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。     

甘肃省马铃薯种植水足迹及效率评价—基于GM(1,1)模型的实证预测研究

借助CropWat模型运用水足迹理论对1993-2014年甘肃省马铃薯种植水足迹进行量化分析,并利用GM(1,1)模型对马铃薯水足迹进行了预测分析。结果表明:(1)甘肃省马铃薯生长过程水足迹整体呈波动上升趋势,最小值为1993年的1.88×109m~3,最大值为2013年的5.11×10~9m~3,平均值为3.62×10~9m~3/a;(2)马铃薯水足迹构成中以蓝水足迹为主,约占63.80%,绿水足迹占23.28%,灰水足迹占12.92%,三者皆呈波动上升趋势;(3)马铃薯水足迹效率总体呈上升—下降—上升的态势,其最小值为1993年的5.27元/m~3,最大值为2014年的25.06元/m~3,同比增长约4.76倍,表明甘肃省马铃薯水足迹效率明显提高,意味着马铃薯种植为甘肃省农业总产值的贡献度有所提高;(4)借助GM(1,1)模型预测到2015-2020年马铃薯生长过程水足迹、蓝水、绿水及灰水足迹皆呈缓慢上升趋势。     

中国典型农作物需水量及生产水足迹区域差异

基于CROPWAT模型探讨了中国典型农作物需水的区域差异规律,分析了各自作物的生产水足迹。结果表明:中国小麦、玉米和棉花多年平均(1961-2010年)需水量分别约为1 056.4、1 045.23和217.7亿m~3,且3种作物的绿水利用比例均高于蓝水,多年平均绿水需用量分别约为608.5、755.7和149.6亿m~3。从各作物的生产水足迹空间格局上分析,中国小麦、玉米和棉花的平均生产水足迹约为1.37、1.10和2.02 m~3/kg。小麦和玉米生产水足迹高的地区主要分布在中国南方以及陕西、甘肃、青海等省,生产水足迹多在2.0 m~3/kg以上;棉花生产水足迹高的地区主要分布在北京、天津以及甘肃等西部地区,多在2.5 m~3/kg以上。研究结果可为中国粮食主产区灌溉制度的制定以及农作物产业结构优化调整提供科学依据。     

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。     

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。     

四川省能源和粮食生产用水竞争及与经济关系研究

水-能源-粮食系统存在相互依存、相互制约的复杂关系,量化该系统的相互关系,对于合理配置和协调利用水、能源和粮食资源,促进区域社会经济的可持续发展具有重要意义。本文运用能源和粮食生产水足迹模型、竞争指数模型、脱钩理论及锡尔指数等方法,核算分析了四川省2009—2019年能源和粮食生产水足迹及其时空变化特征,以及能源和粮食生产对水的竞争关系,探究了水足迹和地区生产总值的内在联系。研究结果表明：能源和粮食生产水足迹均呈上升趋势。能源生产蓝水足迹年均值为5.45×109m3,占能源生产水足迹的93.76%;粮食生产蓝水足迹年均值为1.06×1010m3,占粮食生产水足迹的26.02%,绿水足迹的贡献率超过蓝水足迹和灰水足迹之和,占比53.06%。四川省能源和粮食生产对水的竞争指数呈上升趋势,增幅为42.69%。由于川西北生态示范区和攀西经济区等地区兼顾粮食和水电生产,其竞争指数明显高于其他地区。四川省水足迹和地区生产总值的脱钩关系为弱脱钩,处于相对协调发展状态,说明经济发展对用水量的控制状态相对较好;水足迹强度总差异呈扩张趋势,说明四川省用水效率不均衡性逐渐扩大,但研究后期有所下降,发展逐渐趋同。该研究可为四川省水资源调配、能源开发和粮食生产提供建议,也可为该地区优化经济发展方式以及用水效率的协同发展提供参考。     

