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西北旱区农业水土资源利用分区及其匹配特征研究

耿庆玲  
【摘要】:水土资源是农业生产的核心资源,也是粮食生产的战略资源,其态势关系到我国粮食生产的安全性和稳定性。近年来,我国由人口增长和经济发展带来的水土资源需求与其本身的稀缺性、有限性之间的矛盾越来越大,使得水土资源管理成为全世界关注的对象和焦点问题,尤其对于水土资源利用问题较为严重的干旱地区更是受到国内外学者的普遍重视。西北地区地域辽阔,光热土资源丰富,是中国重要的粮食生产后备基地。但该区地形复杂,地貌类型多样,沙漠、丘陵、平原、山地等多种类型并存,区域间自然地理分异明显,社会经济发展水平差异较大。在这种情况下,认识西北旱区的自然地理分异特征及农业水土资源利用现状,成为实现农业水土资源高效可持续利用的重要前提和基础,对于制定合理的水土资源管理措施和规划方案具有重要的指导意义。 本研究以充分利用现有资料和技术为支撑条件,通过结合地理学、气候学、农学、生态学和统计学等相关理论和方法,并综合运用调查研究、定性分析与定量研究相结合以及理论分析与实践相结合等方法,分析西北旱区的干湿气候特征及农业水土资源的利用现状,在进行西北旱区地理范围重新界定的基础上,对西北旱区农业水土资源利用状况进行分区,识别不同区域农业水土资源利用的特征、方向,确立西北旱区农业水土资源利用的分区方案;同时,建立能够反映区域农业水土资源丰缺程度和匹配特征的计算评价方法,分析西北旱区农业水土资源的匹配状况,探讨实现不同分区农业水土资源有效匹配的途径和措施,从而为农业水土资源管理方案和高效利用模式的制定提供理论基础。主要的研究内容及结论如下: (1)对西北旱区的地理范围进行了重新界定。 基于以往西北旱区地理范围研究中的缺陷问题,以近30年(1981-2010)气象观测资料为基础,通过选取降水量、蒸发量、相对湿度、降水变率等多个变量在内的干湿气候区划因子,运用因子聚类法从统计学角度对西北干湿气候特征进行研究。并基于对旱区概念及其基本类型的认识,对西北旱区地理范围进行了界定,同时将其与传统分类方法进行对比,分析二者之间的区别及其原因所在。结果显示:主要的地形地貌成为不同干湿气候类型区间的重要分界标志;因子聚类法能较好反映区域的干湿气候特征,有效识别地形地貌等在区域干湿气候区划中的作用。研究认为旱区是指以气候干旱为基本特征的资源型缺水地区,包括了干旱、半干旱和半湿润易旱区三种干湿气候类型。西北旱区的范围包括了新疆、青海、甘肃和宁夏四省的全部,陕西关中平原与陕北高原及内蒙古锡林郭勒盟以西地区,总面积为3.69106km2,占全国国土面积的38.4%。 (2)建立了农业水土资源利用分区的指标框架结构。 以农业水土资源利用分区的基本理论内涵为基础,考虑农业水土资源供、用、耗、需等特点,将供需理论与DPSIR(Driving Force-Pressure-State-Impact-Response)模型相结合,建立了以供给能力、需求水平、开发利用条件、利用现状和限制因子五种要素特征为基本层次的指标框架结构,并以内蒙古巴彦淖尔为例对该指标框架的合理性进行了验证和分析。结果表明:受黄河引水、取水条件和阴山山脉的影响,巴彦淖尔市农业水土资源利用由西向东、由南向北呈现明显的区域差异特征,区域农业水土资源利用方式、方向的差异与水资源的供给条件有密切联系。通过调查和分析,结合巴彦淖尔市的实际情况,表明所建立的分区指标体系是合理的,该指标框架能够指导农业水土资源利用分区指标体系的建立和分区特征的识别。 (3)识别了西北旱区农业水土资源利用的分区特征。 基于所建立的分区指标框架,考虑指标筛选的基本原则,以市级(区)为基本单元,确定各分区指标的数值。采用主成分分析与系统聚类相结合的方法,建立农业水土资源利用的分区方案,结合实地调查和综合研究,对分区结果进行分析和比较,研究各分区农业水土资源利用的特征及规律性。 结果显示西北旱区农业水土资源利用主要表现为四种类型的分区特征:以农为主的灌溉农业区、农牧结合的旱作农业区、不具备农业发展优势的工矿区以及以林牧业为主农、林、牧兼营的高山、丘陵沟壑区。各分区指标与综合分区因子之间的相关性分析结果表明,耕地灌溉率和单位耕地面积化肥用量两个影响因子在区域农业水土资源开发利用中发挥着重要作用。其中在水资源供给条件相对优越的情况下,区域农业水土资源的利用向灌溉农业和林果业方向发展;在水资源短缺的情况下则形成了旱作农业的耕作方式,以及以工矿业代替农业主要地位的区域生产发展类型。单位耕地面积化肥用量在55kg/亩时,农业水土资源的综合产出水平最高。综合结果表明水肥管理是提高西北旱区农业水土资源综合产出水平的关键和重要途径。 分区结果也显示,灌溉农业主要集中在水资源供给充足且土地肥沃的盆地、平原地区,而对于高山、丘陵、沟壑峡谷等地形导致的耕地资源匮乏区,则形成了以林果业为特色的农业生产类型;水资源缺乏情况下,宜农的地区形成了旱作生产的耕作方式,而土地贫瘠但矿产资源丰富的地区,在比较优势影响下,则形成了以工矿业为主的区域经济发展特征。表明农业水土资源利用类型、方向与土地资源的肥沃程度关系密切。表明区位优势、资源优势以及自然地域的分异在农业水土资源的开发利用中发挥着重要作用,引导着水土资源向不同的方向发展。 (4)建立了农业水土资源匹配和资源短缺评价的方法,分析了西北旱区农业水土资源空间匹配的特征,探讨了实现不同分区农业水土资源有效匹配的措施和途径。 从广义农业水资源角度出发,对西北旱区农业水土资源的空间匹配特征以及蓝、绿水资源与农业水土资源匹配指数的关系进行了分析,并结合资源当量系数,建立了衡量农业水土资源丰缺程度的评价方法。结果表明:西北旱区农业水土资源匹配指数较高的地区主要分布在气候极为干旱的灌溉农业区,而较低的地区主要分布在以雨养农业或牧草业为主的旱作区,且蓝、绿水之间比例越大的地区,农业水土资源匹配指数越高。其中蓝水资源量与农业水土资源匹配指数成正相关的线性关系;绿水资源在350mm左右时,农业水土资源匹配指数最低。 以旱作农业为主的半干旱气候区,以及降水资源较为丰富的半湿润易旱区或高山融水资源相对充足地区均表现为耕地资源的严重短缺状态;而以极干旱和干旱气候类型为主的地区,不仅农业水土资源匹配指数较高,农业水土资源当量系数也基本在1.5以上,形成了严重的水资源短缺区。结果表明了西北旱区农业水土资源处于极不平衡的状态,水资源的形成区与消耗区在空间上存在严重的分离现象。以此为基础,结合农业水土资源利用的分区特征,探讨了实现不同类型区农业水土资源有效匹配的途径和措施。


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