石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化特征及其影響因素分析

底 亮

(石嘴山市水資源保護(hù)利用服務(wù)中心， 寧夏 石嘴山 753000)

水資源是維系農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源，其能否高效、可持續(xù)利用關(guān)系到國(guó)家糧食安全。就我國(guó)而言，農(nóng)業(yè)用水量占到總用水量的70%[1]，隨著工業(yè)、生活和生態(tài)用水的增加，農(nóng)業(yè)可利用水資源日益受到壓縮。農(nóng)業(yè)作為水資源利用的主要部門(mén)，農(nóng)業(yè)用水量的變化直接影響到了區(qū)域用水總量和用水結(jié)構(gòu)的變化[2]。目前農(nóng)業(yè)用水的研究主要集中在農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)用水變化影響因素及農(nóng)業(yè)用水效率分析[2—8]，相關(guān)研究結(jié)果顯示，不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水變化特征及影響因素各不相同。

石嘴山市農(nóng)業(yè)生產(chǎn)是主要用水部門(mén)，農(nóng)業(yè)用水量的變化影響著區(qū)域糧食生產(chǎn)和水資源的可持續(xù)利用。本文對(duì)石嘴山市2005—2018年農(nóng)業(yè)用水變化特征及其影響因素進(jìn)行分析，識(shí)別影響農(nóng)業(yè)用水變化的主要因素，提出農(nóng)業(yè)水資源合理配置和農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)對(duì)策。對(duì)進(jìn)一步做好石嘴山市農(nóng)業(yè)節(jié)水工作具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

石嘴山市位于寧夏回族自治區(qū)最北端，引黃灌區(qū)梢端，是寧夏沿黃經(jīng)濟(jì)區(qū)重要節(jié)點(diǎn)城市，也是寧夏平原重要商品糧生產(chǎn)基地[9]，近年來(lái)，石嘴山市的現(xiàn)代農(nóng)業(yè)穩(wěn)步發(fā)展，優(yōu)質(zhì)糧食、有機(jī)瓜菜、畜牧養(yǎng)殖、生態(tài)水產(chǎn)、枸杞和釀酒葡萄等農(nóng)業(yè)特色產(chǎn)業(yè)逐步提升。黃河是石嘴山市的主要河流，流經(jīng)石嘴山市98km，境內(nèi)溝渠成網(wǎng)，灌排體系是世界灌溉工程遺產(chǎn)寧夏引黃古灌區(qū)的重要組成部分。受地理位置限制，干旱少雨，蒸發(fā)強(qiáng)烈，屬于嚴(yán)重缺水地區(qū)，2018年全市水資源總量?jī)H為2.432億m3，用水總量12.381億m3，取用黃河水10.129億m3，其中農(nóng)業(yè)取用水量達(dá)10.178億m3，占總用水量的82.2%，農(nóng)業(yè)取用黃河水9.986億m3，占黃河取水量的98.6%，形成農(nóng)業(yè)用水主要依賴黃河水資源，工業(yè)和城鎮(zhèn)生活依靠地下水的用水格局?？傮w來(lái)看，石嘴山市水資源總量嚴(yán)重不足，存在用水失衡、水資源利用效率不高等問(wèn)題，受黃河來(lái)水量持續(xù)偏枯和黃河分水的約束，經(jīng)濟(jì)發(fā)展存在較大水資源缺口。

2 數(shù)據(jù)來(lái)源與研究方法

農(nóng)業(yè)用水包括種植業(yè)和林牧漁業(yè)用水，本研究借鑒已有文獻(xiàn)研究經(jīng)驗(yàn)，選取氣候(年降水量、年均溫)、種植業(yè)(農(nóng)作物總播種面積、有效灌溉面積、糧食作物播種面積、經(jīng)濟(jì)作物種植面積、糧經(jīng)比、糧食產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量、漁畜產(chǎn)品產(chǎn)量)、林業(yè)(造林面積)、畜牧業(yè)(牲畜存欄量)、漁業(yè)(池塘養(yǎng)殖面積)、勞動(dòng)力投入(農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù))等14個(gè)因素作為影響石嘴山市農(nóng)業(yè)用水量的影響因素，分析農(nóng)業(yè)用水變化特征及主要影響因素。

