普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化特征及其影響因素探析

潘秀清

(大連市普蘭店區(qū)生態(tài)環(huán)境事務(wù)服務(wù)中心，遼寧 大連 116200)

0 引 言

水資源能否可持續(xù)高效利用直接關(guān)系著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和國家糧食安全，調(diào)查顯示我國約有70%的用水消耗于農(nóng)業(yè)用水，農(nóng)業(yè)可利用水資源隨著生態(tài)、生活、工業(yè)用水的增加不斷受到壓縮[1]。農(nóng)業(yè)作為主要用水部門，其用水變化與區(qū)域用水結(jié)構(gòu)和總用水量直接相關(guān)。目前，關(guān)于農(nóng)業(yè)用水的研究比較側(cè)重于用水效率分析、用水變化影響因素及農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)等方面，不同地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水影響因素及其變化特征存在一定差異[2]。

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)作為普蘭店區(qū)的重要用水部門，其用水變化與區(qū)域水資源高效利用及糧食生產(chǎn)直接相關(guān)。文章結(jié)合2007-2020年普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水?dāng)?shù)據(jù)，利用適合的方法分析了農(nóng)業(yè)用水變化特征及其影響因素，并提出農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展和農(nóng)業(yè)水資源合理配置等對策，為加快推進(jìn)普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)節(jié)水工作提供一定指導(dǎo)。

1 區(qū)域概況

普蘭店區(qū)隸屬于大連市，位于大連中北部、遼東半島南部，地處E39°18＇25＂-39°59＇00＂、N121°50＇33＂-122°36＇15＂范圍；東靠碧流河與莊河交界，南有丘陵漫崗與金州區(qū)毗鄰，西至哈大鐵路與瓦房店市接壤，北倚高山與蓋州分峰，西南有普蘭店灣與渤海連波，東南瀕臨黃海可眺望長海諸島，地貌以丘陵山地為主。普蘭店區(qū)屬于南溫帶濕潤季風(fēng)氣候，年降水量635-920.0mm，無霜期174-188d。境內(nèi)有大小河流223條，其中碧流河流程達(dá)到150-300km，流程超過30km的有清水河、復(fù)洲河、大沙河、甲河、吊橋河、鞍子河、占子河等，主要有劉大水庫、五四水庫、大梁屯水庫、紅旗水庫等。

普蘭店區(qū)地理環(huán)境優(yōu)越，漁、牧、林、農(nóng)業(yè)發(fā)展?jié)摿薮螅辈可絽^(qū)以水果為主要經(jīng)濟(jì)來源，中部地區(qū)以水稻、玉米、大豆及薯類等糧食生產(chǎn)為主，南部地區(qū)以水產(chǎn)養(yǎng)殖和蔬菜為主。斷區(qū)海岸線長達(dá)65km，并且大沙河流域適宜水產(chǎn)養(yǎng)殖發(fā)展，有各種貝類、河蟹及港養(yǎng)對蝦等。近年來，普蘭店區(qū)憑借其優(yōu)越的地理環(huán)境大力發(fā)展經(jīng)濟(jì)，各行業(yè)用水量也急劇增大，現(xiàn)階段存在水資源利用效率低、用水失衡、水資源總量不足等問題，受流域分水和來水量持續(xù)偏枯等條件約束，經(jīng)濟(jì)發(fā)展和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的水資源缺口不斷增大。

2 研究方法

實踐表明，農(nóng)業(yè)用水主要有林牧漁業(yè)和種植業(yè)用水。結(jié)合普蘭店區(qū)實際情況和相關(guān)文獻(xiàn)資料，選擇農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)、池塘養(yǎng)殖面積、牲畜村攔量、造林面積、漁畜產(chǎn)品產(chǎn)量、經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量、糧食產(chǎn)量、糧經(jīng)比、經(jīng)濟(jì)作物種植面積、糧食作物播種面積、有效灌溉面積、農(nóng)作物總播種面積、年均氣溫、年降水量等14個因素，利用累積距平法分析普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化特征，并利用灰色關(guān)聯(lián)法識別關(guān)鍵影響因素。

2.1 數(shù)據(jù)來源

以歷年《大連市水資源公報》、《大連市統(tǒng)計年鑒》作為普蘭店區(qū)總用水量、農(nóng)業(yè)用水量、農(nóng)作物播種面積等相關(guān)數(shù)據(jù)來源?？紤]到數(shù)據(jù)口徑一致要求且生態(tài)用水量比重較小的情況，將生態(tài)用水納入農(nóng)業(yè)用水的范疇。量值作物有玉米、水稻、小麥等，經(jīng)濟(jì)作物有牧草、蔬菜、藥材、油料、青飼料、瓜果等，牲畜存欄量包括羊、豬、牛村攔。

2.2 研究方法

(1)

(2)

