1992-2017年中亚五国农作物水足迹变化特征

本研究以中亚五国为研究区域,以农作物水足迹为评估手段,分析了1992—2017年间中亚五国农作物水足迹的时空变化特征,以揭示中亚五国农作物水足迹结构,厘清引起中亚五国水足迹变化的主要农作物的贡献。结果表明:1)中亚五国农作物水足迹时间变化特征明显,1992—2017年中亚五国农作物绿水足迹(-9.7×10~9 m~3)和蓝水足迹(-5.6×10~9 m~3)均趋于减少。中亚五国农作物水足迹空间分布差异显著,哈萨克斯坦农作物绿色水足迹最高(平均4.96×10~(10) m~3),且远高于其他4国(平均3.6×10~9 m~3),而蓝水足迹以乌兹别克斯坦最高(平均1.53×10~(10) m~3)。农作物绿水足迹和蓝水足迹增长率最大的国家分别是土库曼斯坦(87.6%)和吉尔吉斯斯坦(32.3%);绿、蓝水足迹减少率最大的国家分别是哈萨克斯坦(-20.7%)和乌兹别克斯坦(-24.2%)。2)中亚地区农作物绿水足迹主要以粮食作物为主,蓝水足迹以粮食作物和油料纤维作物为主;而粮食作物水足迹结构中,主要以小麦、水稻和玉米为主,油料纤维作物水足迹结构中,主要以棉花为主。3)哈萨克斯坦作为绿水足迹减少最多的国家,大麦(51.6%)和小麦(28.2%)的贡献最大;乌兹别克斯坦作为蓝水足迹减少最多的国家,棉花(61.9%)贡献最大。通过开展中亚地区的农作物水足迹研究,发现中亚农作物水足迹整体呈下降趋势,厘清了中亚地区引起水足迹下降的主要农作物种类,相关成果可以为中亚地区的农作物优化种植和水资源节约提供支撑。     

灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时空分布量化分析

作物生产水足迹度量作物生产过程对不同类型水资源的消耗,为实现农业水资源管理与评价提供了更全面的新视角。该研究通过耦合土壤水分动态平衡模块,考虑输配水损失,构建灌区蓝、绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型;以宝鸡峡灌区为例,定量评价不同典型年灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度演变规律。结果表明:宝鸡峡灌区蓝绿水资源总量在2008-2017年呈上升趋势。各作物对绿水资源利用效率均持续上升,而小麦蓝水资源利用效率呈下降趋势;玉米、小麦生产总水足迹整体呈上升趋势,多年平均值分别为573和779 m3/t;作物生产绿水足迹在拔节-灌浆期占比较高,成熟期占比较低;作物生产水足迹在日尺度波动幅度最大;平水年、丰水年灌区用水存在不合理现象,枯水年作物生产单产水平最高,总水足迹最低,水资源利用效率最高。该研究所构建模型可移植适用于无排水渠系灌区水文模拟,准确量化灌区农业生产耗水,解析日-月尺度作物生产水足迹演变特征,有助于明确灌区作物耗水规律,进而高效利用绿水资源,合理配置蓝水资源,提高作物产量,实现高效生产。     

乌江流域蓝绿水对气候和土地利用变化的响应

为了更深入地研究气候变化和土地利用变化对乌江流域蓝绿水时空分布的影响,该研究采用SWAT（soil and water assessment tool）模型,利用1985—2019年逐日气象数据以及1990年、2000年和2010年土地利用数据,设定多种变化情景,定量分析了蓝水绿水对乌江流域气候和土地利用变化的响应。同时,还利用5个CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模式集合平均（multi-modal ensemble,MME）以及FLUS（future land-use simulation）模型,预估了乌江流域在2015—2100年间蓝绿水的时空变化。结果表明：1）SWAT模型在乌江流域的校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.94、0.87,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.94、0.77,FLUS模型的Kappa系数为0.764,证明其在流域水文模拟和未来土地利用预估方面的可靠性。2）在1985—2014年间,乌江流域的蓝水、绿水都呈现出先增加后减少的趋势。蓝水、绿水均先分别增加了137.3、7.9 mm/a,然后分别减少了127.5、12.7 mm/a。气候变化对蓝水变化的影响贡献占比为99%,对绿水变化的影响贡献占比平均为88%,表明气候变化在蓝水和绿水变化中的主导地位。3）到2040年,城镇用地面积几乎比2010年扩张了近1.5倍。在2015—2100年,无论是在SSP2-4.5还是SSP5-8.5情景下,蓝水、绿水都呈增加趋势。因此未来需要合理规划乌江流域的土地利用,控制城镇化速度。研究结果可为乌江流域合理规划土地利用、实现水资源综合管理提供支持和参考。     

