黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡時空分布及用水效率分析

姜秋香，李鑫瑩，王子龍，吳云星，曹 璐

（東北農(nóng)業(yè)大學(xué)水利與土木工程學(xué)院，哈爾濱 150030）

農(nóng)業(yè)作為國家經(jīng)濟基礎(chǔ)和戰(zhàn)略產(chǎn)業(yè)，其發(fā)展直接影響國家安全。水資源作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)必備要素，滿足農(nóng)業(yè)用水需求成為保障國家糧食安全和社會經(jīng)濟可持續(xù)發(fā)展前提條件[1]。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)如何可持續(xù)、高效利用水資源，已成為當(dāng)前亟待解決重大問題。為更好衡量一個國家或地區(qū)水資源利用狀況，Hoekstra在“虛擬水”和“生態(tài)足跡”基礎(chǔ)上提出水足跡概念：任何已知人口水足跡是生產(chǎn)這些人口消耗的全部資源所需要水資源數(shù)量[2-3]。水足跡是一種對水資源占用綜合表征，有別于作用有限的傳統(tǒng)取水指標(biāo)[4]。農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟生產(chǎn)中最主要耗水產(chǎn)業(yè)，全球大約80%水資源用于農(nóng)業(yè)[5]，水足跡作為用水評價指標(biāo)為研究農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用提供新思路[6]。

農(nóng)業(yè)水足跡是專于分析在生產(chǎn)與消費過程中農(nóng)業(yè)對水資源消耗和影響的物理指標(biāo)，包括農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡、農(nóng)業(yè)綠水足跡和農(nóng)業(yè)灰水足跡。農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡是指農(nóng)業(yè)對傳統(tǒng)地表和地下水資源使用量，即農(nóng)田灌溉用水量；農(nóng)業(yè)綠水足跡是指農(nóng)作物生長過程中農(nóng)田蒸發(fā)、作物蒸騰土壤水以及雨水水資源數(shù)量；農(nóng)業(yè)灰水足跡與污染有關(guān)，定義為以自然本底濃度和現(xiàn)有環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)，消納農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中污染物所需水量[7-9]。農(nóng)業(yè)水足跡概念的提出，改變過去僅采用農(nóng)田灌溉用水量衡量農(nóng)業(yè)對水資源消耗的傳統(tǒng)模式，拓寬農(nóng)業(yè)水資源管理范疇。郭相平等分析我國農(nóng)作物水足跡時空分布與影響因素，得出我國農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡在時間上呈先降后緩慢上升態(tài)勢，空間上為從東南向西北逐漸遞減格局[10]。Martínez-Paz等利用水文模型和決策支持水循環(huán)模擬系統(tǒng)評估塞古拉河流域農(nóng)業(yè)水足跡[11]。Zeitoun等從水安全角度核算1998～2004年間尼羅河流域范圍內(nèi)各類作物及牲畜水足跡，強調(diào)綠水對于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)重要性[12]。以往農(nóng)業(yè)水足跡研究重點為農(nóng)作物水足跡估算以及空間分布特征分析，并未全面反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中對不同來源水資源依賴程度以及實際用水效率，難以為農(nóng)業(yè)水管理提供有效策略。

黑龍江省位于中國東北部，總面積47.3萬km2，地跨黑龍江、烏蘇里江、松花江、綏芬河四大水系，降水較豐富[13]。黑龍江省作為我國重要糧食生產(chǎn)戰(zhàn)略基地，響應(yīng)國家糧食政策，不斷調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，推動農(nóng)業(yè)發(fā)展，為我國糧食供應(yīng)提供保障[14]。黑龍江省農(nóng)業(yè)灌溉用水占農(nóng)業(yè)用水總量85%以上[15]，且種植結(jié)構(gòu)單一、耕地面積不斷增加使區(qū)域水資源面臨巨大壓力，逐漸成為制約農(nóng)業(yè)發(fā)展主要因素。本文應(yīng)用水足跡理論，計算黑龍江省各地區(qū)2000～2017年農(nóng)業(yè)水足跡，分析其空間分布特征和時間變化規(guī)律，結(jié)合農(nóng)業(yè)水足跡強度分析區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源利用效率，為黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水管理和水資源分配提供理論依據(jù)和數(shù)據(jù)支撐。

