广西水土资源利用时空分异及匹配特征

◎庞晓菲，陆汝成，林晓楠

1.南宁师范大学地理科学与规划学院，广西 南宁 530001

2.南宁师范大学自然资源与测绘学院，广西 南宁 530001

水资源与农业土地资源在时空上分布不匹配、不均衡，会加剧水土资源利用的挑战，这在一定程度上制约着我国农业发展[1]。分析区域水土资源时空格局二元匹配，对优化配置、有效利用有限的水土资源、保障粮食安全具有重要现实意义。

目前学者对水土资源的关注由厘清不同区域水土资源间的相互反馈作用转向了水土资源匹配下的粮食安全问题[2-3]。水土资源匹配关系研究方法应用较为成熟、广泛的是基尼系数与水土资源匹配系数方法[4-5]，两者相结合后互补性增强，弥补了单独使用时划分程度不同、耕地水资源利用差异等不足。这种方法可有效测度区域水土资源的总体匹配程度。现有研究尺度多从全国宏观层面进行描述，且多集中在平原等地区[6]，对山多地少的喀斯特偏远地区关注甚少。研究时段也多偏于某一年份的静态时空格局研究，对多时段的变化仍有待补充。研究小组选取广西14 个地级市为研究单元，利用2005—2020 年的相关数据，采用基尼系数与水土资源匹配系数模型，探究广西地区水土资源匹配动态状况，以期为广西的农业水土资源合理利用提供科学依据。

1 研究区概况

广西位于东经104°28′～112°04′，北纬20°54′～26°24′之间，东临广东，北接湖南与贵州，南邻云南，西南与越南接壤，下辖14个地级市，地形地貌大致可概括为“八山一水一田一片海”。区内为亚热带季风气候地区，降水量丰富。截至2020 年，广西总人口约为5718 万人。水资源总量达2114.8 亿m3，位居全国第4，农业用水量为186.87 亿m3,占全区用水总量的71.9%。广西多呈典型的喀斯特地貌，全区土地总面积为23.76 万km2，耕地面积比例为17.87%，在全国31 个省（直辖市、自治区）中排行第19。据全国岩溶地区第3 次石漠化监测结果显示，广西石漠化土地总面积为153.29 万hm2，占全区陆地面积的6.5%，涉及河池、百色等9 市76 县（市、区）。

2 数据来源及研究方法

2.1 数据来源

依据2006 年、2011 年、2016 年、2021 年份的《广西统计年鉴》及14 个地级市的统计公报等统计数据，研究小组选取广西各地市水资源总量、农业用水量、用水总量、人口数据等社会经济资料来分析14 个地级市水资源与耕地的匹配特征变化；2005—2020 年4 期耕地利用变更数据引用自中国科学院资源环境科学数据中心。

2.2 研究方法

2.2.1 基尼系数

基尼系数可定量分析广西水土资源匹配空间分布差异情况。研究小组参考杨齐祺等[5,7]的已有研究，使用基尼系数来定量分析广西水土资源匹配空间分布差异情况。

式（1）中，G为基尼系数；Ki为第i个市的耕地面积占广西全区耕地面积的累计比例；Ti为第i个水量占全区水资源总量的累计比例；n为广西全区行政辖区的数量。基尼系数越高，表明水土资源匹配程度越低，反之则匹配程度越高。

2.2.2 水土资源匹配系数

水土资源匹配系数是反映某一地区水资源与耕地资源平衡状况和满意度的定量指标[1]。匹配系数越高，区域农业水资源与耕地资源的分布越协调，反之则水土资源的分布越失衡。

式（2）中，Mi，t为第i个市t年的农业水土资源匹配系数（万m3/hm2）；Wi，t为第i个市t年的用水总量；λi，t为研究时段内第i个市t年农业用水占用水总量的百分比；Pi，t为第i个市t年的耕地面积；n为广西全区行政辖区的数量。

3 结果分析

3.1 广西农业水土资源本底空间格局特征

2005—2020 年，广西各地市水资源总量波动发展，多年平均单位面积水资源量在空间上大致呈“东北向西南逐步递减”的特点。从行政区划上看，单位面积水资源总量高值在桂林市及柳州市，这是因为两地地表河流流域广，水资源较为丰富。单位面积水资源总量低值主要分布在百色、南宁、崇左等市，但其总量仍高于国家标准，水资源本底丰厚。水资源的季节变化、分布不均制约着区内农业的发展，农业水资源比例越大，则表明农业发展的用水保障能力越强。2005—2020年广西年平均水资源总量为2023.31 亿m3,水资源开发利用率为14.52%，其中多年平均农业用水量为187.70亿m3，农业用水占比达63.91%。由此可见，广西整体农业水资源禀赋优势明显，农业用水保障能力相对较高。

2005—2020 年，广西多年平均垦殖率呈现桂西北低、桂中及桂东南地区高的特点，而且全区耕地面积总体呈减少趋势。研究小组认为，耕地分布及减少规律与广西地形有关，桂西北的地形以山地和丘陵为主，耕地景观破碎度高，土地垦殖率相对较低；桂东南地区地形平坦开阔，多为平原，土地平整，耕地比例相对较高。2005—2010 年耕地面积减少缓慢，空间分布散乱；2011—2020 年，耕地面积整体仍呈现减少态势，但部分地区耕地面积略有上升，主要集中在百色、河池等市。可能原因是这些地区通过土地综合整治、“增减挂钩”和坡耕地水土流失综合治理等措施有效增加了耕地数量，耕地面积小幅度增加。

