廣西水土資源利用時空分異及匹配特征

◎龐曉菲，陸汝成，林曉楠

1.南寧師范大學(xué)地理科學(xué)與規(guī)劃學(xué)院，廣西 南寧 530001

2.南寧師范大學(xué)自然資源與測繪學(xué)院，廣西 南寧 530001

水資源與農(nóng)業(yè)土地資源在時空上分布不匹配、不均衡，會加劇水土資源利用的挑戰(zhàn)，這在一定程度上制約著我國農(nóng)業(yè)發(fā)展[1]。分析區(qū)域水土資源時空格局二元匹配，對優(yōu)化配置、有效利用有限的水土資源、保障糧食安全具有重要現(xiàn)實(shí)意義。

目前學(xué)者對水土資源的關(guān)注由厘清不同區(qū)域水土資源間的相互反饋?zhàn)饔棉D(zhuǎn)向了水土資源匹配下的糧食安全問題[2-3]。水土資源匹配關(guān)系研究方法應(yīng)用較為成熟、廣泛的是基尼系數(shù)與水土資源匹配系數(shù)方法[4-5]，兩者相結(jié)合后互補(bǔ)性增強(qiáng)，彌補(bǔ)了單獨(dú)使用時劃分程度不同、耕地水資源利用差異等不足。這種方法可有效測度區(qū)域水土資源的總體匹配程度?，F(xiàn)有研究尺度多從全國宏觀層面進(jìn)行描述，且多集中在平原等地區(qū)[6]，對山多地少的喀斯特偏遠(yuǎn)地區(qū)關(guān)注甚少。研究時段也多偏于某一年份的靜態(tài)時空格局研究，對多時段的變化仍有待補(bǔ)充。研究小組選取廣西14 個地級市為研究單元，利用2005—2020 年的相關(guān)數(shù)據(jù)，采用基尼系數(shù)與水土資源匹配系數(shù)模型，探究廣西地區(qū)水土資源匹配動態(tài)狀況，以期為廣西的農(nóng)業(yè)水土資源合理利用提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況

廣西位于東經(jīng)104°28′～112°04′，北緯20°54′～26°24′之間，東臨廣東，北接湖南與貴州，南鄰云南，西南與越南接壤，下轄14個地級市，地形地貌大致可概括為“八山一水一田一片?！薄^(qū)內(nèi)為亞熱帶季風(fēng)氣候地區(qū)，降水量豐富。截至2020 年，廣西總?cè)丝诩s為5718 萬人。水資源總量達(dá)2114.8 億m3，位居全國第4，農(nóng)業(yè)用水量為186.87 億m3,占全區(qū)用水總量的71.9%。廣西多呈典型的喀斯特地貌，全區(qū)土地總面積為23.76 萬km2，耕地面積比例為17.87%，在全國31 個?。ㄖ陛犑?、自治區(qū)）中排行第19。據(jù)全國巖溶地區(qū)第3 次石漠化監(jiān)測結(jié)果顯示，廣西石漠化土地總面積為153.29 萬hm2，占全區(qū)陸地面積的6.5%，涉及河池、百色等9 市76 縣（市、區(qū)）。

2 數(shù)據(jù)來源及研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

依據(jù)2006 年、2011 年、2016 年、2021 年份的《廣西統(tǒng)計年鑒》及14 個地級市的統(tǒng)計公報等統(tǒng)計數(shù)據(jù)，研究小組選取廣西各地市水資源總量、農(nóng)業(yè)用水量、用水總量、人口數(shù)據(jù)等社會經(jīng)濟(jì)資料來分析14 個地級市水資源與耕地的匹配特征變化；2005—2020 年4 期耕地利用變更數(shù)據(jù)引用自中國科學(xué)院資源環(huán)境科學(xué)數(shù)據(jù)中心。

2.2 研究方法

2.2.1 基尼系數(shù)

基尼系數(shù)可定量分析廣西水土資源匹配空間分布差異情況。研究小組參考楊齊祺等[5,7]的已有研究，使用基尼系數(shù)來定量分析廣西水土資源匹配空間分布差異情況。

式（1）中，G為基尼系數(shù)；Ki為第i個市的耕地面積占廣西全區(qū)耕地面積的累計比例；Ti為第i個水量占全區(qū)水資源總量的累計比例；n為廣西全區(qū)行政轄區(qū)的數(shù)量?；嵯禂?shù)越高，表明水土資源匹配程度越低，反之則匹配程度越高。

2.2.2 水土資源匹配系數(shù)

水土資源匹配系數(shù)是反映某一地區(qū)水資源與耕地資源平衡狀況和滿意度的定量指標(biāo)[1]。匹配系數(shù)越高，區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源與耕地資源的分布越協(xié)調(diào)，反之則水土資源的分布越失衡。