2.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

石嘴山市農(nóng)業(yè)用水量及總用水量數(shù)據(jù)來(lái)源于歷年的《寧夏水資源公報(bào)》，農(nóng)作物總播種面積等農(nóng)業(yè)基本資料來(lái)源于歷年的《石嘴山市統(tǒng)計(jì)年鑒》。

由于《寧夏水資源公報(bào)》2005—2016年生態(tài)用水量并入農(nóng)業(yè)用水量，2017年之后生態(tài)用水量才獨(dú)立統(tǒng)計(jì)出來(lái)，考慮到生態(tài)用水量比重較小且保持?jǐn)?shù)據(jù)口徑一致，本文農(nóng)業(yè)用水量含生態(tài)用水量。糧食作物主要包括小麥、水稻、玉米，經(jīng)濟(jì)作物包括油料、藥材、蔬菜、瓜果、青飼料、牧草，牲畜存欄量包括牛、豬、羊存欄。

2.2 研究方法

2.2.1累積距平法

累積距平法[4]是通過(guò)曲線判斷變化趨勢(shì)的方法，根據(jù)石嘴山市2005—2018年農(nóng)業(yè)用水量數(shù)據(jù)進(jìn)行農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢(shì)分析，對(duì)于序列x，某一時(shí)刻t的累積距平為[4]：

(1)

(2)

2.2.2灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析是一種多因素統(tǒng)計(jì)分析方法，主要用來(lái)研究在一個(gè)灰色系統(tǒng)中，通過(guò)樣本數(shù)據(jù)用灰色關(guān)聯(lián)度研究所關(guān)注的某個(gè)指標(biāo)受其他因素影響的相對(duì)強(qiáng)弱、大小和次序。

利用灰色關(guān)聯(lián)分析法研究石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化的影響因素，確定農(nóng)業(yè)用水量時(shí)間序列為參考序列，年降水量、年均溫、農(nóng)作物總播種面積等14個(gè)時(shí)間序列為比較序列。根據(jù)灰色關(guān)聯(lián)分析方法程序[10]，對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理，計(jì)算參考序列和比較序列對(duì)應(yīng)的關(guān)聯(lián)系數(shù)，表達(dá)各個(gè)時(shí)間點(diǎn)二者之間關(guān)聯(lián)度，在此基礎(chǔ)上計(jì)算灰色關(guān)聯(lián)度，得到參考序列與各比較序列之間關(guān)聯(lián)系數(shù)的時(shí)間平均值，從整體上對(duì)比二者間的關(guān)聯(lián)程度強(qiáng)弱。

由于降水對(duì)農(nóng)業(yè)灌溉有積極影響，在分析之前先對(duì)降雨量進(jìn)行同向化處理，本研究采用倒數(shù)法進(jìn)行處理，將降雨量與農(nóng)業(yè)用水的負(fù)相關(guān)轉(zhuǎn)化為正相關(guān)關(guān)系[10]。

3 石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化分析

石嘴山市農(nóng)業(yè)用水量變化如圖1所示。

圖1 石嘴山市農(nóng)業(yè)用水量變化

由圖1看出，2005年以來(lái)農(nóng)業(yè)用水量均在10億～12億m3之間，多年平均農(nóng)業(yè)用水量為10.95億m3，石嘴山市農(nóng)業(yè)用水量呈上下波動(dòng)，總體為緩降趨勢(shì)。2005—2012年農(nóng)業(yè)用水量在波動(dòng)中呈回落趨勢(shì)，2012年降至10.29億m3；2013年農(nóng)業(yè)用水增至11.40億m3，2013—2015年趨于穩(wěn)定，平均為11.28億m3；2016年農(nóng)業(yè)用水量再次回落，降至10.03億m3，2016—2018年農(nóng)業(yè)用水呈小幅度回升趨勢(shì)，平均為10.432億m3，低于多年平均農(nóng)業(yè)用水量。

從累積距平曲線變化看出，近14a呈現(xiàn)出2次較明顯的先增加再下降的變化，2005—2009年累積距平曲線呈波動(dòng)式上升，2009—2012年呈下降趨勢(shì)，2005—2012年農(nóng)業(yè)用水在波動(dòng)中小幅度下降；2012—2015年累積距平曲線呈明顯上升趨勢(shì)，2015年以后則明顯回落，對(duì)應(yīng)2013—2015這3a農(nóng)業(yè)用水量相對(duì)偏多。

