重慶市農業用水量與農業經濟發展脫鉤程度的時空變化

彭 虹，黃攀攀，張萬順，夏 函，許典子

(1.武漢大學水資源與水電工程科學國家重點實驗室，湖北 武漢 430072；2.武漢大學資源與環境科學學院,湖北 武漢 430079)

重慶市是長江上游重要的經濟、金融和商貿物流中心。為了保障社會經濟和國土空間有序發展，2010年我國頒布了《全國主體功能區規劃》，重慶市作為落地實施的典型區域，涵蓋了重點開發區和重點生態功能區兩種主體功能區劃[1-3]。不同功能區之間發展目標存在差異，重點開發區和重點生態功能區分別以城鎮發展和生態安全保障為主要功能。作為我國農村面積最廣、農業比重最大和農業貧困人口最多的直轄市，重慶市在推動城鎮與生態安全保障功能良好發展的同時，保證農業功能正常發揮，對提高重慶市自身主體功能區建設成效以及確保長江上游地區的社會經濟和諧與可持續發展，具有重要意義[4]。

水資源作為社會經濟發展的基礎性自然資源和戰略性經濟資源，是農業發展不可或缺的基本要素[5-6]。我國水資源與農業發展之間的關系已受到政府和學術界的廣泛關注，當前國內外學者們對于農業發展與農業用水的研究主要集中在氣候變化對農業生產影響、農田改造以及土地流轉對農業生產影響、農業發展能力及其驅動因素、農業用水現狀與驅動因素分析、農業水資源承載力評價、農業用水效率測度及影響因素評價等。如Laux等[7]和Piao等[8]分別分析了氣候變化對喀麥隆以及中國農業生產的影響；Jin等[9-10]采用數值模型法評估了2006—2010年農田改造對中國農業生產力的影響；Yan等[11]以黃淮海平原為研究區域，建立了農業生產率模型，分析了土地流轉對農業生產率的影響；張鳳太等[12]采用主成分分析法定量分析了三峽庫區重慶轄區農業發展能力及其驅動力因素；李保國等[13-15]在國家尺度上分析了我國農業用水的現狀、結構以及驅動因素；邵薇薇等[16-17]則以省級行政區劃為研究區域，分別對我國南、北方地區城鎮化和工業化進程中農業用水演變規律及其影響因素進行了詳細分析，并從工程建設、法律法規、政策管理等層面提出農業用水保障措施；張士鋒等[18]、熊黑鋼等[19]采用綜合評估法分別對松花江區以及新疆奇臺縣農業水資源承載力優化配置等進行了研究；封志明等[20]針對農業水資源利用效率評價指標的不相容性問題，提出了農業水資源利用效率綜合評價的遺傳投影尋蹤方法，并對甘肅省81個縣域農業水資源利用效率進行了綜合評價與分區。經濟發展的同時資源消耗降低的現象稱為“資源利用脫鉤”，經濟發展與水資源利用之間的“脫鉤”是指在保持經濟社會繼續增長的前提下，水資源利用效率持續快速提高，而水資源利用總量增長速度逐漸減慢，最終水資源利用總量達到頂峰，實現用水零增長甚至負增長[21]。對區域農業用水與農業經濟發展之間脫鉤態勢進行量化評價，是把握區域農業用水需求變化趨勢，實現農業經濟發展與水資源消耗利用脫鉤，進而推動農業綠色現代化生產的重要前提，對保障區域農業功能正常發揮，促進區域水資源利用和社會經濟和諧可持續發展具有重要意義。

本文結合重慶市各區縣主體功能區定位，在綜合分析重慶市水資源及農業發展水平在平水年和枯水年不同水文年下變化特征的基礎上，對重慶市及其38個縣(區、縣)的農業用水與農業經濟之間的脫鉤程度進行量化分析，以期為改善重慶市農業用水與農業經濟發展關系及實現農業用水與農業經濟發展的永久“強脫鉤”奠定科學基礎。

1 研究區域概況

重慶市地處青藏高原與長江中下游平原的過渡地帶，市域面積8.24萬km2，下轄38個區(市、縣)，是中國西部最大的城市和西南地區的工商業重鎮，同時也是“一帶一路”[22]和長江經濟帶的重要聯結點。重慶市地勢呈現東南部和東北部高，中部和西部低，由南北向長江河谷逐級降低的趨勢，地形起伏較大，地貌類型復雜多樣，以山地、丘陵為主，屬亞熱帶季風性濕潤氣候，年平均氣溫16～18 ℃，年降水量1 000～1 450 mm。重慶市境內河流縱橫，長江自西南向東北橫貫市境，北有嘉陵江，南有烏江匯入，形成向心的、不對稱的河網水系，水資源豐富。重慶市地理位置和主體功能區劃如圖1所示。

