基于三維水足跡模型的農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)性評(píng)估

王玉寶 吳 楠 張富堯 李 鑫 劉 榮 殷杰玲

(1.西北農(nóng)林科技大學(xué)旱區(qū)農(nóng)業(yè)水土工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室， 陜西楊凌 712100；2.西北農(nóng)林科技大學(xué)中國(guó)旱區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)研究院， 陜西楊凌 712100)

0 引言

自然資本是為人們帶來(lái)利益流量的可再生和不可再生的資源存量(如植物、動(dòng)物、空氣、水、土壤和礦物)[1]，通常被劃分為自然資本流量和自然資本存量，前者為一定地理空間和特定時(shí)間內(nèi)的可再生資源和生態(tài)服務(wù)流量，后者可以再生前者，并在其供不應(yīng)求時(shí)進(jìn)行補(bǔ)充[2]。強(qiáng)可持續(xù)背景下，維持資本存量的不減少是可持續(xù)發(fā)展的最低限度。淡水資源作為一種關(guān)鍵自然資本，對(duì)人類(lèi)福祉至關(guān)重要。農(nóng)業(yè)是需水最大的部門(mén)，在我國(guó)占全行業(yè)用水的62.1%[3]，農(nóng)業(yè)水資源短缺和供需不平衡的問(wèn)題日益突出，已經(jīng)成為威脅我國(guó)糧食安全的關(guān)鍵因素之一。

水足跡是衡量全生育周期作物水資源需求量的有效指標(biāo)，應(yīng)用范圍涵蓋全球[4]、國(guó)家[5-6]、流域[7]、地區(qū)[8]、灌區(qū)[9]和田塊[10]等尺度。但傳統(tǒng)水足跡方法無(wú)法區(qū)分可持續(xù)和不可持續(xù)的用水部分[11]，這限制了其在可持續(xù)評(píng)價(jià)方面的應(yīng)用。三維足跡利用足跡深度、足跡廣度分別表達(dá)對(duì)資本存量、資本流量的耗用，可以衡量自然資本占用的代際公平和代內(nèi)公平[12-13]，豐富了可持續(xù)性表達(dá)功能。FANG等[14]應(yīng)用三維水足跡衡量了貴陽(yáng)市自然資本利用狀況，熊鴻斌等[15]利用三維水足跡模型評(píng)估了安徽省水資源利用可持續(xù)性狀況。以上研究在區(qū)域水資源流量和存量的界限劃分上較模糊，并且三維水足跡模型仍缺乏更廣泛的實(shí)踐與應(yīng)用。

在可持續(xù)發(fā)展的大背景下，應(yīng)將水資源的占用維持在水彈性范圍之內(nèi)[16]。ROCKSTROM等[17]提出了行星邊界的概念，劃定了包括全球淡水資源在內(nèi)的9個(gè)行星邊界值，當(dāng)邊界門(mén)檻被突破時(shí)，彈性將被削弱。行星邊界的提出和量化有助于防止人類(lèi)活動(dòng)造成不可逆轉(zhuǎn)的環(huán)境變化[18]。水行星邊界提供了人類(lèi)水資源占用是否可持續(xù)的基準(zhǔn)，此基準(zhǔn)在地球系統(tǒng)不同尺度上運(yùn)行，包含更高空間分辨率的國(guó)家一級(jí)[19]和省域一級(jí)[20-21]。關(guān)于邊界值的降尺度方法，LUCAS等[22]采用3種不同的分配方法，即基于環(huán)境壓力份額的祖父化(Grandfathering)方法、基于人均GDP的支付能力分配法和基于人口份額的人均平等分配法，將全球邊界分配至大型經(jīng)濟(jì)體并結(jié)合不同環(huán)境足跡進(jìn)行比較。

