普兰店区农业用水变化特征及其影响因素探析

潘秀清

(大连市普兰店区生态环境事务服务中心，辽宁 大连 116200)

0 引 言

水资源能否可持续高效利用直接关系着农业生产和国家粮食安全，调查显示我国约有70%的用水消耗于农业用水，农业可利用水资源随着生态、生活、工业用水的增加不断受到压缩[1]。农业作为主要用水部门，其用水变化与区域用水结构和总用水量直接相关。目前，关于农业用水的研究比较侧重于用水效率分析、用水变化影响因素及农业用水结构等方面，不同地区的农业用水影响因素及其变化特征存在一定差异[2]。

农业生产作为普兰店区的重要用水部门，其用水变化与区域水资源高效利用及粮食生产直接相关。文章结合2007-2020年普兰店区农业用水数据，利用适合的方法分析了农业用水变化特征及其影响因素，并提出农业可持续发展和农业水资源合理配置等对策，为加快推进普兰店区农业节水工作提供一定指导。

1 区域概况

普兰店区隶属于大连市，位于大连中北部、辽东半岛南部，地处E39°18＇25＂-39°59＇00＂、N121°50＇33＂-122°36＇15＂范围；东靠碧流河与庄河交界，南有丘陵漫岗与金州区毗邻，西至哈大铁路与瓦房店市接壤，北倚高山与盖州分峰，西南有普兰店湾与渤海连波，东南濒临黄海可眺望长海诸岛，地貌以丘陵山地为主。普兰店区属于南温带湿润季风气候，年降水量635-920.0mm，无霜期174-188d。境内有大小河流223条，其中碧流河流程达到150-300km，流程超过30km的有清水河、复洲河、大沙河、甲河、吊桥河、鞍子河、占子河等，主要有刘大水库、五四水库、大梁屯水库、红旗水库等。

普兰店区地理环境优越，渔、牧、林、农业发展潜力巨大，北部山区以水果为主要经济来源，中部地区以水稻、玉米、大豆及薯类等粮食生产为主，南部地区以水产养殖和蔬菜为主。断区海岸线长达65km，并且大沙河流域适宜水产养殖发展，有各种贝类、河蟹及港养对虾等。近年来，普兰店区凭借其优越的地理环境大力发展经济，各行业用水量也急剧增大，现阶段存在水资源利用效率低、用水失衡、水资源总量不足等问题，受流域分水和来水量持续偏枯等条件约束，经济发展和农业生产的水资源缺口不断增大。

2 研究方法

实践表明，农业用水主要有林牧渔业和种植业用水。结合普兰店区实际情况和相关文献资料，选择农林牧渔就业人数、池塘养殖面积、牲畜村拦量、造林面积、渔畜产品产量、经济作物产量、粮食产量、粮经比、经济作物种植面积、粮食作物播种面积、有效灌溉面积、农作物总播种面积、年均气温、年降水量等14个因素，利用累积距平法分析普兰店区农业用水变化特征，并利用灰色关联法识别关键影响因素。

2.1 数据来源

以历年《大连市水资源公报》、《大连市统计年鉴》作为普兰店区总用水量、农业用水量、农作物播种面积等相关数据来源。考虑到数据口径一致要求且生态用水量比重较小的情况，将生态用水纳入农业用水的范畴。量值作物有玉米、水稻、小麦等，经济作物有牧草、蔬菜、药材、油料、青饲料、瓜果等，牲畜存栏量包括羊、猪、牛村拦。

2.2 研究方法

(1)

(2)

2)灰色关联法。该方法主要是通过统计分析样本数据，利用灰色关联度探讨灰色系统中各因素的影响次序、大小和强弱程度[4]。对普兰店区农业用水影响因素利用灰色关联法进行分析，设定参考序列为农业用水时间，比较序列为农作物总播种面积、年均气温、年降水量等14个参数，通过均值化处理原始数据确定比较序列与参考序列的关联系数，并计算两者在各时间点上的关联度及其平均值，从而反映两者的整体关联程度。

考虑到农业灌溉受降水的积极影响，在同向化处理降雨量数据时拟选用倒数法计算，将农业用水与降水量转变成正相关关系[5-6]。

3 普兰店区农业用水变化及其影响因素

3.1 农业用水变化分析

2007-2020年普兰店区农业用水变化如图1。从图1可以看出，研究期间普兰店区农业用水总体处于10-12亿m3范围，年均用水量达到11.07亿m3，农业用水量呈现出波动下降趋势。其中，2007-2014年农业用水量从11.84亿m3波动减小至10.35亿m3，随后于2015年增加至11.45亿m3，2015-2017年基本稳定，2018年农业用水量减小至10.02亿m3，2018-2020年呈小幅下降趋势，这3年平均农业用水量(10.26亿m3)小于多年平均值。

结合累积距平变化趋势，研究期间普兰店区农业用水量累积距平有2次明显的先上升后下降的变化趋势，即2007-2011年波动上升，2011-2014年明显下降，此期间农业用水总体小幅下降；2014-2017年明显商城，2017年后有所回落，2015-2017年农业用水整体偏高。

