陜西關中地區農業水土資源時空匹配格局研究

侯 薇，劉小學，魏曉妹

（1.西北農林科技大學 水利與建筑工程學院，陜西 楊凌712100；2.陜西省地下水管理監測局，西安710003）

水土資源是社會經濟發展的物質基礎和戰略資源。隨著城市化、工農業現代化進程的不斷加快，水土資源短缺、質量退化等問題已成為制約地區社會經濟可持續發展的瓶頸。對于農業生產來說，水土資源是農業生產的核心要素，二者在時間和空間上的匹配程度直接影響區域農業可持續發展[1]。近十幾年來，受氣候變化和人類活動的影響，尤其是城市化進程的快速發展，使得陜西關中地區水土資源的數量和質量發生了明顯的變化，同時，農業水土資源被擠占的態勢明顯。因此研究該區農業水土資源匹配狀況對農業水土資源的高效利用和保障糧食安全具有重要參考價值。

1 關中地區概況

關中地區位于陜西省中部，西起寶雞，東到潼關，南界秦嶺，北接渭河北山，所轄行政區包括西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南5市和楊凌農業高新技術產業示范區，共54個縣（市、區），總面積55 384km2，約占陜西省總面積的26.7%。該區地勢平坦，氣候溫暖，土壤肥沃、灌溉農業發展歷史悠久，是陜西省人口密集、工農業發達的區域和主要的糧棉油果生產基地。截至2008年底，全區人口2 357.57萬人，占全省總人口的近63%，人口密度為425人／km2，是全省和全國的2.3倍和3倍；全區耕地面積151.529萬hm2，占陜西省耕地面積的53%；全區GDP占陜西省的63%；糧食總產量占陜西省糧食產量的73%；農林牧漁業總產值占全省的57.9%[2]。

2 水土資源量及利用特征分析

關中地區為半濕潤易旱區，水土資源關系密切，水資源的豐枯程度決定著土地利用的方向和格局，進而影響耕地資源的效率和效益，而土地資源的利用結構又影響著水資源的開發利用模式。按照關中地區的行政區劃，依據陜西水資源公報（1994—2008年）、《陜西統計年鑒》（1994—2008年）、陜西省土地利用詳查變更數據等資料，通過對各市水土資源的數量及利用特征進行分析，以掌握水土資源及利用動態，從而為農業水土資源時空匹配格局的研究提供依據。

2.1 水資源量及利用特征

2.1.1 水資源量分析 關中地區水資源主要來自于天然降水，年降雨量500～700mm，多年平均降水量為670.6mm。關中地區屬于溫帶季風性氣候，降雨量年內分配很不均勻，7—9月占全年降雨量的60%～70%，11—12月降雨僅占全年降雨量的5%～8%。水資源的空間分布也不均勻，渭河以北耕地和人口占全區25%和41%，自產地表水資源占有量為70%，而渭河以南耕地和人口占全區75%和59%，自產地表水資源占有量僅為30%。

關中地區年平均（1994—2008年）水資源總量為63.68億m3，其中地表水資源量為48.52億m3，地下水資源量為37.02億m3，地表與地下水資源重復計算量為21.86億m3。可見，關中地區水資源以地表水為主，約占水資源總量的76%，關中地區及各市水資源總量、人均水資源量和單位面積耕地占有水資源量如表1所示。由表1可以看出，關中地區人均水資源占有量為270m3／人，相當于全國平均水平（2 300 m3／人）的12%，耕地占有水量為4 202m3／hm2，相當于全國平均水平（23 715m3／hm2）的18%。按照國際人均水資源量標準，關中地區屬于水資源嚴重匱乏區，其中寶雞市屬于重度缺水地區（≤1 000m3／人），關中其余4個市均屬于極度缺水地區（≤500m3／人）。

關中地區水資源空間分布與社會經濟發展不相協調。西安市作為關中地區經濟政治中心，國民生產總值和人口分別占到全區的51.1%和35.6%，水資源卻只有全區的32%，人均水資源占有量僅為全國的1／6。咸陽市和渭南市的糧食產量占到全區的25%和27%，水資源分布卻僅為10%和17%。

關中地區降水的顯著季節性變化、水資源短缺、水資源分布與社會經濟發展不平衡，這些水資源總量及其分布特征勢必制約關中地區農業的發展，影響關中地區農業水土資源的匹配格局。

表1 關中地區水資源量計算

2.1.2 水資源利用特征分析 關中地區多年平均用水量為47.57億 m3（1994—2008年），西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南分別為18.06億 m3、0.71億 m3、6.86億 m3、10.41億 m3、11.52億 m3。關中地區以農業用水為主，占到總用水量的62%；農田灌溉用水量16 911m3／hm2，高于全國農田灌溉用水量7 152m3／hm2的2倍；工業用水量比重為21%；生活用水量比重僅為17%；人均用水量為201m3／人，不到全國人均用水量（425m3／人）的一半。

