周 浩，夏衛(wèi)生※，雷國平

（1. 湖南師范大學資源與環(huán)境科學學院，長沙 410081；2. 東北大學土地管理研究所，沈陽 110169）

0 引言

耕地可持續(xù)利用是關(guān)乎國計民生的首要任務，而有限水資源是限制耕地開發(fā)的核心要素[1-2]。自20世紀80年代以來，作為國家商品糧生產(chǎn)基地的三江平原耕地持續(xù)“北移東擴”，水田急劇擴張，并逐漸暴露出土壤板結(jié)鹽漬化、地面沉降和水資源供應不足等問題[3-4]，影響了耕地可持續(xù)利用。因此，定量評估該地區(qū)水土資源平衡關(guān)系，以確定耕地合理利用規(guī)模，對于耕地合理開發(fā)與利用乃至國家糧食安全具有重要現(xiàn)實意義[5]。

水土資源平衡影響著農(nóng)業(yè)發(fā)展的深度與廣度，并受到學術(shù)界持續(xù)性關(guān)注[6-9]。當前，相關(guān)研究主要涉及降水、氣溫、蒸發(fā)等過程分析[10-11]，并側(cè)重于水分供給與需求的差額問題。水土資源平衡主要包括氣候水分平衡、作物水分平衡和農(nóng)田土壤水分平衡3個研究層次[12]：氣候水分平衡和作物水分平衡分別從理論上揭示了天然狀態(tài)下氣候濕潤狀況以及作物水分盈虧的規(guī)律性特征，可視為水土資源平衡研究的初始層次[13-15]。如張淑杰等[16]、曾麗紅等[17]分別構(gòu)建了氣候水分盈虧模型對東北地區(qū)過去幾十年氣候水分盈虧特征進行了探討；張順謙等[18]基于農(nóng)業(yè)氣象站點數(shù)據(jù)對主要旱作物的生育期水分盈虧量及其與氣候變化關(guān)系進行了研究，揭示了四川省作物水分平衡規(guī)律；農(nóng)田土壤水分平衡則將水土置于農(nóng)田生態(tài)系統(tǒng)中，從“土-水-氣-生”連續(xù)體出發(fā)，遵循農(nóng)田土壤水循環(huán)原理，來揭示水資源與土地資源的平衡態(tài)。如林耀明等[19]利用水土資源平衡模型，輔以田間觀測資料，對華北平原農(nóng)業(yè)水土資源平衡問題進行研究，認為應提高渠系利用系數(shù)和優(yōu)化水資源灌溉制度來實現(xiàn)水土資源平衡。農(nóng)田土壤水分平衡是天然狀態(tài)下水土資源平衡研究的實際層次，更具實踐價值[20-21]。從農(nóng)田土壤水分平衡出發(fā)來開展耕地的水土資源平衡研究，明晰耕地合理利用規(guī)模，將具有更強的實踐指導意義。

撓力河流域是三江平原最大的流域，自建國以來該流域經(jīng)歷了多次大規(guī)模農(nóng)業(yè)開發(fā)活動，尤其是中國進入經(jīng)濟迅速發(fā)展時期后，當?shù)卮罅康屯莺档剞D(zhuǎn)變?yōu)樗?，水田面積及結(jié)構(gòu)比例快速提升[22-24]，造成當?shù)剞r(nóng)業(yè)需水量急劇增加[25]，水資源與土地資源出現(xiàn)錯位?；诖?，有必要明晰該流域不同區(qū)域的水田利用規(guī)模閾值，確定科學的耕地利用結(jié)構(gòu)，以保證耕地資源開發(fā)與水資源利用綜合協(xié)調(diào)。綜上，本文在2000—2018年多源水土信息數(shù)據(jù)支持下，依據(jù)農(nóng)田土壤水分平衡原理揭示撓力河流域水土資源平衡態(tài)勢，進而確定耕地合理利用規(guī)模，為該流域乃至三江平原的耕地合理開發(fā)與利用提供決策支持。

