水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局

闫美霞 郭青霞 丁一 康庆

闫美霞，郭青霞，丁 一，等. 水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局——以山西省和顺县为例［J］. 湖北农业科学，2024，63（2）：41-49．

摘要：从水足迹视角出发，运用CROPWAT及标准差椭圆模型分析2010—2019年山西省和顺县乡镇域主要农作物生产水足迹和耕地面积的时空变化，运用基尼系数及空间失配指数深入研究2010年、2014年、2019年乡镇域农业水土资源时空匹配格局，并明确调控方向。结果表明，研究期间，和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势；绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大，占比均超过62.0%；和顺县西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强；和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地之间的空间失配均逐渐加剧，中部和东部地区农业水土资源分别为中度失配和重度失配，是和顺县未来农业水土资源调控的重点地区；可以将县域10个乡镇分别划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3個调控区。总的来说，受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响，和顺县农业水土资源匹配协调水平处于失衡状态，但在调控区划分的基础上，有针对性地进行人工调控，仍可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。

关键词：作物生产水足迹；农业水土资源匹配；基尼系数；空间失配指数；黄土丘陵区；山西省和顺县

中图分类号：F301.2         文献标识码：A

文章编号：0439-8114（2024）02-0041-09

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2024.02.008 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

Matching pattern of agricultural water and land resources in loess hilly areas from the perspective of water footprint：Taking Heshun County of Shanxi Province as an example

YAN Mei-xia1， GUO Qing-xia1， DING Yi1， KANG Qing1，2

（1. College of Resources and Environment， Shanxi Agricultural University， Jinzhong  030801， Shanxi， China；

2. School of Public Policy and Management， Guangxi University， Nanning  530004， China）

Abstract： From the perspective of water footprint， the spatial and temporal changes of production water footprint and cultivated land area of main crops in rural areas of Heshun County， Shanxi Province， from 2010 to 2019 were analyzed using CROPWAT and standard deviation ellipse model， the spatial-temporal matching pattern of agricultural water and land resources in rural areas in 2010，2014 and 2019 was studied using Gini coefficient and spatial mismatch index， and the direction of regulation was clarified. The results showed that， during the study period， Heshun Countys crop production water footprint， blue water footprint， green water footprint and cultivated land area all showed a downward trend. Green water footprint contributed the most to the total water footprint of crop production in all regions， and the proportion of green water footprint in crop production water footprint in all counties and townships was more than 62.0%. The spatial aggregation of crop production water footprint and arable land resources was increasing in western Heshun County， while the spatial mismatch between crop production water footprint， blue water footprint， green water footprint and arable land resources was increasing in Heshun County， the agricultural water and soil resources in the central and eastern regions of Heshun County were moderately mismatched and severely mismatched， respectively， which would be the key areas for agricultural water and land resources control in the future. Ten townships in the county could be divided into three control areas： water conservation and storage control areas， water and land optimization regulation control areas， and diversion water-saving irrigation control areas. In general， Heshun Countys agricultural water and land resources were out of balance due to social economy， input of production factors and climatic conditions， but were controlled artificially on the basis of the division of control zones， it could still achieve a greater improvement in the matching and coordination level of agricultural water and land resources.

Key words： water footprint of crop production； agricultural water and land resources matching； Gini coefficient； spatial mismatch index； loess hilly areas； Heshun County， Shanxi Province

水土资源作为自然资源最重要的组成部分，是影响农业生产和确保粮食安全的基础性资源^［1，2］。水资源的丰缺程度和开发利用情况直接影响耕地资源的生产效率和利用方式，耕地资源的开垦程度同样制约着水资源的利用水平^［3］。在中国，除个别区域水资源丰富能够满足土地资源需要外^［4］，多数地区水资源短缺，水土资源空间匹配程度差异明显^{［1，5-7］}。同时，受工业化与城市化影响，农业水土资源被挤占、短缺和区域性结构破坏等非持续利用问题逐步凸显，也将直接威胁国家和区域的粮食安全^［8］。因此，只有良好的水土资源匹配格局才可为农业发展提供有力支撑^［9］。由此可知，在水资源约束下，识别农业水土资源匹配关系是实现区域农业水土资源协调的关键所在，更是国土空间格局优化的重要前提。

