西部耕地有效灌溉發展及影響因素的省區分異

冉清紅, 岳云華,2, 屈 波, 楊 玲, 謝德體

(1.成都師范學院 史地與旅游系, 成都 611130; 2.成都理工大學 地球科學學院, 成都 610059;3.綿陽師范學院 資源環境工程學院, 綿陽; 4.西南大學資源環境科學學院, 重慶 400715)

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西部耕地有效灌溉發展及影響因素的省區分異

冉清紅1, 岳云華1,2, 屈 波3, 楊 玲1, 謝德體4

(1.成都師范學院 史地與旅游系, 成都 611130; 2.成都理工大學 地球科學學院, 成都 610059;3.綿陽師范學院 資源環境工程學院, 綿陽; 4.西南大學資源環境科學學院, 重慶 400715)

耕地有效灌溉面積是影響西部糧食綜合生產能力和國家糧食安全的重要因素。運用曲線估計法研究西部省區1997—2010年有效灌溉面積和有效灌溉程度的發展變化過程、趨勢特征和區域分異。結果表明：西部有效灌溉面積比重低、省區差異大、其年變化和增長趨勢呈現出不同特點，有效灌溉程度和利用率的省區差異大，機井報廢和建設占用對有效面積的影響在加強，生態退耕、工程老化、其他因素的影響力在弱化。增加西部有效灌溉面積絕對數量、消除灌區有效灌溉能力的制約因素是提升耕地綜合生產能力的重要途徑。

耕地; 有效灌溉; 影響因素; 空間差異; 西部

西部區域2010年的有效灌溉面積僅1 775萬hm2，占西部耕地總面積的39.48%，有效灌溉面積不足已經成為影響西部耕地質量建設和糧食綜合生產能力的重要因素，研究有效灌溉面積發展過程及其存在的問題，對提高西部區域耕地有效灌溉面積和有效灌溉率有重要意義。研究表明，作物產量與水分消耗量呈線性關系[1]，灌溉對作物產量有重要影響[2-3]，有灌溉條件的農作物產量是無灌溉條件、完全靠天吃飯的農作物產量的1～2倍，在西北干旱地區的增產效應約為40%[4]，且對糧食單產的貢獻程度隨著時間的推移逐漸提高[5]。有效灌溉面積對糧食單產有較大的正向作用[6]，有效灌溉率是影響糧食單產的主要因素[7]，其影響還在不斷加大[8-10]。

進一步研究有效灌溉面積發展特征及其影響因素，我國有效灌溉面積呈現動態變化特征[11]，一些省區的有效灌溉面積出現增減徘徊的動態變化[12-13]，建設占地、退耕還林還草、機井報廢、灌溉工程受損等限制因子減少有效灌溉面積[14]，部分地區的有效灌溉面積下降導致水資源利用率偏低已經影響到農業生產[15]，有效灌溉面積對不同類型灌區的灌溉水利用率的影響顯著[16]，已有研究成果集中在全國性的、省區性的灌溉作用、有效灌溉面積和有效灌溉率的預測，以及對糧食安全保障作用等方面，鮮見西部省區有效灌溉面積發展狀態的比較研究。本研究擬用曲線估計模型研究有效灌溉面積變化并分析變化機理，為提升西部區域的有效灌溉面積和有效灌溉程度的政府決策提供參考。

1　研究方法與數據來源

1.1研究方法

萬玉文等用灰色理論建立有效灌溉面積的GM(1，1)預測模型[17]，李建偉等利用支持向量機預測理論和BP神經網絡預測理論對河南農田有效灌溉面積及其發展趨勢進行對比研究[18]，何自立等[19]采用新陳代謝GM(1,1)-Markov 鏈模型研究有效灌溉面積的變化。本研究擬基于SPSS 16.0軟件平臺，Y代表有效灌溉面積、t代表年份，用曲線估計模型處理1997—2010年的耕地有效灌溉面積和有效灌溉程度數據，通過比較R2值的大小以及生成的圖形便于確定最佳模型，建立“有效灌溉面積—時間”或“有效灌溉程度—時間”曲線估計模型，并生成有效灌溉面積隨時間變化的散點圖和曲線估計擬合曲線圖，確定因變量與自變量之間的關系，分析年際變化過程和未來變化趨勢特征。

