山東省農(nóng)業(yè)水土資源時(shí)空匹配格局及評(píng)價(jià)研究

李曉燕 郝晉珉* 陳愛(ài)琪

(1.中國(guó)農(nóng)業(yè)大學(xué) 土地科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，北京 100193;2.自然資源部農(nóng)用地質(zhì)量與監(jiān)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100193)

水土資源是地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的核心要素，也是生態(tài)系統(tǒng)中重要的戰(zhàn)略要素，更是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)保障資源[1-3]。水土資源的匹配程度影響著區(qū)域內(nèi)可持續(xù)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，因此水土資源對(duì)于糧食生產(chǎn)及安全至關(guān)重要，水資源的豐缺水平和開發(fā)利用程度將直接影響耕地資源的利用方式和產(chǎn)出效率，耕地資源的開墾情況也制約著水資源的開發(fā)利用[4], 分析區(qū)域內(nèi)水土資源空間匹配格局及其匹配狀況，對(duì)于提高該區(qū)域農(nóng)業(yè)水土資源利用率、協(xié)調(diào)水土資源與生態(tài)環(huán)境間的關(guān)系以及發(fā)展可持續(xù)農(nóng)業(yè)意義重大[5]。當(dāng)前國(guó)內(nèi)對(duì)水土資源的研究主要集中在水土資源的匹配及承載力評(píng)價(jià)[1-13]。受城鎮(zhèn)化和工業(yè)化進(jìn)程加快、經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展等影響，當(dāng)前我國(guó)水資源短缺和土壤污染加重等問(wèn)題，威脅著我國(guó)的水土資源的數(shù)量和質(zhì)量[14]。與此同時(shí)，我國(guó)中東部及南部是水資源充沛的地區(qū)，而耕地資源豐富的糧食主產(chǎn)省主要位于北方。盡管耕地資源對(duì)我國(guó)的糧食生產(chǎn)具有重要限制，但北部水資源短缺也對(duì)糧食生產(chǎn)造成影響[15]。研究表明，我國(guó)北部地區(qū)普遍存在耕地資源豐富、水資源緊缺和水土資源空間匹配錯(cuò)位現(xiàn)象[1,2,4,16]。同時(shí)，由于城鎮(zhèn)化快速發(fā)展以及第二、三產(chǎn)業(yè)的興起，工業(yè)用水及生活用水量已嚴(yán)重?cái)D占了農(nóng)業(yè)用水，使得水資源承載力處于嚴(yán)重超載狀態(tài)[10]。長(zhǎng)期的水資源超載使用，會(huì)帶來(lái)地下水水位下降，導(dǎo)致形成地下水漏斗群等地質(zhì)災(zāi)害[17]。

山東省作為我國(guó)的糧食主產(chǎn)省之一，其糧食生產(chǎn)能力對(duì)于我國(guó)的糧食安全具有重要意義?，F(xiàn)有研究表明，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口增長(zhǎng)，山東省水資源需求不斷增加，由于用水結(jié)構(gòu)的改變，其農(nóng)業(yè)用水比例逐年下降，對(duì)農(nóng)業(yè)水土資源的供需造成影響[18]。盡管山東省農(nóng)業(yè)水土資源的供需矛盾日益突顯，但當(dāng)前對(duì)于農(nóng)業(yè)水土資源的時(shí)空分布及匹配狀況方面的研究尚未見(jiàn)報(bào)道。本研究通過(guò)構(gòu)建2007—2016年山東省農(nóng)業(yè)水土資源的尼基系數(shù)模型和區(qū)域水土資源匹配測(cè)算模型，同時(shí)利用當(dāng)量系數(shù)，定量分析農(nóng)業(yè)水土資源的時(shí)空匹配特征，旨在闡明2016年山東省農(nóng)業(yè)水土資源的短缺程度和原因，以期為山東省實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)水土資源合理可持續(xù)利用及水土資源空間的優(yōu)化配置提供參考。