1 方法與數(shù)據(jù)

1.1 研究方法

1.1.1 農(nóng)業(yè)水足跡

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水量較多，農(nóng)業(yè)用水中絕大部分用于農(nóng)業(yè)灌溉，全國農(nóng)業(yè)灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量90%～95%[16]。黑龍江省是我國農(nóng)業(yè)第一大省，主要種植玉米（約占種植面積49%）、水稻（約占種植面積27%）和大豆（約占種植面積18%）等糧食作物以及其他經(jīng)濟作物。根據(jù)黑龍江省農(nóng)業(yè)用水實際情況，本文以糧食作物為主要研究對象，計算農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡和農(nóng)業(yè)綠水足跡。由于無法具體量化稀釋農(nóng)業(yè)污染物水資源體積和其他不確定性因素，本文未展開農(nóng)業(yè)灰水足跡相關(guān)研究。農(nóng)業(yè)水足跡計算公式為[17]：

式中，Wf為農(nóng)業(yè)水足跡（m3·kg-1）；Wfb為農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡（m3·kg-1）；Wfg為農(nóng)業(yè)綠水足跡（m3·kg-1）。

式中，ETb為藍(lán)水蒸散量（mm）；Y為作物產(chǎn)量（kg）；A為農(nóng)作物播種面積（hm2）；ETg為綠水蒸散量（mm）。

式中，ETc為作物需水量（mm）；Pe為生育期有效降水量（mm）；Kc為農(nóng)作物系數(shù)；ET0為參考農(nóng)作物蒸發(fā)蒸騰量（mm）。

ET0利用Penman-Monteith公式[18]計算：

式中，Δ為飽和水氣壓與溫度曲線斜率（kPa·℃-1）；Rn為參考作物冠層表面凈輻射（MJ·m-2·d-1）；G 為土壤熱通量（MJ·m-2·d-1）；γ為干濕表常數(shù)（kPa·℃-1）；T為平均氣溫（℃）；u2為2 m高處風(fēng)速（m·s-1）；es為飽和水氣壓（kPa）；ea為實際水汽壓（kPa）。由于農(nóng)業(yè)水足跡計算中ETc是潛在蒸散量，而非實際蒸散量，由此造成農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡計算結(jié)果偏大。

1.1.2 農(nóng)業(yè)水足跡強度

水足跡強度反映用水狀況與經(jīng)濟發(fā)展程度之間關(guān)系，可采用萬元GDP消耗水資源量衡量，水足跡強度值越大，表明單位GDP用水量越多，則水資源利用效率越低[19]。因此，農(nóng)業(yè)水足跡強度可表示單位農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值增長消耗水資源量，以此評價地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展下農(nóng)業(yè)水資源利用效率。農(nóng)業(yè)水足跡強度計算公式為：

式中，Wfi為農(nóng)業(yè)水足跡強度（m3·萬元-1）；GVAP為農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值（萬元）。

1.1.3 空間自相關(guān)性

1.1.3.1 空間自相關(guān)全局Moran's I

空間自相關(guān)是檢驗?zāi)骋灰貙傩灾蹬c相鄰空間點上屬性值是否顯著相關(guān)的重要指標(biāo)。全局自相關(guān)反映全部研究對象間相關(guān)性，常采用Moran's I指標(biāo)度量[20]。Moran's I反映空間鄰接或空間臨近區(qū)域單元屬性值相似程度，范圍在-1～1之間，-1表示空間數(shù)據(jù)之間存在強烈負(fù)相關(guān)，1表示空間數(shù)據(jù)之間存在強烈正相關(guān)，0則表示空間數(shù)據(jù)是隨機模式，獨立分布，不存在相關(guān)性[21]。全局Moran's I計算公式為：

