Δυναμική σχέση της γεωργικής χρήσης νερού και της αγροτικής οικονομίας στη λεκάνη απορροής του Κίτρινου Ποταμού της Εσωτερικής Μογγολίας

Από RemoteSensing Wiki

Αναθεώρηση της 21:22, 14 Φεβρουαρίου 2024

Πρωτότυπος τίτλος: Dynamic Relationship between Agricultural Water Use and the Agricultural Economy in the Inner Mongolia Section of the Yellow River Basin

Συγγραφείς: Zhigang Ye, Ping Miao, Ning Li, Yong Wang, Fanhao Meng, Rong Zhang, Shan Yin

Δημοσιεύθηκε: Sustainability 2023, 15, 12979. https://doi.org/10.3390/su151712979

Λέξεις κλειδιά: Γεωργία, υδατικοί πόροι, πρόβλεψη φυτικής απόδοσης, σχεδιασμός αδρευτικού δικτύου

Αντικείμενο εφαρμογής: Μελέτη γεωργικής χρήσης νερού και αγροτικής οικονομίας (1998-2018)

1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ

Εικόνα 1. Χάρτης της λεκάνης απορροής Κίτρινου Ποταμού, πηγή: [1]

Εικόνα 2. Τάσεις στη συνολική γεωργική χρήση νερού στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού (1998–2018), πηγή: [2]

Εικόνα 3. Μέσος όρος γεωργικών υδάτινων πόρων και χρήση ανά περιοχή στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού (2018), πηγή: [3]

Εικόνα 4. Τάσεις στις κύριες αποδόσεις των καλλιεργειών στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού (1998–2018), πηγή: [4]

Εικόνα 5. Τάσεις στο ΑΕΠ πρωτογενούς τομέα σε κάθε πόλη σε επίπεδο νομού στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού (1998–2018), πηγή: [5]

Εικόνα 6. Μερίδιο ΑΕΠ πρωτογενούς τομέα στο συνολικό ΑΕΠ σε κάθε πόλη σε επίπεδο νομού στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού (1998–2018), πηγή: [6]

Εικόνα 7. Αποτελέσματα δοκιμών μοναδιαίας ρίζας για γεωργική χρήση νερού και αγροτική οικονομία. Τα dlnW και dlnG δείχνουν τις πρώτες διαφορές μεταξύ lnW και lnG. Τα ** και *** υποδεικνύουν ότι τα δεδομένα του πίνακα πέρασαν τη δοκιμή στα επίπεδα σημαντικότητας 5% και 1%, αντίστοιχα, πηγή: [7]

Εικόνα 8. Δοκιμή συνολοκλήρωσης δεδομένων του πίνακα για γεωργική χρήση νερού και αγροτική οικονομία. Τα * και *** υποδεικνύουν ότι τα δεδομένα του πίνακα πέρασαν τη δοκιμή στα επίπεδα 10% και 1%, αντίστοιχα, πηγή: [8]

Εικόνα 9. Γενικευμένη μέθοδος ανάλυσης στιγμών του μοντέλου διανυσματικής αυτοπαλίνδρομης, πηγή: [9]

Εικόνα 10. Δοκιμή αιτιότητας Granger μεταξύ γεωργικής χρήσης νερού και αγροτικής οικονομίας, πηγή: [10]