在新时期国土空间规划背景下，要统筹山水林田湖草系统治理，优化国土空间开发格局。而水是治理体系中亟需重点谋划的自然要素，要在规划中全面坚持“四水四定”原则^［10］，不断强化水资源刚性约束。农业水土资源高效利用与协调匹配作为缓解资源短缺与提升水土资源承载力的有效路径，可以在国土空间规划中发挥协调区域经济发展、强化生态环境保护、促进资源优化配置的作用。因此，掌握区域农业水土资源的匹配特征与调控方向成为亟待解决的重点问题。

对于水土资源匹配的研究已取得一定进展。研究方法主要有两种，一是通过绘制洛伦兹曲线和构建基尼系数^［11］探究区域水土资源的平衡状态；二是以单位土地面积水资源量为衡量指标，结合资源利用效率、区域气候、种植结构等综合解析水土资源匹配系数^{［12，13］}。这两种方法在测度水土资源时空匹配方面均取得了一定的成果，但也存在一些不足。首先洛伦兹曲线和基尼系数无法对某一地区整体的水土资源匹配状况进行定量分析，不能揭示绝对匹配情况；其次匹配系数无法识别水土资源在区域内部分配的不均衡程度。多数研究以水资源总量^［14］、可利用水资源量^［3］和灌溉用水量^［7］表征水资源量，忽略了地区降水对农业生产的贡献，因此水资源量的表征参数并不全面。目前，全球水消费领域出现了范式转变，其核心要素是生产水足迹理论^{［15，16］}。引入生产用水足迹理论，可为从社会水文的角度分析县域对农业水资源的实际需求和占用提供新的研究方法和思路。研究尺度方面，当前多以国家^［17］、省^［18］、市^［6］行政单元以及流域^{［19，20］}单元为主，而立足于乡镇基层进行农业水土资源匹配研究，可以更有针对性地制定小尺度区域水土资源策略，从而更好实现自下而上的治理。此外，针对农业水土资源区域调控的研究尚待深入。

鉴于此，本研究以黄土丘陵典型县域和顺县为研究区域，揭示和顺县耕地资源和作物生产水足迹的时空演化趋势，构建关于和顺县耕地资源和作物生产水足迹空间失配指数与基尼系数的测度模型，解析乡镇域尺度农业水土资源匹配空间分异特征，并据此划分不同类型农业水土资源调控区以制定差异化措施，以期为和顺县水土资源优化配置和可持续发展提供依据，也为黄土丘陵区水土资源研究提供一定的经验。

1 研究区概况、研究方法与数据来源

1.1 研究区概况

和顺县（东经113°05′—113°56′，北纬37°03′—37°36′）位于黄土丘陵区东部边界，太行山脉西侧，隶属于山西省晋中市，总面积为2 250 km²，耕地面积为2.3万hm²。东与河北省邢台市为邻，西通榆次区与榆社县，南与左权县接壤，北接昔阳与寿阳两县。现辖5镇3乡176个行政村。以山地、丘陵居多，地势中间高、四周低，仅在清漳河沿岸有小块平川，平均海拔在1 300 m以上。和顺县属温带大陆性气候，四季变化明显，雨热同期，有利于農业发展。

和顺县2019年人均水资源量为697 m²，占全国人均水资源量的1/3，属于重度缺水区。而且存在水资源丰枯悬殊、时空分布不均、开发利用程度差异大、采煤漏水严重等问题。和顺县作为传统农业县，耕地面积较少，大多以梯田的形式存在，不适合大型机械耕作收割，种植效率低下。用水结构中农业用水占比最大（33.1%），农业水土资源供需矛盾突出。2019年和顺县农业总播种面积为11 830 hm²，农作物主要有玉米、谷子、高粱、豆类、薯类、油料作物、蔬菜等。和顺县作为黄土丘陵区的典型代表区域，需要在明确农业水土资源匹配格局的基础上分区调控，推动农业水土资源高效与协调利用。

