基于水足迹理论的县域农业用水评价及影响因素分析

水资源是一个地区发展的基础和重要保障,对区域水资源进行评价与分析研究,对于制定合理的水资源战略有重要的意义。利用水足迹理论,对甘肃省景泰县的农业水足迹进行了结构分析、时空变化分析和水足迹综合影响因子分析和评价。水足迹结构变化分析显示,景泰县农业水足迹2010—2019年整体上总量呈现不断增长的变化趋势,其中经济作物水足迹最高,畜产品水足迹次之,粮食作物水足迹最低;从2010—2019年农业水足迹增长变化来看,粮食作物水足迹增加了102％,畜产品水足迹增加了38％,经济作物水足迹增加了22％。农业水足迹空间变化分析结果显示,2010—2019年景泰县农业水足迹从东向西转移,农业水资源消耗重心由东向西转移;各乡镇农业水足迹增长型主要为景泰县西部区域,下降型为中东部地区,波动型区域为东北部地区。主成分影响因素分析结果显示,第1主成分影响贡献率高达64.997％,第2主成分和第3主成分分别为11.333％、10.504％,说明经济因素和农业生产因素对于景泰县的农业水足迹影响最大,而气候因素和人口因素影响相对较低。未来景泰县需从调整农业结构出发,发展高水效农业,促进区域农业水资源可持续利用。      

疏勒河流域中下游地区主要粮食作物生产水足迹变化及影响因素分析

以甘肃省玉门市为典型案例区,基于水足迹理论和CROPWAT模型,利用气象和农业数据,对1981-2017年该地区小麦、大麦和玉米3种主要粮食作物生产水足迹进行核算,并分析其变化特征与影响因素。结果表明:水足迹总量整体呈下降趋势,蓝水所占比重最大(78%),灰水次之(16%),绿水最少(6%);从各粮食作物水足迹整体变化趋势来看,蓝水与绿水呈互补关系,灰水与蓝水变化相一致;从单位产量水足迹来看,玉米是粮食作物中单位产量水足迹最低,单产最高的作物,在主要粮食作物种植中占有绝对优势。影响因素分析结果显示:经济因素是影响粮食作物水足迹的首要因素,其次是农业生产因素、气象因素和人口因素。其中,蓝水足迹主要受经济因素和农业生产因素影响;绿水足迹主要受气象因素中的风速和降水的影响;灰水足迹主要受氮肥施肥量影响。     

济南市1997-2014年农业水足迹及结构变化特征分析

为了研究地区农业用水总量与用水结构动态变化响应关系,深化调控农业产业结构与农业用水结构,基于水足迹理论,采用VAR(2)模型建立了脉冲响应函数以及方差分解,研究了济南市1997-2014年农业水足迹变化情况以及农业水足迹构成之间的响应关系.结果表明,济南市农业绿水、蓝水、灰水足迹呈现逐年递增趋势,其中1997-2009年为快速上升阶段,2009-2014年为平稳上升阶段;种植业水足迹与农业水足迹之间不存在黏滞性,渔业水足迹与农业水足迹之间存在负响应关系;影响济南市农业水足迹的重要因素依次为种植业水足迹、畜牧业水足迹、林业水足迹、渔业水足迹.总之,通过适当减少高耗水种植业和畜牧业生产、增加渔业产品产量、制定长期的农业用水规划,并进一步优化农业用水结构,方可实现农业水资源的可持续利用与发展.     

基于水足迹理论的山西省水资源利用与经济发展脱钩状况分析

为充分了解山西省水资源利用现状及变化趋势。基于水足迹理论分析了山西省及其各行政区2007-2016年的水资源利用状况,探讨了水资源配置和利用的时空变化特征,并结合协调发展脱钩评价模型对山西省水资源利用与经济增长协调发展进行评价。结果表明:①近十年来山西省水足迹总体呈现上升趋势,各行政区之间差异显著,其中运城市水足迹值最高,阳泉市最低。全省多年人均水足迹平均值为731.22 m~3/人。②水足迹结构在研究时限内基本稳定,农业水足迹占比一直保持在90%左右,工业用水小幅下降,生活、生态用水小幅上升。③山西省水资源自给率水平非常高,平均值为98.97%。除太原市外,其他地区水资源自给率均保持在97%以上。④山西省水足迹经济效益由2007年的28.13元/m~3上升到2016年的43.23元/m~3,各行政区10年间水足迹经济效益均有不同程度的提高。⑤10年间山西省各行政区的水资源压力指数均大于1,整体水资源压力指数由2007年的1.96上升到2016年的2.24,说明山西省水资源利用长期处于不安全状态,且地区差异明显。⑥山西省经济增长与水资源利用之间除2013年、2014年外均表现为协调关系。     

