流域粮食生产与化肥消费时空变化及对水环境影响——以淮河流域为例

【作者】 周亮； 徐建刚；

【机构】 南京大学地理与海洋科学学院； 南京大学建筑与城市规划学院；

【摘要】 粮食与水是人类生存和发展的必不可少的物质基础,粮食生产和水环境保护不仅关系国计民生,而且关系到国家安全和稳定。近20年来,随着快速的工业化发展,工业反哺农业力度增强,农业生产过程中劳动力、机械、化学品、能源及科学技术要素投入比例与格局均发生了很大改变。迅速增加的化学品消费在区域粮食增产方面发挥着极其重要的作用,保证了粮食的稳产和增产,保障粮食安全,同时也给区域水环境带来了严重的污染,短期内难以逆转。因此本文利用1990年、1995年、2000年、2005年和2010年淮河流域172个县(市)粮食、化肥及水污染指标数据,采用ESDA模型、重力模型、回归分析模型和GIS空间技术方法,分别对流域粮食生产和化肥消费的空间集聚、质量重心进行测定,并在此基础上对流域粮食生产与化肥消费动态变化规律、耦合关系,以及粮食生产与化肥消费对流域水环境影响进行分析。研究表明:①粮食生产与化肥消费在流域内均存在显著空间正相关,两者的高-高和低-低集聚区在流域范围内都存在明显的空间聚集分布特征,且时空变化差异较大,如1990年粮食高产集聚区和化肥高消费集聚区均在苏北平原,但到2010年苏北平原的两个高集聚区全部消失,转移出现在皖北平原。②粮食生产和化肥消费质量重心均落在在流域徐州与宿州境内,且距离相近,最大距离和最小距离在7.46-10.91km范围内,③粮食生产和化肥消费重心均向西南方向移动,即分别向流域中上游移动了29.51km和34.97km,且空间重心距离呈现"先减后增再减再增"的特点。④流域粮食生产与化肥消费重心移动轨迹呈现同向性,高-高和低-低集聚区在流域空间呈现高度重合和增减协同演进格局,说明粮食产量与化肥消费在流域空间上存在着高度的时空耦合关系。⑤最小二乘法回归模型分析表明粮食生产与化肥消费对流域水环境表征指标COD和氨氮呈现高度相关,尤其化肥对氨氮呈现很高相关性,说明化肥消费是流域面源水环境污染的主要污染来源和贡献因子。更多还原