水足迹视角下四川省主要粮食作物种植结构优化及用水效率分析

作为粮食主产区,四川省农业用水占比高但农业用水效率低,季节性和区域性缺水严重,导致农业用水压力巨大。为了探究作物用水规律,提高作物用水效率,该研究基于水足迹理论量化四川省3种主要粮食作物用水量,并以此为基础构建蓝水和灰水足迹最小化,经济收益最大化的多目标优化模型,得到不同节水情景（5%、10%和15%）下的最优作物种植结构,最后通过用水效率指数分析优化前后各地农业用水效率。结果表明：1）2001—2021年间,四川作物生产用水呈现下降趋势,空间上由东北向西南逐渐减少,空间差异大。2）在节水5%、10%和15%情景下,种植结构优化结果均显示水稻和小麦面积调减,玉米面积调增;作物蓝水足迹在3种情景下均减少。3）研究时段内,作物用水效率在逐渐提升,并且呈现出“东南高-中间低”态势;经种植结构优化后,发现增加玉米种植面积,适当减少水稻、小麦种植面积,对提高作物用水效率有利。研究结果对农业水资源管理,提升作物用水效率,保障粮食安全具有参考价值。     

新疆2000-2012年主要农作物虚拟水含量计算与分析

从农作物虚拟水角度出发,基于彭曼公式结合CROPWAT软件计算、分析了新疆2000—2012年主要农作物的单位质量农作物虚拟水含量和农作物的虚拟水总量。结果表明:新疆主要农作物虚拟水含量从高到低为:棉花、小麦、玉米、薯类、蔬菜;从2000—2012年,各类作物的单位质量虚拟水含量呈下降趋势,但各类农作物虚拟水总量大体上均呈现上升趋势,主要农作物虚拟水含量下降与新疆各地区采取节水灌溉技术、提高单位面积产量密切相关,虚拟水总量大幅度增加主要是因为农作物的种植面积的扩大和产量大幅度的提升。从虚拟水视角对农作物政策和结构进行调整,为新疆实施水资源管理提供决策,同时对于新疆的生态保护具有重要意义。     

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。     

南疆棉花消费水足迹及其对生态环境影响研究

基于虚拟水和水足迹的理论与方法、棉花生产水资源消费的特征,提出了棉花消费水足迹的概念及模型,并对南疆地区2005年的棉花消费水足迹进行计算和分析.结果表明:南疆地区的棉花消费水足迹为353.95×106m3,虚拟水外调量为3 185.54×106m3,其中蓝水调出量为2 290.53×104m3,分别是本地消费水足迹的9倍和6.5倍.大量的地表水和地下水外流,给水资源本来就不富裕的南疆地区带来巨大的压力,严重阻碍着该地区的可持续发展.最后探讨了棉花生产带来的生态环境问题,并提出了水资源持续利用和环境保护对策.     

朝阳市城市河流生态用水效率分析与评价

根据河流生态用水特征,选择河道未渠化率、污水处理率、植被覆盖率、透水表面率和河道疏浚频率5个指标,采用模糊物元法评价分析朝阳市2011—2021年城市河流生态用水效率。结果表明,经过近10 a整治朝阳市生态水系取得显著成效,但仍需加大河道生态景观、污水处理、绿化等投入,研究成果为城市河流生态治理及其用水效率评价提供了参考。     

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。     

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。     

塔里木河流域2003年虚拟水计算初探

简要介绍了虚拟水含量的计算方法。根据2003年塔里木河流域的资料,计算了主要农产品单位质量的虚拟水含量、城乡居民消费的虚拟水含量和生产产品的虚拟水含量。(1)与西北其它地区相比较,塔里木河流域生产单位质量的农产品虚拟水含量相对较低。(2)从塔里木河流域虚拟水消费总量看,城镇居民与农村居民的消费相差不大,分别为3.71×109m3和3.30×109m3。而其中一些消费产品,如粮食、猪肉、家禽、鲜蛋、糕点和鱼虾等的消费在城镇居民与农村居民间仍然存在着一定的差异。(3)全社会消费的虚拟水数量和实际生产产品中的虚拟水含量分别为7.01×109m3和2.20×1010m3。可以看出在塔里木河流域实际生产产品的虚拟水含量远远大于各项消费的总虚拟水含量。     

