耕地保護(hù)視角下的水土資源匹配及優(yōu)化

摘要：耕地是最寶貴的農(nóng)業(yè)資源，是保障國家糧食安全的根本。以濟南市為例，探討耕地保護(hù)視角下的水土資源匹配及優(yōu)化，分析各區(qū)縣的水土資源的匹配狀態(tài)及問題。結(jié)果表明，濟南市水土資源在市域?qū)用娴钠ヅ涑潭容^高，但各區(qū)縣的水土資源匹配程度差異較大，北部區(qū)縣的水土匹配程度較好。在全面分析水土資源特征的基礎(chǔ)上，從外調(diào)水分配、挖掘水資源開發(fā)利用潛力等方面提出水土資源優(yōu)化策略，為提升耕地質(zhì)量、可持續(xù)利用水土資源提供依據(jù)。

關(guān)鍵詞：水土資源；匹配；耕地保護(hù)；濟南市

中圖分類號：TU986 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1008-9500（2024）09-00-04

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Matching and Optimization of Water and Soil Resources from the Perspective of Cultivated Land Protection

— Taking Jinan City as an Example

MA Dong， GUO Heng， CHI Hailong

（Jinan City Planning and Design Institute， Jinan 250000， China）

Abstract： Farmland is the most precious agricultural resource and the fundamental guarantee of national food security. Taking Jinan city as an example， this paper explores the matching and optimization of water and soil resources from the perspective of cultivated land protection， and analyzes the matching status and problems of water and soil resources in various districts and counties. The results indicate that the matching degree of water and soil resources in Jinan city is relatively high at the city level， but there are significant differences in the matching degree of water and soil resources among different districts and counties， with the northern districts and counties having a better matching degree of water and soil resources. Based on a comprehensive analysis of the characteristics of water and soil resources， optimization strategies for water and soil resources are proposed from aspects such as external water allocation and tapping into the potential for water resource development and utilization， providing a basis for improving the quality of arable land and sustainably utilizing water and soil resources.

Keywords： water and soil resources; matching; cultivated land protection; Jinan city

濟南市南依泰山，北跨黃河，地貌復(fù)雜多樣，農(nóng)業(yè)開發(fā)利用度高，土地資源總量及人均耕地面積少，耕地后備資源補充潛力有限，且存在供水不足、地下水超采、耕層變淺等耕地質(zhì)量問題。因此，分析濟南市水土資源匹配狀況，優(yōu)化水土資源協(xié)調(diào)關(guān)系，對于提升耕地質(zhì)量，引導(dǎo)水資源的合理開發(fā)利用，推進(jìn)農(nóng)業(yè)可持續(xù)、現(xiàn)代化發(fā)展具有重要的意義。

1 研究區(qū)概況

濟南市的水資源分布不均衡，嚴(yán)重依賴黃河、南水北調(diào)等客水，多年平均降雨量為648 mm，平均水資源總量為17.48億m3，屬于資源型缺水城市。濟南市的耕地質(zhì)量以中等地為主，旱地占比較高，質(zhì)量有待進(jìn)一步提升。2022年，濟南市人均耕地面積約600 m2，低于全國1 000 m2、全省800 m2的平均水平，耕地保護(hù)壓力巨大。2022年，耕地質(zhì)量等級在5～11等，其中高等地占21%，中等地占79%，無優(yōu)等地分布，耕地質(zhì)量有較大的提升空間[1]。

2 數(shù)據(jù)與方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

采用濟南市所轄歷下區(qū)、市中區(qū)、天橋區(qū)、槐蔭區(qū)、歷城區(qū)、長清區(qū)、章丘區(qū)、濟陽區(qū)、商河縣及平陰縣10個區(qū)縣的耕地面積、水資源總量、外調(diào)水量、耕地質(zhì)量分等、耕地灌溉用水量、人口等與農(nóng)業(yè)水土相關(guān)的資料作為基礎(chǔ)資料，資料來源于《濟南市統(tǒng)計年鑒》《濟南市水資源公報》《山東省水資源公報》，選取資料的時間長度為2013—2022年。其中，歷下區(qū)、市中區(qū)、天橋區(qū)、槐蔭區(qū)為市中心區(qū)。

2.2 市域總體層面的水土資源匹配水平評價

采用基尼系數(shù)法和水土資源匹配系數(shù)分析市域總體層面的水土資源匹配水平。其中，基尼系數(shù)法用于分析濟南市水土資源在空間中的匹配水平，水土資源匹配系數(shù)用于分析單位面積耕地?fù)碛械乃Y源量。

水土資源匹配系數(shù)越大，水土資源的匹配程度越好，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件越好。水土資源匹配系數(shù)的計算公式為