1.2 研究方法

1.2.1 作物生产水足迹模型法 作物生产水足迹指特定区域内作物生产过程中所消耗的水资源总量（WF_pro）^［21］，包括蓝水足迹和绿水足迹，蓝水足迹和绿水足迹分别表示作物生长过程中消耗的地表水与地下水的水资源量、由降水蓄积在土壤含水层中或由植物根系吸收以及蒸发蒸腾的水资源量^［22］。WF_pro按照文献^［23］提供的方法计算，计算式如下。

WF_green=（CWU_green/Y）×P_i=（10×ET_green/Y）×P_i（2）

WF_blue=（CWU_blue/Y）×P_i=（10×ET_blue/Y）×P_i（3）

ET_green=min（ET_c，P_e）               （4）

ET_blue=max（0，ET_c-P_e）           （5）

式中，WF_green和WF_blue分别表示作物生产的绿水足迹和蓝水足迹（m³）；CWU_green和CWU_blue分别表示单位面积作物所消耗的绿水和蓝水资源量（m³/hm²）；ET_green和ET_blue分别表示单位面积作物生产期间的绿水和蓝水蒸发蒸腾积累量（mm）；常量因子10为单位面积土地面积的水深换算系数；P_i为作物i的总产量（kg）；Y为单位面积的作物产量（kg/hm³）。在式（4）到式（6）中，ET_green等于ET_c（作物蒸发蒸腾量）与P_e（有效降水量）中的较小值；ET_blue等于ET_c（作物蒸发蒸腾量）与P_e（有效降水量）之差，但当P_e超过ET_c时，其值为0；P为旬降水量（mm）。此外，有效降水量P_e可根据CROPWAT8.0模型中内嵌的美国农业部（USDASCS）土壤保持局的方法计算得到。

ET_c（作物蒸发蒸腾量）的计算方法如式（7）和式（8）所示。

式中，ET_c通过CROPWAT8.0软件求出；lgp为生育期长度；K_c为生育期内作物系数，反映作物的生物特性对作物蒸发蒸腾水量的影响，采用单作物系数法计算；ET₀为参考作物蒸发蒸腾水量，根据联合国粮食及农业组织（FAO）推荐并修正的标准彭曼公式计算所得^［24］；R_n、G、γ、T、U₂、e_s、e_a分别代表净辐射量、土壤热通量、相对湿度、平均气温、风速、饱和水气压以及实际水气压等参数。

1.2.2 标准差椭圆分析 标准差椭圆（Standard deviation ellipse，SDE）或方向分布分析在探索资源要素时空变化方面具有独特优势。它能够直观、准确地揭示这些资源要素在二维空间中的演化特征^{［25，26］}。通过引入SDE方法，构建和顺县农业水土资源时空变化模型。通过椭圆覆盖区域判断和顺县水土资源分布的主要趋势方向和分散程度。通过计算WF_pro和和顺县耕地面积重心的移动方向和偏离距离，分析它们重心的变化轨迹。SDE模型假设研究区由n个单元组成，且（x_i，y_i）^t为第i个单元（i=1，2，3，…，n）在时刻t的几何坐标，

1.2.3 水足迹与耕地匹配 经济学家科拉多·基尼提出的基尼系数（GC）首次应用于基于洛伦兹曲线的收入不平衡研究^［27］。由于自然资源的空间分布表现出有多样性，GC也适用于和顺县农业水土资源匹配模式的研究。为了研究WF_pro和耕地面积（S）之间的平衡状态，GC可用式（14）计算。

GC=1-Σ[l×（2a-ω）]       （14）

式中，l和ω分别指各地区S和WF_pro的比例；a指各地区S的累积百分比。GC的范围为0～1。WF_pro和S之间的平衡度越高，GC越小，反之亦然。

根据Gobillon等^［28］、Li等^［29］的研究，空间错配被用来描述水土资源在空间上的不平衡，对区域水管理和土地利用政策产生深刻影响。引入空间失配指数度量WF_pro与S的空间关系，计算式如下。

