松嫩—三江平原地区农业水土资源匹配格局研究

聂晓++刘兴土++王毅勇

摘要：通过构建农业水土资源匹配测算模型以及区域基尼曲线，计算了松嫩—三江平原地区的水土资源匹配系数和水资源—耕地资源基尼系数，对区域的水土资源匹配程度进行了划分。结果表明：松嫩—三江平原水土资源匹配系数、水资源-耕地资源基尼系数分别为0.381 04 m3/hm2、0.445 8，水土资源匹配较不均衡；水土资源匹配程度空间差异性较为显著，粮食主产区松嫩—三江平原中部的四平—长春—松原—哈尔滨—绥化—齐齐哈尔一线及三江平原腹地佳木斯一带水土资源匹配程度较差甚至极差。在未来水土资源的优化配置中，应注意作物种植结构的调控以及水资源空间匹配的合理性。

关键词：水土资源；匹配系数；基尼系数；空间差异；松嫩—三江平原

中图分类号：F323.2 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）18-4894-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.18.064

水资源和耕地资源是区域农业生产的核心要素，水土资源的时空耦合是发展农业生产的先决条件，二者的匹配程度直接影响着区域农业的可持续发展以及区域水土资源的合理开发利用[1，2]。因此，开展不同地区的水土资源分布格局和匹配程度分析已经成为学者关注的热点[3-5]。松嫩—三江平原是中国最重要的商品粮基地，也是中国粮食增长潜力最大的地区，在一定程度上保障着中国的粮食安全。近年来，高强度人类活动的干扰使得该区域的水资源和耕地资源数量及空间分布发生了较大的变化。因此对松嫩—三江平原各地区水土资源的空间匹配现状进行客观定量地评价，是松嫩—三江平原地区水土资源优化配置、合理调控和作物种植结构优化的基础性工作。

1 研究区概况及研究方法

1.1 研究区概况

松嫩—三江平原位于中国东北地区黑龙江、吉林省境内，总面积29.59万km2，耕地总面积占整个东北地区的54%，粮食产量占全区的55%，粮食商品率高达65%，居全国所有粮食主产区之首[6]。气候属于中温带大陆性半湿润、半干旱季风气候区，多年平均年降水量400～650 mm，多年平均水资源总量376.96亿m3，年际降水变率大，年内降水分布极为不均，主要集中在汛期6～9月，占全年降水量的70%～80%。

1.2 研究方法

1.2.1 农业水土资源匹配系数 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越大，表示该市（县）水资源与耕地面积分布的一致性和量比水平越高，农业生产的水土资源条件越优越。农业水土资源匹配系数计算模型如下[2-3，7]：

Ri=Wi×Ki/Li

式中，Ri为第i个市（县）的水土资源匹配系数（104 m3/hm2）；Wi为第i个市（县）水资源总量；Ki为第i个市（县）农业用水比例（农田灌溉用水占总用水量的比例）；Li为第i个市（县）耕地面积。

12.2 基尼系数 基尼系数通常用来衡量居民收入的均衡程度，测算时将人口按收入水平分级后构建基尼曲线求得。同样具有对于研究区域农业水土资源的匹配问题时，基于水资源在空间上分配的不均衡性，其区域基尼曲线可以如下构建[5，8，9]：

1）分别计算研究区各个市（县）水土资源的相对值（单位体积水资源所服务的耕地面积），按照该相对值对各个市（县）进行排序。

2）分别计算出研究区各个市（县）水资源和耕地资源占区域各自资源总量的比例。

3）按照排序，依次计算出研究区各个市（县）水资源和耕地资源占区域各自资源总量比例的累计总和。

4）定义x轴为子区域水资源量的累计比例，y轴为耕地资源的累计比例，构建区域基尼曲线。

定义的基尼曲线与45°线构成的面积A的2倍即为区域基尼系数G。耕地资源与水资源的匹配越好，则曲线越接近45°线，当各区域水土资源极度匹配时，区域基尼系数G越接近于0；相反，当各区域水土资源极度不匹配时，则区域基尼系数G越接近于1。

1.3 数据来源

松嫩—三江平原各地区2008-2013年水资源量和农业用水比例数据来源于《吉林省水资源公报》、《黑龙江省水资源公报》以及各市（县）的相关水文局和农垦灌溉管理部门，松嫩—三江平原各地区2008-2013年耕地面积数据来源于《吉林省统计年鉴》和《黑龙江省统计年鉴》。文中采用2008-2013年多年平均水资源量、多年平均耕地面积、多年平均农业用水比例等数据来计算农业水土资源匹配系数及水资源—耕地资源基尼系数。