1 研究區(qū)概況及數(shù)據(jù)來源

1.1 研究區(qū)概況

撓力河流域位于三江平原腹地（圖1），總面積2.36萬 km2，轄4縣（富錦市、友誼縣、集賢縣和寶清縣）和3區(qū)（寶山區(qū)、尖山區(qū)和四方臺區(qū)），地處中溫帶大陸性季風氣候區(qū)，地勢上呈西南高、東北低的特點，干流自西南流向東北。地貌類型以山地和平原為主，其中山地主要分布于流域西南部和南部，平原主要分布于流域北部和中部的內(nèi)、外七星河及撓力河中游地區(qū)。撓力河流域耕地類型主要為水田（以單季稻種植為主）和旱地（玉米—小麥形式的輪作），水澆地面積極少，是三江平原主要的糧食產(chǎn)區(qū)和國家重要商品糧生產(chǎn)基地。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 多源水信息數(shù)據(jù)

本文涉及的水信息數(shù)據(jù)包括2000—2018年潛在蒸散量、地表水徑流、壤中徑流、土壤含水量以及地下水徑流等，以上數(shù)據(jù)均經(jīng)遙感驅(qū)動的時變增益水文模型（Distributed Time Variant Gain Model based on Remote Sensing，RSDTVGM）模擬得到[26]。該模型在MODIS數(shù)據(jù)產(chǎn)品（Albedo、LST、Emis和LAI）、基準氣象站點數(shù)據(jù)、數(shù)字高程模型（Digital Elevation Model，DEM）和土壤數(shù)據(jù)等支持下，輔以作物生長發(fā)育數(shù)據(jù)，并考慮融雪、植被截留、蒸散發(fā)、地表徑流，下滲、壤中流以及匯流等水文物理過程，采用時變增益水文模型（Distributed Time Variant Gain Model，DTVGM）構(gòu)建的通用物理框架[27]，并在ENVI IDL開發(fā)語言環(huán)境下將水文循環(huán)各過程進行整合并模擬得到。

1.2.2 耕地信息數(shù)據(jù)

2000、2010和2018年耕地信息數(shù)據(jù)源來自美國陸地資源衛(wèi)星Landsat TM/OLI多光譜遙感影像，數(shù)據(jù)獲取自美國地質(zhì)勘探局USGS（http://earthexplorer.usgs.gov/），過程中涉及選用不同的Landsat衛(wèi)星數(shù)字產(chǎn)品，輔以中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http://www. resdc.cn）的“中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)”（數(shù)據(jù)比例尺1∶10萬，數(shù)據(jù)精度良好），以Google Earth數(shù)據(jù)為輔助數(shù)據(jù)源，影像數(shù)據(jù)經(jīng)大氣校正、幾何糾正、圖像增強等預處理，進行543波段的標準假彩色融合以便幫助區(qū)分旱地和水田，采用人機交互式目視解譯方法完成耕地信息識別，地類編碼和判讀與中國科學院資源環(huán)境科學數(shù)據(jù)中心（http://www.resdc.cn）的“中國土地利用現(xiàn)狀遙感監(jiān)測數(shù)據(jù)”相同。耕地信息數(shù)據(jù)的解譯精度驗證則通過Google Earth軟件布控數(shù)據(jù)采樣網(wǎng)格點實現(xiàn)（解譯準確率均大于85%）。

1.2.3 氣象數(shù)據(jù)

2000—2018年氣象數(shù)據(jù)來自于中國氣象數(shù)據(jù)中心（http://data.cma.cn）的“中國地面氣象資料日值數(shù)據(jù)集V3.0”。由于撓力河流域境內(nèi)的氣象站點較少，本文同時選取流域周邊的富錦氣象站和虎林氣象站數(shù)據(jù)來輔助降雨和溫度數(shù)據(jù)的逐日空間Kriging插值處理。

1.2.4 其他數(shù)據(jù)

主要作物（水稻、春小麥和春玉米）生長周期及面積結(jié)構(gòu)系數(shù)獲取自國家氣象數(shù)據(jù)中心“中國農(nóng)作物生長發(fā)育和農(nóng)田土壤濕度旬值數(shù)據(jù)集”和流域境內(nèi)的分縣農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料；基礎(chǔ)地理信息數(shù)據(jù)包括DEM（90m）、經(jīng)緯度空間分布數(shù)據(jù)和行政區(qū)劃數(shù)據(jù)。對各數(shù)據(jù)進行必要的投影變化（Albers等積投影）處理。