式中，SMI（WF_pro?S）_i为i区域WF_pro与S的空间失配指数；WF_i和S_i分别为i区域的作物水足迹（m³）和耕地面积（km²）；ΣSMI（WF_pro?S）为和顺县空间失配的总水平。SMI（WF_pro?S）_i值越高，说明i区域单位耕地中WF_pro越多，即水多地少；SMI（WF_pro?S）_i值越低，说明i区域耕地资源被广泛利用，WF_pro减少，大片耕地无法吸收利用较多的水滿足实际需求。为了判断WF_pro和S在各个区域的空间关系是否匹配，选择自然断裂分类（Jenks）来帮助设定结果的标准值^［30］。如果|SMI（WF_pro?S）_i|小于标准值，则说明WF_pro与S的关系在区域i是空间匹配。

1.3 数据来源

土地利用数据来源于和顺县自然资源局；气象数据（和顺县2010—2019年逐月最高气温、最低气温、降水量、相对湿度、平均风速、日照时数）来源于联合国粮食及农业组织的CLIMWAT数据库和中国气象科学数据共享网（http：//data.cma.cn）；作物数据（生育期和作物系数）来源于联合国粮食及农业组织的CROP数据库；水资源数据（和顺县2010—2019年水资源总量、各产业用水量、灌溉用水量）来源于和顺县水利局；和顺县乡镇域2010—2019年的农作物生产总量、播种面积以及单产来源于《和顺县国民经济和社会发展公报》《和顺县统计年鉴》（2010—2019年）。

2 结果与分析

2.1 作物生产水足迹与耕地资源的时间变化趋势

2010—2019年和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势（图1），这与作物单产的增加趋势相反。2010—2019年，作物生产水足迹的总量减少了22.2%，其中蓝水足迹和绿水足迹分别降低了23.8%和21.3%。作物生产水足迹的年平均值在各乡镇间存在明显差异，其中义兴镇的作物生产水足迹是阳光占乡的4.07倍。2010—2019年，青城镇的蓝水足迹基本保持稳定，其余各乡镇的蓝水足迹呈降低趋势；在和顺县所有的乡镇中，义兴镇对蓝水足迹的组成部分贡献最大，占17.7%，青城镇和李阳镇分别排在第二位（占比为13.6%）和第三位（占比为13.0%）。与作物生产水足迹类似，绿水足迹的年际变化在青城镇呈增加趋势，其余乡镇均呈降低趋势；绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大，占各自作物生产水足迹的比例均超过62.0%；在和顺县所有的乡镇中，义兴镇对整个县绿水足迹的组成部分贡献最大，占17.6%，青城镇和松烟镇分别排在第二位（占比为14.0%）和第三位（占比为12.8%）。和顺县的作物生产水足迹以绿水足迹为主（63.1%），蓝水足迹占比相对较小（36.9%）。

整个研究期间，和顺县耕地面积降低了1.4%，马坊乡耕地面积呈轻微增加趋势，义兴镇和喂马乡呈轻微降低的趋势，其他乡镇基本保持稳定。义兴镇、松烟镇、李阳镇、青城镇、马坊乡的耕地面积总和占和顺县总耕地面积的65%以上。总体而言，义兴镇、松烟镇、李阳镇、青城镇、马坊乡是构成和顺县作物生产水足迹和耕地开发的主要地区。

2.2 作物生产水足迹与耕地的空间分布特征

从图2可以看出，和顺县作物生产水足迹和耕地的空间分布不均匀，义兴镇、松烟镇和李阳镇的作物生产水足迹与耕地面积变化程度相差均较大，其他乡镇变化较小。部分乡镇的作物生产水足迹和耕地面积变化显示出一定程度的失配，如义兴镇和松烟镇的作物生产水足迹变化大致一致（均大于2×10⁶m³），但松烟镇的耕地面积变化仅为义兴镇的32.2%。

2010—2019年，作物生产水足迹和耕地面积的重心移动模式不一致。作物生产水足迹的重心在经度移动上更明显。就移动方向而言，耕地面积的重心在整个研究期间向西北移动，作物生产水足迹的重心在2010—2014年向东南移动，在2014—2019年向西南移动。在移动距离方面，耕地面积的位置特征逐渐向西北方向扩展0.26 km，而作物生产水足迹的重心在整个期间向西南移动2.33 km。作物生产水足迹和耕地面积的重心均向西移动，表明作物生产水足迹和耕地面积在西部地区占整个研究区域的比例增大。

