塔里木河流域水資源高效利用與農業種植結構調整

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業種植結構的重要因素。塔里木河是中國最大的內陸河，其流域是中國重要的農業基地，優化農業種植結構有助于緩解流域內用水低效問題。【方法／過程】基于水資源利用結構偏差模型，測算地區與作物的水資源利用結構偏差值，從時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構偏差值作為農業種植結構調整的依據?！窘Y果／結論】研究發現：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水資源利用效率較高，阿克蘇地區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。據此建議：根據“糧食基本自給…‘穩定棉花生產”的要求，在全面推行節水灌溉的基礎上穩定流域內棉花種植面積，整體調減糧食和油料的種植面積，調增水果、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業水資源利用效率。

關鍵詞：塔里木河流域；水資源利用結構偏差；農業種植結構

中圖分類號：F323.3 文獻標志碼：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區，同時也是西北典型干旱區和國家生態敏感區。流域水資源開發強度超過70%，農業用水量高達95%以上。水資源的極端匱乏、農業用水的無序擴張和用水效率的極端低下極大地擠占了塔里木河流域的生態用水，使得流域內生態系統持續惡化。但是其作為國家重要的糧棉產地，單純以“減水”“控水”為主的政策在一定時期、一定程度上會降低農業生產者特別是少數民族農民的經濟收益，激化社會矛盾。而在不減少現行耕地面積的條件下進行種植結構調整可能是緩解這一矛盾的重要政策手段。《國務院關于印發水污染防治行動計劃的通知》（國發[ 2015] 17號）指出要“嚴格控制缺水地區、水污染嚴重地區和敏感區域高耗水、高污染行業發展”以及“調整種植業結構與布局”。《全國農業現代化規劃（2016-2020年）》（國發[2016]58號）也指出要“以高效節水型農業為主攻方向，適度調減高耗水糧食作物”?？梢姡{整農業種植結構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可。

在學理層面，國內外學者圍繞水資源高效利用、種植業結構調整及二者的關系做了大量研究。在水資源高效利用這一問題上，國內外廣泛運用水足跡理論、稅收理論、水資源適應性理論從資源屬性的角度進行了深入的探討[1-5]。在種植業結構調整問題上，學者更多的是關注數學模型的引用以便為政策建議提供更為精準的理論支撐[6-10]。在二者的關系上，雖然近年來統計技術的發展和數學模型的廣泛運用加強了理論的普適性和科學性[11-18]，但水資源利用的約束條件，如自然環境、經濟社會發展水平、社會文化、科技水平在模型中少有體現，削弱了理論的適用性。雖然眾多研究認為，在綠洲農業區，種植結構調整是在水資源約束下協同農業發展和水資源高效利用的有效方式；但上述研究多數以內地各灌區或省份為例，涉及新疆塔里木河流域的文獻較少[19-20]，且大多發表于10年前，對于研究塔里木河流域的農業種植現狀參考性較弱。更為重要的是，從整個流域的視角，既往研究中并沒有很好地揭示由農作物種植引起的水資源利用的時空差異。

基于此，本研究利用農用水資源配置效率模型中的水資源配置結構偏差公式[21]測算了塔里木河流域五地州的水資源利用結構偏差值，并在此基礎上構建了作物水資源配置結構偏差公式，以此作為農業種植結構調整的依據，給出對應的調整建議。研究貢獻主要有以下3點：（1）對水資源利用結構偏差值進行了理論上的拓展，賦予其新的意義重新研究農業種植結構對流域水資源的影響；（2）分別從時間差異、空間差異和作物差異來分析地區與作物的水資源利用效率，為水資源配置調整方向；（3）為優化農業種植結構與水資源節約提供了新的證據，對政策的出臺具有指導意義。

1 研究區概述

塔里木河流域（以下簡稱塔河流域）由環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、克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州）、喀什地區以及和田地區，還有4個生產建設兵團（第一師、第二師、第三師和第十四師）。