中国农作物水足迹时空分布与影响因素分析

为全面评价中国农作物对水资源真实消耗,计算并分析了31个省区1996—2015年农作物水足迹,并借助通径分析方法分别对影响农作物生产水足迹(单位耕地面积水足迹)时间变化和空间分布的影响因素进行了揭示。结果显示:全国年均农作物水足迹为1 421.07 Gm3,蓝水、绿水和灰水足迹分别占10.05%、66.79%及23.16%;粮食和水果类作物水足迹占总量的85%以上,二者很大程度上决定着中国农作物水足迹的变化。中国农作物生产水足迹为1 156.90 mm,时间上呈先下降后缓慢上升态势,空间上为从东南向西北逐渐递减的格局。人口密度、人均纯收入和化肥施用量是农作物生产水足迹时间变化的主要驱动因子,而降雨量、人均GDP及人均纯收入对其空间分布有重要影响。经济发展是降低农作物水足迹的原动力,可以促进化肥施用量降低、灌溉用水效率提高以及增强绿水资源调控能力。     

基于虚拟水视角的四川省农业水资源压力时空演化

【目的】探明四川省作物虚拟水流动对农业水资源压力产生的间接影响及其时空演化格局。【方法】以四川省内种植的16种作物为研究对象,基于AquaCrop模型模拟2000—2018年四川省各市（州）作物生产水足迹,基于每年作物产品供需平衡和最优运输成本法量化省际间作物贸易格局,分析各市（州）主要作物虚拟水流动平衡格局,解析作物虚拟水流动对四川省农业水资源压力的影响。【结果】2000—2018年,四川省多年平均作物生产水足迹为284亿m3/a,各市（州）作物生产总水足迹呈波动上升趋势,其中乐山市作物生产总水足迹变化幅度最大。四川省为作物虚拟水净输入地区,虚拟水净输入量整体呈上升趋势,西部作物虚拟水净输入量高于东部。作物虚拟水流动缓解了各市（州）农业水资源压力,因虚拟水输出导致水资源压力小幅度增加的地区由2000年的4个市（德阳市、资阳市、遂宁市和绵阳市）减少至2018年的1个市（资阳市）。【结论】根据各市（州）水资源分布现状与作物耗水规律进行种植结构调整、田间管理优化和虚拟水贸易调控,综合考虑实体水配置和虚拟水贸易可有效缓解四川省农业水资源压力。     

北京市农业生产消费虚拟水对比分析及评价

基于虚拟水理论和北京市养殖场实地调研资料计算了农产品单位虚拟水量,结合生产、消费数据计算了北京市虚拟水量。从虚拟水角度对广义水资源利用情况进行了评价,并通过灰水足迹概念来衡量水污染程度。结果表明:1动物产品虚拟水量高于农作物,牛肉虚拟水量最大,猪肉、鸭肉、蛋类、鸡肉次之,农作物中大豆、花生、水稻的虚拟水量较高。22000—2012年间,农作物生产虚拟水量年均减少0.59亿m~3,平均蓝水利用率41.2%,绿水利用率58.8%。32000—2012年间,农产品生产虚拟水量呈现波动减小,消费虚拟水量增加,农村居民人均虚拟水消费显著低于城镇居民。413年间,虚拟水进口量介于13.26~42.20亿m~3之间,水资源自给率下降,农业万元产值水资源使用量由0.42亿m~3/亿元减小至0.20亿m~3/亿元,水资源人口承载密度略微增加。5农业灰水足迹由6.24亿m~3减小到3.90亿m~3,年均减小0.20亿m~3。     

河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957—2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m~3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。     

基于水足迹理论的连云港市水资源安全评价

基于水足迹理论,建立了区域水资源安全评价指标体系,将其应用于区域水资源安全评价的研究中。以连云港市为例,计算了连云港市2008年的人均水足迹、水资源匮乏度、水资源压力、虚拟水赤字等评价指标,真实客观地分析了连云港市的水资源安全现状,从降低水足迹角度提出了应对水紧缺状态的建议。     