1 研究區(qū)域概況

1.1 研究區(qū)概況

山東省位于我國(guó)東部沿海地區(qū)，處于黃河下游，地理位置114°47.5′～122°42.3′E，34°22.9′～38°24.01′ N。土地面積15.79萬(wàn)km2，其中耕地面積為7.6萬(wàn)km2。地勢(shì)中部高四周低，區(qū)域內(nèi)水系呈放射狀分布。主要?dú)夂蝾愋蜑榕瘻貛Ъ撅L(fēng)氣候，氣候溫和，四季分明，雨熱同期，降雨集中在夏季；年平均氣溫為11～14 ℃，年均降水量為550～950 mm。水資源總量主要由地表水及地下水構(gòu)成，其中地表水受降水影響不均，因此，省內(nèi)17個(gè)地級(jí)市的水資源總量差異較大，魯北及膠東半島地區(qū)缺水明顯。從水資源量上來(lái)說(shuō)，山東省多年平均水資源總量為207.05億m3，人均水資源量為334 m3，僅為全國(guó)平均水平的1/6，位居全國(guó)各省的倒數(shù)第三位[18]。受工業(yè)化及城鎮(zhèn)化影響，農(nóng)業(yè)用水量受到嚴(yán) 重 擠 占，2016年，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的66.12%，較2007年下降近10%。耕地資源方面，2016年耕地面積較2007年增長(zhǎng)11.08%，農(nóng)業(yè)水土資源的供需矛盾不斷加劇。

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本研究中水資源數(shù)據(jù)主要來(lái)源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008—2017)[19]及《山東省水資源公報(bào)》(2008—2017)[20]，土地資源數(shù)據(jù)來(lái)源于《山東省統(tǒng)計(jì)年鑒》(2008—2017)[20]，依據(jù)2017年山東省行政區(qū)劃，包括17個(gè)地級(jí)市為研究的基本單元。利用Arcgis 10.2軟件的自然斷裂法(Jenks)對(duì)可利用水資源量、耕地資源總量及水土資源匹配系數(shù)等指標(biāo)進(jìn)行分級(jí)，得到水資源和耕地資源空間分布圖，以及水土資源空間匹配格局。

2 研究方法

2.1 基于基尼系數(shù)法的計(jì)算過(guò)程

根據(jù)克魯格曼在產(chǎn)業(yè)與空間布局關(guān)系方面的研究[12]，結(jié)合2種資源的空間分布特性，通過(guò)構(gòu)造洛倫茲曲線來(lái)研究山東省水資源和耕地資源的匹配問(wèn)題。具體步驟如下[2,7,12]：1)以山東省17個(gè)地級(jí)市的水資源可利用量和耕地面積為匹配對(duì)象，計(jì)算單位體積水資源可利用量所服務(wù)的耕地面積，按由低到高進(jìn)行排序；2)分別計(jì)算各地級(jí)市水資源可利用量和耕地面積占山東省水資源及耕地資源總量的比例，按照由低到高進(jìn)行排序，并計(jì)算各地級(jí)市水資源可利用量和耕地面積占山東省資源總量的累積比例；3)繪制水資源可利用量與耕地面積空間匹配的洛倫茲曲線；4)最后計(jì)算基尼系數(shù)(G)，擬合曲線方程，得到0～1的洛倫茲曲線與45°線所夾區(qū)域的面積，該面積的2倍即為基尼系數(shù)(G)。G的取值范圍為[0,1],G值靠近0時(shí)，說(shuō)明水土資源匹配程度越好；G值靠近1時(shí)，說(shuō)明水土資源匹配越差[7]。

2.2 基于統(tǒng)計(jì)分析法計(jì)算單位耕地面積所擁有的可利用水資源量

農(nóng)業(yè)水資源可利用量根據(jù)山東省用水結(jié)構(gòu)(農(nóng)業(yè)用水、工業(yè)用水、生活用水和生態(tài)用水)中農(nóng)業(yè)用水比重來(lái)確定，水土資源匹配系數(shù)計(jì)算以山東省17個(gè)地級(jí)市為基本單元。該系數(shù)計(jì)算模型為：

(1)

式中：Rij，山東省i市j年水土資源匹配系數(shù)，萬(wàn)m3/hm2；Wij，i市j年水資源可利用量，億m3；Lij，i市j年耕地面積，萬(wàn)hm2；αij，i市j年農(nóng)業(yè)用水占總用水的比重；n，山東省地級(jí)市數(shù)量，本研究為17。

山東省水土資源匹配系數(shù)Rj表征省內(nèi)各地級(jí)市水土資源匹配系數(shù)的平均水平，該系數(shù)計(jì)算模型為：

(2)