3.2 水土资源匹配时空格局

3.2.1 基于基尼系数的广西总体水土资源匹配特征

在明晰广西水土资源本底分布概况的基础上，研究小组分别计算出研究期间广西各地市水资源、耕地面积占全区水资源和耕地面积累计比例，并按由小到大次序排列后绘制洛伦兹曲线如图1 所示，并参考已有研究划分方法来切分广西水土资源匹配基尼系数（G）[7]，即：G=（0，0.2），表示水资源和土地资源高度匹配或绝对匹配；G=[0.2，0.3），表示水资源和土地资源相对匹配；G=[0.3，0.4），表示水资源和土地资源匹配比较合理；G=[0.4，0.5），表示水资源和土地资源相对不匹配；G=[0.5，1），表示水资源和土地资源高度不匹配。

由图1 可知，2005—2020 年，广西水土资源匹配洛伦茨曲线弯曲程度整体呈先扩张后逐渐收缩状态，这表明水土资源匹配由不匹配向协调发展。整体来看，广西多年平均基尼系数为0.46，这表明广西水土资源仍不匹配。2005年，基尼系数处于[0.4，0.5）区间，表明水资源和土地资源相对不匹配；2020 年，洛伦兹曲线大幅度收缩，基尼系数陡降，处于[0.3，0.4）区间，这表明水资源和土地资源趋向匹配合理态势发展。以上变化说明，广西对水资源和耕地资源的重视程度日益提高，耕地保护、兴建水利工程等政策的成效已逐渐显现。

图1 2005—2020 年广西水土资源匹配洛伦茨曲线图

3.2.2 基于水土资源匹配系数的广西水土资源匹配特征

模型计算结果显示如表1 所示，2005—2020年，广西水土资源匹配系数在0.01～0.39 之间。研究小组基于GIS 的自然断点法将匹配系数划分为4 个等级：匹配极差（0 ＜G ≤0.05）、匹配较差（0.06 ＜G ≤0.09）、匹配良好（0.10 ＜G ≤0.15）、匹配较好（0.16 ＜G ≤0.39）。

表1 2005—2020 年广西各市农业水土资源匹配系数表

整体来看，广西水土资源匹配程度空间上呈现不均衡现象，大致呈东南部向西北部梯度降低的特点。2005—2020 年，广西农业水土资源匹配较好的城市主要位于桂东南地区，匹配程度极差的城市主要集中在桂西北、桂西南地区。

（1）2005 年，北海、玉林等市水土资源匹配较好及良好，百色、河池等市匹配程度较差。研究小组认为，该现象与各地市的地形地貌有关。桂东南地区多为平原，耕作条件优越，重视水利基础设施的投入，水土资源进一步匹配；桂西北地区以岩溶地貌为主，水利工程建设难度大、成本高，地表水易漏失，从而导致水土资源系统失衡。

（2）2010年，水土资源匹配空间变化不显著。

（3）2015年，水土资源匹配不合理程度加剧，匹配极差的城市由西北向东南蔓延，这可能与2015 年强降水量有关。该年降水总量为4494亿m3，比多年平均值偏多23.6%。

（4）2020 年，匹配合理程度有明显提升，主要集中在贵港市、玉林市、北海市等。这些城市除了自身优势，还得益于“增减挂钩”及耕地提质改造等工作的落实，耕地数量质量有所提高，水土资源匹配程度进一步提升。

4 建 议

水土资源匹配除源于自身的资源禀赋外，还受多种人为因素影响。要实现水土资源协调可持续发展，研究小组建议，可对农业水土资源进行差异化管护。对于桂西北喀斯特地区，要因地制宜采取合适的工程干预措施，平整地块，最大程度归并细碎耕地，推进坡耕地改梯田，提高水循环，防治水土流失；对于桂东南、桂中水土资源匹配相对良好的地区，要推进撂荒耕地利用，坚决遏制耕地“非农化”，加强耕地流转监督，提高粮食复种指数；推广节水灌溉设施，加强农田水利基础设施的配套建设。

5 结 语

研究小组对2005—2020 年广西地区的水土资源分布进行时空测算与探讨，结合基尼系数和水土资源匹配系数研究了广西14 个地级市水土资源协调关系的区域差异，明晰其时空变化格局，得到以下结论。

（1）2005—2020 年，广西地区水资源较为丰富，耕地资源短缺，两者存在明显的空间错位。广西地区水资源禀赋优越，但空间分布不均，呈现“东北向西南逐步递减”的空间分布特点，单位面积水资源量高值区主要为桂林市、柳州市等西北地区；耕地资源短缺且破碎度高，多年平均耕地面积比例高值分布在贵港市等中部地区。

（2）2005—2010 年，广西农业水土资源匹配基尼系数不断升高，呈大幅度波动式发展，水土资源协调关系由合理向相对不匹配区间发展；2011—2020 年，广西农业水土资源匹配基尼系数陡降，水土资源匹配关系向良好态势发展。

（3）2005—2020 年，广西水土资源匹配程度空间上呈现不均衡现象，表现出一定的集聚态势，大致呈东南部向西北部梯度降低的特点。从行政分区来看，农业资源匹配系数较好的主要为贵港市、北海市、玉林市。

（4）不同年份各地市的内部存在差异，应进一步深入研究，进行更小尺度的探索。今后研究可考虑探讨障碍因子，综合分析水土资源匹配的影响驱动机制。