中国广义农业水土资源匹配及利用状况动态评价

作为农业发展的核心要素,水土资源匹配态势与利用程度决定着中国农业可持续发展及食物安全。为优化中国农业水土资源配置,该研究基于2000—2020年31个省市的统计数据,采用基尼系数评价农业水土匹配状况,提出广义农业水土匹配系数揭示各省农业水土资源匹配状况及配比程度,联合匹配特征与水土利用状况确定各省农业水土资源利用类型区。结果表明:1)研究期内,中国灌溉水与耕地分布差距较大(基尼系数均值0.424),匹配情况变差;广义农业水资源与耕地资源分布相对合理(基尼系数均值为0.360),无显著变化趋势。地理区及省际间农业水土匹配程度存在较大差异。华北、西北和东北地区匹配状况为“土多水少”,华东、华中和西南地区匹配状况为“水多土少”,广东(广义农业水土匹配系数均值为2.06)和云南(广义农业水土匹配系数均值为1.02)匹配程度分别为各省市最低和最高,匹配状况均为“水多土少”;2)农业水土资源利用程度空间异质性明显,垦殖率东南高西北低,农业水资源利用程度北高南低;3)吉林、新疆、江苏水土资源配置情况变差(转为低匹配高开发区),北京水土资源配置情况有所好转(转为高匹配低开发区)。研究结果能够为国家农业水土资源优化配置相关决策提供支撑,对实现国家食物安全及农业可持续发展具有重要意义。

中国农业水土资源时空匹配特征及影响因素研究

分析农业水土资源的时空匹配特征与影响因素,可为农业水土资源优化配置提供科学依据。以中国除港澳台的31个省(自治区、直辖市)为研究对象,运用基尼系数法和农业水土资源匹配系数法对2009~2019年的农业水土资源时空匹配特征进行评价分析,并利用Sen+Mann-Kendall法分析农业水土资源匹配系数的变化趋势,最后运用面板回归模型探究变化的主要影响因素。研究结果表明:①2019年与2009年相比,中国水资源总量增加4860.90亿m^(3),耕地面积总量减少75295 km^(2),农业水土资源匹配系数由0.6018升高到0.6652,整体仍高度不匹配且呈不显著变差的趋势。②中国各省(自治区、直辖市)农业水土资源匹配整体呈现“西南优于东北,边缘优于腹地,林区优于农区,山丘优于平原”的空间格局。③北京农业水土资源匹配系数显著下降,上海、广西、重庆、贵州、云南以及宁夏显著上升。④农业用水量和人均水资源量是影响农业水土资源匹配的主要因子。中国农业水土资源匹配协调度仍处于高度不平衡状态,依据匹配系数划分不同等级的调控区并制定差异化的调控措施是缓解农业水土资源匹配不协调的有效途径。

塔里木河流域农业水土资源时空匹配关系研究

农业水土资源可持续利用是推进塔里木河流域生态文明建设、协调兵团向南发展战略部署以及促进各产业融合发展的重要基础。本研究基于2005-2020年塔里木河流域5个地区的农业水土资源匹配现状,运用基尼系数法、农业水土资源匹配系数以及农业水土资源当量系数,结合ArcGIS软件对塔里木河流域水土资源时空匹配状况进行分析。结果表明:从地理分布上来看,塔里木河流域耕地资源主要集中在喀什地区、阿克苏地区,耕地资源分布和水资源有密切关系。在研究时间跨度内,水土资源基尼系数在0.05~0.12之间,整体表现为波动变化,但是变化幅度不大,处于绝对均衡水平。农业水土资源匹配系数在研究期内呈现出先下降后升高再下降的特征,5个地区的农业水土资源匹配系数逐渐趋于一致,并稳定在1~2之间。结合当量系数分析,虽然塔里木河流域5个地区的农业水土资源均衡程度较好,但是5个地区仍处于极度缺水状态,且地区差异大。研究表明,塔里木河流域水土资源分布一致,整体处于缺水状态,随着节水力度的增大农用水占比呈下降趋势。

