中国农业空间布局与农业节水研究

王秀鹃 胡继连

(山东农业大学， 山东 泰安 271018)

水是农业生产离不开的重要资源，一国水资源的多少对其农业生产具有重要的影响。我国人均拥有淡水资源量2100m3，只有世界平均数的28%，属于世界上严重缺水的国家之一。捉襟见肘的水资源拥有量使得我国农业、工业、城市生活等各个方面都必须节约用水。因此，2011年中央一号文件明确提出要实行“最严格的水资源管理制度”，并设定了水资源利用管理的“三条红线”和“四项制度”，分别是“到2030年全国用水总量不超过7000亿m3、水资源利用效率达到或接近世界先进水平、水功能区水质达标率提高到95%以上”和“用水总量控制制度、用水效率控制制度、水功能区限制纳污制度、水资源管理责任和考核制度”。

毫无疑问，农业是我国水资源消耗利用的第一大户，农业用水总量在全国水资源利用总量中的比重一直在70%以上。但是，我国农业水资源的利用效率并不高，全国平均在0.5左右。因此，控制全国用水总量的重点应该在农业，农业用水总量控制管理得好，全国用水总量控制管理的总体目标才有可能实现。然而，全国各地的水资源禀赋不同，有的地区水资源稀缺，有的地区水资源丰富，若把高耗水农作物配置在水资源丰富的地区，则能够有条件的节约灌溉用水。因此，我国农业节水应该鼓励调整和优化农业生产空间布局。

一、我国水资源禀赋(降水)的空间分布

以年降水量为主要指标(降水是地表淡水的主要来源)考察全国各地的水资源禀赋，总体格局为：北方(西北)地区水资源禀赋稀少，南方(东南)地区的水资源禀赋则相对充裕。全国各省、直辖市、自治区的年降水情况见表1。

表1数据显示，东南沿海的广东、广西、福建、海南、江西等省区的年降水量在1600mm以上；长江中下游地区的浙江、上海、江苏、安徽、湖南、湖北等省及西南地区的四川、贵州、云南、重庆等省(市)为1000-1500mm；华北地区的北京、天津、河北、山西等省(市)为500-600mm；东北地区的黑龙江、吉林、辽宁三省为500-800mm；黄河中下游地区的山东、河南两省为700mm左右；西北地区的陕西省为600mm，而甘肃、宁夏、内蒙古仅有200-300mm，青藏高原(青海、西藏)为400mm左右，新疆自治区只有154mm。

表1 中国内陆地区的年降雨量排序(mm)

资料来源：中国气象数据网

根据表1的数据,使用空间统计分析软件GeoDa绘制出来的全国各省区降水量分布图(见图1)。很明显，降水资源主要集中于我国东南地区，华北地区次之，西北地区明显偏少。在自然地理学上，400mm等降水线是我国半湿润和半干旱的地区分界线，800mm等降水量线是我国湿润和半湿润地区分界线。

图1 中国各省(市、区)的年降雨量分布图

二、我国高耗水农作物的空间布局

影响农业用水总量的农业空间布局因素主要表现为高耗水农作物的如何布局。根据全国农作物灌溉用水定额参数分析，我国高耗水农作物主要是水稻、蔬菜；中高耗水作物是小麦。

(一)高耗水水田作物(水稻)的空间布局调整分析

由于水稻种植耗水量巨大，所以历史上的水稻生产均被安排在了水资源丰富的大江、大河的中下游或湖泊地区。如果一地的水资源供给减少了，水稻生产就会从该地区退出，从而推动水稻生产不断地向水资源富裕地区集中。

1997年，我国的水稻生产主要分布在11省区。水稻种植面积超过100万hm2的省区按面积排序：湖南(407.58万hm2)、江西(306.35万hm2)、广东(270.41万hm2)、湖北(246.60万hm2)、广西(243.43万hm2)、江苏(237.76万hm2)、安徽(221.21万hm2)、四川(219.61万hm2)、浙江(208.59万hm2)、福建(140.16万hm2)、黑龙江(139.69万hm2)。11省区的水稻种植总面积2641.39万hm2，占全国水稻总面积的83.15%，其中，排名第一位的湖南省水稻面积达到407.58万hm2，占全国水稻总面积的12.83%。

