基于水足跡理論的縣域農(nóng)業(yè)用水評(píng)價(jià)及影響因素分析-以甘肅省景泰縣為例

包雄鵬， 辛永君， 周冬梅， 金銀麗， 周 凡， 楊 靜， 馬 靜， 張 軍,3

（1. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)院，甘肅 蘭州 730070； 2. 甘肅農(nóng)業(yè)大學(xué)管理學(xué)院，甘肅 蘭州 730070；

3. 甘肅省節(jié)水農(nóng)業(yè)工程技術(shù)研究中心，甘肅 蘭州 730070）

0 引言

水資源是一個(gè)地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的重要條件和戰(zhàn)略性資源，是生物賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，對(duì)人類的生存發(fā)揮著重要作用[1-3]。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中，人們對(duì)水資源利用程度的不斷加深及耗水量的增加導(dǎo)致水資源進(jìn)一步短缺等問題[4-5]。農(nóng)業(yè)用水量占比較大，對(duì)農(nóng)業(yè)水資源消耗特征的研究，探索農(nóng)業(yè)水資源消耗結(jié)果、利用效率等方面問題，可為區(qū)域水資源可持續(xù)利用戰(zhàn)略提供科學(xué)依據(jù)[6-10]。水足跡作為水資源消費(fèi)和利用方面的主要評(píng)價(jià)方法，對(duì)于農(nóng)業(yè)用水分析有著重要的作用[11]。通過分析研究農(nóng)業(yè)水足跡，可了解農(nóng)業(yè)用水的結(jié)構(gòu)和分布情況，為區(qū)域發(fā)展提供新思路[12]。目前水資源評(píng)價(jià)方法主要有主成分分析法、相關(guān)性分析法、灰色聚類評(píng)價(jià)法和綜合評(píng)價(jià)法等[13-15]。由于水資源是一個(gè)受許多因素影響的復(fù)雜系統(tǒng)，因此在水資源的評(píng)價(jià)方面存在許多的困難，其受到經(jīng)濟(jì)、生態(tài)、人口和分布特征的制約，以及人類活動(dòng)的影響[16]。水足跡理論是由Hoekstra 在2002 年提出的水資源評(píng)價(jià)的一種新方法，水足跡是指一定范圍一定時(shí)間內(nèi)消耗的所有產(chǎn)品和服務(wù)所需的水資源量[17]。水足跡理論較為系統(tǒng)和準(zhǔn)確地反應(yīng)區(qū)域用水的情況和用水需求[18-19]。農(nóng)業(yè)水足跡的研究主要目的在于厘清農(nóng)業(yè)耗水特征，為解決區(qū)域水資源短缺、水資源利用效率和生態(tài)環(huán)境壓力等問題提供依據(jù)[20-22]。

隨著甘肅省景泰縣社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平的不斷提高和耕地面積的不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)用水量也隨之不斷增大，區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源合理利用成為重要的問題。本文基于水足跡理論，從農(nóng)業(yè)水足跡結(jié)構(gòu)、農(nóng)業(yè)水足跡空間變化和農(nóng)業(yè)水足跡綜合影響因素等方面進(jìn)行研究分析[22]。選取不同影響因素的相關(guān)指標(biāo)，從經(jīng)濟(jì)因素、氣候因素、人口因素、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素進(jìn)行綜合分析評(píng)價(jià)，對(duì)主要農(nóng)產(chǎn)品水足跡變化情況、相關(guān)特征及相關(guān)影響因素進(jìn)行綜合分析，為景泰縣農(nóng)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整及優(yōu)化配置水資源提供重要參考[23-25]。

