河北省主要农作物2005～2014年灰水足迹变化

为了定量分析河北省农业过量施用化肥造成的严重面源污染,应用灰水足迹理论与评价方法,对河北省2005～2014年期间的冬小麦、夏玉米、蔬菜、水果4种主要农作物总灰水足迹及生长过程灰水足迹变化进行了分析评价,结果表明：2005～2014年期间,河北省冬小麦总灰水足迹总体呈下降趋势;夏玉米总灰水足迹总体呈增加趋势;蔬菜总灰水足迹总体呈增加趋势;水果总灰水足迹总体呈下降趋势。2005～2014年期间,河北省冬小麦、夏玉米、蔬菜、水果生长过程灰水足迹均呈下降趋势。4种作物每公顷施肥量没有表现出下降趋势,产量增加是导致4种作物生长过程灰水足迹下降的主要原因。最后从技术和政策两方面提出了降低氮肥施量和作物生长过程灰水足迹的措施。     

浙江省主要农作物水足迹时空特征研究

农作物水足迹是衡量水资源利用效率的重要指标,为解决水资源短缺问题提供了新的研究视角。以浙江省主要农作物为研究对象,利用CROPWAT8.0、CLIMWAT2.0和Arc GIS软件,计算和分析了2002-2018年浙江省的主要农作物水足迹时空特征。结果表明:2002-2018年浙江省农作物总水足迹变动幅度较大,总体呈下降趋势,2016年最低,2002年最高,减幅达16.18%;水足迹内部结构中,粮食作物的水足迹稳居首位,其次是水果、茶叶、蔬菜和油料作物,粮食作物水足迹内部结构中晚稻水足迹占比最大,玉米水足迹占比最小;区域水足迹差异显著,海岛地区农作物总水足迹最低,平原、盆地地区农作物总水足迹最为丰富,山地、丘陵地区农作物总水足迹次之;人均农作物水足迹不仅受农作物总水足迹影响,更受人口数量的影响,人口分布稀疏的县域人均水足迹明显高于人口分布密集的城区。     

江苏省主要农作物的生产水足迹研究

运用水足迹的理论和方法对江苏省播种面积最大的6种农作物在2000-2010年间的水足迹进行计算,并分析各农作物生产水足迹的特点以及灰水足迹对水环境的不利影响。结果表明:6种农作物生产消耗的蓝水和绿水量总体上呈现下降趋势,江苏省农业生产的用水效率在逐年提高。6种农作物的绿水足迹占比为61.88%~88.17%,绿水在当地农作物生产中占有重要的地位;江苏省6种主要农作物中,水稻和小麦生产的水足迹之和占比为84.15%;单位质量棉花生产水足迹最大,其产生的灰水足迹也最大;单位质量小麦生产的水足迹是稻谷的近两倍,单位质量小麦生产产生的灰水足迹也明显大于水稻。     

京津冀作物水足迹时空分布特征及影响因子分析

水资源短缺是制约京津冀协同、可持续发展的重要瓶颈之一,为清晰地描述区域不同农作物生产过程中的需水特征,为区域水资源的合理配置和高效利用提供指导意见。基于2000-2015年京津冀24个气象站日气象数据、全区作物种植面积及产量,分析了区域作物蓝水、绿水、灰水足迹的时空分布、变化趋势及影响因子。结果表明:2000-2015年间,小麦、玉米、大豆、油料、谷物、棉花、蔬菜年均单位质量总水足迹分别为1 784.2 m~3/t、1 564.2m~3/t、4 386.6m~3/t、3 427.5m~3/t、2 032m~3/t、9 574.1m~3/t和152 m~3/t;年均蓝水、绿水、灰水足迹分别为211.6亿m~3,164.8亿m~3和321.4亿m~3;总水足迹中蓝水、绿水、灰水所占比例分别呈现下降、上升及先上升后下降的趋势;水足迹空间分布表现为西北部和北部较少、南部、东南部和中部较多;影响水足迹总量的因子中,第一、第五主成分为氮肥施用量和作物种植面积,第二主成分为热力学和动力学因子,第三、四主成分为水分因子。     

雄安新区上游农业水足迹及其经济效益研究

量化作物单方耗水产生的经济效益对于通过经济手段调控农业用水具有重要意义.基于水足迹理论,以雄安新区上游为研究区,首先模拟了主要农作物的蓝水足迹和生产水足迹,并结合统计数据评估了作物的水足迹经济效益,最后通过调查数据对模拟值进行了评价.结果表明:2001-2016年研究区小麦、玉米、大豆、花生和棉花5种主要农作物的蓝水足...     