水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局——以山西省和顺县为例

从水足迹视角出发,运用CROPWAT及标准差椭圆模型分析2010—2019年山西省和顺县乡镇域主要农作物生产水足迹和耕地面积的时空变化,运用基尼系数及空间失配指数深入研究2010年、2014年、2019年乡镇域农业水土资源时空匹配格局,并明确调控方向。结果表明,研究期间,和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势;绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大,占比均超过62.0%;和顺县西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强;和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地之间的空间失配均逐渐加剧,中部和东部地区农业水土资源分别为中度失配和重度失配,是和顺县未来农业水土资源调控的重点地区;可以将县域10个乡镇分别划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区。总的来说,受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响,和顺县农业水土资源匹配协调水平处于失衡状态,但在调控区划分的基础上,有针对性地进行人工调控,仍可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。

基于集对分析的江淮丘陵区农业水土资源匹配分析

将水土资源自然本底量与农业用水用地量相结合,采用集对分析重建农业水土资源匹配指标,并构建七元半偏减法集对势,对江淮丘陵区2005—2019年农业水土资源匹配进行分析。结果表明:2005—2019年江淮丘陵区广义农业水土资源配比度基本呈现下降态势,但高于水土资源自然配比度;单位耕地用水量有减少趋势,但超出区域本底自然供水量,处于相对缺水状态;狭义农业水土资源配比度与水土资源自然配比度呈现交叉波动,并存在一定程度反相关,降水量的增加会相对减少农业灌溉用水量;2005—2010年和2011—2019年两时段江淮丘陵区广义农业水土资源均处于高度不匹配状态,合肥、滁州不匹配程度最高,安庆最低;两时段农业水土资源匹配集对势均为反势,匹配状态较差,但后期均有所提升,有向好发展趋势,安庆和六安变化程度最为明显;江淮丘陵区降水量年际变化较大,水资源总量变幅明显高于农业用水用地量波动,导致农业用水用地量与水资源总量变化不同步,这是水土资源匹配波动的主要原因。

黄河流域农业水土资源时空匹配特征分析

【目的】探明黄河流域水土资源匹配不均衡导致的结构性缺水原因。【方法】基于“绿水”、“蓝水”的农业用水综合分析框架,采用基尼系数、广义农业水土资源匹配系数、变异系数、Spearman秩相关系数,分析黄河流域水土资源匹配状态、时空匹配特征。【结果】2010—2016年沿黄9省区灌溉“蓝水”与耕地面积在流域内部整体呈相对匹配状态;采用广义农业水土资源匹配系数法,增加降水“绿水”指标,评估得到沿黄各省套二级分区四川省(龙羊峡以上)的农业水土资源匹配程度相对较好,内蒙古自治区(内流区)较差,二者相差约2.3倍;各省套二级分区水土资源时间变异呈下降趋势,说明灌溉“蓝水”开发已趋于稳定;同一省区在不同二级分区的水土空间匹配性差异较大,其中水土资源匹配格局较好的省区灌溉“蓝水”比例较高。【结论】针对黄河流域水土资源时空匹配差异明显、开源潜力不大、节水空间有限等特点,加强区域间水系连通、实施跨流域调水工程尤为重要。

中国东北地区农业水土资源匹配格局

水土资源匹配系数(Ri),是指表征特定区域农业生产可供水资源与耕地资源在时空上适宜匹配的量比关系。依据东北地区1997-2002年土地利用、水资源和人口数据,从水土资源总量及其匹配的动态分析入手,构建了农业水土资源匹配分析模型。模拟分析表明:东北地区农业水土资源匹配欠佳且区内差异较大,占全国16．68％的耕地面积仅拥有占全国4．01％的水资源量,水土匹配系数为1．153,低于全同平均水平(1．441)。根据市域尺度Ri值的差异性,将东北农业水土资源的匹配程度划分为匹配较优、良好、一般、较差和极差等5个等级。区域水利工程建设,是增强水土资源匹配程度的根本途径,东北农田水利重在“北水南调”等大型骨干工程与中小水利工程的配套建设,重视发展井渠结合、节水高效的现代灌溉农业。