1.2數據來源

耕地面積、有效灌溉面積、水文與排水限制性耕地面積、水分條件限制性耕地面積、機電排灌面積，水利工程老化毀損、建設占用、機井報廢或水源不足、退耕還林和其他因素等導致的有效灌溉減少面積等相關數據，來源于1998—2011年《中國統計年鑒》和《中國國土資源年鑒》。

2　結果與分析

2.1西部耕地有效灌溉面積及變化

2.1.1有效灌溉面積總量不足和成長性好并存西部區域2010年的有效灌溉面積僅1 775萬hm2，占西部耕地總面積的39.48%。同年，中部地區、東部地區和全國的有效灌溉面積占本地區的比重分別為58.1%，53.91%和49.58%；與中、東部和全國相比，西部地區的有效灌溉面積分別低18.62，14.43，10.1個百分點。有效灌溉面積總量不足和比重低已經成為西部耕地質量限制因素。

1997—2010年，西部有效灌溉面積年均增長25.57萬hm2，其年際增量變化見圖1，有效灌溉面積—時間的散點圖和線性擬合曲線方程為：Y=1432.9+22.905(t-1996),R2=0.9766，散點和擬合曲線的擬合度很好，擬合曲線的斜率k=22.905,>0，其變化趨勢上揚，在未來一定時期還將保持這種增加的勢頭。

圖1　西部地區有效灌溉面積年際增率變化

2.1.2耕地有效灌溉面積的省區差異大2010年的數據表明，新疆耕地的有效灌溉面積占到西部地區的20.97%，內蒙古和四川分別占17.08%和14.37%，三省區的有效灌溉面積占到了西部地區的52.42%，其它各省區有效灌溉面積占西部的比重都在10%以下(圖2)，合計不到西部省區總量的一半。1997—2010年各省區累計有效灌溉面積占西部的比重，新疆20.50%、內蒙古16.07%、四川15.45%，三省區合計占到西部地區的52.02%(圖2)。與1997—2010年的累計有效灌溉面積集中度相比，2010年的有效灌溉面積集中度無明顯變化，意味著西部各省區的灌區建設基本格局在十多年間沒有大的改變。

2.1.3有效灌溉面積年際變化的省區差異化內蒙古自治區的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合曲線方程為Y1=170.016+20.164(t-1996)-1.505(t-1996)2+0.50(t-1996)3，其調整系數R2=0.984。在研究期內的有效灌溉面積呈現穩步增長的特點，趨勢增長動力較為充足，未來還有較大的增長。

廣西壯族自治區年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y2=143.039+3.063(t-1996)-0.327(t-1996)2+0.011(t-1996)3，R2=0.897，整體上呈現增長變化，但與內蒙古的差別在于其增長過程呈現先快后慢的三段式特點，1997—2003年呈現快速增長，2003—2005年呈現減小變動，2005年以來又呈現緩慢增加變動但增長動力不足。

圖2　1997-2010年西部各省區累計有效灌溉面積在西部的地位差異

重慶的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y3=58.621+2.313(t-1996)-0.376(t-1996)2+0.019(t-1996)3，其調整系數R2=0.834，其變化過程和趨勢與廣西相比，既有相似性又有差異性，其相似性在于發展過程的三段式變化特點，其差異性在于重慶市為先慢后快的增長特點，2004年以后呈現持續增長，而且增長勢頭和增長動力明顯高于廣西。

四川的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y4=227.395+8.063(t-1996)-0.956(t-1996)2+0.037(t-1996)3，其調整系數R2=0.985，的變化過程和趨勢與廣西具有相似性和差異性，其相似性在于發展過程的三段式變化特點，其差異性在于四川省在2003—2006年變化在緩降中趨穩特點，2006年以后呈現持續增長，未來可能呈現增長變化。

