| 标题 | 粮食增产期黑龙江省农业水土资源 な笨掌ヅ涓窬盅芯 |
| 范文 | 姜秋香 巩书鑫 摘要：黑龍江省粮食总产量十二连增的同时，也给农业水土资源带来了诸多问题。为了客观地评价黑龙江省农业水土资源时空匹配情况，根据黑龙江省粮食增产期（2003-2015年）的水土资源利用状况，采用基尼系数和农业水土资源匹配系数分析了黑龙江省农业水土资源时空匹配变化情况。结果表明：（1）粮食增产期黑龙江省农业水土资源空间匹配差异较大，基尼系数在04475～04907之间，属于匹配较差范围；农业水土资源匹配系数均低于全国水平，且在时间上表现为匹配程度持续降低的态势。（2）空间差异上，黑龙江省中西部干旱区水土资源匹配程度较低，不宜继续开垦；三江平原地区粮食种植面积大，建议发展节水灌溉；北部和东南部地区水资源相对丰富，宜涵养水源，以实现可持续发展。 关键词：水土资源配置；基尼系数；黑龙江 中图分类号：TV213.9文献标志码：A文章编号： 16721683（2018）04016009 Analysis of spatiotemporal matching of agricultural water and land resources in Heilongjiang Province during the grain production growth period JIANG Qiuxiang1，GONG Shuxin2，QIU Zhiqiang3，WANG Zilong1，FU Qiang1，HUANG Ruolin1 （ 1.College of Water Conservancy and Architecture，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China；2.College of Water Sciences，Beijing Normal University，Beijing 100875，China；3.College of Resource and Environment，Northeast Agricultural University，Harbin 150030，China） Abstract： While the total grain output in Heilongjiang Province increased for 12 consecutive years，there arise many problems in agricultural water and land resources.In order to objectively evaluate the spatiotemporal matching of agricultural water and land resources in Heilongjiang Province，based on the utilization situation of water and land resources in Heilongjiang Province in the grain production growth period （20032015），we analyzed the relationship between agricultural water and land resources in Heilongjiang Province by using the Gini coefficient and the matching coefficient of agricultural water and land resources.The results showed as follows：（1） The spatial matching of agricultural water and land resources in Heilongjiang Province during the grain production growth period varied greatly，with the Gini coefficient ranging from 04475 to 04907，falling in the poor matching range.The matching coefficients of agricultural water and land resources were lower than the national average，and were declining continuously over time.