王 迪

(盘山县农业水利事务服务中心，辽宁 盘锦 124000)

0 引言

水资源为促进经济发展和构成综合国力的重要战略资源，对维持人类生存和自然环境发挥着重要作用[1]。当前，中国生态环境、农业粮食、经济发展等受水环境污染和水资源短缺的影响十分显著。农业为促进社会发展和保障国民经济建设的第一产业，学术界一直比较关注农业水资源的可持续利用问题。例如，王浩等[2]通过分析农业用水形势提出集雨增效的现代旱作农业和高效节水灌区农业战略；宋岩等[3]对灌区农业用水安全利用模糊综合法和AHP法进行科学评价，依据工程实践和文献资料提出了切实可行的建议措施；张华等[4]提出了基于水贫困理论的农业水贫困理念，认为中国农业用水正处于较严重状态；徐学良等[5]研究认为现代化农业有序推进的基本条件是加强农业水资源的科学管理；包晓斌等[6]指出农业用水应实施高效节水措施。

2002年Hoekstra教授[7]将虚拟水定量测度理论和水资源消费指示器相结合，提出了水文领域中水足迹这一全新概念，对于提升人们对农业用水安全、缺水型城市发展的理解和认识发挥着积极作用。水足迹理论可以较为准确、系统的反映区域水资源状况及其用水需求，因考虑了消费者与生产者之间的足迹，现已广泛应用于水安全和可持续利用等领域。当前，相关研究主要侧重于区域水足迹可持续性、水资源安全研究和产品水足迹评价等方面。涉及农业用水方面的水足迹研究也越来越多，如刘莉[8]、李泽红[9]等分析了农业水足迹的时空变化特征及其相关性；黄晶[10]、王旭[11]等以北京和宁夏地区为例，对各区域农业用水结构和水资源可持续利用选用水足迹理论开展了评价。

盘锦市地处辽河三角洲的中心地带，降水量较小而蒸发量极大，随着人口的急剧增加和经济的迅速发展，当地用水量不断增大，水资源短缺和生态环境恶化问题已十分突出，其中造成该问题的主要根源是农业用水的占比过大，因此采用合适的方法评价该区域农业用水现状具有重要意义。因此，文章对盘锦地区农业用水效率利用水足迹理论开展评价，以期为保障农业水资源协调发展和持续利用提供科学的指导。

1 研究区概况

盘锦市地处辽宁省西南部，南临渤海辽东湾，北与锦州、鞍山相邻，东南与营口市隔大辽河相望，介于E121°25′-122°31′，N40°39′-41°27′之间，总面积4071km2。该地区为大陆性季风气候，气候特点春秋季短、冬长夏暖、平原风大、寒冷期长、雨量集中、雨热同期、四季分明、光照丰富，平均降水量564.5mm/a，平均气温9.3℃，日照时数2780.5h，年蒸发量显著高于降水量。该地区流域面积3570km2，大小河流共21条，主要有辽河、饶阳河、大凌河、大辽河等4条大型河流和鸭子河、沙子河、大洋河、小柳河等17条中小河流，大多数河流呈现出比降陡、流程短、面积小等山区型河流特征。近年来，盘锦市农业产值和耕地面积不断增加，经济社会和人口规模发展迅速。2009-2017年，人均GDP快速提高至62810元/人，增长了近1.5倍；同时，农业播种面积和人口数量也急剧增加，9年内增加了约11350hm2耕地和3.4万人口。全市80%以上水资源用于农业灌溉水，为实现盘锦市现代化农业发展有必要科学分析农业水资源的利用效果[12-16]。

2 研究方法

2.1 农业水足迹计算

水足迹理论是通过对单位产品虚拟含水量与居民消费的服务、商品数量的乘积求和确定消耗的水资源量，在此基础上考虑一定区域内的生态环境和居民生产、生活消耗的实体水确定水足迹总量。该理论是对区域水资源占有和需求状况从消费、生产的角度分析，预测分析结果较传统的测算法更加系统、客观。当前，较为常用的四种方法为产品生命周期法、投入产出法、自下而上法和自上而下法。从信息资料可获取性和数据可靠性的角度，对盘锦市农业水足迹利用自上而下的方法求解，从而获取区域农业开发占有的水资源状况，其数学表达式为：

