黑龙江省“粮食作物水足迹强度”空间关联格局及其影响因素研究

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论文字数:42555 论文编号:sb2021083114052237164 日期:2021-09-10 来源:硕博论文网
笔者通过 ESDA 方法分析黑龙江省近 30 年“粮食作物水足迹强度”的变动态势,1988~2017 年,该指标值全局自相关的 Moran'sI 指数值有 24 个年份在 20%水平下通过检验,19 个年份在 10%的水平下通过了检验,各地区“粮食作物水足迹强度”表现出正的空间相关性,说明临近地区的“粮食作物水足迹强度”值呈现高值或低值的地区,各自出现了相对聚集的情况。根据 LISA 集聚图的四种空间集聚类型(H-H、H-L、L-L、L-H)结果,各地区“粮食作物水足迹强度”值历年变动趋势在空间上呈高低集聚区(H-L)向低高聚集区(L-H)转移的现象,呈正、负空间自相关的地区分别约占总数的 46.15%和 53.85%。双鸭山市为 H-H 聚集类型典型区域,应为未来黑龙江省农业可持续发展重点关注领域,该地区粮食生产用水多但农业产值低。

1  绪论

1.1  研究背景
十九大报告中重新定义了我国当前的主要矛盾,在满足人们对物质文化需要的基础上,更加注重强调人民对美好生活的向往。而党的十八大又将“生态文明”归为“五位一体”中的“一位”,将人与自然和谐、有序的发展考虑进国家的未来计划。无论是人民群众对美好生活的向往,还是人同自然的协调发展,均与我们所处的环境存在着千丝万缕的联系。随着“十四五时期”开局之年的到来,我国经济迅猛发展、工业化水平不断提升,水资源作为不可或缺的资源,其所占据的重要地位日益凸显、时刻关乎人类的生存发展。“水”是物质发展的根本、是“生态之基”、是“生产之要”、是“生命之源”,中国以陆地面积占据世界陆地面积 8%的比例喂养全球 13%的人能否同样以水资源 8%的比例滋养 13%的人?
当前,经济的高速发展多以高耗水为前提,水资源的紧缺将导致经济发展速度放缓,国家、地区之间冲突加剧。1998 年联合国在《对世界淡水资源的全面评价》中强调 21 世纪关于“水”的问题将会变为全球最要紧的危机之一。“水”的问题关乎的是自然物质供给水平、社会经济发展水平,同时“水”也是经济发展和生态环境重要构成要素、是不可替代的战略性资源。联合国(2003)预测到 2025 年世界人口将达 83 亿,由于水资源的供给是恒定的,则水资源利用效率低的问题将导致世界 1/3 的人口陷入缺水状态[1]。达沃斯世界经济论坛于 2015 年发布了《全球风险报告》,评估并排名了 28 项已经存在的全球潜在危险,值得关注的是水资源的危机问题竟位于榜首位置[2]。联合国 2019 年的《世界水资源发展报告》强调,自 1980 年以来由于人口活动、经济增长、消费模式等要素的调整变动,全球年平均用水量以 1%的速度持续增长,到 2050 年预计用水量将比目前增加 20%~30%。改革开放以来,我们国家逐步成为经济增长速率、水资源利用强度均高的国家之一。尽管从全球范围看我国水资源的总量并不低,但由于我国人口规模大、增长速度快等原因导致人均水资源的占有量只有全球平均水准的 1/4,在我国的北部地区,大约有 9 个省区的水资源拥有量平均在 500m2以下[3]。由于季风气候的存在,我国的水资源空间形态并不均衡,大约 50%以上的城市有水资源稀缺问题。“水资源供给”的问题将可能逐步发展为导致我国经济社会动荡的重要原因。
表 1-1  黑龙江省  2013~2019  年各地区的水资源总量(单位:亿立方米)
表 1-1  黑龙江省  2013~2019  年各地区的水资源总量(单位:亿立方米)
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1.2  研究目的及意义
1.2.1  研究目的
本研究主要目的在于提高黑龙江省的粮食生产用水效率,促使生态与经济的和谐发展。为衡量粮食生产用水效率,本研究基于国内外关于水足迹的研究成果,以黑龙江省为研究对象计算该省 12 个地级市和 1 个地区近 30 年的“粮食作物水足迹强度”。“粮食作物水足迹强度”并非一成不变,因地区和年际不同该指标会发生变化。为探究各地“粮食作物水足迹强度”这一属性值的空间分布特性,采用 ESDA 法研究该省“粮食作物水足迹强度”值的空间关联形态。为研究是哪些因素导致这种空间关联格局的存在,应用空间计量模型探究影响黑龙江省“粮食作物水足迹强度”空间相关的因素,并以该省粮食生产的现有模式为根基,提出可以提升农业用水效率的建议,最终实现农业的可持续发展。
1.2.2  研究意义
本研究以分析黑龙江省“粮食作物水足迹强度”的空间关联格局为依据,对可能影响黑龙江省“粮食作物水足迹强度”空间关联格局的因素进行分析,从而提出促进该省农业用水可以稳定、持续发展的建议,因此从以下两个方面简述研究意义。
理论意义:“水足迹强度”是一个可以反映水资源利用效率的定量指标,具体可用于反应某地区水资源的利用情况。本研究为“粮食作物水足迹强度”的测度提供了一种新的定量研究方法,来探究粮食生产用水效率的情况,这对丰富水足迹相应领域的研究、完善“水足迹强度”的测度起到一定的参考与借鉴作用,同时也为未来“粮食作物水足迹强度”奠基发展依据。
实践意义:结合黑龙江省当前农业发展的基本省情(各地粮食产量高、水资源的空间分布不均衡、水资源的利用效率低),基于水足迹强度视角研究粮食生产用水效率的空间分布,是在可持续发展的道路上建设社会主义新农村,在生态与经济并重发展的过程中解决“三农”问题。通过水资源被具体量化的过程,探究影响黑龙江省“粮食作物水足迹强度”空间关联的因素,对促进农业稳定、持续的发展,构建环境友好型与资源节约型社会具有极其重要的意义。
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2  相关概念与理论基础

