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。     

基于生态足迹定量分析的土地利用结构优化研究——以江苏省徐州市为例

生态足迹是定量研究区域可持续发展的一种重要方法。运用生态足迹方法分析了徐州市1989—2008年生态足迹和生态承载力的动态变化,并利用生态足迹和生态承载力等指标对江苏省徐州市土地利用可持续性进行了评估。结果表明,徐州市人均生态足迹由1989年的1.13hm2上升到2008年的2.57hm2;人均生物承载力由1989年的0.580hm2下降到2008年的0.450hm2;人均生态赤字由1989年的0.550hm2上升到2008年的2.100hm2,表明徐州市土地集约化程度低。采用线性回归模型对该区人口进行预测,采用灰色预测模型对2010—2015年的生态足迹变化情况进行了预测,在此基础上,构建了基于生态足迹方法的多目标线性规划模型,以生态赤字最小化和经济效益最大化为目标函数,设置了7个变量,制定了9个约束条件。根据模型求解优化方案,对徐州市土地利用结构进行了优化调整。     

基于水足迹理论的水资源评价——以河北省张家口市宣化区为例

[目的]河北省张家口市是2022年北京冬季奥运会雪上项目的举办地,其中宣化区是当地重要工业区,对当地用水和水质有举足轻重的影响。对宣化区水资源情况进行分析,旨在保障冬奥会顺利进行。[方法]采用水足迹理论对张家口市宣化区2007—2014年的农业、工业和生活用水情况进行分析,并结合水量、水质评价其水资源短缺状状况。[结果](1)宣化区2007—2014年平均蓝水足迹5.77×10~7 m~3,且工业占比最大;绿水足迹年平均值为9.90×10~6 m~3,全部来源于农业。(2)以COD为主要污染物排放指标核算该地区灰水足迹,年平均灰水足迹为4.22×10~7 m~3。(3)根据年平均水量型缺水指标(Iblue为3.55)和年平均水质型缺水指标(Igrey为0.51)可知,宣化区属于严重水量型缺水地区,且水质型缺水情况日益明显。[结论]从宣化区用水现状来看,当地亟需优化产业结构,提高非常规水源利用率,改善区域水资源治理模式。     

干旱区绿洲-荒漠化演变中的水足迹表征研究——以新疆天山北坡为例

以新疆天山北坡为研究区,首先利用改进后的方法计算了研究区的水足迹,然后在水足迹时空变化和荒漠化格局演变分析的基础上,建立天山北坡荒漠化与水足迹之间的关系,并从水足迹的角度对天山北坡绿洲荒漠化的过程机制进行了分析。结果表明:(1)1960—2007年,天山北坡水足迹呈现较为明显的上升趋势,同时,水足迹结构发生了明显的变化。(2)天山北坡各市县当地生产水足迹的空间差异明显。(3)研究区荒漠面积与水足迹之间存在显著的负相关性。(4)调整地区生产结构(特别是农业)和改善区域居民的消费模式都有利于减轻干旱区水资源压力,对干旱区荒漠化的预警和防治具有重要的战略启示。     

基于三维生态足迹模型扩展的土地承载力指数研究——以河北省为例

河北省地理条件优越,经济发展迅速,但也面临着资源短缺,生态恶化等问题,可持续发展受到严重阻碍,为实现可持续发展,必须维持自身的自然资源存量。因此,测量河北省居民对自然资源的需求与自然所能够提供资源的差距有极其重要的意义。本文通过将Niccolucci三维生态足迹模型中足迹深度的取值范围从≥1扩展到≥0,运用统一的三维模型框架分析生态盈余状态,实现了人类生产生活中对资源流量和存量占用程度在核算上的统一,并得到了河北省2002—2016年的生态足迹、赤字盈余及足迹深度。在此基础上,引入农产品压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、建设压力指数和土地综合负担指数等土地压力评价指数,判断当前土地是否处于超载状态及超载程度。结果显示:1)2002—2016年河北省的人均生态足迹不断升高,但人均生态生产性土地面积变化较小。2)河北省足迹深度较大,尤其是水域和化石燃料用地,河北省居民生产生活消耗的自然资源远远超过了资源流量,造成了河北省资源存量大量消耗。3)河北省生态赤字较为严重,2016年的生态赤字为3.26hm2·人-1。4)农产品压力指数、水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合负担指数均大于1,且水资源压力指数、碳汇压力指数、土地综合负担指数的值均在10以上,河北省面临严重的土地压力,居民的生产生活对各类生态生产性土地造成了严重的负担。以上4点说明河北省对资源的需求远远大于供给,可持续发展受到严重阻碍。河北省要实现可持续发展,必须要节能减排、保护环境、减少资源浪费。     

