張小虎，孫 茜

(1.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000; 2.洛陽(yáng)師范學(xué)院 國(guó)土與旅游學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471022)

河南省水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)及其影響因素

張小虎1,2，孫 茜2

(1.河南理工大學(xué) 測(cè)繪與國(guó)土信息工程學(xué)院，河南 焦作 454000; 2.洛陽(yáng)師范學(xué)院 國(guó)土與旅游學(xué)院，河南 洛陽(yáng) 471022)

以河南省為例，從自然資源持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性、生態(tài)環(huán)境合理性3個(gè)方面構(gòu)建水土資源持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，采用三角模型定量分析2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(shì)，并在此基礎(chǔ)上通過(guò)灰色關(guān)聯(lián)分析識(shí)別影響水土資源持續(xù)利用的主要因素。研究表明：2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體水平不高，在一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間徘徊，其中，2000—2002年呈T6趨勢(shì)(弱持續(xù))，2002—2004年呈T3趨勢(shì)(一般持續(xù))，2004—2010年呈T1趨勢(shì)(一般持續(xù))，2010—2014年呈T6趨勢(shì)(弱持續(xù))。制約河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要因素多數(shù)來(lái)源于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，主要包括植被覆蓋度、耕地有效灌溉率、人口密度、地均農(nóng)藥施用量和水土流失治理率等。

水土資源；持續(xù)利用；三角模型；灰色關(guān)聯(lián)分析；河南省

水土資源既是區(qū)域社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的支撐和保障條件，又是生態(tài)環(huán)境的基本構(gòu)成要素[1]。我國(guó)人均水資源量為世界平均水平的28%[2]，土地資源的精華耕地人均擁有量?jī)H占世界平均水平的42.37%[3]。隨著新型城鎮(zhèn)化、新型工業(yè)化的持續(xù)推進(jìn)，產(chǎn)業(yè)規(guī)模與結(jié)構(gòu)變化以及城鄉(xiāng)人口規(guī)模與消費(fèi)結(jié)構(gòu)變化，致使水土資源供求失衡，生態(tài)環(huán)境問(wèn)題日益凸顯，亟須開展水土資源持續(xù)利用研究。河南是人口大省、農(nóng)業(yè)大省和新興的工業(yè)大省，受地理位置和氣候條件的影響，降水分布不均且年際變化大，加之水資源的不合理利用，水資源短缺。同時(shí)，河南人多地少的矛盾尤為突出，土地資源開發(fā)利用程度較高，可利用的后備土地資源嚴(yán)重不足，并且水土資源在時(shí)空配置上存在不一致、不協(xié)調(diào)的問(wèn)題，影響到水土資源的持續(xù)利用。對(duì)河南省水土資源持續(xù)利用進(jìn)行研究，揭示河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)及其演變趨勢(shì)，明晰水土資源持續(xù)利用的主要障礙因素，對(duì)于正確把握河南省水土資源利用態(tài)勢(shì)，有效配置水土資源，實(shí)現(xiàn)水土資源的持續(xù)利用具有重要意義。

水土資源持續(xù)利用研究主要基于可持續(xù)發(fā)展理論展開，集中于土地資源可持續(xù)利用[4-8]、水資源持續(xù)利用及其健康評(píng)價(jià)[9-12]等方面。隨著研究的深入，部分學(xué)者研究了水土資源的安全、匹配及承載力問(wèn)題[13-15]，部分學(xué)者從后備資源、城鎮(zhèn)化與糧食生產(chǎn)等視角分析其與水土資源的關(guān)系[16-17]。上述研究豐富和發(fā)展了水土資源可持續(xù)利用的理論與方法；但是水資源與土地資源聯(lián)系緊密，在人類社會(huì)生產(chǎn)發(fā)展進(jìn)程中，水資源和土地資源作為最基礎(chǔ)的資源共同發(fā)揮重要作用，然而將水土資源作為一個(gè)有機(jī)整體綜合評(píng)價(jià)其持續(xù)性的研究尚處于探索階段。而且現(xiàn)有研究多關(guān)注水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)，忽視了對(duì)水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)的分析，并且較少涉及水土資源持續(xù)利用的影響因素。鑒于此，本研究將水土資源作為有機(jī)整體，以水土資源相對(duì)匱乏且時(shí)空分布不匹配的河南省為研究對(duì)象，構(gòu)建三角模型將水土資源持續(xù)利用的狀況及趨勢(shì)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，從狀態(tài)和趨勢(shì)2個(gè)層面對(duì)水土資源的持續(xù)利用態(tài)勢(shì)進(jìn)行可視化描述。同時(shí)，采用灰色關(guān)聯(lián)分析方法診斷識(shí)別區(qū)域水土資源持續(xù)利用的主要影響因素，為河南省有效轉(zhuǎn)變水土資源利用與管護(hù)模式，實(shí)現(xiàn)水土資源的協(xié)調(diào)、持續(xù)利用，維系良好的生態(tài)環(huán)境提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來(lái)源