2.1  相关概念
2.1.1  虚拟水
(1)虚拟水的概念
粮食本身含有一定量的水资源。多年来众多学者在研究区域水资源流动的问题上认为在国际贸易中也存在着水资源的贸易问题,一个经济体对水的需求与两个因素直接相关,分别是人口趋势驱动和粮食消费模式驱动。在粮食生产跨区域流动的背后,也是水资源的跨区域流动,一个粮食输出地的水资源会间接性带给粮食输入地部分水量,这些隐藏起来的水对不同区域水资源的再分配问题形成了极大影响。1993 年 John  Anthony  Allan(英国伦敦大学教授)将“虚拟水”定义为:“商品和服务生产过程中的消费水量或含有的水量,而不是实际水量[59]。”“虚拟水”也被称为“嵌入式水(Embodied   Water)”或“外来水(Exogenous Water)”,“嵌入式水”主要指的是产品在被生产的过程中,消耗的虚拟水量。“外来水”主要是指将虚拟水进口到一个国家并且该国家使用进口水用于生产生活所需虚拟水量[60]。“虚拟水”特点鲜明,最重要的一点就是非真实性,与看得见的水相比,虚拟水是产品中“体现”的水,不是真正意义上的而是虚拟意义上的,是依附于实体商品而存在的,因此相比于实体水,“虚拟水”具有更优质的社会贸易性、交易简便性。
(2)虚拟水计算
当前,对于虚拟水的计算问题,已经被提出的、并得到广泛应用的可概括为两种方法:一种是从生产者的角度,主要为实际上用于生产产品的水资源数量,这与生产条件(地点、时间、用水的效率)变化情况相关,改变作物生长条件或水资源利用效率的计算方法均可改变虚拟水的量化水平;另外一种是从用户的角度来研究问题,与互联网订单农业类似,也就是将产品含有的虚拟水含量赋值为:在既定订单的基础上,厂商创造定量的农产品所耗费水资源总量。为将进口水量考虑到实际生产生活中以保证计算的准确性,Renault 建议考虑计算替代产品的虚拟含水量,即将相对复杂的产品(不易计算虚拟水的产品)虚拟水含量采用具有相同质量或相似属性的替代产品进行代替计算[61]。在众学者的研究方法中与虚拟水分析最为接近的领域是“生命周期分析”,从生命周期方法视角考虑,将虚拟水核算范围扩展为产品的生产阶段、产品的使用阶段、产品成为废弃物的阶段,是有意义的。
在一段时间内人口翻一番的政治经济体中,其用水需求量也相应增长一倍。随着国家发展的日益兴盛、经济水平的逐年提升、人们生活质量的提高,人们会更倾向于选择食用更多肉类食物或高蛋白食品,由此也会使人类对水的需求量增加,食物与水之间的关系可以描述为生产 1 公斤奶酪大约需要 5000~5500 公斤的水;生产 1 公斤的牛肉大约需要 16000公斤的水[62];收获 1 千克谷物大约需耗费 1000~2000 千克水;生产一公斤肉所需的水大约是生产一公斤小麦所需水的 16 倍,生产相同产量的玉米和苹果仅需 1222L 和 822L 水量[63]。
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2.2  理论基础
2.2.1  可持续发展理论