1 研究區(qū)概況和數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

景泰縣位于東經(jīng)103°33′～104°43′，北緯36°43′～37°38′。景泰縣屬于白銀市，地理位置處于甘肅中部，東和靖遠(yuǎn)縣與平川區(qū)相隔黃河，西部與古浪縣和天祝藏族自治縣接壤，南部與皋蘭縣、永登縣相鄰，位于河西走廊東端。景泰縣總地形是西高東低，海拔1 274～3 321 m。屬于溫帶大陸干旱氣候，年均氣溫9.7 °C，年總?cè)照諘r(shí)數(shù)2 515.7 h，年降水量281.9 mm。景泰縣大部分屬黃河流域，黃河干流從縣境南部沿縣界東緣流入寧夏，是全縣唯一的常年地表徑流，其余為間歇性洪流。黃河過境境內(nèi)流程約110 km，年平均流量993～1 040 m3/s，年 徑 流 量315 億～328 億m3。2019 年，景泰縣總?cè)丝?3.89 萬人，常住人口22.56 萬人，城鎮(zhèn)化率52.79%。2019 年人均GDP 為23 382.3 元。主要農(nóng)產(chǎn)品有小麥、玉米、馬鈴薯等，農(nóng)業(yè)用水占全縣用水總量90%以上。因此，對(duì)景泰縣農(nóng)業(yè)用水進(jìn)行科學(xué)分析，可為提高景泰縣水資源利用效率、實(shí)現(xiàn)水資源可持續(xù)利用提供理論支撐。

1.2 數(shù)據(jù)來源

數(shù)據(jù)來自于景泰縣統(tǒng)計(jì)年鑒（2010-2019）、2010-2019 年水資源公報(bào)、景泰縣社會(huì)發(fā)展公報(bào)（2010-2019），以及2021 年4 月和5 月對(duì)景泰縣各鄉(xiāng)鎮(zhèn)調(diào)研。

2 研究方法

2.1 農(nóng)業(yè)水足跡計(jì)算

農(nóng)業(yè)水足跡主要計(jì)算方法有投入產(chǎn)出法、產(chǎn)品生命周期法、自下而上法及自上而下法，本文從數(shù)據(jù)可獲得性及可靠性方面選取自下而上法進(jìn)行計(jì)算[26]。其數(shù)學(xué)表達(dá)式為

水足跡效益是以一個(gè)地區(qū)水資源的利用效率作為衡量標(biāo)準(zhǔn)，來反映區(qū)域水資源在農(nóng)業(yè)發(fā)展中對(duì)水資源的利用情況。水足跡效益也可稱之為水資源的集約利用程度，其數(shù)值大小，反映區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源利用程度高低。其計(jì)算公式為

2.2 灰色預(yù)測模型

灰色預(yù)測模型是對(duì)系統(tǒng)的特征值進(jìn)行變化預(yù)測。在灰色預(yù)測中，有些現(xiàn)象是雜亂的、隨機(jī)的，但其又是有序的、有界的，灰色預(yù)測是利用這種規(guī)律建立灰色模型[27]。使用最廣泛的灰色預(yù)測模型階微分GM（1,1），按時(shí)間累加后形成新序列，用一階線性微分方程來逼近。

建立模型前先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，常用的處理方式有累加和累減。設(shè)原始時(shí)間序列為

進(jìn)行后驗(yàn)差檢驗(yàn)：計(jì)算原始序列的方差，殘差序列的方差。

3 結(jié)果與分析

3.1 農(nóng)業(yè)水足跡結(jié)構(gòu)變化

景泰縣地區(qū)農(nóng)畜產(chǎn)品單位質(zhì)量虛擬水含量結(jié)合孫才志等[28]與燕明達(dá)等[29]的研究成果計(jì)算結(jié)果如表1 所示。從圖1 可知，2010-2019 年景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡整體呈波動(dòng)增長趨勢。農(nóng)業(yè)水足跡從2010 年的2.92 億m3到2019 年的4.47 億m3，增加了53%。人均水足跡與景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡的變化趨勢相一致，呈現(xiàn)同步增長趨勢。人均水足跡最低的年份2011 年為820.4 m3/人，在2019 年達(dá)到1 870.04 m3/人，2010-2019 年人均水足跡增長53.6%。由于景泰縣處于干旱地區(qū)，氣候比較干燥，降水較少、蒸發(fā)量大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中對(duì)水資源的消耗比例大。農(nóng)田灌溉用水量占農(nóng)業(yè)用水量比例大，大多數(shù)水資源用于農(nóng)業(yè)灌溉，造成了水資源的分配不均[30-31]。對(duì)于生態(tài)用水、生活用水和工業(yè)用水的結(jié)構(gòu)造成影響，一定程度導(dǎo)致各行業(yè)的用水不均和結(jié)構(gòu)不合理問題。