基于虚拟水流动均衡性的农业用水综合调控

为了解决密不可分的干旱区水资源和农业问题,使虚拟水流动与水资源量和经济规模相适应,该文借鉴基尼系数概念评价虚拟水流动的区域均衡性,并以尽量提高区域均衡性为目标,建立融合了粮食流通模型的农业用水综合调控模型,从而在控制灌溉水使用总量的前提下,通过调整粮食生产耗水和产量来改变粮食流通格局,进而优化虚拟水流动状态。在甘肃的应用研究证明该方法可在满足用水总量限制要求前提下,使虚拟水流动均衡性较调控前有明显改善,实现了干旱区实体水和虚拟水的统一管理。这对促进干旱区不同地区间的协作、缓解水资源利用与粮食生产间的矛盾,具有重要的理论指导意义。     

井渠结合灌区用水效率指标尺度效应研究框架

现有灌溉用水效率尺度效应的研究大部分集中在地表水灌区,而较少涉及地下水利用灌区,该文针对井渠结合灌区存在地下水回归利用的实际情况,以河北省石津灌区为背景,在国际水管理研究院（IWMI）提出的水收支方法的基础上引入回归水利用指标,提出了在井渠结合灌区进行用水效率指标尺度变化规律研究的工作框架。在所提出的框架中,评价指标选择IWMI体系,数据获取手段主要为资料收集和试验观测,尺度划分方式按照现有灌区管理模型分为灌区,干渠,分干,支渠和田间5个尺度。研究成果展现了灌溉用水效率尺度效应研究所涉及到的指标选取、尺度划分、水收支解析、水平衡要素数据获取方式、回归水分析5个方面的工作过程。该框架对于开展中国北方井渠结合灌区的节水灌溉尺度效应研究有着一定的参考价值和借鉴意义。     

中国粮食生产与消费中的虚拟水平衡动态变化研究

为优化我国粮食生产水资源利用的空间配置,运用虚拟水分析方法,多尺度分析我国近十年粮食生产和消费中的虚拟水含量空间分布动态变化规律。结果表明:北方粮食生产虚拟水量呈上升趋势,由1998年的3019.1亿m3上升到2007年的3197.5亿m3,上升幅度达5.90%;南方粮食生产虚拟水量则呈下降趋势,由1998年的3207.5亿m3下降到2007年的2801.4亿m3,下降幅度达12.66%。1998～2006年,全国粮食消费虚拟水增长4.43%,年均增长0.49%。北方增长速度快,9年间增长7.70%,而南方则只增长1.84%。近十年全国粮食生产与消费的虚拟水平衡整体表现为负。南方的虚拟水平衡一直为负,且数值呈上升趋势,北方虚拟水平衡态势则整体表现为正。粮食生产和消费的虚拟水资源"北水南调"现象稳定存在,且有增强趋势。其中,东北是虚拟水资源"北水南调"的实质性调出区,黄淮海、华北、东南和华南为实质性调入区。研究结果说明,从水资源的角度看,我国当前的粮食生产和消费格局存在较大问题,需要进行适当调整。     

北京市水足迹计算与分析

水足迹指的是在一定物质生活标准下, 生产一定人群(个体、城市或国家)消费的产品和服务所需要的水资源数量。虚拟水是指生产产品和服务所需要的“虚拟”水资源, 不是真正意义的水, 而是以“虚拟”的形式包含在产品中的看不见的水。水足迹不仅仅包括对实体水的消费, 更重要的是包含了虚拟水消费的部分。分析区域内的水足迹量及其构成, 能够从消费的角度展现对水资源的占有情况, 展现出通过产业链及产品贸易而产生的该区域对其他区域的水资源占有情况或其他区域对本区域的水资源占有情况。本研究采用基于投入产出表的水足迹计算方法, 估算了北京市2002 年的水足迹状况, 分析了水足迹构成。结果表明: 北京市2002 年水足迹为86.26 亿m³, 其中70%用于居民消费, 30%用于政府消费; 总的人均水足迹为606.21 m³, 城镇居民人均水足迹为537.69 m³, 农村居民人均水足迹为197.12 m³; 2002 年总水足迹中, 实体水消费占8%, 虚拟水消费占92%, 虚拟水净流入量为14.98 亿m³, 占总水足迹的17.4%。结果证明, 在消费结构中, 虚拟水占主要部分,实体水比例很低;受产业链和工艺的影响, 不同消费品(服务)的虚拟水含量并不相同。虚拟水流入能够降低对本区域水资源的占有, 并没有从根本上减少水资源的消耗, 只是将压力转移到了其他区域。研究结果可为节约用水模式和北京市水资源管理提供决策参考     