式中，Wij為區(qū)域單元i和j空間權(quán)重矩陣元素，通過空間鄰接方式和空間距離確定；Xi為區(qū)域單元i屬性；-X為各區(qū)域單元屬性值平均數(shù)；S2為觀測值方差；t為區(qū)域單元數(shù)，本研究中t=13。

通常利用Z值對Moran's I指數(shù)檢驗統(tǒng)計結(jié)果，計算公式為：

式中，E（I）為 Moran's I期望值；Var（I）為 Moran's I方差。

當(dāng)Z值為正且大于1.96時，表明不同區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡強度存在較強正空間自相關(guān)性，即相似觀測值呈空間聚集特征；當(dāng)Z值為負(fù)且小于-1.96時，表明存在負(fù)空間自相關(guān)性，相似觀測值趨于分散分布；當(dāng)Z值為0時，觀測值呈獨立隨機分布。

在驗證統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果是否有意義時，前提是提出一個0假設(shè)。0假設(shè)代表統(tǒng)計分析結(jié)果為隨機分布，Moran's I通過P值和Z值得分決定是否拒絕0假設(shè)，P值代表數(shù)據(jù)集可靠性，Z值和Moran's I值表明數(shù)據(jù)集有明顯集聚或離散規(guī)律。

1.1.3.2 空間自相關(guān)局部Moran's I

全局空間自相關(guān)分析僅判斷研究對象在空間位置上是否具有集聚性，而無法識別具體集聚位置，需局部空間自相關(guān)計算。因此，可通過顯著性圖和聚集點圖等顯示局部空間自相關(guān)分析結(jié)果。本文采用LISA集聚[22]分布圖測度局部空間自相關(guān)性，LISA集聚分為高高集聚（HH）、高低集聚（HL）和低低集聚（LL）?？臻g位置為i局部Moran's Ii計算公式為：

局部Moran's I指數(shù)檢驗標(biāo)準(zhǔn)化統(tǒng)計量Z（Ii）為∶

式中，E（Ii）為局部Moran's Ii期望值；Var（Ii）為局部Moran's Ii方差。

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文研究區(qū)域為黑龍江省13個地級市（見圖1），研究時段為2000～2017年，歷年黑龍江省13個地級市糧食播種面積、產(chǎn)量等農(nóng)業(yè)數(shù)據(jù)來自《黑龍江統(tǒng)計年鑒》[23]和《黑龍江墾區(qū)統(tǒng)計年鑒》[24]，相對濕度、風(fēng)速、日照時數(shù)、降水量、平均最高氣溫和平均最低氣溫等氣象參數(shù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)（http://data.cma.cn）。作物灌溉定額來自黑龍江省灌溉信息網(wǎng)（http://www.hljggxx.gov.cn）。

圖1 黑龍江省行政區(qū)劃Fig.1 Administrative divisions of Heilongjiang Province

2 結(jié)果與分析

在研究時段內(nèi)，黑龍江省糧食產(chǎn)量以增加為主，其中2003～2015年糧食產(chǎn)量逐年增加，2000～2002年與2016～2017年黑龍江省糧食產(chǎn)量出現(xiàn)小幅減少（見圖2）。因此，根據(jù)黑龍江省糧食產(chǎn)量變化特征，將研究時段分割為糧食增產(chǎn)期前（BGI：2000～2002年）、糧食增產(chǎn)前期（EGI：2003～2006年）、糧食增產(chǎn)中期（MGI：2007～2011年）、糧食增產(chǎn)后期（LGI：2012～2015年）和糧食增產(chǎn)期后（AGI∶2016～2017年）等5個研究時段。本文運用水足跡理論計算黑龍江省各地級市農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡、農(nóng)業(yè)綠水足跡、農(nóng)業(yè)總水足跡和藍(lán)水比例，分析糧食增產(chǎn)不同時段農(nóng)業(yè)水足跡時空變化規(guī)律，并結(jié)合農(nóng)業(yè)水足跡強度及其空間相關(guān)性分析農(nóng)業(yè)用水效率。