表1 景泰縣農(nóng)畜產(chǎn)品虛擬水含量Tab. 1 Virtual water content of agricultural and livestock products in Jingtai County單位：m3/kg

圖1 景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡總量與人均量Fig. 1 Total and per capita agricultural water footprint in Jingtai County

根據(jù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果（表2）來看，糧食作物水足跡整體呈波動(dòng)增長趨勢。水足跡增長速度較快的為玉米，從2010 年的4.761×107m3，增長到2019 年的1.006×108m3，2010-2019 年平均增速為5.89×106m3/a。小麥水足跡呈現(xiàn)下降趨勢，從2010 年的5.615×107m3，緩慢下降至2019 年的4.686×107m3，呈現(xiàn)負(fù)增長趨勢，2010-2019年平均增速為-1.03×106m3/a。豆類作物2010-2017 年呈現(xiàn)平穩(wěn)趨勢，2010 年水足跡為7.267×106m3，2017 年水 足 跡為7.656×106m3，2010-2017 年 平 均 增 速 為6×104m3/a；2017-2019 年 增 長 最 快，從2017 年 的7.656×106m3到2019 年 的7.771×107m3，2017-2019 年平均增速為3.50×107m3/a；2010-2019 年平均增速為7.83×106m3/a。

表2 景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡結(jié)構(gòu)Tab. 2 Structure of agricultural water footprint in Jingtai County單位：106m3

經(jīng)濟(jì)作物水足跡整體呈波動(dòng)變化趨勢，先下降后上升。蔬菜的水足跡總體呈緩慢下降的變化趨勢，有不同的變化區(qū)間：2010-2011 年先下降，2011-2013 年上升，2013-2015 年下降，2015-2017 年上升。其中，2011-2013 年為波動(dòng)變化較大的區(qū)間，從2011 年的2.622×107m3，到2013 年的1.457×108m3，增加了4.6 倍。2010-2019 年平均增速為-3.5×105m3。水足跡增長最為明顯的為水果，從2010 年的3.945×107m3到2019 年的8.430×107m3，2010-2019 年平均增速4.98×106m3，處于穩(wěn)定增長狀態(tài)。油料作物的水足跡呈現(xiàn)先增長再下降 趨 勢，從 2010 年 的 2.201×107m3到 2014 年 的4.079×107m3，呈現(xiàn)增長趨勢；2016-2019 年呈現(xiàn)下降趨勢；2010-2019 年整體平均增速為-1.2×105m3。經(jīng)濟(jì)作物的水足跡，在單位質(zhì)量虛擬水含量一定的情況下，主要由其產(chǎn)量決定水足跡的高低。經(jīng)濟(jì)作物的產(chǎn)量受到多方面的影響，而在景泰縣這樣一個(gè)區(qū)域內(nèi)，其主要影響因素以與農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入為主。

畜產(chǎn)品的水足跡增長整體呈上升趨勢。羊肉的水足跡從2010 年 的8.601×107m3，一 直 增 長 到2019 年 的1.262×108m3，期間增加了4.02×107m3，多年平均增長幅度為4.47×106m3。畜產(chǎn)品中牛奶波動(dòng)明顯，而牛肉水足跡呈現(xiàn)平穩(wěn)增長趨勢。豬肉的水足跡呈一定程度的減少趨勢，2010-2019 年平均增速為-5×104m3。而禽蛋呈現(xiàn)穩(wěn)步增長趨勢，由2010 年的1.048×107m3，到2019 年 的1.889×107m3，增 長 了80.26%，2010-2019年平均增速為9.3×105m3。由于景泰縣畜牧業(yè)發(fā)展受到政策扶持的影響，其處于穩(wěn)定增長狀態(tài)波動(dòng)較小，水足跡穩(wěn)步增加。

3.2 農(nóng)業(yè)水足跡效率變化

用灰色預(yù)測模型GM（1,1），模擬農(nóng)業(yè)水足跡效益。其通用性好，并且所需數(shù)據(jù)少、計(jì)算量適中，預(yù)測結(jié)果與當(dāng)?shù)貙?shí)際情況比較吻合。時(shí)間序列響應(yīng)公式為