黑龙江省农业水土资源时空匹配格局研究

基于黑龙江省2000~2014年13个地市水资源总量、耕地面积、土地面积等数据,采用农业水土资源匹配系数和基尼系数研究黑龙江省农业水土资源时空匹配格局。结果表明,黑龙江省农业水资源和土地资源空间分布不均匀,水资源量大致呈现东西两侧贫乏,中部和西北部丰富特点,而耕地面积大致呈现东西两侧较多,中部和西北部较少特点;农业水土资源匹配系数时空差异较大,全省仅大兴安岭地区、伊春市、鹤岗市和牡丹江市多年平均农业水土资源匹配系数超过全省平均值1.79×104m3·hm^(-2);不同年份黑龙江省农业水土资源匹配基尼系数呈现一定波动性,但波动性不大,最大值和最小值相差仅0.1903,多年平均农业水土资源匹配基尼系数为0.4687,属于匹配较差。随时间推移,黑龙江省农业水土资源匹配基尼系数具有明显先增后降趋势,2008年达到最大值0.5307,随后减小。研究结果对保障区域粮食生产和提高农业水土资源利用效率具有重要理论意义和实践价值。

陕西关中地区农业水土资源时空匹配格局研究

为了分析关中地区农业水土资源的时空匹配情况,应用农业水土资源匹配系数,评价了关中地区及所辖5个地级市的农业水土资源匹配程度。结果表明:关中地区水资源短缺、人水矛盾和人地矛盾突出;农业水土资源匹配格局的时间变化不明显,而空间匹配存在明显的差异,宝鸡市和西安市的匹配程度优于其他市区,咸阳市的匹配程度最差。因此,应该通过跨流域调水工程、提高有效灌溉面积、改进农业结构等措施,提高关中地区农业水土资源的匹配程度。

山西省农业水土资源时空匹配及短缺分析

利用山西省及所辖11个地市的耕地面积、水资源总量及农田灌溉用水量等数据,使用单位耕地面积水资源量法计算农业水土资源匹配度及当量系数,并采用Arc GIS对匹配格局及短缺状况进行可视化。结果表明,耕地资源和可供农田灌溉水量在空间分布上存在不对称现象;农业水土资源匹配度的年际变化范围为0.120万~0.170万m3/hm2,水资源总量与农业水土资源匹配度的变化趋势相一致;农业水土资源匹配程度的空间差异较大,忻州和晋中的匹配程度较优,运城、长治、临汾、吕梁和朔州的匹配程度良好,大同和太原的匹配程度一般,晋城的匹配程度较差,阳泉的匹配程度极差;全省的当量系数为2.150,属于缺水地区,农业水土资源短缺状况的空间差异较大,其中,晋中、临汾、忻州、吕梁、大同、朔州、运城、长治和太原的当量系数大于1,为缺水地区,晋城和阳泉的当量系数小于1,为缺土地区。

黑龙江省农业水土资源匹配格局与区域调控

[目的]揭示黑龙江省市域尺度农业水土资源匹配协调水平及区域差异性,为区域农业水土资源优化配置及农业生产格局提升提供科学指导。[方法]基于2009—2019年黑龙江省13个地市农业水土资源数据,采用基尼系数及农业水土资源匹配系数法,分析农业水土资源空间分布特征及其匹配时空演变格局。依据农业水土资源匹配系数多年平均值划分水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区。[结果](1)2009—2019年间,黑龙江农业水土资源匹配基尼系数由0.488 6降低到0.375 1,整体呈小幅波动下降的向好趋势;(2)农业水土资源匹配系数呈降低—增加—再降低—再增加的态势,波动范围为0.22~0.69。(3)各市域农业水土资源分布不均衡,呈现出西北及中部地区“水多地少”,东部及西部地区“地多水少”的特征。(4)全省农业水土资源匹配协调水平整体上有一定提高,且区域分异显著;东部与西部地区匹配协调水平较低,中部相对合理,西北部较高。[结论]受气候变化和人工调控影响,全省农业水土资源匹配协调水平尚处于较不均衡状态,但通过划分不同类型调控区以及制定差异化调控措施,仍具有一定的调整空间。

