基于水足迹的漯河市农业水资源空间特征分析

以河南省漯河市为研究区域,从农业生产水足迹角度出发,借助CROPWAT软件计算主要作物小麦、玉米生长期的绿水、蓝水足迹,并基于氮肥、磷肥施用量计算作物灰水足迹,全面评价农业生产水足迹,分析漯河市农业水足迹组成及其空间分布特征。结果表明,漯河市作物生长绿水和蓝水足迹最大的区域均为源汇区,灰水足迹最大的区域为临颍县;农业绿水足迹占总水足迹比重在空间上呈现出从南到北比重逐渐降低的特征,各县（区）农业蓝水足迹占总水足迹的比重约为30%,临颍县灰水足迹占比远高于其他县（区）,需重点关注化肥的合理施用;漯河市农业水足迹较高,可通过完善水资源消耗核算体系、加快技术革新以降低农产品生产耗水、调整水资源消耗结构、合理施用化肥农药等措施降低农业耗水。     

中国主要粮食作物虚拟水——虚拟耕地资源时空匹配格局

农业水土资源是农业生产的核心要素,水土资源空间匹配关系影响粮食生产安全.为了解区域主要粮食作物生产过程中水土资源利用现状,本文从虚拟水、虚拟耕地角度出发,定义了主要粮食作物虚拟水—虚拟耕地资源匹配系数的概念,对中国31个省级行政区(台湾、香港和澳门数据尚未收集)1998、2005、2011和2017年4种主要粮食作物(稻谷、小麦、玉米、大豆)的虚拟水—虚拟耕地资源时空匹配程度进行量化分析.研究结果表明:①研究期内,全国主要粮食作物总播种面积及粮食总产量在增减交替中有所增加,其中4种粮食作物增减交替变化波动幅度大.东中部地区的虚拟水、虚拟耕地资源的总量高于西部地区,总量变化趋势呈现明显的地域分异特征.②虚拟水、虚拟耕地资源总量高值区和低值区的地区构成特征明显,区域内部虚拟水—虚拟耕地资源匹配系数呈现多样化.北方地区匹配程度总体优于南方地区.同时根据地区匹配系数存在差异性的原因,针对性地提出创新水土资源协调利用管理体制、大力发展节水节地的现代高效农业、健全水土资源协调利用相关法律制度和建立粮食生产水土资源生态补偿机制等提高地区主要粮食作物虚拟水—虚拟耕地资源匹配水平的对策和建议.     

松嫩—三江平原地区农业水土资源匹配格局研究

通过构建农业水土资源匹配测算模型以及区域基尼曲线,计算了松嫩—三江平原地区的水土资源匹配系数和水资源—耕地资源基尼系数,对区域的水土资源匹配程度进行了划分。结果表明:松嫩—三江平原水土资源匹配系数、水资源-耕地资源基尼系数分别为0.381 04 m3/hm2、0.445 8,水土资源匹配较不均衡;水土资源匹配程度空间差异性较为显著,粮食主产区松嫩—三江平原中部的四平—长春—松原—哈尔滨—绥化—齐齐哈尔一线及三江平原腹地佳木斯一带水土资源匹配程度较差甚至极差。在未来水土资源的优化配置中,应注意作物种植结构的调控以及水资源空间匹配的合理性。     

河北省小麦-玉米水足迹区域差异及成因分析

为量化河北省主要粮食作物小麦—玉米对水资源的利用情况,基于水足迹理论和量化方法,核算和分析了2001—2015年河北省小麦—玉米生产水足迹时空变化情况和特征,并利用通径分析对小麦—玉米水足迹空间变化影响因素进行研究。结果表明2001—2015年,河北省小麦—玉米单位质量水足迹呈现明显的下降趋势,小麦和玉米单位质量水足迹平均值分别为1 210.4 m3/t(绿水16%、蓝水56.1%、灰水27.9%)和1 012.1 m3/t(绿水40.3%、蓝水26.5%、灰水33.3%);区域气象条件和农业生产水平的差异性是小麦—玉米空间变化的主要原因,其中气象因子占主导地位,平均风速和降水量对小麦水足迹影响最大,平均气温和日照时数对玉米水足迹影响最大。     