灰色GM（1,1）模型檢驗(yàn)及預(yù)測結(jié)果如表3 所示。

表3 GM（1,1）模型檢驗(yàn)及預(yù)測結(jié)果Tab. 3 GM （1,1） model test and prediction results

景泰縣水足跡效益呈現(xiàn)增長趨勢，如圖2 所示。水足跡效益從2010 年的2.68 元/m3，到2019 年的3.64 元/m3，增加了1.36 倍，2010-2019 年平均增速為0.11 元/m3。水足跡效益是農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)值與農(nóng)業(yè)水足跡的比值，2010-2019 年景泰縣的經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，要提高水足跡效益就要從農(nóng)業(yè)水足跡方面來調(diào)控。從景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡2010-2019 年變化趨勢分析可知，其呈現(xiàn)增長趨勢。由于糧食作物的特殊性，保障糧食安全十分重要，因此需要從經(jīng)濟(jì)產(chǎn)品和畜產(chǎn)品來調(diào)構(gòu)。由于農(nóng)產(chǎn)品類型和價(jià)格的差異，水足跡更高的農(nóng)產(chǎn)品生產(chǎn)不一定對(duì)應(yīng)著高的經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)力，所以對(duì)于水足跡效益的提高，可以從兩個(gè)角度來調(diào)節(jié)，糧食產(chǎn)量優(yōu)先或者經(jīng)濟(jì)效益優(yōu)先考慮。

圖2 景泰縣水足跡效益預(yù)測Fig. 2 Projected water footprint benefits for Jingtai County

在主要農(nóng)產(chǎn)品的水足跡中，經(jīng)濟(jì)作物水足跡效益最高，而種植面積相對(duì)于糧食作物較小。而隨著糧食作物水足跡不斷增長，其對(duì)于水資源的消耗和占比較大，且糧食作物面積占比大，景泰縣農(nóng)業(yè)水資源利用結(jié)構(gòu)和效率有待調(diào)整和提高。對(duì)農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)進(jìn)行進(jìn)一步的調(diào)整，在保證糧食安全的前提條件下，可以增加經(jīng)濟(jì)作物的種植比例，以適應(yīng)地區(qū)發(fā)展的需要和經(jīng)濟(jì)的增長。

3.3 農(nóng)業(yè)水足跡空間變化

分析景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡空間變化分析，對(duì)水資源的利用效率和差異程度進(jìn)行分析，通過水足跡的分布情況進(jìn)行鄉(xiāng)鎮(zhèn)空間尺度上的研究，利用ArcMap 軟件繪制2010-2019 年的農(nóng)業(yè)水足跡空間分布（圖3），對(duì)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度的農(nóng)業(yè)水足跡進(jìn)行空間分析。

圖3 景泰縣2010—2019 年水足跡空間變化Fig. 3 Spatial variation of water footprint in Jingtai County from 2010 to 2019

對(duì)景泰縣鄉(xiāng)鎮(zhèn)尺度農(nóng)業(yè)水足跡的分布情況分析，農(nóng)業(yè)水足跡最高的是位于景泰縣東北部的五佛鄉(xiāng)，2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡總量達(dá)到7.468 億m3，占全縣總量的21.2%；而相對(duì)較高的是縣城所在地一條山鎮(zhèn)，占全縣水足跡總量的13.8%；五佛鄉(xiāng)、一條山鎮(zhèn)相對(duì)于其他鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域而言農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展較快、人口相對(duì)稠密，特別是糧食、蔬菜、水果的產(chǎn)量相對(duì)突出。