式中：Rj，山東省j年農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)，萬(wàn)m3/hm2；Rij，山東省i市j年水土資源匹配系數(shù)，萬(wàn)m3/hm2；n，山東省地級(jí)市的數(shù)量，n=17。

由于山東省水資源總量組成中有不具備開發(fā)利用價(jià)值的地下水以及難以利用的生態(tài)用水等部分，在基尼系數(shù)和水土資源匹配系數(shù)計(jì)算中使用水資源可利用量表征水資源量，進(jìn)行水土資源匹配程度分析。

2.3 農(nóng)業(yè)水土資源當(dāng)量系數(shù)

農(nóng)業(yè)水土資源當(dāng)量系數(shù)可以衡量某種資源的開發(fā)利用相對(duì)程度，并可以作為評(píng)價(jià)該資源的耗用率和短缺程度的指標(biāo)[21]，為更好地評(píng)價(jià)山東省水土資源的耗用量及短缺程度，本研究采用以山東省的單位耕地面積的農(nóng)業(yè)用水量和總的單位土地面積的水資源量作為研究對(duì)象，對(duì)山東省農(nóng)業(yè)水土資源的短缺程度進(jìn)行評(píng)價(jià)。其計(jì)算模型為：

(3)

式中：EFi，山東省某地級(jí)市農(nóng)業(yè)水土資源的當(dāng)量系數(shù)；Rfi，山東省某地級(jí)市單位耕地面積的農(nóng)業(yè)用水量，m3/hm2；Rli，山東省某地級(jí)市單位土地面積的水資源總量，m3/hm2。

其中，Rfi、Rli的計(jì)算公式如下：

(4)

式中：Wfi，區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量，m3；Lfi，耕地面積，hm2；Wli，區(qū)域水資源總量，m3；Lli，區(qū)域總土地面積，hm2。

當(dāng)EF>1時(shí)，反映自然條件下的水資源量不足以供給單位耕地面積的農(nóng)業(yè)用水量，農(nóng)業(yè)用水被限制，此時(shí)定義為水資源短缺區(qū)；當(dāng)EF≤1時(shí)，水資源量充足，反映農(nóng)業(yè)用水量位于供給水平之下。為更進(jìn)一步對(duì)農(nóng)業(yè)水土資源的豐缺程度進(jìn)行評(píng)價(jià)，通過(guò)以90%，75%及50%水平梯度H分別衡量農(nóng)業(yè)水土資源當(dāng)量系數(shù)[22]，見(jiàn)表1。

表1 農(nóng)業(yè)水土資源匹配程度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Classification criteria for the matching degree of agricultural water and soil resources

3 山東省農(nóng)業(yè)水土資源匹配格局及評(píng)價(jià)

3.1 山東省水土資源分布

3.1.1水土資源動(dòng)態(tài)變化

2007—2016年山東省年平均水資源總量為207.05億m3，地表水資源量為177.49億m3，地下水資源與地表水資源不重復(fù)量為98.57億m3。2007—2016年平均總供水量為218.70億m3/年，其中多年平均地表水供給量占總供給量的55.91%，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的70.35%，可見(jiàn)山東省作為我國(guó)農(nóng)業(yè)大省，農(nóng)業(yè)耗水量巨大。

2007—2016年是在我國(guó)糧食連續(xù)多年增長(zhǎng)的時(shí)間段，為分析該時(shí)段內(nèi)山東省的農(nóng)業(yè)水資源與土地資源的基本情況，本研究選取2007—2016年的農(nóng)業(yè)水土資源數(shù)據(jù)進(jìn)行趨勢(shì)研究。2007—2016年，山東省水資源可利用量變化較小，但空間差異較大，2016年水資源可利用量為218.70億m3，較2007年變化較小，農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的比重為66.12%，比2007年的農(nóng)業(yè)用水比重下降14.13%。從空間分布來(lái)看，2007—2016年威海市、棗莊市、日照市、臨沂市和菏澤市水資源可利用量增加明顯，其中威海市增加47.20%，濰坊市、聊城市、德州市、濟(jì)寧市和萊蕪市下降明顯，其他地級(jí)市變化基本不變。