2)灰色關(guān)聯(lián)法。該方法主要是通過統(tǒng)計分析樣本數(shù)據(jù)，利用灰色關(guān)聯(lián)度探討灰色系統(tǒng)中各因素的影響次序、大小和強(qiáng)弱程度[4]。對普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水影響因素利用灰色關(guān)聯(lián)法進(jìn)行分析，設(shè)定參考序列為農(nóng)業(yè)用水時間，比較序列為農(nóng)作物總播種面積、年均氣溫、年降水量等14個參數(shù)，通過均值化處理原始數(shù)據(jù)確定比較序列與參考序列的關(guān)聯(lián)系數(shù)，并計算兩者在各時間點上的關(guān)聯(lián)度及其平均值，從而反映兩者的整體關(guān)聯(lián)程度。

考慮到農(nóng)業(yè)灌溉受降水的積極影響，在同向化處理降雨量數(shù)據(jù)時擬選用倒數(shù)法計算，將農(nóng)業(yè)用水與降水量轉(zhuǎn)變成正相關(guān)關(guān)系[5-6]。

3 普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化及其影響因素

3.1 農(nóng)業(yè)用水變化分析

2007-2020年普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化如圖1。從圖1可以看出，研究期間普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水總體處于10-12億m3范圍，年均用水量達(dá)到11.07億m3，農(nóng)業(yè)用水量呈現(xiàn)出波動下降趨勢。其中，2007-2014年農(nóng)業(yè)用水量從11.84億m3波動減小至10.35億m3，隨后于2015年增加至11.45億m3，2015-2017年基本穩(wěn)定，2018年農(nóng)業(yè)用水量減小至10.02億m3，2018-2020年呈小幅下降趨勢，這3年平均農(nóng)業(yè)用水量(10.26億m3)小于多年平均值。

結(jié)合累積距平變化趨勢，研究期間普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水量累積距平有2次明顯的先上升后下降的變化趨勢，即2007-2011年波動上升，2011-2014年明顯下降，此期間農(nóng)業(yè)用水總體小幅下降；2014-2017年明顯商城，2017年后有所回落，2015-2017年農(nóng)業(yè)用水整體偏高。

圖1 普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化

3.2 影響因素分析

3.2.1 灰色關(guān)聯(lián)分析

所選的14個影響指標(biāo)與普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化的關(guān)聯(lián)度如表1。由表1可知，關(guān)聯(lián)度>0.8的指標(biāo)有7項，其中農(nóng)業(yè)用水量變化與糧食作物播種面積的關(guān)聯(lián)度明顯高于經(jīng)濟(jì)作物種植面積，農(nóng)業(yè)用水量變化與糧食產(chǎn)量的關(guān)聯(lián)度也明顯高于漁畜產(chǎn)品產(chǎn)量及經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量，表明農(nóng)業(yè)用水量變化在很大程度上取決于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中種植的糧食作物；此外，農(nóng)業(yè)用水量變化與農(nóng)作物有效灌溉面積、總播種面積的關(guān)聯(lián)度也超過0.8，表明農(nóng)業(yè)用水量變化受農(nóng)作物灌溉用水的影響；農(nóng)業(yè)用水量與經(jīng)濟(jì)作物產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)作物種植面積的關(guān)聯(lián)度排序為第8、第10，表明農(nóng)業(yè)用水量變化受經(jīng)濟(jì)作物的影響較低；在關(guān)聯(lián)度排序上，農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)和年均溫度位于第2、第3位，表明農(nóng)業(yè)用水量受勞動生產(chǎn)效率和氣溫條件的影響也較大；農(nóng)業(yè)用水量變化與牲畜存欄量、年降水量的關(guān)聯(lián)度分別為0.801和0.705，表明牲畜養(yǎng)殖數(shù)量對養(yǎng)殖業(yè)用水量會造成直接影響，隨著牲畜養(yǎng)殖業(yè)的發(fā)展其影響程度也越來越大，農(nóng)業(yè)用水量受氣候因素中的年降水量的影響也較大。綜上分析，影響普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水變化的因素主要有氣候條件、牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展、勞動力投入以及糧食作物播種面積等。

表1 灰色關(guān)聯(lián)度與排序

3.2.2 主要影響因素

1)氣候條件。農(nóng)業(yè)用水量在很大程度上取決于降水和氣溫變化。從降水量上，灌溉用水需求量隨著降水量的減少而增大；從氣溫上，氣溫生活會增加植物蒸騰及土壤蒸發(fā)量，從而導(dǎo)致農(nóng)業(yè)需水量的增大。由圖2可知，2007-2014年普蘭店區(qū)年均氣溫呈波動下降趨勢，2015年氣溫明顯上升，隨后處于基本穩(wěn)定狀態(tài)，該變化趨勢與農(nóng)業(yè)用水保持較好一致性。年際上，降水量變化較大，結(jié)合關(guān)聯(lián)度排序結(jié)果，農(nóng)業(yè)用水量變化與降水量的關(guān)聯(lián)度較低。2005年降水較少當(dāng)年的農(nóng)業(yè)用水量相對加高，2015-2017年氣溫升高而降水量相對較少，此期間的農(nóng)業(yè)用水量急劇增大，表明農(nóng)業(yè)用水量與降水量變化密切相關(guān)[7]。