（1）

式中：M為水土資源匹配系數(shù)；Wi為第i個評價單元的耕地灌溉用水量；Fi為第i個評價單元的耕地面積，hm2；n為濟南市評價單元個數(shù)。

2.3 區(qū)縣內(nèi)部層面的水土資源匹配水平

濟南市耕地以水澆地、旱地為主，耕地結(jié)構(gòu)的差異直接反映了區(qū)縣內(nèi)部水土資源匹配水平的差異。旱地比例越高，越能反映區(qū)縣內(nèi)的水土資源匹配不合理，通過水澆地地均用水與耕地地均用水的差值反映區(qū)縣內(nèi)部層面的水土資源匹配水平。評價單元水土資源匹配差值的計算公式為

（2）

式中：H為評價單元水土資源匹配差值；W為評價單元耕地灌溉用水量；F為評價單元耕地面積，hm2；S為水澆地面積，hm2。H越大，說明旱地越多，表征區(qū)縣內(nèi)部的水土資源匹配度越差。

2.4 水資源開發(fā)潛力評價分析

水務(wù)部門統(tǒng)計的水資源總量不包括過境水資源量，難以真實體現(xiàn)區(qū)域供用水關(guān)系，在計算過程中，扣除總用水量的外調(diào)水資源量和非常規(guī)水源，計算公式為

（3）

式中：A為水資源開發(fā)潛力；B為水資源開發(fā)利用限值，采用山東省多年水資源開發(fā)利用率的平均值來體現(xiàn)；C為總供水量；T為外調(diào)水資源量；D為非常規(guī)水資源量；E為水資源總量[2]。

3 結(jié)果與分析

從研究區(qū)水土資源空間匹配格局、評價單元內(nèi)部水土資源匹配特征、水資源開發(fā)潛力評價分析3個方面分析研究結(jié)論。

3.1 研究區(qū)水土資源空間匹配格局

3.1.1 基尼系數(shù)

構(gòu)建洛倫茲曲線，計算水土資源匹配基尼系數(shù)，如圖1所示。濟南市的水資源與耕地面積匹配基尼系數(shù)G為0.14，匹配狀況極好。

濟陽區(qū)的耕地灌溉用水較為充足，27%的耕地灌溉用水服務(wù)21%的耕地，水土比例約為1.3∶1。歷城區(qū)、長清區(qū)的耕地灌溉用水比較缺乏，水土比例分別為0.75∶1、0.73∶1；市中心區(qū)、章丘區(qū)、平陰縣、商河縣的水土比例較為均衡，匹配程度較好。從市域?qū)用鎭砜?，濟南市的水土資源匹配合理。各評價單元仍存在大量旱地，說明濟南市水土資源匹配的核心問題是水資源在市域范圍內(nèi)的分配與利用問題。山東省在2010年、2015年、2020年的基尼系數(shù)平均值為0.2，平均水資源開發(fā)利用率為80%，說明濟南市在全省范圍內(nèi)處于較好水平。

3.1.2 水土資源匹配系數(shù)

根據(jù)濟南市2022年耕地面積統(tǒng)計數(shù)據(jù)及耕地灌溉用水?dāng)?shù)據(jù)，運用水土資源匹配系數(shù)計算模型，分別得出濟南市耕地灌溉用水與耕地的水土資源匹配系數(shù)及其差值[3-6]。各評價單元的水土資源匹配系數(shù)差異性較大，匹配系數(shù)最大的是濟陽區(qū)（0.29），匹配系數(shù)最小的是長清區(qū)（0.13）、歷城區(qū)（0.13），總體呈現(xiàn)出北部匹配程度優(yōu)于南部。

3.2 評價單元內(nèi)部水土資源匹配特征

商河縣、濟陽區(qū)的水土資源匹配差值分別為0、0.01，匹配性好。歷城區(qū)、市中心區(qū)、章丘區(qū)的水土資源匹配差值處于中間水平，約為0.1，說明區(qū)域內(nèi)的旱地占比較高。平陰縣、長清區(qū)的水土資源匹配差值分別為0.17、0.16，匹配性較差，說明區(qū)域內(nèi)存在大量旱地。耕地結(jié)構(gòu)如圖2所示。

歷城區(qū)、市中心區(qū)、章丘區(qū)、長清區(qū)的水土資源匹配程度較好。章丘區(qū)、長清區(qū)、歷城區(qū)、市中心區(qū)擁有大量旱地，說明水土資源匹配不均衡。商河縣、平陰縣的耕地灌溉用水較少，目前平陰縣存在37%的旱地，水土資源匹配條件難以解決矛盾，需要適當(dāng)增加耕地灌溉用水比例。商河縣基本不存在旱地，說明水少地多，但灌溉效率高[7-9]。濟陽區(qū)的耕地灌溉用水較多，且基本無旱地，區(qū)域內(nèi)部水土資源匹配合理，在未來可選擇附加值高的高耗水作物，適當(dāng)減少用水量。

