宿州市农业用水变化及影响因素分析

高 杨，苗 颖

（1.宿州学院地球科学与工程学院，安徽 宿州234000；2.安徽省煤矿勘探工程技术研究中心，安徽 宿州234000）

农业是国民经济的基础，农业生产需要消耗大量用水，农业用水作为水资源利用的主体部分之一，其变化直接关系到农业生产的发展状况。随着社会经济的发展，各类用水量与日俱增，许多地区的水资源供需矛盾也日益突出，农业用水变化对水资源的数量和结构的变化有很大影响，对农业用水变化的分析和研究也逐渐增多，涉及对农业用水总量、农业用水结构等的变化分析[1，2]，以及在此基础上农业用水变化的影响因素分析[3－5]、农业用水趋势预测[6，7]、节水农业发展研究等[8]。各地的研究都表明近年农业用水发生了很大变化。但不同地区所表现的农业用水变化特点及影响因素各有不同。宿州市是安徽省重要的农粮产区和传统的农业大市，农业生产耗水量大，农业用水量变化不仅影响到区域粮食生产，还影响到整体水资源可持续利用状况，分析宿州市农业用水的变化趋势和影响因素，能够认识水资源利用变化的原因与机制，为确保农业用水的供应以及区域水资源合理配置提供科学的理论依据。

1 区城概况

宿州市位于安徽省东北部，地处淮北平原，与苏、鲁、豫三省接壤，市辖四县一区，分别是砀山县、萧县、灵璧县、泗县和埇桥区，总面积约9 787km2，其中耕地面积4 805km2，居全省第三位，总人口649万人。宿州市地处暖温带半湿润季风气候区，四季分明，年均降水量850mm，降水分布不均，主要集中在夏季，年际变化较大，旱涝灾害比较频繁，对农业发展非常不利。区内有奎濉河、新汴河、漴潼河、故黄河等小型水系，为农业灌溉提供便利。宿州市水资源总量约为34.8亿m3，人均水资源量556m3，耕地水资源占有量6 465m3·hm－2，分别不足全省的二分之一，全国的四分之一，随着区域经济的快速发展，水资源供需矛盾日益突出。2011年，全市总供水量10.87亿m3，其中地表水源供水量3.39亿m3，地下水源供水量7.48亿m3。

2 研究方法与数据来源

2.1 研究方法

根据宿州市研究时段内的农业用水量数据资料进行农业用水量变化趋势分析，并结合对应时段的水资源利用总量分析农业用水占总用水量的比例变化。在此基础上进行农业用水变化的影响因素分析，根据区域农业用水特点从多个影响农业用水量变化的因素中选择典型指标，应用主成分分析法对选取的影响因素进行分析。采用降维的方法把相互关联的多个指标转化成少数几个不相关的综合独立指标，使变量之间的相互干扰减弱，确定农业用水变化的主要影响因素，分析宿州市农业用水变化的机制。

2.2 数据来源

宿州市农业用水量及总用水量数据来源于2005－2011年安徽省水资源公报，其中农业用水量包括农田灌溉和林牧渔畜用水两部分。降水量、年均温、耕地面积、农作物播种面积、有效灌溉面积等自然、社会经济数据则来源于2006－2012年安徽省统计年鉴和2005－2011年宿州市国民经济和社会发展统计公报。

图1 2005－2011年宿州市农业用水量

3 宿州市农业用水变化特征分析

宿州市农业用水量变化如图1所示，2005－2011年宿州市农业用水量整体呈增加趋势，但波动比较明显。可以分为2个阶段，2005－2008年逐年农业用水量相对较少且波动大，其中2007年农业用水量最少，为1.78亿m3，2006年农业用水量最多，为4.36m3；2009－2011年农业用水量有明显增加且变化较平稳，农业用水量分别为5.33、5.30、5.45m3。

结合宿州市2005－2011年总用水量变化分析，农业用水占总用水量的比例变化如表1所示，农业用水所占总用水量比例的变化与农业用水量变化具有相似性。2005－2008年用水比例整体偏低，2006年较高，为52.78%，2007年最低，为28.34%；2009－2011年农业用水所占比例较之前有明显提高且浮动不大，分别为52.88%、53.37%、50.14%。

表1 2005－2011年宿州市农业用水及总用水量

4 宿州市农业用水变化影响因素分析

4.1 主成分分析

农业用水变化受多个自然因子和社会经济因子的共同作用，选取11个影响宿州市农业用水变化的社会经济和自然影响因子，分别是：播种面积 （X1）、有效灌溉面积 （X2）、节水灌溉面积 （X3）、旱灾受灾面积 （X4）、涝灾受灾面积 （X5）、种植业产量 （X6）、养殖业产量 （X7）、水产品产量 （X8）、年降水量（X9）、年均温 （X10）和总人口数 （X11），运用SPSS统计软件进行主成分分析，计算出相关关系矩阵、特征值、贡献率和累计贡献率，如表2、表3。

