山东省有效灌溉面积时空动态变化

汤庆新,张保华,张怀珍,张金萍,曹丽

山东省有效灌溉面积时空动态变化

汤庆新1,张保华1,张怀珍1,张金萍2,曹丽1

1. 聊城大学 环境与规划学院, 山东 聊城 252059 2. 海南师范大学 地理与环境科学学院, 海南 海口 571158

有效灌溉面积对保障我国粮食产量起着重要的作用，对于作为农业大省的山东省尤为重要。本文根据多年的统计资料，从时间和空间两个方面研究山东省各市有效灌溉面积的变化并分析其影响因素，结果表明：2001~2015年间山东省有效灌溉面积呈现先减少后增加的趋势，在2001~2003年间山东省有效灌溉面积减少了75.3×103hm2，2004~2015年间山东省有效灌溉面积增加了366.0×103hm2；山东省各市有效灌溉面积总量差别较大，在2001~2015年间，除莱芜和济南外，各市有效灌溉面积几乎都呈现出先平稳变化后剧烈变动，然后再平稳的变化趋势；山东省2001~2003年有效灌溉面积下降的主要原因是该时期山东省旱情比较严重，而2004~2015年山东省有效灌溉面积增加的根本原因是农田水利基本建设投入一直不断增大。只有严格执行相应的国家耕地保护政策，继续加大对农村水利的投入，才能使山东省有效灌溉面积保质保量增长。

有效灌溉; 驱动力; 耕地; 时空变化

耕地资源是农业生产最基本的物质条件，耕地数量和质量的变化直接影响粮食产量，从而影响到粮食有效供给[1]。进入21世纪以来，中国耕地资源呈现耕地面积持续减少且日益明显的趋势[2]，人地矛盾也更加突出。在耕地总量不断减少的情况下提供更多的粮食和经济作物，需要提高我国的耕地质量[3,4]。而对耕地进行有效灌溉是提升耕地质量的最重要的途径之一。根据水利部20世纪80年代初对全国灌溉农田和非灌溉农田粮食产量的调查，灌溉农田的粮食产量要比非灌溉农田的粮食产量高出1~3倍，对于越是干旱地区耕地的产量增加幅度越大，通过有效灌溉所增加的产量能够占到总增产量的40%左右[5]。因此，耕地有效灌溉面积对保障我国粮食产量，缓和人地矛盾发挥着极为重要的作用。柳长顺等对1986~2004年全国有效灌溉面积动态变化进行了分析，发现研究期内有效灌溉面积减少的情势非常严峻，对粮食安全构成较大的威胁[6]。杜晓梅等研究了新疆在1998~2004年间有效灌溉面积动态变化，结果表明新疆的有效灌溉面积净增量呈低水平缓慢增加的趋势[7]。冉清红等对我国西部有效灌溉面积发展变化过程进行了研究，发现在1997~2010年间西部的有效灌溉面积是增加的[8]。以上研究都是针对全国或位于西部偏干旱区的大区域性的研究，而对于位于东部的山东省近十几年来的有效灌溉面积时空分布和变化的研究则较少。

山东省是我国的农业大省，根据国家统计局公布数据，2016年山东省的粮食播种面积和产量均居全国31省市的第3位，因此山东省对我国的粮食生产和安全起着重要的作用。但山东省粮食生产波动受自然灾害影响较大，其中尤以干早灾害发生最为频繁，对农业生产影响也最为严重。据统计，旱害占全省成灾总面积的48%，旱灾造成的经济损失占各种灾害损失的40%[9]。因此，加强农田水利建设，增加耕地有效灌溉面积是保证山东省粮食稳产高产的有效途径[10]。近十几年来，山东省的有效灌溉面积在时间和空间上都是在不断发生变化的，分析有效灌溉面积在时间上的变化，了解其变化的趋势，有助于掌握其变化的规律，为未来的有效灌溉面积预测提供依据。分析山东省有效灌溉面积在空间上的变化，有助于掌握省内各市之间有效灌溉面积上的差异，通过研究造成差异的原因，可以因地制宜地为各市有效灌溉面积的提升提供决策依据。因此，本文从时间和空间两个方面来研究山东省有效灌溉面积的变化，并分析其成因，以期能够为更好地保护和提高山东省有效灌溉面积提供决策支持。