河南省位于中國(guó)中東部、黃河中下游，地理坐標(biāo)31°23′～36°22′N、110°21′～116°39′E。境內(nèi)地勢(shì)西高東低、北坦南凹，山區(qū)丘陵面積占44.3%，平原和盆地面積占55.7%[18]。2014年河南省國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值達(dá)到34 938.24億元，比上年增長(zhǎng)8.9%，人均生產(chǎn)總值達(dá)37 072元。同期，人均水資源量?jī)H為265.77 m3，遠(yuǎn)低于全國(guó)平均水平，并且受地理位置和氣候條件的雙重影響，降水分布不均，自然災(zāi)害頻繁。2014年人均耕地面積0.076 hm2，低于全國(guó)平均水平，并且存在耕地利用粗放、后備資源不足等問(wèn)題。當(dāng)前河南省既處于蓄勢(shì)崛起、跨越發(fā)展的重要階段，又處于爬坡過(guò)坎、攻堅(jiān)轉(zhuǎn)型的緊要關(guān)口，亟須解決水土資源持續(xù)利用問(wèn)題。

數(shù)據(jù)來(lái)源：《河南統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001—2015年)；《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(2001—2015年)；《河南省水資源公報(bào)》(2000—2014年)；《河南省環(huán)境質(zhì)量年報(bào)》(2000—2014年)；NASA(美國(guó)國(guó)家航空航天局)提供的MOD13Q1和MOD17A3數(shù)據(jù)(https://lpdaac.usgs.gov/data_access/data_pool)。

1.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)體系構(gòu)建

水土資源持續(xù)利用是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)持續(xù)、健康發(fā)展的基礎(chǔ)，其核心是維護(hù)和提升水土資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，協(xié)調(diào)水資源與土地資源的關(guān)系，提升水土資源利用的經(jīng)濟(jì)、社會(huì)和生態(tài)效益。由于水土資源是一個(gè)有機(jī)整體，涉及自然資源稟賦、經(jīng)濟(jì)社會(huì)、生態(tài)環(huán)境等諸多因素，因而在研究中針對(duì)河南省水土資源特點(diǎn)，在借鑒相關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上[4-8，10-12]，根據(jù)數(shù)據(jù)可得性、靈敏性和可量化性原則，同時(shí)考慮三角模型的特點(diǎn)及要求，從自然資源持續(xù)性、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性和生態(tài)環(huán)境合理性3個(gè)方面構(gòu)建指標(biāo)體系(表1)，共19個(gè)指標(biāo)。

自然資源持續(xù)性是區(qū)域可持續(xù)發(fā)展的基礎(chǔ)，其中，水資源和土地資源是最基本的自然資源，是人類社會(huì)賴以生存和發(fā)展的基礎(chǔ)，選取人均耕地、人均水資源量、植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(NPP)等指標(biāo)進(jìn)行表征；經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性主要反映人類社會(huì)在發(fā)展過(guò)程中通過(guò)對(duì)水土資源的利用促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、推動(dòng)社會(huì)進(jìn)步，具體通過(guò)人均GDP、城鎮(zhèn)化水平、萬(wàn)元GDP水耗等指標(biāo)反映；生態(tài)環(huán)境合理性是指通過(guò)對(duì)水土資源的科學(xué)、合理利用，有效維護(hù)和改善生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，具體通過(guò)水土流失治理率、廢水排放量、植被覆蓋度等指標(biāo)表征。