河南省农业水土资源时空分异与匹配格局

水土资源是人类生产、生活的核心资源,其空间分布对区域粮食生产和耕地可持续利用有重要影响。河南省是我国重要的粮食主产区,为了解河南省水土资源的空间分布与匹配状况,在构建农业水土资源匹配模型的基础上,对河南省18个地市1999—2013年水土资源时空匹配程度进行了分析评价。结果表明:(1)研究期内,河南省耕地面积增加了19%,净增131.3万hm^2,农业用水比重降低了13%、净减少23.8亿m^3;河南省耕地资源优势明显,而水资源匮乏;水土资源数量不匹配。(2)河南省水资源主要分布在河南省北部和南部,耕地资源主要分布在河南省东部和南部,水土资源空间不匹配。(3)河南省水土资源匹配系数为0.21万m^3/hm^2,仅为全国平均水平(0.56万m^3/hm^2)的38%;研究期内河南省水土资源匹配系数降低了25%。(4)河南省水土资源匹配空间差异显著,呈现出"北部最优、南部东部优于中部和西部"的格局。全省76%耕地水土资源匹配程度为"较差"(0.33<R≤0.50)或"极差"(0.09<R≤0.15),仅有6%的耕地水土资源匹配程度"较优"(0.33<R≤0.50)。水资源是河南省农业的主要限制因子,全面加强水利基础设施建设、加强节水农业技术综合运用、优化农业水土资源配置是提高河南省水土资源匹配程度,保障粮食生产的重要途径。

吉林省农业水土资源时空匹配格局研究

吉林省是我国重要的商品粮生产基地,其农业水土资源的时空匹配格局对保障区域粮食安全具有举足轻重的作用。运用农业水土资源匹配测算模型对吉林省农业水土资源匹配程度进行了划分。研究结果表明:吉林省土地资源丰富但土壤环境质量不断恶化,水资源短缺且利用率低,农业水土资源匹配的总体特点表现为空间匹配差异明显,东部优于中西部,山丘地优于平原。吉林省各市(州)垦殖率与农业水土资源匹配程度呈现出明显的错位现象。在此基础上,从大力发展节水灌溉技术、加强农田水利基础设施建设、增强防灾减灾能力、提高土壤质量等方面提出吉林省农业水土资源优化配置的建议。

河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。

甘肃省农业水土资源时空匹配格局

以甘肃省市域为评价单元,将其分为河西、陇东陇中、陇南和甘南四区,通过构建水土资源匹配测算模型,对该省2000年、2005年、2010年和2015年农业水土资源空间分布和匹配格局进行分析。结果表明:甘肃省水土资源现状为"耕地资源较丰富,水资源短缺,水土资源错位分布";2000—2015年农业水土资源匹配系数逐渐上升,2015年水土资源匹配系数为0.254万m^3/hm^2,低于全国平均水平;空间匹配程度形成"西高东低、北高南低"的特点,有一定的集聚态势,总体格局保持稳定。

榆林市农业水土资源匹配与承载力

依据广义的农业水资源量、耕地等数据,对榆林市各区县水土资源匹配格局进行了分析,结果表明榆林市水土资源匹配的区域基尼系数为0.137 5,匹配程度较优;全市水土资源匹配系数为5.821×103m3/hm2,各区县水土资源匹配系数有一定的波动;当量系数表明榆林市农业用水量较大,超出自然水平.选取20个评价指标,建立榆林市农业水土资源承载力DPSIR评价模型,依据投影寻踪模型,采用遗传算法优化求解,得到各区县农业水土资源承载力的相对水平,其中榆阳水土资源承载力全市最高,绥德水土资源承载力最低,北六县的农业水土资源承载力整体高于南六县的.研究结果可为提高榆林市水土资源利用效率和农业发展提供参考.