Η γεωργική χρήση νερού, αποτελεί έναν σημαντικό πόρο για την αγροτική οικονομική ανάπτυξη, η οποία με τη σειρά της επηρεάζει την προσφορά πόρων. Λόγω της λειψυδρίας σε μεγάλες αγροτικές περιοχές της Κίνας απειλείται η επισιτιστική ασφάλεια στην Κίνα αλλά και τις γύρω περιοχές. Μια από τις κύριες περιοχές παραγωγής τροφίμων της Κίνας, η λεκάνη απορροής του Κίτρινου Ποταμού, στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας, η οποία είναι ζωτικής σημασίας για την επισιτιστική ασφάλεια στη βόρεια Κίνα, βρίσκεται σε μια άνυδρη και ημίξηρη περιοχή με λιγότερα από 300 χιλιοστά βροχής. Η αύξηση της βιομηχανικής και αγροτικής ανάπτυξης έχουν οδηγήσει σε μια ανισορροπία μεταξύ της παροχής και ζήτησης νερού. Το 2018, η γεωργική χρήση νερού στην περιοχή αντιστοιχούσε στο 78% της συνολικής κατανάλωσης νερού, ενώ από το 1998 έως το 2018, η ακαθάριστη γεωργική παραγωγή παρουσίασε μέσο ετήσιο ρυθμό ανάπτυξης 7,3%. Παρόλο που το ποσοστό της αγροτικής οικονομίας στην περιοχή είναι λιγότερο από 20%, ο αγροτικός πληθυσμός αντιπροσωπεύει πάνω από το 60% του συνολικού πληθυσμού. Η γεωργική χρήση νερού αποτελεί το μεγαλύτερο ποσοστό κατανάλωσης νερού, και κατεπέκταση είναι το κλειδί για την αντιμετώπιση της λειψυδρίας. Η σχέση μεταξύ της γεωργικής χρήσης νερού και της αγροτικής οικονομίας είναι ένα βήμα προς την ανάπτυξη αποτελεσματικής πολιτικής υδατικών πόρων για την γεωργία αλλά και την ανάπτυξη της κοινωνικής οικονομίας. Ωστόσο, η σχέση γεωργικής χρήσης νερού-αγροτικής οικονομίας δεν έχει μελετηθεί. Επομένως, χρησιμοποιήσαμε ένα μοντέλο διανυσματικής αυτόματης παλινδρόμησης (PVAR) για να εξερευνήσουμε την αλληλεπίδραση μεταξύ των δύο μεταβλητών. Οι στόχοι αυτής της μελέτης ήταν (1) ο υπολογιστός και η ποσοτικοποίηση των χαρακτηριστικών αλλαγής της γεωργικής χρήσης νερού και της αγροτικής οικονομίας στο τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας στη λεκάνη απορροής του Κίτρινου Ποταμού και τις πόλεις αυτής της περιοχής και (2) να προσδιοριστεί εάν υπάρχει μια μακροπρόθεσμη σχέση ισορροπίας μεταξύ της γεωργικής χρήσης νερού και αγροτικής οικονομίας, αν υπάρχει αμοιβαία επιρροή, και αν υπάρχει αμφίδρομη σχέση.

2. ΠΕΡΙΟΧΗ ΜΕΛΕΤΗΣ, ΔΕΔΟΜΕΝΑ ΚΑΙ ΜΕΘΟΔΟΙ

2.1. Επισκόπηση Περιοχής Μελέτης

Συνολικά 830 km του Κίτρινου Ποταμού (συνολικό μήκος: 5464 km) ρέει μέσα στο τμήμα του Εσωτερικής Μογγολίας. Το υψόμετρο είναι 799–2343 m, η γεωμορφολογία του είναι πολύπλοκη και το κλίμα είναι ξηρό και ημίξηρο με μέση ετήσια θερμοκρασία 6,63 ◦C. Ως προς τις διοικητικές διαιρέσεις, ο Κίτρινος Ποταμός στην Εσωτερική Μογγολία διέρχεται από έξι πόλεις (Hohhot, Baotou, Wuhai, Ordos, Bayannur και Alashan). Καθώς, ο Κίτρινος Ποταμός διασχίζει μόνο 85 χιλιόμετρα κατά μήκος της ανατολικής άκρης της Alashan, συμβάλλοντας ελάχιστα για τη γεωργική άρδευση, αποκλείσαμε τον Αλασάν από την μελέτη μας. Το τμήμα της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού λογαριάζει περισσότερο από το 60% του ακαθάριστου εγχώριου προϊόντος (ΑΕΠ) της περιοχής και επομένως, η περιοχή εξαρτάται στη ροή του ποταμού για αγροτική ανάπτυξη.

