塔里木河流域水資源高效利用與農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整

劉雪雪　馮嘯林　劉亮　盧泉

摘 要：【目的／意義】水資源承載能力是影響農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)的重要因素。塔里木河是中國最大的內(nèi)陸河，其流域是中國重要的農(nóng)業(yè)基地，優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)有助于緩解流域內(nèi)用水低效問題?！痉椒ǎ^程】基于水資源利用結(jié)構(gòu)偏差模型，測算地區(qū)與作物的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值，從時(shí)空差異與作物差異角度分析塔里木河流域水資源利用效率，并以作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值作為農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)。【結(jié)果／結(jié)論】研究發(fā)現(xiàn)：20002020年，塔里木河流域水資源利用效率呈上升趨勢，其中巴州與喀什地區(qū)水資源利用效率較高，阿克蘇地區(qū)與克州水資源利用效率偏低；作物中用水效率較高的是水果與蔬菜，較低的為糧食與棉花。據(jù)此建議：根據(jù)“糧食基本自給…‘穩(wěn)定棉花生產(chǎn)”的要求，在全面推行節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)上穩(wěn)定流域內(nèi)棉花種植面積，整體調(diào)減糧食和油料的種植面積，調(diào)增水果、蔬菜、苜蓿、甜菜和薯類作物的種植面積，以此來提高塔里木河流域五地州的農(nóng)業(yè)水資源利用效率。

關(guān)鍵詞：塔里木河流域；水資源利用結(jié)構(gòu)偏差；農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)

中圖分類號：F323.3 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1673-5617 （2023） 01-0065-07

塔里木河流域是我國最重要的棉花產(chǎn)區(qū)，同時(shí)也是西北典型干旱區(qū)和國家生態(tài)敏感區(qū)。流域水資源開發(fā)強(qiáng)度超過70%，農(nóng)業(yè)用水量高達(dá)95%以上。水資源的極端匱乏、農(nóng)業(yè)用水的無序擴(kuò)張和用水效率的極端低下極大地?cái)D占了塔里木河流域的生態(tài)用水，使得流域內(nèi)生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)惡化。但是其作為國家重要的糧棉產(chǎn)地，單純以“減水”“控水”為主的政策在一定時(shí)期、一定程度上會降低農(nóng)業(yè)生產(chǎn)者特別是少數(shù)民族農(nóng)民的經(jīng)濟(jì)收益，激化社會矛盾。而在不減少現(xiàn)行耕地面積的條件下進(jìn)行種植結(jié)構(gòu)調(diào)整可能是緩解這一矛盾的重要政策手段?！秶鴦?wù)院關(guān)于印發(fā)水污染防治行動計(jì)劃的通知》（國發(fā)[ 2015] 17號）指出要“嚴(yán)格控制缺水地區(qū)、水污染嚴(yán)重地區(qū)和敏感區(qū)域高耗水、高污染行業(yè)發(fā)展”以及“調(diào)整種植業(yè)結(jié)構(gòu)與布局”?！度珖r(nóng)業(yè)現(xiàn)代化規(guī)劃（2016-2020年）》（國發(fā)[2016]58號）也指出要“以高效節(jié)水型農(nóng)業(yè)為主攻方向，適度調(diào)減高耗水糧食作物”?？梢姡{(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)對于提高塔里木河流域的水資源利用效率的意義已在政策層面得到廣泛認(rèn)可。

在學(xué)理層面，國內(nèi)外學(xué)者圍繞水資源高效利用、種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整及二者的關(guān)系做了大量研究。在水資源高效利用這一問題上，國內(nèi)外廣泛運(yùn)用水足跡理論、稅收理論、水資源適應(yīng)性理論從資源屬性的角度進(jìn)行了深入的探討[1-5]。在種植業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整問題上，學(xué)者更多的是關(guān)注數(shù)學(xué)模型的引用以便為政策建議提供更為精準(zhǔn)的理論支撐[6-10]。在二者的關(guān)系上，雖然近年來統(tǒng)計(jì)技術(shù)的發(fā)展和數(shù)學(xué)模型的廣泛運(yùn)用加強(qiáng)了理論的普適性和科學(xué)性[11-18]，但水資源利用的約束條件，如自然環(huán)境、經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展水平、社會文化、科技水平在模型中少有體現(xiàn)，削弱了理論的適用性。雖然眾多研究認(rèn)為，在綠洲農(nóng)業(yè)區(qū)，種植結(jié)構(gòu)調(diào)整是在水資源約束下協(xié)同農(nóng)業(yè)發(fā)展和水資源高效利用的有效方式；但上述研究多數(shù)以內(nèi)地各灌區(qū)或省份為例，涉及新疆塔里木河流域的文獻(xiàn)較少[19-20]，且大多發(fā)表于10年前，對于研究塔里木河流域的農(nóng)業(yè)種植現(xiàn)狀參考性較弱。更為重要的是，從整個(gè)流域的視角，既往研究中并沒有很好地揭示由農(nóng)作物種植引起的水資源利用的時(shí)空差異。