基于作物需水量的城市农业水资源评估——以贵州省贵阳市为例

[目的]对贵阳市城市农业绿水和蓝水的水足迹与灌溉效率进行定量研究,为科学定量评估城市农业用水和管理监测提供依据。[方法]利用实地调查数据、贵阳市气象数据与农业统计数据,基于作物需水量、水足迹的方法进行农业水资源评估。[结果]①作物水足迹极值取决于调查样地作物单位面积产量的极值。②贵阳市城市农业不同作物生长的消耗绿水量均高于蓝水量,绿水量和蓝水量的比例范围从最低53.81%(豇豆)到最高63.60%(番茄)。③贵阳市城市农业3种灌溉效率(沟灌、喷灌和滴灌)分别为27.23%,69.45%与80.32%。④2017年贵阳市城市农业蓝色水量灌溉需求量在4.81×10~5 m~3(完全滴灌)与6.93×10~5 m~3(完全沟灌)之间。[结论] 2017年贵阳市城市农业总用水需求为1.29×10~6 m~3,其中8.84×10~5 m~3为绿水,4.02×10~5 m~3为蓝水。灌溉方式对贵阳市城市农业用水有较大的提升空间,滴灌方式对贵阳市城市农业水资源管理贡献率达53.09%。     

小麦生产水足迹区域差异及归因分析

用水效率评价是节水农业研究的重点领域之一。作物生产水足迹作为评价作物生产过程中水资源消耗类型、数量以及用水效率的综合指标,为农业水资源管理评价提供了全新的思路。该文基于水足迹理论和量化方法,分析了中国大陆小麦生产水足迹空间分布情况和特征,并对造成水足迹区域差异的因素进行归因分析。结果表明:小麦水足迹的空间分布差异显著,其中西北、西南局部以及华南等地的小麦水足迹较高,而黄淮海、东北东部等地的水足迹较低。新疆绿水足迹比例为11.87%,部分南方省份大于80%,绿水足迹所占比例呈现出从东南沿海向西北内陆递减的空间分布格局。归因分析结果显示除小麦品种差异外,区域农业生产水平和气候条件的差异也是造成小麦水足迹空间差异的主要原因,其中化肥、农业机械投入是影响小麦水足迹的主要农业生产因子,而太阳辐射和降水量是影响小麦水足迹的主要气候因子,该研究结果可为国家制定农业水资源管理策略提供参考。     

基于作物生产水足迹的陕西省水资源压力评价

作物生产水足迹可以反映农业生产过程中的水资源利用效率及其真实占用量,对作物生产水足迹的量化可为各地区明确农业生产过程的用水情况,根据当地水资源禀赋合理调整农业种植结构,提高用水效率提供理论支撑。以陕西省为研究区域,在构建了考虑渠系水面蒸发损失的水足迹量化方法的基础上,对陕西省主要作物生产水足迹(WFP)进行量化,并构建了反映水足迹与区域水资源关系的水资源压力指数(βt)和蓝水资源压力指数(βb),分析了陕西省2000—2012年作物生产水足迹与水资源压力指数的时空分异特征。结果显示:作物生产水足迹在作物间、区域间均有较大差异,且在研究时段内均呈现下降趋势,全省综合作物生产水足迹由1.382 m3·kg-1减小到0.931 m3·kg-1;全省年均作物水足迹总量为127.39×108 m3,绿水比例为50.22%;陕西省βt、βb多年均值分别为0.255、0.187,渭南市、咸阳市两地βt、βb分别为0.610和1.200左右,是水资源压力最为严重的地区;除陕南地区外,陕西省其他区域均面临着水资源不可持续的挑战。     