2 研究方法

國家天然濕地保護政策推行以及耕地后備資源減少，使得撓力河流域境內(nèi)耕地擴張趨緩，未來該流域耕地變化更多地體現(xiàn)在耕地內(nèi)部結(jié)構(gòu)關(guān)系改變上[22]。本文采用農(nóng)田土壤水分平衡原理，來揭示該流域水土資源平衡關(guān)系，并依據(jù)耕地水分平衡特點，“以水定地”確定耕地合理利用規(guī)模及其內(nèi)部結(jié)構(gòu)。

2.1 灌溉需水量WD

依據(jù)灌溉定額法計算灌溉需水量WD，主要涉及流域的農(nóng)田灌溉用水基準定額以及灌溉所產(chǎn)生的調(diào)節(jié)系數(shù)[28]，公式如下：

式中W"D為農(nóng)田灌溉用水基準定額，mm，本文將天然狀態(tài)下的土壤水分虧缺量視為理論農(nóng)田灌溉用水基準定額；WD為實際灌溉需水量，mm；I為灌溉水利用系數(shù)，數(shù)據(jù)來源于《黑龍江省用水定額標準》（DB23/T 7262016）。

土壤水分虧缺量涉及農(nóng)田作物需水量和農(nóng)田土壤水分脅迫蒸散量2個參數(shù)，公式為

式中WB為土壤水分虧缺量，mm。WB＜0則表示土壤處于水分虧缺狀態(tài)，絕對值越大虧缺量越大；ET為作物需水量，mm。本文采用作物系數(shù)法來計算ET，依據(jù)流域作物實際生長發(fā)育資料，劃分對應作物（水稻、春小麥和春玉米）的生育周期并確定作物系數(shù)（FAO—56查表）（表1），結(jié)合流域潛在蒸散量以確定作物需水量；ETS為農(nóng)田土壤水分脅迫蒸散量，mm，通過土壤水量平衡方程計算得到：

式中Pt為平衡時段t的降水量，mm；ETS為土壤水分脅迫條件下的蒸散量，mm；Rt為平衡時段t的徑流量，mm，主要由地表水資源（分為地表徑流、地下水出流和壤中徑流）和不重復的地下水資源（分為潛水蒸發(fā)量、地下徑流量以及開發(fā)凈消耗量）構(gòu)成；Sdt為t時段內(nèi)的降水入滲量，mm，Sut為t時段內(nèi)的毛管上升水量，mm，二者數(shù)值較小，且相互抵消，均計入誤差項Δ；St為t時段內(nèi)的土壤含水量，mm；St-1為t-1時段內(nèi)的土壤含水量，mm；Δ為t時段內(nèi)的誤差項，mm。

表1 撓力河流域生育時段劃分及其作物系數(shù) Table 1 Major crop growth period and its crop coefficient in Naoli River Basin

2.2 灌溉供水量Ws

灌溉供水量Ws主要由地表水資源（地表徑流、地下水出流和壤中徑流）與不重復的地下水資源（潛水蒸發(fā)量和地下徑流量）構(gòu)成，且均可通過RSDTVGM模型模擬得到[27]，并依據(jù)作物生長周期匯總得到流域常年平均灌溉供水量Ws。

2.3 水土資源平衡

依據(jù)撓力河流域灌溉的供、需量，明確農(nóng)田水分平衡態(tài)勢，結(jié)合農(nóng)業(yè)灌溉定額量，即可確定耕地規(guī)模平衡態(tài)（圖2），計算公式如下：

式中W為流域水分平衡量，m3；S為相應的耕地平衡量，m2；G為流域灌溉定額，m3。對于上式有以下3種可能：

1）W＞0（即Ws＞W(wǎng)D），表明流域內(nèi)灌溉供水量大于灌溉需水量，水資源尚有開發(fā)潛力，可以適當擴大該地區(qū)耕地面積；

2）W=0（即Ws=WD），表明流域內(nèi)水土資源處于平衡狀態(tài)，在現(xiàn)有灌溉供水條件下，可以通過改善灌溉條件，提高灌溉系數(shù)來擴大耕地面積；

3）W＜0（即Ws＜WD），表明流域內(nèi)灌溉供水量小于灌溉需水量，水土資源配置不合理，處于水土資源超負荷利用狀態(tài)。

2.4 水田化系數(shù)

