山東省有效灌溉面積時空動態(tài)變化

湯慶新,張保華,張懷珍,張金萍,曹麗

山東省有效灌溉面積時空動態(tài)變化

湯慶新1,張保華1,張懷珍1,張金萍2,曹麗1

1. 聊城大學(xué) 環(huán)境與規(guī)劃學(xué)院, 山東 聊城 252059 2. 海南師范大學(xué) 地理與環(huán)境科學(xué)學(xué)院, 海南 ?？?571158

有效灌溉面積對保障我國糧食產(chǎn)量起著重要的作用，對于作為農(nóng)業(yè)大省的山東省尤為重要。本文根據(jù)多年的統(tǒng)計資料，從時間和空間兩個方面研究山東省各市有效灌溉面積的變化并分析其影響因素，結(jié)果表明：2001~2015年間山東省有效灌溉面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，在2001~2003年間山東省有效灌溉面積減少了75.3×103hm2，2004~2015年間山東省有效灌溉面積增加了366.0×103hm2；山東省各市有效灌溉面積總量差別較大，在2001~2015年間，除萊蕪和濟南外，各市有效灌溉面積幾乎都呈現(xiàn)出先平穩(wěn)變化后劇烈變動，然后再平穩(wěn)的變化趨勢；山東省2001~2003年有效灌溉面積下降的主要原因是該時期山東省旱情比較嚴(yán)重，而2004~2015年山東省有效灌溉面積增加的根本原因是農(nóng)田水利基本建設(shè)投入一直不斷增大。只有嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的國家耕地保護政策，繼續(xù)加大對農(nóng)村水利的投入，才能使山東省有效灌溉面積保質(zhì)保量增長。

有效灌溉; 驅(qū)動力; 耕地; 時空變化

耕地資源是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)最基本的物質(zhì)條件，耕地數(shù)量和質(zhì)量的變化直接影響糧食產(chǎn)量，從而影響到糧食有效供給[1]。進入21世紀(jì)以來，中國耕地資源呈現(xiàn)耕地面積持續(xù)減少且日益明顯的趨勢[2]，人地矛盾也更加突出。在耕地總量不斷減少的情況下提供更多的糧食和經(jīng)濟作物，需要提高我國的耕地質(zhì)量[3,4]。而對耕地進行有效灌溉是提升耕地質(zhì)量的最重要的途徑之一。根據(jù)水利部20世紀(jì)80年代初對全國灌溉農(nóng)田和非灌溉農(nóng)田糧食產(chǎn)量的調(diào)查，灌溉農(nóng)田的糧食產(chǎn)量要比非灌溉農(nóng)田的糧食產(chǎn)量高出1~3倍，對于越是干旱地區(qū)耕地的產(chǎn)量增加幅度越大，通過有效灌溉所增加的產(chǎn)量能夠占到總增產(chǎn)量的40%左右[5]。因此，耕地有效灌溉面積對保障我國糧食產(chǎn)量，緩和人地矛盾發(fā)揮著極為重要的作用。柳長順等對1986~2004年全國有效灌溉面積動態(tài)變化進行了分析，發(fā)現(xiàn)研究期內(nèi)有效灌溉面積減少的情勢非常嚴(yán)峻，對糧食安全構(gòu)成較大的威脅[6]。杜曉梅等研究了新疆在1998~2004年間有效灌溉面積動態(tài)變化，結(jié)果表明新疆的有效灌溉面積凈增量呈低水平緩慢增加的趨勢[7]。冉清紅等對我國西部有效灌溉面積發(fā)展變化過程進行了研究，發(fā)現(xiàn)在1997~2010年間西部的有效灌溉面積是增加的[8]。以上研究都是針對全國或位于西部偏干旱區(qū)的大區(qū)域性的研究，而對于位于東部的山東省近十幾年來的有效灌溉面積時空分布和變化的研究則較少。