由圖3 可知，正路鎮(zhèn)2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡占比最小，但也是農(nóng)業(yè)水足跡增長最快的區(qū)域。由于其地處于山區(qū)平均海拔較高，農(nóng)業(yè)水足跡僅占全縣農(nóng)業(yè)水足跡的1.73%。其2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡增加了95%，從各農(nóng)產(chǎn)品產(chǎn)量變化分析可知，在研究期內(nèi)畜牧業(yè)中牛的數(shù)量增加了14.9 倍，羊增加了0.76 倍，種植業(yè)中豆類產(chǎn)量增加了14.6 倍，為各農(nóng)產(chǎn)品中增速最快的產(chǎn)品，這些農(nóng)產(chǎn)品經(jīng)濟(jì)價(jià)值高但虛擬水含量也高，在帶動(dòng)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)增長的同時(shí)也導(dǎo)致了農(nóng)業(yè)水足跡的快速增長。

根據(jù)景泰縣2010-2019 年各鄉(xiāng)鎮(zhèn)水足跡的變化情況（圖4），可以將各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的水足跡變化趨勢分為整體增長型、下降型及波動(dòng)型。根據(jù)圖4 分析可知，景泰縣紅水鎮(zhèn)、漫水灘鄉(xiāng)、寺灘鎮(zhèn)、正路鎮(zhèn)、喜泉鎮(zhèn)及一條山鎮(zhèn)，水足跡變化為增長型；景泰縣五佛鄉(xiāng)、中泉鎮(zhèn)，屬于水足跡下降型；景泰縣上沙沃鎮(zhèn)、廬陽鎮(zhèn)及草窩灘鎮(zhèn)，屬于波動(dòng)變化型。

圖4 景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡變化區(qū)域Fig. 4 Areas of change in agricultural water footprint in Jingtai County

（1）景泰縣水足跡變化增長型區(qū)域。①寺灘鄉(xiāng)地區(qū)，農(nóng) 業(yè) 水 足 跡從2010 年 的9.5×104m3到2019 年 的3.89×105m3，增長了307%，增長幅度變化大。水足跡增長較快的3 個(gè)階段為2010-2013 年、2015-2016 年、2018-2019 年。寺灘鄉(xiāng)地區(qū)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為5.3%。②漫水灘鄉(xiāng)水足跡從2010 年的1.37×105m3到2019 年 的4.92×105m3，整 體 增 長 了259%。2010-2015 年增長較緩，增長幅度為69%；2015-2016 年增長幅度最大為83%。漫水灘鄉(xiāng)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為7.4%。③正路鎮(zhèn)水足跡整體呈增長趨勢，從2010 年的8.5×104m3到2019年的5.91×105m3，增長了596%。2010-2017 年呈平緩的波動(dòng)變化，2017-2019 年開始快速增長。正路鎮(zhèn)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為4.8%。④紅水鎮(zhèn)水足跡整體呈增長趨勢，但水足跡波動(dòng)變化較大。從2010 年的2.44×105m3到2019 年的8.36×105m3，整體增長了242%。2010-2015 年波動(dòng)較為平緩，增長波動(dòng)幅度為48%；2015-2016 年為增長幅度最大的階段。紅水鎮(zhèn)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為12%。⑤喜泉鎮(zhèn)水足跡整體上呈增長趨勢，從2010 年的1.47×105m3到2019 年 的2.47×105m3，增 加 了68%。2010-2018 年為快速增長階段，期間增長了169%。喜泉鎮(zhèn)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為6.2%。⑥一條山鎮(zhèn)水足跡為穩(wěn)步增長型，水足跡從2010 年的4.29×105m3到2019 年的4.86×105m3，增加了13%。除2010-2011 年與2015-2016 年水足跡有較低的下降外，均為平緩增長階段。一條山鎮(zhèn)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為12.6%。

水足跡變化增長型區(qū)域，對(duì)全縣2010-2019 年水足跡貢獻(xiàn)率為48.3%，主要位于景泰縣西部地區(qū)。由于景泰縣西部區(qū)域主要以山區(qū)為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)受地形影響較大。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)結(jié)構(gòu)中畜牧業(yè)占比較大，而且從水足跡不同農(nóng)產(chǎn)品占比可知，牛羊產(chǎn)品水足跡高，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡比例大。水足跡增長區(qū)耕地面積占全縣的72.5%，為主要農(nóng)業(yè)植業(yè)區(qū)域，通過對(duì)糧食作物2010-2019 年水足跡分析可知，其水足跡呈不斷的增長趨勢，這也是造成景泰縣西部區(qū)域水足跡增長的重要原因。