图1 普兰店区农业用水变化

3.2 影响因素分析

3.2.1 灰色关联分析

所选的14个影响指标与普兰店区农业用水变化的关联度如表1。由表1可知，关联度>0.8的指标有7项，其中农业用水量变化与粮食作物播种面积的关联度明显高于经济作物种植面积，农业用水量变化与粮食产量的关联度也明显高于渔畜产品产量及经济作物产量，表明农业用水量变化在很大程度上取决于农业生产结构中种植的粮食作物；此外，农业用水量变化与农作物有效灌溉面积、总播种面积的关联度也超过0.8，表明农业用水量变化受农作物灌溉用水的影响；农业用水量与经济作物产量和经济作物种植面积的关联度排序为第8、第10，表明农业用水量变化受经济作物的影响较低；在关联度排序上，农林牧渔就业人数和年均温度位于第2、第3位，表明农业用水量受劳动生产效率和气温条件的影响也较大；农业用水量变化与牲畜存栏量、年降水量的关联度分别为0.801和0.705，表明牲畜养殖数量对养殖业用水量会造成直接影响，随着牲畜养殖业的发展其影响程度也越来越大，农业用水量受气候因素中的年降水量的影响也较大。综上分析，影响普兰店区农业用水变化的因素主要有气候条件、牲畜养殖业发展、劳动力投入以及粮食作物播种面积等。

表1 灰色关联度与排序

3.2.2 主要影响因素

1)气候条件。农业用水量在很大程度上取决于降水和气温变化。从降水量上，灌溉用水需求量随着降水量的减少而增大；从气温上，气温生活会增加植物蒸腾及土壤蒸发量，从而导致农业需水量的增大。由图2可知，2007-2014年普兰店区年均气温呈波动下降趋势，2015年气温明显上升，随后处于基本稳定状态，该变化趋势与农业用水保持较好一致性。年际上，降水量变化较大，结合关联度排序结果，农业用水量变化与降水量的关联度较低。2005年降水较少当年的农业用水量相对加高，2015-2017年气温升高而降水量相对较少，此期间的农业用水量急剧增大，表明农业用水量与降水量变化密切相关[7]。

图2 农业用水变化与气候条件的关系

2)牲畜养殖业。畜牧养殖发展趋势可以用牲畜存栏量来描述，牲畜养殖数量会间接或直接地影响牧草业种植规模和养殖业用水量。从图3可知，牲畜存栏量与农业用水量的变化趋势保持较好一致性，研究期间牲畜存栏量呈现出先减少后增加的趋势，2007年牲畜存栏量和农业用水量均达到最大，而2009年牲畜存栏量和农业用水量较低，较2011-2014年2015年的牲畜存栏量明显增大，2015年农业用水量也大幅度增大，表明农业用水量变化和牲畜养殖业发展密切相关。

3)劳动力投入。劳动力投入以农林牧渔就业人数为主，农业生产效率的高低可用农业用水量与劳动力投入的关系来反映，如图4。

图3 农业用水变化与牲畜养殖业的关系

图4 农业用水变化与劳动力投入的关系

从图4可知，农林牧渔就业人数与农业用水量变化趋势保持同步，研究期间普兰店区农林牧渔就业人数呈现出先下降后上升的变化趋势，2007年和2010年的农林牧渔就业人数和同年用水量均明显较高，2015-2020年的农林牧渔就业人数和农业用水量保持同步上升的变化趋势，表明农林牧渔就业人数的增大会影响农业生产效率，增大农业用水量[8]。

d、粮食作物播种面积。普兰店区现状经济作物种植比例较低，种植结构以耗水量较大的粮食作物为主。由图5可知，2005-2020年，粮食作物播种面积呈波动变化趋势，其中2007-2016年呈增大趋势，该变化与普兰店区农业用水量变化保持一致。2007-2020年，经济作物种植面积、有效灌溉面积和农作物总播种面积总体呈上升趋势，其中2007-2014年有效灌溉面积上升幅度不大，2015年有效灌溉面积和农业用水量均表现出明显上升趋势，2015-2020年有效灌溉面积逐年增大，该变化趋势与农业用水变化总体相符[9-14]。

图5 农业用水变化与粮食作物播种的关系

4 结 论

1)受气候条件、牲畜养殖业发展、劳动力投入和粮食作物播种面积等因素影响，普兰店区农业用水总体呈波动减少趋势。2007-2020年，普兰店区农作物有效灌溉面积和总播种面积不断增大，农产品产量也有一定的增加，但农业亩均取水量的减少使得农业用水量并未明显增大，总体呈现出稳中略降的变化趋势，由此表明该区域农业用水量效率不断提高。

2)随着普兰店区水库移民新开耕地面积的增加以及工业化、城镇化的不断推进，加之流域来水逐年减少、未来气温的上升趋势，将进一步加剧普兰店区农业用水短缺矛盾。因此，在确保粮食安全的情况下应进一步优化作物种植结构，适当增大饲草、瓜菜等作物比例。同时，通过提高农业劳动生产率、加强农民节水意识和夯实基层水利服务基础等促进普兰店区农业现代化发展。

3)受数据资料限制，文章未深入探讨农业用水量与农业生产效率间的关系，也没有涉及农业用水受农业水价的影响，未来仍需进一步探讨农业用水与农业投入指标的研究。