山東省是我國的農(nóng)業(yè)大省，根據(jù)國家統(tǒng)計局公布數(shù)據(jù)，2016年山東省的糧食播種面積和產(chǎn)量均居全國31省市的第3位，因此山東省對我國的糧食生產(chǎn)和安全起著重要的作用。但山東省糧食生產(chǎn)波動受自然災(zāi)害影響較大，其中尤以干早災(zāi)害發(fā)生最為頻繁，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)影響也最為嚴(yán)重。據(jù)統(tǒng)計，旱害占全省成災(zāi)總面積的48%，旱災(zāi)造成的經(jīng)濟損失占各種災(zāi)害損失的40%[9]。因此，加強農(nóng)田水利建設(shè)，增加耕地有效灌溉面積是保證山東省糧食穩(wěn)產(chǎn)高產(chǎn)的有效途徑[10]。近十幾年來，山東省的有效灌溉面積在時間和空間上都是在不斷發(fā)生變化的，分析有效灌溉面積在時間上的變化，了解其變化的趨勢，有助于掌握其變化的規(guī)律，為未來的有效灌溉面積預(yù)測提供依據(jù)。分析山東省有效灌溉面積在空間上的變化，有助于掌握省內(nèi)各市之間有效灌溉面積上的差異，通過研究造成差異的原因，可以因地制宜地為各市有效灌溉面積的提升提供決策依據(jù)。因此，本文從時間和空間兩個方面來研究山東省有效灌溉面積的變化，并分析其成因，以期能夠為更好地保護和提高山東省有效灌溉面積提供決策支持。

1 數(shù)據(jù)來源與研究方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

本研究中山東省有效灌溉面積數(shù)據(jù)主要來源于2002~2016年的山東省統(tǒng)計年鑒和山東省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報。由于山東省統(tǒng)計年鑒缺少2012年的全省有效灌溉面積數(shù)據(jù)，因此2012年的山東省有效灌溉總面積數(shù)據(jù)來自山東省國民經(jīng)濟和社會發(fā)展統(tǒng)計公報，而2012年的分市有效灌溉面積用2011年的數(shù)據(jù)來進行替代。文中所用到的降水量、農(nóng)作物受旱面積、由于干旱而造成的經(jīng)濟損失等數(shù)據(jù)主要來自于各年份的山東省水資源公報及山東省舉行的農(nóng)田水利建設(shè)情況發(fā)布會。

1.2 研究方法

本研究對山東省有效灌溉面積的動態(tài)變化和增量變化展開研究。有效灌溉面積的增量?定義為后一年的有效灌溉面積S+1與前一年的有效灌溉面積S的差值，即：

?=S+1-S(1)

其中，為山東省所有市的總個數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 山東省有效灌溉面積總體動態(tài)變化

2.1.1 全省有效灌溉面積動態(tài)變化整體上，從2001~2015年山東省的有效灌溉面積基本呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢（圖1），但不同年份有效灌溉面積的增量面積也不相同（表1）。從2001年到2003年有效灌溉面積是減小的，2001年有效灌溉面積為4836.1×103hm2，2002年下降到4797.4×103hm2，減少38.7×103hm2，到2003年又下降到4760.8×103hm2，減少36.7×103hm2，從2001到2003年，總計減少75.3×103hm2，占2001年有效灌溉面積的1.6%；而從2003年到2015年全省有效灌溉面積一直呈現(xiàn)增加的趨勢。2004年有效灌溉面積為4766.8×103hm2，比2003年增加了6.0×103hm2，增量相對較小；2005年有效灌溉面積為4789.9×103hm2，比2004年增加23.2×103hm2，增量較2003~2004年有所增加；從2006~2009年，山東省的有效灌溉面積從4818.2×103hm2增加到4896.9×103hm2，增加106.9×103hm2，在這期間有效灌溉面積的增量基本平穩(wěn)，增量面積在18.6×103hm2到30.2×103hm2之間變動。而到2010年，山東省的有效灌溉面積達到4955.3×103hm2，比2009年增加58.4×103hm2，增量面積較前幾年急劇增加，但這一趨勢在2011~2013年間又逐漸放緩，2011~2013年間的增量面積分別為31.6×103hm2、10.0×103hm2和25.4×103hm2，和2006~2009年之間的增量面積相差不大。在2014到2015年，山東省的有效灌溉面積增幅又開始加大，2014年的面積為5081.9×103hm2，比2013年增加59.7×103hm2，在2001~2015年之間增量最多，2015年有效灌溉面積為5126.8×103hm2，比2014年增加44.8×103hm2，在2001~2015年間增量中排名第三。總體來看，2001~2015年山東省有效灌溉面積累計增加290.7×103hm2，增幅達6.01%，其中2001~2003年山東省有效灌溉面積累計減少75.3×103hm2，2004~2015年山東省有效灌溉面積累計增加366.0×103hm2。

圖1 山東省2001~2015的有效灌溉面積

表1 2001~2015年山東省的有效灌溉及增量面積 (103 hm2)

