重庆市农业用水量与农业经济发展脱钩程度的时空变化

彭 虹，黄攀攀，张万顺，夏 函，许典子

(1.武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室，湖北 武汉 430072；2.武汉大学资源与环境科学学院,湖北 武汉 430079)

重庆市是长江上游重要的经济、金融和商贸物流中心。为了保障社会经济和国土空间有序发展，2010年我国颁布了《全国主体功能区规划》，重庆市作为落地实施的典型区域，涵盖了重点开发区和重点生态功能区两种主体功能区划[1-3]。不同功能区之间发展目标存在差异，重点开发区和重点生态功能区分别以城镇发展和生态安全保障为主要功能。作为我国农村面积最广、农业比重最大和农业贫困人口最多的直辖市，重庆市在推动城镇与生态安全保障功能良好发展的同时，保证农业功能正常发挥，对提高重庆市自身主体功能区建设成效以及确保长江上游地区的社会经济和谐与可持续发展，具有重要意义[4]。

水资源作为社会经济发展的基础性自然资源和战略性经济资源，是农业发展不可或缺的基本要素[5-6]。我国水资源与农业发展之间的关系已受到政府和学术界的广泛关注，当前国内外学者们对于农业发展与农业用水的研究主要集中在气候变化对农业生产影响、农田改造以及土地流转对农业生产影响、农业发展能力及其驱动因素、农业用水现状与驱动因素分析、农业水资源承载力评价、农业用水效率测度及影响因素评价等。如Laux等[7]和Piao等[8]分别分析了气候变化对喀麦隆以及中国农业生产的影响；Jin等[9-10]采用数值模型法评估了2006—2010年农田改造对中国农业生产力的影响；Yan等[11]以黄淮海平原为研究区域，建立了农业生产率模型，分析了土地流转对农业生产率的影响；张凤太等[12]采用主成分分析法定量分析了三峡库区重庆辖区农业发展能力及其驱动力因素；李保国等[13-15]在国家尺度上分析了我国农业用水的现状、结构以及驱动因素；邵薇薇等[16-17]则以省级行政区划为研究区域，分别对我国南、北方地区城镇化和工业化进程中农业用水演变规律及其影响因素进行了详细分析，并从工程建设、法律法规、政策管理等层面提出农业用水保障措施；张士锋等[18]、熊黑钢等[19]采用综合评估法分别对松花江区以及新疆奇台县农业水资源承载力优化配置等进行了研究；封志明等[20]针对农业水资源利用效率评价指标的不相容性问题，提出了农业水资源利用效率综合评价的遗传投影寻踪方法，并对甘肃省81个县域农业水资源利用效率进行了综合评价与分区。经济发展的同时资源消耗降低的现象称为“资源利用脱钩”，经济发展与水资源利用之间的“脱钩”是指在保持经济社会继续增长的前提下，水资源利用效率持续快速提高，而水资源利用总量增长速度逐渐减慢，最终水资源利用总量达到顶峰，实现用水零增长甚至负增长[21]。对区域农业用水与农业经济发展之间脱钩态势进行量化评价，是把握区域农业用水需求变化趋势，实现农业经济发展与水资源消耗利用脱钩，进而推动农业绿色现代化生产的重要前提，对保障区域农业功能正常发挥，促进区域水资源利用和社会经济和谐可持续发展具有重要意义。

本文结合重庆市各区县主体功能区定位，在综合分析重庆市水资源及农业发展水平在平水年和枯水年不同水文年下变化特征的基础上，对重庆市及其38个县(区、县)的农业用水与农业经济之间的脱钩程度进行量化分析，以期为改善重庆市农业用水与农业经济发展关系及实现农业用水与农业经济发展的永久“强脱钩”奠定科学基础。

1 研究区域概况

重庆市地处青藏高原与长江中下游平原的过渡地带，市域面积8.24万km2，下辖38个区(市、县)，是中国西部最大的城市和西南地区的工商业重镇，同时也是“一带一路”[22]和长江经济带的重要联结点。重庆市地势呈现东南部和东北部高，中部和西部低，由南北向长江河谷逐级降低的趋势，地形起伏较大，地貌类型复杂多样，以山地、丘陵为主，属亚热带季风性湿润气候，年平均气温16～18 ℃，年降水量1 000～1 450 mm。重庆市境内河流纵横，长江自西南向东北横贯市境，北有嘉陵江，南有乌江汇入，形成向心的、不对称的河网水系，水资源丰富。重庆市地理位置和主体功能区划如图1所示。