表1水土資源持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系

Table1Evaluation index system of land and water sustainable utilization

目標(biāo)層Targetlayer準(zhǔn)則層Criterionlayer指標(biāo)層Indexlayer權(quán)重Weight水土資源持續(xù)利用Landandwaterresourcessustainableutilization自然資源持續(xù)性Naturalresourcesustainability(0.3427)人均耕地Cultivatedlandpercapita/hm2 0.1975糧食安全系數(shù)Foodsafetycoefficient0.1030耕地有效灌溉率Effectiveirrigationrateofcultivatedland/%0.1421用水壓力指數(shù)Waterpressureindex/%0.1317產(chǎn)水系數(shù)Waterproductioncoefficient0.1064人均水資源量Waterresourcepercapita/m30.1789植被凈初級(jí)生產(chǎn)力(以碳計(jì))Netprimaryproductivity(NPP)/(g·m-2·a-1)0.1404經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性Economicsocietyfeasibility(0.3084)人口密度Populationdensity/km-20.1724人均GDPGDPpercapita/yuan0.1078城鎮(zhèn)化水平Urbanizationlevel/%0.1939萬(wàn)元GDP水耗WaterconsumptionpertenthousandyuanGDP/m30.1943萬(wàn)元GDP能耗EnergyconsumptionpertenthousandyuanGDP/t0.2118第三產(chǎn)業(yè)占GDP比重TertiaryindustryproportioninGDP/%0.1198生態(tài)環(huán)境合理性Ecologicalenvironmentreasonability(0.3489)水土流失治理率Improvementrateofsoilandwaterloss/%0.2167廢水排放量Wastewaterdischarge/(108t)0.1248超Ⅴ類水質(zhì)比重WaterproportionworsethanⅤcategory/%0.1131植被覆蓋度Vegetationcoverage/%0.2214地均化肥施用量Fertilizerinputperhectare/(kg·hm-2)0.1658地均農(nóng)藥施用量Pesticidesinputperhectare/(kg·hm-2)0.1582

1.3 研究方法

1.3.1 三角模型

三角模型是美國(guó)農(nóng)業(yè)部根據(jù)土壤的砂-粉砂-黏土含量分析土壤類型時(shí)提出的一種方法[19]，可以對(duì)3個(gè)相互聯(lián)系的方面進(jìn)行可視化描述，并且作為一種直觀的平臺(tái)能夠很好地圖解綜合狀況及趨勢(shì)。由于具有直觀性和簡(jiǎn)明性，該方法已廣泛應(yīng)用于區(qū)域經(jīng)濟(jì)發(fā)展、資源環(huán)境等領(lǐng)域[20-21]。水土資源持續(xù)利用是區(qū)域經(jīng)濟(jì)社會(huì)穩(wěn)定、健康發(fā)展的基礎(chǔ)，其目標(biāo)是維護(hù)和改善水土資源系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能，提升水土資源利用的社會(huì)、經(jīng)濟(jì)、生態(tài)效益。根據(jù)水土資源持續(xù)利用評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，以非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI，non-natural resource sustainability index)、非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)(NESFI，non-economic society feasibility index)和生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI，ecological environment reasonability index)3組相互聯(lián)系的指數(shù)為基礎(chǔ)，通過(guò)三角圖對(duì)3組指數(shù)的相互關(guān)系進(jìn)行可視化描述，從而定量分析河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)和趨勢(shì)。采用Grapher 8.0構(gòu)建三角圖，得到三角模型(圖1)。

圖1 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(shì)Fig.1 State and trend of land and water resource sustainable utilization

在圖1中，三角形為等邊三角形，EERI位于最高頂點(diǎn)，NESFI位于左下頂點(diǎn)，NNRSI位于右下頂點(diǎn)。X、Y和Z軸分別代表NNRSI、EERI、NESFI，每個(gè)軸沿逆時(shí)針?lè)较驈?到1。每個(gè)軸分別平均分為5個(gè)范圍：“非常低”，0～0.2；“較低”，0.2～0.4；“中等”，0.4～0.6；“較高”，0.6～0.8；“非常高”，0.8～1.0。同時(shí)，用三角形圖表對(duì)NNRSI、EERI、NESFI的相對(duì)比例結(jié)合情況進(jìn)行說(shuō)明。將三角形從頂?shù)降准?xì)分為5個(gè)區(qū)域(Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ)，分別表示5種水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及相應(yīng)的表現(xiàn)水平(圖1、表2)。在三角圖中，根據(jù)EERI、NESFI、NNRSI相對(duì)比例的變化，可識(shí)別出7個(gè)趨勢(shì)(T1～T7)，分別代表7種水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)(表3)。通過(guò)計(jì)算，根據(jù)不同數(shù)據(jù)點(diǎn)和數(shù)據(jù)系列的相對(duì)位置關(guān)系對(duì)水土資源持續(xù)利用狀態(tài)和趨勢(shì)進(jìn)行定量分析。