1 数据来源与研究方法

1.1 数据来源

本研究中山东省有效灌溉面积数据主要来源于2002~2016年的山东省统计年鉴和山东省国民经济和社会发展统计公报。由于山东省统计年鉴缺少2012年的全省有效灌溉面积数据，因此2012年的山东省有效灌溉总面积数据来自山东省国民经济和社会发展统计公报，而2012年的分市有效灌溉面积用2011年的数据来进行替代。文中所用到的降水量、农作物受旱面积、由于干旱而造成的经济损失等数据主要来自于各年份的山东省水资源公报及山东省举行的农田水利建设情况发布会。

1.2 研究方法

本研究对山东省有效灌溉面积的动态变化和增量变化展开研究。有效灌溉面积的增量∆定义为后一年的有效灌溉面积S+1与前一年的有效灌溉面积S的差值，即：

∆=S+1-S(1)

其中，为山东省所有市的总个数。

2 结果与分析

2.1 山东省有效灌溉面积总体动态变化

2.1.1 全省有效灌溉面积动态变化整体上，从2001~2015年山东省的有效灌溉面积基本呈现先减少后增加的趋势（图1），但不同年份有效灌溉面积的增量面积也不相同（表1）。从2001年到2003年有效灌溉面积是减小的，2001年有效灌溉面积为4836.1×103hm2，2002年下降到4797.4×103hm2，减少38.7×103hm2，到2003年又下降到4760.8×103hm2，减少36.7×103hm2，从2001到2003年，总计减少75.3×103hm2，占2001年有效灌溉面积的1.6%；而从2003年到2015年全省有效灌溉面积一直呈现增加的趋势。2004年有效灌溉面积为4766.8×103hm2，比2003年增加了6.0×103hm2，增量相对较小；2005年有效灌溉面积为4789.9×103hm2，比2004年增加23.2×103hm2，增量较2003~2004年有所增加；从2006~2009年，山东省的有效灌溉面积从4818.2×103hm2增加到4896.9×103hm2，增加106.9×103hm2，在这期间有效灌溉面积的增量基本平稳，增量面积在18.6×103hm2到30.2×103hm2之间变动。而到2010年，山东省的有效灌溉面积达到4955.3×103hm2，比2009年增加58.4×103hm2，增量面积较前几年急剧增加，但这一趋势在2011~2013年间又逐渐放缓，2011~2013年间的增量面积分别为31.6×103hm2、10.0×103hm2和25.4×103hm2，和2006~2009年之间的增量面积相差不大。在2014到2015年，山东省的有效灌溉面积增幅又开始加大，2014年的面积为5081.9×103hm2，比2013年增加59.7×103hm2，在2001~2015年之间增量最多，2015年有效灌溉面积为5126.8×103hm2，比2014年增加44.8×103hm2，在2001~2015年间增量中排名第三。总体来看，2001~2015年山东省有效灌溉面积累计增加290.7×103hm2，增幅达6.01%，其中2001~2003年山东省有效灌溉面积累计减少75.3×103hm2，2004~2015年山东省有效灌溉面积累计增加366.0×103hm2。

图1 山东省2001~2015的有效灌溉面积

表1 2001~2015年山东省的有效灌溉及增量面积 (103 hm2)

