虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整

北京市水资源短缺,农业用水量巨大,实施虚拟水战略从外部引入虚拟水资源是优化北京市农业产业结构,实现北京市水资源优化配置的重要途径。该文计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量,研究了北京市虚拟水贸易的历史和发展趋势。在此基础上建立了基于虚拟水战略的水资源配置模型,并将其应用于北京市农业产业结构调整研究。结果表明,在水资源约束下北京市农业在国民经济中的比重将进一步下降,生态农业、观光农业等都市农业类型是北京市农业发展的方向。     

基于虚拟水战略的农业种植结构优化模型

以往灌区水资源优化配置研究着重于经济效益而忽视了社会效益和生态效益,这不适于生态环境及人类生存环境极其脆弱的西北干旱缺水地区。该文在总结原有优化模型基础上通过设置当地人民生产生活条件及环境改善对物质水需求的刚性约束条件,提出基于虚拟水战略的区域农业产业结构优化模型,并以民勤县为例进行模拟计算。结果表明,随着虚拟水贸易系数的增加,粮食作物的种植面积有所减少,而蔬菜类作物的种植面积大幅度增加;其经济效益与用水效益都明显提高,区域粮食依赖性也随之加剧。方案7、8在贸易基础上实施技术节水,在一定程度上保证了粮食安全,节约了宝贵的水资源,有利于旱区生态环境改善。该模型求解出的优化方案为制定合理有效的旱区农业产业结构调整政策有一定的借鉴作用。     

海河流域水资源演变与驱动机制

海河流域含京津冀及周边三省,是我国水资源短缺和用水矛盾最突出的地区。中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心团队围绕不断加剧的水资源短缺,研究了流域水资源演变的关键驱动机制:山区径流变化、农业需水和虚拟水外输,分析了流域水资源演变的主要原因,并对未来的可能调控提出了建议。研究首先选取海河流域的八大山区子流域,分析了20世纪60年代以来的径流变化,确认70年代开始山区来水逐渐减少,径流减少的关键时期是1978—1985年,推断农业用水增加是径流减少的核心驱动因素;其次,基于作物模型、作物系数法和遥感等手段,量化了海河平原农业用水的时空格局和区域水量平衡,通过对比农业耗水量、地下水水位变化和南水北调中线供水量,确立了山前平原区南水北调实施后为实现水量平衡需控制用水的进一步扩大、低平原区仍然亏缺的未来水资源态势;最后,通过粮食贸易的虚拟水分析,指出本地区外输虚拟水达90亿m~3,是造成水资源短缺的重要原因,减缓虚拟水外输或输入一定虚拟水是缓解区域水资源压力的可选方案。     

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。     

基于虚拟水流动均衡性的农业用水综合调控

为了解决密不可分的干旱区水资源和农业问题,使虚拟水流动与水资源量和经济规模相适应,该文借鉴基尼系数概念评价虚拟水流动的区域均衡性,并以尽量提高区域均衡性为目标,建立融合了粮食流通模型的农业用水综合调控模型,从而在控制灌溉水使用总量的前提下,通过调整粮食生产耗水和产量来改变粮食流通格局,进而优化虚拟水流动状态。在甘肃的应用研究证明该方法可在满足用水总量限制要求前提下,使虚拟水流动均衡性较调控前有明显改善,实现了干旱区实体水和虚拟水的统一管理。这对促进干旱区不同地区间的协作、缓解水资源利用与粮食生产间的矛盾,具有重要的理论指导意义。     

中亚棉花生产需水量与虚拟水贸易变化趋势

棉花是中亚重要的出口农产品之一,在水资源日趋严峻形势下,评价棉花生产需水和虚拟水贸易对区域水资源管理具有重要意义。本研究基于中亚175个站点长期气象数据,利用ArcGIS空间插值和作物系数法,结合棉花空间分布情况,首先估算了中亚五国的棉花需水量和单产需水量;基于单产需水量和国际粮农组织(FAO)的棉花产量和贸易数据,分析了1992年以来棉花的生产需水量、虚拟水贸易变化趋势及影响因素;最后评价了虚拟水贸易对中亚水资源的影响。研究结果表明:1)中亚棉花需水量为761.0～1033.9mm,单产需水量为2834.4～5732.1 m~3·t~(-1),其中产棉大国乌兹别克斯坦为4263.8 m~3·t~(-1)。2)1992—2017年,中亚地区棉花收获面积减少和产量偏低,导致总产量下降,生产需水量从初期的不足300亿m~3下降到目前的不足200亿m~3;棉花消费量增加导致出口量降低,净出口虚拟水量从初期的200亿m~3左右下降到目前50亿m~3;年均棉花生产需水量、净出口虚拟水量和净出口占生产需水量的比值分别为237.2亿m~3、147.4亿m~3和62.1%。3) 1992—2017年,乌兹别克斯坦和土库曼斯坦通过棉花出口分别输出其可更新水资源总量的18.4%和12.7%,加剧了咸海流域水资源短缺。因此减少农田输水损失,提高棉花水分利用效率,是提升中亚棉花总产、减少棉花生产耗水、提升棉花出口贸易、减少虚拟水外输的有效措施。     