三角模型具體分析步驟如下：

(1)數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理

由于評(píng)價(jià)中涉及指標(biāo)較多，并且各指標(biāo)的量綱不盡相同，為使各指標(biāo)具有可比性，運(yùn)用功效函數(shù)對(duì)指標(biāo)進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理[22]。假設(shè)水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)的序參數(shù)變量為Xij(i=1，2，3，…，m；j=1，2，3，…，n)，其值為xij。αij、βij是系統(tǒng)穩(wěn)定臨界點(diǎn)的序參量的上、下限值。根據(jù)協(xié)同理論，水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)對(duì)系統(tǒng)有序的功效函數(shù)Xij可以表示為：

(1)

式(1)中Xij為變量xij對(duì)系統(tǒng)的功效貢獻(xiàn)大小，0≤Xij≤1。

(2)指標(biāo)權(quán)重確定

指標(biāo)權(quán)重(W)采用客觀賦值的熵權(quán)法確定，該方法主要根據(jù)各指標(biāo)傳遞給決策者的信息量大小確定權(quán)重。當(dāng)熵值較小時(shí)，說(shuō)明該指標(biāo)提供的信息量大，相應(yīng)的權(quán)重也較大，反之權(quán)重則較小，具體權(quán)重見(jiàn)表1。

(3)計(jì)算綜合指數(shù)

采用加權(quán)平均法計(jì)算自然資源持續(xù)性指數(shù)(NRSI，natural resource sustainability index)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)(ESFI，economic society feasibility index)和生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI，ecological environment reasonability index)，計(jì)算公式分別為：

(2)

(3)

(4)

式(2)～(4)中：NRSIy、ESFIy、EERIy分別是第y個(gè)研究對(duì)象的自然資源持續(xù)性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)；Wh是第h個(gè)自然資源持續(xù)性權(quán)重；Wk是第k個(gè)經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指標(biāo)權(quán)重；Wl是第l個(gè)生態(tài)環(huán)境合理性指標(biāo)權(quán)重。

(4)構(gòu)建三角模型圖

三角模型由3個(gè)能構(gòu)成此消彼長(zhǎng)關(guān)系的指數(shù)構(gòu)成，依據(jù)公式(2)～(4)選取非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)、非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)(NESFI)作為評(píng)價(jià)指數(shù)，構(gòu)建三角模型圖。在水土資源持續(xù)利用系統(tǒng)中，非自然資源持續(xù)性指數(shù)與自然資源持續(xù)性指數(shù)、非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)與經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)分別是一對(duì)相對(duì)的概念，因此NNRSI=1-NRSI(自然資源持續(xù)性指數(shù))，NESFI=1-ESFI(經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù))，NRSI、ESFI值越大，NNRSI、NESFI值越小。

表2水土資源持續(xù)利用狀態(tài)評(píng)價(jià)

Table2Evaluation of land and water resource sustainable utilization state

狀態(tài)State指標(biāo)數(shù)值范圍IndexvaluescopesEERINESFINNRSI相對(duì)指數(shù)值RelativeindexvalueEERINESFINNRSI相對(duì)持續(xù)狀態(tài)RelativesustainablestateⅠ0.8～1.00.0～0.20.0～0.2非常高Veryhigh非常低Verylow非常低Verylow很強(qiáng)VerystrongⅡ0.6～0.80.0～0.40.0～0.4較高High非常低-較低Verylow-low非常低-較低Verylow-low強(qiáng)StrongⅢ0.4～0.60.0～0.60.0～0.6中等Middle非常低-中等Verylow-middle非常低-中等Verylow-mid-dle一般FairⅣ0.2～0.40.0～0.80.0～0.8較低Low非常低-較高Verylow-high非常低-較高Verylow-high弱WeakⅤ0.0～0.20.0～1.00.0～1.0非常低Verylow非常低-非常高Verylow-veryhigh非常低-非常高Verylow-veryhigh很弱Verybad

(5)狀態(tài)及趨勢(shì)分析

依據(jù)計(jì)算的綜合指數(shù)及建立的三角模型圖，同時(shí)結(jié)合水土資源持續(xù)利用狀態(tài)相對(duì)趨勢(shì)評(píng)價(jià)表(表3)，分析水土資源持續(xù)利用的具體狀態(tài)及趨勢(shì)。

