水资源约束下区域耕地资源开发利用研究

2017-03-21孟祥玉雷国平孙晓兵曲晓涵

节水灌溉 2017年9期

孟祥玉，雷国平，孙晓兵，曲晓涵

(1.东北农业大学资源与环境学院，哈尔滨 150030；2.东北大学土地管理研究所，沈阳 110004)

0 引言

耕地资源作为人类生存发展的物质基础，其对于保障国家粮食安全具有重要的意义，科学合理的开发利用耕地资源对社会经济与生态环境的健康可持续发展具有举足轻重的地位[1]。水是农业的命脉，农业的发展、农业生态系统及粮食安全生产与农业水资源的供给能力直接相关，然而，农业水资源的高强度开采已出现严重的用水矛盾现象。水资源作为耕地资源有效利用、农作物健康生长的重要限制因素，影响耕地规模尤其是水田规模，如何有效的平衡水资源与耕地资源之间关系以实现耕地资源的可持续利用与保障国家粮食安全已成为耕地资源利用的关键。耕地资源的可持续利用保障社会经济的持续稳定发展，而东北地区作为我国重要的粮食生产基地，对于保障我国粮食安全具有重要意义[2]。《国家粮食中长期规划纲要(2008-2020年)》规划对东北地区粮食生产提出了更高的要求，而优化土地资源利用结构与提升利用程度显得意义非凡[3]。水稻是我国主要的口粮作物，在我国粮食生产中占有极其重要的地位，水稻的生产与发展直接关系到我国的粮食安全[4]。然而，在近几十年的土地资源利用过程中，东北地区耕地资源利用呈现明显的“旱改水”的水田化趋势，并呈现由南向北、由西向东逐步扩张的趋势[5]。水资源对于水田的扩张及其高效利用具有限制性作用，因而水田的规模变化将影响区域耕地规模的稳定性。

目前，针对水资源约束下适宜耕地规模的研究不多。主要是利用水量平衡原理、水热平衡原理建立水资源与耕地面积的相关关系式计算区域耕地规模。如王韶华等以农业需水量和地下水可开采模数两种方法，计算了三江平原适宜水稻种植的面积[6]。赵新风等依据水量平衡原理计算塔里木河流域不同水平年的最大灌溉面积[7]。赵清以建三江分局为研究区在分析了水资源开发利用情况的基础上，通过农业需水量的方法对当地水田规模进行的估算[8]。向长玉等基于GIS技术，考虑自然约束条件，应用定量化模型计算黑龙江省通河县的最大水田面积[9]。郝丽娜等利用水热平衡原理建立适宜规模模型确定黑河干流中游地区耕地规模[10]。邓宝山等在水热平衡理论基础上分析了吐鲁番绿洲适宜规模及其稳定性[11]。关于水资源约束条件下耕地规模的研究主要都集中在西北干旱区，东北区域研究较少，还没有意识水土资源的稀缺性、有限性、地域性决定了农业发展和粮食安全只能依靠现有水土资源的合理利用，而针对较小区域的耕地规模的研究就更少。

黑龙江省作为我国重要的商品粮生产基地，耕地资源利用虽呈现多样性，水田的面积大幅度增加，旱地快速减少已成为其耕地资源利用的主要特征。本文利用水稻的种植面积计算水田的面积[12]，由于农场现有水田面积已占耕地面积的90.27%，水田是农场耕地开发利用的主要方向，因此本文将以计算农场水田规模为耕地规模。大规模的水稻种植必须有充足的水源。因此本文以三江平原寒季水稻种植第一场的位于黑龙江农垦总局建三江分局青龙山农场为研究区，基于遥感影像数据对其耕地利用时空变化特征分析的基础上，根据水量平衡的原理，探究水资源约束下耕地的适宜规模，以期为水土资源的高效利用，发展适度规模耕地，农业种植结构调整及其耕地资源的可持续发展提供参考。