貴州省耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y5=70.524-3.895(t-1996)+0.474(t-1996)2，其調整系數R2=0.954，其散點在距離原點越遠越稀疏，意味著年際增率有增大趨勢，代表貴州有效灌溉面積呈現強勁的增長態勢。

云南省耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y6=128.028+4.149(t-1996)-0.330(t-1996)2+0.014(t-1996)3，其調整系數R2=0.999，與內蒙古的發展趨勢具有相似性，在研究期內的有效灌溉面積呈現穩步增長且增長動力較為充足。

西藏自治區耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y7=13.860-0.021(t-1996)+0.054(t-1996)2，其調整系數R2=0.955，在研究期內的有效灌溉面積呈現增長特點，但散點之間的距離在減小，意味著年際增量和增率有縮小的趨勢，表明西藏有效灌溉面積增長動力后勁不足、未來的有效灌溉面積增速可能減慢。

陜西省耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y8=128.904+0.844(t-1996)-0.093(t-1996)2+0.002(t-1996)3，其調整系數R2=0.709，在研究期內的擬合曲線呈現“∩”型分布，未來年份的有效灌溉面積的減少趨勢可能還將持續。

甘肅省耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y9=102.670+3.117(t-1996)-0.098(t-1996)2，其調整系數R2=0.998，在研究期內的有效灌溉面積呈現增長特點，但散點之間的距離在減小，擬合曲線的坡度也變得越來越平緩，意味著年際增量和增率有縮小的趨勢，未來的有效灌溉面積增速可能減慢。

青海省耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y10=24.289+0.233(t-1996)-0.013(t-1996)2，其調整系數R2=0.861，在研究期內的有效灌溉面積幾乎沒有實質性的增長，且散點的擬合曲線呈現偏態的“∩”型，意味著在未來年份要增加有效灌溉面積需要克服較大的阻力。

寧夏回族自治區耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y11=35.816+0.944(t-1996)-0.013(t-1996)2，R2=0.923，在研究期內的有效灌溉面積呈現穩步增長趨勢，散點之間的疏密不穩定，意味著增率的年際變化不穩定，但增長是大趨勢。

新疆維吾爾自治區耕地的年度有效灌溉面積研究期內隨時間變化的擬合方程為Y12=295.110+6.400(t-1996)-0.748(t-1996)2+0.051(t-1996)3，R2=0.982，在研究期內的散點之間的疏密不穩定，有效灌溉面積呈現不等速的增長特點，距離原點最遠的四個散點之間的距離明顯在縮小，意味著有效灌溉面積的年際增率在減小，未來的增長勢頭將減緩。這與新疆目前的有效灌溉面積比重已經很高有關系。

2.2西部耕地的有效灌溉程度

有效灌溉程度是有效灌溉面積占轄區耕地面積的比重。有效灌溉利用率是有效灌溉面積的實際使用率。

2.2.1耕地有效灌溉程度和利用率的省區差異大西部有效灌溉程度的省區差異性顯著。2010年，西藏、新疆的有效灌溉程度較高分別達到61.03%和86.62%以上的水平；內蒙古、四川、青海、寧夏四省區，介于40%～50%的水平；廣西、陜西介于30%～40%；重慶、貴州、云南、甘肅介于20%～30%，其中貴州不到21%。

有效灌溉利用率的省區差異大。2010年，西部省區的有效灌溉利用率介于25.23%～90.23% (圖3)。其中新疆、西藏高于全國平均水平49.58%，廣西、重慶、貴州、云南、陜西、甘肅等省低于西部平均水平39.48%，四川、內蒙古、青海、寧夏介于西部和全國平均水平之間。省區耕地面積數量、灌溉發展水平、耕地所在的地理環境等都可能成為各省區有效灌溉利用率差異的主導因素。