图1 重庆市地理位置和主体功能区划Fig.1 Geographical location and main function positioning of Chongqing City

2 研究方法与数据来源

2.1 农业用水与农业经济协调发展脱钩评价模型

20世纪50年代，西方科研工作者在发达国家经济增长与资源能源消耗关系研究的基础上，提出了脱钩(decoupling)理论，脱钩被定义为经济增长与物质消耗速率不同步的过程。近年来脱钩一词被世界银行引入到资源环境领域，并逐步发展成具有资源环境领域特色的脱钩分析。脱钩评价方法主要有：变化量综合分析法、脱钩指数法、弹性分析法、基于完全分解技术的脱钩分析方法、IPAT模型法、描述统计分析法、计量分析法和差分回归系数法等[22-23]。这些方法被国内外学者广泛应用于经济发展与土地利用、碳排放、能源利用等方面，但对中国农业经济发展与水资源消耗利用之间脱钩分析的研究文献却很少[24]。本文主要运用Vehmas脱钩指数法来定量分析农业用水量与农业产值之间的关系。Vehmas脱钩指数又称综合指数法，主要运用一定时期的GDP变化率与水资源的变化率来确定脱钩关系，计算公式为

(1)

式中：Dt为t时期的脱钩指数；ΔW和ΔG分别为农业用水量和农业产值的变化速率；Ws和We分别为起始年和末年的农业用水量；Gs和Ge分别为起始年和末年的农业产值。

为更准确地反映农业用水量与农业产值之间的关系，有学者对脱钩指数的取值范围进行了界定,将农业用水量与农业经济发展的关系划分为强脱钩、弱脱钩、衰退性脱钩、强复脱钩、弱复脱钩、扩张性复脱钩6个等级[25]，如表1所示。

表1 农业用水量与农业产值的关系Table 1 Relationship between agricultural water consumption and agricultural output value

2.2 数据来源

本文采用的重庆市水资源总量、各产业用水总量、生活用水量、生态用水量等数据主要来自《重庆市水资源公报》；农业产值数据主要来自《重庆市统计年鉴》。为充分分析水资源变化对重庆市农业用水与农业经济发展的影响，根据《重庆市水资源公报》，本文选取涵盖丰、平、枯不同水文条件的2003—2017年时间序列，探讨不同水资源条件下重庆市农业用水与农业经济发展的脱钩程度。

3 结果与分析

3.1 重庆市水资源时空分布特征

降水是重庆市水资源量的主要来源，降水量越大，水资源总量越丰富。根据《重庆市水资源公报》，2003—2017年重庆市水资源总量随降水量波动变化，平均水资源量为535.0亿m3，水资源总量丰富，但年际变化较大，水文条件不断发生改变。其中2003—2005年、2007—2008年、2014年以及2016—2017年为平水年，2009—2013年以及2015年为偏枯年，2006年重庆市发生重大干旱灾害，降水较常年同期明显减少，是1951年以来降水量最少的年份，为特枯年。受地理位置、区域面积、降水等自然因素的影响，重庆市水资源量空间分布不均匀(图2)。

图2 重庆市多年平均水资源量空间分布Fig.2 Spatial distribution of average water resources in Chongqing

由图2可知，重庆市水资源在空间分布上表现为自西部向中、东部递增的趋势,城口县、巫溪县、奉节县、彭水县、酉阳县等重点生态功能区水资源量均大于25亿m3,水资源相对丰富；渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区等重点开发区，多年平均水资源量均小于2亿m3，水资源相对匮乏。水资源量最大的是北部的重点生态功能区巫溪县，多年平均水资源量为54.7亿m3；水资源量最小的是西部的重点开发区渝中区，多年平均水资源量为0.1亿m3。

3.2 重庆市农业用水量及农业经济变化特征

2003—2017年不同水文特征条件下重庆市农业用水量与农业产值如表2所示。

表2 重庆市不同水文年农业用水量与农业产值Table 2 Agricultural water consumption and agricultural output value in different hydrological years in Chongqing