圖2 黑龍江省糧食產(chǎn)量Fig.2 Grain production in Heilongjiang Province

2.1 農(nóng)業(yè)水足跡時空演變規(guī)律分析

2.1.1 時間演變規(guī)律分析

由圖3可知，2000～2017年黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡未因糧食產(chǎn)量提高而增加，相反整體呈波動下降趨勢。黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡下降原因主要是行政部門倡導(dǎo)節(jié)水政策、不斷提高節(jié)水技術(shù)；建立有效水資源利用機制，推廣節(jié)水灌溉技術(shù)，調(diào)整種植結(jié)構(gòu)等措施不斷提高水資源用水效率。研究時段內(nèi)黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡平均值為6.12 m3·kg-1，高于全國農(nóng)業(yè)水足跡平均水平（3.26 m3·kg-1）[25]，與黑龍江省地理位置以及特殊氣候條件，種植方式為一年一季，生育期較長有關(guān)；其中農(nóng)業(yè)藍(lán)水、綠水足跡分別為2.03、4.09 m3·kg-1，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡所占比為33.3%。研究時段內(nèi)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡比例在20%～40%穩(wěn)步下降，其中2007年農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡比例稍有上升（43%），原因為2007年根據(jù)國家糧食政策，黑龍江省水稻播種面積較2006年增加19.8%，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉用水量激增，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡比例增大。為探究糧食增產(chǎn)過程中不同時期農(nóng)業(yè)水足跡變化特征，本文對各研究時期內(nèi)農(nóng)業(yè)水足跡求均值，分析其時間變化規(guī)律（見表1）。農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中消耗的灌溉水資源，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡越低，灌溉水資源利用率越高。研究時段內(nèi)黑龍江省農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡及其比例呈下降趨勢，但在糧食增產(chǎn)期后出現(xiàn)小幅上升，主要是由于該時期雖然糧食播種面積減少，但有效灌溉面積較上一時期約增長10%，水稻產(chǎn)量較上一時期增長5%左右，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡小幅增加。農(nóng)業(yè)綠水足跡反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中降水資源利用情況。黑龍江省農(nóng)業(yè)綠水足跡在糧食增產(chǎn)中期偏高，與前兩個時期相比增幅約為16%，原因為農(nóng)業(yè)綠水足跡主要來源于作物生育期有效降水量，而2009、2010年屬偏豐水年[26]，生育期內(nèi)有效降水高達355.74、324.62 mm，降水充沛，農(nóng)業(yè)綠水足跡大幅增長。同時，該時期糧食作物生產(chǎn)伴隨洪澇、低溫等多重自然災(zāi)害，雖然糧食播種面積較上一時期激增[27]，糧食總產(chǎn)量也大幅增長，但糧食作物單產(chǎn)小幅降低，導(dǎo)致此時期農(nóng)業(yè)綠水足跡增加。

圖3 2000～2017年黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡組成及變化趨勢Fig.3 Composition and change trend of agricultural water footprint in Heilongjiang Province from 2000 to 2017

表1 不同時期黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡及其組成Table 1 Agricultural water footprint and its composition in Heilongjiang Province in different periods

2.1.2 空間演變規(guī)律分析

農(nóng)業(yè)水足跡不僅受區(qū)域降水、農(nóng)作物種類及耗水特性影響，還與耕地灌溉條件、節(jié)水灌溉程度等農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件有關(guān)。為探究糧食增產(chǎn)期前后黑龍江省不同地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡變化特征，本文計算黑龍江省13個地級市具體為大興安嶺（a）、黑河（b）、伊春（c）、雞西（d）、牡丹江（e）、綏化（f）、齊齊哈爾（g）、大慶（h）、哈爾濱（i）、佳木斯（j）、鶴崗（k）、雙鴨山（l）、七臺河（m）農(nóng)業(yè)水足跡及其組成，繪制不同時期農(nóng)業(yè)水足跡空間分布圖（見圖4、5）。