基于水足迹的云南省楚雄州水资源利用评价

传统用水量指标仅仅考虑了地表水和地下水使用量(蓝水),忽略了对人类生产贡献巨大的绿水,水足迹是指在一定的物质生活水平下,维持一定人群消费所需要的总的水资源数量,包含蓝水和绿水,水足迹真实地反映了一个地区人类消费对水资源的占有情况,为水资源科学管理提供了一个新的方法。引入了水足迹的概念和计算方法和相关评价指标,计算分析了2005年云南楚雄州生产用水量和水足迹。结果表明,楚雄州2005年的总的生产系统耗水量26.2亿m3,远远高于水资源公报中统计的蓝水消耗量,全州总的水足迹为13.257亿m3,人均水足迹516.52 m3,水足迹占生产系统耗水量的50.6%,其余49.4%的生产耗水以虚拟的形式流往其他地区。     

黑龙江省粮食水足迹时空分布规律与影响因素分析

为分析黑龙江省粮食水足迹的变化规律,根据水足迹理论,选取2008—2018年黑龙江省11个地区进行粮食水足迹评价,并对其时空分布规律及影响因素进行研究。结果表明:黑龙江省粮食蓝水足迹、绿水足迹的空间分布差异显著,呈现南北高、东西低的分布趋势。通过斯皮尔曼相关系数分析可知,东、西横向地区人口密度大,可用于粮食生产的灌溉水资源消耗少,粮食蓝水足迹较低;南、北部致力于农业生产,农业灌溉用水消耗较大,粮食蓝水足迹较高。南、北部降水储蓄率高,因而南、北部粮食绿水足迹较高;东、西部横向地区地势较为平坦,植被少,降水不易蓄积,所以东、西部绿水足迹相对较低。利用时间序列模型对黑龙江省粮食水足迹进行预测得出,2021—2025年黑龙江省粮食总水足迹平均值为2 050 m~3/t。本研究可为黑龙江省农业水资源的合理分配和利用提供参考。     

海河流域作物水足迹研究

基于水足迹理论,利用海河流域8个省(市、自治区)气象及农业基础数据,计算了海河流域主要作物的虚拟水量和作物水足迹值,并对流域作物水足迹的空间格局进行了分析。结果表明,同一种作物不同地区的虚拟水量均匀分布;各市作物水足迹有由南向北逐渐增大的趋势。德州、保定、聊城等地的蓝水比例最高,均达到了50%以上,土壤水利用率较低;晋中、长治、阳泉和朝阳市的绿水足迹达到了总水足迹值的90%以上。流域内小麦的蓝水足迹占总水足迹比例最大,各省(市、自治区)平均为74.6%,作物生长需要大量灌溉水;玉米、棉花、谷子、大豆和花生蓝水足迹比例较少,均在20%以下。河北省的蓝水足迹为114.97×108 m3,农业灌溉用水压力最大;内蒙古的蓝水比例最大,为67.59%;辽宁省和山西省的土壤水利用率较高。     

东北半干旱地区膜下滴灌玉米生产水足迹研究

在作物生产中,田间尺度的水足迹变化在制定可持续发展的农业用水策略中发挥着重要作用。【目的】探讨中国东北半干旱地区玉米生产中水足迹田间尺度的变化。【方法】通过3 a的田间试验,确定了膜下滴灌玉米全生育期水足迹的蓝、绿、灰水的组成;分析了气温、降雨和灌溉时间与次数组合下的土壤水量平衡和水足迹变化。【结果】(1)玉米生育期的水足迹中,绿水足迹占65.5%~67.9%,蓝水足迹占8.7%~9.4%,灰水足迹占23.3%~25.1%。(2)在降雨能满足玉米各生育期耗水需求的年份,有效降雨量占绿水量的103.2%,玉米耗水高峰期(6—8月)的高温和多有效降雨具有显著地增产效果,且能有效降低玉米生产水足迹。(3)在生育期水分亏缺较大的年份,玉米耗水高峰期少次多量(灌水总量一定)的灌水可以有效地保证玉米产量,同时降低玉米生产水足迹。4)在生育期各时期降雨均匀的年份,玉米产量最低,水足迹最高。【结论】覆膜条件下玉米生产的绿水资源得到有效保护,而为了提高产量和降低水足迹,应根据不同水文年型制定合理的灌溉制度。     

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。     

广泛实施集流节灌挖掘农业发展潜力

系统阐述了集流节灌对抑制水害（利于山区的水土保持和平原的雨季排水）、缓解水资源矛盾（水电的时空调节）、提高农作物品质方面的意义。进而提出大力推广集流节灌技术,开发利用农业用水资源,挖掘发展潜力,保证农业可持续发展     

辽宁省中部地区用水现状及节水措施探析

本文通过对辽宁省中部地区城市的用水现状初步分析,提出了用水存在的主要问题,并对节水措施进行了阐述,旨在为进一步提高城市用水水平及效率提供科学依据.     