2016年山東省土地調(diào)查面積為1 579.11萬(wàn)hm2，耕地面積為760.70萬(wàn)hm2，占土地調(diào)查面積的48.17%，較2007年增加75.91萬(wàn)hm2， 增加速率7.59萬(wàn)hm2/年。各地級(jí)市的耕地面積均有所增加，其中增加面積占比超過(guò)20%的有日照市、淄博市、青島市和濱州市；2016年人均耕地面積0.076 hm2/人，較2007年人均耕地面積有增加，2016年全國(guó)人均耕地面積0.098 hm2/人，比全國(guó)人均耕地水平低。分區(qū)域來(lái)看，人均耕地面積最高的是濱州市，為0.119 hm2/人，最低的是濟(jì)南市，為0.049 hm2/人；2007年全省單位耕地面積水資源量為3 206.12 m3/hm2，2016年全省單位耕地面積水資源量為2 813.08 m3/hm2，較2007年全省單位耕地面積水資源量下降12.26%，單位耕地的水資源擁有量減少393.03 m3/hm2，水資源較耕地資源的短缺問(wèn)題更為突出。

3.1.2水土資源空間變化

由圖1(a)可知，從空間上看2016年山東省水資源分布較不均衡，表現(xiàn)出“東中少，西北多”的特點(diǎn)。分布區(qū)域來(lái)看，北部和西部的臨沂市、菏澤市、德州市、濟(jì)寧市和聊城市等水資源較為豐富，水資源可利用量超過(guò)12億m3/年，大約占全省73.11%。東部沿海及中部地區(qū)相對(duì)匱乏，如東營(yíng)市、威海市和萊蕪市低于全省50%，其中東營(yíng)市僅為全省平均可利用水資源量的34%，其原因是東營(yíng)市地下水資源量相比多年平均值偏少，淺層地下水下降較大，且2016年降水少[17]。

據(jù)圖1(b)可以看出，2016年耕地資源主要分布在山東省的西部及北部，東部及中部較少，17個(gè)地級(jí)市中，臨沂市、菏澤市和濰坊市耕地資源較多，耕地面積均超過(guò)79.00萬(wàn)hm2，為全省耕地面積的32.37%。2007—2016年耕地面積增加超過(guò)10萬(wàn)hm2有菏澤市、臨沂市、青島市及德州市，最大的是菏澤市，其耕地面積增加13.48萬(wàn)hm2。青島市、菏澤市、濰坊市及煙臺(tái)市的水土資源分布空間較為不均衡，其中濰坊市耕地面積占全省的10.45%，而水資源可利用量占6.34%，在空間上相對(duì)其他地級(jí)市分布較不均衡。

圖1 2016年可利用水資源量分布圖(a)和耕地資源分布圖(b)Fig.1 Distribution of available water resources (a) and distribution of cultivated land resources (b) in 2016

3.2 山東省農(nóng)業(yè)水土資源時(shí)空匹配格局

3.2.1基尼系數(shù)動(dòng)態(tài)變化分析

由圖2可知，2007—2016年山東省可利用水資源量與耕地面積匹配的基尼系數(shù)(G)，可以看出，2007的G=0.181，2016年的G=0.169，其G值均較小且處于下降，說(shuō)明水土資源分配越來(lái)越均衡。40%的可利用水資源量用于42%的耕地面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。從數(shù)據(jù)可以看出9個(gè)地級(jí)市可利用水資源量有所增加，8個(gè)地級(jí)市的可利用水資源量小幅減少，使得原來(lái)空間分布較差的地級(jí)市更加平衡，同時(shí)耕地面積也小幅增加，因此基尼系數(shù)變小說(shuō)明水土資源的變化上較均衡。

圖2 2007(a)和2016(b)年山東省可利用水資源量與耕地資源匹配的洛倫茲曲線Fig.2 Lorenz curve matching the amount of water resources available in Shandong Province with cultivated land resources in 2007(a) and 2016(b)