圖4 不同時期黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡空間分布Fig.4 Spatial distribution of agricultural water footprint in Heilongjiang Province in different periods

圖5 黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡及其構(gòu)成Fig.5 Agricultural water footprint and its composition in various regions of Heilongjiang Province

受地形地貌、自然資源稟賦、農(nóng)業(yè)發(fā)展模式和社會經(jīng)濟發(fā)展程度等因素影響，黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡具有顯著空間差異性，大體呈北高南低、西高東低變化趨勢。

由于降水資源充沛，位于北部大興安嶺地區(qū)和黑河農(nóng)業(yè)綠水足跡較高，但該區(qū)域為山丘區(qū)，不適宜大規(guī)模發(fā)展灌溉農(nóng)業(yè)，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡及其比例相對較小。特別是大興安嶺地區(qū)農(nóng)業(yè)綠水足跡全省最高，最高值約為全省平均值2.4倍，但農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡及其比例卻低于全省平均值1.8%和29.8%。由此可知，該區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水幾乎完全依靠天然降水，且糧食產(chǎn)量較低，不適合大規(guī)模發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)。牡丹江和雞西位于黑龍江省南部，其地貌以丘陵山區(qū)為主，是典型山區(qū)半山區(qū)，該區(qū)域農(nóng)業(yè)綠水足跡位于中等水平，而農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡及其比例也較低，說明該區(qū)域降水資源較豐富，且灌溉措施完善。

黑龍江省西部大慶市、齊齊哈爾市、綏化市和哈爾濱市，受氣候、地形和地貌等多因素影響，適宜大規(guī)模機械化耕種，但該區(qū)域?qū)儆诟珊蛋敫珊档貐^(qū)，降水資源嚴(yán)重不足。因此，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡相對較高，最高值約為全省平均值1.74倍，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡比例較大，灌溉用水利用效率較高。應(yīng)通過適當(dāng)調(diào)整用水結(jié)構(gòu)、加強資源補償?shù)瓤沙掷m(xù)利用策略緩解可用水資源短缺情況，促進區(qū)域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟發(fā)展。

位于黑龍江省東部鶴崗市、佳木斯市、雙鴨山市和七臺河市，降水資源較豐富，因此農(nóng)業(yè)綠水足跡略高于全省平均值；且該區(qū)域地勢平坦、水資源豐富、土壤肥沃，適宜大規(guī)模耕作和農(nóng)田灌溉設(shè)施布設(shè)。雖該區(qū)域水田面積占作物種植面積67%，而水稻種植所需用水量明顯大于其他農(nóng)作物，但該區(qū)域節(jié)水灌溉技術(shù)較發(fā)達，灌溉水利用效率較高，因此農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡及其比例處于較低水平。

2.2 農(nóng)業(yè)用水效率分析

2.2.1 農(nóng)業(yè)水足跡強度時空差異性分析

農(nóng)業(yè)水足跡強度是量化農(nóng)業(yè)水資源利用效率指標(biāo)。通過計算并比較2000～2017年黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度（見表2），進一步分析農(nóng)業(yè)用水效率地區(qū)差異。

糧食增產(chǎn)期前后黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度在空間分布上呈北高南低、西高東低特征，與農(nóng)業(yè)水足跡空間變化特征相同。位于黑龍江省西部大慶市、齊齊哈爾市、綏化市等地區(qū)雖糧食產(chǎn)值高，但農(nóng)業(yè)水足跡量大，單位糧食產(chǎn)值所消耗水資源量偏多，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)灌溉水資源利用效率較低。位于黑龍江省東部佳木斯市、鶴崗市、雞西市等地區(qū)雖水稻種植面積較大，但農(nóng)業(yè)水足跡總量位于全省平均水平，糧食產(chǎn)值高，所以農(nóng)業(yè)水足跡強度相對偏低，農(nóng)業(yè)用水效率相對較高。

表2 研究時段內(nèi)黑龍江省平均農(nóng)業(yè)水足跡強度Table 2 Average agricultural water footprint intensity of Heilongjiang Province during the study period