1 研究区概况

青龙山农场位于黑龙江省三江平原东北部，隶属于黑龙江省农垦总局建三江分局，地理坐标132°53′～133°55′E， 47°47′～48°13′N，北靠黑龙江，西临青龙莲花河。土地面积为601.33 km2，为建三江分局土地面积的4.85%，其地理位置如图1所示。其气候属于寒温带大陆性季风气候，夏季高温多雨，冬季寒冷干燥，全年温差大，年均气温为2.0 ℃，年气温大于10 ℃以上有效积温为2 350.3 ℃，年均日照时数约为2 600 h，年均无霜期为127 d，年均蒸发量1 159.6 mm。年均降水量约为550 mm，且降水时空分布不均，多集中在6-9月，地表年径流量为0.48 亿m3，但由区域水资源利用现状可知，利用率极低，几乎不利用，在区域这种降水量时空分布不均，地表径流水利用率极低的状况下，为保证农业的高产稳产，利用地下水灌溉发展水田是主要手段。区域内地形低平，地势南高北低，东高西低，地面坡降为1/7 000～1/1 000。土壤类型主要有白浆土、草甸土、沼泽土及泛滥地土壤，土壤肥力较高，适宜农业种植。

图1 青龙山农场地理位置示意图

作为寒地水稻的发源地、三江平原水稻种植第一场的农场，青龙山农场经济发展以农业为主，耕地资源的开发利用因农业发展及种植业结构调整而经历了很大的变化。农场主要种植水稻、大豆、玉米等作物，由于水稻亩产量及其收益高的优势及国家政策支持，已成为农场耕地的主导作物。农业生产综合机械化率96.8%。周边地表水较为丰富，但由于其缺乏水源工程，田间配套工程使得其开发利用率极低。由于农民可根据自己意愿随意打井开采地下水并采用漫灌方式种植作物，机电井的数量在2000-2014年间就由679眼增加到1 590眼，增加了134%，地下水严重超采并伴随着用水浪费现象。随着农场水稻种植面积的增加，农业用水也不断增加，引发了农业用水与生活用水之间的矛盾。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

(1)遥感影像数据。本文主要以全国第二次土地调查数据为基础数据，基于Landsat TM/OLI遥感影像为数据源，获取青龙山农场2000、2014年土地利用数据集。通过选取2000和2014年云量较少且覆盖全境的Landsat遥感影像，选取其分辨率为30 m的绿色、红色、近红外波段合成30 m分辨率的标准假彩色影像，经过几何校正、图像增强等过程，获取2000、2014年遥感影像数据集。基于Arcgis10.2软件平台以二调数据为参考，根据不同的地类的色调、纹理等特征进行人工目视解译，提取2000、2014年土地利用数据，根据野外实地勘测检验其精度在90%以上。由遥感解译获得水田与旱地的空间分布数据。

(2)水利数据。水资源作为水田开发利用的重要限制性因素，本文主要利用参数有降水渗入系数、渗透系数、垂直于计算剖面的水利坡度、含水层厚度、河道或河段长度、灌水定额、入渗系数、洪水淹没区地表水深度等数据。其中，数据主要源自建三江管局水利局《建三江水利志》。

(3)其他数据。灌溉定额数据通过实地调查，结合建三江信息港、建三江管局寒地优质高产水稻生产技术规程、黑龙江省用水定额标准(DB23/T 727-2003)获得。利用灌溉定额计算区域耕地规模。降雨量等气象数据则主要来自青龙山农场气象局。农场信息主要来自《黑龙江史志》、《建三江农垦志》、《黑龙江农垦地名录》、《青龙山农场史志》、《黑龙江垦区统计年鉴》(2001-2015年)、《黑龙江省水文地质志》等统计数据。

2.2 研究方法

分析区域耕地内部结构变化，利用水田旱地的种植比例计算农业需水量，与降水量比较求出基于降水条件下区域内耕地适宜规模。根据公式计算地下水可开采量，利用灌溉定额计算出基于地下水可采量下耕地的适宜规模，将计算出的耕地面积与实际的耕地面积进行比较，得出区域耕地的超载情况。利用区域内径流量结合自流提水灌溉定额计算地表水条件下的耕地规模。

