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。     

区域耕地粮食生产保障能力及其风险评价方法

区域耕地粮食生产保障能力是区域耕地对综合食物安全所需粮食的保障程度,受区域耕地资源和社会经济等方面的影响。科学评价区域耕地的粮食生产保障能力及其存在风险,对于解决综合食物安全问题起着关键性的作用。该文以区域耕地的粮食供给能力和粮食生产安全量预测为基础,建立了区域耕地粮食生产保障风险的评价方法,并以洞庭湖区为例开展了以县(市、区)为基本单元的实证研究。结果表明:洞庭湖区耕地资源对全国综合食物安全的保障情况较好,但部分县(市、区)的风险等级较高,且临湖区域的风险较相对远离洞庭湖区域的风险高,需要提高粮食生产水平并控制耕地非农化。该文所提出的区域耕地粮食生产保障能力及其风险评价方法为研究和评估不同区域粮食安全状况与耕地资源之间的相互关系提供参考。     

基于水足迹理论的江苏省水资源可持续利用评价

[目的]通过核算考虑灰水的江苏省水足迹,评价江苏省水资源可持续利用现状和发展趋势,为制定合理的水资源管理政策提供科学依据,并对水资源管理提出创新对策。[方法]采用水足迹理论核算分析江苏省2005—2015年水足迹及其变化特征,选取水资源与经济、社会、环境协调发展水平4个子系统共14个指标对这11a间江苏省水资源可持续利用情况进行分析,并引入GM(1,1)灰色模型预测了未来5a(2016—2020年)水足迹的发展趋势。[结果](1)江苏省水足迹在11a间总体呈倒U趋势,峰值在2011年,达1.22×1010 m3,随后急剧减少;(2)江苏省年均水足迹自给率为88.1%,经济社会协调水平较高且呈现可持续发展的趋势,但依然处于严重水资源短缺状态;(3)在"惯性发展"的情境下,到2020年江苏省水足迹较2015年减少2.04×109 m3,年均降幅为0.92%。[结论]随着最严格水资源管理制度的落实,各行业用水效率不断提高,江苏省水资源利用呈现出可持续发展的态势。     

农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹综合评价

氮足迹和灰水足迹作为定量分析人类活动对活性氮排放及水资源影响的指标,为农业土地利用系统环境效应评价提供了新的理论与途径。该文在氮足迹和灰水足迹理论的基础上,构建了县域尺度农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹理论分析框架,以湖南桃江县为研究区,计算了农业土地利用系统氮足迹与灰水足迹。结果表明:1)1980-2010年氮足迹与灰水足迹、单位土地利用面积氮足迹与灰水足迹均呈逐年增加的趋势。2010年氮足迹和灰水足迹分别是1980年的2.02倍和2.36倍,单位土地利用面积氮足迹和灰水足迹分别是1980年的2.00倍和2.31倍;2)1980-2010年输入氮足迹和污染氮足迹分别增长了102.54%、128.79%。2010年肥料氮投入占输入氮足迹的72.72%,污染氮足迹占总氮足迹的32.79%;3)1980-2010年,每年氮肥灰水足迹均高于磷肥灰水足迹。活性氮流失的增长造成的稀释水量增加是农业土地利用系统灰水足迹增长的关键因素。评价结果显示,桃江县农业土地利用系统在足迹总量与单位土地利用足迹对大气和水资源的负面影响正在持续上升。氮足迹与灰水足迹综合评价方法能有效地识别区域农业土地利用过程对环境的负面效应,研究成果为降低农业土地利用过程的环境风险、制定农业土地利用系统优化方案提供参考。     

中国粮食生产与消费中的虚拟水平衡动态变化研究

为优化我国粮食生产水资源利用的空间配置,运用虚拟水分析方法,多尺度分析我国近十年粮食生产和消费中的虚拟水含量空间分布动态变化规律。结果表明:北方粮食生产虚拟水量呈上升趋势,由1998年的3019.1亿m3上升到2007年的3197.5亿m3,上升幅度达5.90%;南方粮食生产虚拟水量则呈下降趋势,由1998年的3207.5亿m3下降到2007年的2801.4亿m3,下降幅度达12.66%。1998～2006年,全国粮食消费虚拟水增长4.43%,年均增长0.49%。北方增长速度快,9年间增长7.70%,而南方则只增长1.84%。近十年全国粮食生产与消费的虚拟水平衡整体表现为负。南方的虚拟水平衡一直为负,且数值呈上升趋势,北方虚拟水平衡态势则整体表现为正。粮食生产和消费的虚拟水资源"北水南调"现象稳定存在,且有增强趋势。其中,东北是虚拟水资源"北水南调"的实质性调出区,黄淮海、华北、东南和华南为实质性调入区。研究结果说明,从水资源的角度看,我国当前的粮食生产和消费格局存在较大问题,需要进行适当调整。     