改革开放以来我国由一个经济落后的国家转变为国际化程度高、成长潜力大的经济强国,由此带来的生态环境过度损耗等问题不容忽视,通常人们都是在以经济利益为目的的发展引致的环境恶化问题已经严重威胁到人民的生活后才意识到要保护我们赖以生存的环境,基于此可持续发展的思想逐步演变而来。可持续发展应该是全球共同奋斗的目标,在传统资源规划管理的基础上,要取其精华,采用现代科学的管理方法、技术对资源合理规划与使用,保护全人类共同的地球。本研究将可持续发展理念考虑到在粮食安全中,水资源供给问题是农业生产的关键性问题,可持续发展理论在研究“粮食生产水资源利用效率”问题中发挥了强而有力的支撑性作用。
(1)可持续发展理论的现实意义
自古以来人类将经济发展和人民富裕紧密相连,社会发展的概念经常被经济增长的概念所同化,上世纪五六十年代,由于人口的迅速增长、环境和资源供给压力不断加大、经济社会工业的发展水平日益增强,此时的人们开始渐渐的意识到毫无节制的开发式发展可能终将导致人类的自取灭亡,由此“经济发展”与“生态环境”的关系引发人们的热切关注,并且出现了“是否健康”这一拟人化的词汇来形容二者的关系,达到形象化表达的效果[77],从客观角度来看,经济要发展、社会要进步、人类愿得到永续生存等等因素都要求二者应是以协同发展、缺一不可的方式来存在的。随着人民的基本需求得到充分满足、经济规模逐渐趋于稳定,从国家宏观政策角度看,我们国家建成社会主义现代化强国的目标逐步发生着变化(文明、民主、富强——和谐、文明、民主、富强——美丽、和谐、文明、民主、富强),数十年来该目标逐渐更新,“美丽”一词的加入更突出了我国经济社会发展与自然生态环境之间的密切关联,生态文明建设是为子孙后代谋复兴、谋发展的前提,是各国人民实现梦想与抱负的内在驱动力。我们国家社会主义现代化建设目标的完成大体包含 2 个方面:○1 经济社会的现代化;○2 人与自然和谐共生的现代化。
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3  黑龙江省“粮食作物水足迹强度”测算及分析 ................................ 27
3.1  粮食作物水足迹及其强度测算方法 ...................................... 27
3.1.1  “粮食作物水足迹”测算方法 ....................................... 27
3.1.2  “粮食作物水足迹强度”测算方法 ...................... 28
4  黑龙江省“粮食作物水足迹强度”空间关联格局分析 .......................... 33
4.1  研究方法 .............................................. 33
4.1.1  空间权重矩阵的构建 ................................... 33
4.1.2  全局 Moran’l 指数 ............................ 33
5  黑龙江省“粮食作物水足迹强度”影响因子的空间计量分析 ................................. 39
5.1 “粮食作物水足迹强度”影响因子空间计量模型的设定 ............................. 39
5.1.1  模型设定类型 ........................................ 39
5.1.2  模型的确定 .................................... 39