玉溪市生产耗水量与水足迹评价

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,也没有考虑这些用水是否合理,是不是当地居民生活必需的.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.本研究引入水足迹的概念和计算方法,计算分析了2005年云南省玉溪市生产用水量和水足迹.结果表明,玉溪市2005年总的生产服务系统耗水量为19.598 2亿m3,远远高于水资源公报中统计的蓝水消耗量(4.98亿m3),说明绿水对玉溪市农业生产贡献巨大.全市总的水足迹为7.579 4亿m3,人均水足迹为359.9 m3,水足迹占生产系统耗水量的38.7%,其余61.3%的生产耗水以虚拟的形式流往其他地区.     

山西省农业水土资源时空匹配及短缺分析

利用山西省及所辖11个地市的耕地面积、水资源总量及农田灌溉用水量等数据,使用单位耕地面积水资源量法计算农业水土资源匹配度及当量系数,并采用Arc GIS对匹配格局及短缺状况进行可视化。结果表明,耕地资源和可供农田灌溉水量在空间分布上存在不对称现象;农业水土资源匹配度的年际变化范围为0.120万~0.170万m3/hm2,水资源总量与农业水土资源匹配度的变化趋势相一致;农业水土资源匹配程度的空间差异较大,忻州和晋中的匹配程度较优,运城、长治、临汾、吕梁和朔州的匹配程度良好,大同和太原的匹配程度一般,晋城的匹配程度较差,阳泉的匹配程度极差;全省的当量系数为2.150,属于缺水地区,农业水土资源短缺状况的空间差异较大,其中,晋中、临汾、忻州、吕梁、大同、朔州、运城、长治和太原的当量系数大于1,为缺水地区,晋城和阳泉的当量系数小于1,为缺土地区。     

河套灌区春小麦生产水足迹影响因子敏感性及贡献率分析

【目的】农业水资源高效利用是保障国家粮食和水资源安全的重要途径,作物用水评价是农业用水管理的主要研究课题之一。水足迹为农业用水评价提供了新的指标体系,对作物生产水足迹影响因素进行定量评价有助于进行水足迹调控,实现农业水资源高效利用。【方法】以河套灌区为研究区域,基于水足迹概念体系,利用改进的水足迹量化方法对河套灌区春小麦生产水足迹进行量化并分析其在研究时段内的演变特征;利用单因素轮换（One-At-A-Time,OAT）敏感性分析方法和贡献率分析方法探究气候、农业生产投入因子和水资源利用效率对春小麦生产水足迹变化的驱动力。【结果】春小麦生产水足迹在研究时段内呈显著下降趋势,从1981年的4.71 m³·kg^-1,下降到2010年的1.52 m³·kg^-1;同时年际变化呈现出较为明显的阶段性特征,可划分为波动性下降期（1981-1987年）、快速下降期（1988-1995年）、缓慢下降期（1996-2010年）,该变化规律与灌区农业生产和灌溉水平的发展特征基本一致;从水足迹的蓝、绿水构成来看,河套灌区春小麦生产水足迹中蓝水足迹比例超过90%,而绿水足迹比例不足10%,这与灌区农业生产用水特征相一致。敏感性分析显示,水足迹对各个因子的敏感性差别十分显著,日照时数、相对湿度、降水量、灌溉水利用系数和单位面积化肥用量在±20%波动的情况下,春小麦生产水足迹的波动范围分别为±30%、±24%、±2%、±63%和±4%,春小麦生产水足迹对灌溉水利用系数、日照时数和相对湿度的敏感性较高,对其余影响因子的敏感性较低。贡献率分析显示,研究时段内相对湿度的减少和降水量的增加促使春小麦生产水足迹的增加。而日照时数的下降、化肥使用量以及灌区用水效率的提高促使了春小麦生产水足迹的降低。定量分析结果显示,化肥和灌溉水利用系数对春小麦生产水足迹变化的贡献率分别为-36.89%和-39.42%,而气候因子的综合贡献率仅为2.80%,对研究时段内春小麦生产水足迹下降贡献率最大的是灌溉水利用系数,其次为单位面积化肥用量,而相对湿度、日照时数和降水量三者的贡献率相近,贡献率最小的是日照时数,这主要是因为日照时数在研究时段内的变率较小。【结论】气候、农业生产资料投入和水资源利用效率是影响作物生产水足迹的主要因素,就河套灌区而言,农业生产资料投入和水资源利用效率的提高是促使灌区春小麦生产水足迹下降的主要因素,而气候因子在研究时段内对春小麦生产水足迹的影响较小。该研究结果可为水足迹调控提供理论依据与实践参考。     