3.3 水資源開發(fā)潛力評價分析

根據(jù)水資源開發(fā)利用限值與水資源開發(fā)利用率的差值，水資源開發(fā)潛力最大的為長清區(qū)、濟陽區(qū)、商河縣，市中心區(qū)、平陰縣、章丘區(qū)已經(jīng)超過水資源開發(fā)利用的限值。

4 匹配程度及優(yōu)化策略

4.1 匹配程度

從市域?qū)用鎭砜?，濟南市的水土資源匹配程度較高?；嵯禂?shù)為0.15，水土資源的匹配處于絕對平均水平；農(nóng)業(yè)水資源匹配系數(shù)為0.18萬m3/hm2，略高于同時期山東省的水資源匹配系數(shù)。從區(qū)縣層面來看，各區(qū)縣的水土資源匹配程度差異較大。水澆地地均用水與耕地地均用水的差值為0.01～0.17，二者相差較大。其中，商河縣、濟陽區(qū)的水土資源匹配程度最高，平陰縣、長清區(qū)的水土資源匹配程度最低。總體來看，濟南市各區(qū)縣的水土資源匹配程度差異較大，北部區(qū)縣的水土匹配程度較好。

4.2 優(yōu)化策略

4.2.1 優(yōu)化外調(diào)水分配，調(diào)整用水結(jié)構(gòu)

針對市級層面水土資源匹配欠佳的長清區(qū)（0.13）、歷城區(qū)（0.13）、平陰縣（0.16）及商河縣（0.16），可通過適當(dāng)提高外調(diào)水量來增加耕地灌溉用水，提高水土資源匹配水平。針對水土資源匹配水平較好的區(qū)縣，特別是濟陽區(qū)（0.29），可以通過適當(dāng)壓縮外調(diào)水的比例來平衡各區(qū)縣水資源的相對比例。

4.2.2 嚴(yán)控水資源開發(fā)過度，適當(dāng)挖掘開發(fā)潛力

歷城區(qū)的水資源開發(fā)利用率為50%，水資源保護(hù)壓力較大，且在歷城區(qū)的南部生態(tài)涵養(yǎng)區(qū)、保泉滲漏帶分布較多，因此區(qū)域內(nèi)可開發(fā)作為耕地灌溉用水的水量較少。章丘區(qū)、平陰縣的水資源開發(fā)利用率為60%～70%，自身水資源保護(hù)壓力巨大，且區(qū)域內(nèi)的旱地占比分別達(dá)到33.22%、51.27%，因此區(qū)域內(nèi)已無可開發(fā)作為耕地灌溉用水的水量，需要通過外部輸水或調(diào)整內(nèi)部用水結(jié)構(gòu)來增加耕地灌溉用水。市中心區(qū)的水資源開發(fā)利用率達(dá)到83.67%，區(qū)內(nèi)旱地占35.32%，區(qū)域內(nèi)已無可開發(fā)作為耕地灌溉用水的水量，需要通過外部輸水或調(diào)整內(nèi)部用水結(jié)構(gòu)來增加耕地灌溉用水。

4.2.3 提高耕地灌溉用水效率，增強旱地供水保障

目前，濟南市的農(nóng)業(yè)用水量較大，農(nóng)業(yè)用水占總用水量的比重較高，發(fā)展節(jié)水型農(nóng)業(yè)，促進(jìn)噴灌、滴管技術(shù)發(fā)展迫在眉睫。從圖3可以看出，市中心區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量占比最小，濟陽區(qū)、商河縣的農(nóng)業(yè)用水量占比近90%，平陰縣、長清區(qū)、章丘區(qū)的農(nóng)業(yè)用水量占比在70%左右。針對農(nóng)業(yè)用水量較大的地區(qū)，應(yīng)結(jié)合土地綜合整治項目，保障耕地的供水。同時，濟南市應(yīng)建設(shè)完善的農(nóng)田灌排系統(tǒng)，加強水源工程建設(shè)，有效提高耕地灌溉用水效率。

5 結(jié)論

濟南市作為資源型缺水城市，通過區(qū)縣間水資源的潛力挖掘與優(yōu)化分配可進(jìn)一步提高水土資源的匹配程度，提升耕地質(zhì)量，增強糧食安全。水土資源匹配及優(yōu)化策略的研究，一方面可直接作為國土空間規(guī)劃、土地整治規(guī)劃的依據(jù)，另一方面可指導(dǎo)耕作結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，促進(jìn)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。雖然該研究可在一定層面指導(dǎo)水土資源的優(yōu)化，但是市級層面的客水資源優(yōu)化分配、區(qū)縣內(nèi)水資源開發(fā)潛力的挖掘都是一種開發(fā)利用手段，在這個過程中應(yīng)秉承尊重自然、順應(yīng)自然、保護(hù)區(qū)域水土特點的理念，因地制宜地保護(hù)耕地、利用耕地。

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