滿足水資源需求，使水、土資源利用水平能夠與區(qū)域可持續(xù)發(fā)展需求相適應(yīng)，更大可能的挖掘后備資源開發(fā)潛力。

(4)耕地后備資源開發(fā)Ⅳ級區(qū)。北疆的烏魯木齊地區(qū)與南疆的喀什、和田地區(qū)等綜合承載力最低，由于區(qū)域內(nèi)水資源極其短缺，生態(tài)環(huán)境較其他地區(qū)更加惡劣。后期耕地后備資源應(yīng)嚴(yán)格限制開發(fā)，防止對現(xiàn)有土地利用結(jié)構(gòu)的破壞，應(yīng)嚴(yán)厲打擊非法開荒，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，大力提倡節(jié)水退地。

4 結(jié)論與對策

4.1 結(jié) 論

綠色農(nóng)業(yè)的現(xiàn)代化與可持續(xù)發(fā)展需要保證耕地總量的動態(tài)平衡，耕地后備資源的合理開發(fā)利用有助于緩解當(dāng)前生態(tài)壓力，改善生態(tài)環(huán)境。新疆水資源承載力正處在逐年提高階段，水資源污染與浪費(fèi)現(xiàn)象得到控制，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變與人們節(jié)水意識的提升有助于水資源的節(jié)約集約利用，有利于優(yōu)化配置土地資源。本文以水資源承載力為基礎(chǔ)，從新疆水資源利用情況及耕地后備資源水資源承載力分析新疆耕地后備資源的開發(fā)布局情況，通過對新疆14個地州市的水土資源綜合承載能力分析發(fā)現(xiàn)北疆地區(qū)承載力高于南疆地區(qū)，且與耕地后備資源分布較吻合，承載力較高的是昌吉回族自治州和塔城地區(qū)；南疆地區(qū)水資源短缺嚴(yán)重，在有限的水資源總量狀況下，應(yīng)當(dāng)合理安排耕地后備資源的開發(fā)順序與布局方向，遵循可持續(xù)發(fā)展原則，堅持耕地保護(hù)第一位，合理利用每一寸耕地后備資源。

4.2 對策及建議

(1)制定科學(xué)合理的水資源利用規(guī)劃。新疆水資源利用與新疆經(jīng)濟(jì)發(fā)展關(guān)系緊密，土地利用效率與農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展都需要水資源的強(qiáng)力支持，綠色農(nóng)業(yè)的提出更需要提高生態(tài)用水量比重。因地制宜地制定符合區(qū)域發(fā)展的用水規(guī)劃，繼續(xù)推廣并貫徹落實(shí)節(jié)水灌溉技術(shù)，控制農(nóng)業(yè)用水量，少量高效；加大對重點(diǎn)河流流域用水規(guī)劃，保證供水渠道，采用短期規(guī)劃目標(biāo)，明確規(guī)定區(qū)域最高用水定額，增強(qiáng)凈水處理技術(shù)，將工業(yè)廢水處理后二次利用，減少對環(huán)境污染同時提高循環(huán)利用，避免過度浪費(fèi)。

(2)合理調(diào)整耕地后備資源開發(fā)利用方向。根據(jù)對耕地后備資源的耕地后備資源水資源承載力分析發(fā)現(xiàn)塔城地區(qū)與昌吉地區(qū)等地承載力較好，烏魯木齊與南疆地區(qū)承載力差。綠色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展應(yīng)將耕地后備資源中宜耕、宜林、宜草的分類開發(fā)，合理安排開發(fā)數(shù)量，針對不同開發(fā)類型制定科學(xué)合理的開發(fā)對策，加大管理監(jiān)督力度。

(3)實(shí)施引水工程，提高干旱區(qū)水資源承載力。水資源承載力水平?jīng)Q定著地區(qū)生態(tài)環(huán)境質(zhì)量與各種資源的布局配置。對于水資源承載力較低的區(qū)域，如南疆地區(qū)可通過實(shí)施南水北調(diào)工程或引藏水入疆的項目引入外部水源，緩解區(qū)域水資源緊張局面，降低生態(tài)脆弱區(qū)和生態(tài)敏感區(qū)對水資源的高強(qiáng)度利用。盡可能提高水資源利用率，節(jié)余更多水資源，適當(dāng)改善生態(tài)環(huán)境，提高水資源承載力，為耕地后備資源開發(fā)提供穩(wěn)定有力的水資源承載力基礎(chǔ)，保障耕地后備資源數(shù)量更大限度的開發(fā)，增加整體耕地總量，從而改善耕地質(zhì)量，更好地利用耕地后備資源。

□