河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957—2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m~3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。     

宁夏主要农作物生产水足迹及其变化趋势研究

【目的】探讨宁夏地区2008—2017年作物生产水足迹及其变化趋势为调整宁夏地区农业用水结构以改善水资源短缺问题提供理论依据。【方法】基于水足迹理论,本文利用气象和农业有关数据,对宁夏回族自治区2008—2017年主要农作物的生产水足迹进行了量化处理,并结合气象因素与作物产量,对其进行了时空分布及变化趋势分析。【结果】①宁夏地区10年研究期间各作物的生产水足迹总体上呈减小趋势,在5种主要农作物中,大豆的平均综合生产水足迹最大,为4.51 m^3/kg,玉米的平均综合生产水足迹最小,为0.91 m3/kg;②各作物蓝绿水足迹比例最高的是稻谷,为5∶1,最低的是大豆,为1.4∶1;③10年研究期各地区综合作物生产水足迹大小排序为:吴忠市(15.58m^3/kg)>中卫市(13.71m^3/kg)>石嘴山市(12.77m^3/kg)>银川市(9.46m^3/kg)>固原市(8.21m^3/kg);④各地区蓝绿水足迹比例从南到北依次递增,固原市最小为1.2∶1,石嘴山市最大为5∶1。【结论】在水资源十分缺乏的宁夏地区,需根据各作物耗水规律适当调整种植结构、灌溉模式等减少农业用水量以缓解水资源短缺问题。     

河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出时空演变

为了正确评价灌区内水资源使用对改善现有水资源管理的影响,文中引入水足迹与虚拟水概念,同时考虑降雨和灌溉用水,计算了1960—2008年内蒙古河套灌区粮食水足迹与虚拟水净输出量的时空变化,进一步评价了灌区水资源在区域内和区域间的分配.结果表明：1960—2008年河套灌区粮食水足迹由3.534×109m3减小为1.634×109m3,自2000年灌区粮食虚拟水净输出量呈下降态势,两者构成均以蓝水为主（90%）;空间分布上,河套灌区中部地区（杭后、临河和五原）的粮食水足迹和虚拟水净输出量较大,而其他地区（磴口和前旗）较小;1960—2008年,粮食生产用水在灌区用水总量中所占比例呈显著下降趋势,年均下降1.07%.粮食生产用水的大部分以虚拟形式输送到灌区外部,该比例近年有所降低,但2008年仍高达76.22%.未来河套灌区应注重绿水和蓝水资源利用效率的提高.该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定和可持续发展的实现提供理论依据.     

虚拟水引出缓解水资源短缺问题的

虚拟水是水资源管理领域提出的新概念,水足迹是继生态足迹以后的又一衡量资源占有量的新方法,这两个概念深刻的揭示了生产产品和居民生活消费所需要的水资源量。根据虚拟水与水足迹的计算方法对2000年江西省主要农产品虚拟水含量和城乡居民生活消费虚拟水含量进行计算,然后与陕西、甘肃两省城乡居民生活消费虚拟水含量进行比较分析,得出了调整区域生产与消费结构,增加虚拟水贸易,是缓解我国缺水地区水资源短缺与社会、经济发展矛盾的新途径的结论。     

虚拟水战略在我国粮食贸易中的应用及贡献分析

虚拟水是指生产粮食和其他产品所需要的水资源数量,虚拟水概念的提出为解决我国农业用水短缺问题提供了新思路.采用全球平均值估算1998-2007年我国粮食对外贸易中稻谷和大米、玉米、小麦、大豆所包含的虚拟水童,结果显示,我国粮食贸易格局与虚拟水战略基本符合,10年间通过粮食贸易累计净进口虚拟水量为3 305.85亿m3,平均每年通过粮食贸易节省的虚拟水量占农业用水的9.13%,占总用水量的5.87%.这些虚拟水量对缓解农业用水紧张、弥补我国农业水资源不足具有一定贡献,同时指出实施虚拟水战略应在国家尺度上进行宏观调控.     

海河流域作物水足迹研究

基于水足迹理论,利用海河流域8个省(市、自治区)气象及农业基础数据,计算了海河流域主要作物的虚拟水量和作物水足迹值,并对流域作物水足迹的空间格局进行了分析。结果表明,同一种作物不同地区的虚拟水量均匀分布;各市作物水足迹有由南向北逐渐增大的趋势。德州、保定、聊城等地的蓝水比例最高,均达到了50%以上,土壤水利用率较低;晋中、长治、阳泉和朝阳市的绿水足迹达到了总水足迹值的90%以上。流域内小麦的蓝水足迹占总水足迹比例最大,各省(市、自治区)平均为74.6%,作物生长需要大量灌溉水;玉米、棉花、谷子、大豆和花生蓝水足迹比例较少,均在20%以下。河北省的蓝水足迹为114.97×108 m3,农业灌溉用水压力最大;内蒙古的蓝水比例最大,为67.59%;辽宁省和山西省的土壤水利用率较高。     

