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。     

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。     

河南省农业水土资源时空分异与匹配格局

水土资源是人类生产、生活的核心资源,其空间分布对区域粮食生产和耕地可持续利用有重要影响。河南省是我国重要的粮食主产区,为了解河南省水土资源的空间分布与匹配状况,在构建农业水土资源匹配模型的基础上,对河南省18个地市1999—2013年水土资源时空匹配程度进行了分析评价。结果表明:(1)研究期内,河南省耕地面积增加了19%,净增131.3万hm~2,农业用水比重降低了13%、净减少23.8亿m~3;河南省耕地资源优势明显,而水资源匮乏;水土资源数量不匹配。(2)河南省水资源主要分布在河南省北部和南部,耕地资源主要分布在河南省东部和南部,水土资源空间不匹配。(3)河南省水土资源匹配系数为0.21万m~3/hm~2,仅为全国平均水平(0.56万m~3/hm~2)的38%;研究期内河南省水土资源匹配系数降低了25%。(4)河南省水土资源匹配空间差异显著,呈现出"北部最优、南部东部优于中部和西部"的格局。全省76%耕地水土资源匹配程度为"较差"(0.33R≤0.50)或"极差"(0.09R≤0.15),仅有6%的耕地水土资源匹配程度"较优"(0.33R≤0.50)。水资源是河南省农业的主要限制因子,全面加强水利基础设施建设、加强节水农业技术综合运用、优化农业水土资源配置是提高河南省水土资源匹配程度,保障粮食生产的重要途径。     

中国灌区水分生产率及其时空差异分析

从粮食产出和广义水资源投入出发,计算了31个省区灌溉农田的水分生产率并分析其时空变化特征,同时建立广义水利用系数以评价水资源的有效利用率。结果显示:由于粮食单产提高和灌溉用水量的减少,1998-2010年各省区水分生产率值均呈增大趋势,全国平均值由0.67kg/m3增大到0.81kg/m3;空间自相关分析表明,水分生产率值相似的省区在空间上显著地聚集,全局Moran’sI的检验值都大于0.01的置信水平,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,长江以南和东北则密集了低值省区,局部自相关属性为高-高(HH)、低-低(LL)的省区超过了20个,13a来总体和局部的空间分异特征随时间变化均不明显;不同地区的广义水利用系数都随时间增加,省区间水分生产率和广义水利用系数大小关系无一致性,水分生产率高的省区亦存在较大节水潜力。从自然条件、农业生产特征、经济发展程度等方面宏观分析了水分生产率和广义水利用系数在空间差异的原因。该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定提供依据。     

基于三维水足迹-LMDI的安徽省水资源压力及驱动力分析

[目的]探究区域水资源压力状态和产生的原因,为区域合理开发和配置水资源提供理论依据。[方法]通过构建三维水足迹模型,利用水资源可持续指数定性分析水资源可持续程度,并用对数平均迪氏指数(LMDI)分解法因素分解模型定量分析结构效应、技术效应、经济效应和人口效应对2007—2016年间安徽省水资源压力的影响。[结果]①2007—2016年间安徽省水足迹总体先增加后下降,其中比例达97.88%～98.73%的内部水足迹中以农业生产用水比例最高且与总水足迹变化趋势一致;2016年安徽省由北向南人均农业用水依次递减,其他类型水足迹以长江流域比例最高;②2007—2016年间安徽省水足迹深度在2～4内波动并最终呈下降趋势且由北向南逐渐递减;2007—2016年安徽省水资源整体可持续利用趋势在增强;③安徽省水足迹各驱动因素中,技术效应为逆向驱动,正向驱动中经济效应贡献值最大。[结论]本文所用三维水足迹模型更能反映安徽省水足迹的实际情况;虽然水资源可持续利用趋势在增强,但还需优化水资源利用结构,加快提高水资源利用效率以缓解经济发展和人口增长带来的水环境压力。     

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。     

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 2×1012 m3,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。     

基于灰水足迹的洞庭湖区粮食生产环境效应评价

灰水足迹从稀释水量的角度评价水污染的总体程度,直观反映了粮食生产对区域水环境的影响。为评估粮食生产对区域环境的负面影响,该文以洞庭湖粮食主产区35个县(市、区)为案例区,应用灰水足迹理论,分析了1994-2012年粮食生产灰水足迹的时空变化特征,以水环境压力(water environment pressure,WEP)和离散型灰色(discrete grey model)DGM(1,1)模型为支撑建立了多年平均径流量情景下粮食生产对水环境负面影响的评价方法,评价了2015年和2020年县域尺度粮食生产灰水足迹的环境效应。结果表明:1)1994-2012年洞庭湖区粮食生产部门灰水足迹为273.00~438.08亿m3,19a平均值为347.65亿m3。总体上,洞庭湖粮食生产部门灰水足迹经历了先下降后回升的过程;2)洞庭湖各县(市、区)粮食生产部门灰水足迹为1.19~23.61亿m3,粮食生产灰水足迹为1.06~5.58 m3/kg;3)未来几年洞庭湖区大多数县(市、区)粮食生产部门灰水足迹呈逐步增高的态势,2015年和2020年全区粮食生产部门灰水足迹总量分别达到431.16和498.54亿m3;4)在多年平均径流量情景下,洞庭湖区因粮食生产导致的水环境压力由1994-2012年均值0.60提高至2015年0.76和2020年0.87,该区域水环境受粮食生产的负面影响持续增强。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。     

