陕西关中地区农业水土资源时空匹配格局研究

侯 薇，刘小学，魏晓妹

（1.西北农林科技大学 水利与建筑工程学院，陕西 杨凌712100；2.陕西省地下水管理监测局，西安710003）

水土资源是社会经济发展的物质基础和战略资源。随着城市化、工农业现代化进程的不断加快，水土资源短缺、质量退化等问题已成为制约地区社会经济可持续发展的瓶颈。对于农业生产来说，水土资源是农业生产的核心要素，二者在时间和空间上的匹配程度直接影响区域农业可持续发展[1]。近十几年来，受气候变化和人类活动的影响，尤其是城市化进程的快速发展，使得陕西关中地区水土资源的数量和质量发生了明显的变化，同时，农业水土资源被挤占的态势明显。因此研究该区农业水土资源匹配状况对农业水土资源的高效利用和保障粮食安全具有重要参考价值。

1 关中地区概况

关中地区位于陕西省中部，西起宝鸡，东到潼关，南界秦岭，北接渭河北山，所辖行政区包括西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南5市和杨凌农业高新技术产业示范区，共54个县（市、区），总面积55 384km2，约占陕西省总面积的26.7%。该区地势平坦，气候温暖，土壤肥沃、灌溉农业发展历史悠久，是陕西省人口密集、工农业发达的区域和主要的粮棉油果生产基地。截至2008年底，全区人口2 357.57万人，占全省总人口的近63%，人口密度为425人／km2，是全省和全国的2.3倍和3倍；全区耕地面积151.529万hm2，占陕西省耕地面积的53%；全区GDP占陕西省的63%；粮食总产量占陕西省粮食产量的73%；农林牧渔业总产值占全省的57.9%[2]。

2 水土资源量及利用特征分析

关中地区为半湿润易旱区，水土资源关系密切，水资源的丰枯程度决定着土地利用的方向和格局，进而影响耕地资源的效率和效益，而土地资源的利用结构又影响着水资源的开发利用模式。按照关中地区的行政区划，依据陕西水资源公报（1994—2008年）、《陕西统计年鉴》（1994—2008年）、陕西省土地利用详查变更数据等资料，通过对各市水土资源的数量及利用特征进行分析，以掌握水土资源及利用动态，从而为农业水土资源时空匹配格局的研究提供依据。

2.1 水资源量及利用特征

2.1.1 水资源量分析 关中地区水资源主要来自于天然降水，年降雨量500～700mm，多年平均降水量为670.6mm。关中地区属于温带季风性气候，降雨量年内分配很不均匀，7—9月占全年降雨量的60%～70%，11—12月降雨仅占全年降雨量的5%～8%。水资源的空间分布也不均匀，渭河以北耕地和人口占全区25%和41%，自产地表水资源占有量为70%，而渭河以南耕地和人口占全区75%和59%，自产地表水资源占有量仅为30%。

关中地区年平均（1994—2008年）水资源总量为63.68亿m3，其中地表水资源量为48.52亿m3，地下水资源量为37.02亿m3，地表与地下水资源重复计算量为21.86亿m3。可见，关中地区水资源以地表水为主，约占水资源总量的76%，关中地区及各市水资源总量、人均水资源量和单位面积耕地占有水资源量如表1所示。由表1可以看出，关中地区人均水资源占有量为270m3／人，相当于全国平均水平（2 300 m3／人）的12%，耕地占有水量为4 202m3／hm2，相当于全国平均水平（23 715m3／hm2）的18%。按照国际人均水资源量标准，关中地区属于水资源严重匮乏区，其中宝鸡市属于重度缺水地区（≤1 000m3／人），关中其余4个市均属于极度缺水地区（≤500m3／人）。

关中地区水资源空间分布与社会经济发展不相协调。西安市作为关中地区经济政治中心，国民生产总值和人口分别占到全区的51.1%和35.6%，水资源却只有全区的32%，人均水资源占有量仅为全国的1／6。咸阳市和渭南市的粮食产量占到全区的25%和27%，水资源分布却仅为10%和17%。

关中地区降水的显著季节性变化、水资源短缺、水资源分布与社会经济发展不平衡，这些水资源总量及其分布特征势必制约关中地区农业的发展，影响关中地区农业水土资源的匹配格局。

表1 关中地区水资源量计算

2.1.2 水资源利用特征分析 关中地区多年平均用水量为47.57亿 m3（1994—2008年），西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南分别为18.06亿 m3、0.71亿 m3、6.86亿 m3、10.41亿 m3、11.52亿 m3。关中地区以农业用水为主，占到总用水量的62%；农田灌溉用水量16 911m3／hm2，高于全国农田灌溉用水量7 152m3／hm2的2倍；工业用水量比重为21%；生活用水量比重仅为17%；人均用水量为201m3／人，不到全国人均用水量（425m3／人）的一半。