气候变化背景下武川主要作物生产水足迹变化分析

生产水足迹(WFP)是指生产单位产品所消耗的水资源,一般用单位质量农产品所需要的水的体积来表示作物生产水足迹。气候变化对生产水足迹的影响是农业生产者关心的重要科学问题。本文以内蒙古自治区武川县主要作物马铃薯、春小麦为例,基于1983-2010年气象数据及生育期资料,修正作物系数,应用CROPWAT模型,计算作物生产水足迹,分析气候变化对作物生产水足迹的影响。结果表明：（1）近28a来,武川县气候呈干暖化变化趋势,马铃薯和春小麦生产水足迹呈显著下降趋势（P<0.05）;（2）气候变化对作物生产水足迹影响显著,生育期平均相对湿度、平均气温和平均日较差对马铃薯生产水足迹影响较大,生育期平均风速和平均日较差对春小麦生产水足迹影响较大;（3）1983-2010年马铃薯平均生产水足迹为1.37m3·kg-1,春小麦平均生产水足迹为2.51m3·kg-1,说明在当地生产单位质量的干物质,春小麦比马铃薯消耗更多水分。在该地区适当增加马铃薯播种面积,对提高水资源利用效率,促进地区农业发展具有重要作用。     

基于水足迹的中国农业用水效果评价

为兼顾灌溉用水效率和总量控制评估区域农业用水效率,结合水足迹与灌溉发展状况构建了农业用水效果评价指标(agricultural water use effect,AWE),AWE越小农业用水效果越好。在核算2000—2014年间31个省区农作物水足迹的基础上,分析了中国AWE的时空格局及其与灌溉用水效率指标之间的关系。结果显示:中国年均农作物水足迹为1.097 2×10~(12) m~3,蓝水、绿水足迹分别占13.1%和86.7%,且均随时间增加;单位耕地面积农作物水足迹及绿水比例均呈现由东南向西北递减,研究时段内灌溉效率稳步提升,而由于灌溉用水规模的扩大和蓝水足迹比例的增长,AWE由2003年的0.113增长到2014年的0.137,中国农业用水效果呈恶化趋势;AWE空间差异大,且在不同年份均表现为黄淮海平原和西部省区较大而东南沿海较小;经济发达地区农业用水效果有明显改善趋势,而粮食增产任务加大的黑龙江省AWE的增速最大;AWE与传统灌溉用水效率评价指标无空间一致性,灌溉效率和水分生产率高的北方农业主产区应注重农业生产用水效果的评估与提升。农业用水效果评价可为区域灌溉用水效率提升与总量控制的科学研究与决策实践依据。     

晋江西溪流域绿水蓝水资源量估算及分析

运用SWAT模型计算了东南沿海晋江西溪流域的绿水蓝水资源量。对西溪流域绿水蓝水的组成和时间分布规律进行了研究,并分析了西溪流域与中国北方两流域在绿水占水资源比例上的差异。研究结果表明:(1)西溪流域1973—1979年绿水蓝水资源总量是传统水资源量的1.6倍;(2)绿水蓝水的年内分布特点为汛期最高,冬季最低,且绿水流是绿水的主要组成部分;(3)由于气候湿润、干燥度指数较小等原因,晋江西溪流域水资源以蓝水为主,约为绿水资源量的1.8倍;但也表明即使在南方地区,绿水资源仍是水资源的重要组成部分,应予以重视。     

节点式渗灌的节水机理及其水分生产力

为了展示节点式渗灌管的优良性能和较高的水分生产力,对其做了出水性能检验和不同灌溉方法水分生产力的比较试验,结果表明:节点式渗灌管的灌水均匀度达到90%以上,比普通渗灌管灌水均匀度提高了15%,其节水原理是将土壤通体湿润转化为作物根区灌溉;铺设防渗层有效地阻止了灌溉水的下渗,计划湿润层的变浅和单次灌水量的减少是节点式渗灌能够大量节水的根本所在,节点式渗灌的水分生产力最高,达到70.37 kg/m³,其次是普通渗灌54.55 kg/m³,再次为膜下滴灌53.96 kg/m³,最低为沟灌,仅为42.00 kg/m³。     