1.3.2 灰色關(guān)聯(lián)分析

灰色關(guān)聯(lián)分析以灰色系統(tǒng)理論為基礎(chǔ)，對(duì)系統(tǒng)所包含的相互作用因素之間的關(guān)聯(lián)程度進(jìn)行定量描述和比較。其基本思想是根據(jù)序列曲線幾何形狀的相似程度來(lái)判斷其聯(lián)系是否緊密。該方法對(duì)數(shù)據(jù)分布類型及變量無(wú)特殊要求，且計(jì)算簡(jiǎn)便，已廣泛應(yīng)用于社會(huì)經(jīng)濟(jì)、資源環(huán)境等領(lǐng)域[23-25]。由于水土資源持續(xù)利用涉及水、土地、生態(tài)、環(huán)境等諸多因素，并且各因素的信息存在不確定性和不完全性，是一個(gè)灰色系統(tǒng)，因而可應(yīng)用該方法識(shí)別水土資源持續(xù)利用的主要影響因素，具體步驟如下。

(1)確定參考序列和比較序列

Xs為比較序列，xs(ψ)為因素Xs關(guān)于第ψ個(gè)指標(biāo)的數(shù)據(jù)，ψ=1，2，…，n；s表示因素代碼；Xo為參考序列，為2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用中NRSI、ESF、EERI指數(shù)的加權(quán)平均值。

(2)指標(biāo)初值化處理

為消除指標(biāo)數(shù)據(jù)的量綱，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行初值化處理，公式為：

(5)

式(5)中：X′為各因素序列的初值像；Xs為系統(tǒng)行為數(shù)據(jù)列；xs(1)為數(shù)據(jù)序列的初始值。

(3)求取關(guān)聯(lián)系數(shù)

(6)

式(6)中：γ[xo(ψ)， xs(ψ)]為關(guān)聯(lián)系數(shù)；ξ為分辨系數(shù)，ξ∈[0，1]，一般取0.5。

(4)計(jì)算關(guān)聯(lián)系數(shù)

(7)

式(7)中：γ(xo，xs)為參考序列Xo與比較序列Xs的灰色關(guān)聯(lián)度，若關(guān)聯(lián)度較大，則該指標(biāo)是水土資源持續(xù)利用的主要影響因素。

2 結(jié)果與分析

2.1NRSI、ESFI、EERI指數(shù)分析

根據(jù)各指標(biāo)的標(biāo)準(zhǔn)化數(shù)值及其權(quán)重，采用公式(2)～(4)測(cè)算河南省2000—2014年水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)、經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(圖2)。

表3水土資源持續(xù)利用狀態(tài)相對(duì)趨勢(shì)評(píng)價(jià)

Table3Evaluation on relative trend of land and water resource sustainable utilization state

趨勢(shì)Trend變化范圍Movingdirection指數(shù)變化相對(duì)比例RelativepercentagechangeofindexEERINESFINNRSI相對(duì)持續(xù)趨勢(shì)RelativesustainabilityT10～60°↑↓↑一般持續(xù)FairsustainabilityT260～120°↑↓↓很強(qiáng)持續(xù)StrongsustainabilityT3120～180°↑↑↓一般持續(xù)FairsustainabilityT4180～240°↓↑↓弱持續(xù)WeaksustainabilityT5240～300°↓↑↑不可持續(xù)UnsustainabilityT6300～360°↓↑↑弱持續(xù)WeaksustainabilityT7無(wú)變化Novariation↑↑↑弱持續(xù)Weaksustainability↓↓↓弱持續(xù)Weaksustainability———原始狀態(tài)Originalstate

“↑”表示增加，“↓”表示減少，“—”表示不變。

“↑” represented increase; “↓”represented decrease; “—” represented no change.

圖2 2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的準(zhǔn)則層指數(shù)Fig.2 Rule layer index of land and water resource sustainable utilization in Henan from 2000 to 2014

