◎龐曉菲,陸汝成,林曉楠
1.南寧師范大學地理科學與規(guī)劃學院,廣西 南寧 530001
2.南寧師范大學自然資源與測繪學院,廣西 南寧 530001
水資源與農業(yè)土地資源在時空上分布不匹配、不均衡,會加劇水土資源利用的挑戰(zhàn),這在一定程度上制約著我國農業(yè)發(fā)展[1]。分析區(qū)域水土資源時空格局二元匹配,對優(yōu)化配置、有效利用有限的水土資源、保障糧食安全具有重要現實意義。
目前學者對水土資源的關注由厘清不同區(qū)域水土資源間的相互反饋作用轉向了水土資源匹配下的糧食安全問題[2-3]。水土資源匹配關系研究方法應用較為成熟、廣泛的是基尼系數與水土資源匹配系數方法[4-5],兩者相結合后互補性增強,彌補了單獨使用時劃分程度不同、耕地水資源利用差異等不足。這種方法可有效測度區(qū)域水土資源的總體匹配程度。現有研究尺度多從全國宏觀層面進行描述,且多集中在平原等地區(qū)[6],對山多地少的喀斯特偏遠地區(qū)關注甚少。研究時段也多偏于某一年份的靜態(tài)時空格局研究,對多時段的變化仍有待補充。研究小組選取廣西14 個地級市為研究單元,利用2005—2020 年的相關數據,采用基尼系數與水土資源匹配系數模型,探究廣西地區(qū)水土資源匹配動態(tài)狀況,以期為廣西的農業(yè)水土資源合理利用提供科學依據。
廣西位于東經104°28′~112°04′,北緯20°54′~26°24′之間,東臨廣東,北接湖南與貴州,南鄰云南,西南與越南接壤,下轄14個地級市,地形地貌大致可概括為“八山一水一田一片?!?。區(qū)內為亞熱帶季風氣候地區(qū),降水量豐富。截至2020 年,廣西總人口約為5718 萬人。水資源總量達2114.8 億m3,位居全國第4,農業(yè)用水量為186.87 億m3,占全區(qū)用水總量的71.9%。廣西多呈典型的喀斯特地貌,全區(qū)土地總面積為23.76 萬km2,耕地面積比例為17.87%,在全國31 個?。ㄖ陛犑?、自治區(qū))中排行第19。據全國巖溶地區(qū)第3 次石漠化監(jiān)測結果顯示,廣西石漠化土地總面積為153.29 萬hm2,占全區(qū)陸地面積的6.5%,涉及河池、百色等9 市76 縣(市、區(qū))。
依據2006 年、2011 年、2016 年、2021 年份的《廣西統(tǒng)計年鑒》及14 個地級市的統(tǒng)計公報等統(tǒng)計數據,研究小組選取廣西各地市水資源總量、農業(yè)用水量、用水總量、人口數據等社會經濟資料來分析14 個地級市水資源與耕地的匹配特征變化;2005—2020 年4 期耕地利用變更數據引用自中國科學院資源環(huán)境科學數據中心。
2.2.1 基尼系數
基尼系數可定量分析廣西水土資源匹配空間分布差異情況。研究小組參考楊齊祺等[5,7]的已有研究,使用基尼系數來定量分析廣西水土資源匹配空間分布差異情況。
式(1)中,G為基尼系數;Ki為第i個市的耕地面積占廣西全區(qū)耕地面積的累計比例;Ti為第i個水量占全區(qū)水資源總量的累計比例;n為廣西全區(qū)行政轄區(qū)的數量?;嵯禂翟礁?,表明水土資源匹配程度越低,反之則匹配程度越高。
2.2.2 水土資源匹配系數
水土資源匹配系數是反映某一地區(qū)水資源與耕地資源平衡狀況和滿意度的定量指標[1]。匹配系數越高,區(qū)域農業(yè)水資源與耕地資源的分布越協調,反之則水土資源的分布越失衡。