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。     

长江三峡水库蓄水运用对洞庭湖水沙特性的影响

依据实测水沙资料,运用比较分析法,系统分析了长江三峡水库蓄水运用对洞庭湖水沙特性的影响。结果表明:(1)荆江三口分流分沙比由18.5%,21.4%分别减少至11.7%,13.6%,导致三口占入湖总径流量、总输沙量比重,依次由41.5%,82.9%减少至21.6%,58.5%;(2)多年平均入湖水沙量分别减少了531×108 m3,4 715×104 t,湖盆泥沙淤积率由70.4%减少至39.5%,递减幅度为30.9%;(3)西、南、东3洞庭湖多年平均水位变幅分别降低了1.23,1.45,1.88m;(4)湖盆冲刷量大于淤积量,淤积泥沙颗粒趋于细化,西洞庭湖区与东南洞庭湖区的泥沙输出比均呈同步增大趋势。这些水沙特性的变化,对于延长洞庭湖寿命、减轻湖区洪涝灾害风险具有重大意义,同时也会给湖区造成一系列的生态环境问题。     

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。     

中国“农业北水南调虚拟工程”现状及思考

基于中国南北方粮食调动的变化分析,结合农业水足迹与虚拟水理论,提出中国在实施南水北调实体工程建设的同时,自1990年已经形成并运行着一个“农业北水南调虚拟工程”。计算结果表明,该工程在1990－2008年期间年均调运虚拟水量已超过200亿m3,远大于南水北调实体工程目前的调水规模;北水南调虚拟工程调水量总体上呈增加趋势,依靠现有南水北调实体工程难以支撑中国北方粮食生产,解决这一问题的唯一出路只能是依靠科学技术,大力发展现代节水农业,提高粮食生产的综合用水效率。考虑到中国南北方经济状况的现实差距,以及“农业北水南调虚拟工程”的长期运行,建议国家实施区域虚拟水贸易战略,同时,加强区域农业水足迹演变与控制研究,制定区域农业水足迹相关技术标准,为实施区域虚拟水贸易战略提供科学依据与政策支持。     

干旱区绿洲-荒漠化演变中的水足迹表征研究——以新疆天山北坡为例

以新疆天山北坡为研究区,首先利用改进后的方法计算了研究区的水足迹,然后在水足迹时空变化和荒漠化格局演变分析的基础上,建立天山北坡荒漠化与水足迹之间的关系,并从水足迹的角度对天山北坡绿洲荒漠化的过程机制进行了分析。结果表明:(1)1960—2007年,天山北坡水足迹呈现较为明显的上升趋势,同时,水足迹结构发生了明显的变化。(2)天山北坡各市县当地生产水足迹的空间差异明显。(3)研究区荒漠面积与水足迹之间存在显著的负相关性。(4)调整地区生产结构(特别是农业)和改善区域居民的消费模式都有利于减轻干旱区水资源压力,对干旱区荒漠化的预警和防治具有重要的战略启示。     

高集约化农区投入减量化与环境风险降低潜势的时空分异特征

该文应用氮足迹(nitrogen footprint,N footprint)、灰水足迹(grey water footprint,GWF)理论,以上海市青浦区为案例区,对集约农业土地利用系统的活性氮排放和非点源污染进行分析,运用非期望产出的SBM-Undesirable窗式分析模型,系统解析农业土地利用环境效率时空分异特征,综合评估农业土地利用系统投入减量化趋势与环境风险降低潜势。结果表明:1)在考虑活性氮排放和非点源污染约束下,2006-2013年青浦区农业土地利用环境效率相对较低,2006-2013年均值仅为0.669;2)2006-2013年青浦区年均劳动力、肥料和机械动力的潜在减量比例较高,8 a间潜在年均缩减总量分别为8 10~4人,4 501.59 t,27 928.44 k W;非点源污染灰水足迹的潜在减排比例高于污染氮足迹,潜在减排总量年均分别为52 046.88万m~3和381.04 t。花香桥街道具有最大的潜在投入减量化与环境风险降低比例。白鹤镇、练塘镇等具有较大的潜在缩减规模,应成为青浦区农业投入减量化和污染物减排总量控制的重点区域。该文评价结果可为制定农业可持续发展规划及农业产业政策提供参考。     

湖南洞庭湖区农地畜禽粪便承载量估算及其风险评价

根据洞庭湖区畜禽养殖现状,采用排泄系数估算法测算了洞庭湖区畜禽粪便产生量,并对不同农地畜禽粪便承载量和畜禽粪便污染风险进行了评估.结果表明:2006年,洞庭湖区年产畜禽粪1 616.93万t,尿液1 248.30万t,BOD5 72.41万t,COD 79.33万t,NH3-N 7.48万t,农地畜禽粪便承载量平均为19.25 t·hm-2,风险预警值平均为0.47,仍未造成环境污染,畜禽养殖业还有较大发展空间.但个别地区的畜禽粪便已对农地造成污染,必须引起注意.     