由圖2可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)(NRSI)在0.382 9～0.636 5之間，均值為0.541 5，呈上下震蕩態(tài)勢(shì)。其中，2010年自然資源持續(xù)性指數(shù)達(dá)到最高值，2001年為最低值，其他年份則在均值上下波動(dòng)，主要受區(qū)域水土資源稟賦、極端氣候等影響。研究時(shí)段內(nèi)河南省人均水資源量、耕地有效灌溉率等不斷下降，產(chǎn)水系數(shù)隨氣候變化波動(dòng)，加之用水壓力指數(shù)大幅增加，導(dǎo)致自然資源持續(xù)性指數(shù)震蕩波動(dòng)。經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)(ESFI)介于0.283 3～0.842 9，總體上呈增加態(tài)勢(shì)，其中2000年最低，2014年最大，且2007—2014年該指數(shù)均超過(guò)均值。這是因?yàn)殡S著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的發(fā)展，萬(wàn)元GDP能耗、水耗等持續(xù)下降，而人均GDP、城鎮(zhèn)化水平等顯著提升。這一結(jié)果也從側(cè)面反映了經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會(huì)進(jìn)步有利于促進(jìn)能耗、水耗的降低。生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)，其中2000年達(dá)最大值，為0.786 3，2014年最小，僅為0.260 6。這說(shuō)明雖然河南省在經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展過(guò)程中較注重生態(tài)環(huán)境的保護(hù)，但是保護(hù)力度仍有待提升。同時(shí)，由于受城鎮(zhèn)外延式發(fā)展等的影響，植被覆蓋度不斷下降。

2.2 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(shì)分析

以河南省2000—2014年水土資源持續(xù)利用的非自然資源持續(xù)性指數(shù)(NNRSI)、非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)(NESFI)、生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)(EERI)為樣本空間，運(yùn)用Grapher 8.0構(gòu)建三角模型分析水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(shì)(圖3)。

2.2.1 水土資源持續(xù)利用狀態(tài)分析

由圖3可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體水平不高，主要位于Ⅲ、Ⅳ區(qū)域，在一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間徘徊。具體可以分為3個(gè)階段：第一階段，位于Ⅳ區(qū)域(弱持續(xù)狀態(tài))，包括2000年和2001年，這一時(shí)期雖然生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)較高，但是非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)、非自然資源持續(xù)性指數(shù)達(dá)到最大值，由此導(dǎo)致水土資源持續(xù)利用處于弱持續(xù)狀態(tài)；第二階段，位于Ⅲ區(qū)域(一般持續(xù)狀態(tài))，涵蓋2002—2012年，該階段生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)波動(dòng)下降，非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)持續(xù)走低，非自然資源持續(xù)性指數(shù)呈上下震蕩趨勢(shì)，主要是由于該時(shí)期河南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)進(jìn)入快速發(fā)展時(shí)期，水土資源的消耗進(jìn)一步加大，同時(shí)環(huán)境保護(hù)力度加大，從而表現(xiàn)為一般持續(xù)狀態(tài)；第三階段，位于Ⅳ區(qū)域(弱持續(xù)狀態(tài))，2013—2014年，這一階段生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)達(dá)到最低值，非自然資源持續(xù)性指數(shù)不斷攀升，非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)顯著減小，這主要源于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，對(duì)水土等自然資源的消耗加劇，同時(shí)，大批新建工業(yè)項(xiàng)目的上馬投產(chǎn)，導(dǎo)致廢水排放量連年攀高，廢水排放量與環(huán)境容量相對(duì)不足的矛盾沒(méi)有得到根本緩解，加上過(guò)度開荒以及農(nóng)藥、化肥的過(guò)量施用等，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)表現(xiàn)為最低值，直接影響到水土資源持續(xù)利用狀態(tài)下降到弱持續(xù)狀態(tài)。

A～O分別表示2000—2014年各年A-O represented each year from 2000 to 2014圖3 2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)及趨勢(shì)Fig.3 State and trend of land and water resource sustainable utilization in Henan from 2000 to 2014

2.2.2 水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)分析

根據(jù)圖2可知，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)呈現(xiàn)弱持續(xù)趨勢(shì)→一般持續(xù)趨勢(shì)→弱持續(xù)趨勢(shì)，其中：非經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)從0.716 7震蕩下降到0.157 1，說(shuō)明隨著河南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的持續(xù)發(fā)展，水土資源利用的經(jīng)濟(jì)社會(huì)效益不斷提升；非自然資源持續(xù)性指數(shù)在0.363 5～0.617 1之間波動(dòng)，源于經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展對(duì)水土資源的利用程度不斷增加，但還未完全實(shí)現(xiàn)循環(huán)、綠色、持續(xù)利用，從而影響了水土資源自然資源屬性的持續(xù)利用；生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)從0.786 3震蕩下降到0.260 6，表明隨著經(jīng)濟(jì)社會(huì)的日益發(fā)展，水土資源開發(fā)程度加大，而生態(tài)環(huán)境的保護(hù)力度相對(duì)滯后。