山西省水资源生态足迹时空变化特征及驱动因素

采用水生态足迹模型,结合生态承载力和生态赤字原理,探讨了山西省水资源可持续利用的时空变化特征。并利用LMDI模型,分析了山西省2005—2015年水资源生态足迹变化的驱动因素;利用ARIMA模型预测了山西省未来5年的水资源生态足迹。结果表明:（1）2005—2015年山西省人均水资源生态足迹一直大于其生态承载力,水资源供给处于生态赤字状态,年均水资源生态赤字最高为朔州市0.372 hm²/人,最低的为长治市0.184 hm²/人;（2）山西11个行政区的水资源生态足迹账户中,除了太原市外,2005—2015年都以农业用水为主,其次为工业用水,城镇公共用水占有比例较为稳定,居民生活用水和生态环境用水占总用水生态足迹的比例有小幅提升;（3）结构效应是促进山西省水资源生态足迹增长的主要因素,经济效应为第二重要因素,人口效应对于山西省水资源生态足迹的贡献度比较低,技术效应是抑制山西水资源生态足迹过快增长的关键因素;（4）运用ARIMA （2,2,3）模型预测了山西省水生态足迹发展趋势,结果表明:未来5年山西省水生态足迹仍将继续上升,但上升趋势有所减缓,在2019年后开始缓慢下降。     

农产品水足迹评价研究进展

水足迹是消费者或生产者直接或间接使用水资源量的衡量指标,并被广泛应用于全球或区域虚拟水贸易分析研究。本文从全球、国家或地区等不同空间尺度对农产品水足迹评价研究进行了比较全面的综述。近十几年来,农产品水足迹研究从2008年以前的全球农产品贸易虚拟水量分析评价为主,转向2009年以后国家或地区空间尺度的农产品形成过程中所消耗的直接和间接水量的详细核算研究为核心。水足迹评价具有明显的空间分布特征,为了获取准确、全面客观的农产品生产水足迹信息,必须要考虑区域地理特征、土壤理化特性、气候变化、生产技术及污染物生态毒性等因素的影响。水资源管理决策制定时应综合考虑农产品绿水、蓝水和灰水足迹,因为农产品的蓝水足迹表征了社会淡水资源的直接消耗,对国际市场贸易决策制定具有重要意义,而农产品灰水足迹评价则更明确地反映了农业生产对环境的影响程度。实现全球或区域农业水资源保护与可持续利用,不仅要提高农业生产水资源利用效率,还应该调整农业生产结构、农产品虚拟水贸易的模式和方向,减少农产品流通过程和饮食消费的水资源浪费。     

区域粮食产量因灾损失评估之内蒙古自治区灾情-产量模型构建

基于1981-2020年内蒙古自治区农业气象灾害灾情及该地区粮食作物播种面积和产量数据,构建灾情-粮食作物产量评估模型,并对该模型进行验证,以此估算该地区粮食作物因灾减产量。结果表明：(1)1981-2020年内蒙古自治区粮食作物播种面积、总产和单产均呈显著上升趋势,增速分别为74.48×10³hm²·a^-1、78.85×10⁴t·a^-1和100.97kg·hm^-2·a^-1。(2)1981-2020年内蒙古农业气象灾害受灾、成灾面积均呈先上升后下降趋势,同期全国农业气象灾害成灾和受灾面积亦呈先上升后下降趋势。(3)干旱是该地区最主要的农业气象灾害,其受灾和成灾面积分别占历年各灾种的总受灾和成灾面积的64.10%和62.45%。灰色关联度分析表明,在受灾率和成灾率水平上干旱是与粮食单产关联度最高的农业气象灾害,在绝收率水平上风雹与粮食单产关联度最高。(4)构建的灾情-粮食作物产量评估模型模拟准确率较高,其模拟粮食产量与实际粮食产量呈极显...     