（2）景泰縣水足跡變化下降型。①五佛鄉(xiāng)水足跡變 化 為 下 降 型，水 足 跡從2010 年 的1.018×106m3到2019 年的3.33×105m3，下降了67%。2013-2014 年水足跡下降波動(dòng)最大，2014-2019 年呈緩慢下降趨勢。五佛鄉(xiāng)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為20.5%。②中泉鎮(zhèn)水足跡變化為下降型，整體上從2012-2019 年下降較為平緩，在2010-2013 年處于增長趨勢。中泉鎮(zhèn)對(duì)全縣2010-2019 年農(nóng)業(yè)水足跡貢獻(xiàn)率為7%。

在水足跡下降型區(qū)域中，五佛鄉(xiāng)靠近景泰縣城區(qū)域，2019 年糧食產(chǎn)量僅占全縣的0.5%。通過景泰縣年鑒數(shù)據(jù)得知，五佛鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水足跡產(chǎn)品組成中，占比較大的主要以蔬菜、養(yǎng)豬及水果種植為主。由農(nóng)業(yè)水足跡結(jié)構(gòu)變化分析可知，景泰縣豬肉、蔬菜水足跡呈下降趨勢，相對(duì)于景泰縣其他區(qū)域以種植業(yè)為主的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，以經(jīng)濟(jì)價(jià)值更高水足跡更小的產(chǎn)品進(jìn)行生產(chǎn)發(fā)展，結(jié)構(gòu)趨于合理。中泉鎮(zhèn)由于黃河石林景區(qū)位于其中，區(qū)域?qū)τ谏鷳B(tài)的保護(hù)力度及景區(qū)的輻射帶動(dòng)作用更大，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)受到旅游業(yè)的影響大，農(nóng)民追求更高的經(jīng)濟(jì)效益的產(chǎn)品，種植業(yè)產(chǎn)值較低，農(nóng)民對(duì)于傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)的投入降低，2019 年糧食作物產(chǎn)量僅高于五佛鄉(xiāng)位于倒數(shù)第二，產(chǎn)量占全縣6%。

（3）水足跡變化呈波動(dòng)型地區(qū)，主要是上沙沃鎮(zhèn)、草窩灘鎮(zhèn)、廬陽鎮(zhèn)，波動(dòng)區(qū)主要位于景泰縣東部和東北部區(qū)域，波動(dòng)型區(qū)域?qū)疤┛h水足跡貢獻(xiàn)率24%。其水足跡呈現(xiàn)波動(dòng)變化狀態(tài)，且有些年份波動(dòng)變化較大，由于這3 個(gè)區(qū)域靠近景泰縣城，受到經(jīng)濟(jì)因素的影響，而且與自身的農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)有關(guān)，其糧食作物種植比例較大。而且由于農(nóng)業(yè)人口受經(jīng)濟(jì)因素的波動(dòng)變化，農(nóng)業(yè)人口比例也不斷降低，而糧食作物水足跡2010-2019 年呈上升發(fā)展趨勢，還受到市場波動(dòng)與農(nóng)業(yè)技術(shù)進(jìn)步的影響，多種因素綜合作用下呈現(xiàn)波動(dòng)變化。

分析景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡重心的偏移情況，對(duì)農(nóng)業(yè)水足跡進(jìn)行研究，選取2010、2013、2016 和2019 年，對(duì)其水足跡空間重心的變化情況進(jìn)行分析[32]。通過ArcMap 軟件中的空間統(tǒng)計(jì)工具將不同年份的水足跡空間重心繪制，對(duì)4 個(gè)代表年份空間重心進(jìn)行疊加，將水足跡空間重心用曲線依次連接做出重心轉(zhuǎn)移曲線。從圖5 可知，2010-2019 年，景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡重心在空間上的分布由東向西移動(dòng)。農(nóng)業(yè)水足跡空間重心的移動(dòng)，反映的是農(nóng)業(yè)水資源的消耗情況，景泰縣的農(nóng)業(yè)水足跡重心從東向西移動(dòng)，說明景泰縣農(nóng)業(yè)水資源消耗趨勢由東向西轉(zhuǎn)移。