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。     

基于农业面源污染控制的三峡库区种植业结构优化

基于农业经济效益最优和农业面源污染物减排的双重目标,运用线性规划模型,对三峡库区重庆段种植业结构和清洁农业生产进行了优化设计。通过对三峡库区重庆段种植业面源污染控制与种植业发展优化设计,得到三峡库区重庆段农作物净收益最大化的优化路径为:三峡库区重庆段粮食生产用地应保持约119.16×104 hm2,蔬菜用地保持约33.25×104 hm2,烟草、水果、茶用地应维持在17.05×104 hm2;在保证粮食生产稳定的前提下,应逐渐缩减玉米和大豆的种植面积,适当增加烟草、蔬菜、水果和茶的种植面积;在农作物生产过程中应大力推广清洁生产技术,扩大水稻、小麦、油料作物、玉米和大豆等种植的测土配方施肥面积,加强设施蔬菜生产基地建设,提倡蔬菜有机种植。通过这些措施,才能达到农业面源径流氮磷损失量减少30%的预期目标,才能实现农业面源污控制、农业经济转型和可持续发展。     

基于低碳经济导向的土地利用结构优化研究——以福建省福州市为例

[目的]研究基于低碳经济导向的福州市土地利用结构优化方案,为相关部门进行土地利用规划及其调整提供参考。[方法]采用灰色多目标线性规划法,建立目标函数,获得土地利用结构优化方案。[结果]通过与土地规划方案对比发现,中碳排放型的的优化方案最佳。在该方案下,预计到2020年福州市土地碳排放量达1.30×107 t,土地经济效益为7 701.24亿元,土地生态效益为785.33亿元。[结论]低碳经济导向的土地利用结构优化方案有利于该区域经济效益的发挥和生态环境的改善,实现碳减排目标。     

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。     

基于能值-生态足迹修正模型的区域可持续发展研究——以江苏省南通市为例

在系统分析能值—生态足迹模型缺陷的基础上,通过增加人工投入指标,统一能值密度以及引入折能/折标系数对其进行了修正,并采用修正后的模型对江苏省南通市1996—2010年的可持续发展水平进行了测算。结果表明:(1)1996—2010年间南通市人均生态足迹由0.65hm2增长到0.90hm2,主要是由能源消费量的增加引起的;(2)同期南通市人均生态承载力由0.51hm2增长到0.81hm2,这主要是由农、畜产品产量提高和水电开发力度加大引起的,而通过劳务和资金投入提高承载力的空间很大;(3)1996—2010年南通市一直处于生态赤字状态,可持续性评价指数也都在0.5以上,区域发展处于不可持续状态。为进一步缩小生态承载力与生态足迹之间的差距,应采取以下措施:引导重点行业和企业节能降耗,大力发展新能源;加大农业科技投入,继续提高农产品产量;重视人力资源的投入,促使经济发展方式向技术密集型和资本密集型转变。     

晋西黄土丘陵沟壑区土地利用结构优化研究——以方山县为例

以晋西黄土丘陵沟壑区的方山县为例,提出了该区的土地利用结构优化模式。根据方山县的土地利用和社会经济发展现状,运用线性规划模型对土地利用结构进行优化调整,获得规划目标年(2010年)的土地利用结构优化方案。结果表明:农、林、草面积比例由基准年(2005年)的7.2∶31.6∶1调整为规划年(2010年)的6.3∶32∶1,农村居民用地有所减少,其他建设用地面积增加。调整后的土地利用结构既有利于生态效益的发挥,又可提高土地利用的经济效益,符合生态经济可持续发展的需要。     

修正的生态足迹模型及其应用—以江苏省耕地为例

Based on the theory of emergy analysis, a modified model of ecological footprint accounting, termed emergetic ecological footprint （EMEF） in contrast to the conventional ecological footprint （EF） model, is formulated and applied to a case study of Jiangsu cropland, China. Comparisons between the EF and the EMEF with respect to grain, cotton, and food oil were outlined. Per capita EF and EMEF of cropland were also presented to depict the resources consumption level by comparing the biocapacity （BC） or emergetic biocapacity （EMBC, a new BC calculation by emergy analysis） of the same area. In the meanwhile, the ecological sustainability index （ESI）, a new concept initiated by the authors, was established in the modified model to indicate and compare the sustainability of cropland use at different levels and between different regions. The results from conventional EF showed that per capita EF of the cropland has exceeded its per capita BC in Jiangsu since 1986. In contrast, based on the EMBC, the per capita EMEF exceeded the per capita EMBC 5 years earlier. The ESIs of Jiangsu cropland use were between 0.7 and 0.4 by the conventional method, while the numbers were between 0.7 and 0.3 by the modified one. The fact that the results of the two methods were similar showed that the modified model was reasonable and feasible, although some principles of the EF and EMEF were quite different. Also, according to the realities of Jiangsu＇ cropland use, the results from the modified model were more acceptable.     