圖1 重慶市地理位置和主體功能區劃Fig.1 Geographical location and main function positioning of Chongqing City

2 研究方法與數據來源

2.1 農業用水與農業經濟協調發展脫鉤評價模型

20世紀50年代，西方科研工作者在發達國家經濟增長與資源能源消耗關系研究的基礎上，提出了脫鉤(decoupling)理論，脫鉤被定義為經濟增長與物質消耗速率不同步的過程。近年來脫鉤一詞被世界銀行引入到資源環境領域，并逐步發展成具有資源環境領域特色的脫鉤分析。脫鉤評價方法主要有：變化量綜合分析法、脫鉤指數法、彈性分析法、基于完全分解技術的脫鉤分析方法、IPAT模型法、描述統計分析法、計量分析法和差分回歸系數法等[22-23]。這些方法被國內外學者廣泛應用于經濟發展與土地利用、碳排放、能源利用等方面，但對中國農業經濟發展與水資源消耗利用之間脫鉤分析的研究文獻卻很少[24]。本文主要運用Vehmas脫鉤指數法來定量分析農業用水量與農業產值之間的關系。Vehmas脫鉤指數又稱綜合指數法，主要運用一定時期的GDP變化率與水資源的變化率來確定脫鉤關系，計算公式為

(1)

式中：Dt為t時期的脫鉤指數；ΔW和ΔG分別為農業用水量和農業產值的變化速率；Ws和We分別為起始年和末年的農業用水量；Gs和Ge分別為起始年和末年的農業產值。

為更準確地反映農業用水量與農業產值之間的關系，有學者對脫鉤指數的取值范圍進行了界定,將農業用水量與農業經濟發展的關系劃分為強脫鉤、弱脫鉤、衰退性脫鉤、強復脫鉤、弱復脫鉤、擴張性復脫鉤6個等級[25]，如表1所示。

表1 農業用水量與農業產值的關系Table 1 Relationship between agricultural water consumption and agricultural output value

2.2 數據來源

本文采用的重慶市水資源總量、各產業用水總量、生活用水量、生態用水量等數據主要來自《重慶市水資源公報》；農業產值數據主要來自《重慶市統計年鑒》。為充分分析水資源變化對重慶市農業用水與農業經濟發展的影響，根據《重慶市水資源公報》，本文選取涵蓋豐、平、枯不同水文條件的2003—2017年時間序列，探討不同水資源條件下重慶市農業用水與農業經濟發展的脫鉤程度。

3 結果與分析

3.1 重慶市水資源時空分布特征

降水是重慶市水資源量的主要來源，降水量越大，水資源總量越豐富。根據《重慶市水資源公報》，2003—2017年重慶市水資源總量隨降水量波動變化，平均水資源量為535.0億m3，水資源總量豐富，但年際變化較大，水文條件不斷發生改變。其中2003—2005年、2007—2008年、2014年以及2016—2017年為平水年，2009—2013年以及2015年為偏枯年，2006年重慶市發生重大干旱災害，降水較常年同期明顯減少，是1951年以來降水量最少的年份，為特枯年。受地理位置、區域面積、降水等自然因素的影響，重慶市水資源量空間分布不均勻(圖2)。

圖2 重慶市多年平均水資源量空間分布Fig.2 Spatial distribution of average water resources in Chongqing

由圖2可知，重慶市水資源在空間分布上表現為自西部向中、東部遞增的趨勢,城口縣、巫溪縣、奉節縣、彭水縣、酉陽縣等重點生態功能區水資源量均大于25億m3,水資源相對豐富；渝中區、大渡口區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區等重點開發區，多年平均水資源量均小于2億m3，水資源相對匱乏。水資源量最大的是北部的重點生態功能區巫溪縣，多年平均水資源量為54.7億m3；水資源量最小的是西部的重點開發區渝中區，多年平均水資源量為0.1億m3。

3.2 重慶市農業用水量及農業經濟變化特征

2003—2017年不同水文特征條件下重慶市農業用水量與農業產值如表2所示。

表2 重慶市不同水文年農業用水量與農業產值Table 2 Agricultural water consumption and agricultural output value in different hydrological years in Chongqing