6  提高黑龙江省农业生产用水效率的相关建议

6.1  转变农业生产的治理思路
政府的政策方针关系民生所向,对于农业生产这一基本民生需求,在水资源有限的前提下实现农业生产节约用水势在必行。政策的制定不仅要与国际化农业发展领域实时对接,尽可能满足不同利益相关者的需求,更要将农户利益摆在首要位置,从农户视角出发兼顾我国农业整体发展水平。因此结合研究结果在以下几个方面要转变治理思路,以期达到农业生产节水的效果。
6.1.1  提高群众的节水意识
农业用水过程中,不仅仅是水资源的利用效率需要被关注,还应意识到人们的思想意识形态与行为方式对地区水土资源开发利用的重要影响。节水的内在动力在于人们的水资源危机意识,随着生活水平的逐渐提高,人们更倾向于对自身需求的满足而忽视对自然资源开发利用的限制。
生活富裕程度的增加使黑龙江省各个地区“粮食作物水足迹强度”值提高。换言之人们的富裕程度与农业生产需水量成正比关系。我国居民在 1978~2016 年的恩格尔系数从57.5%下降至 29.3%[100]。因此在物质满足的基础上,应提高人们的节水意识,各地政府可定期组织关于水资源循环利用方法与技术性节水技能的公开培训、悬挂关于环境保护与水资源适度使用的标语、利用农户闲暇时间组织农业与经济共同发展的分享会等,让爱水、节水意识融入到日常方方面面。督促人们要同时思考“水”带来的环境与经济效益,使环境和经济的发展是协调且可持续的。
表 3-1  黑龙江省各地级市 1988~1997 年粮食作物单位水足迹(单位:m
表 3-1  黑龙江省各地级市 1988~1997 年粮食作物单位水足迹(单位:m)
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7  研究结论与展望

7.1  研究结论
“水足迹”问题是当下关于水资源范畴研究中学者们乐于讨论、分析的热门问题之一,“水足迹强度”是衡量水资源被使用效率的定量化指标。本研究在已有关于水足迹及其强度概念的基础上提出了“粮食作物水足迹强度”这一概念并通过 FAO 推荐的标准彭曼公式测算黑龙江省(1988~2017 年)粮食作物(马铃薯、大豆、水稻、玉米)的水足迹及其强度。从空间效应的角度应用 ESDA 方法对黑龙江省“粮食作物水足迹强度”进行空间关联格局分析(全局与局部空间自相关),并以此为依据构建了空间杜宾模型(SDM),将可能影响黑龙江省“粮食作物水足迹强度”的因素加入空间地理效应,对影响因素效应分解(溢出、直接和总效应),结论如下:
(1)依据“粮食作物水足迹强度”的测定方法,黑龙江省各地该指标值大致呈下降趋势,说明每创造万元农业产值粮食作物耗水量在逐渐减少,这也从侧面反映了黑龙江省30 年间各地区经济发展水平的提升、科技的进步所带来切实效益,促进了经济发展的同时也减少了环境压力。1988 年、2017 年黑龙江省整体“粮食作物水足迹强度”值分别为184554m3/万元、21130m3/万元,在 30 年的时间里黑龙江省整体“粮食作物水足迹强度”值约下降 88.55%,各个地区“粮食作物水足迹强度”值的下降幅度均超过 70%,换言之,各地的水资源利用效率均有不同水平的提高。历年来各地区的“粮食作物水足迹强度”变动幅度最大的是黑河市,最小的是鸡西市。
(2)通过 ESDA 方法分析黑龙江省近 30 年“粮食作物水足迹强度”的变动态势,1988~2017 年,该指标值全局自相关的 Moran'sI 指数值有 24 个年份在 20%水平下通过检验,19 个年份在 10%的水平下通过了检验,各地区“粮食作物水足迹强度”表现出正的空间相关性,说明临近地区的“粮食作物水足迹强度”值呈现高值或低值的地区,各自出现了相对聚集的情况。根据 LISA 集聚图的四种空间集聚类型(H-H、H-L、L-L、L-H)结果,各地区“粮食作物水足迹强度”值历年变动趋势在空间上呈高低集聚区(H-L)向低高聚集区(L-H)转移的现象,呈正、负空间自相关的地区分别约占总数的 46.15%和 53.85%。双鸭山市为 H-H 聚集类型典型区域,应为未来黑龙江省农业可持续发展重点关注领域,该地区粮食生产用水多但农业产值低。
参考文献(略)

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