塔里木河流域水资源高效利用与农业种植结构调整

刘雪雪　冯啸林　刘亮　卢泉

摘 要：【目的／意义】水资源承载能力是影响农业种植结构的重要因素。塔里木河是中国最大的内陆河，其流域是中国重要的农业基地，优化农业种植结构有助于缓解流域内用水低效问题。【方法／过程】基于水资源利用结构偏差模型，测算地区与作物的水资源利用结构偏差值，从时空差异与作物差异角度分析塔里木河流域水资源利用效率，并以作物水资源利用结构偏差值作为农业种植结构调整的依据。【结果／结论】研究发现：20002020年，塔里木河流域水资源利用效率呈上升趋势，其中巴州与喀什地区水资源利用效率较高，阿克苏地区与克州水资源利用效率偏低；作物中用水效率较高的是水果与蔬菜，较低的为粮食与棉花。据此建议：根据“粮食基本自给…‘稳定棉花生产”的要求，在全面推行节水灌溉的基础上稳定流域内棉花种植面积，整体调减粮食和油料的种植面积，调增水果、蔬菜、苜蓿、甜菜和薯类作物的种植面积，以此来提高塔里木河流域五地州的农业水资源利用效率。

關键词：塔里木河流域；水资源利用结构偏差；农业种植结构

中图分类号：F323.3 文献标志码：A 文章编号：1673-5617 （2023） 01-0065-07

塔里木河流域是我国最重要的棉花产区，同时也是西北典型干旱区和国家生态敏感区。流域水资源开发强度超过70%，农业用水量高达95%以上。水资源的极端匮乏、农业用水的无序扩张和用水效率的极端低下极大地挤占了塔里木河流域的生态用水，使得流域内生态系统持续恶化。但是其作为国家重要的粮棉产地，单纯以“减水”“控水”为主的政策在一定时期、一定程度上会降低农业生产者特别是少数民族农民的经济收益，激化社会矛盾。而在不减少现行耕地面积的条件下进行种植结构调整可能是缓解这一矛盾的重要政策手段。《国务院关于印发水污染防治行动计划的通知》（国发[ 2015] 17号）指出要“严格控制缺水地区、水污染严重地区和敏感区域高耗水、高污染行业发展”以及“调整种植业结构与布局”。《全国农业现代化规划（2016-2020年）》（国发[2016]58号）也指出要“以高效节水型农业为主攻方向，适度调减高耗水粮食作物”。可见，调整农业种植结构对于提高塔里木河流域的水资源利用效率的意义已在政策层面得到广泛认可。

在学理层面，国内外学者围绕水资源高效利用、种植业结构调整及二者的关系做了大量研究。在水资源高效利用这一问题上，国内外广泛运用水足迹理论、税收理论、水资源适应性理论从资源属性的角度进行了深入的探讨[1-5]。在种植业结构调整问题上，学者更多的是关注数学模型的引用以便为政策建议提供更为精准的理论支撑[6-10]。在二者的关系上，虽然近年来统计技术的发展和数学模型的广泛运用加强了理论的普适性和科学性[11-18]，但水资源利用的约束条件，如自然环境、经济社会发展水平、社会文化、科技水平在模型中少有体现，削弱了理论的适用性。虽然众多研究认为，在绿洲农业区，种植结构调整是在水资源约束下协同农业发展和水资源高效利用的有效方式；但上述研究多数以内地各灌区或省份为例，涉及新疆塔里木河流域的文献较少[19-20]，且大多发表于10年前，对于研究塔里木河流域的农业种植现状参考性较弱。更为重要的是，从整个流域的视角，既往研究中并没有很好地揭示由农作物种植引起的水资源利用的时空差异。

基于此，本研究利用农用水资源配置效率模型中的水资源配置结构偏差公式[21]测算了塔里木河流域五地州的水资源利用结构偏差值，并在此基础上构建了作物水资源配置结构偏差公式，以此作为农业种植结构调整的依据，给出对应的调整建议。研究贡献主要有以下3点：（1）对水资源利用结构偏差值进行了理论上的拓展，赋予其新的意义重新研究农业种植结构对流域水资源的影响；（2）分别从时间差异、空间差异和作物差异来分析地区与作物的水资源利用效率，为水资源配置调整方向；（3）为优化农业种植结构与水资源节约提供了新的证据，对政策的出台具有指导意义。

1 研究区概述

塔里木河流域（以下简称塔河流域）由环塔里木盆地的阿克苏河、开都河一孔雀河和田河、叶尔羌河等九大水系144条河流组成。流域范围包括五地州，即巴音郭楞蒙古自治州（以下简称巴州）、阿克苏地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州（以下简称克州）、喀什地区以及和田地区，还有4个生产建设兵团（第一师、第二师、第三师和第十四师）。

