干旱区耕地资源与水资源空间演变测度研究——以新疆为例.pdf

水利发展研究第 卷 年第 期 蒋慎港 胡宝华 干旱区耕地资源与水资源空间演变测度研究 以新疆为例 水利发展研究 ():():干旱区耕地资源与水资源空间演变测度研究 以新疆为例蒋慎港 胡宝华(塔里木大学 经济与管理学院 新疆 阿拉尔)摘要:为了解干旱区耕地资源与水资源协调发展特点 以干旱典型地区新疆为研究对象 基于新疆 年耕地资源与水资源相关数据 利用熵值法、综合评价测算模型以及耦合协调测算模型 构建新疆及各地州耕地资源与水资源综合评价指标体系与耦合协调度模型 结果表明:从时间序列上看 年新疆耕地资源与水资源的时间序列综合协调指数呈波动式小幅增长趋势 新疆耕地资源与水资源耦合协调发展程度总体处于波动上升趋势 但两者的耦合关系水平较低 耦合协调度也呈现出较大波动的失调状态 从空间演变上看 新疆各地州耕地资源与水资源空间演变综合发展指数差异性较大 耦合关系较弱 耦合协调度整体较低 协调发展面临一定的压力 北疆整体协调度高于南疆、优于东疆 整体上呈现“南弱北强”“西强东弱”的协调发展差异关键词:耕地资源 水资源 新疆 综合评价测算模型:/开放科学(资源服务)标识码():中图分类号:()文献标识码:文章编号:()收稿日期:基金项目:新疆兵团社科基金项目()作者简介:蒋慎港()男 硕士研究生 主要研究方向为农村发展:通信作者:胡宝华()男 副教授 主要研究领域为人口、资源与环境:():深度分析 “”“”:引言耕地是农业最基本的生产资料和生活保障 水资源是农业生产过程不可或缺的重要部分 也是制约耕地资源可持续发展的关键命脉 耕地资源和水资源协调发展关乎国家粮食总体安全 党的二十大报告明确提出 全方位夯实粮食安全根基 全面落实粮食安全党政同责 牢牢守住十八亿亩耕地红线 统筹水资源、水环境、水生态治理 推动重要江河湖库生态保护治理 我国水资源的时空分布不均 长江流域及其以南地区 水资源约占全国水资源总量的 但耕地面积只为全国的 左右黄淮海流域水资源只有全国的 但耕地面积占全国的 其他地区耕地资源和水资源开发利用矛盾日益突出 干旱地区耕地资源和水资源开发利用尤为急迫 新疆地区耕地资源和水资源有序开发利用、协调发展尤为突出 新疆是典型的干旱地区 土地资源较为丰富 水资源严重贫乏 在不考虑区域外输水和气候突变降水的前提下 耕地资源和水资源系统开发、统筹规划、协调发展是必经之路 因此 研究新疆耕地资源与水资源协调发展途径 对西北干旱区尤其是新疆地区在耕地资源与水资源的合理开发利用和可持续发展等方面具有重要的实践意义近些年 新疆耕地数量增长较快 但是整体质量不高、不稳定耕地量较大 随着人口与经济的发展 耕地资源开发过程中面临的水资源短缺等问题 目前对耕地资源研究主要针对耕地安全压力、耕地资源承载力与耕地后备资源利用方面 孙德华等运用耕地拉力指数模型测算新疆各地州耕地资源压力状况和生态安全值 分析其时空演变特征 孙燕君等通过对耕地资源承载力四种评价模型进行实证比较 认为综合评价模型更适用于耕地资源承载力的研究 孟梅采用主成分分析法与耦合模型探究新疆耕地后备资源和生态环境之间的耦合程度与影响机制 进一步表明新疆耕地后备资源有着明显的时空分布差异 对水资源的研究涉及水资源承载力与水资源利用及效率等视角 王金星等运用改进层次分析法和熵权法组合赋权 用障碍度模型评价甘肃省水资源承载能力 