具體地，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)表現(xiàn)出4個(gè)明顯的趨勢(shì)：2000—2002年呈現(xiàn)T6趨勢(shì)(弱持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢(shì)分別為減少、增加、增加；2002—2004年呈T3趨勢(shì)(一般持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢(shì)分別為增加、增加、減少；2004—2010年呈T1趨勢(shì)(一般持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢(shì)分別為增加、減少、增加；2010—2014年呈T6趨勢(shì)(弱持續(xù))，EERI、NESFI、NNRSI值變化趨勢(shì)分別為減少、增加、增加。從河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)演變的4個(gè)趨勢(shì)來(lái)看，2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)呈波動(dòng)變化，經(jīng)歷了弱持續(xù)趨勢(shì)、一般持續(xù)趨勢(shì)、一般持續(xù)趨勢(shì)、弱持續(xù)趨勢(shì)4個(gè)階段，這與河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)變化相一致。隨著河南省經(jīng)濟(jì)社會(huì)的轉(zhuǎn)型發(fā)展，水土資源利用方式提升，相應(yīng)表現(xiàn)為2000—2010年水土資源持續(xù)利用水平呈持續(xù)提升態(tài)勢(shì)，而2010—2014年由于受資源和環(huán)境約束日益明顯，并且國(guó)家加大了宏觀調(diào)控力度和產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)型升級(jí)，水土資源持續(xù)利用水平呈弱持續(xù)狀態(tài)。

2.3 水土資源持續(xù)利用的影響因素識(shí)別

為進(jìn)一步識(shí)別影響河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要因素，基于灰色關(guān)聯(lián)分析模型識(shí)別阻礙河南省水土資源持續(xù)利用的主要因素，其中灰色關(guān)聯(lián)度采用2000—2014年的均值表示(表4)。多數(shù)指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)度在0.7以上，表明研究中選取的評(píng)價(jià)指標(biāo)與水土資源持續(xù)利用水平關(guān)系密切。從灰色關(guān)聯(lián)度大小排序來(lái)看，排在前8項(xiàng)的指標(biāo)依次為植被覆蓋度>耕地有效灌溉率>人口密度>地均農(nóng)藥施用量>水土流失治理率>地均化肥施用量>廢水排放量>產(chǎn)水系數(shù)。這些指標(biāo)主要隸屬于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)。雖然研究時(shí)段內(nèi)河南省的經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展呈現(xiàn)一般持續(xù)和弱持續(xù)發(fā)展態(tài)勢(shì)，但是當(dāng)?shù)厮临Y源粗放利用現(xiàn)象仍較普遍。為實(shí)現(xiàn)水土資源的持續(xù)利用，在保持經(jīng)濟(jì)穩(wěn)定增長(zhǎng)的同時(shí)，應(yīng)加快經(jīng)濟(jì)社會(huì)轉(zhuǎn)型，進(jìn)一步優(yōu)化河南省的經(jīng)濟(jì)社會(huì)結(jié)構(gòu)，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展方式，提升發(fā)展質(zhì)量和效益，減少對(duì)水資源和土地資源的消耗，實(shí)施主要污染物和水土資源消費(fèi)總量預(yù)算管理。通過(guò)合理開發(fā)、高效利用、綜合治理、優(yōu)化配置、有效保護(hù)和科學(xué)管理水土資源，推動(dòng)水土資源持續(xù)、協(xié)調(diào)利用。

表4水土資源持續(xù)利用與各指標(biāo)的灰色關(guān)聯(lián)分析

Table4Grey relational analysis between land and water resource sustainable utilization and indices

指標(biāo)Index灰色關(guān)聯(lián)度Greyrelationalgrade指標(biāo)Index灰色關(guān)聯(lián)度Greyrelationalgrade人均耕地Cultivatedlandpercapita0.7335萬(wàn)元GDP水耗WaterconsumptionpermillionyuanGDP0.4438糧食安全系數(shù)Coefficientoffoodsafety0.8564萬(wàn)元GDP能耗EnergyconsumptionpermillionyuanGDP0.6264耕地有效灌溉率Effectiveirrigationrate0.9312第三產(chǎn)業(yè)占GDP比例RatioofthirdindustrytoGDP0.8937用水壓力指數(shù)Waterpressureindex0.5677水土流失治理率Soilandwaterlosscontrolrate0.9071產(chǎn)水系數(shù)Coefficientofwaterproduction0.8981廢水排放量Wastewaterdischarge0.9044人均水資源量Waterresourcespercapita0.8934超Ⅴ類水質(zhì)比重ProportionofwaterworsethanⅤ0.8822植被凈初級(jí)生產(chǎn)力Netprimaryproductivity0.7597植被覆蓋度Vegetationcoverage0.9580人口密度Populationdensity0.9117地均化肥施用量Amountoffertilizerperhectare0.9071人均GDPGDPpercapita0.6446地均農(nóng)藥施用量Amountofpesticidesperhectare0.9100城鎮(zhèn)化水平Urbanizationlevel0.5715