（2） In terms of spatial differences，the central and western parts of Heilongjiang Province had a relatively low matching degree of water and land resources and should not be further reclaimed.The Sanjiang Plain has a large grain planting area，and we suggest developing watersaving irrigation there.The water resources in the northern and southeastern regions are relatively abundant，and should be conserved for sustainable development. Key words： allocation of water and land resources；Gini coefficient；Heilongjiang Province 农业水土资源即农业生产利用的水资源和耕地资源，是农业生产的基础条件，对于保障粮食安全意义重大。农业水土资源的时空匹配程度直接影响着区域农业的可持续发展与资源的可持续利用[1]。水资源的数量和利用情況直接影响耕地资源的生产能力，而耕地资源的开垦程度也制约着水资源的开发利用[24]。分析农业水土资源的时空匹配程度，对于合理开发利用水资源和耕地资源具有科学指导意义，同时也是区域水土资源空间优化配置的前提与基础[57]。 黑龙江省是我国重要的产粮大省，也是粮食生产发展潜力最大的地区之一[8]，其粮食生产的可持续发展不仅关系到东北地区经济振兴，而且对全国粮食安全具有一定的支撑作用[9]。据统计，2015年黑龙江省粮食总产量达6 324万t，不仅实现了粮食产量十二年连增，同时也巩固了粮食产量居全国首位和商品粮基地的地位[10]。然而，近年来由于人口的持续增长以及为粮食增产所进行的资源过度开发，导致黑龙江省出现了农业用水保证率降低、作物灌溉用水量持续增加、可耕地面积减少、土壤肥力严重退化、耕地资源生产力下降和后备资源开发潜力不足等问题[1114]。诸多农业水土资源问题的存在，不仅使2016年黑龙江省粮食产量止步于十二连增，制约了区域经济持续发展，同时也影响东北地区的经济振兴，威胁到我国的粮食安全。以往的研究中，学者多采用基尼系数、水土资源匹配系数、水土资源指数等方法对区域水土资源匹配情况进行研究，基尼系数能够反映农业水土资源的整体匹配情况但会忽略区域内的个体差异，水土资源匹配系数与水土资源指数能够反映各子区域水土匹配的差异情况但缺少对区域整体匹配情况的描述[3，1516]。鉴于此，本研究通过分析粮食增产期（2003-2015年）黑龙江省农业水土资源现状，采用基尼系数和水土资源匹配系数分析农业水土资源匹配程度及时空变化特征，以期提高区域农业水土资源利用率，协调水土资源生态环境社会经济之间的关系，保障农业水土资源的可持续发展。 1研究方法 1.1基尼系数 1.1.1理论基础 1905年美国统计学家洛伦兹提出洛伦兹曲线，该曲线把国家总人口按收入由低到高排序，按排序分别计算人口累计百分比和收入累计百分比，绘制二者对应关系曲线，该曲线即为洛伦兹曲线，其弯曲程度反映收入分配的不均衡程度[17]（见图1）。 为将一个国家的贫富差距标准定量化，1922年意大利经济学家基尼在洛仑兹曲线基础上提出了基尼系数G，计算公式如下[18]： G=[SX（]SB[]SA+SB[SX）][JY]（1） 式中：SB为洛伦茨曲线I与绝对平均线OE所包围区域B的面积；SA为I与绝对不平均线OFE所包围区域A的面积；G为基尼系数，范围为[0，1]，G值越大表示收入分配越不平均。联合国有关组织将基尼系数划分为5个级别，用于定量评价财产、资本、资源、产品和市场等资源分配的均衡程度（见表1）[1920]。 目前，基尼系数作为衡量两要素分配均衡和匹配程度的量化指标，已被广泛应用于国民经济[21]、环境评价[2224]、资源分配和利用[2526]等领域。 