王晶利用系统水足迹模型和脱钩评价模型研究河北省水资源利用与经济增长的脱钩态势 在耕地资源与水资源的相关研究中 朱丽娟探讨省域耕地与灌溉水资源利用耦合协调度分析 揭示区域耕地和水资源利用效率的耦合协调关系及其时空演变特征 姜长攀基于 年新疆及各地州市水土资源数据 构建水资源压力及耕地利用效益评价模型并采用耦合协调模型对新疆水资源压力与耕地利用效益耦合关系进行实证研究总体来看 目前耕地资源与水资源的前期相关理论研究较为丰富 不同学者从不同研究视角 分别进行了定性与定量研究 取得了一定研究成果 为后续相关研究提供了理论基础 然而对于耕地资源与水资源协调发展研究 尤其是针对干旱地区有关研究有待于补充和丰富 基于此 本文通过研究新疆耕地资源与水资源的时间序列协调度以及与各地州市空间协调度 分析该地区耕地资源与水资源时间演变过程和空间布局现状 有助于新疆耕地资源与水资源合理开发利用和可持续发展 为政府制定宏观政策提供参考水利发展研究第 卷 年第 期 研究区域概况新疆维吾尔自治区(简称新疆)位于我国西北内陆干旱地区 面积 约占我国国土面积的六分之一 随着“一带一路”深入推进 新疆成为中国向西开放的重要门户以及丝绸之路经济带的核心区 年 月新疆第三次全国国土调查显示 新疆耕地面积达到 万 比第二次全国国土调查结果增加了 万 其中水浇地 万 占全疆耕地的 新疆地区降水稀少 气候干燥 蒸发强烈 水资源时空分布极不平衡 水资源总量年际变幅较小 单位面积水资源量仅为 万 为全国平均水平的/近年来资源型缺水、水质型缺水和工程型缺水问题日益严重 新疆水资源合理开发和利用十分重要研究设计 数据来源本次数据来源于 年新疆统计年鉴中国统计年鉴以及新疆维吾尔自治区水资源公报、各地州市国民经济和社会发展公报等 个别数据由于不完整 经过拟合计算间接得出 综合评价指标体系构建本文参考一些对耕地资源与水资源的相关研究文献 结合新疆实际情况 按照数据获得的代表性、系统性与科学性原则 综合分析构建有关指标体系 耕地资源系统与水资源系统共选取两类一级指标与 个二级指标构建耕地资源与水资源综合评价指标体系 在相关研究中利用熵权法确定各指标权重和评价指标体系比较多 具有良好的实际研究效果 同时运用熵权法测算权重比较客观能够在一定程度上减少误差 使得确定权重更为准确与科学 具体的计算公式如下()首先利用极差法对原始数据进行标准化处理 计算公式为正向指标 ()负向指标 ()()各数据标准化后 计算第 年第 项的指标比重/()()()计算第 项的指标熵值 ()()求第 项指标的差异性系数 ()()最后计算各指标的权重/()式中 表示最初值 代表评价指标数据中的最大值 代表评价指标数据中的最小值 是原始数据标准化后的数据 是第 年第 项指标数据占指标总数值的比重 为第 项指标的熵值 是第 项指标的差异性系数 是第 项最终求得的权重 通过最终计算得到耕地资源与水资源各指标层组成的综合评价指标体系 如表 所列 耦合协调度评价模型本研究将耕地资源与水资源两者结合起来 采用耦合协调模型分析两者的协调发展水平 式()()已将权重等计算得出 现模型的构建涉及耦合度 值、综合协调指数 值和耦合协调度 值的计算方法如下计算耕地资源评价指数()与水资源评价指数()计算公式为()()()()耦合协调模型中耦合度 值()()()()()综合协调指数 值 ()()()耦合协调度 值()在上式中 与 为待定系数 两者和为 在参考相关研究的基础上 两者系统属于一个层次并且同等重要 