根據表2所列關中地區各部門用水比重及年均增長量數據及區域經濟發展狀況、經濟構成特點等，分析關中地區水資源利用特征為：在1994—2008年，關中地區農業用水比重呈逐漸下降趨勢，農業用水量在1994—2003年持續下降后有回升的趨勢。1994—2004年，關中地區工業用水比重逐漸上升，工業用水量在1994—2003年增長之后又逐漸減小。1994—2008年關中地區生活用水比重和生活用水量都呈增大趨勢。

表2 關中地區各部門用水比重及年均增長量表

2.2 土地資源及利用特征

2006年關中土地總面積554.771萬hm2，其中耕地175.785萬hm2，園地30.294萬hm2，林地202.747萬hm2，牧草地26.121萬hm2，其他農用地13.984萬hm2，居民工礦用地42.255萬hm2，交通用地3.044萬hm2，水利設施用地1.236萬hm2，未利用地59.304萬hm2。關中地區土地利用具有以農林業用地為主的結構特點，林地、耕地比重分別高出全國12% 和18%，其余土地類型所占比例均低于全國平均水平。關中地區耕地耕層深厚，耕性優良，土地平坦，一等耕地占52.2%，遠高于全國41.32% 的平均水平[3]。但關中地區區域經濟發展迅速、人口集中、用地矛盾突出，1994—2003年關中地區耕地面積10 a累計減少25.6萬hm2，人均耕地面積減少了27%，西安、銅川、寶雞、咸陽、渭南市的耕地面積分別以0.43萬hm2／a、0.14萬hm2／a、0.71萬hm2／a、0.91萬hm2／a、0.66萬hm2／a的速度收縮。2004—2008年關中地區耕地面積雖然整體還是呈下降趨勢，但耕地面積不斷減少的局面得到了有效控制甚至出現了回升。

由表3可看出，生態退耕、農業結構調整、建設占用是關中地區耕地減少的最主要原因，且關中各市耕地減少去向有很大差異。西安市耕地主要轉變為建設用地。寶雞市耕地面積絕大多數是生態退耕造成的。咸陽市、銅川市耕地面積主要因農業結構調整和建設用地而減少。渭南市耕地面積主要因農業生態退耕和建設用地而減少。

表3 2004－2006年關中地區耕地減少去向比例

3 農業水土資源時空匹配格局研究

由以上對陜西關中地區的水土資源量及利用特征分析可以看出，農業作為該區水土資源占有量最多的行業，其時空匹配格局的研究對該區水土資源的有效利用具有重要作用。

目前我國水土資源匹配格局的研究以水資源的空間分布為主，將水土資源結合的較少，對于農業水土資源匹配格局的研究更少。吳宇哲等[4]將區域基尼系數引入水土資源匹配的研究，通過基尼曲線和系數對我國水土資源整體匹配狀況進行了分析，結果表明我國水土資源匹配程度處于世界平均水平；劉洋、姜寧等[5－6]分別將基尼系數應用于遼寧省及黑龍江省的水資源空間匹配研究；劉彥隨等[7]以中國東北地區為例，構建區域農業水土資源匹配系數模型，以市域為單位對東北地區農業水土資源匹配程度作出了定量評價。本文以農業水土資源匹配系數為評價指標，通過對陜西省關中地區農業水土資源時空匹配程度的定量評價，研究農業水土資源的匹配格局。

3.1 研究思路與方法

農業水土資源匹配系數反映特定區域可供農業利用的水資源和耕地資源時空適宜匹配的量比關系，揭示區域農業水資源與耕地資源在時空上的相互滿足程度，一般采用單位面積耕地可擁有的水資源量來表示。農業水土資源匹配系數由區域水資源量、耕地資源量以及水資源的時空分布和利用特征決定，其值越大，表明農業水資源能夠滿足耕地資源的程度越高，該區域的農業資源形勢是水多地少；其值越小，農業水資源能夠滿足耕地資源的程度越低，該區域的農業資源形勢是地多水少。農業水土資源匹配系數模型如下：

（1）以市域為基本單位的農業水土資源匹配系數計算模型[7]：

（2）區域農業水土資源匹配系數計算模型[8]：

式中：Rk——區域k 年水土資源匹配系數；Ri，k——i市k年農業水土資源匹配系數；n——區域內市區的數量。區域農業水土資源匹配系數為該區各市農業水土資源匹配系數的平均值，用以衡量區域農業水土資源的總體匹配程度。