根據(jù)圖6所示，黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度在研究時段內(nèi)均呈大幅下降特征，但仍高于全國平均水平[28]，黑龍江省農(nóng)業(yè)用水效率仍有較大提升空間。在糧食增產(chǎn)期前農(nóng)業(yè)水足跡強度雖呈緩慢下降趨勢（降幅約為14%），但各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度整體偏大，表明該時期黑龍江省農(nóng)業(yè)用水效率偏低；糧食增產(chǎn)期間與增產(chǎn)之前相比，農(nóng)業(yè)水足跡強度呈顯著下降趨勢（降幅約為32%），表明各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率明顯提升；糧食增產(chǎn)期后糧食水足跡強度下降趨勢不明顯（降幅約為0.7%），個別地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度有上升趨勢，此時黑龍江省農(nóng)業(yè)用水效率變化趨于平穩(wěn)。農(nóng)業(yè)水足跡強度分布規(guī)律在一定程度上也是黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展水平的空間映射，這種相關(guān)性暗示農(nóng)業(yè)發(fā)展對降低農(nóng)業(yè)水足跡強度有積極作用。

圖6 黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度變化趨勢Fig.6 Trends in the intensity of agricultural water footprint in Heilongjiang Province

2.2.2 農(nóng)業(yè)水足跡強度全局空間自相關(guān)分析

為進一步比較各地市農(nóng)業(yè)用水效率差異，采用空間自相關(guān)法分析黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度空間差異性，理解空間模式隨時間變化規(guī)律，發(fā)現(xiàn)導(dǎo)致空間分布模式變化潛在影響因素。本文應(yīng)用全局Moran's I指數(shù)判斷黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度空間分布是否具有顯著聚集或分散現(xiàn)象，應(yīng)用局部Moran's I指數(shù)描述農(nóng)業(yè)水足跡強度空間集聚程度，再結(jié)合LISA集聚圖直觀顯示空間集聚類型和顯著水平。

計算黑龍江省13個地級市不同時期農(nóng)業(yè)水足跡強度全局自相關(guān)指數(shù)（見表3），分析各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率相關(guān)性，為區(qū)域聯(lián)動發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。研究時段內(nèi)黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度P值均大于0.05，表明數(shù)據(jù)通過顯著性檢驗，具有統(tǒng)計意義。同時，Z值均為正值且均大于1.96，表明黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度存在正空間自相關(guān)關(guān)系。

表3 不同時期黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度變化全局自相關(guān)指數(shù)Table 3 Global autocorrelation index of Heilongjiang Province agricultural water footprint intensity changes in different periods

由表3可知，研究時段內(nèi)黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度全局自相關(guān)指數(shù)I值呈增加趨勢，即農(nóng)業(yè)水足跡強度的空間自相關(guān)性逐漸增強。由于農(nóng)業(yè)水足跡強度受種植結(jié)構(gòu)、用水結(jié)構(gòu)、人口數(shù)量、機械技術(shù)和經(jīng)濟發(fā)展水平等因素影響，相鄰區(qū)域或者發(fā)展程度相似區(qū)域，其農(nóng)業(yè)水足跡強度以及發(fā)展趨勢一致，農(nóng)業(yè)水足跡強度在空間上呈現(xiàn)較強的集聚效應(yīng)。黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度雖差異較為明顯，但相鄰區(qū)域具有相似性，因此，各地區(qū)應(yīng)根據(jù)實際情況，借鑒相鄰區(qū)域糧食作物種植模式和灌溉管理方式，提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，因地制宜發(fā)展符合各地區(qū)特點的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式。

2.2.3 農(nóng)業(yè)水足跡強度的局部空間自相關(guān)分析

通過分析黑龍江省水足跡強度全局Moran's I指數(shù)，發(fā)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡強度具有空間自相關(guān)性。為更深入研究黑龍江省各地級市之間農(nóng)業(yè)水足跡強度空間聚集特征，本文計算13個地級市局部Moran's I指數(shù)，繪制反映農(nóng)業(yè)水足跡強度局部空間自相關(guān)集聚程度的LISA集聚圖（見圖7）。由圖7可知，黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度在糧食增產(chǎn)期前后屬于高高集聚、低低集聚區(qū)域擴張，低高集聚區(qū)域保持穩(wěn)定，說明黑龍江省各地區(qū)之間農(nóng)業(yè)水足跡強度具有明顯空間相關(guān)性。