所以取 与 各为 耦合度 值代表耕地资源与水资源的互动程度的强弱 协调指数 值反映耕地资源与水资源的协调程度 耦合协调度 值代表耕地资源与水资源动态协调演变深度分析 表 耕地资源与水资源综合评价指标及权重目标层系统层一级指标二级指标属 性权 重干旱区耕地资源与水资源综合评价指标体系耕地资源水资源耕地资源禀赋耕地资源利用水资源禀赋水资源开发与利用耕地总面积/万 人均耕地面积/水浇地面积/万 水田面积/万 旱地面积/万 耕地垦殖率/耕地灌溉总面积/万 节水灌溉面积/万 有效灌溉面积/万 水资源总量/亿 人均水资源量/亿 年降水总量/地下水资源总量/亿 地表水资源总量/亿 用水总量/亿 农业用水量/亿 工业用水/亿 人均用水量/水资源开发利用率/耕地灌溉亩均用水量/农田灌溉耗水量/亿 注:表示正向指标 表示负向指标程度的大小 通过参考余跃飞、焦士兴等相关研究成果并结合研究实际 将耦合度与耦合协调度划分以下几种类型 如表 所列表 耦合度与耦合协调度等级划分耦合度区间耦合阶段耦合协调度区间协调等级 低水平阶段 失 调 磨合阶段 濒临失调 提升阶段 勉强协调 高水平阶段 初级协调 中级及以上协调耕地资源与水资源时间序列协调发展分析 耕地资源与水资源时间序列综合评价分析通过综合评价指数测度模型得出新疆 年耕地资源与水资源的综合评价指数 由图 分析可知 耕地资源综合评价指数从 年的 增长到 年 左右 增长幅度较大整体来看耕地资源综合评价指数呈小幅波动上升趋势 其中 年之间新疆耕地资源综合发展较为平稳 其中耕地资源在 年综合评价指数最高达到 之后整体发展较为稳定 近四年来耕地资源增加了近 万 主要来源为土地开发整治和农业结构调整 但耕地整体质量不高 耕地资源用途不稳定性较大 水资源综合评价指数近十五年波动幅度较大 整体综合发展指数处于波动态势 年综合评价指数最低为 年综合评价指数最高达到 多年来新疆水资源总量整体相对平稳 变化幅度较小 从图中综合评价指数比较高的 年、年与 年来看 主要是由于这几个年份处于丰水年 水资源总量相比往年较多 在人均水资源量、用水量、降水总量和地下地表水总量有直接关系 从新疆耕地资源与水资源的综合协调发展指数来看 整体发展趋势呈波动状态 同时耕地资源受水资源综合发展形势的影响较大 耕地资源与水资源时间序列耦合发展分析利用耦合协调度测算模型得出 年新疆耕地资源与水资源系统时间序列耦合协调度由图 可见 近 年来新疆耕地资源与水资源耦合度与耦合协调度总体处于波动上升趋势 两者的耦合关系水平较低 耦合协调度也呈现出较大波动的失调状态 从表 划分等级类型分析可见 在耦合度上新疆耕地资源与水资源 年处于低水平的耦合阶段 说明新疆在耕地资源与水资源的开发与利用有待加强与提高 年与 年处于磨合耦合阶段 年处于较低水平的提升耦合阶段 说明近十五年来新疆耕地资源与水资源的发展处于一个长期此消彼长的磨合瓶颈期 未能突破临界获得进一步提升 在未来一段时期随着新疆耕地资源的不断优化与提质保量以及水资源供需结构的调整可能会打破这样僵局 在耦合协调度方面 年与 年新疆耕地资源与水资源的耦合协调度处于失调状态 年耦合协调度为历年最低()水平 年与 年间处于濒临失调的状态 在研究年份水利发展研究第 卷 年第 期 图 新疆耕地资源与水资源综合评价指数图 新疆耕地资源与水资源时间序列耦合协调度 年间只有 年耦合协调度处于初级协调 耦合协调度为 其剩余年份均处于较低水平的勉强协调状态 