王 迪

(盤山縣農業(yè)水利事務服務中心，遼寧 盤錦 124000)

0 引言

水資源為促進經(jīng)濟發(fā)展和構成綜合國力的重要戰(zhàn)略資源，對維持人類生存和自然環(huán)境發(fā)揮著重要作用[1]。當前，中國生態(tài)環(huán)境、農業(yè)糧食、經(jīng)濟發(fā)展等受水環(huán)境污染和水資源短缺的影響十分顯著。農業(yè)為促進社會發(fā)展和保障國民經(jīng)濟建設的第一產業(yè)，學術界一直比較關注農業(yè)水資源的可持續(xù)利用問題。例如，王浩等[2]通過分析農業(yè)用水形勢提出集雨增效的現(xiàn)代旱作農業(yè)和高效節(jié)水灌區(qū)農業(yè)戰(zhàn)略；宋巖等[3]對灌區(qū)農業(yè)用水安全利用模糊綜合法和AHP法進行科學評價，依據(jù)工程實踐和文獻資料提出了切實可行的建議措施；張華等[4]提出了基于水貧困理論的農業(yè)水貧困理念，認為中國農業(yè)用水正處于較嚴重狀態(tài)；徐學良等[5]研究認為現(xiàn)代化農業(yè)有序推進的基本條件是加強農業(yè)水資源的科學管理；包曉斌等[6]指出農業(yè)用水應實施高效節(jié)水措施。

2002年Hoekstra教授[7]將虛擬水定量測度理論和水資源消費指示器相結合，提出了水文領域中水足跡這一全新概念，對于提升人們對農業(yè)用水安全、缺水型城市發(fā)展的理解和認識發(fā)揮著積極作用。水足跡理論可以較為準確、系統(tǒng)的反映區(qū)域水資源狀況及其用水需求，因考慮了消費者與生產者之間的足跡，現(xiàn)已廣泛應用于水安全和可持續(xù)利用等領域。當前，相關研究主要側重于區(qū)域水足跡可持續(xù)性、水資源安全研究和產品水足跡評價等方面。涉及農業(yè)用水方面的水足跡研究也越來越多，如劉莉[8]、李澤紅[9]等分析了農業(yè)水足跡的時空變化特征及其相關性；黃晶[10]、王旭[11]等以北京和寧夏地區(qū)為例，對各區(qū)域農業(yè)用水結構和水資源可持續(xù)利用選用水足跡理論開展了評價。

盤錦市地處遼河三角洲的中心地帶，降水量較小而蒸發(fā)量極大，隨著人口的急劇增加和經(jīng)濟的迅速發(fā)展，當?shù)赜盟坎粩嘣龃?，水資源短缺和生態(tài)環(huán)境惡化問題已十分突出，其中造成該問題的主要根源是農業(yè)用水的占比過大，因此采用合適的方法評價該區(qū)域農業(yè)用水現(xiàn)狀具有重要意義。因此，文章對盤錦地區(qū)農業(yè)用水效率利用水足跡理論開展評價，以期為保障農業(yè)水資源協(xié)調發(fā)展和持續(xù)利用提供科學的指導。

1 研究區(qū)概況

盤錦市地處遼寧省西南部，南臨渤海遼東灣，北與錦州、鞍山相鄰，東南與營口市隔大遼河相望，介于E121°25′-122°31′，N40°39′-41°27′之間，總面積4071km2。該地區(qū)為大陸性季風氣候，氣候特點春秋季短、冬長夏暖、平原風大、寒冷期長、雨量集中、雨熱同期、四季分明、光照豐富，平均降水量564.5mm/a，平均氣溫9.3℃，日照時數(shù)2780.5h，年蒸發(fā)量顯著高于降水量。該地區(qū)流域面積3570km2，大小河流共21條，主要有遼河、饒陽河、大凌河、大遼河等4條大型河流和鴨子河、沙子河、大洋河、小柳河等17條中小河流，大多數(shù)河流呈現(xiàn)出比降陡、流程短、面積小等山區(qū)型河流特征。近年來，盤錦市農業(yè)產值和耕地面積不斷增加，經(jīng)濟社會和人口規(guī)模發(fā)展迅速。2009-2017年，人均GDP快速提高至62810元/人，增長了近1.5倍；同時，農業(yè)播種面積和人口數(shù)量也急劇增加，9年內增加了約11350hm2耕地和3.4萬人口。全市80%以上水資源用于農業(yè)灌溉水，為實現(xiàn)盤錦市現(xiàn)代化農業(yè)發(fā)展有必要科學分析農業(yè)水資源的利用效果[12-16]。