式(2)中,Mi,t為第i個市t年的農業(yè)水土資源匹配系數(萬m3/hm2);Wi,t為第i個市t年的用水總量;λi,t為研究時段內第i個市t年農業(yè)用水占用水總量的百分比;Pi,t為第i個市t年的耕地面積;n為廣西全區(qū)行政轄區(qū)的數量。
2005—2020 年,廣西各地市水資源總量波動發(fā)展,多年平均單位面積水資源量在空間上大致呈“東北向西南逐步遞減”的特點。從行政區(qū)劃上看,單位面積水資源總量高值在桂林市及柳州市,這是因為兩地地表河流流域廣,水資源較為豐富。單位面積水資源總量低值主要分布在百色、南寧、崇左等市,但其總量仍高于國家標準,水資源本底豐厚。水資源的季節(jié)變化、分布不均制約著區(qū)內農業(yè)的發(fā)展,農業(yè)水資源比例越大,則表明農業(yè)發(fā)展的用水保障能力越強。2005—2020年廣西年平均水資源總量為2023.31 億m3,水資源開發(fā)利用率為14.52%,其中多年平均農業(yè)用水量為187.70億m3,農業(yè)用水占比達63.91%。由此可見,廣西整體農業(yè)水資源稟賦優(yōu)勢明顯,農業(yè)用水保障能力相對較高。
2005—2020 年,廣西多年平均墾殖率呈現桂西北低、桂中及桂東南地區(qū)高的特點,而且全區(qū)耕地面積總體呈減少趨勢。研究小組認為,耕地分布及減少規(guī)律與廣西地形有關,桂西北的地形以山地和丘陵為主,耕地景觀破碎度高,土地墾殖率相對較低;桂東南地區(qū)地形平坦開闊,多為平原,土地平整,耕地比例相對較高。2005—2010 年耕地面積減少緩慢,空間分布散亂;2011—2020 年,耕地面積整體仍呈現減少態(tài)勢,但部分地區(qū)耕地面積略有上升,主要集中在百色、河池等市。可能原因是這些地區(qū)通過土地綜合整治、“增減掛鉤”和坡耕地水土流失綜合治理等措施有效增加了耕地數量,耕地面積小幅度增加。
3.2.1 基于基尼系數的廣西總體水土資源匹配特征
在明晰廣西水土資源本底分布概況的基礎上,研究小組分別計算出研究期間廣西各地市水資源、耕地面積占全區(qū)水資源和耕地面積累計比例,并按由小到大次序排列后繪制洛倫茲曲線如圖1 所示,并參考已有研究劃分方法來切分廣西水土資源匹配基尼系數(G)[7],即:G=(0,0.2),表示水資源和土地資源高度匹配或絕對匹配;G=[0.2,0.3),表示水資源和土地資源相對匹配;G=[0.3,0.4),表示水資源和土地資源匹配比較合理;G=[0.4,0.5),表示水資源和土地資源相對不匹配;G=[0.5,1),表示水資源和土地資源高度不匹配。
由圖1 可知,2005—2020 年,廣西水土資源匹配洛倫茨曲線彎曲程度整體呈先擴張后逐漸收縮狀態(tài),這表明水土資源匹配由不匹配向協調發(fā)展。整體來看,廣西多年平均基尼系數為0.46,這表明廣西水土資源仍不匹配。2005年,基尼系數處于[0.4,0.5)區(qū)間,表明水資源和土地資源相對不匹配;2020 年,洛倫茲曲線大幅度收縮,基尼系數陡降,處于[0.3,0.4)區(qū)間,這表明水資源和土地資源趨向匹配合理態(tài)勢發(fā)展。以上變化說明,廣西對水資源和耕地資源的重視程度日益提高,耕地保護、興建水利工程等政策的成效已逐漸顯現。
圖1 2005—2020 年廣西水土資源匹配洛倫茨曲線圖
3.2.2 基于水土資源匹配系數的廣西水土資源匹配特征