山东省农业水土资源时空匹配格局及评价研究

为解析山东省农业水土资源空间分布及匹配状况,本研究利用基尼系数、基于统计法的单位耕地面积所拥有的可利用水资源量,分析山东省17 个地级市2007—2016年的农业水土资源时空分布与匹配程度,并利用农业水土资源当量系数评价2016年山东省水土资源的短缺程度。结果表明:1)引入农业水土资源当量系数,对2016年山东省17 个地级市的水资源及耕地资源的短缺程度进行分析,可以看出山东省14 个地级市处于水资源短缺状态,而且山东省农业水土资源处于较为不平衡状态,水资源的供给量不能满足耕地资源的需求量;2)2007—2016年山东省的水土资源空间分布呈现“西北多,东中部少”的分布格局,山东省平均水土资源匹配系数为0.21 万m³/hm²,不到全国平均水土资源匹配系数的一半。2007—2016年平均水土资源匹配系数呈现下降趋势,说明17 个地级市的水土资源匹配程度开始变差。水土资源匹配呈现西部优于东部的空间分布格局。     

黑龙江省农业水土资源时空匹配格局研究

基于黑龙江省2000~2014年13个地市水资源总量、耕地面积、土地面积等数据,采用农业水土资源匹配系数和基尼系数研究黑龙江省农业水土资源时空匹配格局。结果表明,黑龙江省农业水资源和土地资源空间分布不均匀,水资源量大致呈现东西两侧贫乏,中部和西北部丰富特点,而耕地面积大致呈现东西两侧较多,中部和西北部较少特点;农业水土资源匹配系数时空差异较大,全省仅大兴安岭地区、伊春市、鹤岗市和牡丹江市多年平均农业水土资源匹配系数超过全省平均值1.79×104m3·hm~(-2);不同年份黑龙江省农业水土资源匹配基尼系数呈现一定波动性,但波动性不大,最大值和最小值相差仅0.1903,多年平均农业水土资源匹配基尼系数为0.4687,属于匹配较差。随时间推移,黑龙江省农业水土资源匹配基尼系数具有明显先增后降趋势,2008年达到最大值0.5307,随后减小。研究结果对保障区域粮食生产和提高农业水土资源利用效率具有重要理论意义和实践价值。     

沧州市农业水足迹变化特征与驱动因素分析

为解析影响沧州市农业水足迹增长的驱动因素,本研究利用水足迹评价和灰色关联度分析的方法,计算并分析沧州市农业水足迹的结构、利用和产出效率及其时空分布。结果表明:1994—2014年沧州市农业水足迹持续增长,21年增长1.63倍。在农业水足迹中,种植业水足迹所占的比重最大,畜牧业水足迹的总量和占农业水足迹的比重持续增长;水足迹构成分析表明,沧州市蓝水足迹所占比重最大,说明农业用水中灌溉水尤其是抽取的地下水占主体地位,沧州的农业生产特别是种植业生产严重依赖地下水资源。农业水足迹在空间上分布差异明显,中部县市高于北部和南部县市;沧州各县市的农业水足迹利用效率与产出效率也呈增长趋势,单位水足迹创造产值持续上升;灰色关联分析表明,有效灌溉面积比例、耕地复种指数和农村人口是农业水足迹关联度最高的3个驱动因子。     