1.1.2水土资源匹配基尼系数计算步骤 步骤1：确定匹配原象和对象。本研究将黑龙江省按行政区域划分为13个子区域，选取多年平均水资源量作为匹配原象，耕地面积作为匹配对象。 步骤2：匹配水平分级指标值的计算和排序。匹配分级指标值是指匹配对象与匹配原象的比值。因此，本文在计算单位水资源所服务的耕地面积的基础上，按照匹配分级指标值由低到高的顺序对各子区域进行排序。 步骤3：计算匹配原象和对象的累计百分比。计算各子区域匹配要素占黑龙江省对应要素的比例，并依据步骤2的排序分别计算匹配要素累计百分比。 步骤4：绘制洛仑兹曲线。定义x轴为匹配原象（水资源总量）的累计百分比，y轴为匹配对象（耕地面积）的累计百分比，绘制相应的洛伦兹曲线。 步骤5：计算基尼系数。基尼系数有多种计算方法，包括梯形面积法、拟合曲线法和协方差公式法等方法[2728]。本研究选取梯形面积和拟合曲线两种方法，为减小误差，取二者平均值作为最终结果，并将计算结果与基尼系数分级标准进行对比，确定水土资源匹配的程度。 梯形面积法计算公式为[29]： G梯形=1-∑[DD（]n[]i=1[DD）]（Xi-Xi-1）（Yi+Yi-1）/100[JY]（2） 式中：G梯形为梯形面积法所求基尼系数值；Xi和Xi-1分别为第i和i-1（i=1，2，…，n）个子区域的水资源量累计百分比（%）；Yi和Yi-1分别为第i和i-1个子区域耕地面积累计百分比（%）；n为子区域个数，本研究n=13。 拟合曲线法运用MATLAB中Curve Fitting Tool工具箱进行曲线拟合，将拟合所得方程求[0，1]上的定积分，进而求得拟合曲线法计算的基尼系数G拟合[30]。 1.2农业水土资源匹配系数 农业水土资源匹配系数法通过计算单位面积耕地所拥有的农业可利用水资源量，进而评价区域农业水土资源匹配水平，其值越大，则区域水资源满足耕地资源的程度就越高，农业用水基本条件就越好[3132]。水资源总量是由汛期洪水下泄量和不具备开发利用价值的地下水、河道与地下水系统最小需水量以及可供人类活动消耗的水资源可利用量三部分构成。为使研究结果更具可靠性，本文采用水资源可利用量作为水资源量的表征。水土资源匹配系数计算公式为： MFi=Wi·αi/Fi（i=1，2，…，n）[JY]（3） [JP5]式中：MFi为第i子区域水土资源匹配系数（万m3/hm2）；Wi为第i子区域水资源可利用量（万m3）；αi为第i子区域农业用水比例；Fi为第i子区域耕地面积（hm2）。 黑龙江省农业水土资源匹配系数MF表征各子区域水土资源匹配系数的平均水平，其计算公式为： MF=∑[DD（]n[]i=1[DD）]Wi·α/∑[DD（]n[]i=1[DD）]Fi[JY]（4） 式中：MF为黑龙江省水土资源匹配系数（万m3/hm2）；α为黑龙江省农业用水比例。 1.3数据来源 本文涉及的耕地面积、水资源总量、农业用水比例、粮食产量来源于《中国统计年鉴》[33]、《中国水利统计年鉴》[34]、《黑龙江统计年鉴》[35]以及《黑龙江省水资源公报》[36]。 2结果与分析 2.1水土资源匹配基尼系数时间演变规律分析 区域差异测度研究方法包括基尼系数、赛尔指数、变异系数和艾肯森指数等，现有研究表明，不同方法对较长时间序列不平衡性变动的描述是比较一致的，但对短时间序列的分析存在不同、甚至是相反的结果[3839]。因此，采用基尼系数从短时间序列剖析区域差异变化趋势，易存在方法不同导致的分析结果存在差异性。鉴于此，本研究在粮食增产期的基础上，选取黑龙江省经济发展关键时期的1980年、1985年、1990年、1995年、2000-2002年，对研究时段进行延展，探究区域水土资源匹配的时间演变规律。依据选取的序列年黑龙江省各地级市（区）耕地面积和多年平均水资源量[3536]，计算黑龙江省水土资源匹配基尼系数G（见表2），并绘制基尼系数年变化曲线（见图2）。 由表2可知，梯形公式法和拟合曲线法计算的基尼系数基本稳定在一个较小的变化范围内，表明本文的计算结果可信度高。在研究时段内，黑龙江省水土资源匹配基尼系数从05356下降到04475，表明水资源与耕地资源的匹配程度由高度不平均降低到差距过大的水平，农业水土资源匹配的均衡程度有明显提高，但总体仍处于较不均衡的范围。由图2可知，基尼系数在研究时段内存在明[CM（22]显的分割节点，1980-2001年黑龙江省水土资源匹配基尼系数均大于05，属于高度不平均水平，此时黑龙江省粮食生产布局不够合理，灌溉模式粗放，资源利用缺少政策性指导，导致了水土匹配程度不高。