由圖3可知，農(nóng)業(yè)用水量與耕地資源匹配的基尼系數(shù)(G)在研究期內(nèi)變化較小，2007年G=0.227，大于可利用水資源量與耕地資源匹配的基尼系數(shù)(G)，說(shuō)明山東省內(nèi)實(shí)際用水量與耕地面積分布不均衡；2016年的G=0.239，較2007年有所增加，而且高于當(dāng)年的可利用水資源與耕地面積匹配的基尼系數(shù)，說(shuō)明從2007—2016年山東省水資源實(shí)際利用情況與分配情況的不均衡程度隨時(shí)間變化不斷加劇，29%的農(nóng)業(yè)用水量用于47%的耕地面積的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，這與山東省不同產(chǎn)業(yè)間水資源的利用與分配結(jié)構(gòu)變化有關(guān)。

圖3 2007(a)和2016(b)年山東省農(nóng)業(yè)用水量與耕地資源匹配的洛倫茲曲線Fig.3 Lorenz curve matching agricultural water consumption and cultivated land resources in Shandong Province in 2007 (a) and 2016 (b)

3.2.2水土資源空間匹配分析

由表2可知，山東省2007—2016年的平均水土資源匹配系數(shù)為0.21萬(wàn)m3/hm2，而全國(guó)平均水平為0.56萬(wàn)m3/hm2[7]，山東省水土資源匹配系數(shù)不到全國(guó)的50%，遠(yuǎn)低于全國(guó)水平，研究時(shí)段內(nèi)全省17個(gè)地級(jí)市中，淄博市、濟(jì)寧市、東營(yíng)市、聊城市、德州市及濱州市的水土匹配系數(shù)較高；青島市、濰坊市、威海市、棗莊市和臨沂市的水土匹配系數(shù)較低，青島市的水土匹配系數(shù)不斷減小，2016年時(shí)僅為全省內(nèi)水土資源匹配系數(shù)平均值的25%，分析原因有幾點(diǎn)：1)由于2007—2016年青島市的耕地面積不斷增加，雖然地表水豐富，但是地下水資源相對(duì)少；2)青島近年來(lái)大力發(fā)展第二產(chǎn)業(yè)和第三產(chǎn)業(yè)，且人口不斷增加，生活用水上升較快，2007年農(nóng)業(yè)用水∶工業(yè)用水∶生活用水為4.31∶2.23∶2.81，而2016年三者之比為2.43∶2.01∶4.12，可以看出生活用水大大擠壓農(nóng)業(yè)用水，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水需求和供給矛盾突出。此外，耕地資源較多的濰坊市、臨沂市、煙臺(tái)市的水土資源匹配系數(shù)都<0.15萬(wàn)m3/hm2。

表2 山東省2007—2016年水土資源匹配系數(shù)Table 2 Matching coefficient of land and water resources in Shandong Province from 2007 to 2016 萬(wàn)m3/hm2

從變化幅度來(lái)看，2016年山東省的水土資源匹配系數(shù)為0.18萬(wàn) m3/hm2，較2007年下降26.73%。全省17個(gè)地級(jí)市中，青島市、萊蕪市和濰坊市等地級(jí)市的降幅超過(guò)40%，而青島市下降54.84%，為下降最多的地級(jí)市；其次是萊蕪市、日照市和濰坊市，下降幅度在40%～54%，除威海市外其他地級(jí)市下降幅度在10%～35%，威海市是全省唯一增長(zhǎng)的地級(jí)市，其水土資源匹配系數(shù)增長(zhǎng)52.13%，分析用水結(jié)構(gòu)，其農(nóng)業(yè)用水占比超過(guò)50%。

從耕地面積來(lái)看，2016年山東省耕地面積較2007年增加11.08%，但水土資源匹配系數(shù)較2007年卻下降26.72%，下降程度大于耕地面積的增長(zhǎng)速度，水土資源匹配系數(shù)下降與人口規(guī)模增長(zhǎng)、用水結(jié)構(gòu)改變、用水效率不高和水利設(shè)施工程建設(shè)落后有關(guān)。山東省作為我國(guó)的糧食主產(chǎn)省之一，水資源量相對(duì)耕地資源面積的不均衡日益嚴(yán)重，將會(huì)限制農(nóng)業(yè)發(fā)展和糧食生產(chǎn)。

為研究市域尺度山東省水土資源匹配系數(shù)時(shí)空變化情況，依據(jù)水土資源匹配系數(shù)的積聚與離散的分異特點(diǎn)，并參考相似省份的水土資源匹配系數(shù)，采用自然斷點(diǎn)法(Jenks)將2007和2016年山東省的水土資源匹配系數(shù)分成以下4個(gè)等級(jí)：Ⅰ，匹配程度較優(yōu)(0.30