1.1 塔河流域水资源现状

根据《新疆统计年鉴》2021年数据，塔河流域总面积102.7万km2，耕地面积203.2万hm2，节水灌溉面积126.1万hm2。塔河流域总水资源量为430.8亿m'，供水总量326.5亿m3，其中农业用水达304.0亿m3，占93 .1%（表1）。生态输水计划向天然胡杨林区输送的人工生态补水量仅为11.13亿m3。塔河流域水资源主要来源于冰川融雪补给，然而随着人类活动，生产用水逐年增加且用水结构偏向农业，生态用水的缩减致使生态环境严重退化，近年来下游生态环境虽经过综合治理后初步改善，但仍需提升农业用水效率。

1.2 塔河流域农业种植结构

农业作为国家和地区经济、社会发展的基础，其发展不但与资源条件、生产条件和社会经济条件有关，也与农业结构变化密切相关。近些年来，塔河流域农业生产格局由偏重粮食作物的单一生产转向为粮、棉、肉、奶、糖多业并重的新格局，现代化的农业结构正在取代低级的传统农业结构。

塔河流域主要商品化种植的农作物包括粮食类（水稻、小麦、玉米、豆类），薯类，棉花，油料（油菜、胡麻、葵花），甜菜，蔬菜，瓜果（果用瓜、葡萄、苹果、梨、红枣），饲料类（苜蓿）。如图l所示，2000年塔河流域主要农作物为粮食、棉花、蔬菜和水果，比例约为5.1：3.3：0.9：0.2；2020年主要农作物种类无变化，其比例变为3.2：3.7：2.2：0.6，其中粮食作物的比例逐年下降，变化幅度最大。

2 研究方法

2.1 水资源利用结构偏差理论框架

水资源利用结构偏差能表明水资源配置的大概方向，对于调整农业种植结构具有重要作用。本文借鉴朱立志[21]的农用水资源配置效率分析研究，结合魏敬周等[22]的水资源结构偏差理论框架，构建塔河流域农用水资源结构偏差模型，运算模型如下：

式（1）中，Ri示j地区的水资源利用结构偏差，Yi表示j，地区的农业产出，单位为t，wi示j地区农业用水量，单位为m3。水资源利用结构偏差值能够反映各地提高水资源利用效率的潜力，水资源利用结构偏差值为正，代表水资源利用效率相对较高，反之则较低。式（1）不仅可从流域层面分析用水效率的变化趋势，也可分地州深层探讨地区间水资源利用效率差异。根据研究需要与数据可得性，本文沿用魏敬周[22]研究中的数据获取方式，所用产出与用水数据均整理自各年份的《新疆统计年鉴》。

2.2 改进的水资源利用結构偏差模型

塔河流域五地州中主要种植的8类作物因种植面积与生长条件不同，所需农业水量各异。因此，基于式（1），本文从作物差异角度进行模型改进，引入农产品虚拟水含量指标[23]，测算塔河流域及各地州主要作物的水资源利用结构偏差值。

若从流域层面测算作物水资源利用效率情况，公式如下：

3 实证分析

3.1 地区水资源利用结构偏差

3.1.1 塔河流域水资源利用效率的时间差异分析从时间差异角度，根据式（1）分析塔河流域水资源利用效率，测算2000-2020年流域整体水资源利用效率的变化。由图2可以看出，整个塔河流域水资源利用效率在逐年上升，且在2008年之后呈正相关，代表塔河流域水资源自此得到高效利用。2007年水利部发布的《水量分配暂行力、法》（水利部令第32号）和2008年财政部、国家发展改革委和水利部联合发布的《水资源费征收使用管理办法》都从水资源优化配置角度出发对取、用水量做了严格规定。根据新疆维吾尔自治区党委党史和文献研究院记录，2008年塔河流域综合治理完成建设投资的70%，完成了竣工验收项目39项。相关政策的指导和相关项目投入的有序进行可能是塔河流域水资源利用效率于2008年前后均转为正值的原因。