2 研究方法

2.1 農業(yè)水足跡計算

水足跡理論是通過對單位產品虛擬含水量與居民消費的服務、商品數(shù)量的乘積求和確定消耗的水資源量，在此基礎上考慮一定區(qū)域內的生態(tài)環(huán)境和居民生產、生活消耗的實體水確定水足跡總量。該理論是對區(qū)域水資源占有和需求狀況從消費、生產的角度分析，預測分析結果較傳統(tǒng)的測算法更加系統(tǒng)、客觀。當前，較為常用的四種方法為產品生命周期法、投入產出法、自下而上法和自上而下法。從信息資料可獲取性和數(shù)據(jù)可靠性的角度，對盤錦市農業(yè)水足跡利用自上而下的方法求解，從而獲取區(qū)域農業(yè)開發(fā)占有的水資源狀況，其數(shù)學表達式為：

(1)

式中：WF為農業(yè)水足跡總量；VWCi、Pi為農業(yè)產品i的單位質量虛擬含水量和產量。

2.2 水足跡效益

水資源的集約利用度也稱為水足跡效益，為了表征農業(yè)發(fā)展所付出的水資源代價及衡量區(qū)域農業(yè)對水資源的利用效率，引入經(jīng)濟價值指標。其值越高則農業(yè)用水效率越高，反之則用水程度越低，表達式為：

(2)

式中：WF、WE為農產品總水足跡和水足跡效益；GDP為農業(yè)經(jīng)濟產值。

2.3 數(shù)據(jù)來源

選取盤錦市2009-2017年國民經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計公報、水資源公報和統(tǒng)計年鑒等資料作為數(shù)據(jù)來源，盤錦地區(qū)農畜產品虛擬水含量調查統(tǒng)計結果。盤錦地區(qū)單位質量農畜產品虛擬含水量，見表1。

表1 盤錦地區(qū)單位質量農畜產品虛擬含水量

3 結果分析

3.1 農業(yè)水足跡總量變化

根據(jù)盤錦地區(qū)農業(yè)水足跡2009-2017年變化趨勢，繪制水足跡圖，盤錦市農業(yè)水足跡變化特征，見圖1。從圖1可知研究期間總體呈波動增長趨勢，農業(yè)水足跡自2009年的8.12×108m3逐漸提升至2017年的9.08×108m3，2009-2017年期間增加了0.96×108m3，多年平均增長量達到0.107×108m3/a，其中農業(yè)水足跡最高的年份為2014年，所對應的值為9.81×108m3。水足跡總量和人均農業(yè)水足跡保持同步變化特征，人均農業(yè)水足跡自2009年的1105.32m3/人逐漸提升至2017年的1150.46m3/人，2009-2017年期間增加了45.14m3/人，多年平均增速達到5.02m3/人，其中人均農業(yè)水足跡最高的年份為2013年，所對應的值為1328.05m3/人。研究表明，盤錦地區(qū)的農業(yè)用水量不斷增大，該地區(qū)增發(fā)量大且降水量少，農業(yè)用水比重越來越高，其中85%左右的水資源用于農業(yè)灌溉，對于生態(tài)、生活和工業(yè)用水具有嚴重的擠占作用，各行業(yè)用水結構失調。

3.2 農業(yè)水足跡結構變化

盤錦地區(qū)農業(yè)水足跡結構，見圖2。圖2(a)反映了盤錦地區(qū)農業(yè)水足跡分配狀況，其中水足跡最高的為糧食作物，2009-2017年期間的均值為4.26×108m3，且處于較為穩(wěn)定的狀態(tài)；研究期間，畜產品水足跡自2009年的2.77×108m3逐漸減少至2017年的2.40×108m3，總體呈現(xiàn)出緩慢下降趨勢，年均值為2.58×108m3；2009-2017年的經(jīng)濟作物水足跡呈一定的上升趨勢，自2009年的1.27×108m3緩慢上升至2017年的2.30×108m3。同時，水足跡在各農業(yè)產品內部的分布呈不均衡分布特征，具體如圖2(b)、(c)和(d)，詳細分析如下：

圖1 盤錦市農業(yè)水足跡變化特征

圖2盤錦地區(qū)農業(yè)水足跡結構

1) 從糧食作物的角度分析，水足跡增長較為迅速的為玉米作物，自2009年的161.05×106m3快速提升至2017年的237.35×106m3，2009-2017年的平均增速達到8.48×106m3；稻谷作物呈現(xiàn)出緩慢增長趨勢，水足跡自2009年的120.04×106m3緩慢上升至2017年的141.52×106m3，研究期間的平均增速為2.39×106m3；水足跡較為穩(wěn)定的豆類作物，自2009年的1.90×106m3逐漸上升至2017年的2.71×106m3，多年平均水足跡增速為0.09×106m3；水足跡呈下降趨勢的小麥作物，自2009年的125.86×106m3，快速減少至2017年的51.48×106m3，多年平均下降速度為8.26×106m3。