2.3 作物生产水足迹与耕地的空间匹配分析

利用式（14）至式（16）计算和顺县农业水土资源基尼系数（GC）和空间失配指数（SMI），具体见图3。从图3可以看出，2010—2019年，作物生产水足迹-耕地面积、绿水足迹-耕地面积、蓝水足迹-耕地面积的SMI和GC结果较为一致，均呈上升趋势，反映了作物生产水足迹、绿水足迹、蓝水足迹与耕地面积间的平衡度下降。2018年和顺县农业水土资源空间失配最严重，这是由于2018年马坊乡作物产量激增，水足迹增加，造成县域水足迹空间分布不均，农业水土资源失配加剧，2019年县域作物产量下降到2018年之前的水平，农业水土资源空间失配程度降低。同时，2010—2019年作物生产水足迹和耕地面积重心之间的距离变远。结果表明，和顺县作物生产水足迹、绿水足迹、蓝水足迹与耕地面积间的空间失配均持续加剧。

使用ArcGIS10.4软件，设置-1.0和1.0作为标准值，基于自然断裂分类（Jenks）可视化每个地区作物生产水足迹与耕地面积间的匹配模式，如图4所示。义兴镇、李阳镇、马坊乡、横岭镇和阳光占乡农业水土资源适度匹配；牛川乡、喂马乡和松烟镇农业水土资源中度失配；青城镇和平松乡农业水土资源重度失配。和顺县作物生产水足迹、绿水足迹、蓝水足迹与耕地面积的空间匹配格局较为一致，均呈西部和西北部适度匹配，中部、东部和东南部失配的特征。2010—2019年，空间失配和蓝水利用效率低下的耕地资源主要分布在平松乡、喂马乡和牛川乡，空间失配和绿水利用效率低下的耕地资源主要分布在平松乡和喂马乡。2010—2014年，蓝水使用效率低下的耕地扩展到牛川乡，绿水使用效率低下的耕地扩展到马坊乡。2014—2019年，绿水使用效率低下的耕地扩展到牛川乡。研究期内，高效利用蓝水的耕地主要分布在青城镇和横岭镇，高效利用绿水的耕地主要分布在青城镇、松烟镇和横岭镇。

2.4 农业水土资源分区调控

农业水土资源优化调控具有区域性、动态性和综合性的特点^［31］。本研究只探讨基于农业产业布局的农业水土资源区域调控。依据和顺县农业水土资源匹配区域特征和三大农业产业布局^［32］（图5），将全县10个乡镇划分为水源涵养调蓄区、水土优化调控区与引水节水灌溉区（图6）。

1）水源涵养调蓄区。该区包括青城镇和松烟镇。这2个镇是和顺县的粮食主产区，水土资源分别处于重度失配和中度失配状态。根据空间失配指数计算结果，这2个地区水多地少，绿水利用充分，近年来大力发展粮饲玉米有机旱作农业深松密植技术，灌溉需求较小，蓝水供应相对充足。青城镇和松烟镇单位面积耕地的农业用水较多，为了保持农业水土资源的协调匹配，应与更多耕地面积相协调，以避免增加单位耕地的农业用水，从而保持农业节水的目标，提升水资源承载潜力。如果难以获得更多耕地，例如由于土地资源的非农业用途倾向和固有属性，则被视为耕地不足。青城镇作为特色生态开发区，处于水土保持和生态治理的关键地带，生态系统脆弱性偏高，要加大森林植被保护力度，提高林地水源涵养能力，防止水土流失；繼续发挥以玉米为主的农产品种植优势，提高土地产出率和水分生产力。松烟镇作为综合高效先导区，耕地生产水平和生态环境较好，农业资源优势较强，要充分利用农业资源优势，继续提高粮食和经济作物产量。此外，这2个地区均应科学合理地建立水利控制骨干性工程，加强岸坡整治和排灌工程建设，保障河道行洪、排涝、灌溉、供水等功能，可考虑为水土优化调控区与引水节水灌溉区提供部分水资源。