2 结果与分析

2.1 农业水土资源匹配系数的测算及其空间分配格局

根据松嫩—三江平原各地区多年平均水资源量和耕地面积统计数据以及农业用水比例数据，根据水土资源匹配系数计算模型，得出松嫩—三江平原地区不同市域尺度的水土资源匹配系数如表1。

松嫩—三江平原地区水土资源匹配程度不高，水土资源匹配系数仅为0.381 04 m3/hm2，低于全国平均水平（0.56×104 m3/hm2）[10]。松嫩—三江平原地区水土资源匹配系数表现出较强的区内差异性，其中，松原市水土资源匹配系数最低，仅为0.08×104 m3/hm2，与匹配系数最高的牡丹江市（1.04×104 m3/hm2）相差0.96×104 m3/hm2。为了直观表达松嫩—三江平原不同市域水土资源匹配程度的差异性，依据水土资源匹配系数的积聚与离散的分异特征，参考全国和黑龙江省水土资源匹配系数，采用自然断裂点（Jenks）法将松嫩-三江平原各地区水土资源匹配系数划分为4个等级：第一等级为匹配程度良好（0.61

根据表1中的水土资源匹配系数数据，利用ArcGIS10.1绘制出松嫩—三江平原地区市（县）域尺度农业水土资源的空间匹配格局（图1）。由图1可知，松嫩—三江平原地区的水土资源匹配程度总体呈现出“东北优于西南，山丘区优于平原区”的空间格局。耕地集中区松嫩—三江平原中部的四平—长春—松原—哈尔滨—绥化—齐齐哈尔一线及三江平原腹地佳木斯一带水土资源匹配程度较差甚至极差，即水资源短缺问题已成为该区域粮食主产区农业生产的主要制约瓶颈。

2.2 区域水资源-耕地资源基尼系数的计算及农业水土资源匹配分析

将表1中各县（市、区）水资源占区域的比例累计和耕地面积占区域的比例累计对应绘制成松嫩—三江平原地区区域基尼系数曲线见图2。计算得到各点连线所构成的曲线与45°线构成的面积为A=0.222 9，根据区域基尼系数定义，得到松嫩—三江平原地区水土资源匹配的区域基尼系数为G=0.445 8。联合国有关组织将区域基尼系数划分为5个等级：00.5时，匹配状况极差[5]。松嫩—三江平原地区的G介于0.4～0.5之间，属于水土资源匹配较差地区。

由表1还可得知，松嫩—三江平原地区70% 的水资源服务35%的耕地，而剩下30%的水资源却服务65%的耕地。根据单位体积水资源所服务的耕地面积不同，松嫩—三江平原地区所辖区域的水土资源的匹配状况从优到劣依次为牡丹江、鹤岗、吉林、鸡西、双鸭山、黑河、七台河、哈尔滨、佳木斯、白城、大庆、绥化、长春、四平、齐齐哈尔、松原。牡丹江水资源总量占松嫩—三江平原地区水资源总量的13.54%，而耕地面积仅为松嫩—三江平原地区的3.41%；齐齐哈尔耕地面积占松嫩—三江平原地区总耕地面积的15.04%，而水资源量只占整个区域水资源总量的4.96%。松嫩—三江平原水土资源分布的这种空间错位，制约了区域资源的可持续利用，不利于保障区域的粮食安全。

3 结论

1）通过对松嫩—三江平原地区水土资源匹配系数和基尼系数的计算可以看出，松嫩—三江平原地区水土资源匹配较不均衡，水土资源匹配系数和水资源—耕地资源基尼系数分别为0.381 04 m3/hm2、0.445 8，低于全国平均水平。

2）通过对松嫩—三江平原地区水土资源空间匹配格局分析得出，松嫩—三江平原地区水土资源匹配程度表现出较强的空间差异性，水资源量较为缺乏的齐齐哈尔、四平、长春、松原等粮食主产区，水土资源匹配程度极差；而水资源量较为丰富耕地面积相对较少的牡丹江、鹤岗、吉林、鸡西等地区，水土资源匹配程度最优。

3）从合理利用水土资源的角度出发，在水资源相对匮乏，而耕地面积集中分布的地区，可以优化作物种植结构，大力发展旱作栽培，减少农业用水需求，另外，可以采取工程措施和技术手段（水利工程、节水灌溉技术、水土保持耕作技术等），优化水土资源配置，提高水资源利用效率。

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