2005年，我国的水稻主产省区分布有所变动。福建退出100万hm2水稻队列，水稻种植面积降为95.16万hm2；递补进来的是云南，水稻种植面积上升到104.93万hm2。水稻种植面积超过100万hm2的省区排名顺序调整为：湖南(379.52万hm2)、江西(312.90万hm2)、广西(236.04万hm2)、江苏(220.93万hm2)、安徽(214.91万hm2)、广东(213.76万hm2)、四川(208.75万hm2)、湖北(207.74万hm2)、黑龙江(165.03万hm2)、云南(104.93万hm2)、浙江(102.85万hm2)。11省区的水稻种植总面积为2367.36万hm2，占全国水稻总面积的82.07%。湖南尽管仍然名列第一位，但实际面积已经降了下来；面积和位次同时明显增加的是黑龙江，水稻种植面积从139.69万hm2上升到了165.03万hm2，从第11位上升到第9位；面积和位次同时明显下降的是浙江，水稻种植面积从208.59万hm2降到了102.85万hm2，降幅超过50%，从第9位降到11位。

2010年，我国的水稻主产区分布进一步调整，浙江退出百万公顷水稻队列，水稻种植面积下降为92.32万hm2。水稻种植面积超过100万hm2的省区变为10个，按面积排序分别是：湖南(403.05万hm2)、江西(331.84万hm2)、黑龙江(276.88万hm2)、安徽(224.54万hm2)、江苏(223.42万hm2)、广西(209.44万hm2)、湖北(203.82万hm2)、四川(200.45万hm2)、广东(195.27万hm2)、云南(102.10万hm2)。10省区的水稻种植总面积为2370.81万hm2，占全国水稻总面积的79.36%。湖南省仍然名列第一位，实际面积恢复到了400万hm2以上；面积和位次同时大幅度增加的还是黑龙江(面积上升到276.88万hm2，从第9位升到第3位)。2010年，水稻主产区向黑龙江延伸的趋势已经开始显现。

2016年，我国水稻主产区分布相对稳定。水稻种植面积超过100万hm2的省区仍然是原来的10个，内部排序有所调整，按面积排序为：湖南(411.41万hm2)、江西(334.24万hm2)、黑龙江(314.78万hm2)、江苏(229.16万hm2)、安徽(223.49万hm2)、湖北(218.85万hm2)、四川(199.08万hm2)、广西(198.39万hm2)、广东(188.73万hm2)、云南(113.48万hm2)。10省区的水稻种植总面积为2431.60万hm2，占全国水稻总面积的80.47%。湖南省仍然名列第一位，实际面积进一步恢复到了410万hm2以上。水稻种植面积大幅度增加的仍然是黑龙江，排名仍列第3位，面积超过300万hm2。黑龙江水稻主产区地位已经非常明显了。

上述分析表明，1997年以来我国在水稻生产空间布局的调整上，一方面是中南地区水稻主产区的继续集中，另一方面是黑龙江水稻主产区的逐渐形成，还有就是非主产区水稻面积的逐渐缩减和退出，推动了水稻生产向中南和黑龙江的集中。水稻面积大幅度减少和萎缩的地区包括北京、天津、河北、山西、内蒙古、山东、陕西等省区(市)。

(二)高耗水旱田作物(蔬菜)的空间布局调整分析

蔬菜是一种特殊的高耗水作物。历史上由于蔬菜易腐易烂不宜长途运输和储藏，所以蔬菜生产往往贴近居民区进行布局，主要安排在城市郊区进行生产，目的是方便城市居民的蔬菜供给。然而，随着蔬菜保护地栽培和运输、储藏条件的不断改善，蔬菜生产布局不再仅仅局限于城市周边，而是按照区域化、专业化、规模化、市场化的原则在全国范围内向比较优势产区不断集中。例如，山东、河北、河南等省区均已逐渐演化成为全国著名的蔬菜生产基地，向全国各地供应蔬菜。