3 結(jié)論

本研究采用三角模型分析了河南省水土資源持續(xù)利用的狀態(tài)及趨勢(shì)，并基于灰色關(guān)聯(lián)分析識(shí)別影響水土資源持續(xù)利用的主要因素。結(jié)果顯示：2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用的自然資源持續(xù)性指數(shù)在0.382 9～0.636 5之間，均值為0.541 5，呈上下震蕩態(tài)勢(shì)；經(jīng)濟(jì)社會(huì)可行性指數(shù)介于0.283 3～0.842 9，總體上呈增加態(tài)勢(shì)；生態(tài)環(huán)境合理性指數(shù)呈波動(dòng)下降趨勢(shì)。研究時(shí)段內(nèi)河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)總體上不高，處于一般持續(xù)狀態(tài)和弱持續(xù)狀態(tài)之間。2000—2014年河南省水土資源持續(xù)利用狀態(tài)可劃分為4個(gè)明顯的趨勢(shì)：2000—2002年呈T6趨勢(shì)，為弱持續(xù)趨勢(shì)；2002—2004年呈T3趨勢(shì)，為一般持續(xù)趨勢(shì)；2004—2010年呈T1趨勢(shì)，為一般持續(xù)趨勢(shì)；2010—2014年呈T6趨勢(shì)，為弱持續(xù)趨勢(shì)。制約河南省水土資源持續(xù)利用水平提升的主要障礙因素多數(shù)來(lái)源于生態(tài)環(huán)境系統(tǒng)和經(jīng)濟(jì)社會(huì)系統(tǒng)，主要包括植被覆蓋度、耕地有效灌溉率、人口密度、地均農(nóng)藥施用量、水土流失治理率、地均化肥施用量、廢水排放量、產(chǎn)水系數(shù)等。

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(責(zé)任編輯高 峻)

TrendandinfluencefactorsoflandandwaterresourcessustainableutilizationinHenanProvince

ZHANG Xiaohu1,2， SUN Qian2

(1.CollegeofSurveying&LandInformationEngineering，HenanPolytechnicUniversity，Jiaozuo454000，China; 2.CollegeofLandandTourism,LuoyangNormalUniversity,Luoyang471022,China)

In the present study， land and water sustainable utilization state and trend in Henan Province in 2000-2014 was evaluated by triangle model from 3 aspects of natural resource sustainability， economic society feasibility and ecological environment reasonability. The main influence factors were further identified by grey relational analysis. It was shown that the total level of the utilization was not high， around the fair sustained state and the weak sustained state. The state exhibited 4 obvious trends: T6 trend (weak sustained state) from 2000 to 2002， T3 trend (fair sustained state) from 2002 to 2004， T1 trend (fair sustained state) from 2004 to 2010， T6 trend (weak sustained state) from 2010 to 2014. Factors constraining the promotion of utilization level were mainly from ecological environment system and economic society system. The influence factors included vegetation coverage， effective irrigation rate of cultivated land， population density， pesticides input per hectare and improvement rate of soil and water loss.

land and water resources; sustainable utilization; triangle model; grey relational analysis; Henan Province

F061.3

：A

：1004-1524(2017)09-1555-09

張小虎，孫茜. 河南省水土資源持續(xù)利用趨勢(shì)及其影響因素[J]. 浙江農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2017，29(9)： 1555-1563.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.09.19

2017-01-20

國(guó)家自然科學(xué)基金(U1404402)；河南省軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目(162400410273)；河南省教育廳人文社會(huì)科學(xué)研究項(xiàng)目(2015-ZD-045)；河南省教育廳科學(xué)技術(shù)研究重點(diǎn)項(xiàng)目(13A630346)；河南理工大學(xué)青年骨干教師計(jì)劃項(xiàng)目(2013-018)

張小虎(1979—)，男，河南洛陽(yáng)人，博士，副教授，主要從事土地資源評(píng)價(jià)與規(guī)劃。E-mail: zhangxiaohu415@163.com