2.2. Πηγές Δεδομένων και Προεπεξεργασία

Αναλύσαμε δύο μεταβλητές, τη γεωργική χρήση νερού και την αγροτική οικονομία μεταξύ 1998 και 2018. Τα δεδομένα ελήφθησαν από τα Inner Mongolia Statistical Yearbook, Inner Mongolia Water Resources Bulletin, and the Yellow River Water Resources Bulletin. Η γεωργική χρήση νερού αναφέρεται στην ποσότητα νερού που χρησιμοποιείται για την άρδευση γεωργικών αγρών, οπωρώνων και βοσκοτόπια (εκτός των υδάτων κτηνοτροφίας και ιχθυοκαλλιέργειας) ως ποσοστό του πρωτογενούς τομέα. Η αγροτική οικονομική ανάπτυξη εκφράζεται σε όρους της ακαθάριστης γεωργικής παραγωγής, με κύριες καλλιέργειες το σιτάρι, το καλαμπόκι, τα φασόλια, τις πατάτες και τους ελαιούχους σπόρους. Η συνολική αποτελεσματική έκταση άρδευσης αναφέρεται στην καλλιεργούμενη έκταση με συγκεκριμένη πηγή νερού, σχετικά επίπεδη γη και αρδευτικά έργα σε ένα συνηθισμένο έτος. Η ανάπτυξη της αγροτικής οικονομίας είναι η διαφορά μεταξύ του τελικού αγροτικού ακαθάριστου εθνικού προϊόν (ΑΕΠ) και το βασικό γεωργικό ΑΕΠ, το οποίο είναι ένας δυναμικός δείκτης που αντικατοπτρίζει την αλλαγή στο επίπεδο ανάπτυξης της αγροτικής οικονομίας σε μια ορισμένη περίοδο.

2.3. Μέθοδοι

2.3.1. Ίδρυση Μοντέλου PVAR

Εξετάσαμε εάν υπάρχει αιτιώδης σχέση μεταξύ της γεωργικής χρήσης νερού και της αγροτικής οικονομίας, κατά την περίοδο 1998–2018 στο PVAR μοντέλο. Χρησιμοποιώντας τη δοκιμή μοναδιαίας ρίζας, τη δοκιμή συνολοκλήρωσης και τη δοκιμή αιτιότητας Granger, ερευνήσαμε, αντίστοιχα, τη σταθερότητα, τις μακροπρόθεσμες ισορροπίες και την αμοιβαία αιτιότητα από τις δύο αυτές κύριες μεταβλητές. Οι παράμετροι PVAR, εκτιμήθηκαν χρησιμοποιώντας τη γενικευμένη μέθοδο ροπών (GMM) για την εξαγωγή ποσοτικών σχέσεων μεταξύ των μεταβλητών. Το μοντέλο PVAR που προέκυψε ήταν ως εξής:

όπου ys,t περιλαμβάνει δύο μεταβλητές, οι οποίες είναι η συνολική γεωργική χρήση νερού και η αγροτική οικονομική ανάπτυξη (μετρούμενη από την ακαθάριστη αγροτική παραγωγή).Το i αντιπροσωπεύει κάθε πόλη της Εσωτερικής Μογγολίας από την οποία περνά ο Κίτρινος Ποταμός. Το t αντιπροσωπεύει διαφορετικά έτη. Το k είναι το μήκος υστέρησης του μοντέλου. Το ηi είναι ένα περιφερειακό σταθερό αποτέλεσμα που αποτυπώνει την ετερογένεια των δύο κύριων μεταβλητών σε διαφορετικές περιοχές και το ei,t αντιπροσωπεύει τους όρους σφάλματος. Για την εγκυρότητα του μοντέλου, τα δεδομένα του πίνακα εξετάστηκαν πρώτα για σταθερότητα και συνολοκλήρωση.

2.3.2. Δοκιμή Μοναδιαίας Ρίζας

Χρησιμοποιήσαμε τη δοκιμή μοναδιαίας ρίζας για να προσδιορίσουμε τη σταθερότητα των κύριων μεταβλητών στην περιοχή μελέτης. Αρχικά, οι μεταβλητές λογαριθμήθηκαν, και συμβολίστηκαν ως lnW και lnG. Εάν τα αποτελέσματα του τεστ απορρίπτουν τη μηδενική υπόθεση, συμπεραίνουμε ότι τα δεδομένα του πίνακα δεν είχαν μοναδιάια ρίζα, υποδεικνύοντας ότι η χρονική σειρά είναι στάσιμη. Εάν δεν μπορούμε να απορρίψουμε τη μηδενική υπόθεση, συμπεραίνουμε ότι τα δεδομένα δεν είναι στάσιμα.

2.3.3. Επιλογή μήκους υστέρησης

Για να δημιουργηθεί ένα μοντέλο PVAR με πολλαπλές μεταβλητές, ήταν πρώτα απαραίτητο να προσδιοριστεί το βέλτιστο μήκος υστέρησης k. Ένα k που είναι πολύ μεγάλο ή πολύ μικρό θα μειώσει την παράμετρο του μοντέλου εγκυρότητα εκτίμησης.