1997年，全国蔬菜种植面积超过100万hm2的省份只有1个，即山东省，蔬菜种植面积126.76万hm2，占全国蔬菜总面积的11.23%。

2005年，我国蔬菜种植总面积有所增长，蔬菜主产区布局也有所变动，种植面积超过100万hm2的省区增加到了7个，按面积排序：山东(184.77万hm2)、河南(159.59万hm2)、江苏(119.44万hm2)、广东(116.27万hm2)、河北(110.48万hm2)、广西(109.44万hm2)、湖北(110.48)。7省区的蔬菜种植总面积900.17万hm2，占全国蔬菜总面积的50.80%。此外，还有2个省份的蔬菜种植面积非常接近100万hm2，分别是湖南99.71万hm2、四川99.15万hm2。

2010年，全国蔬菜种植面积超过100万hm2的省区增加到了9个，按面积排序：山东(177.08万hm2)、河南(170.41万hm2)、江苏(122.98万hm2)、广东(117.98万hm2)、四川(116.62万hm2)、河北(113.86万hm2)、湖南(113.31万hm2)、湖北(102.08万hm2)、广西(100.78万hm2)。9省区的蔬菜种植总面积达1135.10万hm2，占全国蔬菜总面积的59.74%。新加入蔬菜种植100万hm2队列的省区是四川和湖南，而且是一下子排到了第5位和第7位。至此，全国蔬菜主产区格局基本形成。

2016年，全国蔬菜种植面积超过100万hm2的省区再次增加为10个，按面积排序：山东(188.86万hm2)、河南(175.17万hm2)、江苏(143.14万hm2)、广东(138.20万hm2)、湖南(137.29万hm2)、四川(134.96万hm2)、河北(124.21万hm2)、广西(122.10万hm2)、湖北(121.29万hm2)、云南(100.40万hm2)。10省区的蔬菜种植总面积达1385.62万hm2，占全国蔬菜总面积的62.98%。全国蔬菜主产区格局基本稳定了下来。

上述分析表明， 1997年以来我国蔬菜生产空间布局的调整上，一方面是山东主产区得到继续巩固，另一方面是中南主产区和河北、西南主产区的形成。其他非主产区的蔬菜种植面积，除了北京、天津、吉林有所减少之外，也都有不同程度的增长。

(三)中高耗水旱田作物(小麦)的空间布局调整分析

小麦是旱地农作物耗水量比较大的一种。1997年以来，我国的小麦生产空间布局也发生了一些富有特色的变化。

1997年，我国小麦生产主要分布在12个省区。小麦种植面积超过100万hm2的省区按面积排序：河南(492.73万hm2)、山东(403.76万hm2)、河北(272.07万hm2)、江苏(234.14万hm2)、安徽(213.76万hm2)、四川(182.45万hm2)、陕西(160.28万hm2)、甘肃(132.01万hm2)、湖北(127.65万hm2)、内蒙古(116.46万hm2)、黑龙江(107.44万hm2)、新疆(101.74万hm2)。12省区的小麦种植总面积2544.49万hm2，占全国水稻总面积的84.66%。其中，河南、山东的小麦种植面积均超过400万hm2，两省小麦种植面积合计896.49万hm2，占全国小麦总面积的29.83%。

2005年，我国小麦主产省区分布有所变动。内蒙古、黑龙江、湖北、新疆4省区退出100万hm2小麦产区队列。小麦种植面积超过100万hm2的省区还剩8个，排名顺序：河南(496.27万hm2)、山东(327.87万hm2)、河北(237.71万hm2)、安徽(210.83万hm2)、江苏(168.44万hm2)、四川(126.23万hm2)、陕西(121.15万hm2)、甘肃(100.08万hm2)。8省区的小麦种植总面积1788.58万hm2，占全国小麦总面积的78.47%。8省区中，只有河南的小麦面积有少量增长，其他7个省区的小麦面积均有减少。