圖32010年西部各省區有效灌溉利用率對比

2.2.2有效灌溉程度年際變化具有省區差異性西部各省區1999—2010年有效灌溉程度隨時間變化生成的“有效灌溉程度—時間”曲線估計模型和有效灌溉程度隨時間變化曲線估計擬合結果見表1。

表1　西部省區有效灌溉程度隨時間變化的曲線估計模型一覽

調整系數除寧夏低于0.9(R2=0.825)外，都在0.9以上；散點和曲線的擬合度都很高，各曲線估計模型能夠代表1999—2010年有效灌溉程度的年際變化情況。西部各省區在1999—2010年的有效灌溉程度整體上都呈現增長態勢。

其中，廣西、重慶、貴州、云南、西藏、甘肅、寧夏和新疆有效灌溉程度呈現穩步增加的態勢；內蒙古、四川、陜西和青海等4個省區在2008年或以后的年份，有效灌溉程度有不同程度的降低，用曲線模型計算未來年份的有效灌溉面積占耕地面積的比重，其值小于2010年的比重。

2.3影響西部有效灌溉發展的原因分析

有效灌溉變化既表現為水利建設投資增加拉動的正向增加，又表現為人為因素負向影響下的已建成灌區有效灌溉面積減少。

2.3.1西部有效灌溉發展受多因素影響 水利工程老化毀損、建設占用、機井報廢或水源不足、退耕還林和其他因素等都是導致西部有效灌溉面積減少、有效灌溉程度降低的重要影響因素(表2)。

渠系本身的建設年代悠遠、年久失修和農戶對水利工程只用不管、重用輕管或在堤壩上亂墾亂種等行為，導致“跑、冒、滲、漏”等水利工程毀損、老化現象，或因灌區內各生產領域、各行政轄區隨意截留、堵壩、開溝等行為，導致水線和明渠輸水、供水功能喪失或降低，使有效灌溉面積總量累計減少61.98萬hm2，其中內蒙古和陜西的累計毀損量分別達40.61萬hm2，9.16萬hm2，分占65.52%和14.78%，兩省合計占老化毀損的80%以上。

表2　主要因素對西部省區有效灌溉面積減少的影響　104 hm2

城市、道路、居民點等非農建設爭奪土地空間，導致先于城市、道路和居民點建設的有效灌溉區域被城市、道路和居民點置換，有效灌溉面積減少、有效灌溉率降低。在2001—2009年，建設占用的累計量達32.044萬hm2，其中四川、陜西、云南的累計占用量分別達9.165萬hm2，7.049萬hm2，5.404萬hm2，分占28.60%，22.00%和16.86%，三省合計占建設占用的67.46%。其次，新疆、重慶、內蒙古、廣西的建設占用也比較大。

城市和農村居民點擴張導致井灌區的水井、農田、農房、村辦企業相互交織，管理不散、亂采亂倒和違法建設等導致地下水源污染；人為堵塞河道、河流改道等導致水文地質環境變化等諸多因素引起地下水位下降、機井報廢。在2001—2009年，機井報廢或水源不足影響的有效灌溉面積總量累計達9.914萬hm2，其中內蒙古、陜西和新疆分別達2.49萬hm2，2.795萬hm2，2.254萬hm2，分占25.12%，28.19%和22.734%，三省合計占機井報廢或水源不足的76%以上。

退耕還林對西部各省區的有效灌溉面積影響普遍存在，2001—2009年，退耕還林減少有效灌溉面積總量累計達33.299萬hm2，其中新疆、內蒙古減少量分別達17.007萬hm2，7.929萬hm2，分占51.07%，23.81%，兩省合計占西部退耕還林減少耕地有效灌溉面積總量的74.89%。同期，其他原因導致西部地區減少有效灌溉面積總量累計達63.135萬hm2，其中新疆的減少量達28.003萬hm2占44.35%，其次是寧夏、陜西、西藏、四川、廣西，六省占其他原因減少量的84.55%。