2) 從經(jīng)濟作物的角度分析，蔬菜總體呈現(xiàn)出先上升后下降的變化特征，水足跡2009-2012年呈上升趨勢，自98.76×106m3上升至138.26×106m3，下降階段為2013-2017年，自134.58×106m3下降至108.31×106m3，從2009-2017年總體的角度仍增加了6.55×106m3；水足跡增長趨勢較為顯著的為藥材，水足跡自2009年的2.41×106m3快速提升至2017年的59.86×106m3，2009-2017年期間平均增速達到6.38×106m3；油料水足跡表現(xiàn)出先增大后穩(wěn)定的趨勢，瓜果的水足跡較為穩(wěn)定整體處于5.72×106m3水平。

3) 從畜產品的角度分析，水足跡存在明顯波動的為牛奶和牛肉，通過線性趨勢擬合發(fā)現(xiàn)二者存在負相關性，即表現(xiàn)出波動下降的變化特征；羊肉的水足跡自2009年的3.52×107m3提升至2017年的4.86×107m3，研究期間增加了1.34×107m3，多年平均增長幅度為0.15×107m3；禽蛋和豬肉的水足跡呈一定程度的減少趨勢，二者分別由之前的2.25、2.42×107m3減少至1.04、1.81×107m3，前者下降了1.21×107m3，后者下降了0.61×107m3。

3.3 農業(yè)水足跡效率變化

根據(jù)盤錦地區(qū)水足跡效益變化特征，見圖3可知研究期間總體呈顯著的增大趨勢。水足跡效益自2009年的0.42元/m3快速提升至2017年的2.95元/m3，研究期間平均增速為0.28元/m3，增加了約6倍。對研究區(qū)農業(yè)水足跡效益利用灰色預測模型中的GM(1,1)均值差分法進行數(shù)值模擬分析，結果限制灰色殘差和作用量b值為2.0672、0.2106，發(fā)展系數(shù)a為-0.3106，可見數(shù)值模擬呈現(xiàn)出指數(shù)增長的變化特征，盤錦地區(qū)消耗單位體積水產出的農業(yè)價值呈上升趨勢，用水效率不斷增大。然后以水足跡效益和農業(yè)產品水足跡占比為縱、橫坐標做散點圖，盤錦地區(qū)水足跡效益分析，見圖3。結果顯示畜產品和糧食作物存在“倒U”型變化關系，在水足跡占比<46%的情況下，糧食作物水足跡占比越高則效益越高；反之，水足跡占比>46%的情況下，糧食作物水足跡占比越小則效益越高。在水足跡占比<28%的情況下，畜產品水足跡占比越高則效益越高；反之，水足跡占比<28%的情況下，畜產品水足跡占比越小則效益越高，二者的分界線分別為46%和28%。根據(jù)相關研究資料，經(jīng)濟作物的經(jīng)濟價值和水資源利用度角其他農業(yè)產品更高。

圖3 盤錦地區(qū)水足跡效益分析

圖4 盤錦地區(qū)水農業(yè)水足跡比例

盤錦地區(qū)水農業(yè)水足跡比例，見圖4。從圖4可以看出，糧食作物的水足跡百分比較為穩(wěn)定，且處于最高水平，多年平均占比達到48.26%；2009-2017年期間，畜產品由開始的33.91%逐漸減小至26.58%，多年平均值為28.68%；研究期間，經(jīng)濟作物的水足跡百分比呈一定的上升趨勢，自開始的15.58%上升至25.12，多年均值為23.52%。2009年的經(jīng)濟作物面積為8.51×104hm2，截止2017年提升至9.47×104hm2，每年平均增長量為0.107×104hm2，共增加了9.6×104hm2。2009-2017年期間的糧食作物面積總體處于6.68×104hm2水平，變化幅度為-0.08-0.25。水足跡效益最高的為經(jīng)濟作物，且糧食作物播種面積<經(jīng)濟作物，可見盤錦地區(qū)的農業(yè)用水處于良好的態(tài)勢。糧食作物水足跡最高但其種植面積相對較小，因此仍需要進一步提升盤錦地區(qū)的糧食作物用水效率。在保證糧食安全生產的情況下，進一步調整農業(yè)種植結構和經(jīng)濟作物種植比例，加強耗水量小且經(jīng)濟價值高的作物的種植。

4 結 論

文章結合現(xiàn)有研究成果和水足跡計算方法，客觀評價了盤錦地區(qū)農業(yè)用水效果。結果顯示：盤錦地區(qū)的人均農業(yè)用水足跡和農業(yè)用水足跡總量總體表現(xiàn)出同步上升的變化特征，且用水量的85%用于農業(yè)灌溉，用水結構處于嚴重失衡狀態(tài)。在農業(yè)產品中水足跡分配極不均衡，水足跡最高的為糧食作物，最低的為經(jīng)濟作物，水足跡分配在各農業(yè)產品內部也分配不均，其中牛奶、牛肉和蔬菜在畜產品與經(jīng)濟作物中的占比最高；水足跡效益和播種面積最大的為經(jīng)濟作物，可見盤錦地區(qū)處于良好的農業(yè)用水態(tài)勢。