整体来看新疆耕地资源与水资源的耦合协调度不稳定性大 处于濒临失调与勉强协调区间内 进一步表明新疆耕地资源与水资源在协调发展中需进一步统筹优化两者资源的开发利用 促进两者更高水平的耦合协调发展耕地资源与水资源协调空间布局分析 各地州耕地资源与水资源协调综合评价分析通过综合评价指数测度模型得出新疆各地州耕地资源与水资源的综合评价指数 从图 可知 新疆各地州耕地资源与水资源综合协调发展差异性较大 乌鲁木齐市耕地资源与水资源的综合发展指数最低为 伊犁州(包括塔城地区、阿勒泰地区)综合发展指数最高达到 就整体综合发展水平来看 北疆(包括乌鲁木齐市、克拉玛依市、昌吉州、博 尔 塔 拉 州 与 伊 犁 州全)耕地资源与水资源的综合发展水平高于南疆(包括巴音郭楞州、阿克苏地区、和田地区、克孜勒苏州与喀什地区)其次是东疆(包括哈密市、吐鲁番市)由于各地州耕地面积以及耕地资源利用的方式存在较大的差异 除伊犁州旱地利用占比较大以外 新疆各地州耕地利用方式以水浇地为主 耕地资源面积最大的是伊犁州达到 万 其次是喀什地区、阿克苏地区、昌吉回族自治州 耕地面积最小的是吐鲁番与克拉玛依市同时各地州水资源总量以及利用 方 式 上 存 在 明 显 的 差异 水资源总量最高的是伊犁州达到 亿 其次是巴州与和田地区 水资源总量最 低 的 是 克 拉 玛 依 只 有 亿 多年来新疆农业用水量达到总用水量的 以上 严重挤占了其他用水 这也是新疆各地州面临调整农业耕地用水结构、最大化提高水资源利用率亟需解决的问题 各地州耕地资源与水资源空间演变协调分析通过耦合协调度测算模型得出新疆各地州耕地资源与水资源空间演变过程耦合协调度 由表、图 可见 新疆各地州耕地资源与水资源的空间耦合关系较弱 耦合协调度整体较低 协调发展面临一定的压力 在地域空间分布来看 北疆整体协调度高于南疆优于东疆 存在较大的地域差异 各地州耕地资源与水资源从耦合度来看 除伊犁州处于较高的提升耦合阶段 其余主要分布于低水平与磨合阶段 伊犁州耕地资源与水资源的耦合度最高为 处于较好的耦合提升阶段 昌吉州、巴州、阿克苏地区与喀什地区处于两者相对磨合的耦合阶段 其余各地州处于低水平耦合阶段 对于大部分深度分析 图 各地州耕地资源与水资源空间综合评价指数地州来说 为提高耕地资源与水资源两者的耦合关系 后续需要改进更为精准的治理措施表 各地州耕地资源与水资源耦合关系计算结果地 区耦合度 耦合协调度 协调基本类型乌鲁木齐 低水平耦合失调型克拉玛依 低水平耦合失调型吐鲁番 低水平耦合失调型哈 密 低水平耦合失调型昌吉州 磨合耦合失调型博尔塔拉州 低水平耦合失调型巴 州 磨合耦合失调型阿克苏地区 磨合耦合失调型克 州 低水平耦合失调型喀什地区 磨合耦合失调型和田地区 磨合耦合失调型伊犁州 提升耦合初级协调型图 各地州耕地资源与水资源空间演变协调度从各地州耕地资源与水资源空间演变的耦合协调度来看 除伊犁州外各地州耦合协调度整体处于不同程度的失调状态 呈现显著的地区差异 各地州中伊犁州耕地资源与水资源的耦合协调度为 处于初级协调类型 也是新疆各地州耕地资源与水资源唯一达到比较协调的地区 其余各地州虽都处于失调类型 但是也存在较大的地区差异 吐鲁番耕地资源与水资源的耦合协调度最低仅为 南疆各地州虽未达到协调 但是总体处于比较均衡的失调状态 在今后将会有个别地州逐渐突破这一失调瓶颈 达到濒临失调的发展协调类型结论及建议 