基于水資源供給條件的塔里木河流域耕地規(guī)模分析

克帕也木·爾肯

(新疆維吾爾自治區(qū)塔里木河流域巴音郭楞管理局水利科研所，新疆 庫(kù)爾勒 841000)

1 研究區(qū)概況

塔里木河位于新疆塔里木盆地的北部，是中國(guó)境內(nèi)最長(zhǎng)的內(nèi)陸河，共包括九大水系、144條支流，多年平均水資源量約429億m3，多年平均天然徑流量約398.3億m3，主要依靠天山山脈和昆侖山脈的融雪補(bǔ)給。塔里木河的干流自西向東環(huán)繞塔克拉瑪干沙漠，流入尾閭臺(tái)特瑪湖，是一條純粹的耗散型河流。塔里木河流域?qū)儆诘湫偷臏貛Т箨懶詺夂颍邓∩?、蒸發(fā)強(qiáng)烈，生態(tài)環(huán)境比較脆弱。由于建國(guó)初期的水資源的過度開發(fā)和利用，塔里木河出現(xiàn)斷流現(xiàn)象，在進(jìn)入21以來，流域內(nèi)的生態(tài)逐漸恢復(fù)。

從行政區(qū)劃來看，塔里木河流域主要設(shè)計(jì)5個(gè)地州，分別是巴音郭楞蒙古族自治州(簡(jiǎn)稱巴州)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州(簡(jiǎn)稱克州)2個(gè)自治州，以及喀什、阿克蘇以及和田3個(gè)地區(qū)。受到自然環(huán)境等諸多因素的影響，塔里木河流域的經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平一直比較落后，目前仍舊以農(nóng)牧業(yè)為主，城鎮(zhèn)化水平低。塔里木河流域作為新疆的重要農(nóng)業(yè)區(qū)，灌溉用水一直是制約流域農(nóng)業(yè)發(fā)展的重要因素，而過度的水資源開發(fā)利用必然會(huì)誘發(fā)諸多生態(tài)問題，從水資源供需的視角探討流域內(nèi)耕地的適宜規(guī)模，具有重要意義和價(jià)值。

2 農(nóng)業(yè)灌溉可用水量

2.1 計(jì)算方法

受到氣候因素的影響，塔里木河流域的水資源是制約農(nóng)業(yè)發(fā)展的主要因素之一。研究中首先需要結(jié)合流域?qū)嶋H構(gòu)建非農(nóng)業(yè)灌溉用水測(cè)算體系。以區(qū)域水資源總量扣除非農(nóng)業(yè)灌溉用水總量，即可獲得農(nóng)業(yè)灌溉的可用水量[1]。對(duì)于非農(nóng)業(yè)灌溉用水，主要包括生產(chǎn)用水、生活用水和生態(tài)用水[2]。其中，生產(chǎn)用水主要包括第二和第三產(chǎn)業(yè)用水，生活用水主要由城鎮(zhèn)和農(nóng)村居民生活用水構(gòu)成，生態(tài)用水主要包括河道內(nèi)外的生態(tài)用水。計(jì)算中所使用的數(shù)據(jù)主要來自《新疆水資源公報(bào)》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》《新疆維吾爾自治區(qū)生活用水定額》。

2.2 計(jì)算結(jié)果

在各項(xiàng)非灌溉農(nóng)業(yè)用水測(cè)算結(jié)果的基礎(chǔ)上，計(jì)算獲取經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和生態(tài)有限2種不同情景下塔里木河流域農(nóng)業(yè)灌溉可用水量，結(jié)果分別見表1—2。從計(jì)算結(jié)果可以看出，在生態(tài)優(yōu)先的情境下，農(nóng)業(yè)灌溉可用水量明顯減小，僅為經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景的7成左右。隨著今年來流域水資源總量的增加，農(nóng)業(yè)灌溉可用水量也呈現(xiàn)出波動(dòng)增加的態(tài)勢(shì)。

表1 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景農(nóng)業(yè)灌溉可用水量計(jì)算結(jié)果 單位：億m3

表2 生態(tài)優(yōu)先情景農(nóng)業(yè)灌溉可用水量計(jì)算結(jié)果 單位：億m3

3 農(nóng)業(yè)灌溉需水量計(jì)算

3.1 計(jì)算方法

研究中利用水足跡法對(duì)單位面積農(nóng)業(yè)灌溉需水量進(jìn)行測(cè)算，計(jì)算過程利用CROPWAT 8.0模型軟件中提供的方法[3]。具體來看，作物蒸發(fā)蒸騰量利用Penman-Monteith公式法，然后參考作物系數(shù)計(jì)算獲取作物蒸發(fā)蒸騰量[4]；有效降水量利用美國(guó)農(nóng)業(yè)部土壤保持局提出的方法；最終計(jì)算出作物蒸發(fā)蒸騰量中來自灌溉水的部分[5]。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合區(qū)域種植結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，獲得研究區(qū)單位面積農(nóng)業(yè)灌溉需水量。計(jì)算中所使用的數(shù)據(jù)主要來自《新疆水資源公報(bào)》《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3.2 計(jì)算結(jié)果