2.1.2 全省有效灌溉面積增量動態(tài)變化由表1和圖2可以看出，2001~2015年的增量面積差別明顯，最小增量面積為2002年的-38.7×103hm2，最大增量面積為2014年的59.7×103hm2，除2002和2003年外，其余年份的增量都為正值，表明除開始幾年外，山東省有效灌溉面積都是增加的。2002和2003年同為負(fù)值的有效灌溉面積增量相差不大，兩者差值僅為2.0×103hm2。而同為正值的各個年份之間差異變化比較大。在2004~2009年，有效灌溉面積增量呈現(xiàn)較為平穩(wěn)的波動增長，而在2010年以后，增量變化變得劇烈，2010到2012年間的增量面積呈線性下降，從2010年的58.4×103hm2下降到2012年的10.0×103hm2；而2012到2014年間的增量又呈線性上升，從2012年的10.0×103hm2上升到2014年的59.7×103hm2。

圖2 山東省不同年份的有效灌溉面積增量

2.2 各市有效灌溉面積動態(tài)變化

由圖3可以看出，各市有效灌溉面積變化呈現(xiàn)以下兩個特點：一是不同市有效灌溉面積總量差別較大，表明山東省各市之間有效灌溉面積分布并不均衡。其中萊蕪有效灌溉面積最小，僅約有40×103hm2。除萊蕪?fù)猓照?、威海、棗莊、東營、淄博的有效灌溉面積也比較小，均在150×103hm2以下。而菏澤、聊城、濰坊、德州、濟寧的有效灌溉面積均超過了400×103hm2，大約是萊蕪的10倍。二是在2001~2015年間，除萊蕪和濟南外，各市的有效灌溉面積幾乎都呈現(xiàn)出先平穩(wěn)變化后劇烈變動，然后再平穩(wěn)的變化趨勢。2002~2012年間，所有市的有效灌溉面積變化都比較平穩(wěn)，各年份之間相差都不大。而在2012~2013年間，除萊蕪和濟南外其余各市的變化均比較劇烈，呈現(xiàn)明顯上升或下降趨勢。呈現(xiàn)上升趨勢的市有菏澤、濟寧、德州、濱州、東營、棗莊、淄博，呈現(xiàn)下降趨勢的有濰坊、威海、日照、臨沂、煙臺和泰安。2013~2015年間，各市又呈現(xiàn)平穩(wěn)變化趨勢。而萊蕪和濟南在整個研究期內(nèi)的有效灌溉面積一直比較平穩(wěn)，濟南呈現(xiàn)緩慢增加趨勢，從2001年的239.9×103hm2一直緩慢增加到2015年的256.1×103hm2，整個研究期只增加了16.2×103hm2；萊蕪則相反，呈現(xiàn)緩慢減少趨勢，從2001年的44.9×103hm2一直緩慢減少到2015年的36.7×103hm2，整個研究期只減少8.8×103hm2。

圖3 山東省各市有效灌溉面積變化

2.3 山東省有效灌溉面積動態(tài)變化驅(qū)動力分析

2.3.1 有效灌溉面積減少的因素分析 2001~2003年山東省有效灌溉面積是下降的，主要原因是2001~2003年山東省旱情較為嚴(yán)重。

2001年山東省干旱階段主要出現(xiàn)在3月初至6月中旬。3至5月份降水較少，全省平均降水只有25 mm，比歷年同期偏少72%。至6月中旬全省農(nóng)作物受旱面積達3533.3×103hm2，占播種面積的53%，重旱1333.3×103hm2，全省有666.7×103hm2土地因干旱不能按時播種，有146.7×103hm2作物出現(xiàn)干枯死苗。據(jù)不完全統(tǒng)計，全省因干旱造成工業(yè)經(jīng)濟損失151億元、糧食損失401萬t、經(jīng)濟作物損失67億元，干旱造成的損失歷史少見[11]。

2002年全省旱災(zāi)更加嚴(yán)重。2002年全省平均降水量比歷年同期偏少，加之氣溫、蒸發(fā)等因素的影響，全省出現(xiàn)四季連旱，農(nóng)作物受旱面積一度達到3613.3×103hm2，其中重旱1173.3×103hm2，全省有231.3×103hm2因缺墑無法播種，有672×103hm2農(nóng)作物干枯死苗。全省有500多家較大工業(yè)、企業(yè)實行定量供水、限量生產(chǎn)或停產(chǎn)，京杭運河濟寧段斷流、南四湖干涸是歷史上從未有過的現(xiàn)象。初步估算，全省因干旱造成的直接經(jīng)濟損失達260億元以上[12]。