行星邊界和足跡指標(biāo)的結(jié)合以直接的方式表達(dá)了環(huán)境可持續(xù)性[23]。農(nóng)業(yè)灌溉是我國(guó)最主要的水資源消耗方式，通過(guò)降尺度行星邊界方法界定區(qū)域農(nóng)業(yè)用水的安全空間，結(jié)合三維水足跡模型評(píng)估區(qū)域農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)狀況，能幫助提供農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)發(fā)展政策，并提高居民對(duì)水資源這一重要自然資本的節(jié)約和保護(hù)意識(shí)。本文將三維水足跡模型與降尺度行星邊界相結(jié)合，探究1998—2020年中國(guó)大陸31個(gè)省級(jí)行政區(qū)的農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)狀況；分析區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡深度、農(nóng)業(yè)水足跡廣度、農(nóng)業(yè)水資源赤字率和盈余率時(shí)空變化；討論區(qū)域農(nóng)業(yè)三維水足跡和區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值間的變化關(guān)系，以期為中國(guó)農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)發(fā)展提供參考。

1 方法與數(shù)據(jù)

本研究的基本思路如圖1所示。即先采用自下而上的方法核算年際可再生的區(qū)域淡水資源流量，然后采用祖父化方法劃定農(nóng)業(yè)部門(mén)的環(huán)境份額，得到農(nóng)業(yè)可利用水資源量；核算區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡，計(jì)算獲得水足跡廣度、水足跡深度和農(nóng)業(yè)水資源盈余(赤字)率，分析時(shí)空變化關(guān)系；最后利用脫鉤分析理論，得到水足跡深度和水足跡廣度與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間變化關(guān)系，劃分區(qū)域農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型。

圖1 研究思路示意圖Fig.1 Schematic of research ideas

1.1 區(qū)域農(nóng)業(yè)可利用水資源量

作為重要的自然資本之一，淡水資源的全球占用量雖未超過(guò)行星邊界值，但在國(guó)家等更高空間分辨率層級(jí)存在區(qū)域淡水邊界值已經(jīng)被超越或受威脅程度加劇的情況[20-21]。流域控制變量的劃定基于“環(huán)境流量”的概念，該概念為維持環(huán)境和生態(tài)健康的保留量。本研究取40%當(dāng)?shù)氐Y源量為可利用部分[24]，區(qū)域內(nèi)可更新的淡水資源流量采用自下而上的方法核算。區(qū)域可利用藍(lán)水資源量計(jì)算式為

WA，region=0.4WL+WT+WNPI

(1)

式中WA,region——區(qū)域可利用藍(lán)水資源量，m3

WL——當(dāng)?shù)厮Y源量，m3

WT——過(guò)境水量，也稱(chēng)為客水量，考慮數(shù)據(jù)可用性，數(shù)值取自黃河等各主要河流分水量計(jì)劃(已考慮維護(hù)河流生態(tài)環(huán)境健康的水量)，m3

WNPI——凈物理進(jìn)口水量，主要考慮南水北調(diào)工程應(yīng)急調(diào)水量、南水北調(diào)工程?hào)|線(xiàn)、中線(xiàn)開(kāi)通后調(diào)水量和引灤調(diào)水量等，m3

只關(guān)注提高農(nóng)業(yè)用水效率并不能保證農(nóng)業(yè)用水的可持續(xù)性，選擇祖父化法[22]劃分區(qū)域農(nóng)業(yè)部門(mén)可利用水資源量，即采用農(nóng)業(yè)部門(mén)在水資源壓力中的份額分配各省級(jí)行政區(qū)農(nóng)業(yè)可用水量。

1.2 三維水足跡

1.2.1作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡

作物生產(chǎn)消耗性的廣義水資源量由藍(lán)水足跡和綠水足跡共同組成，前者定義為作物生長(zhǎng)過(guò)程中所消耗的地表水和地下水量，后者為消耗的有效降水量[25]。綠水足跡多作為背景水足跡考慮，用于維持生態(tài)系統(tǒng)運(yùn)行[26]。本研究目的為評(píng)價(jià)區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中水資源利用的可持續(xù)狀況，因此僅考慮藍(lán)水足跡。中國(guó)的灌溉水量占農(nóng)業(yè)用水量的近90%，由于耗水?dāng)?shù)據(jù)難以完整獲取，本文中將農(nóng)業(yè)用水量定義為農(nóng)業(yè)藍(lán)水足跡。