從時間變化上看，2003—2017年重慶市農業用水量受水文條件變化的影響。分析表2中的農業用水量數據可知，平水年、枯水年和特枯年農業平均用水量分別為23.3億m3、23.9億m3和20.18億m3，結合水文條件分析原因可知，在平水年，得益于充足的天然降水，農業發展對灌溉用水的需求較枯水年有所減小，因此農業用水量平水年小于枯水年；而在特枯水文年，天然降水嚴重不足，農業發展雖對灌溉用水有極大需求，但受水資源總量極度匱乏的限制，為滿足生活與工業生產用水的需求，農業用水量受到大幅削減，下降至研究時間段的最低點。分析農業經濟數據可以看出，除在2006年水文特枯年的農業產值有所下降外，其他年份農業產值均呈增加趨勢。

從空間分布上看，重慶市農業用水量與農業產值空間分布特征相同，均呈現出明顯的地域不均衡性(圖3和圖4)。其中，多年平均農業用水量與農業產值最小的區縣均為重點開發區渝中區，最大的區縣均為重點開發區江津區，江津區多年平均農業用水量與農業產值大約是渝中區的25 000倍，地區差異顯著。近年來，重慶市主城區的渝中區、大渡口區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區6個重點開發區，農業產值均呈不斷下降趨勢，即這6個重點開發區在推動城鎮功能良好發展的同時，忽視了農業功能的正常發揮，導致農業功能逐漸減弱，特別是渝中區的農業產值降低至0，農業功能完全喪失，變為完全城市化地區。

圖3 重慶市多年平均農業用水量空間分布Fig.3 Spatial distribution of average agricultural water consumption over years in Chongqing

圖4 重慶市多年平均農業產值空間分布Fig.4 Spatial distribution of average agricultural output value over years in Chongqing

結合圖2的重慶市水資源量空間分布進一步分析可知，重慶市水資源分布與農業經濟發展不匹配。重點開發區水資源量占重慶市水資源總量的46.7%，農業產值占重慶市農業總產值的75.1%，而重點生態功能區水資源量占重慶市水資源總量的53.3%，但農業產值僅占重慶市農業總產值的24.9%。其中，農業產值超過40億m3的江津區與合川區這兩個重點開發區水資源量均低于15億m3,水資源豐富程度處于一般水平；而水資源量超過 25億m3的重點生態功能區城口縣，農業產值低于5億元，農業功能較弱。

3.3 重慶市總體農業用水與農業產值脫鉤程度及時序演變

根據式(1)，以重慶市2003—2017年水資源公報數據和社會經濟數據為基礎，計算變化水文條件下重慶市總體農業用水與農業產值的脫鉤指數，并以此來判斷重慶市總體農業用水與農業經濟發展之間的相互關系，見表3。

表3 重慶市不同水文年農業用水與農業產值脫鉤關系Table 3 Decoupling relationship between agricultural water consumption and agricultural output value in different hydrological years in Chongqing

總體而言，重慶市總體農業用水量與農業產值之間一直處于脫鉤狀態，但脫鉤程度受水文特征變化的影響。當水文條件由平到枯，脫鉤情況很不穩定，在衰退性脫鉤—弱脫鉤—擴張性負脫鉤之間轉換，即水資源總量減少時，重慶市總體農業用水量與農業產值之間多數處于不理想的脫鉤狀態。當水資源由枯到平時，重慶市總體農業用水量與農業產值之間一直處于較理想的弱脫鉤狀態或最理想的強脫鉤狀態，即隨著水資源量的增加，農業用水量與農業產值之間的關系趨于理想狀態。具體表現如下：

a. 水資源由平到枯時，重慶市農業用水量與農業產值之間分別處于衰退性脫鉤、弱負脫鉤以及擴張性負脫鉤狀態。其中，2005—2006年處于衰退性脫鉤狀態，原因是平水年到特枯年，受水資源極度短缺的影響，農業用水量大幅減少，農業產值下降，且水資源消耗減少的速率大于經濟衰退的速率，因此處于衰退性脫鉤狀態。2008—2009年以及2014—2015年水資源均為平水到偏枯狀態，但農業用水量與農業產值的關系分別處于弱脫鉤與擴張性負脫鉤狀態，分析原因可知，2008—2009年以及2014—2015年水資源量同由平水轉向偏枯狀態，需要增加灌溉用水量來滿足農業發展的需求，但2014—2015年相比2008—2009年降水量減少更多，因而農業灌溉用水需求增加更多，這雖然造成2008—2009年以及2014—2015年水文特征變化趨勢相同，但農業用水量與農業產值的關系發生變化。