从时间变化上看，2003—2017年重庆市农业用水量受水文条件变化的影响。分析表2中的农业用水量数据可知，平水年、枯水年和特枯年农业平均用水量分别为23.3亿m3、23.9亿m3和20.18亿m3，结合水文条件分析原因可知，在平水年，得益于充足的天然降水，农业发展对灌溉用水的需求较枯水年有所减小，因此农业用水量平水年小于枯水年；而在特枯水文年，天然降水严重不足，农业发展虽对灌溉用水有极大需求，但受水资源总量极度匮乏的限制，为满足生活与工业生产用水的需求，农业用水量受到大幅削减，下降至研究时间段的最低点。分析农业经济数据可以看出，除在2006年水文特枯年的农业产值有所下降外，其他年份农业产值均呈增加趋势。

从空间分布上看，重庆市农业用水量与农业产值空间分布特征相同，均呈现出明显的地域不均衡性(图3和图4)。其中，多年平均农业用水量与农业产值最小的区县均为重点开发区渝中区，最大的区县均为重点开发区江津区，江津区多年平均农业用水量与农业产值大约是渝中区的25 000倍，地区差异显著。近年来，重庆市主城区的渝中区、大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区6个重点开发区，农业产值均呈不断下降趋势，即这6个重点开发区在推动城镇功能良好发展的同时，忽视了农业功能的正常发挥，导致农业功能逐渐减弱，特别是渝中区的农业产值降低至0，农业功能完全丧失，变为完全城市化地区。

图3 重庆市多年平均农业用水量空间分布Fig.3 Spatial distribution of average agricultural water consumption over years in Chongqing

图4 重庆市多年平均农业产值空间分布Fig.4 Spatial distribution of average agricultural output value over years in Chongqing

结合图2的重庆市水资源量空间分布进一步分析可知，重庆市水资源分布与农业经济发展不匹配。重点开发区水资源量占重庆市水资源总量的46.7%，农业产值占重庆市农业总产值的75.1%，而重点生态功能区水资源量占重庆市水资源总量的53.3%，但农业产值仅占重庆市农业总产值的24.9%。其中，农业产值超过40亿m3的江津区与合川区这两个重点开发区水资源量均低于15亿m3,水资源丰富程度处于一般水平；而水资源量超过 25亿m3的重点生态功能区城口县，农业产值低于5亿元，农业功能较弱。

3.3 重庆市总体农业用水与农业产值脱钩程度及时序演变

根据式(1)，以重庆市2003—2017年水资源公报数据和社会经济数据为基础，计算变化水文条件下重庆市总体农业用水与农业产值的脱钩指数，并以此来判断重庆市总体农业用水与农业经济发展之间的相互关系，见表3。

表3 重庆市不同水文年农业用水与农业产值脱钩关系Table 3 Decoupling relationship between agricultural water consumption and agricultural output value in different hydrological years in Chongqing

总体而言，重庆市总体农业用水量与农业产值之间一直处于脱钩状态，但脱钩程度受水文特征变化的影响。当水文条件由平到枯，脱钩情况很不稳定，在衰退性脱钩—弱脱钩—扩张性负脱钩之间转换，即水资源总量减少时，重庆市总体农业用水量与农业产值之间多数处于不理想的脱钩状态。当水资源由枯到平时，重庆市总体农业用水量与农业产值之间一直处于较理想的弱脱钩状态或最理想的强脱钩状态，即随着水资源量的增加，农业用水量与农业产值之间的关系趋于理想状态。具体表现如下：

a. 水资源由平到枯时，重庆市农业用水量与农业产值之间分别处于衰退性脱钩、弱负脱钩以及扩张性负脱钩状态。其中，2005—2006年处于衰退性脱钩状态，原因是平水年到特枯年，受水资源极度短缺的影响，农业用水量大幅减少，农业产值下降，且水资源消耗减少的速率大于经济衰退的速率，因此处于衰退性脱钩状态。2008—2009年以及2014—2015年水资源均为平水到偏枯状态，但农业用水量与农业产值的关系分别处于弱脱钩与扩张性负脱钩状态，分析原因可知，2008—2009年以及2014—2015年水资源量同由平水转向偏枯状态，需要增加灌溉用水量来满足农业发展的需求，但2014—2015年相比2008—2009年降水量减少更多，因而农业灌溉用水需求增加更多，这虽然造成2008—2009年以及2014—2015年水文特征变化趋势相同，但农业用水量与农业产值的关系发生变化。