水田化系數(shù)即指水田占耕地的比例系數(shù)，是表征水田開發(fā)程度的重要指標[22]?？紤]到水田需水量顯著大于旱作物需水量，撓力河流域水田快速擴張導致了該地區(qū)農(nóng)業(yè)需水量急劇增加，使得水土資源失衡。因此，通過調(diào)整該地區(qū)水田開發(fā)結(jié)構(gòu)即水田化系數(shù)，以實現(xiàn)水土資源平衡，具體計算公式為

式中η為水田化系數(shù)；ai為旱地和其他地類轉(zhuǎn)換為水田的面積，km2?？紤]到撓力河流域水田利用格局形成均經(jīng)歷了水田化過程（旱地和非耕地轉(zhuǎn)變?yōu)樗铮虼丝蓪數(shù)厮锩娣e視作從歷史時期到當前時點的水田化面積；A為耕地總面積，km2。依據(jù)水田化系數(shù)，定量劃分水田化階段[23]，即：初始階段（0～30%）、中期階段（30%～70%）和末期階段（70%～100%）。

3 結(jié)果與分析

3.1 流域耕地分布特征

21世紀以來，撓力河流域旱地面積持續(xù)下降，水田面積快速增加，“水田化”現(xiàn)象為該流域最主要的土地利用變化景觀類型（圖2）。2000年，耕地面積143.39萬hm2，占流域面積60.57%，其中富錦市和寶清縣為耕地分布的主要區(qū)域，占流域耕地總面積的68.77%。2010年耕地面積比例升至62.34%，其水田化系數(shù)由2000年的16.91%增至2010年的26.74%。2018年耕地墾植率緩慢升至62.61%，8年間僅增加了0.27個百分點，對應的水田化系數(shù)為37.32%，同時富錦市和寶清縣為水田擴張的核心區(qū)域。相對于旱地而言，水田多分布于地勢平坦、灌溉條件較好的地區(qū)：一是撓力河干流的下游北岸，該地區(qū)以國營農(nóng)場（主要為七星農(nóng)場、創(chuàng)業(yè)農(nóng)場、紅衛(wèi)農(nóng)場和勝利農(nóng)場）為主，農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化程度較高；二是內(nèi)外七星河流域腹地及友誼縣境內(nèi)，該地區(qū)水田斑塊破碎，家庭農(nóng)場和農(nóng)戶個體為主要的水田利用管理主體；三是撓力河干流的中段東岸，該地區(qū)為八五二和八五三國營農(nóng)場所在地，坡度、灌溉條件較好。

3.2 流域農(nóng)田土壤水分盈虧特征

3.2.1 土壤水分脅迫蒸散特征

2000—2018年，逐日土壤水分脅迫蒸散量累加值呈S形曲線變化特征（圖3a）。基于該曲線變化特點，分別以第76日序（3月16日）和第251日序（9月7日）為突變點劃分為3個階段：1）受流域氣溫緩慢回升影響，1月1日至3月16日，土壤水分脅迫蒸散量以0.17 mm/10d的速率波動上升；2）隨著氣溫的持續(xù)上升，地表積雪開始融化，土壤含水量增加，土壤水分脅迫蒸散量表現(xiàn)出穩(wěn)步增長的特點。至201日序（7月19日）蒸散量達到全年峰值（4.58 mm），并開始進入衰減期，第252日序（9月8日）已降至1.36 mm；3）隨后，蒸散量繼續(xù)以0.10 mm/10d的速率波動式下降（圖4a）。空間分布上，流域全年土壤水分脅迫蒸散量處于442.21～529.28 mm范圍，其中耕地分布區(qū)的均值為451.01 mm，且旱地和水田的蒸散能力處于同一水平。寶清縣南部為撓力河源頭，地形以山地丘陵為主，土壤類型多為山地暗棕壤，土壤水分脅迫蒸散量偏高（473.47 mm）。饒河縣東部也以山地丘陵為主，土壤蒸散能力較強（圖3b）。