2010年，我国小麦主产省区分布又有轻微变动。甘肃退出100万hm2小麦产区队列，湖北和新疆重返100万hm2小麦产区队列。小麦种植面积超过100万hm2的省区调整为9个，排名顺序：河南(528.00万hm2)、山东(356.19万hm2)、河北(242.03万hm2)、安徽(236.57万hm2)、江苏(209.31万hm2)、四川(126.57万hm2)、陕西(114.89万hm2)、新疆(112.00万hm2)、湖北(100.01万hm2)。9省区的小麦种植总面积2025.57万hm2，占全国小麦总面积的83.51%。除陕西之外，其他8个省区的小麦种植面积均出现不同程度的增长，其中河南为连续增长。我国小麦主产区分布格局基本形成。

2016年，我国小麦主产省区分布继续稳定在9个省区，排名顺序稍有变动：河南(542.57万hm2)、山东(379.98万hm2)、安徽(245.70万hm2)、河北(231.89万hm2)、江苏(217.88万hm2)、新疆(123.93万hm2)、四川(111.90万hm2)、湖北(109.34万hm2)、陕西(108.56万hm2)。9省区的小麦种植总面积达2071.75万hm2，占全国小麦总面积的85.82%。除了河北、四川、陕西3省小麦面积略有下降之外，其他6个省区的小麦种植面积均有不同程度的增长，其中河南省连续增长。小麦主产区分布格局趋于稳定。

三、农作物空间布局与水资源禀赋的匹配关系

(一)农作物空间布局与水资源禀赋拟合度：一个新概念

为了研究农作物空间布局与水资源禀赋的配比关系，本文在此提出一个新概念：高耗水农作物空间布局与水资源禀赋拟合度。

高耗水农作物空间布局与水资源禀赋拟合度的计算方法：先确定水资源禀赋优势区域(即降水优势区域)，再计算高耗水农作物布局在该区域的集中度(CR)。CR比值最大为1，最小为0，比值越大表示拟合度越高，比值越小表示拟合度越低。参考我国湿润、半湿润地区的800mm降水分界线，我们采用省区降水前15名(CR15)确定水资源禀赋(降水)优势区域(第15名省区的降水量1000mm，第16名以后各省区的降水量开始等于或小于800mm)。

高耗水农作物布局在水资源禀赋(降水)优势区域的集中度可以采用两种方式进行计算：一种是计算水资源禀赋(降水)CR15区域内高耗水农作物种植面积占全国种植面积的比重，另一种是计算水资源禀赋(降水)CR15区域内高耗水农作物产量占全国总产量的比重，本文倾向于计算面积比重。

(二)水稻生产空间布局与水资源禀赋的配比关系

通过测算水资源禀赋(降水)CR15区域内水稻种植面积在全国水稻面积中的比重，可以得出水稻空间布局与水资源禀赋的拟合度。测算结果见表2。

测算结果显示，水稻生产空间布局与水资源禀赋的空间拟合度高达80%以上，水稻生产比较好的利用了水资源禀赋(降水)比较优势。但是，两者拟合度(水资源禀赋优势区域的水稻面积比重)有不断降低的趋势，1997年为88.10%，2005年降为85.84%，2010年再降为82.15%，2016年则降为81.22%。这说明，水稻的生产布局有向水资源禀赋优势区域以外扩散的趋势。

(三)蔬菜生产空间布局与水资源禀赋的配比关系

通过测算水资源禀赋(降水)CR15区域内蔬菜种植面积在全国蔬菜面积中的比重，可以得出蔬菜空间布局与水资源禀赋的拟合度。计算结果见表3。

测算结果显示，蔬菜生产空间布局与水资源禀赋的空间拟合度比较低，只有60%左右，蔬菜生产没有很好的利用水资源禀赋(降水)比较优势。但是，两者拟合度(水资源禀赋优势区域的水稻面积比重)近两年稍有提高，2016年为63.29%。这说明，蔬菜生产空间布局有向水资源禀赋优势区域开始集中的趋势。

表2 我国水稻布局与水资源禀赋的配比关系(面积集中度)