内蒙古河套灌区粮食生产灰水足迹评价

随着面源污染和土壤盐渍化成为重要的环境污染源和粮食安全的制约要素,如何评价和量化农业生产的负面效应,成为亟需解决的问题。水足迹理论的出现使该负面效应的量化成为可能,水足迹包括蓝水、绿水和灰水足迹,灰水足迹可以表征不同类型负面效应的大小,粮食生产灰水足迹反映了单位粮食产量的负面效应。该文应用水足迹理论,以内蒙古河套灌区为研究区,给出粮食生产灰水足迹的计算方法,选取环境最大允许浓度Cmax和本底浓度Cnat,逐项计算各项灰水足迹,并根据短板原理得出总灰水足迹,计算分析河套灌区粮食生产灰水足迹。结果表明:2005-2008年面源污染的灰水足迹为0.55~0.58亿m3;积盐的灰水足迹从2005年的4.570亿m3减少到2008年的1.825亿m3。总灰水足迹从2006年的5.872亿m3,减少到2008年的1.825亿m3,总灰水足迹在总水足迹中比例小于10%,有逐年降低的趋势。2005-2008年粮食生产灰水足迹分别为0.129、0.159、0.062和0.043 m3/kg,粮食生产灰水足迹有逐年降低的趋势,2008年的粮食生产灰水足迹仅相当于2006年的27.04%。节水灌溉等新技术的推广是其主要原因,节水灌溉可以减少无效灌溉水量和水分的无效蒸发量,从而减小粮食生产灰水足迹。在此基础上,给出减少粮食生产灰水足迹的措施,即节水灌溉、种植业结构调整、合理确定地下水位和合理使用化肥、农药。研究成果较好地量化了大型灌区粮食生产的负面效应和粮食生产灰水足迹,可为其他粮食主产区农业可持续发展及制定农业产业政策提供参考。     

吉林省生态足迹与生态承载力动态变化分析与预测研究

运用生态足迹理论计算吉林省1996-2010年的人均生态足迹与人均生态承载力,分析人均生态足迹与人均生态承载力的动态变化,利用SPSS软件分析得到人均生态足迹与人均生态承载力的发展预测模型.结果表明:人均生态足迹在1996-1998年呈现先升后降;1998-2010年一直保持增长的趋势,从1.7841hm²/cap增长到3.2013hm²/cap,在1996-2010年期间,人均生态承载力由1.3710m²/cap减少到1.3028hm²/cap,生态赤字从0.5601m²/cap增加到1.8985hm²/cap,吉林省的发展处于不可持续的状态;万元GDP生态足迹由3.7692hm²减小到1.0144hm²,并存在进一步减小的趋势.发展预测模型显示:2011-2025年,吉林省人均生态足迹将由3.4201hm²/cap增大到6.0073hm²/cap,人均生态承载力由1.3001hm²/cap降到1.2581hm²/cap,生态赤字将由2.1200hm²/cap增大到4.7492hm²/cap.吉林省必须采取一系列有效的措施,改变现有的经济发展模式、加大科技创新、提高人民素质,否则,生态赤字将会不断地加大,可持续发展状况将进一步恶化.     

陇东黄土高原沟壑区农业资源生产潜力及其开发

以陇东地区1990～2002年的气象资料和 1998～2002年的农业生产资料为依据,应用布达哥夫斯基连乘原理对陇东地区主要农作物的光能生产潜势、光温生产潜势、气候生产潜势进行测算,结果表明各级生产潜力分别是:小麦为 19241 kg/hm²、12000 kg/hm²、7500 kg/hm²,玉米为22500 kg/hm²、13500 kg/hm²、9000 kg/hm²,马铃薯为24093 kg/hm²、16519kg/hm²、10945 kg/hm²,表明该地区农业资源可供利用的潜力较大。在对该地区农业资源利用现状分析的基础上,通过优化种植业结构,建立与水资源状况相适应的抗逆应变型种植制度;采用集、节水技术,增加能量投入,提高水分的有效率等措施以最大限度地发挥农业资源潜力。     

无机粘结剂对工程弃渣的物理性状和稳定性的影响

为了确定无机粘结剂对工程弃渣物理性状和抗雨水侵蚀能力的影响,将工程弃渣与自然土壤混合配制成植物生长基质喷附在坡面模型上,开展不同降雨强度下的侵蚀实验。结果表明:无机粘结剂用量小于40 kg/m³时,提高了工程弃渣的水分渗透但对水分蒸发有抑制作用,用量大于40 kg/m³时无机粘结剂增加了工程弃渣的透气性,但导致工程弃渣保墒能力下降,硬度随之增加。少量的无机粘结剂对于工程弃渣的抗雨蚀能力并无提高,只有在无机粘结剂用量增加到50 kg/m³（含）以上时才会显著降低泥沙流失量。无机粘结剂40 kg/m³的用量为对工程弃渣物理性状影响的分水岭。而当用量达到50 kg/m³临界值时,无机粘结剂开始起到帮助工程弃渣抵御雨水侵蚀的作用。     

