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。     

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。     

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。     

黄河流域农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素

[目的] 探讨农业灰水足迹效率时空格局演变与驱动因素,为协同推进农业用水节约集约和水污染综合治理、实现黄河流域农业高质量发展提供科学参考。 [方法] 以黄河流域9省区为研究对象,利用灰水足迹模型、泰尔指数和对数平均迪氏指数等研究方法对2000—2021年农业灰水足迹效率进行测算,并探讨其时空演变格局和驱动因素。 [结果] ①2000—2021年黄河流域农业灰水足迹效率呈上升趋势,年均效率为0.235 8元/m³,内蒙古效率最高为0.467 0元/m³,青海效率最低为0.026 3元/m³。 ②农业灰水足迹效率地区内部差距多年平均贡献率为80.11%,上游地区差距年均贡献率为75%,是造成黄河流域农业灰水足迹效率差距较大的主要原因。 ③黄河流域农业灰水足迹效率总效应为正向效应0.202 4元/m³,耕地资源效应和农业环境效应分别是促进和抑制农业灰水足迹效率的主要因素,二者贡献值分别为0.442 7和-0.440 6元/m³。 ④黄河流域农业灰水足迹效率驱动效应可分为4种模式,不同模式地区提升农业灰水足迹效率的方式不同。 [结论] 黄河流域9省区应采用因地制宜的发展策略,优化农业结构,减少化肥农药的高强度使用,加强农业水环境治理,提升农业灰水足迹效率。     

基于水足迹的河北省水资源安全评价

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器, 能深刻揭示社会经济系统对水资源的真实消费, 为水资源可持续规划与管理提供了新的思路和研究方向。本文以河北省为例, 运用产品虚拟水研究方法计算了2010年河北省的虚拟水消费和水足迹。结果表明, 2010年河北省水足迹为896.40×10⁸ m³, 人均水足迹为 1 246.04 m³, 高于全国平均水平; 水资源匮乏度为747.81%, 水资源压力指数高达1 054.08%, 说明河北省水资源利用呈不可持续状态。亟需加快提高水资源利用效率, 优化作物布局、调整种植结构, 改善人类消费结构及消费模式和虚拟水进口, 强化节水工作。     

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。     

水足迹理论视角下辽河流域水资源评价

水资源是人类赖以生存的重要物质资源,其在生态社会和经济发展过程中发挥着重要作用。但是,随着近年来我国经济发展水平显著提升,水资源利用总量及综合利用效率在不断降低。以水足迹生态理论为研究基础,着重构建辽河流域水资源生态足迹和水资源生态承载力模型,对辽河流域2005—2015年水资源的可持续利用情况进行综合评价,为合理利用水资源提供参考。     

基于灰水足迹的长江经济带耕地利用生态效率时空分异特征

长江经济带面临水生态环境污染制约下的农业发展困境,水环境约束下耕地利用生态效率的提升成为平衡耕地利用中经济效益与生态效益的关键手段,对于探索生态可持续的耕地利用模式、实现农业绿色发展具有重要意义。该研究以灰水足迹为视角,基于SBM-Undesirable模型、空间自相关分析及马尔可夫链模型探明2000—2020年长江经济带耕地利用生态效率时空格局及演变趋势。研究表明：1）长江经济带2000—2020年平均灰水足迹值呈现先增后减趋势,2015年后下降态势更为明显。在空间上呈现为“东西高,中部低”的空间分布特征,灰水足迹高值区域主要集中在粮食主产区省份。2）2000—2020年长江经济带耕地利用生态效率持续下降,效率均值处于0.5～0.8之间,存在较大提升空间。在空间上呈现高值区域多沿水系分布的特点。3）长江经济带市域耕地利用生态效率存在显著空间正相关性,以研究时段演变趋势来看,耕地利用生态效率的演进存在路径依赖,难以实现“跨越式”提升。因受到邻域背景影响,在空间上易显现出“俱乐部收敛”现象,“高-高集聚”与“低-低集聚”分布更为常见。可在农业生产重点区域采用差异化精准农业模式,需重视区域间动态协同发展,完善联防联治的面源污染防控机制,积极引导耕地利用生态效率高值区域逐步形成集中连片,同时对于耕地利用生态效率低效区提供财政与政策支持。研究结果可为各地区探索耕地利用可持续发展模式与农业生产活动中水生态环境保护提供参考依据。     