2003年降水相對集中，全年65.2%的降水集中在汛期6~9月，加之2002年是枯水年，全省平均降水僅420.2 mm，造成前期土壤墑情差、可用水量少，春旱大面積發(fā)生。2003年1月1日，全省各類水利工程蓄水僅3.1×109m3，地下水可利用量僅4.0×109億m3，黃河分配山東省的春季可引水量僅2.0×109m3，均比歷年同期減少50%以上。到2003年2月中旬，全省農(nóng)作物受旱面積達2026.7×103hm2，其中重旱達到了246.7×103hm2[13]。

由于持續(xù)兩三年的旱情，導(dǎo)致省內(nèi)多條河流和多個水庫水量大幅減少甚至斷流或干涸，從而影響了各灌渠內(nèi)的水量，不僅使依靠灌渠灌溉的土地?zé)o法得到有效的灌溉，而且還導(dǎo)致了地下水位的降低，使部分依靠地下水灌溉的地區(qū)也無法得到有效的灌溉，從而造成2001~2003的有效灌溉面積偏低且逐年減少。

同時該時期內(nèi)建設(shè)占用耕地、退耕還林導(dǎo)致耕地面積減少，從而使灌溉面積也相應(yīng)減少。

2.3.2 有效灌溉面積增加的因素分析山東省在近10多年一直不斷增大農(nóng)田水利基本建設(shè)投入是省內(nèi)有效灌溉面積增加的根本因素。近年來山東省對農(nóng)田水利的投入年均增幅保持在12%左右，2012年度突破了兩百億元，2015年度資金投入達到了288億元，據(jù)統(tǒng)計，山東省在“十二五”期間對農(nóng)田水利基本建設(shè)累計投入資金987億元，其中，公共財政投入740余億元，占總投資的75%以上，政府投入成為當(dāng)前農(nóng)田水利建設(shè)的主要資金來源。這些資金被用來加快現(xiàn)有灌區(qū)輸水渠改造，完善路溝渠橋涵閘等工程布置，做好農(nóng)田水利項目建設(shè)，有效地促進了山東省有效灌溉面積的增加[14]。

加強對農(nóng)田水利的管理也是山東省內(nèi)有效灌溉面積增加的一個重要因素。《山東省農(nóng)田水利管理辦法》于2013年8月1日起施行，該辦法圍繞耕地灌區(qū)化、灌區(qū)節(jié)水化、節(jié)水長效化、環(huán)境生態(tài)化的目標(biāo),為建設(shè)高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田提供法制保障。為了進一步增加山東當(dāng)前農(nóng)田水利建設(shè)的投入，山東提出了政府主導(dǎo)、主體多元的投入機制。從國有土地出讓收益中計提10%專項用于農(nóng)田水利建設(shè)，并鼓勵農(nóng)民投資投勞和社會投資，對農(nóng)村集體經(jīng)濟組織和農(nóng)戶建設(shè)的農(nóng)田水利工程，給予適當(dāng)補貼。各種管理辦法有效地調(diào)動了各個方面的積極性，對增加省內(nèi)的有效灌溉面積起到了重要的作用。

2.3.3 各市有效灌溉面積分布差異原因分析各市之間有效灌溉面積差異比較大，其主要原因是各市耕地面積不同。對2001年和2015年山東省各市的有效灌溉面積和耕地面積進行分別排序（表2），然后對兩者的排序進行回歸分析并計算斯皮爾曼秩相關(guān)系數(shù)（圖4）。

表2 2001年和2015年山東省各市的有效灌溉及耕地面積排序（103 hm2）

從表2可以看出，雖然從2001~2015年間，各市耕地面積都有所增加，但菏澤、濰坊、臨沂、德州、聊城、濟寧等市耕地面積一直處在全省前列，這幾個市有效灌溉面積也最大。但是臨沂市雖然耕地面積在2001年排名第三，在2015年排名第一，它的有效灌溉面積卻只排名第六和第七，原因在于臨沂市境內(nèi)多山地丘陵，位于山地丘陵區(qū)的部分坡耕地?zé)o法實現(xiàn)有效的灌溉[15]。萊蕪市的耕地面積一直最小，因此其有效灌溉面積在全省17個市中也是最小。分別對2001和2015年間的山東省17個市的有效灌溉面積和耕地的排序進行回歸分析并計算其秩相關(guān)系數(shù)（圖4），可以看出2001年和2015年兩者的斯皮爾曼秩相關(guān)系數(shù)分別達到了0.97和0.91，說明有效灌溉面積和耕地之間存在強相關(guān)，耕地面積的大小對有效灌溉面積的大小起著決定性的作用。