b. 水資源由枯到平時，重慶市農業用水量與農業產值由較為理想的弱脫鉤狀態向理想的強脫鉤狀態轉化。其中，2006—2007年處于弱脫鉤狀態，主要原因是特枯到平水年，水資源總量增加，農業用水量與農業產值隨之增加，但農業產值增長的速率要大于農業用水消耗的速率，處于較為理想的弱脫鉤狀態。2013—2014年以及2015—2016年水資源均由偏枯到平水變化，這得益于天然降水量的增加，農業發展對農業灌溉用水的需求減少，農業用水量減少，但農業產值增加，農業用水量與農業產值處于最理想的強脫鉤狀態。

3.4 各縣(區)農業用水量與農業產值脫鉤程度

為進一步分析水文條件變化對重慶市各縣(區)的農業用水量與農業產值相關關系的影響，結合水文變化特征，選取2014—2016年3個水資源發生變化的連續年份，根據公式(1)分別計算出各功能區2014—2015年、2015—2016年農業用水量與農業產值間的脫鉤指數，分析水資源由平水年—偏枯年—平水年變化對各縣(區)農業用水量與農業產值關系的影響，如表4所示。

總體表明，重慶市各縣(區)農業用水量與農業產值之間的關系很不穩定，脫鉤程度受水文條件變化的影響，2014—2016年，隨著水資源由平水年—偏枯年—平水年變化，約72.9%的功能區農業用水量與農業產值之間的關系得到改善，其中約5.4%的縣(區)由不理想的擴張性負脫鉤狀態轉換為較理想的弱脫鉤狀態；約45.9%的縣(區)由不理想的擴張性負脫鉤狀態轉換為最理想的強脫鉤狀態；約21.6%的縣(區)由較理想的弱脫鉤狀態轉換為最理想的強脫鉤狀態。

2014—2016年，多年平均水資源量均小于 2億m3，即水資源量相對匱乏的大渡口區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區5個重點開發區，農業用水量與農業產值之間一直處于不理想狀態的弱負脫鉤或衰退性脫鉤狀態。另有部分多年平均水資源量大于20億m3，即水資源相對豐富的縣(區)，如重點開發區萬州區以及奉節縣、秀山縣、彭水縣3個重點生態功能區，農業用水量與農業產值脫鉤程度不受水資源變化的影響，始終處于較理想的弱脫鉤狀態。

表4 各縣(區)農業用水量與農業產值脫鉤關系Table 4 Decoupling relationship between agricultural water consumption and agricultural output value in each county (district)

4 結 論

a. 重慶市水資源量時空分布不均，且與農業經濟發展不匹配，西部的涪陵區、巴南區、江津區、合川區、永川區、綦江區、潼南區等重點開發區農業功能較強而水資源量相對較少，北部的重點生態功能區城口縣農業功能較弱而水資源量相對較豐富，可通過工程與非工程措施，提高區域調蓄能力，優化水資源配置，改善水資源時空分布不均的局面，實現農業經濟發展與水資源分布的空間匹配。

b. 重慶市總體農業用水量與農業產值一直處于脫鉤狀態，且脫鉤程度受水文特征變化的影響，水文條件由平到枯時，農業用水量與農業產值之間多數處于不理想的脫鉤狀態；水文條件由枯到平時，農業用水量與農業產值由較為理想的弱脫鉤狀態向理想的強脫鉤狀態轉化；重慶市多數縣(區)農業用水量與農業產值之間的關系同樣受水文條件變化的影響，2014—2016年，隨著水資源由平水年—偏枯年—平水年變化，約72.9%的功能區農業用水量與農業產值之間的關系得到改善。可通過增強重慶市農業科技研發投入與農業發展科技創新能力，提高農業用水效率，降低水文條件變化對農業用水量與農業產值之間關系的影響，進一步提高重慶市農業用水量與農業經濟發展的脫鉤程度，實現水資源利用與經濟的和諧可持續發展。

c. 近年來，重慶市主城區的大渡口區、江北區、沙坪壩區、九龍坡區、南岸區等重點開發區，農業用水量與農業產值均呈下降趨勢，農業功能逐漸減弱，農業用水量與農業產值之間始終處于不理想狀態。需進一步分析造成農業功能下降的原因，并采取相應措施，遏制功能區農業經濟衰退態勢，保障農業功能正常發揮。