3.1.2塔河流域五地州水资源利用效率的空间差异分析从空间差异角度，根据式（1）进行深层次的分析，分别测算塔河流域内五地州2000-2020年的水资源利用结构偏差值，由此了解各地州水资源利用效率的区际差异及其变化情况。如表2所示，巴州与喀什地区水资源结构偏差整体为正；阿克苏地区与克州水资源结构偏差整体为负；和田地区水资源结构偏差呈现由正转负现象，说明巴州、喀什地区水资源利用效率较高，而阿克苏地区与克州水资源利用效率相对较低，和田地区在2007年之前虽水资源利用效率为正，但水资源利用结构偏差值呈现下降趋势，2008年后水资源利用效率变为低效。根据新疆统计年鉴2000-2020年数据，喀什地区农业用水虽为历年最多，但其农业产出也最高；而阿克苏地区农业用水与喀什地区相近，农业产出却比喀什地区低40%左右。由此可以合理推测，喀什地区由于种植的多为经济价值高且低耗水的果蔬作物，且农户在资本投入上有所顾忌，因此水资源消耗相对较低；巴州地区以非农经济占主导地位，农业经济发展与水资源利用皆处于五地州中端；阿克苏地区农业用水效率低下，作为五地州中棉花种植面积最大的地区，其水资源低效利用的原因十分明显；克州水资源利用结构偏差值处于负增长状态，说明其水资源利用效率在20年间持续走低，受地理环境因素制约，该地区农业发展始终处于五地州末端，因此需要改进农业技术、提升用水效率；自2008年以来，和田地区农业产出占比偏低，水资源利用结构偏差值均为负数，同时由于当地农业用水量逐年降低，2008-2020年的水资源利用结构偏差值表现为正向增长。

3.2 改进的作物水资源利用结构偏差

为达到通过调整农业种植结构来提高水资源利用效率的目的，从作物差异的角度测算塔河流域层面与各地州层面的作物水资源利用结构偏差，能够更直观地得到高耗水作物与低耗水作物的分类，并以此为依据进行农作物种植结构的调整。农产品虚拟水含量指标与塔河流域作物水资源利用结构偏差值计算结果分别如表3、表4所示。2000-2020年，塔河流域粮食类、棉花与油料作物的水资源利用结构偏差值呈负数，且水资源利用效率逐年变差；其他作物的水资源利用结构偏差值则在一定范围内小幅波动，整体稳定。

从地州层面测算作物水资源利用结构偏差，结果如表5所示。可以看出，作物水资源利用效率较好的为阿克苏地区与克州，而巴州、喀什地区、和田地区作物水资源利用效率较差。五地州农作物水资源利用结构偏差值均为正的作物有薯类、甜菜、蔬菜、水果和苜蓿，其中水果的水资源利用效率最好；粮食类、棉花和油料的水资源利用结构偏差值多数为负数，其中粮食作物水资源利用效率最差。水果作为南疆地区除棉花外主要的经济作物，其低耗水高产出的特点在喀什地区凸显得尤为明显，当地独特的光照条件也提高了水果的经济价值，因此水果的水资源利用效率最好。而粮食和棉花作为塔河流域种植面积最高的两类作物，水资源利用效率很不理想。据走访调查得知，当地粮食类作物多数采用大水漫灌方式进行灌溉，耗水量极大，在其产出固定的情况下，水资源利用效率自然低下；棉花虽已基本普及田间滴灌，但由于面积过大，其总耗水量依旧居高不下。

3.3 关于各类偏差的总结

本文主要从两个视角进行水资源利用结构偏差测算：一是地区水资源利用结构偏差，二是作物水资源利用结构偏差。前者从时间差异与空间差异人手，对塔河流域及流域内部五地州分别做出农业水资源利用效率的讨论分析；后者则从作物角度重新定义了水资源利用结构偏差，采用改进的模型从流域层面递进至地州层面来分析作物之间的用水效率差异，得出各地区作物的水资源利用结构偏差值，该数据为各地州调整农业种植结构提供了依据，且改进后的水资源结构利用偏差为水资源高效利用的相关研究提供了新的内容。

4 结论和建议

4.1 结论

本文将水资源配置结构偏差公式与水资源利用结构偏差理论相结合，测算了塔河流域五地州农业水资源利用情况，并进一步对模型做出改进，得到作物水资源利用结构偏差值，以此作为农业种植结构调整依据，该结果与研究区实际情况相符，具有科学性。

本研究的主要结论为：（1）塔河流域水资源利用结构偏差值于2008年之后转正，总体有所提升；（2）五地州水资源利用较高的地区为巴州和喀什地区；水资源利用效率较低为阿克苏地区与克州；和田地区水资源利用效率逐年下降并于2008年后出现负值，水资源利用结构偏差呈现明显的区域性特征；（3）作物中水资源利用效率最好的是水果，粮食作物与棉花用水效率并不高，理论上说明增加水果种植面积，减少粮食、棉花的种植面积有利于提升塔河流域农业用水效率。

4.2 政策建议

依据研究结论，塔河流域应整体调减粮食和油料面积，但需保证“粮食基本自给”的基本要求，实现水资源和粮食的双向安全，并在全面推行节水灌溉的基础上稳定棉花种植面积，同时调增水果、蔬菜、苜蓿、甜菜和薯类作物种植面积以提升农业用水利用效率，减少巴州、喀什地区和和田地区的油料作物面积。各地州应当遵循“以水定产、以产适水”原则，积极宣传普及节水管理方式，引导农户种植抗旱且经济价值高的作物。

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