圖5 景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡重心空間變化Fig. 5 Spatial variation of agricultural water footprint centre of gravity in Jingtai County

3.4 農(nóng)業(yè)水足跡綜合影響因素

3.4.1 水足跡與各影響因素相關(guān)性分析

農(nóng)業(yè)水足跡受到多種因素的影響，結(jié)合相關(guān)研究成果和景泰縣實(shí)際情況，從經(jīng)濟(jì)、氣候、人口、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)4 個(gè)方面進(jìn)行指標(biāo)的選擇分析，具體指標(biāo)包括人均GDP（X1，元）、種植業(yè)總產(chǎn)值（X2，元）、農(nóng)民人均純收入（X3，元）、年平均氣溫（X4，°C）、農(nóng)業(yè)人口數(shù)（X5）、人口密度（X6，人/hm2）、糧食作物單產(chǎn)量（X7，t）、化肥施用量折純量（X8，t）、年末耕地面積（X9，hm2）、年 水量（X10，mm）、年日照時(shí)數(shù)（X11，h）、農(nóng)業(yè)水足跡（Y，m3），探究各指標(biāo)與農(nóng)業(yè)水足跡的相關(guān)性。

由表4 可知，經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素與景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡正相關(guān)性為極顯著相關(guān)。相關(guān)性較高的影響因素分別是種植業(yè)總產(chǎn)值（X2）、農(nóng)民人均收入（X3）和年末耕地面積（X9），顯著相關(guān)的影響因素有人均GDP（X1）、化肥施用量折純量（X8）。由于經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，農(nóng)民收入增加，人們用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的投入也隨之加大，對(duì)于農(nóng)業(yè)的消費(fèi)增加。由景泰縣2010-2019 年的年末耕地變化量來看，耕地保有量不斷增加，導(dǎo)致農(nóng)業(yè)用水量增加和化肥施用量增加，對(duì)于農(nóng)業(yè)水足跡影響變大。

表4 農(nóng)業(yè)水足跡與影響因素的相關(guān)系數(shù)Tab. 4 Correlation coefficients between agricultural water footprint and influencing factors

人口因素中農(nóng)業(yè)人口（X5）與農(nóng)業(yè)水足跡呈負(fù)相關(guān)性，這是由于地區(qū)不斷的發(fā)展過程中，城鎮(zhèn)化不斷擴(kuò)大，農(nóng)業(yè)人口數(shù)量相對(duì)下降，對(duì)于農(nóng)業(yè)水足跡消耗相應(yīng)的降低。影響因素中氣候方面影響因子相關(guān)性較低，景泰縣地處旱地區(qū)，從2010 年到2019 年景泰縣的年平均氣溫（X4）、年降水量（X10）、年日照時(shí)數(shù)（X11）較為穩(wěn)定，氣溫（X4）、年降水量（X10）、年日照時(shí)數(shù)（X11）與景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡相關(guān)性較低。

3.4.2水足跡與各影響因素主成分分析

對(duì)農(nóng)業(yè)水足跡進(jìn)行影響因素主成分分析，根據(jù)農(nóng)業(yè)水足跡指標(biāo)的選取結(jié)果，挑選相關(guān)指標(biāo)作為影響因子。相關(guān)系數(shù)矩陣KMO 檢驗(yàn)值為0.706，大于0.6；巴特利特球形度檢驗(yàn)sig 的值為0，小于0.001；兩個(gè)檢驗(yàn)都滿足，說明選擇的因素差異性明顯且適合主成分分析。從SPSS 分析結(jié)果（表5）得出，選擇前3 個(gè)特征值均超過0.8，前3 個(gè)特征值累積貢獻(xiàn)率為86.833%，表明這3 個(gè)主成分可以反映影響因子的大部分信息。