吉林省玉米种植水足迹及其效率分析

玉米是吉林省重要的粮食作物,玉米水足迹及其效率分析可以有效指导区域水资源管理,促进绿色农业发展。本文根据CLIMWAT 2.0以及中国气象数据网提供的数据,运用CROPWAT 8.0软件,对2005～2016年吉林省玉米水足迹及其效率进行计算,得出以下结论:(1)吉林省玉米生长过程水足迹整体呈缓慢波动上升趋势,主要影响因素为玉米单产量;(2)玉米水足迹构成中绿水、蓝水和灰水足迹比例分别为55.10%、15.65%和29%;(3)玉米水足迹区域差异较为明显,西部蓝水和灰水足迹比例高达35%和31%左右;(4)玉米水足迹效率数值总体缓慢下降,水资源利用效率不断提高,但提升空间仍然较大。因此,吉林省玉米种植应因地制宜,高度重视水土资源合理开发利用;以科技为支撑,提高玉米单产量;适当降低氮肥用量,提高氮肥利用率;引导玉米种植结构调整,提升综合效益。     

辽宁省不同水文年型玉米水足迹变化规律研究

作物生产水足迹可反映农业生产过程中的水资源利用效率以及真实用水量,为理清辽宁省玉米水足迹的动态变化规律,实现农业水资源的高效利用,运用水足迹理论和方法,基于CROPWAT软件对辽宁省14个地级市1992～2015年的玉米水足迹进行计算,分析了各地区玉米水足迹在丰水年、平水年、干旱年条件下的差异和年际变化规律,对玉米主产区的生产水足迹进行了回归分析和M-K趋势检验。结果表明:辽宁省多年平均玉米水足迹总量为1.109m3·kg~(-1),绿水、蓝水和灰水足迹比例分别为47.4%、19.4%和33.2%;丰水年营口最大(1.10m3·kg~(-1))、铁岭最小(0.68m3·kg~(-1)),平水年丹东最大(2.03m~3·kg~(-1))、铁岭最小(0.69m3·kg~(-1)),干旱年型下大连最大(1.74m3·kg~(-1)),抚顺最小(0.75m3·kg~(-1));辽宁省玉米主产区的绿水、蓝水(除锦州外)和灰水足迹大部分呈下降趋势,其中,沈阳、朝阳绿水足迹呈显著下降趋势,分别为0.12m3·kg~(-1)·10a~(-1)和0.13m~3·kg~(-1)·10a~(-1)。因此,在各水文年型下,辽宁省玉米生产水足迹均以绿水为主,其在辽宁省粮食生产中具有重要地位;灰水占第二,对水资源的影响不容小觑,在农业生产中需加强面源污染控制;各地区玉米水足迹差异显著,需针对不同地区制定不同的灌溉制度和灌溉策略,以保证水资源的合理利用。本研究可为辽宁省的玉米生产空间布局和农业水资源科学管理提供参考。     

内蒙古地区水足迹量化及水资源评价分析

为探讨内蒙古地区水资源现存问题和发展规律,合理利用区域水资源,基于水足迹理论对内蒙古1998—2018年用水结构进行分析,并评价区域水资源利用状况。结果表明:全区水足迹整体呈上升趋势,2018年总水足迹达778.58亿m3。从构成上看,农业蓝绿水足迹始终占总水足迹主导地位,所占比例为72.43%～82.97%。对比各地级市用水特征,由于阿拉善地区生态蓝水足迹较高,因而人均蓝水足迹最高;兴安盟降水量大、作物产量较低,因此人均绿水足迹最高;研究区总体水资源压力始终处于较高状态,乌海地区水资源压力位居第一,但研究区总体上尚未出现水质性缺水问题。综上,内蒙古地区亟需通过调整用水结构等以改善当地水资源利用现状,促进区域可持续发展。     