(1)

式中：WF为农业水足迹总量；VWCi、Pi为农业产品i的单位质量虚拟含水量和产量。

2.2 水足迹效益

水资源的集约利用度也称为水足迹效益，为了表征农业发展所付出的水资源代价及衡量区域农业对水资源的利用效率，引入经济价值指标。其值越高则农业用水效率越高，反之则用水程度越低，表达式为：

(2)

式中：WF、WE为农产品总水足迹和水足迹效益；GDP为农业经济产值。

2.3 数据来源

选取盘锦市2009-2017年国民经济与社会发展统计公报、水资源公报和统计年鉴等资料作为数据来源，盘锦地区农畜产品虚拟水含量调查统计结果。盘锦地区单位质量农畜产品虚拟含水量，见表1。

表1 盘锦地区单位质量农畜产品虚拟含水量

3 结果分析

3.1 农业水足迹总量变化

根据盘锦地区农业水足迹2009-2017年变化趋势，绘制水足迹图，盘锦市农业水足迹变化特征，见图1。从图1可知研究期间总体呈波动增长趋势，农业水足迹自2009年的8.12×108m3逐渐提升至2017年的9.08×108m3，2009-2017年期间增加了0.96×108m3，多年平均增长量达到0.107×108m3/a，其中农业水足迹最高的年份为2014年，所对应的值为9.81×108m3。水足迹总量和人均农业水足迹保持同步变化特征，人均农业水足迹自2009年的1105.32m3/人逐渐提升至2017年的1150.46m3/人，2009-2017年期间增加了45.14m3/人，多年平均增速达到5.02m3/人，其中人均农业水足迹最高的年份为2013年，所对应的值为1328.05m3/人。研究表明，盘锦地区的农业用水量不断增大，该地区增发量大且降水量少，农业用水比重越来越高，其中85%左右的水资源用于农业灌溉，对于生态、生活和工业用水具有严重的挤占作用，各行业用水结构失调。

3.2 农业水足迹结构变化

盘锦地区农业水足迹结构，见图2。图2(a)反映了盘锦地区农业水足迹分配状况，其中水足迹最高的为粮食作物，2009-2017年期间的均值为4.26×108m3，且处于较为稳定的状态；研究期间，畜产品水足迹自2009年的2.77×108m3逐渐减少至2017年的2.40×108m3，总体呈现出缓慢下降趋势，年均值为2.58×108m3；2009-2017年的经济作物水足迹呈一定的上升趋势，自2009年的1.27×108m3缓慢上升至2017年的2.30×108m3。同时，水足迹在各农业产品内部的分布呈不均衡分布特征，具体如图2(b)、(c)和(d)，详细分析如下：

图1 盘锦市农业水足迹变化特征

图2盘锦地区农业水足迹结构

1) 从粮食作物的角度分析，水足迹增长较为迅速的为玉米作物，自2009年的161.05×106m3快速提升至2017年的237.35×106m3，2009-2017年的平均增速达到8.48×106m3；稻谷作物呈现出缓慢增长趋势，水足迹自2009年的120.04×106m3缓慢上升至2017年的141.52×106m3，研究期间的平均增速为2.39×106m3；水足迹较为稳定的豆类作物，自2009年的1.90×106m3逐渐上升至2017年的2.71×106m3，多年平均水足迹增速为0.09×106m3；水足迹呈下降趋势的小麦作物，自2009年的125.86×106m3，快速减少至2017年的51.48×106m3，多年平均下降速度为8.26×106m3。

2) 从经济作物的角度分析，蔬菜总体呈现出先上升后下降的变化特征，水足迹2009-2012年呈上升趋势，自98.76×106m3上升至138.26×106m3，下降阶段为2013-2017年，自134.58×106m3下降至108.31×106m3，从2009-2017年总体的角度仍增加了6.55×106m3；水足迹增长趋势较为显著的为药材，水足迹自2009年的2.41×106m3快速提升至2017年的59.86×106m3，2009-2017年期间平均增速达到6.38×106m3；油料水足迹表现出先增大后稳定的趋势，瓜果的水足迹较为稳定整体处于5.72×106m3水平。