式（2）中，Mi，t為第i個市t年的農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)（萬m3/hm2）；Wi，t為第i個市t年的用水總量；λi，t為研究時段內(nèi)第i個市t年農(nóng)業(yè)用水占用水總量的百分比；Pi，t為第i個市t年的耕地面積；n為廣西全區(qū)行政轄區(qū)的數(shù)量。

3 結(jié)果分析

3.1 廣西農(nóng)業(yè)水土資源本底空間格局特征

2005—2020 年，廣西各地市水資源總量波動發(fā)展，多年平均單位面積水資源量在空間上大致呈“東北向西南逐步遞減”的特點(diǎn)。從行政區(qū)劃上看，單位面積水資源總量高值在桂林市及柳州市，這是因?yàn)閮傻氐乇砗恿髁饔驈V，水資源較為豐富。單位面積水資源總量低值主要分布在百色、南寧、崇左等市，但其總量仍高于國家標(biāo)準(zhǔn)，水資源本底豐厚。水資源的季節(jié)變化、分布不均制約著區(qū)內(nèi)農(nóng)業(yè)的發(fā)展，農(nóng)業(yè)水資源比例越大，則表明農(nóng)業(yè)發(fā)展的用水保障能力越強(qiáng)。2005—2020年廣西年平均水資源總量為2023.31 億m3,水資源開發(fā)利用率為14.52%，其中多年平均農(nóng)業(yè)用水量為187.70億m3，農(nóng)業(yè)用水占比達(dá)63.91%。由此可見，廣西整體農(nóng)業(yè)水資源稟賦優(yōu)勢明顯，農(nóng)業(yè)用水保障能力相對較高。

2005—2020 年，廣西多年平均墾殖率呈現(xiàn)桂西北低、桂中及桂東南地區(qū)高的特點(diǎn)，而且全區(qū)耕地面積總體呈減少趨勢。研究小組認(rèn)為，耕地分布及減少規(guī)律與廣西地形有關(guān)，桂西北的地形以山地和丘陵為主，耕地景觀破碎度高，土地墾殖率相對較低；桂東南地區(qū)地形平坦開闊，多為平原，土地平整，耕地比例相對較高。2005—2010 年耕地面積減少緩慢，空間分布散亂；2011—2020 年，耕地面積整體仍呈現(xiàn)減少態(tài)勢，但部分地區(qū)耕地面積略有上升，主要集中在百色、河池等市?？赡茉蚴沁@些地區(qū)通過土地綜合整治、“增減掛鉤”和坡耕地水土流失綜合治理等措施有效增加了耕地數(shù)量，耕地面積小幅度增加。

3.2 水土資源匹配時空格局

3.2.1 基于基尼系數(shù)的廣西總體水土資源匹配特征

在明晰廣西水土資源本底分布概況的基礎(chǔ)上，研究小組分別計算出研究期間廣西各地市水資源、耕地面積占全區(qū)水資源和耕地面積累計比例，并按由小到大次序排列后繪制洛倫茲曲線如圖1 所示，并參考已有研究劃分方法來切分廣西水土資源匹配基尼系數(shù)（G）[7]，即：G=（0，0.2），表示水資源和土地資源高度匹配或絕對匹配；G=[0.2，0.3），表示水資源和土地資源相對匹配；G=[0.3，0.4），表示水資源和土地資源匹配比較合理；G=[0.4，0.5），表示水資源和土地資源相對不匹配；G=[0.5，1），表示水資源和土地資源高度不匹配。

由圖1 可知，2005—2020 年，廣西水土資源匹配洛倫茨曲線彎曲程度整體呈先擴(kuò)張后逐漸收縮狀態(tài)，這表明水土資源匹配由不匹配向協(xié)調(diào)發(fā)展。整體來看，廣西多年平均基尼系數(shù)為0.46，這表明廣西水土資源仍不匹配。2005年，基尼系數(shù)處于[0.4，0.5）區(qū)間，表明水資源和土地資源相對不匹配；2020 年，洛倫茲曲線大幅度收縮，基尼系數(shù)陡降，處于[0.3，0.4）區(qū)間，這表明水資源和土地資源趨向匹配合理態(tài)勢發(fā)展。以上變化說明，廣西對水資源和耕地資源的重視程度日益提高，耕地保護(hù)、興建水利工程等政策的成效已逐漸顯現(xiàn)。

圖1 2005—2020 年廣西水土資源匹配洛倫茨曲線圖

3.2.2 基于水土資源匹配系數(shù)的廣西水土資源匹配特征

模型計算結(jié)果顯示如表1 所示，2005—2020年，廣西水土資源匹配系數(shù)在0.01～0.39 之間。研究小組基于GIS 的自然斷點(diǎn)法將匹配系數(shù)劃分為4 個等級：匹配極差（0 ＜G ≤0.05）、匹配較差（0.06 ＜G ≤0.09）、匹配良好（0.10 ＜G ≤0.15）、匹配較好（0.16 ＜G ≤0.39）。