我国粮食虚拟水流动对水资源和区域经济的影响

虚拟水流动是虚拟水形态的水资源在地理空间上的再分配,对区域经济和水资源具有重要影响。以省级行政区为单元,计算了2010年我国粮食生产、消费、调运及生产用水和虚拟水流动情况;选取节水量、水资源压力指数和人均国内生产总值3个指标,定量研究了我国区域间粮食虚拟水流动对区域经济和水资源的影响。结果表明:我国省级行政区之间粮食虚拟水流动量为1 138.1亿m3,其中蓝水为449.7亿m3,流动的主要规律是从水资源效率高的地区流向效率低的地区,从缺水地区流向丰水地区,从经济欠发达的地区流向经济相对发达的地区。相应地,在国家尺度上,省级行政区之间的粮食虚拟水流动节水578.9亿m3,其中蓝水为478.9亿m3;粮食虚拟水输出使输出省级行政区水资源压力指数由1.61(假设输出区粮食虚拟水输出为0)上升到2.04;人均GDP由43 428元(假设生产调出粮食的水量全部转变为工业用水)减少到31 776元。提高农业用水效率,实施虚拟水补偿,优化作物种植结构是解决我国区域虚拟水流动负面效应的关键措施。     

基于IO-SDA中国虚拟水贸易格局及驱动因素分析

虚拟水贸易作为解决缺水地区的水资源供需矛盾问题的战略受到越来越广泛的关注,量化地区虚拟水贸易格局,并分析该格局下区域虚拟水贸易量变动的驱动因素是研究虚拟水和水资源管理的新思路。首先运用投入产出模型计算出2002-2011年中国虚拟水进出口贸易量,分析中国当前虚拟水贸易格局,再运用结构分解法,分解出强度效应、结构效应和规模效应对虚拟水净进口贸易量变动的驱动力。研究结果表明:中国虚拟水贸易呈现净出口状态,其中制造业和农业的虚拟水进口和出口贸易量最大,占虚拟水进出口总量比例最高,是当前中国虚拟水贸易格局的决定产业。规模要素对中国虚拟水净进口贸易量变动逐渐由负向驱动变成正向驱动,强度要素和规模要素对虚拟水净进口贸易起正向作用。了解中国虚拟水贸易格局,探索虚拟水政策化是实现水资源优化配置的重要途径之一,能为中国缓解用水矛盾,解决水资源短缺危机提供一个新视角。     

基于系统动力学的青铜峡灌区农业用水效率调控研究

【目的】提出青铜峡灌区合理有效的节水政策。【方法】基于作物蒸发蒸腾量,计算青铜峡灌区主要粮食作物的蓝水足迹、绿水足迹,建立青铜峡灌区农业用水效率系统动力学模型,研究青铜峡灌区内的农业用水效率,对其水资源利用效率的可变影响因素进行调控。【结果】青铜峡灌区的农业种植需水来源主要是灌溉水,形成了以蓝水为主、绿水为辅的生产用水格局,同时当作物需水量被满足时,蓝水足迹和绿水足迹表现出相反的变化趋势;在保证青铜峡灌区内粮食作物蓝水用水量不变的前提下,选取绿水利用系数和灌溉水利用系数为主要参数对模型进行仿真模拟,当绿水利用系数从0.7增加为0.8时,2020年小麦产量增加了0.27万t,水稻产量增加了0.2万t,玉米产量增加了0.55万t;当灌溉水利用效率增加10%时,2020年小麦产量增加了0.47万t,水稻产量增加0.35万t,玉米产量增加0.77万t;当绿水利用系数和灌溉水利用系数同时增加时,2020年小麦产量增加0.75万t,水稻产量增加0.55万t,玉米产量增加1.32万t。【结论】青铜峡灌区农业种植用水应增加对绿水的利用率,通过各种工程或非工程措施提高灌区内的农业用水效率。     

基于时间序列模型的黑龙江省粮食水足迹分析与预测

利用CROPWAT 8.0 模型计算了2000-2017年黑龙江省主要粮食作物水足迹,并利用自回归移动平均模型ARIMA对2018-2022年黑龙江省粮食作物水足迹进行了预测.黑龙江省粮食作物生产水足迹增长迅速,2000-2017年黑龙江省粮食作物生产水足迹总量增长了2.84倍;玉米的水足迹为0.47~1.07 m³/kg,而大豆、小麦和水稻的水足迹分别为1.35~2.39,1.12~2.99和1.76~1.41 m³/kg;小麦的绿水足迹占比最高,约为72.74%,其次是玉米(66.26%)和大豆(64.59%),而水稻的绿水足迹占比最低,约为46.99%;4种作物的灰水占水足迹的比例均低于1.12%.ARIMA模型预测结果表明,黑龙江省粮食作物的水足迹将逐年升高,玉米的水足迹呈逐年下降趋势,水稻和大豆的水足迹呈逐年上升趋势,小麦的水足迹基本不变.考虑到黑龙江水资源相对缺乏,而粮食作物水足迹总量逐年上升,建议加强农业管理,提高作物的水分利用效率.     