河南省冬小麦生产水足迹时空变化特征及影响因素分析

通过量化2011—2018年河南省18个地市冬小麦生产水足迹,分析灌溉水和降水对粮食生产的作用,并采用通径分析方法分析影响农业生产水足迹的因子。结果表明,在年际变化方面,冬小麦蓝水足迹及总生产水足迹呈动态下降的趋势,而绿水足迹呈动态上升的趋势;在空间变化方面,冬小麦生产水足迹空间聚集性比较明显,除信阳外,主要农作物的生产水足迹呈现出由西南向东北递减的趋势;影响水足迹总量的因子中,生育期降水量、平均温度和日照时数等气象因子对冬小麦水足迹的直接通径系数较大,化肥投入量的增加可以促进冬小麦单位面积产量的提高,进而降低了冬小麦生产水足迹。     

基于Malmquist DEA的甘肃内陆河流域农业水土资源利用效率及匹配特征研究

水土资源是农业生产的核心资源,二者在时空上的匹配程度及其利用效率直接关系到资源的可持续利用和区域农业的可持续发展。基于甘肃省2001-2016年内陆河流域农业水资源、耕地面积、节水灌溉面积等数据,运用农业水土资源匹配系数法和数据包络分析法中的Malmquist DEA模型对内陆河流域农业水土资源利用效率及匹配特征进行研究。结果表明：①2001-2016年内陆河流域农业水土资源利用效率和水土资源匹配度总体呈现波动中上升并趋于稳定趋势; ②从流域空间上来看,农业水土资源利用综合效率比较结果为：黑河＞石羊河＞疏勒河,匹配程度比较结果为：疏勒河＞黑河＞石羊河;③技术进步对农业水土资源利用效率的作用较为明显,规模效率和综合效率对技术进步具有一定的补偿作用,三者同时推动着内陆河流域农业水土资源匹配程度和生产效率的提升。河西走廊内陆河流域水土资源匹配度有较大的提升空间,从各流域水土资源利用和管理特点出发,采取具体措施优化限制因子,可以促进区域比较优势的发挥,又能够引导区域农业经济空间的合理化,最终实现农业可持续发展目标。     

蓝水和绿水视角下划定“中国农业用水红线”探索

水是制约中国粮食生产的最重要因素。实现中国粮食安全和口粮安全的战略目标必然要求粮食的持续增产,而粮食增产对水资源需求的增长又是刚性的、不可减少的。在多部门用水需求加大的情况下,如何保证农业用水量是亟待解决的科学和决策问题。文章首先回顾了国内外水资源管理领域的最新进展,总结了以"蓝水"(耕地灌溉)和"绿水"(耕地降水)理念为核心的农业水管理分析范式的转变。在基于蓝水和绿水视角下的"广义农业可用水资源"的概念和计算基础上,分析了1998—2012年中国农业(种植业中四大主要粮食作物)用水、耗水和水分生产力,并基于此提出了"农业用水红线"。根据研究时段内15年的中国粮食水分生产力的变化趋势,推导出2020年生产5.5×108 t粮食所需要的农业用水红线的蓝水分量的高、中、低值。并根据近15年来广义农业可用水资源量中的绿水分量,推导出农业用水红线中绿水分量的高、中、低值。结果显示,到2020年,中国保证粮食安全的灌溉水需求总体平均在3 800×108 m3左右,而农业用水红线中绿水分量平均在4 500×108 m3左右。本研究最后提出了划定和实施农业用水红线的相关政策建议:从保护农业用水红线的角度,严格保护和实施"18亿亩耕地红线";建立、健全完整、完善的蓝水和绿水测量和监督体系;加强以耕地土壤水为中心的农业用水和耗水管理;利用各地水热资源特点,调整种植结构;继续提高灌溉的保证程度;加强耕地基础设施建设,提高高标准农田和旱涝保收耕地面积和比例。本研究对回答农业部提出的治理农村环境污染"一控两减三基本"的基本方针中的"一控"中的"控水的底线(即农业用水红线)是什么?"具有重要的理论和实践参考价值。     