1.2.2水足跡廣度

水足跡廣度表征為人類(lèi)對(duì)年際可再生淡水資源流量的占用，具有空間特性。農(nóng)業(yè)水足跡廣度用以核算區(qū)域內(nèi)農(nóng)業(yè)水資源可利用量的實(shí)際占用量，計(jì)算式為

WF,size=min(WF,agr,WA,agr)

(2)

式中WF,size——農(nóng)業(yè)水足跡廣度，m3

WF,agr——農(nóng)業(yè)水足跡，m3

WA,agr——農(nóng)業(yè)可利用水量，m3

1.2.3水足跡深度

水足跡深度反映區(qū)域內(nèi)再生年際所使用淡水資源流量的年數(shù)，或維持區(qū)域內(nèi)淡水資源占用水平下所需占用的區(qū)域淡水資源流量的倍數(shù)，具有時(shí)間特性。水足跡深度由“自然深度”(為1)和“附加深度”構(gòu)成：自然深度下，人類(lèi)活動(dòng)對(duì)淡水資源占用不超過(guò)可恢復(fù)能力；當(dāng)產(chǎn)生“附加深度”時(shí)，即水足跡深度大于1時(shí)，認(rèn)為人類(lèi)活動(dòng)開(kāi)始侵占淡水資源存量，對(duì)淡水資源的使用處于不可持續(xù)狀態(tài)。農(nóng)業(yè)水足跡深度反映農(nóng)業(yè)水資源利用可持續(xù)狀況，計(jì)算式為

(3)

式中WF,depth——農(nóng)業(yè)水足跡深度

1.2.4附加指標(biāo)

當(dāng)區(qū)域農(nóng)業(yè)可利用水資源量未被充分利用時(shí)，農(nóng)業(yè)水足跡深度保持在自然深度，無(wú)法體現(xiàn)區(qū)域間農(nóng)業(yè)水資源利用差異情況，因此引入農(nóng)業(yè)水資源盈余率反映年際和區(qū)域間農(nóng)業(yè)可利用水資源實(shí)際占用情況，計(jì)算式為

(4)

式中RWS,agr——農(nóng)業(yè)水資源盈余率，%

產(chǎn)生農(nóng)業(yè)水足跡附加深度時(shí)，引入農(nóng)業(yè)水資源赤字率反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)對(duì)環(huán)境干擾程度，計(jì)算式為

(5)

式中RWD,agr——農(nóng)業(yè)水資源赤字率，%

1.3 農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系劃分

脫鉤理論最初源于物理領(lǐng)域，后逐漸被用于評(píng)估區(qū)域資源環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的變化關(guān)系，經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)與資源環(huán)境變化間不相互依賴(lài)稱(chēng)為脫鉤[27]。分別比較區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡深度、區(qū)域農(nóng)業(yè)水足跡廣度和區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值(GFP)的變化關(guān)系，能夠分別得到4種類(lèi)型的水存量-經(jīng)濟(jì)關(guān)系和4種類(lèi)型的水流量-經(jīng)濟(jì)關(guān)系(表1)。水存量-經(jīng)濟(jì)關(guān)系和水流量-經(jīng)濟(jì)關(guān)系的進(jìn)一步組合，得到8種類(lèi)別的農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系(圖2)，幫助衡量農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)狀況間的變化關(guān)系。

表1 三維水足跡與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間變化關(guān)系Tab.1 Relationship between 3D water footprint and economic development

圖2 農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系及其分類(lèi)Fig.2 Agricultural water-economy relationship and its classification