2）水土优化调控区。该区包括马坊乡、横岭镇、义兴镇、阳光占乡和李阳镇。这些地区大多位于和顺县西部，由于海拔坡度较高，耕地面积小且细碎化程度高；地表水开发利用率较低，地下水开采难度较大，蓝水利用率较低，降水量较丰富，绿水利用率较高。近年来，西部地区不断挖掘耕地产能，发展规模农业，县域耕地重心向西移动；同时，农业水足迹重心也向西移动，农业水土资源匹配协调水平相对合理，但仍不稳定。马坊乡、横岭镇和李阳镇作为综合高效先导区，耕地生产水平和农产品品质相对较好，农业发展体系较成熟，要充分利用农业资源优势，继续提高粮食和经济作物产量。义兴镇和阳光占乡作为主导产能挖掘区，农业效益提升潜力较大，要继续加强基本农田建设，强化耕地保护，提高耕地质量，发挥以小杂粮和蔬菜为主的农产品种植优势，继续提高耕地产能和利用效益。此外，这5个地区要进一步强化农田水利建设和关井压采措施，在充分利用绿水和确保蓝水供应的前提下，提高农业用水效率；提高土壤肥力，限制性使用农药，改善生态环境与水质状况，全面提升耕地的综合生产能力，使水土资源匹配格局的优势及效能发挥到最大。

3）引水节水灌溉区。该区包括平松乡、喂马乡和牛川乡。平松乡水土资源属于重度失配状态，喂马乡和牛川乡水土资源属于中度失配状态。根据空间失配指数计算结果，这些地区水少地多，农业用水强度超过水资源承载能力。这些地区位于和顺县中东部，中东部作为该县的重要采煤基地，地下水水位下降，水质污染严重，地表水开发利用率较低，蓝水无法满足实际需求，同时绿水利用率较低。平松乡和喂马乡作为主导产能挖掘区，农业效益有待提升，要充分发挥以小杂粮为主导的种植优势，充分挖掘耕地产能；牛川乡作为特色生态开发区，生态系统脆弱性偏高，要注重耕地保护与生态开发，加大退耕还林力度，提高林地水源涵养能力，防止水土流失；大力实施以小杂粮为主的特色农产品立体种植，实现循环利用。此外，在水条件的约束下，这3个地区要强化水利设施建设及各区域间引水调水措施，改善地下水水质，缓解农业用水短缺的问题，增强抗旱减灾能力，提高农业水土资源承载水平；发展节水灌溉型农业，深入推广高效节水灌溉技术，节约灌溉用水量；减少蓝水足迹作物的种植，减少对灌溉水的依赖，加强对降水的充分利用。

3 小结与讨论

3.1 小结

本研究以黄土丘陵区农业水土资源为研究对象，选取和顺县为研究区，基于水足迹理论，评估2010—2019年该地区作物生产水足迹和耕地资源的时空变异性及匹配程度。此外，还划分了不同类型的农业水土资源调控区，得出以下结果。

1）研究期间，和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势。绿水足迹在各区域的作物生产水足迹中占比较大，为63.1%，说明作物生产对绿水依赖程度高。义兴镇对和顺县蓝水足迹和绿水足迹的组成部分贡献均最大，分别占17.7%和17.6%。义兴镇、松烟镇、李阳镇、青城镇、马坊乡构成了和顺县作物生产水足迹和耕地开发的主要地区。

2）和顺县作物生产水足迹和耕地的空间变化表明，SDE模型对空间分布特征分析有一定的启示。研究发现，和顺县作物生产水足迹和耕地的空间分布不均匀，县域西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强。

3）通过评估和顺县作物生产水足迹和耕地间的空间匹配程度发现，在研究期间，和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地面积间的空间失配均逐渐加剧。和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地面积的空间匹配格局较为一致，均呈现出西部和西北部适度匹配，中部、东部和东南部失配的特征，中部和东部地区是和顺县未来农业水土资源调控的主要地区。各乡镇农业水土资源空间匹配时空分异明显，空间失配和蓝水、绿水利用效率低下的耕地主要分布在平松乡和喂马乡。研究期内，横岭镇、喂马乡、牛川乡和平松乡的农业用水效率对和顺县农业水土资源空间匹配程度起主导作用。

4）受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响，和顺县农业水土资源匹配協调水平处于失衡状态，但通过将该区域划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区，并有针对性地进行人工调控，可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。