圖4 2001(a)和2015(b)年各市有效灌溉和耕地面積排序關(guān)系

3 結(jié)論和建議

3.1 結(jié)論

整體上，從2001~2015年山東省有效灌溉面積呈現(xiàn)先減少后增加的趨勢，在2001~2003年間山東省有效灌溉面積累計減少了75.31×103hm2，2004~2015年間山東省有效灌溉面積累計增加了366.0×103hm2。2001~2015年山東省有效灌溉面積累計增加了290.7×103hm2，增幅達6.0%。

山東省各市有效灌溉面積總量差別比較大，在2001~2015年間，除萊蕪和濟南外，各市的有效灌溉面積幾乎都呈現(xiàn)出先平穩(wěn)變化后劇烈變動，然后再平穩(wěn)的變化趨勢。

山東省2001~2003年有效灌溉面積是下降的，主要原因是2001~2003年山東省旱情比較嚴(yán)重。其次該時期內(nèi)建設(shè)占用耕地、退耕還林導(dǎo)致耕地面積減少，從而使灌溉面積也相應(yīng)減少。2004~2015年山東省有效灌溉面積增加的根本原因是政府一直不斷增大農(nóng)田水利基本建設(shè)投入。

3.2 建議

建議相關(guān)部門首先嚴(yán)格執(zhí)行相應(yīng)的國家耕地保護政策，確保耕地面積不出現(xiàn)大的波動。其次要大力推廣節(jié)水灌溉設(shè)備和技術(shù)，推動一些新技術(shù)如田間低壓管道灌溉技術(shù)、節(jié)水效率較高的滴灌技術(shù)以及新型的抗旱用輕型滴灌系統(tǒng)等[16-18]，該類新技術(shù)不僅可以用交替灌溉方式優(yōu)化土壤水分分配，減少灌溉用水量，還有利于農(nóng)作物質(zhì)量的提高。同時建議相關(guān)部門繼續(xù)加大對農(nóng)村水利的投入，特別是對一些灌溉條件比較差的地區(qū)的資金投入，加大重點水利工程建設(shè)力度，積極帶動全省水利基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)和節(jié)水改造，使山東省的有效灌溉面積能夠保質(zhì)保量的進行增長。

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Spatio-temporal Dynamic Change of Effective Irrigation in Shandong Province

TANG Qing-xin1, ZHANG Bao-hua1, ZHANG Huai-zhen1, ZHANG Jin-ping2, CAO Li1

1.252059,2.571158,

Irrigation has been implemented as an important mean to ensure food security in Shangdong province, a major agricultural heartland of China. In this study, we investigate spatio-temporal change in effective irrigation area in Shangdong and its driving factors based on a time series of statistical census data from 2001 to 2015. Our results show that from 2001 to 2015, the effective irrigation area in Shandong decreases from 2001 to 2003 by 75.3*103hectares and subsequently increases by 366*103hectares from 2004 to 2015.The spatial patterns of effective irrigation area varies among cities. From 2001 to 2015, besides cities of Laiwu and Jinan, the effective irrigation area in all other cities show similar change patterns, i.e., steady change first, then drastic change, and then steady change. The main reason for the decrease of effective irrigation area in Shandong from 2001 to 2003 was severe drought, causing insufficient surface water for irrigation. After 2003, the continuous investments in capital construction of irrigation and water conservancy increase the effective irrigation area. Our results suggest to strictly implement national policy of cultivated land protection and increase the investment in rural water conservancy, by which the effective irrigation area in Shandong could be increased.

Effective irrigation; driving factors; cultivated land; spatio-temporal change

S274.3

A

1000-2324(2019)05-0784-06

10.3969/j.issn.1000-2324.2019.05.010

2018-07-02

2018-08-02

山東省自然基金(ZR2016MD014,ZR2016CL14,ZR2017MD017);山東省高?？萍加媱澷Y助經(jīng)費項目(J14LH04);聊城大學(xué)博士啟動基金(318051631);國家級大學(xué)生創(chuàng)新訓(xùn)練項目(201710447038)

湯慶新(1981-),男,博士,副教授,研究方向為地理數(shù)據(jù)分析與處理. E-mail:tangqingxin@lcu.edu.cn