按照上述方法計(jì)算獲取塔里木河流域農(nóng)業(yè)灌溉需水量，結(jié)果見表3。從計(jì)算結(jié)果可以看出，除了喀什地區(qū)之外，其余地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉需水量均呈現(xiàn)出波動(dòng)下降的變化趨勢(shì)。其中，下降趨勢(shì)最明顯的是克州，而需水量最高的是巴州。雖然喀什地區(qū)的農(nóng)業(yè)灌溉需水量呈現(xiàn)出波動(dòng)上升的變化趨勢(shì)，但是升幅并不大。

表1 農(nóng)業(yè)灌溉需水量計(jì)算結(jié)果 單位：m3/hm2

4 耕地適宜規(guī)模

4.1 計(jì)算方法

以農(nóng)業(yè)灌溉可用水量和需水量為基礎(chǔ)，參考該領(lǐng)域的相關(guān)研究文獻(xiàn)，構(gòu)建起耕地適宜規(guī)模的計(jì)算模型，其數(shù)學(xué)表達(dá)式如下：

(1)

式中，Ac—耕地適宜規(guī)模，km2；WI—農(nóng)業(yè)灌溉可用水量，億m3；I—平均灌溉保證率，%，取75%；CWU—單位面積消耗資源量，mm；ai—作物種植面積占比，%。

以上述模型為基礎(chǔ)，可以進(jìn)一步推導(dǎo)出耕地面積超載程度，計(jì)算公式為：

(2)

式中，Aac—實(shí)際耕地面積，km2

4.2 計(jì)算結(jié)果

利用構(gòu)建的模型對(duì)經(jīng)濟(jì)優(yōu)先和生態(tài)優(yōu)先2種不同情景下耕地適宜規(guī)模進(jìn)行計(jì)算，結(jié)果分別見表4—5。從計(jì)算結(jié)果可以看出，由于受到多種因素的影響，無論是生態(tài)優(yōu)先情景還是經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景，各個(gè)不同地區(qū)和全流域的耕地適宜規(guī)模均呈現(xiàn)出先波動(dòng)上升后波動(dòng)下降的變化趨勢(shì)。具體來看，在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情境下，2018年的耕地適宜規(guī)模最大，為241.98萬hm2；2013年的耕地適宜規(guī)模最小，為181.45hm2；在生態(tài)優(yōu)先情境下，2017年的耕地適宜規(guī)模最大，為225.26萬hm2；2013年的耕地適宜規(guī)模最小，為172.30hm2?？傮w來看，在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先的情景下，由于農(nóng)業(yè)灌溉可用水量相對(duì)較多，因此耕地的適宜規(guī)模也相對(duì)較大。

表4 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景耕地適宜規(guī)模計(jì)算結(jié)果 單位：萬hm2

表5 生態(tài)優(yōu)先情景耕地適宜規(guī)模計(jì)算結(jié)果 單位：萬hm2

利用適宜耕地規(guī)模計(jì)算數(shù)據(jù)和當(dāng)?shù)馗氐膶?shí)際數(shù)據(jù)，計(jì)算獲取不同情景下的耕地超載規(guī)模，結(jié)果見表6—7。從計(jì)算結(jié)果可以看出，在經(jīng)濟(jì)優(yōu)先的情景下，2012年各地區(qū)的耕地超載規(guī)模均低于10%，其中克州和和田的超載規(guī)模小于2%。之后，受耕地規(guī)模增加和水資源量減小等因素的綜合影響，超載規(guī)模逐漸波動(dòng)增加，到2022年均超過15%，最高達(dá)到20%。其中，2014—2018年由于可供水量增加導(dǎo)致耕地適宜規(guī)模的增加，除了巴州以外其余地區(qū)的超載規(guī)模增幅相對(duì)較小，而在2018年之后，受到灌溉可供水量減小導(dǎo)致耕地適宜規(guī)模減小以及耕地面積增加等因素的影響，超載規(guī)模增加幅度較大。從生態(tài)優(yōu)先情景來看，情況更為嚴(yán)峻，各地的超載規(guī)模均大于25%，部分地區(qū)甚至接近40%。

表6 經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景耕地超載規(guī)模計(jì)算結(jié)果 單位：%

表7 生態(tài)優(yōu)先情景耕地超載規(guī)模計(jì)算結(jié)果 單位：%

5 對(duì)策與建議

由本文的計(jì)算結(jié)果可以看出，無論是經(jīng)濟(jì)優(yōu)先情景還是生態(tài)優(yōu)先情景，塔里木河流域不同地區(qū)的耕地規(guī)模均大于適宜規(guī)模，也就是存在不同的超載情況。為了應(yīng)對(duì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)之間的矛盾和沖突，單純采取大面積退耕是不適宜的，也是不可取的。結(jié)合研究結(jié)果和流域?qū)嶋H，提出如下幾方面的對(duì)策和建議：