1.1 塔河流域水資源現狀

根據《新疆統計年鑒》2021年數據，塔河流域總面積102.7萬km2，耕地面積203.2萬hm2，節水灌溉面積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，其中農業用水達304.0億m3，占93 .1%（表1）。生態輸水計劃向天然胡楊林區輸送的人工生態補水量僅為11.13億m3。塔河流域水資源主要來源于冰川融雪補給，然而隨著人類活動，生產用水逐年增加且用水結構偏向農業，生態用水的縮減致使生態環境嚴重退化，近年來下游生態環境雖經過綜合治理后初步改善，但仍需提升農業用水效率。

1.2 塔河流域農業種植結構

農業作為國家和地區經濟、社會發展的基礎，其發展不但與資源條件、生產條件和社會經濟條件有關，也與農業結構變化密切相關。近些年來，塔河流域農業生產格局由偏重糧食作物的單一生產轉向為糧、棉、肉、奶、糖多業并重的新格局，現代化的農業結構正在取代低級的傳統農業結構。

塔河流域主要商品化種植的農作物包括糧食類（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年主要農作物種類無變化，其比例變為3.2：3.7：2.2：0.6，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 水資源利用結構偏差理論框架

水資源利用結構偏差能表明水資源配置的大概方向，對于調整農業種植結構具有重要作用。本文借鑒朱立志[21]的農用水資源配置效率分析研究，結合魏敬周等[22]的水資源結構偏差理論框架，構建塔河流域農用水資源結構偏差模型，運算模型如下：

式（1）中，Ri示j地區的水資源利用結構偏差，Yi表示j，地區的農業產出，單位為t，wi示j地區農業用水量，單位為m3。水資源利用結構偏差值能夠反映各地提高水資源利用效率的潛力，水資源利用結構偏差值為正，代表水資源利用效率相對較高，反之則較低。式（1）不僅可從流域層面分析用水效率的變化趨勢，也可分地州深層探討地區間水資源利用效率差異。根據研究需要與數據可得性，本文沿用魏敬周[22]研究中的數據獲取方式，所用產出與用水數據均整理自各年份的《新疆統計年鑒》。

2.2 改進的水資源利用結構偏差模型

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，所需農業水量各異。因此，基于式（1），本文從作物差異角度進行模型改進，引入農產品虛擬水含量指標[23]，測算塔河流域及各地州主要作物的水資源利用結構偏差值。

若從流域層面測算作物水資源利用效率情況，公式如下：

3 實證分析

3.1 地區水資源利用結構偏差

3.1.1 塔河流域水資源利用效率的時間差異分析從時間差異角度，根據式（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，代表塔河流域水資源自此得到高效利用。2007年水利部發布的《水量分配暫行力、法》（水利部令第32號）和2008年財政部、國家發展改革委和水利部聯合發布的《水資源費征收使用管理辦法》都從水資源優化配置角度出發對取、用水量做了嚴格規定。根據新疆維吾爾自治區黨委黨史和文獻研究院記錄，2008年塔河流域綜合治理完成建設投資的70%，完成了竣工驗收項目39項。相關政策的指導和相關項目投入的有序進行可能是塔河流域水資源利用效率于2008年前后均轉為正值的原因。