基于此，本研究利用農(nóng)用水資源配置效率模型中的水資源配置結(jié)構(gòu)偏差公式[21]測算了塔里木河流域五地州的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值，并在此基礎(chǔ)上構(gòu)建了作物水資源配置結(jié)構(gòu)偏差公式，以此作為農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整的依據(jù)，給出對應(yīng)的調(diào)整建議。研究貢獻(xiàn)主要有以下3點(diǎn)：（1）對水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值進(jìn)行了理論上的拓展，賦予其新的意義重新研究農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)對流域水資源的影響；（2）分別從時(shí)間差異、空間差異和作物差異來分析地區(qū)與作物的水資源利用效率，為水資源配置調(diào)整方向；（3）為優(yōu)化農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)與水資源節(jié)約提供了新的證據(jù)，對政策的出臺具有指導(dǎo)意義。

1 研究區(qū)概述

塔里木河流域（以下簡稱塔河流域）由環(huán)塔里木盆地的阿克蘇河、開都河一孔雀河和田河、葉爾羌河等九大水系144條河流組成。流域范圍包括五地州，即巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州）、喀什地區(qū)以及和田地區(qū)，還有4個(gè)生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)（第一師、第二師、第三師和第十四師）。

1.1 塔河流域水資源現(xiàn)狀

根據(jù)《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》2021年數(shù)據(jù)，塔河流域總面積102.7萬km2，耕地面積203.2萬hm2，節(jié)水灌溉面積126.1萬hm2。塔河流域總水資源量為430.8億m'，供水總量326.5億m3，其中農(nóng)業(yè)用水達(dá)304.0億m3，占93 .1%（表1）。生態(tài)輸水計(jì)劃向天然胡楊林區(qū)輸送的人工生態(tài)補(bǔ)水量僅為11.13億m3。塔河流域水資源主要來源于冰川融雪補(bǔ)給，然而隨著人類活動，生產(chǎn)用水逐年增加且用水結(jié)構(gòu)偏向農(nóng)業(yè)，生態(tài)用水的縮減致使生態(tài)環(huán)境嚴(yán)重退化，近年來下游生態(tài)環(huán)境雖經(jīng)過綜合治理后初步改善，但仍需提升農(nóng)業(yè)用水效率。

1.2 塔河流域農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)

農(nóng)業(yè)作為國家和地區(qū)經(jīng)濟(jì)、社會發(fā)展的基礎(chǔ)，其發(fā)展不但與資源條件、生產(chǎn)條件和社會經(jīng)濟(jì)條件有關(guān)，也與農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)變化密切相關(guān)。近些年來，塔河流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)格局由偏重糧食作物的單一生產(chǎn)轉(zhuǎn)向?yàn)榧Z、棉、肉、奶、糖多業(yè)并重的新格局，現(xiàn)代化的農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)正在取代低級的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)。

塔河流域主要商品化種植的農(nóng)作物包括糧食類（水稻、小麥、玉米、豆類），薯類，棉花，油料（油菜、胡麻、葵花），甜菜，蔬菜，瓜果（果用瓜、葡萄、蘋果、梨、紅棗），飼料類（苜蓿）。如圖l所示，2000年塔河流域主要農(nóng)作物為糧食、棉花、蔬菜和水果，比例約為5.1：3.3：0.9：0.2；2020年主要農(nóng)作物種類無變化，其比例變?yōu)?.2：3.7：2.2：0.6，其中糧食作物的比例逐年下降，變化幅度最大。

2 研究方法

2.1 水資源利用結(jié)構(gòu)偏差理論框架

水資源利用結(jié)構(gòu)偏差能表明水資源配置的大概方向，對于調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)具有重要作用。本文借鑒朱立志[21]的農(nóng)用水資源配置效率分析研究，結(jié)合魏敬周等[22]的水資源結(jié)構(gòu)偏差理論框架，構(gòu)建塔河流域農(nóng)用水資源結(jié)構(gòu)偏差模型，運(yùn)算模型如下：

式（1）中，Ri示j地區(qū)的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差，Yi表示j，地區(qū)的農(nóng)業(yè)產(chǎn)出，單位為t，wi示j地區(qū)農(nóng)業(yè)用水量，單位為m3。水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值能夠反映各地提高水資源利用效率的潛力，水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值為正，代表水資源利用效率相對較高，反之則較低。式（1）不僅可從流域?qū)用娣治鲇盟实淖兓厔荩部煞值刂萆顚犹接懙貐^(qū)間水資源利用效率差異。根據(jù)研究需要與數(shù)據(jù)可得性，本文沿用魏敬周[22]研究中的數(shù)據(jù)獲取方式，所用產(chǎn)出與用水?dāng)?shù)據(jù)均整理自各年份的《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》。