淤泥质滨海重盐土低成本快速脱盐技术研究

以泥质滨海重盐土低成本、快速脱盐为目标,通过室内土柱法,探讨了模拟滴灌条件下,滴灌量和不同土壤改良剂配比对滨海重盐土耕作层的脱盐效果,采用L16（4⁵）正交试验设计分析不同土壤改良剂对土壤脱盐效果的影响,优选泥质滨海重盐土脱盐改良剂。结果表明:通过滴灌量与土壤改良剂配比双重作用对滨海重盐土全盐含量和pH值的影响,确定了以0.26 m³/m²滴灌量进行滴灌,脱盐率达78.73%,可以达到快速脱盐的目的。根据正交设计极差分析,5种改良剂对土壤全盐含量的影响顺序依次为磷石膏 > 腐植酸 > 有机肥 > ZnSO₄ > 秸秆,对土壤pH值的影响顺序为磷石膏 > 腐植酸 > ZnSO₄ > 秸秆 > 有机肥,最终选出滨海重盐土脱盐改良剂最优配比为A₁ B₁ C₂ D₂ E₄,即秸秆0.05 m³/m²+磷石膏3 kg/m²+有机肥0.1 m³/m²+腐植酸0.06 kg/m²+ZnSO₄0.12 kg/m²。     

水足迹视角下陕西省种植业水资源利用评价及经济发展脱钩分析

陕西省位于"一带一路"关键地带,经济发展将处于加速转型的关键时期,期间农业水资源可利用量势必被进一步压缩,因此对陕西省各地市种植业水足迹进行量化并研究与其经济发展的协调关系,有利于明确各区域种植业生产的用水情况并为陕西省水资源管理提供参考。本研究运用水足迹理论,将灌溉水在输配水及田间灌溉过程中的损失纳入作物区域生产水足迹核算之中,通过核算2005-2016年陕西省种植业的水足迹值,定量分析了陕西省各作物耗水量的时空差异性,以及绿水足迹利用效率和各市水环境压力状况,并结合脱钩模型研究了种植业经济增长与水资源利用和水环境变化的脱钩关系。结果显示：1）各作物耗水量在研究期内差异较大,蔬菜和水果水足迹较低,分别为0.42 m³·kg^-1和0.51 m³·kg^-1,茶叶则高达30.29 m³·kg^-1,但总体呈下降趋势;2）各地市种植业耗水量构成呈现较大差异性,关中地区粮食类作物占比为69.59%,陕北地区玉米和水果占75.16%,陕南地区则相对均衡,耗水量组成基本与水资源禀赋和作物水足迹大小相一致;3）全省绿水足迹利用效率相对较低,水环境压力指数呈现南部低,中部、北部高的特点,其中咸阳市水环境压力指数12年间平均高达4.75,是水环境压力最为严重地区;4）陕西省种植业经济增长与水资源利用和水环境压力强脱钩状态分别占比45.45%和27.27%。研究结果说明,陕西省各市种植结构相对合理,但绿水足迹利用效率和水环境压力上仍需改良,种植业经济增长与水资源利用的关系逐渐完成了由弱脱钩的初级协调到强脱钩的优质协调的转变,但仍面临着种植业经济增长与水环境压力增大的挑战。     

基于JavaWeb的谷子水足迹计算系统开发设计

为分析谷子生产水资源的占用情况和解决基层农民作物灌溉问题,基于Cropwat模型公式研究了谷子生产水足迹,根据Cropwat模型公式,采用java语言开发了一个水足迹计算平台,用户在计算器中直接输入相关数据,即可获得计算结果。本设计重点在于方法及流程,利用java软件编程,通过在不同型号电脑进行实验仿真,验证软件可行性,结果表明本系统具有很强通用性,可在不同型号电脑上得到正确结果。该水足迹计算器具有计算速度快、操作简单、适用人群广泛等诸多特点,以方便基层农户和研究人员快速计算谷子各个时期蓝水、绿水、灰水足迹,并根据计算结果安排科学的灌溉制度。