根據(jù)水足跡深度和水足跡廣度的概念，當(dāng)水足跡深度維持在自然深度內(nèi)是可持續(xù)的；水足跡廣度越小，則資本流量占用越少。水存量、水流量與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的關(guān)系呈強(qiáng)脫鉤時(shí)最好，強(qiáng)耦合時(shí)最差。但是，水足跡深度和廣度存在一定的內(nèi)在關(guān)系，相互組合后的狀態(tài)則呈現(xiàn)不同的結(jié)果。在自然深度內(nèi)，水足跡廣度的增加不影響水資源利用可持續(xù)狀況；超出自然深度，水足跡廣度越大則代表水資源承載能力越大。因此，圖2中8種農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型從優(yōu)到劣(優(yōu)先考慮農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)，再考慮農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)變化情況)依次為類(lèi)型1、類(lèi)型2、類(lèi)型5、類(lèi)型7、類(lèi)型4、類(lèi)型3、類(lèi)型8、類(lèi)型6。

1.4 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文研究時(shí)段為1998—2020年，歷年各省級(jí)行政區(qū)農(nóng)業(yè)用水量、水資源量數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)水資源公報(bào)》(1998—2020)。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來(lái)源于《中國(guó)統(tǒng)計(jì)年鑒》(1999—2021)。過(guò)境水量采用主要河流分水量數(shù)據(jù)，相關(guān)政策文件取自國(guó)務(wù)院網(wǎng)站(http://www.gov.cn/guowuyuan/)?？鐓^(qū)域工程性調(diào)水?dāng)?shù)據(jù)從物理水調(diào)運(yùn)相關(guān)省級(jí)行政區(qū)水資源公報(bào)和《南水北調(diào)工程建設(shè)年鑒》獲得。江蘇和上海的供用水量依靠豐富的長(zhǎng)江和太湖的過(guò)境水量，情況較為復(fù)雜，水資源核算時(shí)需要考慮引用的過(guò)境水量。上海引用的過(guò)境水量主要考慮長(zhǎng)江和太湖，長(zhǎng)江引水量參考《上海市水資源公報(bào)》，另考慮38%的用水量來(lái)源于太湖來(lái)水量[28]；江蘇對(duì)長(zhǎng)江引水量數(shù)據(jù)參考《江蘇省水資源公報(bào)》。

2 結(jié)果與分析

2.1 中國(guó)農(nóng)業(yè)三維水足跡時(shí)空格局

水足跡深度維持在自然深度內(nèi)，水足跡廣度越大，表明區(qū)域水資源承載能力越高，可持續(xù)性越強(qiáng)。1998—2020年中國(guó)農(nóng)業(yè)用水整體狀況較好，農(nóng)業(yè)水足跡深度一直處于自然深度狀態(tài)，年均農(nóng)業(yè)水足跡廣度為2.96×1011m3。圖3為區(qū)域農(nóng)業(yè)三維水足跡年均狀況，反映了空間差異狀況。

圖3 1998—2020年中國(guó)年均三維水足跡Fig.3 Annual average 3D water footprint of China from 1998 to 2020

1998—2020年有12個(gè)省級(jí)行政區(qū)處于農(nóng)業(yè)用水不可持續(xù)的狀態(tài)。其中，北京和寧夏的水足跡深度最大，農(nóng)業(yè)用水不可持續(xù)狀態(tài)最為嚴(yán)重，至少需要3.5以上現(xiàn)有區(qū)域水資源流量才能滿(mǎn)足當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)水資源需求量。其次為河北(3.07)、上海(2.41)和江蘇(2.13)。天津(1.86)、山東(1.55)、新疆(1.30)、遼寧(1.26)、河南(1.08)、甘肅(1.08)和山西(1.01)也處于不同程度的農(nóng)業(yè)用水不可持續(xù)性狀態(tài)。作為中國(guó)棉花的最大生產(chǎn)區(qū)域，新疆年均農(nóng)業(yè)水足跡廣度高達(dá)3.42×1010m3，其資源承載能力仍不足以滿(mǎn)足其需求。北京為年均水足跡廣度最小的省級(jí)行政區(qū)，僅為2.95×108m3，資源承載能力不足為其農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)了更大的壓力。