说明：本表原始数据来源于表2

表3 我国蔬菜布局与水资源禀赋的配比关系(面积集中度)

说明：本表原始数据来源于表3

非水资源禀赋(降水)优势地区蔬菜布局的主要省区是山东、河北、河南三省，其中河北、河南两省在1997年的蔬菜面积并不凸显，分别为59.93万hm2和76.04万hm2，与水资源禀赋(降水)优势地区的江苏、湖北、湖南、广东、广西、四川相差无几(山东的历史数字比较高)；2005年以来，山东、河北、河南的蔬菜面积迅速增长，成为水资源禀赋(降水)优势区域以外的三大重要蔬菜产区，2016年三省蔬菜面积分别为188.86万hm2、124.21万hm2和175.17万hm2，三省蔬菜面积之和为488.24万hm2，占全国蔬菜面积比重的22.19%。

(四)小麦生产空间布局与水资源禀赋的配比关系

与水稻和蔬菜不同，小麦生产首先要受光热气候条件的约束。因此，对于小麦生产布局与水资源禀赋拟合度的测算，要在综合考虑光热气候条件约束的前提下进行，首先要确定适合小麦种植和生长的光热气候区域。

小麦属于温凉作物，其萌芽最低温度2-4℃、最适温度15-25℃、最高温度32-37℃，出苗最低温度3-5℃、最适温度15-18℃、最高温度32-35℃，灌浆和成熟最低温度10-12℃、最适温度18-22℃、最高温度32-35℃。仅从光热气候条件来看，我国适合小麦(包括冬小麦和春小麦)种植和生长的地区是北方暖温带，主要在秦岭-淮河以北和江淮丘陵地区，覆盖行政区域包括江苏北部(徐州、连云港、宿迁等)、安徽北部(宿州、淮北、蚌埠、阜阳、亳州等)、湖北北部以及山东、河南、河北、山西、陕西、宁夏、甘肃、青海、新疆、内蒙古、吉林、辽宁、黑龙江等省区全部和四川北部的小部分地区。而在这些区域内，水资源禀赋(降水)的相对优势区域为江苏北部(徐州、连云港、宿迁等)、安徽北部(宿州、淮北、蚌埠、阜阳、亳州等)、湖北北部以及山东、河南、河北、山西、陕西、北京、天津、吉林、辽宁、黑龙江等省区全部和四川北部小部地区，年降雨量在500-1000mm之间。

基于上述分析，通过测算上述水资源禀赋(降水)相对优势区域内小麦种植面积在全国小麦面积中的比重，可以得出小麦空间布局与水资源禀赋的拟合度。计算结果见表4。

表4 我国小麦布局与水资源禀赋的配比关系(面积集中度)

说明：本表原始数据来源于表4

测算结果显示，小麦生产空间布局与水资源禀赋的空间拟合度存在一个明显的由低到高的提升过程。1997年全国小麦生产布局与水资源禀赋的拟合度只有78.01%，2005年提升至82.28%，2010年提升至83.80%，2016年跃升至96.76%，这说明，我国小麦生产布局正在快速向水资源禀赋适合区域集中，小麦生产越来越充分地利用了水资源禀赋比较优势。

非水资源禀赋(降水)优势地区小麦布局的主要省区是甘肃、内蒙古和新疆。其中，甘肃的年降水量仅为300mm，该省1997年的小麦种植面积却高达132.01万公顷，近几年有所减少，但2016年仍有79.48万公顷；内蒙古的年降水量只有220mm，但其1997年的小麦种植面积却达116.46万公顷，近几年也有所减少，2016年仍有56.41万公顷；新疆的年降水量只有154mm，但其小麦种植面积却一直居高不下，1997年为101.74万公顷、2010年为112.00万公顷、2016年为123.93万公顷。

四、主要结论与农业布局调整建议

(一)主要研究结论

1.我国水资源禀赋(降水)的空间分布差异巨大。江南特别是东南地区的水资源禀赋(降水)优势明显，年降水总量都在1000mm以上，东南地区达到1600mm以上。华北、黄河中下游和东北地区的水资源禀赋(降水)缺乏优势，年降水量在500-800mm之间。西北地区的水资源禀赋(降水)劣势明显，年降水量只有200-400mm，新疆地区只有154mm。