表5 主成分特征值及貢獻(xiàn)率Tab. 5 Eigenvalues and contribution of principal components

由表5 可知，第1 主成分的貢獻(xiàn)率為64.997%，第2 主成分、第3 主成分貢獻(xiàn)率分別為11.333%、10.504%，第1 主成分影響因素遠(yuǎn)高于其他主成分，是影響景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡的主要因素。從表6 可知，第1主成分影響因素中種植業(yè)總產(chǎn)值（X2）、農(nóng)民人均純收入（X3）、年末耕地面積（X9）、化肥施用量折純量（X8）均高于0.9，存在較高的正相關(guān)關(guān)系，第1 主成分以經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素為代表。第2 主成分中，年平均氣溫（X4）、糧食作物單產(chǎn)量（X7）與第2 主成分存在較強(qiáng)相關(guān)性，年平均氣溫（X4）與第2 主成分的相關(guān)性最高，年平均氣溫（X4）為氣候因素，所以第2主成分為氣候因素的代表。第3 主成分與農(nóng)業(yè)人口（X5）、年平均氣溫（X4）存在明顯的正相關(guān)關(guān)系，與人口密度（X6）存在負(fù)相關(guān)關(guān)系，農(nóng)業(yè)人口（X5）、人口密度（X6）為人口因素，因此第3 主成分為人口因素的代表。

表6 主成分因子載荷矩陣Tab. 6 Principal component factor loading matrix

經(jīng)濟(jì)發(fā)展因素對(duì)于農(nóng)業(yè)水足跡有較大的驅(qū)動(dòng)作用，對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入、農(nóng)業(yè)種植面積及農(nóng)業(yè)單位面積產(chǎn)量有較大的影響。2010-2019 年，景泰縣的人均GDP增長了68%，種植業(yè)總產(chǎn)值增長了103%，農(nóng)民人均收入增長了194%，這些經(jīng)濟(jì)因素表明，景泰縣經(jīng)濟(jì)增長速度較快，人們對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)投入成本相應(yīng)的增大，對(duì)于農(nóng)業(yè)水足跡影響變大。在生產(chǎn)因素方面，主要影響因素為化肥施用量和年末耕地面積，化肥施用量跟經(jīng)濟(jì)因素相關(guān)，由于經(jīng)濟(jì)的增長人們購買力的提升，農(nóng)業(yè)化肥投入會(huì)相對(duì)增加。為了保障人民糧食安全，耕地面積在不斷的增加，景泰縣耕地面積從2010 的46 833 hm2到2019 年的60 867 hm2，增加了30%，使得農(nóng)業(yè)灌溉用水量不斷上升，農(nóng)業(yè)水足跡增加，經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素對(duì)于農(nóng)業(yè)水足跡的影響直接且影響非常大。第2 主成分為氣候因素年平均氣溫（X4），景泰縣處于干旱地區(qū)，農(nóng)業(yè)植物作物多為耐旱作物，研究期內(nèi)氣候因素較為穩(wěn)定，氣溫、年降水量年際變化小，相比于經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素影響較小。第3 主成分為人口因素，在人口因素中，農(nóng)業(yè)人口從2010 年的187 460 人到2019 年的162 884 人，下降了13%，農(nóng)業(yè)人口對(duì)于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的糧食作物產(chǎn)量影響較大，對(duì)農(nóng)業(yè)水足跡的影響更為突出。

4 結(jié)論

（1）2010-2019 年景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡整體呈上升趨勢。農(nóng)業(yè)水足跡中經(jīng)濟(jì)作物水足跡最高；糧食作物水足跡最低，增長速度最快，播種面積最大；畜產(chǎn)品水足跡相對(duì)經(jīng)濟(jì)作物較低，也呈現(xiàn)上升增長趨勢；景泰縣農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)有待調(diào)整優(yōu)化，在保障區(qū)域糧食安全的條件下，對(duì)農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整尤為重要。

（2）景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡存在顯著空間分異，其中五佛鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)水足跡最高，而正路鎮(zhèn)最小。景泰縣農(nóng)業(yè)水足跡重心從東向西的偏移，整體反映了農(nóng)業(yè)水資源的消耗重心的轉(zhuǎn)移。

（3）綜合影響因素相關(guān)性分析中，經(jīng)濟(jì)因素和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)因素與農(nóng)業(yè)水足跡相關(guān)性顯著，其受到種植業(yè)產(chǎn)值、農(nóng)民人均收入和年末耕地面積的影響較大。