基于生态足迹的鲁西北生态经济可持续发展研究——以德州市为例

生态足迹方法是一种定量衡量人类对自然资源利用程度以及自然界为人类提供生命服务功能的新方法。将该方法应用于鲁西北地区的德州市生态经济发展分析,结果表明2002-2006年德州市人均生态足迹由1.373 5 hm²增长到3.703 6 hm²,年均增长33.93%;人均生态承载力由0.493 7 hm²增长为0.560 2 hm²,年均增长2.69%;人均生态赤字由1.174 hm²增加到3.067 hm²,年均增长32.25%,人类活动对自然生态系统的影响已超出了当地生态承载力的限度,并不断加速,人地关系趋于紧张。     

基于JavaWeb的谷子水足迹计算系统开发设计

为分析谷子生产水资源的占用情况和解决基层农民作物灌溉问题,基于Cropwat模型公式研究了谷子生产水足迹,根据Cropwat模型公式,采用java语言开发了一个水足迹计算平台,用户在计算器中直接输入相关数据,即可获得计算结果.本设计重点在于方法及流程,利用java软件编程,通过在不同型号电脑进行实验仿真,验证软件可行性...     

基于生态足迹的可持续发展建设用地面积预测——以福建省为例

以福建省为例,运用生态足迹分析法分析区域1995-2005年生态足迹和生态承载力的变化情况,寻找区域可持续发展的平衡点;并应用SPSS软件对人均生态承载力、单位生态足迹产出和单位建设用地产出进行回归分析和趋势预测,在此基础上构建研究区域可持续发展建设用地容纳能力的方法.通过预测得出福建省建设用地面积2010年、2015年和2020年应分别控制在148 392.9 hm2、261 818.6 hm2和415 005.4 hm2以内.     

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。     

灌溉渠系优化配水研究

介绍了灌溉渠系优化配水模型的研究进展,并从模型参数、输配水技术和管理体制等方面分析了优化配水难以在灌区实施的原因,指出实行优化配水还必需加强田间试验,完善渠道量水设施,提高量水技术,建立适应现行管理体制的配水模型,同时继续推进灌溉管理体制改革。     

农业标准化的作用评价研究——以吉林省黑木耳种植业为例

农业标准化是保障食品安全、转变农业发展方式、加快现代农业建设的基础,对我国农业发展起到了重要的促进作用。本文以吉林省黑木耳种植业为例,采用计量模型法,将综合评价结果作为标准化变量,利用调整后的C-D生产函数模型,对标准化在促进产值增长方面的作用进行了定量评价。模型分析结果中,标准化变量的作用系数为0.773 7,可见标准化对产值增长具有明显的促进作用     

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。     

华北平原主要种植模式农业地下水足迹研究——以河北省吴桥县为例

本研究采用地下水足迹分析方法,以华北平原传统冬小麦-夏玉米两熟区河北省吴桥县为例,开展冬小麦、夏玉米两熟复种体系农业地下水资源消耗研究,在此基础上分析了不同作物地下水足迹对地下水资源的影响,以期为华北平原地下水超采区种植结构调整提供理论依据。研究结果表明,自1949年以来,吴桥县冬小麦地下水足迹均高于夏玉米,历年冬小麦和夏玉米的地下水足迹均值分别为89.02 km~2和29.84 km~2。从变化趋势来看,吴桥县冬小麦和夏玉米的地下水足迹均呈波动上升的趋势。而作物地下水足迹胁迫指数(GF/Aaq),冬小麦基本处于中等程度胁迫(0.1GF/Aaq1),夏玉米绝大多数年份处于较轻程度胁迫(0.01GF/Aaq0.1),但两种作物胁迫指数近年来不断增加。对该区域其他作物地下水足迹计算结果表明,夏花生和马铃薯的每平方米地下水足迹较低,分别为2.08×10~(-7)km~2和1.94×10-7 km~2,且两者的每平方米地下水足迹胁迫指数在被比较作物中同样最低,分别为3.57×10~(-10)和3.34×10~(-10)。根据作物比较认为传统冬小麦-夏玉米种植模式可以通过在农作制度调整过程中将花生、马铃薯作为替代作物引入到当地的种植结构中,可在一定程度上减少对地下水资源的消耗,从而缓解区域环境中的地下水资源压力。因此,为改善华北平原农业地下水资源的利用状况,可以通过调整作物种植结构,增加低耗水作物与主粮作物复种轮作的面积有效控制地下水资源的开采,实现农业的可持续发展。