3.2.2 農(nóng)田作物需水特征

不同作物需水量表現(xiàn)出明顯的時空差異性特征（圖 4）。對于水稻而言，2000年、2010年和2018年的全生育期需水量依次為609.63、673.23和673.65 mm。2000年，流域北端的富錦市與饒河縣交界處需水量偏低，而撓力河干流沿岸的富錦寶清段水稻需水量明顯偏高，平均值達到620 mm；2010年，需水空間分布情勢呈現(xiàn)由西向東不斷遞減特征，高值區(qū)多分布于寶清縣境內(nèi)；至2018年，需水高值區(qū)零散分布，但寶清縣于該年份氣溫較低，區(qū)域潛在蒸散能力偏弱，導致對應的水稻需水量也處于較低水平。

對于旱作物而言，春小麥和春玉米需水量低于水稻。春小麥的3個研究時點需水均值依次為460.31、468.17和461.34 mm，2000年的相對高值區(qū)多分布于內(nèi)、外七星河腹地，撓力河干流沿岸的饒河寶清段和流域南端部分地區(qū)需水量偏低，2010年，春小麥需水量在空間上整體表現(xiàn)出西高東低的特點，而至2018年，流域南部的需水量高于東部，北部富錦市與友誼縣交界區(qū)的需水量則處于較低水平；春玉米全生育期時間較長，其需水值顯著高于春小麥，3個研究時點均值依次為510.63、522.73和518.68 mm。2000年，需水高低值區(qū)交錯分布，規(guī)律性特征差，2010年和2018年則整體呈現(xiàn)東高西低的需水特征。

3.2.3 土壤水分盈虧特征

水田持續(xù)擴張使得撓力河流域土壤水分盈虧態(tài)勢趨于惡化，南部和東部環(huán)狀山地丘陵區(qū)、中部沼澤濕地區(qū)以及下游河灘區(qū)多處于土壤水分盈余狀態(tài)，土壤水分盈虧量表現(xiàn)出顯著的空間分異特點（圖5）。2000年，土壤水分盈虧量處于-1194.63～277.44 mm范圍，缺水高值區(qū)多位于撓力河干流沿岸和內(nèi)外七星河腹地，為水田擴張核心區(qū)；2010年，土壤水分盈虧范圍為-553.50～437.99 mm，北端的富錦市境內(nèi)分布著大量水田，為水分虧缺高值區(qū)的集中區(qū)，南部的寶清地區(qū)土壤水分盈虧態(tài)勢良好；相對于2010年而言，2018年高水分虧缺地區(qū)更為聚集，且分布范圍更廣，對應的水分盈虧范圍是-532.37～433.15 mm。

3.3 流域耕地水土資源平衡

摸清當前土地資源狀況，并依據(jù)農(nóng)田土壤水分盈虧特點，以實現(xiàn)不同條件下水土資源平衡研究。本文將2018年視作研究現(xiàn)狀年，基于該年份的水土資源平衡特征要素，以縣域為分析單元，開展撓力河流域耕地水土資源平衡研究。

3.3.1 灌溉供需特征

2018年，撓力河流域耕作期的耕地灌溉供水量處于21.23～211.91 mm范圍（圖6a），高值區(qū)多分布于內(nèi)外七星河腹地和撓力河干流周邊地帶，該地區(qū)毗鄰主要河流，水資源豐富，為流域主要農(nóng)作區(qū)。流域西部和西南部水田分布較廣，但灌溉供水量普遍偏低，影響著當?shù)厮镩_發(fā)與利用。

將天然狀態(tài)的土壤水分虧缺量視為理論上的農(nóng)田灌溉用水基準定額，結(jié)合灌溉水利用系數(shù)計算流域灌溉需水量，進而統(tǒng)計流域境內(nèi)各縣域灌溉需水量。結(jié)果顯示，撓力河流域灌溉需水量的相對高低分布狀況與旱地和水田的空間分布特點基本一致，水田的灌溉需水量顯著高于旱地。各縣域均表現(xiàn)出“負”的灌溉需水量特點，天然降水難以滿足耕地用水需求，需通過抽取地下水或渠道引水以保證農(nóng)作物的正常生長發(fā)育。流域境內(nèi)的富錦市和寶清縣耕地面積較大，二者灌溉需水量分別為12.21和12.14 億m3，雙鴨山市轄區(qū)境內(nèi)耕地面積極少，灌溉需水量僅為0.79 億m3（圖6b）。