由圖4可知，山東省整體的農(nóng)業(yè)水土資源匹配特點(diǎn)是西部?jī)?yōu)于東部，呈現(xiàn)出西南、西北最優(yōu)，中部次之，東部最差的分布格局，并隨時(shí)間變化水土資源匹配程度不斷降低。2007年山東省有7個(gè)地級(jí)市的水土匹配程度極差和較差，占全省耕地面積的42.95%， 2016年有9個(gè)地級(jí)市匹配程度極差和較差，較2007年增加2個(gè)地級(jí)市，占全省耕地面積的48.70%； 2016年無(wú)匹配較優(yōu)的地級(jí)市，較2007年減少6個(gè)較優(yōu)的地級(jí)市，這些地級(jí)市主要分布在西部及西南部。山東省農(nóng)業(yè)水土資源供需緊張，耕地面積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于農(nóng)業(yè)用水的供給量，農(nóng)業(yè)用水的供給量與耕地面積間存在錯(cuò)位現(xiàn)象，原因如下：雖然從整體的水土資源分布情況來(lái)看，山東省相對(duì)分布平衡，但農(nóng)業(yè)用水量和耕地面積的比例是不協(xié)調(diào)的，基本全省的農(nóng)業(yè)用水量所占比例都處于下降狀態(tài)，下降幅度為2%～22%，而全省的耕地面積均在增加，增加幅度為3%～42%；雖然可利用水資源量近年來(lái)變化不大，但隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，人口增長(zhǎng)，以及對(duì)生態(tài)環(huán)境的重視，用水結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，工業(yè)及生活用水量增長(zhǎng)迅猛，大部分地級(jí)市生活用水量較2007年增加18%～80%，其中日照市的生活用水量較2007年增加約80%，而2016年青島市的生活用水量約為農(nóng)業(yè)用水的2倍，生態(tài)用水增長(zhǎng)20%～500%。

圖4 山東省2007(a)和2016(b)年農(nóng)業(yè)水土資源匹配空間格局Fig.4 Spatial pattern of agricultural land and water resources matching in Shandong Province in 2007 (a) and 2016 (b)

3.3 山東省農(nóng)業(yè)水土資源匹配程度評(píng)價(jià)

本研究主要分析評(píng)價(jià)2016年山東省農(nóng)業(yè)水土資源的短缺程度，2016年全省的當(dāng)量系數(shù)為1.33，從表1可知，全省的農(nóng)業(yè)水土資源處于水資源中度短缺狀態(tài)。由圖5可知，山東省有14個(gè)地級(jí)市處于水資源短缺狀態(tài)，其中有5個(gè)地級(jí)市是水資源嚴(yán)重短缺，其當(dāng)量系數(shù)EF均>1.5，主要分布于東南和中南部，說(shuō)明其單位耕地面積農(nóng)業(yè)用水量大于自然狀態(tài)下的單位土地面積的水資源量，并且農(nóng)業(yè)用水量超出自然資源承載水平；相對(duì)平衡的地級(jí)市僅有2個(gè)；而耕地資源的中度短缺區(qū)是青島市，分析原因如下：由數(shù)值來(lái)看，青島市的單位土地水資源總量為0.08萬(wàn)m3/hm2，而單位耕地面積的農(nóng)業(yè)用水量為0.05 萬(wàn)m3/hm2，在用水結(jié)構(gòu)中，用于農(nóng)業(yè)用水的水資源量遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于其總用水量，因此青島市處于耕地資源輕度短缺。這一結(jié)果反映山東省農(nóng)業(yè)水土資源處于嚴(yán)重的不平衡狀態(tài)，水資源的供給量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足耕地資源的需求量。

圖5 山東省農(nóng)業(yè)水土資源當(dāng)量系數(shù)的分布特征Fig.5 Distribution characteristics of agricultural soil and water resources equivalent coefficient in Shandong Province