b. 水资源由枯到平时，重庆市农业用水量与农业产值由较为理想的弱脱钩状态向理想的强脱钩状态转化。其中，2006—2007年处于弱脱钩状态，主要原因是特枯到平水年，水资源总量增加，农业用水量与农业产值随之增加，但农业产值增长的速率要大于农业用水消耗的速率，处于较为理想的弱脱钩状态。2013—2014年以及2015—2016年水资源均由偏枯到平水变化，这得益于天然降水量的增加，农业发展对农业灌溉用水的需求减少，农业用水量减少，但农业产值增加，农业用水量与农业产值处于最理想的强脱钩状态。

3.4 各县(区)农业用水量与农业产值脱钩程度

为进一步分析水文条件变化对重庆市各县(区)的农业用水量与农业产值相关关系的影响，结合水文变化特征，选取2014—2016年3个水资源发生变化的连续年份，根据公式(1)分别计算出各功能区2014—2015年、2015—2016年农业用水量与农业产值间的脱钩指数，分析水资源由平水年—偏枯年—平水年变化对各县(区)农业用水量与农业产值关系的影响，如表4所示。

总体表明，重庆市各县(区)农业用水量与农业产值之间的关系很不稳定，脱钩程度受水文条件变化的影响，2014—2016年，随着水资源由平水年—偏枯年—平水年变化，约72.9%的功能区农业用水量与农业产值之间的关系得到改善，其中约5.4%的县(区)由不理想的扩张性负脱钩状态转换为较理想的弱脱钩状态；约45.9%的县(区)由不理想的扩张性负脱钩状态转换为最理想的强脱钩状态；约21.6%的县(区)由较理想的弱脱钩状态转换为最理想的强脱钩状态。

2014—2016年，多年平均水资源量均小于 2亿m3，即水资源量相对匮乏的大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区5个重点开发区，农业用水量与农业产值之间一直处于不理想状态的弱负脱钩或衰退性脱钩状态。另有部分多年平均水资源量大于20亿m3，即水资源相对丰富的县(区)，如重点开发区万州区以及奉节县、秀山县、彭水县3个重点生态功能区，农业用水量与农业产值脱钩程度不受水资源变化的影响，始终处于较理想的弱脱钩状态。

表4 各县(区)农业用水量与农业产值脱钩关系Table 4 Decoupling relationship between agricultural water consumption and agricultural output value in each county (district)

4 结 论

a. 重庆市水资源量时空分布不均，且与农业经济发展不匹配，西部的涪陵区、巴南区、江津区、合川区、永川区、綦江区、潼南区等重点开发区农业功能较强而水资源量相对较少，北部的重点生态功能区城口县农业功能较弱而水资源量相对较丰富，可通过工程与非工程措施，提高区域调蓄能力，优化水资源配置，改善水资源时空分布不均的局面，实现农业经济发展与水资源分布的空间匹配。

b. 重庆市总体农业用水量与农业产值一直处于脱钩状态，且脱钩程度受水文特征变化的影响，水文条件由平到枯时，农业用水量与农业产值之间多数处于不理想的脱钩状态；水文条件由枯到平时，农业用水量与农业产值由较为理想的弱脱钩状态向理想的强脱钩状态转化；重庆市多数县(区)农业用水量与农业产值之间的关系同样受水文条件变化的影响，2014—2016年，随着水资源由平水年—偏枯年—平水年变化，约72.9%的功能区农业用水量与农业产值之间的关系得到改善。可通过增强重庆市农业科技研发投入与农业发展科技创新能力，提高农业用水效率，降低水文条件变化对农业用水量与农业产值之间关系的影响，进一步提高重庆市农业用水量与农业经济发展的脱钩程度，实现水资源利用与经济的和谐可持续发展。

c. 近年来，重庆市主城区的大渡口区、江北区、沙坪坝区、九龙坡区、南岸区等重点开发区，农业用水量与农业产值均呈下降趋势，农业功能逐渐减弱，农业用水量与农业产值之间始终处于不理想状态。需进一步分析造成农业功能下降的原因，并采取相应措施，遏制功能区农业经济衰退态势，保障农业功能正常发挥。