3.3.2 水量平衡特征

結(jié)合流域各縣域灌溉供需特征，研究對應的水量平衡量（圖6c）。由圖6c可知，流域境內(nèi)的富錦市、友誼縣和集賢縣均處于水資源超載狀態(tài)，水分供應不足，現(xiàn)有水資源條件難以滿足作物用水需求，其中富錦市水量缺口達到2.71億m3，倘若不采取境外引水或抽取深層地下水等措施，將會對當?shù)剞r(nóng)作物的生長及發(fā)育造成影響。友誼縣和集賢縣的水量缺口也分別達到1.03和0.27億m3，但由于二者面積偏小，使得當?shù)馗厝彼閯葺^為嚴峻。寶清縣和饒河縣水資源供應條件良好，其水資源盈余量分別達2.85和1.99億m3，可適度增加耕地面積以提高糧食產(chǎn)出。

3.3.3 耕地平衡特征

流域境內(nèi)水田主要采取井灌的灌溉措施。《黑龍江省用水定額標準》資料顯示，三江平原地區(qū)井灌定額量為4500～5330 m3/hm2，考慮到流域?qū)嶋H農(nóng)業(yè)灌溉設施水平，取其范圍平均值作為水稻的灌溉定額，并結(jié)合水量平衡測算結(jié)果，計算各縣域的水田平衡量。2018年撓力河流域的春小麥相對面積比例僅為3.56%，旱地以春玉米種植為主，因此可將春玉米的灌溉定額量視作旱地平均灌溉定額量，且考慮到旱地需水量顯著小于水田需水量的特點，本文分別測算了一般降水年（P=50%）和干旱年（P=75%）的旱地水量平衡項，以研究不同干旱程度的旱地平衡量（圖7）。

一般降水年條件下，富錦市、友誼縣和集賢縣均處于“負”的水田平衡狀態(tài)，水資源處于超載狀態(tài)，現(xiàn)有灌溉供水條件難以滿足當前水田灌溉需求，其中富錦市達到-5.57萬hm2，集賢縣和友誼縣分別為-2.12和-0.56萬hm2，均處于“土多水少”狀態(tài)。饒河縣、寶清縣、七臺河市以及雙鴨山市轄區(qū)則“土少水多”，水田平衡量依次為5.85、4.10、1.01和0.80萬hm2，現(xiàn)有灌溉供水條件可滿足額外水田的灌溉需求。寶清縣位于撓力河上游干流區(qū)，境內(nèi)水資源豐富，但水田面積比例偏低，可適當擴大其水田面積以增加農(nóng)業(yè)經(jīng)濟效益。饒河縣位于撓力河下游，水田主要分布于其北端，境內(nèi)水資源豐富，盡管水田平衡量僅為4.10萬hm2，但由于縣域面積偏小，使得水田擴張潛力較大。

干旱年條件下，富錦市和友誼縣應大量縮減旱地面積，以減少農(nóng)業(yè)灌溉需水壓力，對應的旱地平衡量分別為-16.30和-6.21萬hm2。寶清縣境內(nèi)的旱地平衡量達到了17.12萬hm2，可在原有作物種植結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，增加旱作物面積。對于一般年而言，耕地灌溉供水保障度更高，旱地平衡量更大，其中富錦市為-22.34萬hm2，寶清縣是23.46萬hm2。但由于水田和旱地存在經(jīng)濟效益“剪刀差”，倘若具備較好的灌溉供水條件，農(nóng)戶將更傾向于將旱地開發(fā)為水田以增加經(jīng)濟收入。

3.3.4 流域耕地合理利用規(guī)模特征

在耕地總面積不變情景下，撓力河流域的水田合理利用規(guī)模應控制在66.36萬hm2以下，面積最多可增加11.02萬hm2，對應的水田化系數(shù)由37.33%增加至44.76%。富錦市的耕地合理利用規(guī)模所對應的水田化系數(shù)僅為15.41%，遠小于當前的51.26%；友誼縣最大水田化系數(shù)也僅為9.42%，遠低于當前的50.22%，而依據(jù)灌溉供水條件，集賢縣甚至不適宜進行水田利用開發(fā)（圖 8）。但以上3縣均為撓力河流域主要的水田分布區(qū)，倘若不采取科學的域內(nèi)水分調(diào)配措施，水田利用開發(fā)將會對其深層地下水造成強烈的脅迫作用，繼而造成地表沉降、干旱等生態(tài)環(huán)境問題，而富錦市、友誼縣和集賢縣恰為撓力河流域地表沉降最為嚴重的地區(qū)；寶清縣水資源豐富，能夠承載其水田的開發(fā)利用，在現(xiàn)有水田利用規(guī)模基礎(chǔ)上，可增加18.36萬hm2的水田，對應的水田化系數(shù)達到61.55%，遠高于當前的27.63%，該縣應成為撓力河流域旱改水的重點備選區(qū)。

