山东粮食生产水资源配置及优化策略研究

发布时间：2020-11-17 09:33

　　水是粮食生产的基础,当前水资源短缺问题已成为制约中国粮食安全和经济发展的突出问题。伴随着中国粮食生产中心北移,南方北方、旱区非旱区粮食生产水土资源配置严重失调,尤其是华北和西北地区水资源过度开发问题十分突出,有专家称水资源缺乏将成为本世纪中国农业最大的威胁。山东是粮食生产大省,粮食播种面积和产量在全国居第三位,保障粮食安全的地位至关重要。山东也是水资源短缺省份,多年平均水资源总量为308.1亿立方米,水资源可利用总量192.6亿立方米,人均水资源占有量315立方米,不足全国平均水平的1/6,属于人均占有量小于500立方米的严重缺水地区,存在水资源数量短缺、时空分布失衡、水质污染和短缺与浪费并存等问题,且水资源又具有区位固定性、不可替代性等特征,不像其它资源可以通过进口替代来缓解压力。农业用水是用水大户,其中粮食灌溉用水占比较大,尤其山东以冬小麦夏玉米为主的粮食生产结构对灌溉水依赖度高,严峻的水资源形势和保障粮食安全的重任,更加凸显了水资源要素对粮食生产的制约。因此以山东为例研究粮食生产水资源配置问题,对保障粮食安全和水资源安全具有重要的现实意义和学术价值。本研究以资源配置理论、生产前沿面理论、边际生产力理论、公共物品理论等为研究基础,以山东和各地市2001-2016年统计数据为研究对象,构建了粮食生产水资源配置的研究框架,梳理了山东粮食生产水资源配置现状和问题,分析了粮食生产水资源配置效率及时空分布规律,揭示了粮食生产水资源的区域间和产业间配置特征,并在预测粮食生产水资源供需关系的基础上,提出了粮食生产水资源优化配置策略。全文的主要研究内容和结论如下:(1)测度了粮食生产水资源配置效率,并估算了粮食生产节水潜力。山东粮食生产水资源配置效率低于粮食生产要素配置效率,表明与综合要素配置相比较,水资源配置更需要进行优化。全省粮食生产水资源配置效率均值为0.59,其中鲁西南地区和鲁北地区粮食生产水资源配置效率低,与粮食生产需求不相匹配。基于效率改进的粮食生产节水潜力巨大,全省节水潜力理论值可达到30.89亿立方米,鲁北地区节水潜力最大,节水量占总用水量份额达到36.52%,总节水量达到11.9亿立方米,且鲁北地区水-土-粮匹配系数低下,验证了粮食生产水资源短缺与浪费并重、且节水潜力巨大的结果。(2)揭示了粮食生产水资源配置效率的收敛特征和空间特征。山东各市粮食生产水资源配置效率差距的变化趋势取决于自身条件,不是各市都收敛于同一稳态值,而是各自收敛于自身的稳态水平,地区间的水资源配置效率差异不会消失。粮食生产水资源配置效率呈现出正向的空间自相关关系,空间莫兰指数经历了一个先增大后减小的过程,局部空间自相关Lisa图显示山东粮食生产水资源配置效率整体上呈现出块状分布的特点,但是局部也有破碎化的特征。通过空间杜宾模型分析发现,粮食生产水资源配置效率存在空间溢出效应,表明空间特征是影响水资源配置的重要因素,在粮食生产水资源优化配置中应予以考虑。(3)定量探索了水资源对粮食生产的约束度、匹配度及区域间差异特征。采用水资源阻尼效应模型,测度了水资源对粮食生产的约束度,发现山东粮食产值增长率受水资源短缺影响,比上一年增长率减缓0.022%。不同区域水资源对粮食生产的约束程度不同,鲁北、鲁西南地区粮食生产集中区域受水资源制约较大,尤其是对德州、聊城等粮食生产大市的制约作用更为明显。构建了水-土-粮综合匹配模型,发现山东粮食生产水土资源要素极不匹配,在全国13个粮食主产省中,山东水-土-粮综合匹配度仅高于河南,为全国平均水平的26.6%。省内粮食生产水土资源要素空间上不匹配,总体呈现出“东部优于西部、南部优于北部、丘陵优于平原”的水土粮匹配格局。区域水资源丰缺度、土壤垦殖率、粮食生产结构和水资源利用效率是影响粮食生产水土资源匹配的重要因素。(4)探讨了效益差距、种植结构和政策因素对产业间粮食生产水资源配置的影响。效益差距和非农用水需求增长促进水资源非农化,农业用水量和占比呈逐年下降趋势。不同粮食作物需水量存在明显差异,小麦玉米单一种植模式对灌溉用水依赖度较高,近年粮食作物种植结构调整向促进节水方向发展,但由于粮食综合效益低下,水资源呈现逃离粮食生产趋势,加剧了粮食生产水资源的短缺。通过博弈分析发现,适当提高水价、制定科学的水资源管理政策有利于促进农户采用节水技术,节约灌溉水资源。(5)研究提出了粮食生产水资源优化配置策略。通过灰色关联度预测粮食生产水资源供需关系,发现2020年粮食生产水资源安全阈值为96.69亿立方米,存在10.69亿立方米的灌溉用水缺口,亟需进行水资源优化配置。基于经济效益、社会效益和生态效益协同发展,通过构建多目标模糊优化模型,研究提出了2020年水资源分配方案和粮食生产种植结构调整方案。在此研究基础上,从区域间、产业间和产业内三个层面提出了粮食生产水资源优化配置策略,以期为政府部门提供决策参考。本研究立足于粮食生产和水资源配置问题,系统量化了山东粮食生产中水资源利用状况,构建了粮食生产水资源配置的研究分析框架,从配置效率、区域间和产业间配置等角度,揭示了粮食生产水资源配置的时空演变特征,提供了粮食生产水资源研究的新视角,丰富了水资源配置和承载力研究理论,为山东制定粮食生产水资源优化配置方案提供了决策参考,有助于实现粮食生产和水资源可持续发展。
【学位单位】：山东农业大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：F326.11;F323.213
【部分图文】：

