石嘴山市农业用水变化特征及其影响因素分析

底 亮

(石嘴山市水资源保护利用服务中心， 宁夏 石嘴山 753000)

水资源是维系农业生产的重要基础资源，其能否高效、可持续利用关系到国家粮食安全。就我国而言，农业用水量占到总用水量的70%[1]，随着工业、生活和生态用水的增加，农业可利用水资源日益受到压缩。农业作为水资源利用的主要部门，农业用水量的变化直接影响到了区域用水总量和用水结构的变化[2]。目前农业用水的研究主要集中在农业用水结构、农业用水变化影响因素及农业用水效率分析[2—8]，相关研究结果显示，不同地区的农业用水变化特征及影响因素各不相同。

石嘴山市农业生产是主要用水部门，农业用水量的变化影响着区域粮食生产和水资源的可持续利用。本文对石嘴山市2005—2018年农业用水变化特征及其影响因素进行分析，识别影响农业用水变化的主要因素，提出农业水资源合理配置和农业可持续发展的科学对策。对进一步做好石嘴山市农业节水工作具有重要意义。

1 研究区概况

石嘴山市位于宁夏回族自治区最北端，引黄灌区梢端，是宁夏沿黄经济区重要节点城市，也是宁夏平原重要商品粮生产基地[9]，近年来，石嘴山市的现代农业稳步发展，优质粮食、有机瓜菜、畜牧养殖、生态水产、枸杞和酿酒葡萄等农业特色产业逐步提升。黄河是石嘴山市的主要河流，流经石嘴山市98km，境内沟渠成网，灌排体系是世界灌溉工程遗产宁夏引黄古灌区的重要组成部分。受地理位置限制，干旱少雨，蒸发强烈，属于严重缺水地区，2018年全市水资源总量仅为2.432亿m3，用水总量12.381亿m3，取用黄河水10.129亿m3，其中农业取用水量达10.178亿m3，占总用水量的82.2%，农业取用黄河水9.986亿m3，占黄河取水量的98.6%，形成农业用水主要依赖黄河水资源，工业和城镇生活依靠地下水的用水格局。总体来看，石嘴山市水资源总量严重不足，存在用水失衡、水资源利用效率不高等问题，受黄河来水量持续偏枯和黄河分水的约束，经济发展存在较大水资源缺口。

2 数据来源与研究方法

农业用水包括种植业和林牧渔业用水，本研究借鉴已有文献研究经验，选取气候(年降水量、年均温)、种植业(农作物总播种面积、有效灌溉面积、粮食作物播种面积、经济作物种植面积、粮经比、粮食产量、经济作物产量、渔畜产品产量)、林业(造林面积)、畜牧业(牲畜存栏量)、渔业(池塘养殖面积)、劳动力投入(农林牧渔就业人数)等14个因素作为影响石嘴山市农业用水量的影响因素，分析农业用水变化特征及主要影响因素。

2.1 数据来源

石嘴山市农业用水量及总用水量数据来源于历年的《宁夏水资源公报》，农作物总播种面积等农业基本资料来源于历年的《石嘴山市统计年鉴》。

由于《宁夏水资源公报》2005—2016年生态用水量并入农业用水量，2017年之后生态用水量才独立统计出来，考虑到生态用水量比重较小且保持数据口径一致，本文农业用水量含生态用水量。粮食作物主要包括小麦、水稻、玉米，经济作物包括油料、药材、蔬菜、瓜果、青饲料、牧草，牲畜存栏量包括牛、猪、羊存栏。

2.2 研究方法

2.2.1累积距平法

累积距平法[4]是通过曲线判断变化趋势的方法，根据石嘴山市2005—2018年农业用水量数据进行农业用水量变化趋势分析，对于序列x，某一时刻t的累积距平为[4]：

(1)

(2)

2.2.2灰色关联分析

灰色关联分析是一种多因素统计分析方法，主要用来研究在一个灰色系统中，通过样本数据用灰色关联度研究所关注的某个指标受其他因素影响的相对强弱、大小和次序。

利用灰色关联分析法研究石嘴山市农业用水变化的影响因素，确定农业用水量时间序列为参考序列，年降水量、年均温、农作物总播种面积等14个时间序列为比较序列。根据灰色关联分析方法程序[10]，对原始数据进行均值化处理，计算参考序列和比较序列对应的关联系数，表达各个时间点二者之间关联度，在此基础上计算灰色关联度，得到参考序列与各比较序列之间关联系数的时间平均值，从整体上对比二者间的关联程度强弱。

由于降水对农业灌溉有积极影响，在分析之前先对降雨量进行同向化处理，本研究采用倒数法进行处理，将降雨量与农业用水的负相关转化为正相关关系[10]。

3 石嘴山市农业用水变化分析

石嘴山市农业用水量变化如图1所示。

图1 石嘴山市农业用水量变化

由图1看出，2005年以来农业用水量均在10亿～12亿m3之间，多年平均农业用水量为10.95亿m3，石嘴山市农业用水量呈上下波动，总体为缓降趋势。2005—2012年农业用水量在波动中呈回落趋势，2012年降至10.29亿m3；2013年农业用水增至11.40亿m3，2013—2015年趋于稳定，平均为11.28亿m3；2016年农业用水量再次回落，降至10.03亿m3，2016—2018年农业用水呈小幅度回升趋势，平均为10.432亿m3，低于多年平均农业用水量。

从累积距平曲线变化看出，近14a呈现出2次较明显的先增加再下降的变化，2005—2009年累积距平曲线呈波动式上升，2009—2012年呈下降趋势，2005—2012年农业用水在波动中小幅度下降；2012—2015年累积距平曲线呈明显上升趋势，2015年以后则明显回落，对应2013—2015这3a农业用水量相对偏多。