基于田间实际耗水的作物生产水足迹

为了衡量田间尺度粮食生产对资源的真实利用,基于水足迹及作物耗水理论,提出基于作物实际耗水的农作物生产水足迹计算方法,并以陕西关中的小麦、玉米为研究对象,对1998,2005及2010年的生产水足迹进行了计算.结果显示：同一年份同一作物不同地区间耗水量具有较大差异,同时,关中地区3个代表年份平均小麦、玉米耗水量分别比需水量小16.2%和12.4%;小麦、玉米生产水足迹有减小趋势,代表年平均值分别为0.96,0.77 m^3/kg;各地区小麦虚拟水中蓝水比例在10%-40%,玉米则在20%-50%范围内变化,且年际、地区间的蓝水占有比例均无明显变化趋势;3个代表年小麦、玉米的总水足迹之和分别为70.1,59.8及60.7亿m3,均大于当地的水资源总量,其中蓝水所占比例均值为29.1%.基于作物实际耗水的作物生产水足迹的计算对基于水足迹和虚拟水贸易的科学研究及政策制定均有重要意义.     

中国省区虚拟水流动及对农业用水的影响

模拟省区间粮食虚拟水流动格局的基础上,从节水效应和对区域用水效率的改变2方面评价虚拟水流动对中国农业用水的影响.粮食虚拟水呈由北向南流动的总体格局,其中黑龙江与吉林贡献了虚拟水输出量的69.1%,广东、浙江、福建及上海占流入总量的56.2%;虚拟水在全国范围内节约了199.4亿m³的水资源;虚拟水流动提高了全部输入区的单位产品耗水(WFP)和用水量(WUP)和主要输入区的WFP,降低了除黑龙江、吉林之外所有输出区的WUP和WFP.各省区应根据自身状况和在虚拟水流动中的地位制定水资源高效利用与管理策略.其中,东北粮食主产区应从区域视角发展节水农业,提高农业的水资源利用效率.     

基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型

为提高地区农业综合效益的同时节约灌溉用水量,促进地区水资源高效利用,以人民胜利渠灌区为例,在分析计算农作物虚拟水量的基础上,建立了基于虚拟水贸易的灌区种植结构多目标优化模型。结果表明,灌区虚拟水量相对较大的作物为棉花、油菜和水稻,虚拟水量较小的作物为花生、小麦和玉米。通过模型的优化调整,最终优化方案与现有方案相比,水稻和油菜的种植面积均有所减少,而花生的种植面积有所增加。优化后灌区粮食总产量可达6.4亿kg,灌区的粮食安全得以保障。经济效益值增加了1.8亿元,占现状年效益的15.4%;生态效益值增加了1.2亿元,占现状年效益的3.1%;节约灌溉水6 370.7万m3,占现状年用水量的15.6%;节约虚拟水1 659.5万m3,占现状年虚拟水量的2.0%。可见,考虑虚拟水贸易来指导种植结构的调整,在提高灌区综合效益的同时,还促进了灌区水资源的高效利用,缓解了水资源压力,为灌区种植结构调整提供了一种新途径。     

基于投入产出分析的虚拟水贸易量

虚拟水贸易是一种新的水资源供应方式,虚拟水战略是贫水国家和地区解决水资源短缺和粮食安全问题的重要途径。虚拟水理论和虚拟水贸易是水资源管理中的一个新兴课题,其中虚拟水贸易量的估算是一个难点。采用投入产出法对2000年张掖地区的虚拟水贸易量进行了估算,较之以往的方法,其估算比较全面,计算方法相对简单,估算口径统一,可操作性强,估算结果比较准确。估算结果表明2000年张掖地区虚拟水贸易赤字达到5.68×108 m3,为了缓解水资源紧缺问题,张掖地区必须改变其虚拟水贸易策略。     