虚拟水理论及其在粮食安全中的应用

中国的水资源短缺直接影响到粮食生产,进而影响粮食安全。运用虚拟水理论,通过虚拟水战略,使缺水的国家和地区以贸易的方式获得本地区所需要的水资源,促进商品生产和服务,进而稳定本地区经济可持续发展。该文着重介绍了农作物和畜牧产品的虚拟水计算方法,并结合中部四省区在农业生产中的实例,指出虚拟水战略作为解决水资源短缺的一种备选方案,通过虚拟水贸易使虚拟水在全球范围进行配置。作为一种调节手段,可增加水资源紧缺地区的水资源供应,从而维护区域或国家的水资源安全和粮食安全。对实现水资源的优化配置和粮食安全生产有着重要的理论和现实意义。     

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。     

中国农村水利现代化指标体系构建

该文基于二次现代化理论,通过分析中国经济、世界经济现代化的历史进程,中国农村水利现代化的内涵、规律和特征,提出农村水利一次、二次现代化的评价指标体系。农村水利一次现代化评价指标以基础设施为主,包括了旱涝保收面积、工程配套维护水平、农村饮水保障程度、减灾实际达标水平4个指标。农村水利二次现代化评价指标以质量效益和良治为主,共17个指标。以定量分析为主,对中国各省农村水利一次、二次现代化的水平开展实证研究。结果表明:中国农村水利一次现代化水平随经济一次现代化水平增长而增长,但增长速度落后于经济现代化发展,如广东、天津、北京、上海经济一次现代化指数分别为84.0、94.0、95.0、97.0,农村水利一次现代化指数分别为74.4、85.0、88.0、96.5。经济发达省市农村水利二次现代化落后于国家经济二次现代化,如北京、上海、天津农村水利二次现代化指数分别为47.5、51.3、45.2,经济二次现代化指数分别为78.0、69.0、57.0。除经济发达省市北京、上海、天津外,其余省份农村水利二次现代化指数比经济二次现代化指数要高一些,路径有所偏离,发展趋势出现了差异。主要原因可能是:经济高速发展,导致水资源的过分消耗和环境污染,以致破坏了资源环境的可持续发展,整个发展趋势尚未有效遏制。中国农村水利二次现代化道路的偏离,提醒人们要及时转变观念、实行与新型工业化相应的水利现代化道路,把提高水资源的利用效率、发挥效益,进行制度创新放在首位。     

中国农业用水存在的问题及节水对策

水资源紧缺及社会工业化和城市化的发展导致中国农业水资源严重不足,与此同时,农业用水中的水浪费现象还普遍存在,因此,节水农业是解决中国缺水问题的唯一途径.该文分析了中国当前农业用水存在的主要问题,从农艺节水、抗旱品种选育以及农业用水管理创新等方面论述了目前国内外节水农业上的研究进展,并由此提出了中国进一步发展节水农业的战略性措施.     

中国农业用水存在的问题及节水对策

水资源紧缺及社会工业化和城市化的发展导致中国农业水资源严重不足，与此同时，农业用水中的水浪费现象还普遍存在，因此，节水农业是解决中国缺水问题的唯一途径。该文分析了中国当前农业用水存在的主要问题，从农艺节水、抗旱品种选育以及农业用水管理创新等方面论述了目前国内外节水农业上的研究进展，并由此提出了中国进一步发展节水农业的战略性措施。     

考虑社会及环境效益的再生水投资效率评价

[目的]考虑再生水的社会效益和环境效益,与投资相结合,对中国区域再生水的投资效率作出评价,并提出区域差别化的改进策略。[方法]选取中国的22个省份,4个直辖市和5个自治区(不包括香港、澳门特别行政区和台湾省)为研究对象,运用DEA模型和Malmquist指数模型进行投资效率测算。[结果]中国再生水投资效率为0.858,各省份效率值参差不齐。中国的再生水投资效率一般,相对于效率前沿存在着一定的改进空间。[结论]综合考虑了经济、社会和环境效益的再生水投资效率高于仅考虑经济效益的再生水投资效率;区域发展不平衡,各省份的综合效率值相差较大且原因不同。根据不同省份的差异将其划分为不同的类别,并采取相应的技术、管理、政策及综合改进策略。     