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，根據式（1）進行深層次的分析，分別測算塔河流域內五地州2000-2020年的水資源利用結構偏差值，由此了解各地州水資源利用效率的區際差異及其變化情況。如表2所示，巴州與喀什地區水資源結構偏差整體為正；阿克蘇地區與克州水資源結構偏差整體為負；和田地區水資源結構偏差呈現由正轉負現象，說明巴州、喀什地區水資源利用效率較高，而阿克蘇地區與克州水資源利用效率相對較低，和田地區在2007年之前雖水資源利用效率為正，但水資源利用結構偏差值呈現下降趨勢，2008年后水資源利用效率變為低效。根據新疆統計年鑒2000-2020年數據，喀什地區農業用水雖為歷年最多，但其農業產出也最高；而阿克蘇地區農業用水與喀什地區相近，農業產出卻比喀什地區低40%左右。由此可以合理推測，喀什地區由于種植的多為經濟價值高且低耗水的果蔬作物，且農戶在資本投入上有所顧忌，因此水資源消耗相對較低；巴州地區以非農經濟占主導地位，農業經濟發展與水資源利用皆處于五地州中端；阿克蘇地區農業用水效率低下，作為五地州中棉花種植面積最大的地區，其水資源低效利用的原因十分明顯；克州水資源利用結構偏差值處于負增長狀態，說明其水資源利用效率在20年間持續走低，受地理環境因素制約，該地區農業發展始終處于五地州末端，因此需要改進農業技術、提升用水效率；自2008年以來，和田地區農業產出占比偏低，水資源利用結構偏差值均為負數，同時由于當地農業用水量逐年降低，2008-2020年的水資源利用結構偏差值表現為正向增長。

3.2 改進的作物水資源利用結構偏差

為達到通過調整農業種植結構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層面與各地州層面的作物水資源利用結構偏差，能夠更直觀地得到高耗水作物與低耗水作物的分類，并以此為依據進行農作物種植結構的調整。農產品虛擬水含量指標與塔河流域作物水資源利用結構偏差值計算結果分別如表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構偏差值呈負數，且水資源利用效率逐年變差；其他作物的水資源利用結構偏差值則在一定范圍內小幅波動，整體穩定。

從地州層面測算作物水資源利用結構偏差，結果如表5所示。可以看出，作物水資源利用效率較好的為阿克蘇地區與克州，而巴州、喀什地區、和田地區作物水資源利用效率較差。五地州農作物水資源利用結構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構偏差值多數為負數，其中糧食作物水資源利用效率最差。水果作為南疆地區除棉花外主要的經濟作物，其低耗水高產出的特點在喀什地區凸顯得尤為明顯，當地獨特的光照條件也提高了水果的經濟價值，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。據走訪調查得知，當地糧食類作物多數采用大水漫灌方式進行灌溉，耗水量極大，在其產出固定的情況下，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 關于各類偏差的總結

本文主要從兩個視角進行水資源利用結構偏差測算：一是地區水資源利用結構偏差，二是作物水資源利用結構偏差。前者從時間差異與空間差異人手，對塔河流域及流域內部五地州分別做出農業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構偏差，采用改進的模型從流域層面遞進至地州層面來分析作物之間的用水效率差異，得出各地區作物的水資源利用結構偏差值，該數據為各地州調整農業種植結構提供了依據，且改進后的水資源結構利用偏差為水資源高效利用的相關研究提供了新的內容。

4 結論和建議

4.1 結論

本文將水資源配置結構偏差公式與水資源利用結構偏差理論相結合，測算了塔河流域五地州農業水資源利用情況，并進一步對模型做出改進，得到作物水資源利用結構偏差值，以此作為農業種植結構調整依據，該結果與研究區實際情況相符，具有科學性。

本研究的主要結論為：（1）塔河流域水資源利用結構偏差值于2008年之后轉正，總體有所提升；（2）五地州水資源利用較高的地區為巴州和喀什地區；水資源利用效率較低為阿克蘇地區與克州；和田地區水資源利用效率逐年下降并于2008年后出現負值，水資源利用結構偏差呈現明顯的區域性特征；（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業用水效率。

4.2 政策建議

依據研究結論，塔河流域應整體調減糧食和油料面積，但需保證“糧食基本自給”的基本要求，實現水資源和糧食的雙向安全，并在全面推行節水灌溉的基礎上穩定棉花種植面積，同時調增水果、蔬菜、苜蓿、甜菜和薯類作物種植面積以提升農業用水利用效率，減少巴州、喀什地區和和田地區的油料作物面積。各地州應當遵循“以水定產、以產適水”原則，積極宣傳普及節水管理方式，引導農戶種植抗旱且經濟價值高的作物。

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