基于Malmquist DEA的甘肃内陆河流域农业水土资源利用效率及匹配特征研究

水土资源是农业生产的核心资源,二者在时空上的匹配程度及其利用效率直接关系到资源的可持续利用和区域农业的可持续发展。基于甘肃省2001-2016年内陆河流域农业水资源、耕地面积、节水灌溉面积等数据,运用农业水土资源匹配系数法和数据包络分析法中的Malmquist DEA模型对内陆河流域农业水土资源利用效率及匹配特征进行研究。结果表明:①2001-2016年内陆河流域农业水土资源利用效率和水土资源匹配度总体呈现波动中上升并趋于稳定趋势;②从流域空间上来看,农业水土资源利用综合效率比较结果为:黑河>石羊河>疏勒河,匹配程度比较结果为:疏勒河>黑河>石羊河;③技术进步对农业水土资源利用效率的作用较为明显,规模效率和综合效率对技术进步具有一定的补偿作用,三者同时推动着内陆河流域农业水土资源匹配程度和生产效率的提升。河西走廊内陆河流域水土资源匹配度有较大的提升空间,从各流域水土资源利用和管理特点出发,采取具体措施优化限制因子,可以促进区域比较优势的发挥,又能够引导区域农业经济空间的合理化,最终实现农业可持续发展目标。

贵州省农业水土资源时空匹配格局

水土资源的匹配情况对区域农业发展起决定性作用,不仅影响当地生产活动,还影响生态系统各组成部分的空间布局。利用基尼系数、水土资源匹配系数及当量系数研究贵州省2002、2007、2012、2017年水土资源匹配格局。结果表明,2002~2017年贵州省水土资源基尼系数存在一定波动,总体数值减小,从2002年的0.2621减小到2017年的0.2425,匹配程度变优;各市州水土资源匹配系数差异较大,匹配格局呈现出"西低东高"的特点;16年间各市州的当量系数均小于1,且整体减小,属于土地资源"短缺"状态。

未来气候变化情景下中亚雨养农业区水土资源匹配格局

中亚地区是落实我国“一带一路”发展倡议的关键地区,雨养农业区作为中亚重要粮食主产区,对世界和区域粮食安全具有重要意义。本文基于参与耦合模式比较计划第五阶段(CMIP5)的7个全球气候模式(GCM),分析了未来30 a(2021—2050年)气候变化情景下中亚雨养农业区降水量的空间分布及其变化趋势;然后根据适宜农作物种植的高程、坡度和土壤类型等条件,识别出雨养农业区宜农耕地分布;采用基于数列匹配度和单位面积水资源量法,预估了未来中亚雨养农业区水土资源匹配格局的时空变化。研究结果表明:(1)未来气候变化情景下,中亚雨养农业区年均降水空间分布自东北向西南降低,东部地区降水呈弱增加趋势,RCP4.5和RCP8.5情景下降水增幅分别为1.10 mm·a^(-1)和1.61 mm·a^(-1),西部呈减少趋势,但不显著;与RCP4.5情景相比,21世纪中期,RCP8.5情景下全年可利用降水量增加了9.8 mm。(2)宜农耕地资源丰富,空间分布差异相对较小,北部地区以现有耕地为主,南部和东部地区后备耕地资源充足。(3)在两种RCP情景下,中亚雨养农业区未来30 a水土资源匹配度大部分处于0.6以上,总体处于较好匹配水平,且RCP8.5情景优于RCP4.5;与全年水土匹配相比,生长季水土资源空间匹配极不均衡,东部和北部地区匹配系数大部分处于0.84以上,而南部和西部地区均低于0.70。总体上,未来气候变化将对中亚雨养农业区粮食生产产生双重影响,本文也提出提升应对气候变化能力的相关措施。

新疆农业水土资源时空匹配研究

水土资源是农业可持续发展的核心,水资源的合理利用会影响到土地的利用方式。为了分析新疆农业水土资源匹配状况,本文采用农业水土资源匹配系数对2008-2017年新疆14个地、州、市的水土资源时空匹配程度进行研究。研究结果表明:从时间上看,2008年到2017年,新疆农业水土资源匹配系数呈现出增加的趋势。从空间分布上看,北疆地区的农业水土资源匹配系数整体较低,南疆地区的农业水土资源匹配系数较高。通过对2008年和2017年新疆农业水土资源匹配系数的差值对比发现,克孜勒苏柯尔克孜自治州、阿勒泰地区、伊犁哈萨克自治州(直属)、乌鲁木齐市和和田地区的农业水土资源匹配系数的变化较明显;博尔塔拉蒙古自治州和喀什地区农业水土资源匹配系数降低最明显。