黑龙江省水足迹时空分布规律及空间均衡分析

利用水足迹理论,量化2000—2018年黑龙江省13个地级市的不同类型水足迹,分析其时空演变规律,并结合空间均衡分析研究了各地区水足迹的差异性。结果表明:2000—2018年黑龙江省总水足迹呈波动上升趋势,但灰水足迹一直下降,2018年人均灰水足迹为300.7m³;水足迹空间分布不均匀,水足迹富足和水足迹匮乏同时存在,整体上呈现出北低南高、东低西高的趋势;研究时段内,黑龙江省人均灰水足迹和人均水足迹的空间分布较为均匀,其总体空间均衡度超过0.6;水足迹强度、工业蓝水足迹和生态环境蓝水足迹的空间分布存在较大差异;水足迹的总体空间均衡度在逐渐上升,但最大值不超过0.6,区域分布仍有较大差异。     

京津冀地区主要农作物生产水足迹研究

利用京津冀地区(2个直辖市、11个地级市)气象及农业基础数据,采用彭曼公式与CROPWAT软件相结合的计算方法,分析了2014年京津冀地区主要农作物的生产水足迹。结果表明:小麦在整个生长期需水量主要以蓝水足迹为主,玉米在整个生长期主要以绿水足迹为主;2014年京津冀地区主要农作物总的生产水足迹为437.03×108m3,其中绿水足迹为137.71×108m3,蓝水足迹为176.03×108m3,灰水足迹为123.30×108m3;从京津冀地区主要农作物总的生产水足迹空间格局上来看,沧州、保定、邯郸和石家庄地区的主要农作物生产水足迹较大,是水资源调控的主要地区。     

基于通径分析的海河流域冬小麦水足迹及影响因素

为量化冬小麦对水资源的消耗、合理利用区域水资源,基于彭曼公式、日尺度土壤水量平衡与通径分析法核算了1958—2016年海河流域冬小麦水足迹,分析了气象、农业生产投入因素对冬小麦水足迹的直接和间接影响。结果表明:流域冬小麦多年平均总水足迹为239. 6亿m3,平均水足迹为1 840 m3/t;海河流域冬小麦水足迹呈整体下降趋势,空间上京津地区最高,山西次之,山东、河南地区最低;农业机械总动力、化肥施用折纯量对冬小麦水足迹直接影响最大;气象因素主要通过农业生产投入因素对冬小麦水足迹产生影响。可通过提高农业生产力的方式降低冬小麦水足迹,京津等灰水足迹较高的地区应减少施肥。     

辽宁省春玉米生产水足迹的时空变化研究

为降低农业生产活动中农作物对水资源的高消耗,提高用水效率,借助辽宁省1987—2018年19个气象站点逐日气象数据及春玉米产量数据,全面计算绿水足迹、蓝水足迹及灰水足迹的真实消耗。结果表明：（1）辽宁省春玉米生产水足迹自2002年起变化幅度不明显,多年平均值是1424.21 m³/t,其中绿水足迹占54%,灰水足迹占27%,蓝水足迹占19%。（2）从绿水足迹看,辽宁省春玉米绿水足迹每年以6.28 m³/t速率减少,空间分布上2002年绿水足迹高值区主要集中在东部地区;2010年辽宁省整体绿水足迹较高。（3）从蓝水足迹看,每年以1.06 m³/t的速率增长;2002年辽宁春玉米蓝水足迹高值区主要分布在环渤海、宽甸及其周围地区;2010年,辽宁省大部分地区蓝水足迹较低。（4）灰水足迹整体以每年14.03 m³/t的速率降低,主要与农作物产量及氮肥施用量相关。     

山东省农业水足迹周期及趋势变化分析

农业用水状况及其周期趋势分析对合理制定农业用水分配、提高水资源利用效率有着重要的现实意义。依据水足迹理论,分别计算了山东省1978-2014年农业总水足迹及其分项,利用经验模态分解(EMD)分别分析了各水足迹值的波动周期,从多时间尺度分析了农业总水足迹值波动影响因素,并结合对数平均迪氏分解(LMDI)方法,分析了引起总水足迹增长的主要贡献因素。结果表明:林牧渔业水足迹以3.5a为周期波动,种植业水足迹以5a为周期波动,总水足迹以8a为周期波动;农业总水足迹值3a短波动周期主要受种植业影响,8a长波动周期在2002年前主要受畜牧业影响,2002年后则主要受种植业影响;农业总水足迹及各分项多年来均呈增长趋势;蓝水、绿水、灰水足迹值的变化均对总水足迹值的增长起正向促进作用,多年来农业总水足迹值的增长由绿水足迹主导逐渐转变为蓝水足迹主导。     

黄河流域作物生产与消费实体水-虚拟水耦合流动时空演变与驱动力分析

愈加有限的水资源是黄河流域生态保护和高质量发展面临的最主要矛盾和瓶颈。在部门用水竞争持续加剧的同时,内嵌在农产品中的虚拟水流动现象日趋频繁。本文以作物生产水足迹和虚拟水流动为表征参数,量化2000—2014年间黄河流域主要作物实体水-虚拟水耦合流动关键过程及其时空演变;从人口、社会经济、农业发展和居民消费4方面,运用扩展STIRPAT模型辨识其关键社会经济驱动因子。结果显示:黄河流域作物单产水平增加有效降低了作物单产水足迹,有效控制了作物生产总水足迹规模;随小麦、玉米和苹果等作物输出,流域作物虚拟水流动规模显著增加,2014年流域虚拟水总输出量占流域作物生产耗水的41%;人口和人均GDP对作物生产水足迹和虚拟水进出口量均起促进作用。     

