灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时空分布量化分析

作物生产水足迹度量作物生产过程对不同类型水资源的消耗,为实现农业水资源管理与评价提供了更全面的新视角.该研究通过耦合土壤水分动态平衡模块,考虑输配水损失,构建灌区蓝、绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型;以宝鸡峡灌区为例,定量评价不同典型年灌区蓝绿水资源与作物生产水足迹多时间尺度演变规律.结果表明:宝鸡峡灌...     

基于能值分析的休闲农业园区效益评价

根据农业休闲园区的特点, 应用能值分析方法, 对福州市龙台山休闲农业园区改造前后进行系统能值对比, 揭示园区改造前后系统内能流、物流的真实状况, 投入产出物质、能量的真实价值及其自然资源对社会经济的真实贡献。结果表明, 园区改造后提高了系统有机能投入的产出率和净能值产出率, 降低了系统的能值投入率和环境负载率, 增强了系统的可持续发展能力, 具有较高的综合效益。     

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。     

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。     

基于能值分析的山西省生态经济系统可持续发展评价

运用能值理论与方法,对山西省1980—2008年的净能值产出率、能值投入率、人均能值用量、能值货币比率、能值使用强度、环境负荷率、可持续发展能值指数（ESI）和人口承载量等8个指标29 a来的变化趋势进行了分析,并对各项能值指标2012年的数值进行了预测。结果表明,（1）29 a来山西省的能值投入率、人均能值用量、能值使用强度不断上升,能值货币比率则持续下降,表明山西省经济得到了巨大的发展;（2）29 a来山西省净能值产出率、可持续发展能值指数不断下降,环境负荷率不断升高,说明山西省经济的发展是以大量消耗资源和破坏环境而取得的;（3）按各项能值指标的变化趋势曲线对2012年山西省能值指标预测的结果表明,若按以往发展模式,山西省产品竞争力将下降,资源环境和生态经济系统的功能将逐步退化或散失。     

东北平原粮食主产区公主岭市种植业系统的能值分析

应用生态经济系统能值分析理论与方法,以东北平原粮食主产区公主岭市为例,通过一系列的能值指标,定量分析了该县主要粮食作物玉米、大豆、水稻系统的能值流动,评价了该县这3种作物系统环境资源基础和经济特征,玉米、大豆和水稻的太阳能值转换率分别为1.95×10⁴、4.98×10⁴和3.59×10⁴。结果表明：大豆的能值最高,水稻次之,玉米最低;总体而言,2002年吉林省公主岭市种植业系统的发展程度相对较高,提高系统的能值投入重点应是提高农业科技含量和可更新有机能值的投入及科学管理力度,才能使公主岭市种植业系统走上持续发展的轨道。     

基于能值分析的周口市农用地可持续利用研究

以河南省周口市为例,选取2000—2009年统计数据,利用能值分析法对周口市农用地的可持续利用性进行了研究。结果表明:(1)农业投入主要以购买资源投入为主,其所占总能值投入比重达到90%以上,且工业能投入很大程度上依赖于化肥、农药的投入,降水量显著影响可更新环境资源的投入;(2)农业产出以种植业和畜牧业为主,所占比例达到99%左右,渔业和林业所占比重过低,农业产出结构比较单一;(3)农用地的使用在经济可持续性方面取得了初步成效,但在生态可持续性和社会可持续性方面却处于较低水平,可持续利用指数显示农业系统具有很大的活力和较大的发展潜力;不可持续性表现在化肥和农药的大量投入以及单一的农业产出结构。     

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。     

基于水足迹理论的河南省水资源利用评价

水足迹可从人类产品消费量和消费模式角度衡量区域水资源利用效率。近年来河南省水资源匮乏状况日渐加剧,为使决策者对河南省水资源利用状况有一个清晰的认识,基于水足迹理论,运用M-K突变检验和系统聚类法对河南省水足迹结构、效益和生态安全三方面在时间及空间维度进行综合评价。结果表明:河南省水足迹呈增加趋势,在2006年发生突变,2009年达到1 382亿m3,内部水足迹起决定作用;水足迹增长超出了省内水资源负荷,2003年以后水资源超采现象更加突出;河南省水资源消耗量增大的同时水资源利用效率也有所提高。全省各地市水资源利用的空间差异明显,驻马店和周口水资源利用效率很低,水资源消耗总量最大;郑州、三门峡和洛阳的水资源利用效率较高;驻马店、商丘的水资源依赖度最小;漯河、许昌水资源匮乏指数最大的同时水资源依赖度却较低,水资源超采严重。为了改变水资源利用效率低、超采严重的现状,河南省各地需要加强水资源的合理配置和高效利用。     

福建省水资源可持续利用的密切值法评价

应用密切值法,建立了水资源可持续利用的密切值法评价模型;以人均水资源量、每hm2水资源量、人均用水量、万元GDP用水量、万元工业用水量和水资源利用率等六项指标构成评价体系,并确定相应其权重,对福建省九个设区市的水资源可持续利用状况进行了定量比较;结果表明,宁德市可持续利用水平最好,厦门市最差,与实际情况相吻合。在此基础上,对各地的水资源可持续利用问题进行了分析。     

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。     

渭河流域蓝绿水对土地利用变化的响应模拟

为深入探讨渭河流域土地利用演变过程对蓝绿水时空变化的影响,该研究基于渭河流域1995、2015年土地利用数据,利用CA-Markov(Cellular Automata-Markov)模型预测渭河流域2035年的土地利用格局;结合SWAT(Soil and Water Assessment Tool)水文模型,设置多种...     