2.3.2主要因素對西部省區的有效灌溉程度減少的貢獻用某一因素作用下減少的有效灌溉面積除以相同時間斷面的區域有效灌溉面積，得到該因素對有效灌溉面積影響程度指標。不同因素對西部各省區2001—2009年的有效灌溉程度減少的貢獻程度具有顯著的差異性(表3)。

1999—2010年，在五大類因素影響下，西部地區有效灌溉面積占耕地總量的比重累計減少1.21%，其中，水利工程老化毀損和其他因素的貢獻率各占0.38個百分點，成為最主要的兩類主成分因素,其次是建設占用和退耕還林因素的貢獻率分別為0.2個百分點,機井報廢或地表水源不足成為最次要的影響因素，也就是說，盡管西部特別是西北干旱區人均灌溉用水量緊張，但水源不足或機井報廢并不是已建成灌溉減少的主要原因。

表3　主要因素對西部有效灌溉程度減少的貢獻　%

西部各省區差異顯著(表3)。水利工程老化毀損對內蒙古有效灌溉面積減少貢獻最大，其影響率占76.29%。廣西的其他因素和水利工程老化毀損的貢獻率合計79.63%，分別成為有效灌溉面積減少的第一、二主導因素。重慶市的其它因素、建設占用和水利工程老化毀損的影響率共計92.63%，分別成為有效灌溉面積減少的第一、二、三主導因素。四川的建設占用的貢獻率為53.62%、其他因素為27.54%，分別構成有效灌溉面積減少的第一、二主導因素。貴州的水利工程老化毀損的貢獻率為38.46%、其他因素的貢獻率為27.69%，分別成為第一、二主導因素。云南的建設占用對有效灌溉面積減少的貢獻率為52.17%、其他因素的貢獻率為17.39%，分別成為第一、二主導因素。西藏的其他因素的貢獻率為82.78%，是有效灌溉面積減少的第一主導因素。陜西的水利工程老化毀損因素和建設占用的貢獻率分別為33.65%，25.96%，分別是有效灌溉面積減少的第一、二主導因素。甘肅的其他原因對有效灌溉面積減少的貢獻率為55.56%，是第一主導因素。青海的建設占用的貢獻率為72.22%，成為青海有效灌溉面積減少的第一主導因素。

2.3.3主要因素對西部各省區有效灌溉面積變化的影響與評價表4為五類主要影響因素對有效灌溉面積減少的貢獻率。(1) 水利工程老化毀損對有效灌溉面積影響在減弱，全國降低了0.14個百分點、西部降低了0.15個百分點；西部省區之間有差異，四川、陜西、甘肅、寧夏、新疆等省區的水利工程老化毀損對有效灌溉面積影響得到強化，所以，盡管每年都有水利工程項目增加有效灌面，但毀損抵消，使增長速度放慢。(2) 建設占用對有效灌溉的影響在加強，從2001—2009年，全國增加了0.01個百分點、西部增加了0.05個百分點，西部地區建設占用有效灌溉區域的耕地比重是全國平均水平的5倍；西部省區有差異，四川、陜西、甘肅、寧夏、新疆等省區的水利工程老化毀損對有效灌溉面積影響得到強化，盡管每年都有水利工程項目增加有效灌面，但建設占用減少的有效灌溉面積使水利工程項目帶來的有效灌溉面積增長速度放慢。(3) 機井報廢或水源不足對有效灌溉的影響在增強，從2001—2009年全國增加了0.11個百分點、西部增加了0.13個百分點；西部省區之間有差異，四川、陜西、甘肅、寧夏、新疆等省區的水利工程老化毀損對有效灌溉面積的影響得到強化。(4) 退耕還林對有效灌溉的影響在減弱，從2001—2009年全國和西部都平均減少0.04個百分點，西部省區的內蒙古、陜西、寧夏和新疆的影響在減弱，四川、貴州、云南的影響在強化。(5) 其他因素對有效灌溉的影響在增強，從2001—2009年全國平均增加0.11個百分點、西部增加了0.19個百分點；西部省區之間有差異，內蒙古、廣西、重慶、貴州、云南、陜西、甘肅、寧夏的影響在減弱，西藏、四川、新疆的影響在強化，特別是新疆，2009年比2001年增加了0.62個百分點。