高高集聚區(qū)（HH）主要有包含松嫩平原大慶市、齊齊哈爾市、綏化市，其特征為區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)水足跡強度水平較高，同時周邊相鄰地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度水平也較高。該區(qū)域雖研究時段內(nèi)農(nóng)業(yè)水足跡強度均有較大程度下降和糧食產(chǎn)值逐年增長，但該區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡強度初始基數(shù)較大。由此可知，為追求更高糧食收益，高高集聚區(qū)有明顯擴張趨勢，形成不合理用水結(jié)構(gòu)，加速地區(qū)用水緊張情勢，因此需相關(guān)部門采取有效措施，調(diào)整區(qū)域用水結(jié)構(gòu)。

高低集聚區(qū)（HL）包括牡丹江市，該地區(qū)藍(lán)、綠水資源較豐富，農(nóng)業(yè)發(fā)展水平較高，農(nóng)業(yè)水足跡強度隨時間發(fā)展不斷降低，且降低速度較快，仍有更大發(fā)展空間。總體來說該區(qū)域農(nóng)業(yè)發(fā)展水平比較穩(wěn)定，但從可持續(xù)發(fā)展角度，需選擇合理種植結(jié)構(gòu)并節(jié)水灌溉等有效措施，提高糧食產(chǎn)值和農(nóng)業(yè)用水效率。

低低集聚區(qū)（LL）主要分布在三江平原，包括鶴崗市、佳木斯市和雞西市。該區(qū)域糧食產(chǎn)值高，種植結(jié)構(gòu)相對合理，在糧食逐年增產(chǎn)過程中，農(nóng)業(yè)用水效率也逐期提升，且有向周邊地區(qū)擴展趨勢，對黑龍江省農(nóng)業(yè)發(fā)展具有較好帶頭示范作用。

圖7 不同時期黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度LISA集聚分布Fig.7 LISA agglomeration distribution of Heilongjiang Province agricultural water footprint intensity in different periods

3 結(jié)論

①2000～2017年黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡呈下降趨勢，但從糧食增產(chǎn)后期開始較為平穩(wěn)?？臻g上13個地級市農(nóng)業(yè)水足跡在空間分布上差異顯著，呈北高南低、西高東低趨勢，農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡明顯低于農(nóng)業(yè)綠水足跡，農(nóng)業(yè)綠水足跡在農(nóng)業(yè)水足跡中占絕對主導(dǎo)地位，在研究時段內(nèi)農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡降低代表黑龍江省在優(yōu)化灌溉設(shè)施方面舉措有效。

②黑龍江省13個地級市農(nóng)業(yè)水足跡強度空間差異顯著，且黑龍江省各地區(qū)農(nóng)業(yè)水足跡強度與全國平均水平相比偏高。黑龍江省作為全國糧食主產(chǎn)區(qū)，為解決黑龍江省水資源短缺問題，應(yīng)提高農(nóng)業(yè)水資源利用效率，在保證產(chǎn)量前提下，減少農(nóng)業(yè)用水消耗。

③黑龍江省農(nóng)業(yè)水足跡強度具有全局自相關(guān)性，自相關(guān)性不斷增強，集聚分布也日益明顯。高高集聚區(qū)主要位于松嫩平原，低低集聚區(qū)主要位于三江平原，集聚地區(qū)有不斷擴張趨勢。說明相鄰地區(qū)間農(nóng)業(yè)生產(chǎn)社會經(jīng)濟條件具有相似性，應(yīng)根據(jù)實際情況借鑒相鄰地區(qū)糧食作物種植策略和灌溉管理方式，提高各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率。