2.2.1 农业需水量

青龙山农场的主要作物是水稻，水稻的生长要经历5-10月的生育期，11-4月的休闲期。根据相关实验数据及文献资料可知各主要作物需水量[13,14]。其中大豆的需水量为498 mm，玉米的需水量为478 mm，水稻的需水量为660 mm。在气候温度及纬度的影响下，东北区域农作物均为一年一熟，11-4月内蒸发量很小，水稻面积比例高于旱地且需水量大，旱作物基本不灌溉，故可将旱作物及非耕地上植物的蒸散量用旱作物需水量的均值替代，计算作物需水量[15]。农场旱地作物是由农民意愿随意种植，可将玉米，大豆按轮作的方式进行种植，由此可定旱田的需水量为488 mm。

农业需水主要是指区域土地1 a所需用水量(包括非耕地与非生育期生态用水)[16]。利用农作物的需水量来表征耕地的需水状况，结合农作物的播种面积计算出农业需水量。即：

W农=W旱(1-Z)+W水Z

(1)

式中：W农为农业需水量，mm；W旱为旱作物平均需水量，mm；W水为水稻需水量，mm；Z为水稻种植比例。

目前针对耕地规模的已有不少学者开始研究，其中根据向长玉等[9]可知利用以下公式即可求得区域内耕地规模，公式如下：

(2)

式中:S水为水田面积，km2；Q总为总耗水量，mm/km2；Q旱为旱地单位面积耗水量，mm/km2；S总为区域耕地面积，km2。

2.2.2 地下水补给量

在4月中旬开始水稻要进行棚内育秧及泡田整地，为抗低温及以水泡田化冻的作用。到5月进行秧苗移栽，6月初基本完成稻苗移栽进地工作。7月齐穗期需要陆续对水田供应充足的水分，而到9月成熟期、10月末水稻收获时却不需要水资源，与之相反的是越干热越好，为便于机械收割。降水主要集中在6-8月，在水稻的整个生育期内，由于降水的时间不适宜及空间不均性，常有春旱秋涝的现象发生。地表水资源控制性工程的缺乏，青龙山农场水田主要依靠地下水进行农业灌溉。利用地下水的补给量求得地下水的开采量[17]，当地下水的开采量超过地下水补给量，造成地下水水位下降。因此地下水的开采量应控制在地下水的补给量范围内[18]。地下水补给量计算公式[19-21]如下：

Q综补=Q降补+Q河补+Q地侧+Q灌补+Q洪补

(3)

(1)降水入渗补给量是指降水渗入到土壤中并在重力作用下渗透补给地下水的水量。

Q降补=αPF×10-5

(4)

式中：Q降补为降水渗入补给量，亿m3/a；α为降水渗入系数；P为多年平均降水，mm;F为降水渗入补给面积，km2。

(2)河道地表水渗入补给量。河道渗漏补给量，是指当河道水位高于河道岸边地下水水位时，河水渗漏补给地下水的水量。

Q河渠=KIHLt×10-8

(5)

式中：Q河渠为河渠地表水渗入补给量，亿m3/a；K为渗透系数，m/d；I为垂直于计算剖面的水利坡度；H为含水层厚度；L为河道或河段长度；t为河道渗入补给时间，d/a，取365 d。

(3)地下水侧向渗入量补给指山前地下水侧向径流补给本区浅层地下水的水量。

Q地侧=KIHLt×10-8

(6)

式中：Q地侧为地下水侧向渗入量补给量，亿m3/a。

(4)井灌回归补给量是指井灌水(系浅层地下水) 进入田间后，入渗补给地下水的水量。计算公式如下：

Q井灌=Q田间β井

(7)

Q田间=qF×10-8

(8)

式中：Q井灌为井灌回归补给量，亿m3/a；Q田间为井灌田间灌水量，亿m3/a；β井为井灌回归系数，取β井=0.1；q为灌水定额，m3/a；F为水田面积，hm2。

(5)洪水淹没补给量是指水淹没期，水体渗入补给地下水的水量。

Q洪补=αFΔH×10-2

(9)