洞庭湖流域水体污染物变化趋势及风险分析

通过对洞庭湖流域1989,1997,1999年水质监测数据进行分析,结果表明:(1)洞庭湖流域磷污染十分严重而重金属浓度较低,除Cu外,其它重金属多年最高浓度均低于国家II类水质标准;(2)水体污染情况有逐年上升趋势,除TN外,其它各污染物数量的增长速度都非常大;(3)点源污染对洞庭湖流域水污染贡献较大,枯水期各污染物浓度均较丰、平水期高。结合国外研究得到的重金属毒性系数,引入外推法得到TN,TP的毒性危害系数,将之应用到洞庭湖流域水体污染物的风险分析中,得出TP风险仍是对洞庭湖流域的污染风险贡献率最大的污染物,而TN,Zn的污染风险相对较小;君山处的污染风险较大,已对其周边生态系统产生了潜在的生态风险,而流域内其它各监测点的风险值偏低。     

2005-2019年洞庭湖平原耕地面源污染迁移轨迹及空间格局

洞庭湖平原因不合理的农业生产活动导致严重的耕地面源污染问题，揭示洞庭湖平原近10余年耕地面源污染迁移轨迹及空间格局，可为洞庭湖平原下一步科学防治耕地面源污染提供参考。该研究以洞庭湖平原湖南省部分的21个区（县、市）为实例，利用清单分析法构建农田化肥、人畜排泄物和农田固废3类污染单元，测算化学需氧量（Chemical Oxygen Demand，COD）、总氮（Total Nitrogen，TN）和总磷（Total Phosphorus，TP）3类污染物排放情况，并运用空间分析、重心模型和冷热点分析研究2005－2019年洞庭湖平原耕地面源污染轨迹迁移变化及空间格局。结果表明：1）从时序上看，2005－2019年间3类污染物排放总量和排放强度总体上均呈现下降趋势；从空间分布上看，COD排放强度等级分布更为集中，洞庭湖平原耕地面源污染程度呈现出"东部>西部>中部"的空间格局；2）从重心模型分析来看，3类污染物排放强度重心在东西方向上的移动更显著，并且重心移动速度呈现阶段变化；3）从冷热点分析来看，3类污染物空间分布格局差异性显著，COD最为明显，TP次之，TN最小，热点区域大多分布于洞庭湖平原东部，冷点区域大多分布于洞庭湖平原中部。研究说明了在生态文明建设过程中，洞庭湖平原耕地面源污染情况有所好转，并且各地区耕地面源污染程度和治理都具有差异性，为今后因地制宜治理耕地面源污染提供理论依据和思路。     

基于缺口率模型的区域粮食安全风险评估

深入分析各区域的粮食供需趋势对于保障中国未来的粮食安全至关重要。该文首先分析了影响中国粮食供需安全的风险源,提出了粮食主产区、粮食主销区和产销平衡区的粮食缺口率风险评估模型并划分了相应的风险等级,然后以洞庭湖区为例进行了实证分析。结果表明:自然灾害是影响洞庭湖区粮食供给安全的最主要因素,人口增长则是影响该区域粮食安全的普遍因素;对于大多数的县/市,资源和投入要素对未来的粮食供给将产生积极的影响。当自然灾害为一般情景或乐观情景时,洞庭湖区的粮食安全状况较为乐观;当自然灾害为悲观情景时,湖区部分县/市的粮食安全形势非常严峻。但就湖区整体而言,通过湖区内部调剂即可以满足高风险县/市的粮食需求。研究结果可为相关部门的政策制定提供客观依据,为粮食安全的风险预警和防范提供参考。     

粮食生产水平的内涵解析及其预测方法

粮食生产水平是粮食安全相关研究的焦点之一,但目前对其内涵的界定仍有不同的理解,也缺少一种相对标准的预测方法。为了准确解析粮食生产水平的内涵并建立合理的预测方法,该文以对比分析和数学估计为主要方法,首先以粮食单产、粮食生产能力与粮食生产水平之间的物理关系为切入点,界定了粮食生产水平的实质内涵;进而依据粮食单产与粮食生产水平间的数学关系,以粮食单产数据为基础建立了粮食生产水平的预测方法。并以洞庭湖区8个县为例,计算2007和2008年粮食生产水平预测值,与粮食单产对比分析进行验证,结果表明粮食生产水平与粮食单产的差值符合当年粮食生产情况。在此基础上,预测了2011－2015年洞庭湖区8个县的粮食生产水平。该文可为粮食生产的相关研究提供理论和方法的参考。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。