2.1.2 全省有效灌溉面积增量动态变化由表1和图2可以看出，2001~2015年的增量面积差别明显，最小增量面积为2002年的-38.7×103hm2，最大增量面积为2014年的59.7×103hm2，除2002和2003年外，其余年份的增量都为正值，表明除开始几年外，山东省有效灌溉面积都是增加的。2002和2003年同为负值的有效灌溉面积增量相差不大，两者差值仅为2.0×103hm2。而同为正值的各个年份之间差异变化比较大。在2004~2009年，有效灌溉面积增量呈现较为平稳的波动增长，而在2010年以后，增量变化变得剧烈，2010到2012年间的增量面积呈线性下降，从2010年的58.4×103hm2下降到2012年的10.0×103hm2；而2012到2014年间的增量又呈线性上升，从2012年的10.0×103hm2上升到2014年的59.7×103hm2。

图2 山东省不同年份的有效灌溉面积增量

2.2 各市有效灌溉面积动态变化

由图3可以看出，各市有效灌溉面积变化呈现以下两个特点：一是不同市有效灌溉面积总量差别较大，表明山东省各市之间有效灌溉面积分布并不均衡。其中莱芜有效灌溉面积最小，仅约有40×103hm2。除莱芜外，日照、威海、枣庄、东营、淄博的有效灌溉面积也比较小，均在150×103hm2以下。而菏泽、聊城、潍坊、德州、济宁的有效灌溉面积均超过了400×103hm2，大约是莱芜的10倍。二是在2001~2015年间，除莱芜和济南外，各市的有效灌溉面积几乎都呈现出先平稳变化后剧烈变动，然后再平稳的变化趋势。2002~2012年间，所有市的有效灌溉面积变化都比较平稳，各年份之间相差都不大。而在2012~2013年间，除莱芜和济南外其余各市的变化均比较剧烈，呈现明显上升或下降趋势。呈现上升趋势的市有菏泽、济宁、德州、滨州、东营、枣庄、淄博，呈现下降趋势的有潍坊、威海、日照、临沂、烟台和泰安。2013~2015年间，各市又呈现平稳变化趋势。而莱芜和济南在整个研究期内的有效灌溉面积一直比较平稳，济南呈现缓慢增加趋势，从2001年的239.9×103hm2一直缓慢增加到2015年的256.1×103hm2，整个研究期只增加了16.2×103hm2；莱芜则相反，呈现缓慢减少趋势，从2001年的44.9×103hm2一直缓慢减少到2015年的36.7×103hm2，整个研究期只减少8.8×103hm2。

图3 山东省各市有效灌溉面积变化

2.3 山东省有效灌溉面积动态变化驱动力分析

2.3.1 有效灌溉面积减少的因素分析 2001~2003年山东省有效灌溉面积是下降的，主要原因是2001~2003年山东省旱情较为严重。

2001年山东省干旱阶段主要出现在3月初至6月中旬。3至5月份降水较少，全省平均降水只有25 mm，比历年同期偏少72%。至6月中旬全省农作物受旱面积达3533.3×103hm2，占播种面积的53%，重旱1333.3×103hm2，全省有666.7×103hm2土地因干旱不能按时播种，有146.7×103hm2作物出现干枯死苗。据不完全统计，全省因干旱造成工业经济损失151亿元、粮食损失401万t、经济作物损失67亿元，干旱造成的损失历史少见[11]。

2002年全省旱灾更加严重。2002年全省平均降水量比历年同期偏少，加之气温、蒸发等因素的影响，全省出现四季连旱，农作物受旱面积一度达到3613.3×103hm2，其中重旱1173.3×103hm2，全省有231.3×103hm2因缺墒无法播种，有672×103hm2农作物干枯死苗。全省有500多家较大工业、企业实行定量供水、限量生产或停产，京杭运河济宁段断流、南四湖干涸是历史上从未有过的现象。初步估算，全省因干旱造成的直接经济损失达260亿元以上[12]。