4 石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素分析

4.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化與14個(gè)選取影響指標(biāo)的關(guān)聯(lián)度及排序見(jiàn)表1。

表1 石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化影響因素灰色關(guān)聯(lián)度及排序

從計(jì)算結(jié)果看出，有7項(xiàng)指標(biāo)關(guān)聯(lián)度超過(guò)0.8，其中糧食作物播種面積與農(nóng)業(yè)用水量變化的關(guān)聯(lián)度最大，排序居于首位，明顯高于經(jīng)濟(jì)作物種植面積，糧食產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)用水量變化的關(guān)聯(lián)度也明顯高于經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量及漁畜產(chǎn)品產(chǎn)量，說(shuō)明農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中的糧食作物種植很大程度上決定了農(nóng)業(yè)用水量的變化；另外農(nóng)作物總播種面積、有效灌溉面積與農(nóng)業(yè)用水量變化的關(guān)聯(lián)度均大于0.8，也反映了農(nóng)作物灌溉用水對(duì)農(nóng)業(yè)用水量變化的影響；經(jīng)濟(jì)作物種植面積和經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量與農(nóng)業(yè)用水量關(guān)聯(lián)度排序分別位于第10位和第8位，說(shuō)明經(jīng)濟(jì)作物對(duì)農(nóng)業(yè)用水量變化的影響相對(duì)較弱；反映勞動(dòng)力投入水平的農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)在關(guān)聯(lián)度排序上位于第2位，說(shuō)明勞動(dòng)生產(chǎn)效率對(duì)農(nóng)業(yè)用水變化的影響；年均溫與農(nóng)業(yè)用水量變化的關(guān)聯(lián)度排序上位于第3位，年降水量關(guān)聯(lián)度為0.706，說(shuō)明氣象因素中年均溫對(duì)農(nóng)業(yè)用水量變化影響較大；反映畜牧業(yè)發(fā)展的牲畜存欄量與農(nóng)業(yè)用水量變化關(guān)聯(lián)度為0.812，排在第7位，牲畜養(yǎng)殖數(shù)量的變化會(huì)直接影響到養(yǎng)殖業(yè)用水量，隨著牲畜養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展，其對(duì)農(nóng)業(yè)用水變化影響也越來(lái)越重要。根據(jù)關(guān)聯(lián)度及排序結(jié)果，石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化的主要影響因素可以歸納為糧食作物播種面積、勞動(dòng)力投入、牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展以及氣候條件。

4.2 主要影響因素分析

4.2.1糧食作物播種面積

石嘴山市現(xiàn)狀種植結(jié)構(gòu)以糧食作物為主，經(jīng)濟(jì)作物種植比例相對(duì)較低，糧食作物耗水量大[11]。2005—2018年，糧食作物播種面積較平穩(wěn)，呈上下波動(dòng)態(tài)勢(shì)，其中，2005—2014年，糧食作物播種面積在波動(dòng)中呈緩降趨勢(shì)，2015—2018年，糧食作物播種面積呈上升趨勢(shì)，這與石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化基本吻合。2005—2018年，農(nóng)作物總播種面積、有效灌溉面積、經(jīng)濟(jì)作物種植面積總體呈上升趨勢(shì)，其中，有效灌溉面積在2005—2012年增加變化浮動(dòng)不大，2013年有效灌溉面積增至85890hm2，農(nóng)業(yè)用水量也出現(xiàn)較大幅度增長(zhǎng)，2013—2018年有效灌溉面積出現(xiàn)逐年增加的變化趨勢(shì)，與近年農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢(shì)基本一致。

4.2.2勞動(dòng)力投入

以農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)作為勞動(dòng)力投入，勞動(dòng)力投入與農(nóng)業(yè)用水量的關(guān)系反映出農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的高低。如圖2所示。

從圖2農(nóng)業(yè)用水量與農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)變化看出，二者變化趨勢(shì)具有同步性，2005—2018年農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)的變化表現(xiàn)出先減少后增加趨勢(shì)，2005和2008年農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)均高于平均值，對(duì)應(yīng)同年農(nóng)業(yè)用水量的明顯增加，2013—2018年農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)呈波動(dòng)上升趨勢(shì)，也與近年農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢(shì)具有一致性，說(shuō)明增加農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)不利于降低農(nóng)業(yè)用水量，進(jìn)而影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率。