2.3.4. Τεστ Συνολοκλήρωσης

Χρειάστηκαν δοκιμές συνολοκλήρωσης για τον προσδιορισμό της πιθανής μακροπρόθεσμης ισορροπίας τους. Αξιολογώντας τη στατιστική σημασία των τιμών p που προκύπτουν σε διάφορα επίπεδα σημαντικότητας, βρήκαμε ότι υπήρχε μια μακροπρόθεσμη σχέση ισορροπίας μεταξύ των μεταβλητών.

2.3.5. Γενικευμένη Μέθοδος Ανάλυσης Ροπών (GMM)

Υπολογίσαμε τις παραμέτρους του μοντέλου PVAR, χρησιμοποιώντας GMM για την προσαρμογή των μεταβλητών στο μοντέλο αυτοπαλίνδρομης, διότι το μοντέλο PVAR περιελάμβανε και επιδράσεις στον χρόνο και σταθερά αποτελέσματα.

2.3.6. Τεστ αιτιότητας Granger

Μετά τον έλεγχο της σταθερότητας και της συνολοκλήρωσης των μεταβλητών, το τελικό βήμα ήταν η χρήση του τεστ αιτιότητας Granger για την αξιολόγηση πιθανών αιτιωδών σχέσεων μεταξύ των μεταβλητών. Η μηδενική υπόθεση από το τεστ αιτιότητας Granger είναι ότι δεν υπάρχει αιτιώδης σχέση μεταξύ των μεταβλητών. Αφού η μηδενική υπόθεση απορρίφθηκε, προσδιορίσαμε αν η αιτιώδης σχέση ήταν μονόδρομη ή αμφίδρομη χρησιμοποιώντας ένα τεστ t και αξιολογώντας τις τιμές p σε διάφορα επίπεδα σημαντικότητας.

3. ΑΠΟΤΕΛΕΣΜΑΤΑ

3.1. Γεωργική χρήση νερού στο τμήμα της εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού

Από το 1998 έως το 2018, ο πολυετής μέσος όρος της συνολικής γεωργικής χρήσης νερού μειώθηκε σημαντικά. Το υψηλότερο σύνολο σημειώθηκε το 2005 και το χαμηλότερο σημειώθηκε το 2012 ενώ μεταξύ 1998 και 2002, παρέμεινε σχετικά σταθερή. Η βροχόπτωση το 2012 ήταν υψηλότερη από τον πολυετή μέσο όρο, οδηγώντας σε ένα έτος με πλεόνασμα νερού, έτσι οι βροχοπτώσεις που καταναλώθηκαν από τις καλλιέργειες ήταν σχετικά υψηλές, με αποτέλεσμα χαμηλότερη γεωργική χρήση νερού για άρδευση. Παράλληλα, στις πέντε πόλεις του τμήματος της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού υπήρχαν σημαντικές διαφορές στο μερίδιο της γεωργικής χρήσης νερού στη συνολική χρήση νερού, όπως το 2018, για παράδειγμα. Η χαμηλότερη απόδοση άρδευσης μπορεί να οφείλεται στο γεγονός ότι μια περιοχή καλλιεργεί κυρίως καλλιέργειες όπως λαχανικά θερμοκηπίου και σταφύλια. Αποδεικνύεται ότι η απόδοση της γεωργικής χρήσης νερού ποικίλλει πολύ στις πόλεις του τμήματος της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού. Για την κάλυψη της ζήτησης νερού που απαιτείται για βιώσιμη οικονομική ανάπτυξη, θα πρέπει να αναπτύξουν τεχνολογίες διαχείρισης γεωργικών υδάτων, μεθόδους άρδευσης και βελτίωση της αποδοτικότητας χρήσης του νερού. Οι αποδόσεις των καλλιεργειών στην περιοχή μελέτης δείχνουν ότι η απόδοση της γεωργικής χρήσης νερού αυξήθηκε σημαντικά από το 1998 έως το 2018, υποδεικνύοντας σημαντικές βελτιώσεις στις μεθόδους και τις τεχνολογίες άρδευσης. Αν και το μέσο σύνολο της γεωργικής χρήσης νερού του τμήματος της Εσωτερικής Μογγολίας της λεκάνης απορροής του Κίτρινου Ποταμού μειώθηκε σημαντικά κατά την περίοδο της μελέτης, οι αποδόσεις των μεγάλων καλλιεργειών παρουσίασαν σαφείς ανοδικές τάσεις την ίδια περίοδο.