表2 相关系数矩阵

根据主成分分析方法的原则，提取特征值＞1，且特征值的累计贡献率达到85%～95%所对应的主成分。根据表3所示，前3个主成分的累计贡献率达88.988%，可代表原始因子所表征的绝大部分信息，所以选取前3个主成分。采用载荷矩阵对其反映主成分与原始变量的相关程度，如表4所示。可以看出：各因子对宿州市的农业用水量变化都具有不同程度的影响作用，第一个主成分中X2、X3、X5、X11的载荷较大，分别表示的影响因子是有效灌溉面积、节水灌溉面积、涝灾受灾面积和人口，其中涝灾受灾面积主要反映出气候条件产生的影响；第二个主成分中X7的载荷较大，其表示的影响因子是养殖业产量；第三个主成分中X11载荷较大，其表示的影响因子是年均温。通过分析主成分载荷及其表征意义，得出影响宿州市农业用水变化的主导因素是气候条件、灌溉面积、畜牧业发展和人口因素。

表3 前6个主成分特征值及主成分贡献率

表4 主成分载荷矩阵

4.2 主要影响因素分析

4.2.1 气候条件

气候变化是影响农业发展最重要的因素之一，主要是通过气温和降水的变化影响农业用水量。首先从气温看，气温升高会导致土壤蒸发及植物蒸腾量增加，农业需水量随之增加。2005－2011年宿州市年均温在15.4～16.3℃，最高年均温16.3℃出现在2006年，对应了前半时段农业用水量的最高值，与气温的影响作用吻合。其次从降水量看，降水量的多少直接影响着灌溉用水的需求量。2005－2011年宿州市降水量和农业用水关系对比如图2所示，年降水量和农业用水呈明显的负相关关系，其中2005、2007和2008年为降水量较多的年份，分别为1 059.9、1 159.7和893.7mm，其对应年份的农业用水量较少，2006、2009、2010和2011年为降水量较少的年份，分别为845.9、724.1、630.3和847mm，其对应年份的农业用水量明显增多，说明降水量变化与农业用水量变化是密切相关的。

4.2.2 灌溉面积

有效灌溉面积主要指灌溉工程或设备已经配备条件下，能够进行正常灌溉的水田和水浇地面积之和，它是反映中国耕地抗旱能力的一个重要指标。宿州市有效灌溉面积近年呈增加趋势，2005年有效灌溉面积35 802hm2，2011年上升至371 390hm2，有效灌溉面积的增加意味着农业灌溉用水的增加，这与宿州市农业用水变化基本吻合。农业节水灌溉技术近年在宿州市也得到了广泛的推广与应用，节水灌溉面积从2005年109.75hm2增加到2011年的11 516hm2，推动了农业的稳定发展。但从宿州市节水面积占有效灌溉面积比例看，长期徘徊在30%～31%，如表5所示，所以对宿州市农业总用水量减少的作用并不明显。

图2 2005－2011年宿州市年降水量与农业用水变化关系

表5 2005－2011年宿州市节水灌溉面积和有效灌溉面积变化

4.2.3 畜牧业发展

畜牧业发展主要从畜禽产品的产量反映，畜禽养殖数量的变化会直接影响到养殖业的用水量，这部分用水量虽然远小于农田灌溉的用水量，但随着畜牧业的发展，其对农业用水变化所起的作用也越来越大。宿州市的畜牧业发展近年相对比较稳定，2005－2011年畜产品年产量基本维持在69万t左右，只有2007年畜产品产量较低，为55.56万t，而对应农业用水量变化分析，2007年是近7年中农业用水量最少的年份，说明畜牧业发展和农业用水量的变化存在紧密联系。

4.2.4 人口因素

人口因素的影响主要包括通过农产品需求量变化带来农业用水量变化的间接影响，2005－2011年宿州市人口不断增加，从604.52万增加到649.23万，增加了44.71万人。由于人口的快速增长使农产品需求量大幅增长，要满足增长的需求量，必须增加农作物播种面积或提高单产，这两者都需要充足的农业用水作为保证。随着人们生活水平的提高，对肉、蛋、奶、禽等畜产品的需求量也在增加，推动农业产业结构的调整，对农业用水量必然会产生影响。另外，无论是人口数量的增加还是生活水平的提高都会使居民生活用水量大幅上升，在水资源总量一定的情况下，进行合理的水资源配置必然会影响农业用水量的变化。

5 结 论

通过对宿州市2005－2011年农业用水变化情况及影响因素的主成分分析得出：①近年农业用水量整体呈上升趋势，但波动比较明显，2005－2008年农业用水量相对较少且波动大；2009－2011年农业用水量有明显增加且变化较平稳。②农业用水量所占总用水量比例的变化与农业用水量变化具有相似性，2005－2008年用水比例整体偏低，2006年较高；2009－2011年农业用水所占比例较之前有明显提高且浮动不大。③影响宿州市农业用水变化的主要因素有气候条件、灌溉面积、畜牧业发展和人口因素等。

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