2.2 改進(jìn)的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差模型

塔河流域五地州中主要種植的8類作物因種植面積與生長條件不同，所需農(nóng)業(yè)水量各異。因此，基于式（1），本文從作物差異角度進(jìn)行模型改進(jìn)，引入農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量指標(biāo)[23]，測算塔河流域及各地州主要作物的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值。

若從流域?qū)用鏈y算作物水資源利用效率情況，公式如下：

3 實(shí)證分析

3.1 地區(qū)水資源利用結(jié)構(gòu)偏差

3.1.1 塔河流域水資源利用效率的時(shí)間差異分析從時(shí)間差異角度，根據(jù)式（1）分析塔河流域水資源利用效率，測算2000-2020年流域整體水資源利用效率的變化。由圖2可以看出，整個(gè)塔河流域水資源利用效率在逐年上升，且在2008年之后呈正相關(guān)，代表塔河流域水資源自此得到高效利用。2007年水利部發(fā)布的《水量分配暫行力、法》（水利部令第32號）和2008年財(cái)政部、國家發(fā)展改革委和水利部聯(lián)合發(fā)布的《水資源費(fèi)征收使用管理辦法》都從水資源優(yōu)化配置角度出發(fā)對取、用水量做了嚴(yán)格規(guī)定。根據(jù)新疆維吾爾自治區(qū)黨委黨史和文獻(xiàn)研究院記錄，2008年塔河流域綜合治理完成建設(shè)投資的70%，完成了竣工驗(yàn)收項(xiàng)目39項(xiàng)。相關(guān)政策的指導(dǎo)和相關(guān)項(xiàng)目投入的有序進(jìn)行可能是塔河流域水資源利用效率于2008年前后均轉(zhuǎn)為正值的原因。

3.1.2塔河流域五地州水資源利用效率的空間差異分析從空間差異角度，根據(jù)式（1）進(jìn)行深層次的分析，分別測算塔河流域內(nèi)五地州2000-2020年的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值，由此了解各地州水資源利用效率的區(qū)際差異及其變化情況。如表2所示，巴州與喀什地區(qū)水資源結(jié)構(gòu)偏差整體為正；阿克蘇地區(qū)與克州水資源結(jié)構(gòu)偏差整體為負(fù)；和田地區(qū)水資源結(jié)構(gòu)偏差呈現(xiàn)由正轉(zhuǎn)負(fù)現(xiàn)象，說明巴州、喀什地區(qū)水資源利用效率較高，而阿克蘇地區(qū)與克州水資源利用效率相對較低，和田地區(qū)在2007年之前雖水資源利用效率為正，但水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值呈現(xiàn)下降趨勢，2008年后水資源利用效率變?yōu)榈托?。根?jù)新疆統(tǒng)計(jì)年鑒2000-2020年數(shù)據(jù)，喀什地區(qū)農(nóng)業(yè)用水雖為歷年最多，但其農(nóng)業(yè)產(chǎn)出也最高；而阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)用水與喀什地區(qū)相近，農(nóng)業(yè)產(chǎn)出卻比喀什地區(qū)低40%左右。由此可以合理推測，喀什地區(qū)由于種植的多為經(jīng)濟(jì)價(jià)值高且低耗水的果蔬作物，且農(nóng)戶在資本投入上有所顧忌，因此水資源消耗相對較低；巴州地區(qū)以非農(nóng)經(jīng)濟(jì)占主導(dǎo)地位，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源利用皆處于五地州中端；阿克蘇地區(qū)農(nóng)業(yè)用水效率低下，作為五地州中棉花種植面積最大的地區(qū)，其水資源低效利用的原因十分明顯；克州水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值處于負(fù)增長狀態(tài)，說明其水資源利用效率在20年間持續(xù)走低，受地理環(huán)境因素制約，該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展始終處于五地州末端，因此需要改進(jìn)農(nóng)業(yè)技術(shù)、提升用水效率；自2008年以來，和田地區(qū)農(nóng)業(yè)產(chǎn)出占比偏低，水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值均為負(fù)數(shù)，同時(shí)由于當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)用水量逐年降低，2008-2020年的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值表現(xiàn)為正向增長。