2000年5月，黑龙江省政府发布《关于黑龙江省农业和农村经济结构战略性调整的意见》[39]，要求进行新一轮农业战略性调整，提出优化粮食生产布局、改进粮食种植结构，提高农产品品质和“农牧主辅换位”的目标。经过人为优化耕地面积与种植区域，使得农业水土匹配情况得到改善。2002-2015年期间，农业水土资源匹配基尼系数由04945下降到04475，下降95%，农业改革成效显著。2003-2015年为黑龙江省粮食增产期，该阶段粮食生产布局进一步优化、耕地面积变化小、粮食产量不断增加，此时区域水土资源匹配基尼系数不断下降、水土匹配程度呈现整体上升的趋势，水土资源的匹配和利用得到优化。 2.2农业水土资源匹配系数时空演变规律分析 基尼系数衡量的是由子区域水土资源分配不均衡所致的区域整体不均衡程度，不能反映区域内水土资源匹配的空间差异。因此本研究采用水土资源匹配系数对黑龙江省13个市（区）的农业水土资源空间匹配差异性进行深入分析。 根据各地区耕地面积、水资源可利用量和农业用水所占比例，计算粮食增产期的不同地区农业水土资源匹配系数（见表3）。 [BT（4+*2]2.2.1黑龙江省农业水土资源匹配系数时间变化规律 绘制黑龙江省和全国农业水土资源匹配系数及粮食产量时间变化图（见图3）。 由图3可知，粮食增产期全国与黑龙江省农业水土匹配系数均呈现下降趋势，且下降阶段特征比较一致，增产前期（2003-2009年）均表现出急剧下降，增产后期（2010-2015年）表现出缓慢下降的特点；但二者农业水土资源匹配系数下降程度有所不同，全国农业水土匹配系数下 降幅度为006万m3/hm2，而黑龙江省下降了017万m3/hm2，接近全国水平的3倍。从区域间差距来看，2003年黑龙江省的农业水土资源匹配系数与全国水平相比仅低005万m3/hm2，然而随着粮食产能的提升，二者差距越来越大，粮食增产期结束时已扩大到016万m3/hm2。从粮食产量角度来看，黑龙江省粮食产量与水土匹配系数呈反比关系。粮食增产初期，粮食产量增长幅度较大，对应农业水土匹配系数降低幅度较大，后期粮食产量增长幅度降低，并于2016年不再增加，此时的农业水土匹配系数变化也相对趋于平稳，说明粮食增产期过后，限制黑龙江省粮食产量的因素逐渐由种植结构等外因转向水土资源利用问题等内因。经分析知，出现该现象的主要影响因素为耕地面积的增加以及水资源承载力的降低，经过农业种植结构改革，国家在粮食主产区大力发展种植业，土地开垦迅猛，农业用水压力不断增大，与此同时，这一阶段黑龙江省的人口增长、社会经济发展导致的水资源过载问题逐步显现出来，加重了水资源的使用压力，作为全国最大的商品粮生产基地，耕地与用水矛盾更加突出，导致农业水土资源分配愈发劣于全国水平。 [BT（4]22.2典型年黑龙江省农业水土资源匹配空间特征 黑龙江省各地区水资源和耕地资源空间匹配不均衡，以粮食增产中期2009年为例，对农业水土资源空间分配特征展开分析。（1）大兴安岭、伊春和牡丹江地区多年水资源量分别占全省水资源总量的1615%、1140%和1273%，接近全省总量的一半，而其耕地面积仅占全省耕地面积的109%、182%和433%，不足全省的8%，属于丰水地区。该地区山地林地较多，森林覆盖率高，水源丰富，但耕地面积有限，因此农业水土资源匹配表现为“地少水丰”的特点，可在保证涵养水源的基础上，适度发展耕地，以平衡区域的发展。（2）齐齐哈尔、大庆和绥化地区2009年耕地总面积达到38153万hm2，占全省耕地面积的40%，而其水资源量仅占全省水资源总量的1678%，属于缺水地区。该地区地处平原，耕地面积广，然而由于人口数量大、[HJ2.1mm]产业结构相对单一、农业用水比例大等原因，加之水源地数量不足，導致农业水土资源匹配表现出“地多水少”的态势，而气候上该区域属半干旱地区，多年降水较少，建议加大水利建设的投入，如跨流域调水等，从工程角度缓解水资源短缺。（3）佳木斯、双鸭山、七台河和鸡西地区耕地面积占全省的2547%，水资源量占全省的157%，属于比较缺水地区。该地区为三江平原重要粮食产区，耕地面积比例大，土壤肥力充足，农业用水存在轻微过载现象，在不影响粮食产量的前提下，基本能够支撑粮食生产，鉴于该区域粮食战略地位较高，开垦程度同样较高，建议从种植结构入手，增加可行的间作套种等耕种模式，以提高粮食产量，巩固战略地位。（4）哈尔滨、黑河和鹤岗耕地面积占全省的2865%，水资源量占全省的307%，属于水土资源匹配均匀地区。