(1)進(jìn)一步優(yōu)化種植結(jié)構(gòu)。在保證農(nóng)業(yè)產(chǎn)能，特別是糧食等主要農(nóng)作物種植面積和產(chǎn)能的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)區(qū)域內(nèi)廣大農(nóng)民因地制宜，加大耗水量小，耐旱性好的農(nóng)作物的種植比例[6]。逐步減少棉花等高耗水作物的種植面積，改種哈密瓜、番茄等具有區(qū)域經(jīng)濟(jì)特色的農(nóng)作物，從而建立起與周邊區(qū)域的差異化競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，構(gòu)建起特色化的農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)帶和產(chǎn)業(yè)鏈，從整體上減輕農(nóng)業(yè)對(duì)灌溉用水的需求量，從而通過較低的灌溉用水量支撐現(xiàn)有的耕地面積，實(shí)現(xiàn)農(nóng)民的增產(chǎn)增收。

(2)積極推進(jìn)節(jié)水型農(nóng)業(yè)。根據(jù)水利部的相關(guān)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，隨著節(jié)水農(nóng)業(yè)的發(fā)展，我國(guó)灌溉農(nóng)田的畝均用水量近年來不斷下降，目前的全國(guó)平均水平為378m3左右[7]。塔里木河流域的這一數(shù)字高達(dá)757m3，這雖然和當(dāng)?shù)氐臍夂蛱卣饔忻芮嘘P(guān)系，但是也顯示出當(dāng)?shù)鼐薮蟮墓?jié)水空間。塔里木河流域的農(nóng)村經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展水平較低，農(nóng)民的收入來源也比較單一，無論是節(jié)水意識(shí)還是節(jié)水新技術(shù)的了解和應(yīng)用都和東部發(fā)達(dá)地區(qū)存在差距。各級(jí)政府要加大該領(lǐng)域的投入力度，積極進(jìn)行農(nóng)田水利工程建設(shè)，組織廣大農(nóng)牧民學(xué)習(xí)新技術(shù)，實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域的節(jié)水增效[8]。當(dāng)?shù)剡€應(yīng)該建立灌溉面積和水量的雙控制度建設(shè)，通過經(jīng)濟(jì)杠桿的作用，實(shí)現(xiàn)灌溉面積的適當(dāng)退減。對(duì)于能產(chǎn)生較高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的種植區(qū)，建議發(fā)展末級(jí)渠系的節(jié)水改造，對(duì)所有渠道進(jìn)行混凝土襯砌，積極發(fā)展噴灌、滴灌和管道輸水等節(jié)水新技術(shù)，加大農(nóng)業(yè)科技的應(yīng)用力度，積極進(jìn)行農(nóng)業(yè)墑情監(jiān)測(cè)，切實(shí)降低農(nóng)業(yè)用水的比重。

(3)注重生態(tài)用水保障。進(jìn)入21世紀(jì)以來，塔里木河流域?qū)嵤┝艘幌盗兴こ?，有效提升了區(qū)域生態(tài)文明建設(shè)水平，使區(qū)域生態(tài)惡化的情況得到了初步遏制。但是，農(nóng)業(yè)灌溉用水在塔里木河流域用水中所占比例最大。近年來的耕地面積迅速擴(kuò)張會(huì)在一定程度上擠占生態(tài)用水，從而對(duì)生態(tài)環(huán)境建設(shè)造成不利影響。塔里木河流域必須要堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先戰(zhàn)略，必須要保證生態(tài)用水量。增加生態(tài)用水量會(huì)影響到農(nóng)民的灌溉和生活用水，會(huì)觸及農(nóng)民的部分利益。政府和相關(guān)部門應(yīng)該加大教育宣傳力度，使廣大社會(huì)公眾認(rèn)識(shí)到生態(tài)環(huán)境保護(hù)的價(jià)值，減小政策推行的阻力。

6 結(jié)語(yǔ)

水資源是制約農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要因素，有效解決農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和水資源供給之間的矛盾是全社會(huì)關(guān)注的重要問題。此次研究以塔里木河流域?yàn)槔?，在充分分析水資源供需情況的基礎(chǔ)上，計(jì)算獲取農(nóng)業(yè)灌溉可用水量和蓄水量，通過構(gòu)建的水資源約束條件下的耕地適宜規(guī)模模型計(jì)算出2012—2022年的耕地適宜規(guī)模，并提出耕地資源和水資源開發(fā)利用的對(duì)策建議，對(duì)其他地區(qū)的相關(guān)研究也具有一定的支持和借鑒作用。當(dāng)然，此次研究中對(duì)生態(tài)用水量的計(jì)算研究還比較粗糙，結(jié)果也有一定的誤差，在今后的研究中需要在計(jì)算方法和模型方面進(jìn)行優(yōu)選，以獲得更為科學(xué)和準(zhǔn)確的研究成果。