3.2 計算結果與分析

根據以上評價模型及陜西水資源公報（1994—2008年）、《陜西統計年鑒》（1994—2008年）、陜西省土地利用詳查變更數據等資料，計算得關中地區農業水土資源匹配系數結果如表4所示。同理，根據2003—2008年《中國水資源公報》和《中國統計年鑒》（2009年）的資料，計算出2008年全國農業水土資源匹配系數為1.42。

參考相關研究成果及表4計算結果所顯示的關中地區各市（區）R值積聚與離散的分布特點，將關中地區農業水土資源匹配系數劃分為3個等級：匹配程度較差（0≤R≤0.3）；匹配程度一般（0.3≤R≤0.5）；匹配程度較好（0.5≤R≤1.04），用以定量評價農業水土資源的匹配程度。

表4 關中地區農業水土資源匹配系數R計算結果

根據表4所列數據及上述農業水土資源匹配系數等級評價標準，對關中地區農業水土資源匹配格局分析認為：

（1）區域農業水土資源的匹配程度。關中地區1999—2008年的農業水土資源匹配系數均為0.21～0.47，遠低于2008年的全國平均值（1.42），表明關中地區農業水土資源匹配程度較差，并長期落后于全國平均水平。

（2）農業水土資源匹配格局的時間變化。對比關中地區1999—2008年農業水土資源匹配系數與水資源總量的變化趨勢（圖1）可以看出，農業水土資源匹配系數的年際波動范圍較小，并且與水資源的豐枯變化規律一致，水資源量對農業水土資源匹配格局的制約作用非常明顯。另外，關中地區的水資源主要來自天然降水，水資源季節變化明顯，6—9月的降水量占全年降水量的60%左右，冬季12月至翌年2月降水量稀少[9]，這又使農業水資源的供給與農作物的需水不同步，進一步加大了區域農業水土資源的匹配難度。

圖1 關中地區農業水土資源匹配系數與水資源總量變化趨勢對比

（3）農業水土資源匹配格局的空間變化。在GIS技術支持下，對2008年關中地區市域尺度水土資源匹配格局進行空間分析，見圖2。

分析圖2可看出，關中地區的水資源空間分布不平衡，水資源量大體上呈現從南向北，從西向東遞減的趨勢，而耕地資源的空間分布呈東多西少，北多南少的局面，農業水土資源空間匹配存在明顯的錯位現象。因此，農業水土資源匹配系數區域差異明顯，匹配格局為西部匹配程度優于東部，南部匹配程度優于北部。

圖2 2008年關中地區水資源、耕地資源以及水土資源匹配格局的空間分布

從市域上來看，寶雞市和西安市的水資源最為豐富，占到全區水資源的70%，而土地墾殖率分別為17%和25%，寶雞市和西安市的匹配程度明顯優于其他市區；咸陽市、渭南市、銅川市的匹配水平相當，水資源量僅為全區的10%和17%，土地墾殖率卻達到35%和40%，咸陽市的匹配程度最差，渭南市和銅川市略優于咸陽市。

圖3 2001－2008年關中地區有效灌溉面積比例

4 農業水土資源時空匹配差異性原因及對策

（1）關中地區農業水土資源時空匹配差異性主要是由水資源的時空分布特點所決定的。關中地區降水季節性明顯，水資源嚴重短缺制約社會經濟發展，水資源分布與社會經濟發展格局不協調。長期以來關中地區的諸多水資源問題無論依靠節水技術還是水資源聯合調度，關中地區境內自產水資源都很難解決水資源短缺的問題。因此，要解決關中地區農業水土資源匹配的矛盾，必須考慮外流域調水。從20世紀90年代開始，引陜南的水接濟關中（引漢江或引嘉陵江濟渭河等）的省內南水北調工程，已成為陜西省重點考慮的跨流域調水工程。此外，改造現有供水工程，提高工程調蓄能力以及雨水集流等措施可以有效地緩解汛期水資源流失。

（2）有效灌溉面積比例不夠高導致農業水資源利用效率偏低。2001—2008年，關中地區有效灌溉面積占耕地面積之比如圖3所示。可以看出，關中各市有效灌溉面積呈下降趨勢或者增幅很小，銅川市的有效灌溉面積比例僅為20%左右。增加有效灌溉面積有利于農業水資源的高效利用，有助于提高農業水土資源匹配程度。

（3）農業結構不合理，第一產業現代化滯后。農業結構調整可以影響耕地面積變化、提高耕地的利用效率、加速實現農業產業化，有利于提高農業水土資源匹配程度。關中地區正在不斷加大農業結構調整的力度，尤其是咸陽市和銅川市。與此同時還可以加強農業內部種植結構的調整，壓縮糧食作物和高耗水作物的種植比例，進一步提高對耕地及農業水土資源的利用效率。

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[5]劉洋，金鳳君，甘紅.區域水資源空間匹配分析[J].遼寧工程技術大學學報，2005，24（5）：657－660.

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