不同省級(jí)行政區(qū)在水資源稟賦、人口和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展等方面存在巨大差異，區(qū)域淡水資源占用呈現(xiàn)不同的特點(diǎn)。選取1998、2000、2005、2010、2015、2020年進(jìn)行時(shí)間序列分析(圖4，圖中98、00、05、10、15、20分別代表1998、2000、2005、2010、2015、2020年)。人口密集、經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的華北和華東地區(qū)，以及氣候干旱的西北地區(qū)水資源供需矛盾較為突出，降水豐腴的西南和華南地區(qū)水資源可持續(xù)性狀況較好。各地區(qū)農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)性狀況與降水年型有較大關(guān)聯(lián)，隨時(shí)間無(wú)明顯變化規(guī)律。

圖4 各省級(jí)行政區(qū)水足跡深度與廣度關(guān)系Fig.4 Relationship between depth and size of water footprint in each province

華北地區(qū)內(nèi)，北京、河北和山西的農(nóng)業(yè)水資源流量和存量耗用關(guān)系大致呈倒“U”形，水足跡深度和足跡廣度同向增減，在居民節(jié)水意識(shí)加深和政策約束的情況下，經(jīng)歷了可持續(xù)程度降低到增強(qiáng)的變化階段；由于農(nóng)業(yè)可利用水量和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的不同步波動(dòng)變化，天津的水足跡深度和廣度變化呈突變型；內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)水資源承載能力隨時(shí)間變化，但均處于自然深度內(nèi)。東北地區(qū)內(nèi)，吉林和黑龍江的水足跡深度均處于自然深度內(nèi)，資源承載能力隨時(shí)間先減小后增大；遼寧的降水年際差異較大，水足跡深度和廣度變化呈突變型。華東地區(qū)內(nèi)，上海大致呈倒“U”形，水足跡深度處于減小趨勢(shì)，可持續(xù)狀態(tài)變好；受降水年型年際差異較大的影響，江蘇和山東也呈突變型；浙江、安徽、江西和福建的水足跡深度均處于自然深度內(nèi)，浙江和福建的水資源承載力逐年縮小，水資源流量可持續(xù)狀態(tài)逐步變差。華中地區(qū)內(nèi)，雖然農(nóng)業(yè)用水占比逐年減小，但年際間降水年型差異較大，河南呈突變型；湖北和湖南的水足跡深度均處于自然深度內(nèi)。華南地區(qū)內(nèi)，廣東、廣西和海南的水足跡深度均處于自然深度內(nèi)，但水足跡廣度隨時(shí)間均呈減小趨勢(shì)，水資源承載能力逐步減弱。西南地區(qū)5個(gè)省級(jí)行政區(qū)的水足跡深度均處于自然深度內(nèi)，重慶和四川的水足跡廣度大致呈增大趨勢(shì)。西北地區(qū)內(nèi)，青海和陜西處于農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)狀態(tài)，青海的水足跡廣度呈減小趨勢(shì)；甘肅年際間降水量差異大，農(nóng)業(yè)水足跡隨降水量變化較大，因此呈突變型；寧夏水足跡深度逐年減少，農(nóng)業(yè)水資源利用可持續(xù)狀態(tài)變好；新疆水足跡深度逐年增加，水足跡廣度大致呈減小趨勢(shì)，可持續(xù)狀態(tài)逐年變差。

2.2 區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源盈余和赤字狀況

水資源盈余率和赤字率可以進(jìn)一步反映水資源流量和存量的占用情況，與特定時(shí)間內(nèi)特定區(qū)域可利用水資源流量和水資源占用量有關(guān)。中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源利用狀況較好，水資源盈余率在50%～60%之間，年均變化率0.39%。區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源盈余率和赤字率時(shí)空變化如圖5所示。

圖5 區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源盈余率和赤字率時(shí)空變化Fig.5 Regional agricultural water surplus rates and deficit rates in time and space