式中：Q洪补为洪水淹没下补给量，亿m3/a；α为入渗系数，取α=0.25；ΔH为洪水淹没区地表水深度，m；F为计算面积，km2。

2.2.3 地下水可开采量

地下水可开采量是指在技术上可能，经济上合理和不造成水质恶化，水位持续下降及其他不良后果的条件下，能够从取水地段中取得的水量[18]。其计算公式如下：

Q开=Q补给P

(10)

式中：Q开为地下水可采量，亿m3/a；Q补给为地下水总补给量，亿m3/a；P为开采系数，取开采系数P为0.80。

2.2.4 耕地规模计算

根据区域内的水资源量，利用区域灌溉定额计算得到耕地规模。其公式为：

A=W/I

(11)

式中：A为最大可承载面积，km2；W为农业用水量，亿m3；I为灌溉定额，m3/km2。

3 结果与分析

3.1 区域耕地变化特征分析

耕地是黑龙江垦区的重要景观基础。随着农业现代化进步与不断深入，种植业结构调整致使青龙山农场耕地资源利用变化显著。2000-2014年青龙山农场耕地利用类型发生较大的变化，且呈现出明显的时间变异性。2000年青龙上农场耕地面积为447.94 km2，土地垦殖率为81.58%，其中，水田面积为103.55 km2，所占比重为23.12%，旱地面积为344.39 km2，所占比重为76.88%。2014年青龙上农场耕地面积为468.84 km2，土地垦殖率为85.38%，耕地面积增长率为4.67%，然而，水田面积为423.21 km2，所占比重为90.27%，增长率为308.70%，年均增长率为22.05%，旱地面积为45.64 km2，所占比重为9.73%，减少比率为86.75%，年均减少比率为6.20%(见图2)。青龙山耕地利用变化体现出区域经济发展以农业为主，且水稻已成为区域农业的主要种植作物。然而，随着耗水作物水稻种植规模的增加，农场的农业水资源量不断增大，农场早就出现用水矛盾问题。农业用水期间生活用水停水即农业用水占用生活用水及地下水水位下降现象。由此可见，水田规模不能任意扩张，种植面积过大，耗水多，会发生各个行业用水矛盾问题，然而，种植面积过小，会发生限制经济发展，不能充分利用区域资源问题。

2000-2014年青龙山农场水田面积大幅度增加，且耕地利用状况呈现出明显的空间差异性(见表1)。2000年青龙山农场各管理区水田平均面积为14.79 km2，所占比例主要集中于18%～30%之间，其中，第五管理区水田面积较大，所占比例为54.37%，而第四管理区水田面积最小，所占比例仅为12.51%，而2014年各管理区水田平均面积为60.46 km2，除第四管理区以外其余管理区水田所占比例均在92%以上。2000-2014年青龙山农场旱地所占比例快速降低，2014年第四管理区旱地所占比例为37.94%，其余的管理区旱地所占比例均在10%以下。由此可知，2000-2014年青龙山农场耕地利用状况发生巨大的变化，旱地与水田之间的转化较为剧烈，水田明显增加，水资源的合理高效利用对于水田发展具有至关重要的作用。

图2 青龙山农场耕地利用分布图

表1 2000-2014年青龙山农场耕地利用变化特征

注：表中一、二、三、四、五、六、七分别为青龙山农场内第一管理区、第二管理区、第三管理区、第四管理区、第五管理区、第六管理区、第七管理区。

3.2 区域水资源

2000-2014年间，青龙山农场耕地规模总体变化不大，总体上水田规模变化突出。目前，青龙山农场农业种植结构主要以水田为主，截止到2014年，水田面积达到423.21 km2，占现有耕地面积468.84 km2的90.27%。水稻是农场作物种植结构中耗水最大的作物，因此要有充足的水源保障才能支持水田的发展。农场水资源量由降水、地表水及地下水组成。地表水主要来源于降水及河流形成的地表径流。由于降水的时空分布不均性及水利工程的缺乏，青龙山农场用于农业灌溉用水量来源于地下水。