结论本文以干旱区的典型地区新疆为研究对象 结合新疆耕地资源与水资源理论研究基础和具体现实 通过构建 年新疆耕地资源与水资源时间序列综合评价指标体系与协调度以及构建新疆各地州耕地资源与水资源空间演变的综合评价指标体系与协调度 加以测算和分析总结 以期为未来新疆耕地资源与水资源的开发与利用方面提供借鉴 研究结论如下()从时间序列上看 年新疆耕地资源与水资源的时间序列综合协调指数呈波动式小幅增长趋势 耕地资源发展受水资源综合发展的影响较大 新疆耕地资源与水资源耦合协调发展程度总体处于波动上升趋势 两者的耦合关系水平较低 耦合协调度也呈现出较大波动的失调状态()从空间演变上看 新疆各地州耕地资源与水资源空间演变综合发展指数差异性较大 耕地资源与水资源空间演变的耦合关系较弱 耦合协调度整体较低 耦合协调发展面临一定的压力 对策建议新疆耕地资源与水资源协同发展在时间序列演变以及空间布局中 由于新疆耕地资源与水资源的空间分布和开发技术存在较大差异 从而导致不同水利发展研究第 卷 年第 期 时期各地州耕地资源与水资源协调发展进程存在不合理开发利用的情况 鉴于此提出以下建议第一 新疆各地州应科学规划耕地的开发与利用 有计划、分阶段、逐步把永久基本农田全部建成高标准农田 非永久基本农田耕地种植作物调结构应以经济效益和节水优先双核心 提高耕地质量与整体利用效益 耕地面积较大的地州应加大耕地保护措施力度以及可持续发展的能力第二 新疆及各地州应统筹水资源、水环境、水生态治理 协调好用水结构 加强水权体系建设 落实以水定地的供需原则 大力推广农业节水灌溉技术等具体措施参考文献:张云 李升 高远 等 干旱半干旱地区地下水埋深与土地利用变化关系分析 以喀什三角洲为例 中国农村水利水电():孙德华 刘维忠 盛洋 干旱区耕地安全压力测试及时空演变特征研究 以新疆为例 资源开发与市场 ():孙燕君 王璐 刘振华 等 耕地资源承载力关键影响因素识别与典型评价模型研究进展 农业资源与环境学报():孟梅 杨雅薇 杨磊 新疆耕地后备资源开发与生态环境耦合关系研究 浙江农业学报 ():周侃 樊杰 王亚飞 等 干旱半干旱区水资源承载力评价及空间规划指引 以宁夏西海固地区为例 地理科学():王金星 杨银科 盛强 基于改进 模型的甘肃省水资源承载力评价 水电能源科学 ():王晶 刘天一 吴春莉 水能源粮食系统下水资源利用与经济增长脱钩研究 以河北省为例 节水灌溉():朱丽娟 陆秋雨 中国省域耕地与灌溉水资源利用效率及其耦合协调度的空间相关性分析 中国农业大学学报():姜长攀 蒲春玲 董露 等 新疆水资源压力与耕地利用效益变化及耦合关系研究 湖北农业科学 ():马历 唐宏 冉瑞平 等 四川水资源压力与耕地利用效益变化的格局及耦合关系 中国农业资源与区划 ():孟梅 范文慧 基于水资源承载力的新疆耕地后备资源开发布局研究 中国农村水利水电():谢桂云 张飞云 新疆农业水土资源时空匹配研究 中国农村水利水电():马历 唐宏 冉瑞平 等 四川水资源压力与耕地利用效益变化的格局及耦合关系 中国农业资源与区划 ():张宁 汪子晨 杨肖 等 新疆水资源与农业种植系统耦合协调及时空差异研究 以粮食和棉花种植系统为例/干旱区地理:/余跃飞 蔡红艳 杨小唤 等 人口流出对安徽省人口耕地资源耦合关系的影响研究 资源开发与市场 ():焦士兴 王安周 李青云 等 河南省耕地利用效益与水资源压力耦合评价 河南科学 ():(责任编辑康健)