4 討 論

山東省是我國(guó)重要的糧食主產(chǎn)省之一，糧食生產(chǎn)情況直接關(guān)系到全國(guó)的糧食安全狀況[23]，因此山東省水土資源的匹配關(guān)系對(duì)我國(guó)糧食生產(chǎn)具有重要意義。全省人均水資源量為344 m3，這一數(shù)值僅為全國(guó)平均水平的1/6，占全球平均水平的1/25，根據(jù)國(guó)際普遍通用的缺水標(biāo)準(zhǔn)，人均水資源量<500 m3視為極度缺水地區(qū)，所以山東省為極度缺水地區(qū)[24]。盡管山東省區(qū)域內(nèi)水資源分布與耕地資源分布較為均衡，但供需矛盾突出，尤其農(nóng)業(yè)用水與耕地資源間最為劇烈，隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展，工業(yè)和生活用水會(huì)進(jìn)一步擠占農(nóng)業(yè)用水，研究時(shí)段內(nèi)農(nóng)業(yè)用水下降14.14%，耕地面積卻增加11.09%，缺水地區(qū)范圍不斷擴(kuò)大。2007—2016年農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)的值為0.21萬(wàn)m3/hm2，與已有研究區(qū)域相比，甚至低于陜西省榆林市和延安市等城市，這其中青島市、濰坊市和日照市農(nóng)業(yè)水土匹配系數(shù)最低，農(nóng)業(yè)水土資源的不匹配將直接影響農(nóng)業(yè)的可持續(xù)利用和糧食產(chǎn)量的提升與穩(wěn)定。

增強(qiáng)區(qū)域內(nèi)水土資源的匹配程度，提出以下建議： 1)加強(qiáng)水利建設(shè)，合理儲(chǔ)蓄利用地表水資源。山東省位于季風(fēng)區(qū)，年降雨量豐富，可以因地制宜建設(shè)小型、微型水利工程和雨水集蓄工程，增加水資源的供給量。2)提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中灌溉用水率，發(fā)展高效節(jié)水農(nóng)業(yè)，因地制宜地實(shí)施高效節(jié)水模式。3)在發(fā)展經(jīng)濟(jì)的同時(shí)，合理分配用水結(jié)構(gòu),保證農(nóng)業(yè)用水滿足區(qū)域農(nóng)業(yè)種植需求。

5 結(jié) 論

本研究以省級(jí)行政區(qū)為單位，利用山東省2007—2016年的農(nóng)業(yè)水土資源數(shù)據(jù)，構(gòu)建山東省農(nóng)業(yè)水土資源的基尼系數(shù)和區(qū)域水土資源匹配測(cè)算模型，定量分析農(nóng)業(yè)水土資源的時(shí)空匹配特征，同時(shí)利用當(dāng)量系數(shù)，評(píng)價(jià)2016年山東省農(nóng)業(yè)水土資源的短缺程度，得到以下結(jié)論:

1)本研究在以往研究基礎(chǔ)上，引入農(nóng)業(yè)水土資源當(dāng)量系數(shù)，針對(duì)山東省17個(gè)地級(jí)市的水資源及耕地資源的短缺程度進(jìn)行具體分析，可以看出山東省14個(gè)地級(jí)市處于水資源短缺狀態(tài)，說(shuō)明山東省農(nóng)業(yè)水土資源處于較為不均衡的狀態(tài)，水資源的供給量不能滿足耕地資源對(duì)應(yīng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的需求量。

2)在研究時(shí)段內(nèi)山東省的水土資源空間分布呈現(xiàn)“西北多，東中部少”的分布格局，整體看，山東省的水土資源空間匹配格局較好。但山東省平均水土資源匹配系數(shù)為0.21 萬(wàn)m3/hm2，不到全國(guó)平均水土資源匹配系數(shù)的一半。隨時(shí)間變化研究期內(nèi)平均水土資源匹配系數(shù)呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，說(shuō)明17個(gè)地級(jí)市的水土資源匹配程度開始變差。水土資源匹配呈現(xiàn)西部?jī)?yōu)于東部的空間分布格局。

3)由于研究時(shí)段內(nèi)農(nóng)業(yè)用水量與耕地面積的基尼系數(shù)上升可以看出，水資源實(shí)際利用與分配情況的不均衡程度隨時(shí)間變化不斷加劇，農(nóng)業(yè)用水量受其他用水的擠占，而耕地面積在研究時(shí)段內(nèi)不斷增加，導(dǎo)致本就供需緊張的農(nóng)業(yè)水土資源的供需矛盾更加突出。