根据公式(3)～(9)，可计算得出区域相关补给量如表2所示。由表2可知，青龙山农场的综合补给量为1.427 亿m3。继续利用公式(10)可计算出区域内可开采地下水量为1.414 亿m3。利用地下水开采模数法并结合区域给水度可算出地下水水位变幅情况[6]，计算区域内地下水水位变幅约为11 m与青龙山农场多年平均地下水位的降深实际情况相吻合，故计算结果较为合理。近些年来，由学者[22,23]对建三江分局地下会可开采量的研究可知农场2000及2006年的地下水补给量及推算可开采量，如表3所示。由表3可知，近14a来，农场地下水总补给量增加，可开采的地下水量也相应地增加。地下水补给量由2000年0.57 亿m3到2014年增加到1.427 亿m3。可开采量也有2000年0.555 亿m3增加到2014年的1.141 亿m3。从2006-2014年的年均用水量高于2000-2006年的年均用水量。和青龙山农场实际的地下水开采量相比较，地下水均已超采，因此应严格控制对地下水的开采。地下水量应先满足生活、牲畜用水及工业用水后再用于农业灌溉，由于农场工业发展缓慢，用水极低，故本文不考虑工业用水。根据黑龙江省用水定额标准(DB23/T727-2003)可知，生活用灌溉定额人均70L/(人·d)，牲畜用水按猪的用水定额计算为40L/(头·d)。因此农业地下水量见表6。相比2000年农业地下水量到2014年农业地下水量增长迅猛。

表3青龙山农场地下水可开采量与用水量对比表亿m3/a

径流量主要受降水量的影响。青龙山农场内多年平均径流量为0.479 亿m3。由表4 可知，在不同降水保证率条件下，其径流量不同。扣除河道内生态用水后即可算出可利用量。根据相关学者对河道内生态需水研究[24,27]可知，河道内生态需水多取多年平均径流量的20%或40%，20%为最小河道内生态径流，40%为最适宜河道内生态径流。根据不同保证率下的径流总量可估算出地表水可利用量。降水保证率为50%时，其地表径流量最大0.303 亿m3，可利用水量为0.182～0.242 亿m3，降水保证率为75%时，地表径流量最小为0.014 亿m3，可利用水量为0.065～0.087 亿m3，如表4所示。

表4 地表径流条件下耕地适宜规模

3.3 区域耕地规模计算

青龙山农场用于耕地灌溉的只有水田，旱地仅用于天然降水即可满足需求。近些年来，由于水稻单产量、经济利益高，国家政策的鼓励等因素的影响，水田规模急速扩增，农业耗用水量也随着增加。因此，本文地下水的开采量及灌溉定额所求耕地规模为水田规模。

3.3.1 降水条件下耕地规模计算

青龙山农场多年平均降水量约为550mm，降水量能够满足旱作物全年的需水量要求，能够满足一定规模的水田作物的生长，本文主要通过计算区域农业需水量与多年平均降水量比较，分析降水资源条件下区域内耕地规模尤其是水田规模。

根据公式(1)结合耕地内部不同比例的种植结构计算得到农业需水量如表5所示。由表5可知，随水稻种植面积的增加农业需水量增大。当水稻种植比例在30%～40%时，农业需水量为539.60～556.80mm，种植比例为90%时，农业需水量为642.80mm。由此可知，到2014年青龙山农场水稻种植比例为92.29%，农业需水量要高于642.80mm，超出多年平均降水量至少98.80mm。考虑地表径流量即生态环境用水，根据相关文献资料[28,29]，地表径流量取降雨量的20%较为合理。扣除地表径流量约110mm可利用降水量约为440m，此时已少于农业需水量约202.80mm。由此可知，降水量不能满足农业需水量。由此可判断，在当前的降水条件下，青龙山农场耕地规模是超载的，紧靠降水量已无法承载更大规模的耕地开发利用。当水稻种植比例为30%～40%时，农业需水量接近多年平均降水量550mm，此时水稻种植面积介于140.65～187.54km2之间，但此时已充分利用了降水量，对生态环境的可持续发展势必会有所影响。若水稻种植超过这个区间，便只能利用地表水或开采利用地下水。根据公式(2)可知，区域内适宜耕地规模约为221.15～276.43km2。与现有耕地面积468.84km2相比可知青龙山农场耕地已严重超限。超限面积约为192.41～247.69km2。