根据表2所列关中地区各部门用水比重及年均增长量数据及区域经济发展状况、经济构成特点等，分析关中地区水资源利用特征为：在1994—2008年，关中地区农业用水比重呈逐渐下降趋势，农业用水量在1994—2003年持续下降后有回升的趋势。1994—2004年，关中地区工业用水比重逐渐上升，工业用水量在1994—2003年增长之后又逐渐减小。1994—2008年关中地区生活用水比重和生活用水量都呈增大趋势。

表2 关中地区各部门用水比重及年均增长量表

2.2 土地资源及利用特征

2006年关中土地总面积554.771万hm2，其中耕地175.785万hm2，园地30.294万hm2，林地202.747万hm2，牧草地26.121万hm2，其他农用地13.984万hm2，居民工矿用地42.255万hm2，交通用地3.044万hm2，水利设施用地1.236万hm2，未利用地59.304万hm2。关中地区土地利用具有以农林业用地为主的结构特点，林地、耕地比重分别高出全国12% 和18%，其余土地类型所占比例均低于全国平均水平。关中地区耕地耕层深厚，耕性优良，土地平坦，一等耕地占52.2%，远高于全国41.32% 的平均水平[3]。但关中地区区域经济发展迅速、人口集中、用地矛盾突出，1994—2003年关中地区耕地面积10 a累计减少25.6万hm2，人均耕地面积减少了27%，西安、铜川、宝鸡、咸阳、渭南市的耕地面积分别以0.43万hm2／a、0.14万hm2／a、0.71万hm2／a、0.91万hm2／a、0.66万hm2／a的速度收缩。2004—2008年关中地区耕地面积虽然整体还是呈下降趋势，但耕地面积不断减少的局面得到了有效控制甚至出现了回升。

由表3可看出，生态退耕、农业结构调整、建设占用是关中地区耕地减少的最主要原因，且关中各市耕地减少去向有很大差异。西安市耕地主要转变为建设用地。宝鸡市耕地面积绝大多数是生态退耕造成的。咸阳市、铜川市耕地面积主要因农业结构调整和建设用地而减少。渭南市耕地面积主要因农业生态退耕和建设用地而减少。

表3 2004－2006年关中地区耕地减少去向比例

3 农业水土资源时空匹配格局研究

由以上对陕西关中地区的水土资源量及利用特征分析可以看出，农业作为该区水土资源占有量最多的行业，其时空匹配格局的研究对该区水土资源的有效利用具有重要作用。

目前我国水土资源匹配格局的研究以水资源的空间分布为主，将水土资源结合的较少，对于农业水土资源匹配格局的研究更少。吴宇哲等[4]将区域基尼系数引入水土资源匹配的研究，通过基尼曲线和系数对我国水土资源整体匹配状况进行了分析，结果表明我国水土资源匹配程度处于世界平均水平；刘洋、姜宁等[5－6]分别将基尼系数应用于辽宁省及黑龙江省的水资源空间匹配研究；刘彦随等[7]以中国东北地区为例，构建区域农业水土资源匹配系数模型，以市域为单位对东北地区农业水土资源匹配程度作出了定量评价。本文以农业水土资源匹配系数为评价指标，通过对陕西省关中地区农业水土资源时空匹配程度的定量评价，研究农业水土资源的匹配格局。

3.1 研究思路与方法

农业水土资源匹配系数反映特定区域可供农业利用的水资源和耕地资源时空适宜匹配的量比关系，揭示区域农业水资源与耕地资源在时空上的相互满足程度，一般采用单位面积耕地可拥有的水资源量来表示。农业水土资源匹配系数由区域水资源量、耕地资源量以及水资源的时空分布和利用特征决定，其值越大，表明农业水资源能够满足耕地资源的程度越高，该区域的农业资源形势是水多地少；其值越小，农业水资源能够满足耕地资源的程度越低，该区域的农业资源形势是地多水少。农业水土资源匹配系数模型如下：

（1）以市域为基本单位的农业水土资源匹配系数计算模型[7]：

（2）区域农业水土资源匹配系数计算模型[8]：

式中：Rk——区域k 年水土资源匹配系数；Ri，k——i市k年农业水土资源匹配系数；n——区域内市区的数量。区域农业水土资源匹配系数为该区各市农业水土资源匹配系数的平均值，用以衡量区域农业水土资源的总体匹配程度。

3.2 计算结果与分析

根据以上评价模型及陕西水资源公报（1994—2008年）、《陕西统计年鉴》（1994—2008年）、陕西省土地利用详查变更数据等资料，计算得关中地区农业水土资源匹配系数结果如表4所示。同理，根据2003—2008年《中国水资源公报》和《中国统计年鉴》（2009年）的资料，计算出2008年全国农业水土资源匹配系数为1.42。

参考相关研究成果及表4计算结果所显示的关中地区各市（区）R值积聚与离散的分布特点，将关中地区农业水土资源匹配系数划分为3个等级：匹配程度较差（0≤R≤0.3）；匹配程度一般（0.3≤R≤0.5）；匹配程度较好（0.5≤R≤1.04），用以定量评价农业水土资源的匹配程度。