圖2 農(nóng)業(yè)用水變化與氣候條件的關(guān)系

2)牲畜養(yǎng)殖業(yè)。畜牧養(yǎng)殖發(fā)展趨勢可以用牲畜存欄量來描述，牲畜養(yǎng)殖數(shù)量會間接或直接地影響牧草業(yè)種植規(guī)模和養(yǎng)殖業(yè)用水量。從圖3可知，牲畜存欄量與農(nóng)業(yè)用水量的變化趨勢保持較好一致性，研究期間牲畜存欄量呈現(xiàn)出先減少后增加的趨勢，2007年牲畜存欄量和農(nóng)業(yè)用水量均達(dá)到最大，而2009年牲畜存欄量和農(nóng)業(yè)用水量較低，較2011-2014年2015年的牲畜存欄量明顯增大，2015年農(nóng)業(yè)用水量也大幅度增大，表明農(nóng)業(yè)用水量變化和牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展密切相關(guān)。

3)勞動力投入。勞動力投入以農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率的高低可用農(nóng)業(yè)用水量與勞動力投入的關(guān)系來反映，如圖4。

圖3 農(nóng)業(yè)用水變化與牲畜養(yǎng)殖業(yè)的關(guān)系

圖4 農(nóng)業(yè)用水變化與勞動力投入的關(guān)系

從圖4可知，農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)與農(nóng)業(yè)用水量變化趨勢保持同步，研究期間普蘭店區(qū)農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)呈現(xiàn)出先下降后上升的變化趨勢，2007年和2010年的農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)和同年用水量均明顯較高，2015-2020年的農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)和農(nóng)業(yè)用水量保持同步上升的變化趨勢，表明農(nóng)林牧漁就業(yè)人數(shù)的增大會影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率，增大農(nóng)業(yè)用水量[8]。

d、糧食作物播種面積。普蘭店區(qū)現(xiàn)狀經(jīng)濟(jì)作物種植比例較低，種植結(jié)構(gòu)以耗水量較大的糧食作物為主。由圖5可知，2005-2020年，糧食作物播種面積呈波動變化趨勢，其中2007-2016年呈增大趨勢，該變化與普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水量變化保持一致。2007-2020年，經(jīng)濟(jì)作物種植面積、有效灌溉面積和農(nóng)作物總播種面積總體呈上升趨勢，其中2007-2014年有效灌溉面積上升幅度不大，2015年有效灌溉面積和農(nóng)業(yè)用水量均表現(xiàn)出明顯上升趨勢，2015-2020年有效灌溉面積逐年增大，該變化趨勢與農(nóng)業(yè)用水變化總體相符[9-14]。

圖5 農(nóng)業(yè)用水變化與糧食作物播種的關(guān)系

4 結(jié) 論

1)受氣候條件、牲畜養(yǎng)殖業(yè)發(fā)展、勞動力投入和糧食作物播種面積等因素影響，普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水總體呈波動減少趨勢。2007-2020年，普蘭店區(qū)農(nóng)作物有效灌溉面積和總播種面積不斷增大，農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量也有一定的增加，但農(nóng)業(yè)畝均取水量的減少使得農(nóng)業(yè)用水量并未明顯增大，總體呈現(xiàn)出穩(wěn)中略降的變化趨勢，由此表明該區(qū)域農(nóng)業(yè)用水量效率不斷提高。

2)隨著普蘭店區(qū)水庫移民新開耕地面積的增加以及工業(yè)化、城鎮(zhèn)化的不斷推進(jìn)，加之流域來水逐年減少、未來氣溫的上升趨勢，將進(jìn)一步加劇普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)用水短缺矛盾。因此，在確保糧食安全的情況下應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化作物種植結(jié)構(gòu)，適當(dāng)增大飼草、瓜菜等作物比例。同時，通過提高農(nóng)業(yè)勞動生產(chǎn)率、加強(qiáng)農(nóng)民節(jié)水意識和夯實基層水利服務(wù)基礎(chǔ)等促進(jìn)普蘭店區(qū)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展。

3)受數(shù)據(jù)資料限制，文章未深入探討農(nóng)業(yè)用水量與農(nóng)業(yè)生產(chǎn)效率間的關(guān)系，也沒有涉及農(nóng)業(yè)用水受農(nóng)業(yè)水價的影響，未來仍需進(jìn)一步探討農(nóng)業(yè)用水與農(nóng)業(yè)投入指標(biāo)的研究。