2003年降水相对集中，全年65.2%的降水集中在汛期6~9月，加之2002年是枯水年，全省平均降水仅420.2 mm，造成前期土壤墒情差、可用水量少，春旱大面积发生。2003年1月1日，全省各类水利工程蓄水仅3.1×109m3，地下水可利用量仅4.0×109亿m3，黄河分配山东省的春季可引水量仅2.0×109m3，均比历年同期减少50%以上。到2003年2月中旬，全省农作物受旱面积达2026.7×103hm2，其中重旱达到了246.7×103hm2[13]。

由于持续两三年的旱情，导致省内多条河流和多个水库水量大幅减少甚至断流或干涸，从而影响了各灌渠内的水量，不仅使依靠灌渠灌溉的土地无法得到有效的灌溉，而且还导致了地下水位的降低，使部分依靠地下水灌溉的地区也无法得到有效的灌溉，从而造成2001~2003的有效灌溉面积偏低且逐年减少。

同时该时期内建设占用耕地、退耕还林导致耕地面积减少，从而使灌溉面积也相应减少。

2.3.2 有效灌溉面积增加的因素分析山东省在近10多年一直不断增大农田水利基本建设投入是省内有效灌溉面积增加的根本因素。近年来山东省对农田水利的投入年均增幅保持在12%左右，2012年度突破了两百亿元，2015年度资金投入达到了288亿元，据统计，山东省在“十二五”期间对农田水利基本建设累计投入资金987亿元，其中，公共财政投入740余亿元，占总投资的75%以上，政府投入成为当前农田水利建设的主要资金来源。这些资金被用来加快现有灌区输水渠改造，完善路沟渠桥涵闸等工程布置，做好农田水利项目建设，有效地促进了山东省有效灌溉面积的增加[14]。

加强对农田水利的管理也是山东省内有效灌溉面积增加的一个重要因素。《山东省农田水利管理办法》于2013年8月1日起施行，该办法围绕耕地灌区化、灌区节水化、节水长效化、环境生态化的目标,为建设高标准农田提供法制保障。为了进一步增加山东当前农田水利建设的投入，山东提出了政府主导、主体多元的投入机制。从国有土地出让收益中计提10%专项用于农田水利建设，并鼓励农民投资投劳和社会投资，对农村集体经济组织和农户建设的农田水利工程，给予适当补贴。各种管理办法有效地调动了各个方面的积极性，对增加省内的有效灌溉面积起到了重要的作用。

2.3.3 各市有效灌溉面积分布差异原因分析各市之间有效灌溉面积差异比较大，其主要原因是各市耕地面积不同。对2001年和2015年山东省各市的有效灌溉面积和耕地面积进行分别排序（表2），然后对两者的排序进行回归分析并计算斯皮尔曼秩相关系数（图4）。

表2 2001年和2015年山东省各市的有效灌溉及耕地面积排序（103 hm2）

从表2可以看出，虽然从2001~2015年间，各市耕地面积都有所增加，但菏泽、潍坊、临沂、德州、聊城、济宁等市耕地面积一直处在全省前列，这几个市有效灌溉面积也最大。但是临沂市虽然耕地面积在2001年排名第三，在2015年排名第一，它的有效灌溉面积却只排名第六和第七，原因在于临沂市境内多山地丘陵，位于山地丘陵区的部分坡耕地无法实现有效的灌溉[15]。莱芜市的耕地面积一直最小，因此其有效灌溉面积在全省17个市中也是最小。分别对2001和2015年间的山东省17个市的有效灌溉面积和耕地的排序进行回归分析并计算其秩相关系数（图4），可以看出2001年和2015年两者的斯皮尔曼秩相关系数分别达到了0.97和0.91，说明有效灌溉面积和耕地之间存在强相关，耕地面积的大小对有效灌溉面积的大小起着决定性的作用。

图4 2001(a)和2015(b)年各市有效灌溉和耕地面积排序关系

3 结论和建议

3.1 结论

整体上，从2001~2015年山东省有效灌溉面积呈现先减少后增加的趋势，在2001~2003年间山东省有效灌溉面积累计减少了75.31×103hm2，2004~2015年间山东省有效灌溉面积累计增加了366.0×103hm2。2001~2015年山东省有效灌溉面积累计增加了290.7×103hm2，增幅达6.0%。