4 討論

撓力河流域水田開發(fā)利用中大量發(fā)展機電井抽取地下水，使得農(nóng)業(yè)水循環(huán)從水平排水為主向垂直排水為主的方向轉(zhuǎn)變，而水田需水量高于旱地，導致農(nóng)業(yè)需水量持續(xù)增加，并引起一系列生態(tài)環(huán)境問題。另一方面，由于種植水稻的經(jīng)濟效益顯著高于旱作物，農(nóng)戶更傾向于將更多旱地改造成水田以提高農(nóng)業(yè)種植效益，但受制于水資源供給條件影響，部分水資源匱乏的地區(qū)已出現(xiàn)“逆水田化”現(xiàn)象。水稻種植戶和政府管理部門尤其關(guān)注以下幾點問題：1）在一定水資源承載范圍內(nèi)，當?shù)厮镞€能開發(fā)多少；2）是否存在水田過度開發(fā)情形；3）水田化系數(shù)應控制在什么范圍。本文在水循環(huán)徑流分項模擬數(shù)據(jù)、氣象遙感數(shù)據(jù)、作物生長周期等多源水土信息數(shù)據(jù)支持下，基于農(nóng)田土壤水循環(huán)原理，開展耕地水土資源平衡研究，試圖揭示該流域水土資源平衡規(guī)律，明晰耕地合理利用規(guī)模特征，并對以上問題進行了回答。

前期研究已對撓力河流域的氣候水分平衡和作物水分平衡問題進行了探討，側(cè)重于水土資源平衡的初始層次，更具理論意義[29]，本研究基于農(nóng)田土壤水分平衡原理來開展水土資源平衡研究，為水土資源平衡研究的實際層次，更具實踐價值，但受作物數(shù)據(jù)精度影響，僅從縣域尺度來開展水量平衡與耕地合理利用規(guī)模研究，后續(xù)研究應從柵格尺度出發(fā)，對流域作物結(jié)構(gòu)進行遙感信息提取，并基于農(nóng)田土壤水分平衡原理，從空間上來細化水土資源平衡研究。同時考慮到遙感目視解譯而來的耕地數(shù)據(jù)與國土管理部門數(shù)據(jù)（如土地利用變更調(diào)查數(shù)據(jù)）的不一致性，后續(xù)可重點對比二者的實施效果差異，以增強決策科學性。

5 結(jié)論

1）2000—2018年，撓力河流域水田持續(xù)擴張，旱地輕度萎縮，至2018年該流域墾殖率為62.61%，水田化系數(shù)為37.33%。旱地和水田的土壤水分脅迫蒸散量約為450 mm，且均表現(xiàn)出水分虧缺的特點，但由于水田的灌溉需水量高于旱地，使得水田的水分虧缺量也高于旱地。

2）流域灌溉供水量處于21.23～211.91 mm范圍，友誼縣和集賢縣供水量偏小。水田的灌溉需水量整體高于旱地，各縣域的天然降水難以滿足耕地灌溉需求。水量平衡上，富錦市、友誼縣和集賢縣均處于水資源超載狀態(tài)，其中富錦市的水量缺口達到2.71億m3。

3）富錦市、友誼縣和集賢縣均處于“土多水少”的水田平衡狀態(tài)，平衡量依次為-5.57萬hm2、-2.12萬hm2和-0.56萬hm2，饒河縣、寶清縣、七臺河市以及雙鴨山市處于“土少水多”狀態(tài)，其中饒河縣水田擴張潛力大。未來流域的水田可擴張面積應不高于11.02萬hm2，對應的水田化系數(shù)應控制在44.76%以下，境內(nèi)富錦市、友誼縣和集賢縣應適當控制或減少水田利用規(guī)模，同時采取域內(nèi)水分調(diào)配措施，寶清縣應成為未來旱轉(zhuǎn)水的重點區(qū)域。