2.我国的高耗水农作物(水稻)主要分布在江南(包括西南、中南、东南)地区，水稻主产区与水资源禀赋(降水)的拟合程度在80%以上，比较好地利用了我国的水资源禀赋(降水)优势。从水稻布局动态调整过程来看，华北、西北等水资源禀赋较差地区的水稻种植面积正逐渐退缩，与农业节水的总体要求基本一致。但是，近些年来，水稻生产空间布局与水资源禀赋(降水)的拟合度大幅度下降，意味着我国的水稻生产空间布局正在向其他非水资源禀赋优势区域扩散，不符合农业节水的总体目标要求。

3.我国的高耗水农作物(蔬菜)依然主要分布于江南(包括西南、中南、东南)地区，与水资源禀赋(降水)分布的拟合度在60%以上，利用水资源禀赋(降水)优势不充分。2010年以来，蔬菜生产空间布局与水资源禀赋的拟合度开始提升，2016年达到了63.29%，意味着近些年蔬菜生产空间布局的调整开始向着农业节水的总体目标有所靠近了。

4.我国的中高耗水农作物(小麦)主要分布于秦岭-淮河连线以北和江淮少数丘陵地区，与小麦种植光热适合区域的水资源禀赋拟合度逐年提高，2016年已接近97%，充分利用了小麦适合区域的水资源禀赋优势。小麦生产空间布局的优化调整，符合全国农业节水的总体目标，为全国农业节水做出了贡献。

(二)农作物空间布局调整建议

1.水稻空间布局异象解释与调整建议。将水稻生产空间布局进一步向南方水资源禀赋(降水)优势区域集中，提高水稻生产布局与水资源禀赋的拟合度。具体包括：控制和稳定黑龙江的水稻面积(不再继续扩大面积，同时注意控制地下水灌溉、发展旱稻)、继续控制和减少华北、西北等非水资源禀赋优势地区的水稻面积，直至水资源极度贫乏的地区完全退出水稻种植。

2.蔬菜空间布局调整建议。简单地说，我国蔬菜生产空间布局的调整方向应该是“北菜南移”，将蔬菜生产布局进一步向南方水资源禀赋(降水)优势区域集中，提高蔬菜生产布局与水资源禀赋的拟合度。具体包括：控制和减少山东、河北、河南的蔬菜种植面积，减缓三个省区的水资源特别是地下水资源的开采压力；进一步压缩华北、西北、东北等非水资源禀赋优势地区的蔬菜面积，有些地方可以完全退出蔬菜生产，当地居民蔬菜需求通过“南菜北调”加以满足。特别值得一提的是，海南省降水充足、光热资源丰富，可以作为全国的“南菜园”重点培植和发展，通过“南菜北调”，既可满足北方市场蔬菜需求，又可为全国农业节水做出更多更大的贡献。

3.小麦空间布局调整建议。笼统地说，我国小麦生产布局的调整方向应该向“秦岭-淮河800mm降水等高线”北侧附近区域集中，将小麦生产进一步集中在500-800mm的水资源禀赋(降水)相对优势区域，提高小麦生产布局与水资源禀赋的拟合度。与此对应，降水小于400mm的干旱、半干旱地区，应该退出小麦种植，减少小麦灌溉对水资源的消耗。当然，如此调整小麦布局必须回答一个延伸问题，即降水小于400mm的干旱、半干旱地区退出小麦种植会不会影响我国的粮食安全？假设全国各地的小麦单产相等(事实上，水资源禀赋优势地区的小麦单产会高于干旱、半干旱地区的小麦单产)，根据2017年的小麦种植面积分析，降水小于400mm的干旱、半干旱地区退出小麦种植对全国小麦产量的影响相当于减产3%左右，这样的影响程度，或可以通过水资源禀赋优势地区小麦种植单产水平的提高加以弥补，应该不会影响国家粮食安全。