表4　主要因素對2001—2009年有效灌溉面積變化的影響與評價　%

3　結 論

西部地區的有效灌溉面積不足、比重不高；影響灌區有效灌溉程度的人為因素有區域差異、都需要整治。增加西部有效灌溉面積絕對數量、消除西部灌區有效灌溉能力的制約因素是提升西部耕地綜合生產能力的兩條重要途徑。(1) 國家層面應進一步加強對西部基本農田水利建設投資的力度，把基本農田水利建設作為提升西部耕地質量的關鍵抓手，既創造了農戶勞動力的就業機會、增加收入，又提高了耕地糧食綜合生產潛力，確保糧食安全；重點是加強地形平坦優勢的西部省區或省區內地勢起伏較小的次區域基本農田水利建設，提升平原地形為主的西部縣區的耕地綜合生產能力。(2) 對基本農田水利設施的建設、養護和使用相結合，將維護與建設放在同等重要地位，同時強化基本農田灌溉區規劃與城市規劃、農村居民點規劃等的相互銜接，避免城市化帶來的居民點擴張對有效灌溉區域的吞噬，減少基本農田水利建設投資的浪費，是消除西部灌區有效灌溉能力的制約因素的重要途徑。

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Regional Differentiation of the Effective Irrigation Development and Influence Factors of the Cultivated Land in Western China

RAN Qinghong1, YUE Yunhua1,2, QU Bo3, YANG Ling1, XIE Deti4

(1.Department of History & geography and Tourism, Chengdu Normal University, Chengdu 611130, China;2.CollegeofEarthScience,ChengduUniversityofTechnology,Chengdu610059,China;3.SchoolofResources&EnvironmentEngineering,MianyangNormalUniversity,Mianyang,Sichuan621000,China; 4.CollegeofResources&Environment,SouthwestUniversity,Chongqing400716,China)

The effective irrigation area of cultivated land is the important factor affecting the comprehensive grain production capacity in the western China and the national food security. In order to understand well the effective irrigation management of the cultivated land in the western provinces of China, the curve estimation method was applied to investigate the effective irrigation area and irrigation level process, trend and regional differentiation in provinces of western from 1997 to 2010. The purpose of the curve estimation is to analy the development change of the effective irrigation area and the effective irrigation rate of the cultivated land. The results show that the effective irrigation area of cultivated land was low proportion in the western region of China and the effective irrigation rates of the western provinces were different. The characteristics of the effective irrigation area of cultivated land annual variation and growth trend were different. The regional differences of the effective irrigation level and utilization rate were very significant in different provinces. The contribution rate of all kinds of factors affecting the effective irrigation area was not the same. On the one hand, the effects of the abandoned wells and building occupancy of provincial cultivated land were more and more remarkable in the western provinces of China in the past years. On the other hand, the ecological restoration, aging engineering and other influence factors became more and more weakening in the provinces of western China.

cultivated land; effective irrigation; influence factors; spatial difference; western provinces of China

2014-08-12

2014-10-12

國家社會科學基金西部項目(10XJY0021)；2014年四川省省屬高校科研創新團隊(14TD0039)；成都師范學院科研啟動項目“西部農戶耕地保護的經濟困境和機制創新研究”

冉清紅(1968—),女,四川大英人,教授，博士,主要研究方向為農業資源利用與信息系統。E-mail:452947916@qq.com

岳云華(1964—),男,四川射洪人,教授，博士,主要研究方向為土地資源利用。E-mail:342068765@qq.com

F301.2； S274.3

A

1005-3409(2015)04-0241-06