黄河流域小麦生产水足迹量化与评价

为准确评价区域不同时空尺度作物生产耗水量及耗水效率的动态变化及其分布规律,以黄河流域典型年为例,基于作物水分生产力模型Aqua Crop,考虑不同供水和灌溉方式,在5'空间尺度对流域内小麦生产水足迹进行了量化与评价。结果表明:流域小麦水足迹总量和单位生产水足迹年均值分别为2.19×10~(10)m~3和1.22 m~3/kg,蓝水足迹占65%,单位生产水足迹呈现上游向下游递减的趋势。传统地面灌农田小麦生产蓝、绿水足迹量分别为流域总量的92%和50%。流域灌溉条件下小麦生产水足迹(1.40 m~3/kg)高于雨养条件(1.12 m~3/kg);灌溉方式对小麦生产水足迹影响显著,其中微灌仅为1.67 m~3/kg,喷灌条件下高达2.07 m~3/kg。供水与灌溉方式对区域农作物生产水足迹的影响不可忽略,考虑不同供水与灌溉方式的作物生产水足迹量化与评价将成为农业水资源高效利用的重要基础。研究结果可为不同时空尺度农作物水足迹核算和区域农业节水策略制定提供参考。     

宁夏主要农作物生产水足迹及其变化趋势研究

【目的】探讨宁夏地区2008—2017年作物生产水足迹及其变化趋势为调整宁夏地区农业用水结构以改善水资源短缺问题提供理论依据。【方法】基于水足迹理论,本文利用气象和农业有关数据,对宁夏回族自治区2008—2017年主要农作物的生产水足迹进行了量化处理,并结合气象因素与作物产量,对其进行了时空分布及变化趋势分析。【结果】①宁夏地区10年研究期间各作物的生产水足迹总体上呈减小趋势,在5种主要农作物中,大豆的平均综合生产水足迹最大,为4.51 m^3/kg,玉米的平均综合生产水足迹最小,为0.91 m3/kg;②各作物蓝绿水足迹比例最高的是稻谷,为5∶1,最低的是大豆,为1.4∶1;③10年研究期各地区综合作物生产水足迹大小排序为:吴忠市(15.58m^3/kg)>中卫市(13.71m^3/kg)>石嘴山市(12.77m^3/kg)>银川市(9.46m^3/kg)>固原市(8.21m^3/kg);④各地区蓝绿水足迹比例从南到北依次递增,固原市最小为1.2∶1,石嘴山市最大为5∶1。【结论】在水资源十分缺乏的宁夏地区,需根据各作物耗水规律适当调整种植结构、灌溉模式等减少农业用水量以缓解水资源短缺问题。     

基于时间序列模型的黑龙江省粮食水足迹分析与预测

利用CROPWAT 8.0 模型计算了2000-2017年黑龙江省主要粮食作物水足迹,并利用自回归移动平均模型ARIMA对2018-2022年黑龙江省粮食作物水足迹进行了预测.黑龙江省粮食作物生产水足迹增长迅速,2000-2017年黑龙江省粮食作物生产水足迹总量增长了2.84倍;玉米的水足迹为0.47~1.07 m³/kg,而大豆、小麦和水稻的水足迹分别为1.35~2.39,1.12~2.99和1.76~1.41 m³/kg;小麦的绿水足迹占比最高,约为72.74%,其次是玉米(66.26%)和大豆(64.59%),而水稻的绿水足迹占比最低,约为46.99%;4种作物的灰水占水足迹的比例均低于1.12%.ARIMA模型预测结果表明,黑龙江省粮食作物的水足迹将逐年升高,玉米的水足迹呈逐年下降趋势,水稻和大豆的水足迹呈逐年上升趋势,小麦的水足迹基本不变.考虑到黑龙江水资源相对缺乏,而粮食作物水足迹总量逐年上升,建议加强农业管理,提高作物的水分利用效率.     

粒子群算法的改进及在农业水资源配置的应用

为了合理分配大荔县农业水资源,提高大荔县的农户总收益,建立农业水资源优化配置模型,得到大荔县主要农作物的合理种植面积以及灌水量优化配置方案,解决将大荔县灌区有限农业水资源在不同作物中合理分配的问题,实现总收益最大化的目标.模型求解中使用粒子群算法,对算法同时进行线性递减惯性权值及限速粒子群的2种改进,解决了粒子逃离函数定义域导致程序中断的问题.结果表明:经过优化后大荔县丰水年(降雨频率P=25%)总收益为29.78亿元,平水年(P=50%)总收益为29.75亿元,枯水年(P=75%)总收益为29.50亿元,与优化前的总收益28.98亿元相比均有所增长,水资源更多分配给经济作物棉花,农作物种植面积和水量均实现最优分配.对改进前后的粒子群算法求解进行比较,改进后粒子群算法寻优能力强,结果可靠合理,为区域水资源优化配置提供了新的解决思路.     