新疆主要农作物生产水足迹计算分析

从农作物生产水足迹角度出发,基于彭曼公式结合CROPWAT软件计算,分析了2011年新疆13个地(州)主要农作物的生产水足迹情况。结果表明：新疆地区棉花的单位面积及单位质量需水量分别为8 650 m³·hm^-2、4.82 m³·kg^-1,均大于小麦和玉米的需水量,是三种农作物中最耗水的作物;新疆主要农作物需水以蓝水为主,其中棉花的蓝水比重最高达93.31%,南疆地区蓝水利用量最大;2011年新疆全区主要农作物生产水足迹为2 049.31×10⁷ m³,其中蓝水足迹为1 651.65×10⁷ m³,绿水足迹为186.88×10⁷ m³,灰水足迹为210.78×10⁷ m³;巴州、阿克苏、喀什地区的作物生产水足迹总量较大,是水资源治理的主要地区。对于水资源缺乏的新疆地区,合理调整农作物的种植结构及减少化肥施用量,是落实最严格水资源管理制度的有效措施。     

宁夏中部干旱带主要粮食作物生产水足迹分析

文章基于水足迹的概念和计算方法,结合联合国粮农组织推荐CROPWAT8.0软件,以红寺堡区、海原县、同心县、盐池县为宁夏中部干旱带典型代表,对宁夏中部干旱带2013年农作物生产用水状况进行分析.结果表明:宁夏中部干旱带马铃薯的生产水足迹最大为8.59×108 m3,其次为玉米8.03×108 m3,最小为春小麦3.84×108 m3.粮食作物生产水足迹中马铃薯的蓝水足迹最大,是春小麦蓝水足迹的2.5倍,但是马铃薯和春小麦单位质量耗水量上差异不大,这主要是跟作物的播种面积和产量有关.水足迹跟作物的播种面积呈正相关,单位质量水足迹跟产量呈负相关.各作物灰水足迹占总水足迹的33%以上,较高的灰水产生量对当地地下水水质是个严重的威胁,在生产中不容忽视.因此,对水资源短缺的宁夏中部干旱带来说,调整农作物种植模式,减少高耗水作物种植面积,提高氮肥利用率,可以有效地减少研究区农业用水量.     

不同降水年型吉林省中部玉米生产水足迹研究

吉林省中部是中国重要的商品粮生产基地,尤以玉米的高产稳产而闻名。探讨不同降水年型下吉林省中部玉米生长期的耗水特征及玉米生产水足迹的空间分异,对实现农业水资源的合理利用,促进农业的稳定持续发展具有现实意义。结果表明:研究区北部县(市)的玉米生产水足迹较高,而南部县(市)的玉米生产水足迹较低。枯水年玉米生产水足迹最大,丰水年最小。玉米生产水足迹以绿水足迹为主,约占75%。绿水足迹以有效降水足迹为主,丰水年有效降水占绿水足迹的比例最大。玉米生长期土壤水消耗量以枯水年最大,丰水年最小。     

基于水足迹的引黄灌区水土肥资源匹配程度研究

为了研究引黄灌区水土肥资源匹配程度,本研究基于水足迹理论利用农业水土资源匹配系数和基尼系数分析水土资源和土肥资源的匹配程度。研究时段内水土资源匹配系数呈现增大的趋势,表明水土资源匹配程度逐年升高。土肥资源匹配基尼系数历年平均为0.042,处于高度匹配的水平,各地区灰水足迹和种植面积占比相对合理使土肥资源匹配程度较为平均,研究能够更加全面地了解灌区资源匹配情况,为水土肥资源可持续利用提供科学依据。