4 石嘴山市农业用水变化影响因素分析

4.1 灰色关联分析

石嘴山市农业用水变化与14个选取影响指标的关联度及排序见表1。

表1 石嘴山市农业用水变化影响因素灰色关联度及排序

从计算结果看出，有7项指标关联度超过0.8，其中粮食作物播种面积与农业用水量变化的关联度最大，排序居于首位，明显高于经济作物种植面积，粮食产量与农业用水量变化的关联度也明显高于经济作物产量及渔畜产品产量，说明农业生产结构中的粮食作物种植很大程度上决定了农业用水量的变化；另外农作物总播种面积、有效灌溉面积与农业用水量变化的关联度均大于0.8，也反映了农作物灌溉用水对农业用水量变化的影响；经济作物种植面积和经济作物产量与农业用水量关联度排序分别位于第10位和第8位，说明经济作物对农业用水量变化的影响相对较弱；反映劳动力投入水平的农林牧渔就业人数在关联度排序上位于第2位，说明劳动生产效率对农业用水变化的影响；年均温与农业用水量变化的关联度排序上位于第3位，年降水量关联度为0.706，说明气象因素中年均温对农业用水量变化影响较大；反映畜牧业发展的牲畜存栏量与农业用水量变化关联度为0.812，排在第7位，牲畜养殖数量的变化会直接影响到养殖业用水量，随着牲畜养殖业的发展，其对农业用水变化影响也越来越重要。根据关联度及排序结果，石嘴山市农业用水变化的主要影响因素可以归纳为粮食作物播种面积、劳动力投入、牲畜养殖业发展以及气候条件。

4.2 主要影响因素分析

4.2.1粮食作物播种面积

石嘴山市现状种植结构以粮食作物为主，经济作物种植比例相对较低，粮食作物耗水量大[11]。2005—2018年，粮食作物播种面积较平稳，呈上下波动态势，其中，2005—2014年，粮食作物播种面积在波动中呈缓降趋势，2015—2018年，粮食作物播种面积呈上升趋势，这与石嘴山市农业用水变化基本吻合。2005—2018年，农作物总播种面积、有效灌溉面积、经济作物种植面积总体呈上升趋势，其中，有效灌溉面积在2005—2012年增加变化浮动不大，2013年有效灌溉面积增至85890hm2，农业用水量也出现较大幅度增长，2013—2018年有效灌溉面积出现逐年增加的变化趋势，与近年农业用水量变化趋势基本一致。

4.2.2劳动力投入

以农林牧渔就业人数作为劳动力投入，劳动力投入与农业用水量的关系反映出农业生产效率的高低。如图2所示。

从图2农业用水量与农林牧渔就业人数变化看出，二者变化趋势具有同步性，2005—2018年农林牧渔就业人数的变化表现出先减少后增加趋势，2005和2008年农林牧渔就业人数均高于平均值，对应同年农业用水量的明显增加，2013—2018年农林牧渔就业人数呈波动上升趋势，也与近年农业用水量变化趋势具有一致性，说明增加农林牧渔就业人数不利于降低农业用水量，进而影响农业生产效率。

4.2.3牲畜养殖业

用牲畜存栏量反映畜牧养殖业发展，牲畜养殖数量的变化会直接影响养殖业用水量，还会间接影响牧草业种植规模[12]。从图2农业用水量与牲畜存栏量变化看出，二者变化存在明显一致性，2005—2018年牲畜存栏量表现先降后升，2005年牲畜存栏量最大，同年农业用水量是最多一年，2007年牲畜存栏量最少，同年农业用水量也低于多年平均值，2013年牲畜存栏量相较2009—2012

图2 相关因素与农业用水变化关系

年有较大幅度增加，农业用水量在2013年也出现明显增加，说明牲畜养殖业发展和农业用水量变化有着紧密关系。

4.2.4气候条件

气温和降水变化是影响农业用水量的重要因素。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，从降水量看，降水量的减少会直接影响灌溉用水需求量的增加。从图2看出，2005—2012年年均温在波动中呈降低趋势，2013年年均温明显升高，2013—2018年年均温相对较为稳定，与农业用水的变化具有一致性。降水量年际间起伏较大，从关联度排序看出，降水量对农业用水变化的关联度相对较低。2005年是研究期间降水量最少的年份，农业用水量也明显高于其他年份，2013—2015年年均温明显升高，降水量也是相对较少的年份，对应这3a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存在相关性[13]。

5 结论

(1)2005年以来石嘴山市农业用水变化受粮食作物播种面积、劳动力投入、牲畜养殖业发展和气候条件等因素影响上下波动，总体为缓降趋势。2005—2018年石嘴山市农作物总播种面积和有效灌溉面积总体呈增加趋势，农产品产量也都有不同幅度提升，由于农业亩均取水量的下降，农业用水量并没有表现出大幅度增长[13-14]，而是稳中呈缓降趋势，说明农业用水效率逐年提高。

(2)随着城镇化、工业化进程的不断推进和宁夏南部山区生态移民新开耕地面积的不断增加，加之宁夏地区未来气温的上升趋势[15]、黄河来水的逐年减少，石嘴山市农业用水短缺矛盾进一步突出，今后在保证粮食安全前提下，继续优化调整作物种植结构，适度提高瓜菜、饲草等经济作物比例。此外，还应夯实基层水利服务基础，加强农民节水意识，提高农业劳动生产效率，促进石嘴山市的农业现代化发展。

(3)本文对农业生产效率与农业用水量之间的关系没有进行更多探讨，此外，农业水价对农业用水的影响没有涉及，在以后研究中还需要结合更多农业投入指标与农业用水的关系进行综合分析。