空間分布中，北京、天津、河北、上海、江蘇、山東、甘肅、寧夏和新疆9個(gè)省級(jí)行政區(qū)處于水資源赤字狀態(tài)，其中位于華北地區(qū)的3個(gè)省級(jí)行政區(qū)赤字狀況較為嚴(yán)重。華東和西南地區(qū)農(nóng)業(yè)水資源盈余率較高，其中浙江、福建、江西、重慶、四川和云南的年均盈余率達(dá)60%以上。中國(guó)湖泊最多的西藏和享有“中國(guó)水塔”之稱(chēng)的青海擁有年均90%以上的農(nóng)業(yè)水資源盈余率。上海和江蘇雖然擁有較為豐富的過(guò)境水資源，但由于河流下游水質(zhì)較差以及過(guò)境水受季節(jié)影響較大，農(nóng)業(yè)水資源仍處于赤字狀態(tài)。山東人口和產(chǎn)業(yè)較為密集，并且作為蔬菜和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)大省，農(nóng)業(yè)水資源赤字情況也較為嚴(yán)重。

時(shí)間分布上，華北、華東和西北地區(qū)有明顯變化。華北地區(qū)內(nèi)，京津冀城市群的農(nóng)業(yè)水資源赤字率在1999年陡降，后波動(dòng)變化并趨于增加趨勢(shì)，即不可持續(xù)程度逐漸降低。華東地區(qū)內(nèi)，上海、江蘇和福建年際間變化差異較大，無(wú)明顯規(guī)律；安徽以2011年為界，水資源盈余率變化趨勢(shì)為先減少再增加。西北地區(qū)內(nèi)，寧夏是農(nóng)業(yè)水資源赤字率最嚴(yán)重的區(qū)域，但隨著時(shí)間變化，赤字率波動(dòng)變化且緩慢減小，但在2020年農(nóng)業(yè)水資源赤字率仍為209.7%，農(nóng)業(yè)用水供需矛盾仍十分嚴(yán)重。新疆面積廣闊，降水少，植被蒸散發(fā)量大，2020年新疆棉花產(chǎn)量占全國(guó)的87.3%，農(nóng)業(yè)水資源赤字率不斷增加，由1998年的0.89%增長(zhǎng)至2020年的60.22%，農(nóng)業(yè)用水供需矛盾逐步惡化。

2.3 農(nóng)業(yè)用水與經(jīng)濟(jì)發(fā)展變化關(guān)系

農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型劃分結(jié)果如圖6所示。中國(guó)農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系的整體狀況較好，2013—2020年連續(xù)7年為農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型中最好的類(lèi)型1，即農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值增加，農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系脫鉤且處于環(huán)境可持續(xù)狀態(tài)。農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型劃分結(jié)果如圖6所示。

圖6 區(qū)域農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系變化熱點(diǎn)圖Fig.6 Hotspot map of regional agricultural water-economic nexus changes

省級(jí)行政區(qū)尺度上，浙江農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系最好，研究時(shí)間內(nèi)共17次達(dá)到類(lèi)型1，與其農(nóng)業(yè)用水占比相對(duì)較低，經(jīng)濟(jì)發(fā)展較快，灌溉效率較高有關(guān)；其次為福建、廣東、廣西和海南的14次，這些地區(qū)雖然農(nóng)業(yè)用水占比均在50%以上，但灌溉水有效利用程度很高[5]。北京、天津、河北、山西、遼寧、黑龍江、上海、江蘇、山東和寧夏均出現(xiàn)類(lèi)型6，即農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系耦合且環(huán)境不可持續(xù)，為最差的農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型。其中北京最為嚴(yán)重，雖然農(nóng)業(yè)用水占比較低，但是較低的水資源承載能力和其他部門(mén)激烈的用水競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，進(jìn)一步壓縮了農(nóng)業(yè)可利用水資源量。按區(qū)域整合為華北地區(qū)整體農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系較差，西北、華中、華東和東北地區(qū)部分農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系較差。在時(shí)間變化上，2002—2003年、2006—2007年和2015—2016年這3個(gè)時(shí)間段內(nèi)類(lèi)型1出現(xiàn)的次數(shù)最多；1998—1999年、2014—2015年和2016—2017年3個(gè)時(shí)間段出現(xiàn)類(lèi)型6的次數(shù)最多。北京和上海從2014年開(kāi)始連續(xù)出現(xiàn)較差的農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系狀況，即農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)性降低，農(nóng)業(yè)水資源承載力降低，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值也降低。