淮河流域农业灰水足迹效率的时空分布与驱动模式

运用灰水足迹效率测算模型对淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率进行了测度和时空分布研究,采用Kaya恒等式和LMDI分解模型将农业灰水足迹效率驱动因素分解为农业经济效应、化肥强度效应、灰水产出规模效应、农业环境效应和耕地资源效应等5个因素,并对淮河流域各地级市农业灰水足迹效率的驱动模式进行了分类。结果表明:2000—2015年,淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率都有显著的提升,从各省分布情况来看,山东省的农业灰水足迹效率最高,其次是安徽省和江苏省,河南省最低;农业灰水足迹效率驱动因素中,农业经济效应、灰水产出规模效应和耕地资源效应为正向效应,化肥强度效应和农业环境效应为负向效应,其中农业经济效应是提升农业灰水足迹效率最关键的驱动因素;淮河流域35个地级市的农业灰水足迹效率的驱动模式可以划分为农业经济效应单因素驱动模式I、灰水规模产出效应单因素驱动模式Ⅱ、双因素驱动模式Ⅲ和三因素驱动模式Ⅳ共4类,对于不同驱动模式的地区需要采取不同的治理措施。     

基于作物水足迹的塔里木盆地水资源压力评价分析

针对塔里木盆地进入本世纪以来水资源压力相对较大的问题,为提出有效缓解研究区水资源压力的方法,利用研究区5个行政区域2001—2015年的气候、农业及水文数据,基于水足迹理论对研究区作物生产用水量及水资源压力时空分布特征进行了分析与评价。结果表明:研究区作物种植结构呈多样化的趋势发展,种植规模逐年增长;不同作物的生产水足迹(WF_(pro))在时空序列上均表现出了一定的差异,各地区WF_(pro)总体呈下降趋势,其中克州的综合WF_(pro)多年均值最高,为2.43 m~3/kg,喀什综合WF_(pro)最低,为1.42 m~3/kg。研究区农业生产依赖蓝水资源,蓝水比例为88.3%左右,蓝水资源压力较大,2004年后均表现为"严重短缺",多年平均蓝水资源压力指数(β_(crop-blue))为0.59;阿克苏和喀什两个地区的多年平均水资源压力指数(β_(crop))分别为0.89和0.76,是塔里木盆地水资源压力最大的两个地区,用水矛盾最为突出。因此,未来应通过适当降低红枣、棉花等高耗水经济作物的种植面积等方式优化作物种植结构,均衡调整地区间蓝水资源分配,以减轻研究区的农业生产用水压力。     

中国主要粮食作物的生产水足迹量化及评价

明确作物消耗单位水量所提供的营养物质差异对于引导节水型膳食结构和农业种植规划具有重要意义,水足迹为进行上述分析提供了有效的指标。本文基于水足迹理论,在量化中国大陆主要粮食作物重量、能量和蛋白质水足迹的基础上,评价了各作物间及区域间三种水足迹的差异性,探讨了粮食作物消费结构调整对生产端水资源消耗产生的影响。结果显示:各作物生产水足迹差异显著并且具有明显的区域分布特征,东北地区、黄淮海地区作物重量水足迹均较低,表明上述地区的水分利用效率较高;5种粮食作物中,玉米和小麦具有较低的能量水足迹,而大豆具有较低的蛋白质水足迹,表明在耗水量相同的情况下,玉米和小麦较其他作物能提供更多的能量,大豆能提供更多的蛋白质;不同粮食作物消费结构下的农业用水差异显著,通过调整作物消费结构,可以达到显著的节水效果。本研究结果可为解决未来粮食生产水危机提供一个潜在途径。     

基于IPAT模型的河北省灰水足迹分析及预测

河北作为京津冀发展圈的重要组成部分,水质水量问题突出,因此迫切需要对其水量和水质进行研究。基于农业和工业生活两部分,选取N肥、P肥、COD为关键污染物,以水环境最大允许容量为依据,计算了河北省2004—2015年的灰水足迹,并以此为基础,对2030年单位产值造成的灰水足迹进行了预测。结果表明:(1)12年间河北省灰水足迹呈现先上升再下降的趋势,农业灰水足迹以N肥为最关键污染物,随着化肥总量和平均施肥水平的增加不断增长,年均增长率0.87%;(2)工业生活灰水足迹总体呈现增长趋势,阶段内呈现下降趋势。以2011年为界,河北省灰水足迹从由农业灰水足迹决定转变为由工业生活灰水足迹决定,且工业生活灰水足迹和第三产业产值的相关性较强;(3)通过IPAT模型分析发现,农业灰水足迹除2004,2013,2015年外,其他各年份可持续性均较差,2004—2010年工业生活灰水足迹的可持续性好于2011—2015年。未来若按照现有水平继续发展,到2030年河北省单位农业产值造成的灰水足迹将下降为0.05 m~3/元,单位工业生活产值造成的灰水足迹将下降为0.006 m~3/元。