表1 2005—2020 年廣西各市農(nóng)業(yè)水土資源匹配系數(shù)表

整體來看，廣西水土資源匹配程度空間上呈現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，大致呈東南部向西北部梯度降低的特點(diǎn)。2005—2020 年，廣西農(nóng)業(yè)水土資源匹配較好的城市主要位于桂東南地區(qū)，匹配程度極差的城市主要集中在桂西北、桂西南地區(qū)。

（1）2005 年，北海、玉林等市水土資源匹配較好及良好，百色、河池等市匹配程度較差。研究小組認(rèn)為，該現(xiàn)象與各地市的地形地貌有關(guān)。桂東南地區(qū)多為平原，耕作條件優(yōu)越，重視水利基礎(chǔ)設(shè)施的投入，水土資源進(jìn)一步匹配；桂西北地區(qū)以巖溶地貌為主，水利工程建設(shè)難度大、成本高，地表水易漏失，從而導(dǎo)致水土資源系統(tǒng)失衡。

（2）2010年，水土資源匹配空間變化不顯著。

（3）2015年，水土資源匹配不合理程度加劇，匹配極差的城市由西北向東南蔓延，這可能與2015 年強(qiáng)降水量有關(guān)。該年降水總量為4494億m3，比多年平均值偏多23.6%。

（4）2020 年，匹配合理程度有明顯提升，主要集中在貴港市、玉林市、北海市等。這些城市除了自身優(yōu)勢，還得益于“增減掛鉤”及耕地提質(zhì)改造等工作的落實(shí)，耕地數(shù)量質(zhì)量有所提高，水土資源匹配程度進(jìn)一步提升。

4 建 議

水土資源匹配除源于自身的資源稟賦外，還受多種人為因素影響。要實(shí)現(xiàn)水土資源協(xié)調(diào)可持續(xù)發(fā)展，研究小組建議，可對農(nóng)業(yè)水土資源進(jìn)行差異化管護(hù)。對于桂西北喀斯特地區(qū)，要因地制宜采取合適的工程干預(yù)措施，平整地塊，最大程度歸并細(xì)碎耕地，推進(jìn)坡耕地改梯田，提高水循環(huán)，防治水土流失；對于桂東南、桂中水土資源匹配相對良好的地區(qū)，要推進(jìn)撂荒耕地利用，堅決遏制耕地“非農(nóng)化”，加強(qiáng)耕地流轉(zhuǎn)監(jiān)督，提高糧食復(fù)種指數(shù)；推廣節(jié)水灌溉設(shè)施，加強(qiáng)農(nóng)田水利基礎(chǔ)設(shè)施的配套建設(shè)。

5 結(jié) 語

研究小組對2005—2020 年廣西地區(qū)的水土資源分布進(jìn)行時空測算與探討，結(jié)合基尼系數(shù)和水土資源匹配系數(shù)研究了廣西14 個地級市水土資源協(xié)調(diào)關(guān)系的區(qū)域差異，明晰其時空變化格局，得到以下結(jié)論。

（1）2005—2020 年，廣西地區(qū)水資源較為豐富，耕地資源短缺，兩者存在明顯的空間錯位。廣西地區(qū)水資源稟賦優(yōu)越，但空間分布不均，呈現(xiàn)“東北向西南逐步遞減”的空間分布特點(diǎn)，單位面積水資源量高值區(qū)主要為桂林市、柳州市等西北地區(qū)；耕地資源短缺且破碎度高，多年平均耕地面積比例高值分布在貴港市等中部地區(qū)。

（2）2005—2010 年，廣西農(nóng)業(yè)水土資源匹配基尼系數(shù)不斷升高，呈大幅度波動式發(fā)展，水土資源協(xié)調(diào)關(guān)系由合理向相對不匹配區(qū)間發(fā)展；2011—2020 年，廣西農(nóng)業(yè)水土資源匹配基尼系數(shù)陡降，水土資源匹配關(guān)系向良好態(tài)勢發(fā)展。

（3）2005—2020 年，廣西水土資源匹配程度空間上呈現(xiàn)不均衡現(xiàn)象，表現(xiàn)出一定的集聚態(tài)勢，大致呈東南部向西北部梯度降低的特點(diǎn)。從行政分區(qū)來看，農(nóng)業(yè)資源匹配系數(shù)較好的主要為貴港市、北海市、玉林市。

（4）不同年份各地市的內(nèi)部存在差異，應(yīng)進(jìn)一步深入研究，進(jìn)行更小尺度的探索。今后研究可考慮探討障礙因子，綜合分析水土資源匹配的影響驅(qū)動機(jī)制。