表5 农业需水量估算

3.3.2 地下水条件下耕地规模计算

地下水开采量过大，就会造成地下水超采，引发供水矛盾。而地下水开采量过小，就难以充分利用地下水资源，制约农业经济的快速发展。利用机电井开采地下水因其开采工程简单、利用方便、费用较低的优势已成为该地区农业主要灌溉水源。在水田种植面积不断增大的背景下，地下水资源超采现象日益凸显。根据收集资料显示农业生产用水占地下水的总用水量比例高达99.5%，而用于生活、工业的总用水量不足地下水总用水量的1%。可知青龙山农场水田主要依靠地下水进行灌溉，因此了解区域内利用地下水灌溉水田规模尤为重要。

地下水总量应在先满足人类生活及工业用水的基础上，再用于农业生产，根据表3数据可知，农用地下水量占地下水总量比例很大，且2000-2014年间，农用水用总量逐年增大。根据建三江管局寒地优质高产水稻生产技术规程、黑龙江省用水定额标准(DB23/T727-2003)等相关研究[30]获得青龙山农场灌溉定额(取灌溉定额为59.997 万m3/km2)，利用公式(10)计算出耕地规模，见表6。

表6 地下水条件下耕地规模

由计算结果可知，2000-2014年适宜耕地规模明显增加，耕地年增长速率为6.12km/a，根据区域实际地下水用于农业情况可知此时利用地下水进行计算耕地规模均为水田规模。2000-2006年间耕地规模由91.54km2扩大到116.64km2，耕地年增加速率为4.18km/a。2006-2014年，适宜耕地规模扩张到177.58km2，耕地年增加速率为7.62km/a。2006-2014的耕地增长速率明显高于2000-2006年间的耕地增长速率，说明在近些年间，水田开发规模增长迅速。与青龙山农场实际水田规模相比较可知，2000年区域耕地适宜规模与实际规模较为均衡。2006年，农场水田规模超载约为36.69km2。到2014年耕地规模已严重超载，超载面积约245.63km2。由此，可知区域内超载耕地面积均来源于水田面积的超载。因此，应严格控制农场内水田规模的扩增，避免地下水超采利用引起生态环境恶化，资源枯竭的状况发生。

3.3.3 地表径流条件下耕地规模估算

青龙山农场地表径流量与降水量存在着正相关关系。降雨量增加地表径流量也会相应增加。由于其引水工程的缺乏，地表径流水利用率很低几乎不利用，如若能充分利用地表径流，还能在一定程度上扩大耕地的规模。因此，针对地表径流数据估算可利用水量，利用公式(10)进而估算出地表径流条件下耕地规模。取灌溉定额取74.996 3 万m3/km2，地表径流条件下的耕地规模(见表4)。当充分利用地表径流时，在保证率为50%时，耕地规模在最小地表径流和最适宜地表径流条件下，利用地表水时耕地规模约为24～32km2，在保证率为75%时，耕地规模在最小径流和适宜地表径流条件下，利用地表水时耕地规模约为8.67～11.60km2。此时仅为利用青龙山农场区域内的地表径流，因数据不全，未计算利用周边区域的河流引用水量计算区域内耕地规模。

4 结论

(1)2000-2014年青龙山农场耕地总体面积变化不大，耕地内种植结构发生剧烈变化，水田面积大幅度扩张，旱地急剧减少，且耕地利用变化呈现出明显的时空差异性。耕地面积由2000年447.94km2发展到2014年468.84km2。水田面积占耕地比重从2000年的23.12%发展到2014年的90.27%。而旱地从占耕地的76.88%降低为9.73%。2000年水田零星分布，旱地集中分布。2014年水田旱地转变剧烈，水田分布广泛，且集中连片分布于区域各个管理区，其中，第五管理区水田面积最大，而第四管理区水田面积最小。2000-2014年青龙山农场旱地所占比例快速降低，2014年第四管理区中旱地所占比例最大为37.94%，其余管理区中旱地所占比例均在10%以下。