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。     

北京市水足迹计算与分析

水足迹指的是在一定物质生活标准下, 生产一定人群(个体、城市或国家)消费的产品和服务所需要的水资源数量。虚拟水是指生产产品和服务所需要的“虚拟”水资源, 不是真正意义的水, 而是以“虚拟”的形式包含在产品中的看不见的水。水足迹不仅仅包括对实体水的消费, 更重要的是包含了虚拟水消费的部分。分析区域内的水足迹量及其构成, 能够从消费的角度展现对水资源的占有情况, 展现出通过产业链及产品贸易而产生的该区域对其他区域的水资源占有情况或其他区域对本区域的水资源占有情况。本研究采用基于投入产出表的水足迹计算方法, 估算了北京市2002 年的水足迹状况, 分析了水足迹构成。结果表明: 北京市2002 年水足迹为86.26 亿m³, 其中70%用于居民消费, 30%用于政府消费; 总的人均水足迹为606.21 m³, 城镇居民人均水足迹为537.69 m³, 农村居民人均水足迹为197.12 m³; 2002 年总水足迹中, 实体水消费占8%, 虚拟水消费占92%, 虚拟水净流入量为14.98 亿m³, 占总水足迹的17.4%。结果证明, 在消费结构中, 虚拟水占主要部分,实体水比例很低;受产业链和工艺的影响, 不同消费品(服务)的虚拟水含量并不相同。虚拟水流入能够降低对本区域水资源的占有, 并没有从根本上减少水资源的消耗, 只是将压力转移到了其他区域。研究结果可为节约用水模式和北京市水资源管理提供决策参考     

南疆棉花消费水足迹及其对生态环境影响研究

基于虚拟水和水足迹的理论与方法、棉花生产水资源消费的特征,提出了棉花消费水足迹的概念及模型,并对南疆地区2005年的棉花消费水足迹进行计算和分析.结果表明:南疆地区的棉花消费水足迹为353.95×106m3,虚拟水外调量为3 185.54×106m3,其中蓝水调出量为2 290.53×104m3,分别是本地消费水足迹的9倍和6.5倍.大量的地表水和地下水外流,给水资源本来就不富裕的南疆地区带来巨大的压力,严重阻碍着该地区的可持续发展.最后探讨了棉花生产带来的生态环境问题,并提出了水资源持续利用和环境保护对策.     

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。     

塔里木河流域2003年虚拟水计算初探

简要介绍了虚拟水含量的计算方法。根据2003年塔里木河流域的资料,计算了主要农产品单位质量的虚拟水含量、城乡居民消费的虚拟水含量和生产产品的虚拟水含量。(1)与西北其它地区相比较,塔里木河流域生产单位质量的农产品虚拟水含量相对较低。(2)从塔里木河流域虚拟水消费总量看,城镇居民与农村居民的消费相差不大,分别为3.71×109m3和3.30×109m3。而其中一些消费产品,如粮食、猪肉、家禽、鲜蛋、糕点和鱼虾等的消费在城镇居民与农村居民间仍然存在着一定的差异。(3)全社会消费的虚拟水数量和实际生产产品中的虚拟水含量分别为7.01×109m3和2.20×1010m3。可以看出在塔里木河流域实际生产产品的虚拟水含量远远大于各项消费的总虚拟水含量。     