我国粮食主产区农业水资源利用效率评价

[目的]研究我国粮食主产区13个省份2001—2011年农业水资源利用效率,旨在明确各省份农业水资源利用效率提升的潜力。[方法]采用DEA(数据包络分析)交叉评价模型。[结果](1)2001—2011年我国粮食主产区农业水资源利用效率普遍偏低,且各省份之间的差异较为显著;(2)吉林、内蒙古、湖北、湖南、山东、辽宁和黑龙江省(区)属于"低投入低产出"类型,四川、河南、安徽、江西、河北和江苏省属于"高投入高产出"类型;(3)我国粮食主产区农业水资源利用效率整体处于"低投入低产出"阶段,农业水资源利用效率具有很大的提升空间。[结论]DEA交叉效率评价模型实现了对所有决策单元效率的完全排序和效率评价;虚拟决策单元的引入明确了研究区域内各单元农业水资源利用的提升潜力和改进方向。     

中国省际间农畜产品虚拟水流动合理性评价与调控研究

为探究区域虚拟水流动适宜性与流动现状之间的匹配度, 提高我国水资源配置效率, 优化农畜产品生产空间布局, 从水资源、土地资源、农业发展基础、社会经济发展水平和生态环境5个方面构建了中国各省农畜产品虚拟水资源流动适宜性评价指标体系, 运用综合加权求和方法, 计算农畜产品虚拟水资源流动适宜性。并在此基础上, 结合农畜产品虚拟水流动现状, 提出农畜产品虚拟水流动合理性的概念, 构建定量评价模型, 计算中国省际间农畜产品虚拟水资源流动合理性指数。结果表明: 农畜产品虚拟水适宜输出地较适宜输入地多, 且多位于内陆, 西藏、黑龙江、内蒙古农畜产品虚拟水输出适宜性指数大, 北京、天津、上海农畜产品虚拟水输入适宜性指数位居前三; 影响各省农畜产品虚拟水流动适宜性指数大小的原因各异; 全国各省农畜产品虚拟水流动合理性整体水平不高, 合理性指数小于1的仅有14个省, 虚拟水流动较合理的有上海、山西、吉林等省, 其合理性指数分别为0.16、0.21、0.23, 最不合理的为贵州, 其合理性指数高达4.84, 其次是河南、宁夏, 其合理性指数分别为4.18、4.04; 合理性的分布没有明显地域规律, 不同程度的合理性杂乱分布, 没有明显的南北分异或东西分异。最后, 根据各省农畜产品虚拟水流动适宜性以及流动现状, 提出农畜产品虚拟水流动调整策略, 调整类型大致分为控制输出型、鼓励输出型、控制输入型、鼓励输入型、转换输入型和转换输出型6种。宁夏、内蒙古、新疆、黑龙江、河南和吉林属于控制输出型, 西藏、青海、安徽应增加其虚拟水输出量, 福建、浙江、重庆、广州应减少其虚拟水输入量。上海、北京、天津、山西、江苏和陕西6省市农畜产品虚拟水输入现状水平低于其输入适宜性水平, 应该增加其虚拟水输入量。     

吉林南部不同耕作管理下土壤水分对降雨事件的响应

土壤水分对降雨的响应特征与降水在地表和土壤中的分配密切相关。该研究为明确耕作方式对黑土土壤水分对降雨响应的作用,利用时域反射仪原位动态监测吉林南部耕作长期定位试验翻耕（CT）和免耕（NT）下玉米生育期含水率,通过7个指标量化两种耕作管理下土壤水分对降雨量大且持续时间长、降雨量小且持续时间短和降雨量较大且持续时间较短、降雨强度大的3类降雨事件的响应。结果表明：1）CT初始含水率较低,0～2.5、2.5～5和5～10 cm累积增加含水量（ASWI）显著高于NT;随土壤深度增加,CT的ASWI明显下降,而NT基本稳定。2）多数情况下,NT下相邻土层累积增加含水率之比（RSWI）大于100%,而CT低于100%。3）高降雨强度下NT相邻土层对降雨事件的响应时间（DRTlayer）平均值和异常值为负值的频率较多,说明NT下更易发生优先流。因此,极端降雨下NT土壤水分响应更剧烈,有利于降水向下层土壤渗透,减少地表径流形成。     

基于模糊综合评判模型的东北三省水资源承载力研究

[目的]定量分析东北三省(辽宁省、吉林省、黑龙江省)2012—2016年水资源承载力的具体情况,为东北三省水资源开发利用和生态保护提供科学依据。[方法]基于2012—2016年东北三省的水资源条件、社会经济发展水平以及生态环境状况3个方面相关数据,选取人均水资源量、水资源利用率、供水模数、人均GDP、人均日生活用水量、万元工业增加值用水量、万元农业增加值用水量、耕地灌溉率、生态用水率以及森林覆盖率10个主要影响区域水资源承载力的因素作为评价因子,应用模糊综合评判模型进行研究。[结果]东北三省2012年—2016年综合评分均值分别为:辽宁省0.468 6,吉林省0.684 0,黑龙江省0.550 2。[结论]东北三省的水资源开发已有一定规模,虽然水资源供给在一定程度上能满足各省份的发展需要,但仍存在水资源短缺的现象。