水土保持对黄河流域生态承载力的影响

 用生态承载力和生态足迹理论,评价人类活动对生态环境的影响。分析和计算显示,黄土高原水土保持综合治理有效地增加了当地和下游引黄灌区的生态承载力。以2000年为例,黄土高原水土保持增加的生态承载力达1444.24万hm2,其中黄土高原当地约占77.74%,黄河下游灌区约占22.26%,说明水土保持对提高黄河流域生态(人口)承载力的重要作用,以及黄土高原在国家可持续发展战略中的重要地位。     

乌江流域蓝绿水对气候和土地利用变化的响应

为了更深入地研究气候变化和土地利用变化对乌江流域蓝绿水时空分布的影响,该研究采用SWAT（soil and water assessment tool）模型,利用1985—2019年逐日气象数据以及1990年、2000年和2010年土地利用数据,设定多种变化情景,定量分析了蓝水绿水对乌江流域气候和土地利用变化的响应。同时,还利用5个CMIP6（Coupled Model Intercomparison Project Phase 6）模式集合平均（multi-modal ensemble,MME）以及FLUS（future land-use simulation）模型,预估了乌江流域在2015—2100年间蓝绿水的时空变化。结果表明：1）SWAT模型在乌江流域的校准期和验证期的决定系数（coefficient of determination,R²）分别为0.94、0.87,纳什系数（nash-sutcliffe coefficient,NSE）分别为0.94、0.77,FLUS模型的Kappa系数为0.764,证明其在流域水文模拟和未来土地利用预估方面的可靠性。2）在1985—2014年间,乌江流域的蓝水、绿水都呈现出先增加后减少的趋势。蓝水、绿水均先分别增加了137.3、7.9 mm/a,然后分别减少了127.5、12.7 mm/a。气候变化对蓝水变化的影响贡献占比为99%,对绿水变化的影响贡献占比平均为88%,表明气候变化在蓝水和绿水变化中的主导地位。3）到2040年,城镇用地面积几乎比2010年扩张了近1.5倍。在2015—2100年,无论是在SSP2-4.5还是SSP5-8.5情景下,蓝水、绿水都呈增加趋势。因此未来需要合理规划乌江流域的土地利用,控制城镇化速度。研究结果可为乌江流域合理规划土地利用、实现水资源综合管理提供支持和参考。     

农业灌溉水资源优化配置研究进展

水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义。该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度3个方面的研究进展进行了系统综述。同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下4个方面进行完善：1）建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2）在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3）构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4）建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型。研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导。     

灌区水资源高效利用调控理论与技术研究进展

灌区水资源高效利用调控理论与技术研究，对提高灌区水、肥资源利用率，防止涝渍、盐渍灾害，控制农田面源污染，修复生态环境，促进农业节水与水资源可持续利用具有重大意义。该文在总结国内外研究成果的基础上，系统分析了灌区水资源高效利用调控理论和技术两方面的研究现状，并指出了该项研究需进一步探讨和解决的问题。     

引黄灌区水资源联合利用耦合模型

随着引黄水量日益减少,如何有效利用有限的地表水和地下水,成为内蒙河套灌区亟待解决的问题。该文以引黄水量最小和地下水开采量最大为目标,以控制各用水区地下水位在适宜范围作为约束条件,通过动态耦合地下水模拟模型与地表地下水联合利用优化模型,建立了灌区水资源联合利用耦合模型,最后应用此耦合模型对灌区2020和2030年的引黄水和地下水进行了优化分配。结果表明：通过合理调整产业结构和有效利用地表地下水,灌区2020和2030年的引黄水量分别为39.15、38.54亿m3/a,可以达到国家规定的40亿m3/a指标。研究成果可为黄河流域乃至全国其它干旱灌区的水资源高效利用、盐碱化防治等方面提供借鉴和参考。     

基于农牧业需水特性的洋河流域农业水资源优化配置

针对洋河流域水资源短缺与水环境污染问题日益突出,以及考核断面水质难以达标等问题,为了实现水资源充分利用与环境保护的双重目标,结合流域经济社会发展及水资源开发利用现状特点,以洋河流域为研究对象,考虑水质约束,构建了农业水资源优化配置模型。在保障考核断面水质达标前提下,通过优化各月份不同作物和牲畜的配水量,以及作物种植面积和牲畜养殖数量,以实现农业经济效益最大化。为提高水质和实现水资源充分利用,提出补水减排联合控制水质达标方法,并基于农牧业需水特性配水,可避免非均衡给水情形的发生。同时,能有效降维,提升模型求解效率。以2014年为例,采用该模型优化计算,通过增加高效益的蔬菜、薯类种植面积和大牲畜的养殖数量,减少排污大的油料作物种植面积和小牲畜养殖数量,可实现考核断面水质达标,且农业配水量减少3.38%,经济效益增长11.96%,验证了该模型的有效性。再模拟分析2020年丰平枯3种典型水文年的优化配置方案,结果表明:随着可供水量的增大,农业配水、河道补水量会相应增加,大部分需水用户和子区的配水量也会随之增加。子区中的怀来县和宣化区的配水量增量较大,需水用户中谷物和水果的配水量增量较大,牲畜配水量增量小于农作物。需水用户的配水量增长率与其面积相关,子区间的配水量增长率与其区内作物类型和种植面积相关,以及水量分配是可供水量、污染排放量、经济效益综合权衡结果。该配置模型对于保障洋河流域的水质安全及区域经济可持续发展具有重大意义,并对考虑水质的水资源优化配置有一定的参考作用。     

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。