实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动理论基本框架

在变化环境下,区域水资源系统演变规律正在发生深刻变化。解决新形势下出现的水问题单单依靠传统的实体水资源规划、调度和调控手段还不够。虚拟水概念和理论的提出拓展了水文水资源的认知范畴,丰富了水问题的解决手段。然而,如何搭建虚拟水理论与传统水文水资源认知体系的统一框架,认识自然-经济-社会连续系统中水资源演化的新规律,目前学界还没有成熟统一的看法。该文首先提出了实体水-虚拟水耦合流动效应的基本理论框架,指出实体水-虚拟水耦合流动是现代环境下自然-经济-社会水资源系统呈现的新特征。其次,从文明进步和生产力发展角度,论述了人类社会水文水资源系统的演化历史,将水文水资源系统演进大体分为三个阶段:早期的实体水"一维一元"自然循环阶段,近现代的实体水"二元"水循环阶段和当前的实体水-虚拟水"二维三元"耦合流动阶段。最后,该文详细论述了实体水-虚拟水耦合流动过程的路径结构,并针对其流动过程和状态表征提出了定量表达方程,初步构建了实体水-虚拟水耦合流动基本理论框架。     

中国粮食和水资源安全协同战略

我国粮食总产"九连增", 但粮食进口量也在增加, 北粮南运规模也在增大, 中国粮食安全处于紧平衡状态。本文针对我国大豆进口和高油高蛋白质食品过量消费的问题, 提出了中国粮食产业和消费结构协同战略。针对我国粮食生产能力和粮食供给量的发展趋势, 提出在重视中国农业走出去, 在国外建立粮食生产和供给基地的同时, 更要立足和加快国内后备耕地的开发, 挖掘我国粮食生产潜力。针对中国水资源南北分布不平衡和近年来干旱洪涝灾害频发, 提出中国粮食安全要建立在水资源安全的基础上。针对我国粮食主产区即长江中下游平原、华北平原、东北平原和西北地区4大粮仓的存在问题和发展潜力, 提出了相应的水资源安全和粮食安全的协同战略。强调水资源安全是粮食安全的基础, 在耕地面积日趋减少, 靠增加单位面积产量保障中国粮食总产的情况下, 只有进一步加强中国水利建设和提高水资源利用效率, 加快南水北调工程, 才能实现与北粮南运的协同, 特别是加快西线调水工程, 开发西部粮仓, 中国粮食新增潜力还可能有很大的提高。     

基于区域投入产出模型的甘肃省水资源状况分析

基于投入产出分析法,以甘肃省2007年行业经济及用水数据为基础,构建了地区水资源投入产出表。通过对甘肃省行业用水系数、用水乘数、用水量等指标的分析,研究了甘肃省各行业对经济系统的水资源消耗间接拉动效应。在此基础上进一步研究了经济系统内部行业间虚拟水的转移,分析了经济系统内部虚拟水的流向,并通过计算甘肃省虚拟水的进出口量对经济系统间虚拟水的流向进行了分析。分析结果表明,种植业用水系数、用水量在该省行业中处于最高,对经济系统水资源的间接拉动影响较小,是主要的虚拟水输出行业。其中一部分虚拟水流向制造业,经由制造业流向建筑业与服务业等行业,另一部分流向省外。在构建节水型经济系统的过程中,由于行业间水资源消耗的关联性,考虑到其他行业对种植业的间接拉动,在采取缩小种植业规模提高种植业节水效率及调整区域产业结构的情况下,应将减少消费端的物质消费因素考虑进去。     

西北地区食物结构及其安全现状评估

食物是国民经济基础之基础,食物安全问题是世界各国共同面临的重大问题。及时把握和正确判断一个国家或者地区的食物安全状况,对其经济和社会可持续发展具有非常重要的现实意义。在对2000—2014年西北地区7个省(区)的食物结构及生产量、人均食物占有量和主要食物的平均人日热量拥有量进行分析的基础上,对西北地区的食物安全现状进行了评估和判断。结果表明:2000—2014年西北地区7个省(区)粮食、蔬菜、水果、肉蛋奶、棉花、油料等食物产量整体上在波动中呈增长趋势,食物种类趋向多样化和丰富化;近5年西北地区粮食和水果人均占有量均超过全国人均水平,2000—2014年人均奶类、棉花和油料占有量大于全国人均占有量,但人均蔬菜、禽蛋和肉类占有量低于全国人均水平;除青海地区外,其他6个省(区)2014年人均每日热量拥有量都达到营养学要求;2000年以来,西北地区食物安全程度不断提高,但2014年,西北地区食物安全仍处于一个较低安全水平;当前西北地区仍面临着水资源缺乏、耕地面积和质量有限、农业技术设备落后等挑战,使该地区食物安全受到威胁,针对这些问题,文章提出了调整农业结构,保护生态环境,确保食物安全可持续发展等对策。