表4 关中地区农业水土资源匹配系数R计算结果

根据表4所列数据及上述农业水土资源匹配系数等级评价标准，对关中地区农业水土资源匹配格局分析认为：

（1）区域农业水土资源的匹配程度。关中地区1999—2008年的农业水土资源匹配系数均为0.21～0.47，远低于2008年的全国平均值（1.42），表明关中地区农业水土资源匹配程度较差，并长期落后于全国平均水平。

（2）农业水土资源匹配格局的时间变化。对比关中地区1999—2008年农业水土资源匹配系数与水资源总量的变化趋势（图1）可以看出，农业水土资源匹配系数的年际波动范围较小，并且与水资源的丰枯变化规律一致，水资源量对农业水土资源匹配格局的制约作用非常明显。另外，关中地区的水资源主要来自天然降水，水资源季节变化明显，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]，这又使农业水资源的供给与农作物的需水不同步，进一步加大了区域农业水土资源的匹配难度。

图1 关中地区农业水土资源匹配系数与水资源总量变化趋势对比

（3）农业水土资源匹配格局的空间变化。在GIS技术支持下，对2008年关中地区市域尺度水土资源匹配格局进行空间分析，见图2。

分析图2可看出，关中地区的水资源空间分布不平衡，水资源量大体上呈现从南向北，从西向东递减的趋势，而耕地资源的空间分布呈东多西少，北多南少的局面，农业水土资源空间匹配存在明显的错位现象。因此，农业水土资源匹配系数区域差异明显，匹配格局为西部匹配程度优于东部，南部匹配程度优于北部。

图2 2008年关中地区水资源、耕地资源以及水土资源匹配格局的空间分布

从市域上来看，宝鸡市和西安市的水资源最为丰富，占到全区水资源的70%，而土地垦殖率分别为17%和25%，宝鸡市和西安市的匹配程度明显优于其他市区；咸阳市、渭南市、铜川市的匹配水平相当，水资源量仅为全区的10%和17%，土地垦殖率却达到35%和40%，咸阳市的匹配程度最差，渭南市和铜川市略优于咸阳市。

图3 2001－2008年关中地区有效灌溉面积比例

4 农业水土资源时空匹配差异性原因及对策

（1）关中地区农业水土资源时空匹配差异性主要是由水资源的时空分布特点所决定的。关中地区降水季节性明显，水资源严重短缺制约社会经济发展，水资源分布与社会经济发展格局不协调。长期以来关中地区的诸多水资源问题无论依靠节水技术还是水资源联合调度，关中地区境内自产水资源都很难解决水资源短缺的问题。因此，要解决关中地区农业水土资源匹配的矛盾，必须考虑外流域调水。从20世纪90年代开始，引陕南的水接济关中（引汉江或引嘉陵江济渭河等）的省内南水北调工程，已成为陕西省重点考虑的跨流域调水工程。此外，改造现有供水工程，提高工程调蓄能力以及雨水集流等措施可以有效地缓解汛期水资源流失。

（2）有效灌溉面积比例不够高导致农业水资源利用效率偏低。2001—2008年，关中地区有效灌溉面积占耕地面积之比如图3所示。可以看出，关中各市有效灌溉面积呈下降趋势或者增幅很小，铜川市的有效灌溉面积比例仅为20%左右。增加有效灌溉面积有利于农业水资源的高效利用，有助于提高农业水土资源匹配程度。

（3）农业结构不合理，第一产业现代化滞后。农业结构调整可以影响耕地面积变化、提高耕地的利用效率、加速实现农业产业化，有利于提高农业水土资源匹配程度。关中地区正在不断加大农业结构调整的力度，尤其是咸阳市和铜川市。与此同时还可以加强农业内部种植结构的调整，压缩粮食作物和高耗水作物的种植比例，进一步提高对耕地及农业水土资源的利用效率。

[1]张晶，封志明，杨艳昭.宁夏平原县域农业水土资源平衡研究[J].干旱区资源与环境，2007，21（2）：60－65.

[2]陕西省统计局.陕西统计年鉴[M].西安：中国统计出版社，2009.

[3]岳冬菊，蔡平.关中地区农业土地资源持续利用研究[J].咸阳师范学院院报，2002，17（4）：49－65.

[4]吴宇哲，鲍海君.基尼系数及其在区域水土资源匹配分析中的应用[J].水土保持学报，2003，17（5）：123－125.

[5]刘洋，金凤君，甘红.区域水资源空间匹配分析[J].辽宁工程技术大学学报，2005，24（5）：657－660.

[6]姜宁，付强.基于基尼系数的黑龙江省水资源空间匹配分析[J].东北农业大学学报，2010，41（5）：56－60.

[7]刘彦随，甘红，张富刚.中国东北地区农业水土资源匹配格局[J].地理学报，2006，61（8）：847－854.

[8]张孝存，张妍，张红侠.商洛地区农业水土资源时空匹配研究[J].安徽农业科学，2007，35（32）：10418－10420.

[9]侯琳.关中地区水资源承载力测评与时空差异分析[D].西安：陕西师范大学，2009.