基于水足迹的河套灌区多目标种植结构优化调整与评价

针对黄河水量逐年减少和农业面源污染日趋严重等因素导致内蒙古河套灌区农业用水短缺、生态环境不断恶化的问题,本文将水足迹概念（蓝水足迹、绿水足迹、灰水足迹）引入多目标优化模型和多目标决策评价模型,对灌区有限的水资源进行合理配置。以河套灌区为例,本文选取小麦、玉米、葵花、瓜类、番茄5种典型作物,从经济、社会、资源以及生态4个角度对作物的种植结构进行优化,并耦合模糊层次分析和TOPSIS法对多种优化方案（多目标优化方案、单目标优化方案、现状情景方案）进行评估优选。结果表明,在保障粮食作物产量的基本需求下,减少粮食作物小麦、玉米的种植面积,增加经济作物葵花、番茄和瓜类的种植面积,可以达到增加经济收入、保证社会公平性、提高水资源利用效率及减少粮食生产过程中给环境带来负面效应的目的。并且,评价结果表明多目标优化方案兼顾经济、社会、资源和生态多方面,优化结果优于单目标优化结果和现状情景。研究可为河套灌区及类似地区作物种植结构调整提供相应的理论依据和决策支持,助力灌区可持续发展。     

基于水足迹理论的连云港市水资源安全评价

基于水足迹理论,建立了区域水资源安全评价指标体系,将其应用于区域水资源安全评价的研究中。以连云港市为例,计算了连云港市2008年的人均水足迹、水资源匮乏度、水资源压力、虚拟水赤字等评价指标,真实客观地分析了连云港市的水资源安全现状,从降低水足迹角度提出了应对水紧缺状态的建议。     

基于水足迹理论的宁夏水资源安全评价

基于水足迹理论和计算模型及水资源安全评价指标,以宁夏2012年统计数据为依据,计算了该区2012年的水资源足迹,并对水资源利用现状进行了评价。研究表明:12012年宁夏总的水资源足迹为100.894亿m3,人均水资源足迹为1 558.953m3/人;2农业是宁夏水资源消耗量最大的产业,水资源足迹达到84.715亿m3,占本地生产服务用水量的63.086%;3宁夏水资源匮乏度为93.377%,水资源压力指数为124.280%,水资源利用处于不可持续状态。因此,可通过调整产业结构,转变消费理念和消费结构,从外流域调水和发展虚拟水贸易等方式缓解地区水资源压力,实现区域水资源可持续利用。     

黄河流域粮食与能源水足迹压力与绿色发展脱钩关系研究

黄河流域作为我国粮食与能源的主要产出地区,水资源的缺乏对其可持续发展构成了巨大威胁.为探究黄河流域水资源与绿色发展的关系,通过测算2011-2016年黄河流域粮食与能源水足迹,揭示虚拟水流动对水资源压力影响,并根据"五大发展理念"构建绿色发展指数,最后通过Tapio脱钩模型探究水资源压力与绿色发展的关系.结果表明:①黄河流域粮食和能源水足迹的空间差异性较大,山东和四川粮食和能源水足迹最高;②黄河流域多数省份存在缺水压力,宁夏达到极端缺水程度;③全流域绿色发展指数基本呈现逐年上升的趋势,且与水足迹压力指数的脱钩状态随时间变化有所改善.研究结果对黄河流域生态保护和高质量发展具有一定的理论意义.     

北京市农业生产消费虚拟水对比分析及评价

基于虚拟水理论和北京市养殖场实地调研资料计算了农产品单位虚拟水量,结合生产、消费数据计算了北京市虚拟水量。从虚拟水角度对广义水资源利用情况进行了评价,并通过灰水足迹概念来衡量水污染程度。结果表明:1动物产品虚拟水量高于农作物,牛肉虚拟水量最大,猪肉、鸭肉、蛋类、鸡肉次之,农作物中大豆、花生、水稻的虚拟水量较高。22000—2012年间,农作物生产虚拟水量年均减少0.59亿m~3,平均蓝水利用率41.2%,绿水利用率58.8%。32000—2012年间,农产品生产虚拟水量呈现波动减小,消费虚拟水量增加,农村居民人均虚拟水消费显著低于城镇居民。413年间,虚拟水进口量介于13.26~42.20亿m~3之间,水资源自给率下降,农业万元产值水资源使用量由0.42亿m~3/亿元减小至0.20亿m~3/亿元,水资源人口承载密度略微增加。5农业灰水足迹由6.24亿m~3减小到3.90亿m~3,年均减小0.20亿m~3。     

基于农业用水的虚拟水战略分析

虚拟水战略是现阶段水资源研究领域的新思路.以虚拟水理论为指导,计算分析河南省2008年主要农作物的虚拟水含量.结果显示:农作物产品的虚拟水总含量不仅与单位产品的虚拟水含量有关,还与作物的总产量有关;不同地区、不同农产品虚拟水含量之间存在着空间差异性,同一作物虚拟水含量空间差异性也较为明显.从而为河南省调整农业种植结构,...