山东省各市有效灌溉面积总量差别比较大，在2001~2015年间，除莱芜和济南外，各市的有效灌溉面积几乎都呈现出先平稳变化后剧烈变动，然后再平稳的变化趋势。

山东省2001~2003年有效灌溉面积是下降的，主要原因是2001~2003年山东省旱情比较严重。其次该时期内建设占用耕地、退耕还林导致耕地面积减少，从而使灌溉面积也相应减少。2004~2015年山东省有效灌溉面积增加的根本原因是政府一直不断增大农田水利基本建设投入。

3.2 建议

建议相关部门首先严格执行相应的国家耕地保护政策，确保耕地面积不出现大的波动。其次要大力推广节水灌溉设备和技术，推动一些新技术如田间低压管道灌溉技术、节水效率较高的滴灌技术以及新型的抗旱用轻型滴灌系统等[16-18]，该类新技术不仅可以用交替灌溉方式优化土壤水分分配，减少灌溉用水量，还有利于农作物质量的提高。同时建议相关部门继续加大对农村水利的投入，特别是对一些灌溉条件比较差的地区的资金投入，加大重点水利工程建设力度，积极带动全省水利基础设施建设和节水改造，使山东省的有效灌溉面积能够保质保量的进行增长。

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[12] 山东省水利厅.2002年山东省水资源公报[EB/OL].http://wr.shandong.gov.cn/zwgk/sjkfml/szygb/200405/t20040512_ 2287757.html, 2004-05-12

[13] 山东省水利厅.2003年山东省水资源公报[EB/OL].http://wr.shandong.gov.cn/zwgk/sjkfml/szygb/200405/t20040512 _2287757.html, 2004-05-12

[14] 国务院新闻办公室.山东省举行农田水利建设情况发布会[EB/OL]. http://www.scio.gov.cn/xwfbh/gssxwfbh/fbh/Do cument/1479377/1479377.htm.2016-06-01.

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Spatio-temporal Dynamic Change of Effective Irrigation in Shandong Province

TANG Qing-xin1, ZHANG Bao-hua1, ZHANG Huai-zhen1, ZHANG Jin-ping2, CAO Li1

1.252059,2.571158,

Irrigation has been implemented as an important mean to ensure food security in Shangdong province, a major agricultural heartland of China. In this study, we investigate spatio-temporal change in effective irrigation area in Shangdong and its driving factors based on a time series of statistical census data from 2001 to 2015. Our results show that from 2001 to 2015, the effective irrigation area in Shandong decreases from 2001 to 2003 by 75.3*103hectares and subsequently increases by 366*103hectares from 2004 to 2015.The spatial patterns of effective irrigation area varies among cities. From 2001 to 2015, besides cities of Laiwu and Jinan, the effective irrigation area in all other cities show similar change patterns, i.e., steady change first, then drastic change, and then steady change. The main reason for the decrease of effective irrigation area in Shandong from 2001 to 2003 was severe drought, causing insufficient surface water for irrigation. After 2003, the continuous investments in capital construction of irrigation and water conservancy increase the effective irrigation area. Our results suggest to strictly implement national policy of cultivated land protection and increase the investment in rural water conservancy, by which the effective irrigation area in Shandong could be increased.

Effective irrigation; driving factors; cultivated land; spatio-temporal change

S274.3

A

1000-2324(2019)05-0784-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.05.010

2018-07-02

2018-08-02

山东省自然基金(ZR2016MD014,ZR2016CL14,ZR2017MD017);山东省高校科技计划资助经费项目(J14LH04);聊城大学博士启动基金(318051631);国家级大学生创新训练项目(201710447038)

汤庆新(1981-),男,博士,副教授,研究方向为地理数据分析与处理. E-mail:tangqingxin@lcu.edu.cn