3.2 改進(jìn)的作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差

為達(dá)到通過調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)來提高水資源利用效率的目的，從作物差異的角度測算塔河流域?qū)用媾c各地州層面的作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差，能夠更直觀地得到高耗水作物與低耗水作物的分類，并以此為依據(jù)進(jìn)行農(nóng)作物種植結(jié)構(gòu)的調(diào)整。農(nóng)產(chǎn)品虛擬水含量指標(biāo)與塔河流域作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值計(jì)算結(jié)果分別如表3、表4所示。2000-2020年，塔河流域糧食類、棉花與油料作物的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值呈負(fù)數(shù)，且水資源利用效率逐年變差；其他作物的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值則在一定范圍內(nèi)小幅波動，整體穩(wěn)定。

從地州層面測算作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差，結(jié)果如表5所示?？梢钥闯觯魑锼Y源利用效率較好的為阿克蘇地區(qū)與克州，而巴州、喀什地區(qū)、和田地區(qū)作物水資源利用效率較差。五地州農(nóng)作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值均為正的作物有薯類、甜菜、蔬菜、水果和苜蓿，其中水果的水資源利用效率最好；糧食類、棉花和油料的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值多數(shù)為負(fù)數(shù)，其中糧食作物水資源利用效率最差。水果作為南疆地區(qū)除棉花外主要的經(jīng)濟(jì)作物，其低耗水高產(chǎn)出的特點(diǎn)在喀什地區(qū)凸顯得尤為明顯，當(dāng)?shù)鬲?dú)特的光照條件也提高了水果的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，因此水果的水資源利用效率最好。而糧食和棉花作為塔河流域種植面積最高的兩類作物，水資源利用效率很不理想。據(jù)走訪調(diào)查得知，當(dāng)?shù)丶Z食類作物多數(shù)采用大水漫灌方式進(jìn)行灌溉，耗水量極大，在其產(chǎn)出固定的情況下，水資源利用效率自然低下；棉花雖已基本普及田間滴灌，但由于面積過大，其總耗水量依舊居高不下。

3.3 關(guān)于各類偏差的總結(jié)

本文主要從兩個(gè)視角進(jìn)行水資源利用結(jié)構(gòu)偏差測算：一是地區(qū)水資源利用結(jié)構(gòu)偏差，二是作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差。前者從時(shí)間差異與空間差異人手，對塔河流域及流域內(nèi)部五地州分別做出農(nóng)業(yè)水資源利用效率的討論分析；后者則從作物角度重新定義了水資源利用結(jié)構(gòu)偏差，采用改進(jìn)的模型從流域?qū)用孢f進(jìn)至地州層面來分析作物之間的用水效率差異，得出各地區(qū)作物的水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值，該數(shù)據(jù)為各地州調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)提供了依據(jù)，且改進(jìn)后的水資源結(jié)構(gòu)利用偏差為水資源高效利用的相關(guān)研究提供了新的內(nèi)容。

4 結(jié)論和建議

4.1 結(jié)論

本文將水資源配置結(jié)構(gòu)偏差公式與水資源利用結(jié)構(gòu)偏差理論相結(jié)合，測算了塔河流域五地州農(nóng)業(yè)水資源利用情況，并進(jìn)一步對模型做出改進(jìn)，得到作物水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值，以此作為農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)調(diào)整依據(jù)，該結(jié)果與研究區(qū)實(shí)際情況相符，具有科學(xué)性。

本研究的主要結(jié)論為：（1）塔河流域水資源利用結(jié)構(gòu)偏差值于2008年之后轉(zhuǎn)正，總體有所提升；（2）五地州水資源利用較高的地區(qū)為巴州和喀什地區(qū)；水資源利用效率較低為阿克蘇地區(qū)與克州；和田地區(qū)水資源利用效率逐年下降并于2008年后出現(xiàn)負(fù)值，水資源利用結(jié)構(gòu)偏差呈現(xiàn)明顯的區(qū)域性特征；（3）作物中水資源利用效率最好的是水果，糧食作物與棉花用水效率并不高，理論上說明增加水果種植面積，減少糧食、棉花的種植面積有利于提升塔河流域農(nóng)業(yè)用水效率。

4.2 政策建議

依據(jù)研究結(jié)論，塔河流域應(yīng)整體調(diào)減糧食和油料面積，但需保證“糧食基本自給”的基本要求，實(shí)現(xiàn)水資源和糧食的雙向安全，并在全面推行節(jié)水灌溉的基礎(chǔ)上穩(wěn)定棉花種植面積，同時(shí)調(diào)增水果、蔬菜、苜蓿、甜菜和薯類作物種植面積以提升農(nóng)業(yè)用水利用效率，減少巴州、喀什地區(qū)和和田地區(qū)的油料作物面積。各地州應(yīng)當(dāng)遵循“以水定產(chǎn)、以產(chǎn)適水”原則，積極宣傳普及節(jié)水管理方式，引導(dǎo)農(nóng)戶種植抗旱且經(jīng)濟(jì)價(jià)值高的作物。

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