3) 从畜产品的角度分析，水足迹存在明显波动的为牛奶和牛肉，通过线性趋势拟合发现二者存在负相关性，即表现出波动下降的变化特征；羊肉的水足迹自2009年的3.52×107m3提升至2017年的4.86×107m3，研究期间增加了1.34×107m3，多年平均增长幅度为0.15×107m3；禽蛋和猪肉的水足迹呈一定程度的减少趋势，二者分别由之前的2.25、2.42×107m3减少至1.04、1.81×107m3，前者下降了1.21×107m3，后者下降了0.61×107m3。

3.3 农业水足迹效率变化

根据盘锦地区水足迹效益变化特征，见图3可知研究期间总体呈显著的增大趋势。水足迹效益自2009年的0.42元/m3快速提升至2017年的2.95元/m3，研究期间平均增速为0.28元/m3，增加了约6倍。对研究区农业水足迹效益利用灰色预测模型中的GM(1,1)均值差分法进行数值模拟分析，结果限制灰色残差和作用量b值为2.0672、0.2106，发展系数a为-0.3106，可见数值模拟呈现出指数增长的变化特征，盘锦地区消耗单位体积水产出的农业价值呈上升趋势，用水效率不断增大。然后以水足迹效益和农业产品水足迹占比为纵、横坐标做散点图，盘锦地区水足迹效益分析，见图3。结果显示畜产品和粮食作物存在“倒U”型变化关系，在水足迹占比<46%的情况下，粮食作物水足迹占比越高则效益越高；反之，水足迹占比>46%的情况下，粮食作物水足迹占比越小则效益越高。在水足迹占比<28%的情况下，畜产品水足迹占比越高则效益越高；反之，水足迹占比<28%的情况下，畜产品水足迹占比越小则效益越高，二者的分界线分别为46%和28%。根据相关研究资料，经济作物的经济价值和水资源利用度角其他农业产品更高。

图3 盘锦地区水足迹效益分析

图4 盘锦地区水农业水足迹比例

盘锦地区水农业水足迹比例，见图4。从图4可以看出，粮食作物的水足迹百分比较为稳定，且处于最高水平，多年平均占比达到48.26%；2009-2017年期间，畜产品由开始的33.91%逐渐减小至26.58%，多年平均值为28.68%；研究期间，经济作物的水足迹百分比呈一定的上升趋势，自开始的15.58%上升至25.12，多年均值为23.52%。2009年的经济作物面积为8.51×104hm2，截止2017年提升至9.47×104hm2，每年平均增长量为0.107×104hm2，共增加了9.6×104hm2。2009-2017年期间的粮食作物面积总体处于6.68×104hm2水平，变化幅度为-0.08-0.25。水足迹效益最高的为经济作物，且粮食作物播种面积<经济作物，可见盘锦地区的农业用水处于良好的态势。粮食作物水足迹最高但其种植面积相对较小，因此仍需要进一步提升盘锦地区的粮食作物用水效率。在保证粮食安全生产的情况下，进一步调整农业种植结构和经济作物种植比例，加强耗水量小且经济价值高的作物的种植。

4 结 论

文章结合现有研究成果和水足迹计算方法，客观评价了盘锦地区农业用水效果。结果显示：盘锦地区的人均农业用水足迹和农业用水足迹总量总体表现出同步上升的变化特征，且用水量的85%用于农业灌溉，用水结构处于严重失衡状态。在农业产品中水足迹分配极不均衡，水足迹最高的为粮食作物，最低的为经济作物，水足迹分配在各农业产品内部也分配不均，其中牛奶、牛肉和蔬菜在畜产品与经济作物中的占比最高；水足迹效益和播种面积最大的为经济作物，可见盘锦地区处于良好的农业用水态势。