技术路线图,粮食生产,水资源优化配置,技术路线

二是从区域间和产业间两个层面，测算水资源对不同区域粮食生产的约束度和粮食生产水土资源要素匹配度，找准粮食生产水资源的区域间、产业间协调机制和发展重点，为下一步优化粮食生产水资源配置明晰方向。第四部分：粮食生产水资源优化配置策略及研究总结（第 7 章、第 8 章）。采用灰色关联度预测方法，预测未来粮食生产水资源供需关系，基于社会效益、经济效益和生态效益多目标协同，提出粮食生产水资源优化配置策略，设计粮食生产水资源优化配置方案和粮食种植结构调整优化方案。并对全文研究结论进行总结梳理，对未来研究方向进行展望。1.4 技术路线与研究方法1.4.1 技术路线本研究采用“提出问题——搜集文献资料——确定理论基础——梳理现状问题——总体评价分析——分视角深化研究——提出优化策略——得出研究结论——解决实际问题”的研究思路，主要研究思路如下：

生产前沿面

效配置状态之间的距离，从而测度粮食生产水资源优化配置面理论的生产理论中经常采用生产可能集描述生产技术关系，即在行的投入产出向量集合，反映了生产过程中的投入、产出和998），可以表示为：( ) = :( , ) ∈ 和 ( ) = :( , ) ∈ ）中，x 表示生产要素的投入向量，y 表示产出向量，L(y)代表可能的产出组合，T 代表特定生产过程中的技术关系。在能得到有限的产出，无限的产出只能由无限的投入才可能实缘特征，存在生产前沿面（Production Frontier）。在给定生下，生产者作为理性经济人，都将追求使产出最大化或投入生产可能集内，所有有效生产活动点（x，y）所构成空间中面，处在生产前沿面上的点能达到产出最大化或投入最小

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