4.2.3牲畜養(yǎng)殖業(yè)

用牲畜存欄量反映畜牧養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展，牲畜養(yǎng)殖數(shù)量的變化會(huì)直接影響?zhàn)B殖業(yè)用水量，還會(huì)間接影響牧草業(yè)種植規(guī)模[12]。從圖2農(nóng)業(yè)用水量與牲畜存欄量變化看出，二者變化存在明顯一致性，2005—2018年牲畜存欄量表現(xiàn)先降后升，2005年牲畜存欄量最大，同年農(nóng)業(yè)用水量是最多一年，2007年牲畜存欄量最少，同年農(nóng)業(yè)用水量也低于多年平均值，2013年牲畜存欄量相較2009—2012

圖2 相關(guān)因素與農(nóng)業(yè)用水變化關(guān)系

年有較大幅度增加，農(nóng)業(yè)用水量在2013年也出現(xiàn)明顯增加，說(shuō)明牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展和農(nóng)業(yè)用水量變化有著緊密關(guān)系。

4.2.4氣候條件

氣溫和降水變化是影響農(nóng)業(yè)用水量的重要因素。從氣溫看，氣溫升高會(huì)導(dǎo)致土壤蒸發(fā)及植物蒸騰量增加，農(nóng)業(yè)需水量隨之增加，從降水量看，降水量的減少會(huì)直接影響灌溉用水需求量的增加。從圖2看出，2005—2012年年均溫在波動(dòng)中呈降低趨勢(shì)，2013年年均溫明顯升高，2013—2018年年均溫相對(duì)較為穩(wěn)定，與農(nóng)業(yè)用水的變化具有一致性。降水量年際間起伏較大，從關(guān)聯(lián)度排序看出，降水量對(duì)農(nóng)業(yè)用水變化的關(guān)聯(lián)度相對(duì)較低。2005年是研究期間降水量最少的年份，農(nóng)業(yè)用水量也明顯高于其他年份，2013—2015年年均溫明顯升高，降水量也是相對(duì)較少的年份，對(duì)應(yīng)這3a的農(nóng)業(yè)用水量明顯增多，說(shuō)明降水量變化與農(nóng)業(yè)用水量變化存在相關(guān)性[13]。

5 結(jié)論

(1)2005年以來(lái)石嘴山市農(nóng)業(yè)用水變化受糧食作物播種面積、勞動(dòng)力投入、牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展和氣候條件等因素影響上下波動(dòng)，總體為緩降趨勢(shì)。2005—2018年石嘴山市農(nóng)作物總播種面積和有效灌溉面積總體呈增加趨勢(shì)，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量也都有不同幅度提升，由于農(nóng)業(yè)畝均取水量的下降，農(nóng)業(yè)用水量并沒(méi)有表現(xiàn)出大幅度增長(zhǎng)[13-14]，而是穩(wěn)中呈緩降趨勢(shì)，說(shuō)明農(nóng)業(yè)用水效率逐年提高。

(2)隨著城鎮(zhèn)化、工業(yè)化進(jìn)程的不斷推進(jìn)和寧夏南部山區(qū)生態(tài)移民新開(kāi)耕地面積的不斷增加，加之寧夏地區(qū)未來(lái)氣溫的上升趨勢(shì)[15]、黃河來(lái)水的逐年減少，石嘴山市農(nóng)業(yè)用水短缺矛盾進(jìn)一步突出，今后在保證糧食安全前提下，繼續(xù)優(yōu)化調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，適度提高瓜菜、飼草等經(jīng)濟(jì)作物比例。此外，還應(yīng)夯實(shí)基層水利服務(wù)基礎(chǔ)，加強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識(shí)，提高農(nóng)業(yè)勞動(dòng)生產(chǎn)效率，促進(jìn)石嘴山市的農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

(3)本文對(duì)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率與農(nóng)業(yè)用水量之間的關(guān)系沒(méi)有進(jìn)行更多探討，此外，農(nóng)業(yè)水價(jià)對(duì)農(nóng)業(yè)用水的影響沒(méi)有涉及，在以后研究中還需要結(jié)合更多農(nóng)業(yè)投入指標(biāo)與農(nóng)業(yè)用水的關(guān)系進(jìn)行綜合分析。