模型計算結果顯示如表1 所示,2005—2020年,廣西水土資源匹配系數在0.01~0.39 之間。研究小組基于GIS 的自然斷點法將匹配系數劃分為4 個等級:匹配極差(0 <G ≤0.05)、匹配較差(0.06 <G ≤0.09)、匹配良好(0.10 <G ≤0.15)、匹配較好(0.16 <G ≤0.39)。
表1 2005—2020 年廣西各市農業(yè)水土資源匹配系數表
整體來看,廣西水土資源匹配程度空間上呈現不均衡現象,大致呈東南部向西北部梯度降低的特點。2005—2020 年,廣西農業(yè)水土資源匹配較好的城市主要位于桂東南地區(qū),匹配程度極差的城市主要集中在桂西北、桂西南地區(qū)。
(1)2005 年,北海、玉林等市水土資源匹配較好及良好,百色、河池等市匹配程度較差。研究小組認為,該現象與各地市的地形地貌有關。桂東南地區(qū)多為平原,耕作條件優(yōu)越,重視水利基礎設施的投入,水土資源進一步匹配;桂西北地區(qū)以巖溶地貌為主,水利工程建設難度大、成本高,地表水易漏失,從而導致水土資源系統(tǒng)失衡。
(2)2010年,水土資源匹配空間變化不顯著。
(3)2015年,水土資源匹配不合理程度加劇,匹配極差的城市由西北向東南蔓延,這可能與2015 年強降水量有關。該年降水總量為4494億m3,比多年平均值偏多23.6%。
(4)2020 年,匹配合理程度有明顯提升,主要集中在貴港市、玉林市、北海市等。這些城市除了自身優(yōu)勢,還得益于“增減掛鉤”及耕地提質改造等工作的落實,耕地數量質量有所提高,水土資源匹配程度進一步提升。
水土資源匹配除源于自身的資源稟賦外,還受多種人為因素影響。要實現水土資源協調可持續(xù)發(fā)展,研究小組建議,可對農業(yè)水土資源進行差異化管護。對于桂西北喀斯特地區(qū),要因地制宜采取合適的工程干預措施,平整地塊,最大程度歸并細碎耕地,推進坡耕地改梯田,提高水循環(huán),防治水土流失;對于桂東南、桂中水土資源匹配相對良好的地區(qū),要推進撂荒耕地利用,堅決遏制耕地“非農化”,加強耕地流轉監(jiān)督,提高糧食復種指數;推廣節(jié)水灌溉設施,加強農田水利基礎設施的配套建設。
研究小組對2005—2020 年廣西地區(qū)的水土資源分布進行時空測算與探討,結合基尼系數和水土資源匹配系數研究了廣西14 個地級市水土資源協調關系的區(qū)域差異,明晰其時空變化格局,得到以下結論。
(1)2005—2020 年,廣西地區(qū)水資源較為豐富,耕地資源短缺,兩者存在明顯的空間錯位。廣西地區(qū)水資源稟賦優(yōu)越,但空間分布不均,呈現“東北向西南逐步遞減”的空間分布特點,單位面積水資源量高值區(qū)主要為桂林市、柳州市等西北地區(qū);耕地資源短缺且破碎度高,多年平均耕地面積比例高值分布在貴港市等中部地區(qū)。
(2)2005—2010 年,廣西農業(yè)水土資源匹配基尼系數不斷升高,呈大幅度波動式發(fā)展,水土資源協調關系由合理向相對不匹配區(qū)間發(fā)展;2011—2020 年,廣西農業(yè)水土資源匹配基尼系數陡降,水土資源匹配關系向良好態(tài)勢發(fā)展。
(3)2005—2020 年,廣西水土資源匹配程度空間上呈現不均衡現象,表現出一定的集聚態(tài)勢,大致呈東南部向西北部梯度降低的特點。從行政分區(qū)來看,農業(yè)資源匹配系數較好的主要為貴港市、北海市、玉林市。
(4)不同年份各地市的內部存在差異,應進一步深入研究,進行更小尺度的探索。今后研究可考慮探討障礙因子,綜合分析水土資源匹配的影響驅動機制。