3.2 讨论

探明农业水土资源匹配特征与调控方向是实现和顺县农业水土资源匹配协调与国土空间格局优化的重要途径。“十四五”规划中提出了“能源资源配置更加合理、利用效率大幅提高”的新目标。目前，和顺县正着力打造“五地两区”，建设“山西东大门”，倾力打造“和顺生态”名片，这一转型跨越式发展对水土资源可持续利用提出了更高的要求。本研究在计算和顺县乡镇域2010—2019年作物水足迹、分析农业水土资源时空变化趋势的基础上，运用基尼系数和空间失配指数定量刻画农业水土资源匹配时空分异特征，并划分出不同类型调控区，对黄土丘陵区其他地区水土资源优化配置和国土空间格局优化具有一定的参考价值。

研究表明，全县农作物生产消耗水资源量主要来源于降水。这是由于和顺县水浇地仅在河谷零星分布，旱地分布广泛，同时和顺县大力发展旱作农业，对绿水依赖程度高。作物生产水足迹和耕地重心在研究期内均发生西移，近年来县域西部地区农业发展力大幅提升，其农业在整个产业结构中的比重和全县农业发展中的贡献均持续增加。这是由于西部地区属于土石山区，水土流失较轻，近年来经过治理，成效显著，退耕耕地为距村较远、小块分散、不宜农耕的坡耕地，同时发展了一部分规模农业，实行精耕细作，推动西部地区城郊农业持续发展。而东部地区虽然有青城镇和松烟镇两大粮食主产区，但其属于石质山区，加之李阳镇、牛川乡、平松乡和义兴镇采煤业的发展，水土流失严重，治理之后没有得到有效改善，打破了之前的农业发展格局，缩小了东西发展差异。受地域分异规律与经济社会发展影响，和顺县农业水土资源失配逐渐加剧且时空匹配分异特征明显，呈现出西部和西北部适度匹配，中部、东部和东南部失配的特征，这也与王佳月等^［4］的结论一致。义兴镇、李阳镇、马坊乡、横岭镇和阳光占乡耕地坡度大，细碎化程度高，农业发展较落后，但森林覆盖率较高，近年来通过退耕还林，细碎化程度降低，大力发展规模农业，实行精耕细作，耕地质量和发展潜力得到有效提升，同时水足迹重心西移，农业水土资源适度匹配；牛川乡和喂马乡由于采煤漏水，地下水水位下降且面临超采，耕地质量较差，农业水土资源中度失配；青城镇和松烟镇作为和顺县两大粮食主产区，粮食单产和农业用水效率较高，但森林覆盖率较低，农业水土资源分别为重度失配和中度失配；平松乡农业发展落后，水资源量较低，农业水土资源重度失配。横岭镇、喂马乡、牛川乡和平松乡农业用水效率的降低是研究期间和顺县空间失配指数和基尼系数上升及农业水土资源空间失配持续严重的主要原因。因此，和顺县在进行水土资源开发利用时，应综合考虑优化各乡镇间的水资源调度、各产业用水的合理分配、蓝绿水和耕地资源的充分利用，从而实现水土资源的协同管理。

当前将水足迹理论引入微观尺度农业水土资源匹配的研究较少，以作物实际生长过程的水足迹这一微观视角测算乡镇域农业水土资源匹配状况更切合实际。此外，本研究使用基尼系数和空间失配指数定量分析县域水土资源时空匹配状况，2种方法计算结果较为一致，进一步验证了利用空间失配指数可以良好适用于乡镇域的农业水土资源时空匹配研究。但本研究仍存在一些不足，在水足迹计算方面，介于数据收集的局限，未对灰水足迹进行量化，导致水足迹计算值偏小，未来应对水足迹进行全面测算；本研究角度单一，如何从综合和动态的角度来调控还有待进一步深入。

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收稿日期：2023-03-22

基金项目：山西省回国留学人员科研教研资助项目

作者简介：闫美霞（1996-），女，山西吕梁人，在读硕士研究生，研究方向为土地利用规划，（电话）15716530673（电子信箱）

ymx15716530673@163.com；通信作者，郭青霞（1969-），女，山西晋城人，教授，博士，主要从事土地利用规划研究，（电子信箱）

gqx696@163.com。