(2)随着青龙山农场耕地规模的增加，农业需水量不断增加，依靠降水、地下水已远远不能满足农业需水的需求。降水量由于其时空分布不均性仅能满足旱地的需求，受降水资源影响，2000-2014年，青龙山农场地下水总补给量增加，区域地下水用量增加，农业用地下水量也不断在增加，且农业用地下水量占用地下水总量比例最大。地下水实际开采量均已超采，因此，应严格控制地下水的超采。青龙山农场区域内有青龙莲花河，含有较为丰富的地表径流，但是由于水利引水工程等的缺乏，利用率极低。白白浪费了地表水。地表径流量随着降水保证率增加而减少。在降水保证率为50%时，扣除河道内最小及最适宜生态净流量后可利用水量为0.182～0.242 亿m3，降水保证率为75%时，扣除生态径流量后可利用水量为0.065～0.087 亿m3。

(3)青龙山农场水资源主要由降水，地下水和地表径流组成，因此，本文主要研究这三种用水条件下的耕地规模。当水稻种植比例在30%～40%时，农业需水量为539.60～556.80mm，与多年平均降水量550mm相近。降水条件下适宜耕地规模约为221.15～276.43km2。与实际规模相比可知实际耕地规模已超限，且超限规模约为192.41～247.69km2。利用地下水计算的耕地规模主要是水田规模，利用地下水的开采量及灌溉定额计算区域耕地规模，并与实际耕地规模比较，得到耕地超载情况。2000-2014年适宜耕地规模明显增加，2000-2006年间耕地规模由91.54km2扩大到116.64km2，耕地年增加速率为4.18km/a。2006-2014年，适宜耕地规模扩张到177.58km2，耕地年增加速率为7.62km/a。2006-2014的耕地增长速率明显高于2000-2006年间的耕地增长速率，2000及2006年均算较为平衡，且到2014年耕地规模已严重超载。且超采规模由2006年36.69km2增加到2014年的245.63km2。区域内耕地超限规模均来自水田规模的超限，因此应严格控制利用开采地下水扩大水田规模。在去除最小河道内生态径流量、最适宜河道内生态径流量后得到的河流可利用量利用灌溉定额计算得到耕地规模。在降水保证率为50%，取最小河道内生态径流量后的地表水可利用水时，耕地规模约为32km2。在降水保证率为75%时，耕地规模约为11.60km2，此时利用地表径流估算得到的耕地规模均为区域内地表河流，由于无法获知区域周围河流水引用量数据，就没有计算这部分水资源量下的耕地规模。但这确实是区域耕地规模发展的关键，应大力发展这部分水资源的利用。

近十多年来，青龙山农场作为三江平原水田扩张的典型区域，其土地利用结构发生了剧烈的变化，水田化已成为三江平原农业现代化发展的趋势[31]。从宏观层面，种植业结构调整致使水稻种植面积大幅度增加，对保障国家粮食安全及维持社会稳定具有积极的作用，从微观层面，种植水稻的经济驱动促进农户开发利用水田，有效地提升了耕地利用效率。然而，高耗水作物水稻的种植面积的扩大使得农业用水大量增加，致使水资源利用成为限制其水田可持续发展利用的关键。但已有水田开发利用大多是以区域水资源的消耗和地下水位下降为代价，阻碍区域水资源的合理可持续利用。因此，科学合理的开发利用水资源应优先开发利用地表水，控制开采地下水，充分利用区域内地表径流，大力开发利用地表水及降水资源，提高水资源利用率。区域北靠黑龙江，应大力发展水利引用江水灌溉，可以进一步开发利用耕地。科学的在水田面积快速扩张的过程中有效的利用水资源并实现水土资源优化配置，进而推进区域水土资源及社会经济的可持续发展已成为农业现代化发展的关键。

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