政府干预与市场行为对实现节水农业的作用

水资源危机是制约我国农业可持续发展的最主要因素．节水农业是克服我国水资源短缺问题,实现可持续农业发展的必然选择。运用局部均衡原理分析,在一个通过市场配置水资源的区域内推广节水农业是可以实现水资源配置的帕累托最优。但现实对理论的挑战给节水农业的推广带来3个必须思考的问题：即如何确定最优供水量;如何消除节水农业准入门槛;如何利用价格杠杆自动调节农户采用节水技术。通过对以上问题的讨论,认为政府干预与市场行为的结合是节水农业实现的有效途径．即：通过政府财政补贴消除农民的节水农业准入门槛;设立累进水价,通过市场行为自动调节农民对水资源的使用。     

明确初始水权数量与质量的分配系

为解决水资源管理和水市场建设中涉及的水权问题，本文以内陆黑河干流为背景建立了干旱区水权分配系统。按照不同地区使用的水资源除了具有相对公平的数量，还应该具有相对公平的质量的原则，系统将以往模糊的流域水权界定对象清晰化，明确其为河流在某种社会经济条件下，为满足生态和水环境的要求，流域所能调配的水资源。为此，系统考虑与地区取水相关的经济和环境因素，运用基于水资源模型和区域水质模型的多目标规划方法计算流域各地区理论取水量，并将理论取水量结果用于改进目前的水权分配计算方法，不仅给出了流域各地区的水权分配比例，同时将各地区按水权分配到的水资源数量和质量也一并给出。实际应用证明了系统的有效性，给出的水权分配结果较以往类似成果加深了各地区对自身拥有的水资源状况、以及将面临的流域整体水资源形势的认识。     

节水型社会水市场特征及其形成条件

良性水市场的建立是节水型社会建设的基本要求和必然趋势.节水型社会水市场是一种特殊的市场,它是一个"准市场",它的建立必须要满足一定的条件.良性水市场建立首先要求具备配套完善的蓄水、调水、提水设施和输水、配水、供水网络以及精确的量水系统等硬件条件,其次应满足水成为商品、水权明晰、水权合理分配和转让、明确水资源的价值、合理定位水价以及完善的法律保障等条件.     

气候变化与农业用水安全

针对全球气候变化的事实,阐述了气候变化对农业用水安全的影响。在分析我国农业用水量与用水效率变化规律的基础上,指出农业用水比重偏高、用水效率低下是造成当前我国水资源危机的重要原因。在未来气候变化背景下,我国农业用水将面临更大挑战。最后,结合国内外水资源管理现状,提出对农业用水需求总量、用水效率进行调控的需水管理措施,从调控需求、提高效率的角度缓解供需矛盾,应对气候变化对农业用水安全的影响。     

地表水地下水联合运用模拟模型

从地表水和地下水联合运用的角度对济南市用水需求进行了预测，提出区域水资源地表水和地下水联合运用模拟模型，鉴于该地区复杂的水网构造，把整个地区划分为4个计算区，最后确定各计算区最优水资源调度方案。     

水稻半耕节水高效栽培技术研究与应用

根据广东省潮安县灌溉科学试验站1998－2000年开展的专项试验，研究了不同耕作方法，用水技术、节水措施、栽培管理对水稻的生长发育，产量及其构成因素，水分生产率和生产成本，经济效益等的影响情况。试验结果与示范应用表明，与传统的全耕作和用水方式相比，并耕栽培技术可提高水分生产率，节支节水，增产增效，是目前本地最优的一种节水高效的稻田栽培管理模式。     

农田水量调控与水管理研究

针对80年代骊为华北平原地下水位的持续下降问题，选择河北省雄县胜利灌区为水资源平衡调控研究区，对水管理现状、存在问题、以及水量供需状况进行了分析。根据地下水动态规律、渠床入渗率分布、地表水引用量在年内的分配、研究区农业用水和地下水的回灌要求，提出水量调控措施。结合田间农业节水研究，提出以提高用水效率为目标的不管理改进措施。