中亚棉花生产需水量与虚拟水贸易变化趋势

棉花是中亚重要的出口农产品之一,在水资源日趋严峻形势下,评价棉花生产需水和虚拟水贸易对区域水资源管理具有重要意义。本研究基于中亚175个站点长期气象数据,利用ArcGIS空间插值和作物系数法,结合棉花空间分布情况,首先估算了中亚五国的棉花需水量和单产需水量;基于单产需水量和国际粮农组织(FAO)的棉花产量和贸易数据,分析了1992年以来棉花的生产需水量、虚拟水贸易变化趋势及影响因素;最后评价了虚拟水贸易对中亚水资源的影响。研究结果表明:1)中亚棉花需水量为761.0～1033.9mm,单产需水量为2834.4～5732.1 m~3·t~(-1),其中产棉大国乌兹别克斯坦为4263.8 m~3·t~(-1)。2)1992—2017年,中亚地区棉花收获面积减少和产量偏低,导致总产量下降,生产需水量从初期的不足300亿m~3下降到目前的不足200亿m~3;棉花消费量增加导致出口量降低,净出口虚拟水量从初期的200亿m~3左右下降到目前50亿m~3;年均棉花生产需水量、净出口虚拟水量和净出口占生产需水量的比值分别为237.2亿m~3、147.4亿m~3和62.1%。3) 1992—2017年,乌兹别克斯坦和土库曼斯坦通过棉花出口分别输出其可更新水资源总量的18.4%和12.7%,加剧了咸海流域水资源短缺。因此减少农田输水损失,提高棉花水分利用效率,是提升中亚棉花总产、减少棉花生产耗水、提升棉花出口贸易、减少虚拟水外输的有效措施。     

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。     

旱稻耗水特征及水分利用效率研究进展

从旱稻需水耗水规律、水分对旱稻生长发育和产量的影响以及衡量旱稻水分指标等方面综述了旱稻需水耗水特征及水分利用效率的研究进展 ,并提出今后研究的重点     

虚拟水战略下的北京市农业产业结构调整

北京市水资源短缺,农业用水量巨大,实施虚拟水战略从外部引入虚拟水资源是优化北京市农业产业结构,实现北京市水资源优化配置的重要途径。该文计算了北京市国民经济贸易中的虚拟水量,研究了北京市虚拟水贸易的历史和发展趋势。在此基础上建立了基于虚拟水战略的水资源配置模型,并将其应用于北京市农业产业结构调整研究。结果表明,在水资源约束下北京市农业在国民经济中的比重将进一步下降,生态农业、观光农业等都市农业类型是北京市农业发展的方向。     

秸秆覆盖麦田水分动态及水分利用效率研究

试验研究表明,秸秆覆盖可改变作物耗水规律。即前期能抑制土壤蒸发,减少土壤水分无效消耗;后期则增强植株蒸腾,促进干物质积累,使农田耗水由物理过程向生物学过程转化,有利于提高产量和作物水分利用效率。不同覆盖期和不同土壤水分条件下覆盖效果不同,土壤含水量55%～70%的麦田覆盖效果最佳,覆盖时间以冬小麦进入越冬期停止生长时覆盖为宜。     

再生水灌溉对玉米与大豆生长及水分利用效率的影响

相同灌溉条件下,作物生长及水分利用效率(Water use efficiency,WUE)会因灌溉水质的不同而存在差异。本研究采用盆栽实验方法,以清水灌溉为对照,比较了北京市高碑店污水处理厂的2级再生水、3级再生水对玉米(Zea maysL.)和大豆(Glycine maxesL.)生长及WUE的影响。结果表明:2级再生水对玉米苗期生长有一定影响,3级再生水对玉米苗期生长有一定促进作用;2级和3级再生水对玉米拔节期和收获期生长影响不显著或有所促进;再生水灌溉对玉米苗期WUE有一定影响,自拔节期开始影响降低并表现出一定的促进作用。2级和3级再生水可促进大豆苗期和花荚期的生长,对收获期的生长影响不显著;再生水灌溉对大豆苗期WUE有一定促进作用,花荚期开始促进作用减弱。总体而言,玉米苗期灌溉2级再生水对其生长和WUE有一定影响,拔节期后灌溉则促进玉米生长和提高WUE;3级再生水灌溉有利于玉米生长,提高WUE;大豆各个生育期灌溉2级或3级再生水都可促进生长,对WUE影响不大。