基于水生态足迹的山东省水资源利用与经济发展分析

为了研究水资源利用情况与经济增长的协调性,提出了一种考虑不同受纳水体的水生态足迹计算方法,并以此计算了山东省2003—2015年水量与水质生态足迹,构建了宏观方面的协调发展脱钩评价模型与微观方面的协调度理论,对水资源消耗与经济增长之间的协调关系进行评价.结果表明山东省水生态足迹总体呈现波动上升趋势,水量生态足迹显示出明显的农业主导型;水质生态足迹计算中,地表与地下水质生态足迹比例约为3∶4;地表水质生态足迹中,2003—2009年硝态氮为决定性污染物,2010—2015年总磷为决定性污染物;地下水质生态足迹则表现为硝态氮主导.人均GDP增长与水生态足迹由弱脱钩的初级协调向强脱钩的中级协调转变,初步说明山东省水资源与经济的协调发展呈现改善趋势.     

变化环境下农业需水量演变趋势及驱动力

根据宝鸡峡灌区11个气象站近30 a的气象及近20 a种植面积资料,分析了气候及作物种植结构的变化特征,计算了作物需水量和农业需水量,研究了灌区农业需水量的演变趋势,并利用主成分回归分析法揭示了影响农业需水量变化的驱动因素.结果表明:灌区气温呈显著上升趋势,相对湿度和风速呈显著下降趋势,蒸发量和日照时数略有增多,降水量有所减少.灌区农业种植结构变化较大,粮食作物与经济作物种植面积比例显著降低,由1991年的4.08减小为2010年的1.83;粮食作物与农作物总播种面积比例也呈下降趋势,由1991年的0.46减小为2010年的0.40.灌区小麦、玉米、油菜、棉花等4种主要作物需水量呈递增趋势,其中油菜需水量递增速率最快,约为3.558 mm/a;灌区农业需水量呈递减趋势,其递减速率为3.35×107m3/a.影响农业需水量变化的主要驱动因素为种植面积、降水量和蒸发量.降水量的减少和蒸发量的增多使得作物需水量明显增多,而农作物种植面积的减少,引起农业需水量的显著减少.     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

Farm-level perspectives regarding irrigation water prices in the Tulkarm district, Palestine

Agriculture consumes about 70% of water available in the Occupied Palestinian Territories. Domestic and industrial users utilize 30% of the water supply. Water resource managers are considering the policy of reallocating a portion of the water supply from agriculture to other uses. It is believed that increasing irrigation water prices could influence water consumption and thus make water available for non-agricultural (more economic) uses. This paper examines the impacts of water pricing on agricultural water consumption and farming profitability and provides some guidelines for policy makers regarding water pricing as a tool to manage scarce water resources. We estimate a regression model describing agricultural water consumption as a function of water prices, irrigated land area, farm income, and irrigation frequency, using data collected in a survey of about 150 farmers in the Tulkarm district. We conclude that irrigation water prices are perceived as high and comprise a large portion of total farming expenses. Therefore, attempts to increase irrigation water prices in the Tulkarm district might jeopardize farming feasibility and might have substantial impacts on agricultural water consumption. Nevertheless, many farmers would continue farming even if the water prices were increased beyond their willingness to pay threshold.     

基于水足迹理念的水资源短缺评价—以2022年冬奥会雪上项目举办地为例

2022年北京冬奥会雪上项目将在崇礼区举行,随着旅游业的发展使得当地面临一定的水资源压力和风险,这对崇礼区水资源及水环境的治理和改善提出了更高的要求.以冬奥会主要雪上项目举办地崇礼区为研究区,基于水足迹理论,核算了2006―2015年崇礼区水资源消耗情况,并结合水量、水质评价崇礼区水资源压力.结果表明,崇礼区2006―2015年平均水足迹为6232.2万m3;蓝水足迹为3389.7万m3,其中种植业消耗蓝水足迹最多;多年平均绿水足迹为2842.4万m3,全部来自种植业;平均灰水足迹为2686.3万m3,其中畜牧业灰水足迹为1524.9万m3,占比达到57％,为主要的污染来源.多年平均水量性缺水指标(Iblue)为2.19,属于重度缺水;水质性缺水指标(Igrey)均值小于1,不存在水质性缺水问题.月尺度的水短缺研究表明,崇礼区水量性水资源短缺集中在5―7月,其中5月份最大,Iblue达5.86.总体而言,崇礼区水环境状况较好,但仍存在水量性水资源短缺的情况,因此需要加强水资源管理,实现水资源的可持续利用.