该区域农业产值在全省居中，耕地面积与农业用水相对均衡，水资源量比较充沛，能够支撑农业生产。 [BT（4]2.2.3各地区农业水土资源匹配系数时空演变规律 选取粮食增产期农业水土资源匹配系数变化显著的2003年、2007年、2011和2015年作为代表年，进行农业水土资源匹配系数时空演变分析。根据不同代表年各地区农业水土资源匹配系数，运用ArcGIS的数据空间可视化功能对黑龙江省农业水土资源的空间匹配格局进行分析（见图4）。 就各区域而言，大兴安岭、伊春和牡丹江为我国重要林区，耕地面积少，水资源多且存在巨大开发利用潜力，农业水土资源匹配表现出可利用农业水资源过剩、耕地资源有待发展的特点；哈尔滨和黑河农业水土资源匹配相对平衡；东北部三江平原地区属全国性重要粮食产区，耕地面积广，水资源不够丰沛，导致农业水土资源匹配不佳，单位面积耕地拥有水量约为03万m3/hm2，低于全省平均水平04万m3/hm2；中西部地区的大庆、齐齐哈尔和绥化地区农业水土匹配情况差，该地区属于黑龙江省人口和经济发展密集地区，农业水土资源匹配系数范围在[015，022]，远远低于全省平均水平。 就演变情况而言，在耕地面积较少的大兴安岭、伊春和牡丹江等地区，粮食增产期水土资源匹配系数减小超过50%，降幅较大，由于自身水资源量丰富，粮食增产期耕地面积的增加有利于水土资源的合理匹配；在三江平原地区，由于耕地面积基数大，在粮食增产期内耕地面积的增加加重了水资源的负担，农业水土资源匹配系数由原来的035下降至02，农业水土资源矛盾严重；齐齐哈尔、大庆和绥化地區自身的水资源量有限，耕地面积增加缓慢，水土资源匹配系数由023降至018，其匹配情况一直较差；哈尔滨和黑河地区的农业水土资源匹配系数持续降低，耕地面积大量增加，但由于水资源可利用量大，匹配系数最终平稳在032，仍保持在相对合理的水平。总体来看，粮食增产期黑龙江省粮食产量呈上升趋势，与此同时，粮食种植面积保持增长趋势[33]。因此，黑龙江省粮食主产区耕地资源与水资源的矛盾日益突出，单位水资源量服务耕地面积增加、压力增大，阻碍了整体农业水土资源优化趋势。 3结论 随着农业技术的发展，粮食产量阈值不断提高，影响粮食产量的水土资源矛盾越来越突出。本文提出了基尼系数、农业水土资源匹配系数及ArcGIS数据空间可视化相结合的农业水土资源匹配时空分析框架，对黑龙江省粮食增产期农业水土资源匹配情况展开分析，并据此提出相应的措施建议。 （1）粮食增产期内黑龙江省水土资源匹配基尼系数在[04475～04907]区间变化，较之前年份虽有明显下降，但仍属于匹配较差范围。粮食增产期内农业水土资源匹配系数均低于全国平均水平，且差距越来越大，匹配程度较差，与基尼系数分析结果一致。从演变规律上看，水土资源匹配呈现基尼系数不断减小、农业水土资源匹配系数整体降低的态势。 （2）从时空角度对黑龙江省农业水土资源进行分析，空间上表现为西北、东南部地区“水多地少”，中、西部地区“地多水少”，东北部地区匹配较差的格局；时间上表现为西北、东南部地区农业水土资源匹配情况稳定，其他各地区匹配程度均呈下降趋势；演变规律上，水土资源匹配情况趋于优化，地少水多的地区耕地面积不断增加，有助于平衡全省水平，但由于其他粮食主产区的不断扩大，其水资源量会出现缺乏和不足，从而导致水土匹配情况的不均衡，限制了水土资源优化的发展。 （3）根据不同区域的水土资源匹配状况，建议限制黑龙江省中西部干旱缺水地区的农业用地开垦，适度减少土地开垦面积，提高其农业水土资源承载力；加大半干旱区水利设施建设力度、发展水资源高效利用及各流域间引水调水，缓解半干旱区的农业用水短缺的问题；在保障粮食产量的前提下，粮食主产区可调整农业种植结构，最大限度利用各种农业资源。 参考文献（References）： [1]CHENG K，FU Q，CHEN X，et al.Adaptive allocation modeling for a complex system of regional water and land resources based on information entropy and its application[J].Water Resources Management，2015，29（14）：49774993.DOI：10.1007/s1126901510993. 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