洞庭湖湿地净化污染物的研究

利用洞庭湖水文观测站、环境监测站和实地考察资料,分析了洞庭湖湿地对水污染的净化功能。结果表明:每年输入湿地TN 67 0132.47 t,TP 41 103.85 t;输出与净化TN 116 033.27 t,TP 6 892.25 t;贮留净化率分别为17.31%和16.77%;COD输入317 849.26 t,输出3072641.97 t,贮留净化率3.086%;重金属元素、有污染的无机和有机化合物输入量10156.616 t,输出量9732.775 t,贮留净化率4.36%;在输入洞庭湖湿地的污染物中,有54.76%N,44.30%P,81.83%COD和95.59%重金属元素和化合物来自四水(湘、资、沅、澧4条江河)和三口(长江分洪流入的松滋、藕池和太平3口),有94%～99%的污染物是由面源污染引起,点源污染只占1%～6%,因此,在洞庭湖湿地水污染的治理上,控制系统外水系输入比控制湿地周边更重要,控制面源污染比点源污染更重要。     

基于遥感与GIS的土地用途转移分析——以洞庭湖区为例

采用遥感、GIS一体化技术，以1989～1990、1999～2000年获取的陆地资源卫星Landsat TM或ETM图像为主信息源，对洞庭湖区近10年土地用途的转移变化进行了检测，对驱动变化的主要因素进行了分析。结果表明，1990年以来的10年间，耕地减少0.9万hm²，占总面积的比重减少了0.32%；各类建设用地总计增加了0.75万hm²，比重增加0.26%；水域增加0.16万hm²，比重增加了0.06%。林地略有减少，草地、未利用地略有增加。流失的耕地中，绝大部分被退田还渔还湖，或被建设用地所占用。建设用地的扩张占地中，耕地被占74.08%，林地被占20.86%。土地利用、土地价格及税收等方面的政策、城市化与工业化、农业结构的调整、以及科技的进步对土地用途的转移有决定性的影响。     

基于能值分析的黄河流域粮食生产系统蓝绿水资源利用评价

明晰水资源紧缺地区粮食生产系统中水资源的贡献和利用效率,是落实最严格水资源管理制度的基础.该研究结合水足迹计算和能值分析方法,构建粮食生产系统水资源能值评价指标体系,应用于2001-2016年黄河流域沿线小麦和玉米生产系统,解析沿线各省粮食生产系统中水资源能值投入、能值贡献与能值利用效率.结果表明:水资源能值投入增加,...     

白洋淀水环境污染防治对策

研究表明目前我国白洋淀水资源蓄水量不足20世纪60年代的1/10,且水质不断恶化,Ⅳ类水面占29.7%,Ⅴ类水面占51.4%,超Ⅴ类水面占18.9%。白洋淀水环境污染物以有机污染物为主,CODMn和总N、总P严重超标,BOD5亦受到不同程度污染,总体达轻度富营养化程度,并提出防治对策。     

1951－2015年洞庭湖区旱涝演变及典型年份旱涝急转特征分析

旱涝灾害是制约洞庭湖区经济发展的重要因素,为预测湖区旱涝灾害变化趋势,该文选取1951-2015年洞庭湖区及其周边地区35个气象站点的逐月降水量数据,利用标准化降水指数和夏季长周期旱涝急转指数,辅以小波分析方法,分析近65 a来研究区域的旱涝演变及典型年份旱涝急转特征.结果表明:该区旱涝事件发生的频率高,不同时间尺度旱涝事件发生的平均频率为42.62%.在季节尺度上,夏季洪涝事件发生的频率最高,为33.33%,冬季干旱事件发生的频率最高,为41.54%;在年代际尺度上,20世纪70年代干旱事件发生的频率最高,为25.83%,其次是2001-2015年,频率为22.99%,90年代洪涝事件发生的频率最高,为30%.该区域旱涝变化有4个特征时间尺度,分别为4、10、25和31 a,预测湖区在未来几年降水偏多.洞庭湖区3个区域的旱涝变化大抵一致,但在不同时期仍存在一定的差异.湖区近65 a来有15 a的LDFAI绝对值大于1,旱涝急转现象较频繁,不管是旱涝变化还是旱涝急转变化,东、西洞庭湖区的变化趋于一致,南洞庭湖区与东洞庭湖区旱涝急转变化差异较大.     

灌区水资源综合效益的改进多级模糊优选评价

针对灌区水资源综合效益的评价问题,对于不同层次权向量的确定方法进行改进,构建了改进的多级多目标模糊优选评价模型。利用各评价指标的具体变异程度所反映信息的效用程度进行第一层熵权值的计算;对于中间层的权向量,通过熵权值与主观权重线性或均值相结合方法来确定,兼顾了决策者意愿偏好和客观数据属性,以最高层的输出进行方案整体评价。以陕西省某灌区进行实例验证,评价结果表明灌区规划年各项效益均呈递增趋势,2015年即方案三为最优方案,其综合效益比1997年、2005年分别提高了22.6%和39.6%。并与其他两种方法进行了对比,认为该方法不仅能够用于方案优选,而且对每个方案能给予优劣评价,结果合理可靠,适用于灌区水资源综合效益的评价。