3 討論

農(nóng)業(yè)可持續(xù)用水對(duì)維持區(qū)域糧食安全和地區(qū)健康發(fā)展有著關(guān)鍵作用。區(qū)域農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)評(píng)價(jià)對(duì)進(jìn)一步探討作物種植結(jié)構(gòu)調(diào)整與適宜灌溉規(guī)模確定等具有重要參考意義。本文研究結(jié)果表明，華北、華東和西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)用水可持續(xù)狀況較差，西南和華南地區(qū)狀況較好，但這與中國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和相應(yīng)的水資源配置有所矛盾。北方旱區(qū)是我國(guó)的糧食主產(chǎn)區(qū)，但由于氣候條件，北方水資源壓力大于南方。華北平原是中國(guó)重要的糧棉油生產(chǎn)基地，而北京、天津和河北的人均水資源量都遠(yuǎn)低于國(guó)際公認(rèn)的水資源短缺閾值[29]。西北地區(qū)以約占全國(guó)10%的水資源量生產(chǎn)了全國(guó)12%的糧食，棉花和瓜果的出口輸出了大量的虛擬水[30-31]。農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型劃分結(jié)果顯示，華北地區(qū)整體脫鉤狀況較差，西北、華中、華東和東北地區(qū)局部脫鉤狀況較差。結(jié)合上述結(jié)果，提出以下可持續(xù)發(fā)展措施建議：①平衡區(qū)域水資源配置，調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)，優(yōu)化區(qū)域間農(nóng)作物流通所帶來(lái)的虛擬水貿(mào)易格局，減輕水資源分布不均所帶來(lái)的局部農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水不可持續(xù)狀況。②發(fā)展農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和提高灌溉管理水平，提升灌溉水利用率和利用效率，以實(shí)現(xiàn)區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源利用與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的脫鉤關(guān)系，形成環(huán)境與經(jīng)濟(jì)發(fā)展間的良性循環(huán)。

4 結(jié)論

(1)中國(guó)農(nóng)業(yè)用水整體上呈可持續(xù)狀態(tài)，農(nóng)業(yè)年均水足跡廣度為2.96×1011m3。農(nóng)業(yè)水資源利用不可持續(xù)省級(jí)行政區(qū)主要分布于華北、華東和西北地區(qū)，區(qū)域水資源承載能力較小，農(nóng)業(yè)灌溉需水量較大。農(nóng)業(yè)水足跡廣度較大省級(jí)行政區(qū)主要分布于華南和西南地區(qū)，雖然農(nóng)業(yè)灌溉需水量較大，但是水資源承載力較大，農(nóng)業(yè)水資源利用可持續(xù)程度較好。

(2)中國(guó)農(nóng)業(yè)水資源盈余率保持在50%～60%間，但由于中國(guó)水資源分布時(shí)空不均的特點(diǎn)，區(qū)域農(nóng)業(yè)水資源盈虧差異和隨時(shí)間的變化程度較大。空間分布上，西藏、青海、浙江、福建、江西、重慶、四川和云南8個(gè)省級(jí)行政區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源流量的盈余率較高，寧夏、北京、天津和上海農(nóng)業(yè)水資源存量占用率較高，可持續(xù)性狀況較差；時(shí)間分布上，華北、華東和西北地區(qū)的農(nóng)業(yè)水資源盈虧狀況有明顯變化。

(3)農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型分析表明，華北地區(qū)整體農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系較差，西北、華中、華東和東北地區(qū)部分農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)關(guān)系較差。北京和上海在2014年后農(nóng)業(yè)水-經(jīng)濟(jì)類(lèi)型變差，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)與生態(tài)環(huán)境間關(guān)系惡化。