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。     

宁夏固原市主要农作物生产水足迹分析

水足迹理论为解决水资源短缺问题提供了新的研究方向。基于水足迹理论,借助CROPWAT8. 0软件,利用《宁夏统计年鉴》和《宁夏水资源公报》等资料,计算分析了宁夏固原市2009-2017年主要作物的蓝水、绿水和灰水足迹。结果表明:蓝水足迹占比最高,绿水足迹次之,灰水足迹最少。表明固原市农作物生产用水以蓝水为主,绿水为辅,灰水足迹虽然占比较少但逐年递增。建议当地根据水资源具体情况,调整作物种植模式,提高绿水利用率,减少氮肥使用率,使有限的水资源获得更大的效益,从而满足粮食安全和水生态安全的需求。     

基于水足迹的宁夏平原农作物生产用水分析

引入水足迹的概念和计算方法,对宁夏平原农作物生产用水状况进行分析,结合农业发展规划,对种植结构调整后的农业用水量和用水效率进行了分析.结果表明:2004年宁夏平原农作物生产用水总量为26.28亿m3,被作物有效吸收利用的引黄灌溉水量为22.37亿m3,占农作物生产用水总量的85.14%;由降水形成的土壤"绿水"利用效率为14.86%,"绿水"利用量远小于灌溉"蓝水"利用量;种植结构调整可减少区域农作物生产用水总量,使"蓝水"利用效率提高、"绿水"利用效率下降,还可促进区域粮食水分生产率的提高.     

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。     

基于STIRPAT扩展模型平塘县农业水足迹变化及驱动机制研究

平塘县水资源短缺问题突出,农业生产使得水资源匮乏日益加剧,因此,该地区急需明晰农业水资源利用关键影响因素,以达到构建低水耗高效农业生产模式,提高水资源利用效率目标。利用水足迹核算模型,定量测算2001-2015年平塘县农业用水状况,在经典IPAT环境压力等式基础上,从人口、经济、技术、城镇化、膳食结构、气候6个方面,构建水足迹STIRPAT扩展模型,剖析平塘县农业水足迹变化主要驱动因素。结果显示:平塘县农业水足迹从2001年6. 02×108m3增加到2015年8. 60×108m3,增加了42. 86%,绿水、蓝水的增加主要由于农业产业结构调整、种植技术改进、作物新品种推广等,灰水水足迹快速增长主要由于化肥大量使用;平塘县农业水足迹驱动因子贡献率由大到小排序为:膳食结构降水量人口经济技术城镇化,上述驱动因子每变化1%,分别导致农业水足迹总量变化-0. 1071%、0. 09393%、0. 0684%、0. 0585%、0. 0581%、0. 0453%。平塘县属于典型喀斯特峰丛洼地区,由于特殊"二元"结构特征,地表调蓄功能极弱,农药化肥大量使用,导致灰水对农业用水增长率的贡献率较大,而经济欠发达,生活水平低,以植物性食物为主的膳食结构,在一定程度节省农业用水。     

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迹在384～4 611 m³/hm²之间,生产水足迹在4 122～6 453 m³/hm²之间,蓝水足迹经济效益在1.15～19.29元/m³之间,生产水足迹经济效益在0.38～2.02元/m³之间;不同水文年型下作物的生产水足迹经济效益并没有显著的差别,但是蓝水足迹经济效益的差别较大,尤其是玉米和大豆作物;整体而言,研究区西部山区的水足迹经济效益低于东部平原地区;模型评估的水足迹经济效益与农户在实际生产过程中的数值有一定的差距,造成此现象的主要原因是水足迹的差异。     

海河流域农业水足迹分布及对气候变化的响应

基于CROPWAT软件核算海河流域1990—2014年冬小麦、夏玉米生产水足迹,采用偏最小二乘法拟合冬小麦、夏玉米单位面积产量,在此基础上预测2020—2050年气候变化背景下冬小麦、夏玉米生产水足迹及各气象因子对水足迹的贡献。结果表明:夏玉米单位质量蓝水足迹、绿水足迹分别占其单位质量总水足迹的36.2%、63.8%,冬小麦单位质量蓝水足迹、绿水足迹分别占其单位质量总水足迹的76.5%、23.5%。流域西部及东部地区冬小麦、夏玉米单位质量蓝水足迹、绿水足迹较大;年水足迹呈现流域四周小、中部大的特征。2020—2050年RCP4.5情景下夏玉米单位质量水足迹在2037年左右经历由大到小的突变,RCP8.5情景下表现为由小到大的突变;冬小麦单位质量水足迹RCP2.6情景下在2042年左右经历由大到小的突变,RCP4.5情景下在2036年左右经历由小到大的突变,RCP8.5情景未存在显著性突变。     

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。     

基于SWAT模型的东江流域蓝水、绿水时空分布特征研究

基于SWAT(soil and water assessment tool)模型,对东江流域天然状态下的降雨径流过程进行模拟,进而评估流域蓝水、绿水的时空分布特征。结果表明:东江流域蓝水、绿水资源量都非常丰富,多年平均蓝水资源量274.67×108m3,绿水资源量178.72×108m3(主要以绿水流为主),蓝水资源是绿水资源的1.54倍。东江流域以蓝水为主的水资源构成体系主要是由流域湿热多雨的气候条件决定的。从时间变化来看,近年来东江流域蓝水资源、绿水资源、绿水流、绿水储皆无显著增加或降低趋势。从空间分布上来看,蓝水资源格局主要受降雨格局控制,而绿水资源不但受气候条件影响,还受流域下垫面的自然属性以及人类活动干扰,如土地利用方式、土壤类型等,分布格局较为复杂。     

基于农作物水足迹的济南市农业用水评价

水足迹是评价一个地区水资源利用模式以及消费模式的新方法。基于水足迹理论,计算了1997-2013年济南市农作物用水量、进出口虚拟水量、水足迹值,分析了济南市农业水资源状况与农业水资源安全状况。结果表明:济南市水足迹组成中绿水、蓝水、灰水足迹均呈现逐年增加趋势;农产品水足迹中小麦、玉米、蔬菜3类作物对济南市农业具有支撑作用;农业水安全方面,济南市多年平均水资源匮乏度为536%,水资源压力指数高达789%,农业人均水足迹为717.9 m~3。总而言之,济南市农业水资源压力巨大,水资源匮乏严重,需要提高当地水资源的可调蓄性,优化种植结构与虚拟水进口种类,强化节水工作。     

黄河流域粮食生产水足迹及虚拟水流动影响评价EI北大核心CSCD

为分析黄河流域粮食生产用水的可持续性,引入水足迹和虚拟水相关理论方法,对研究区主要粮食生产水足迹及粮食贸易伴生的虚拟水流动格局进行了量化解析,并对未来粮食生产水足迹进行了预估。结果表明:2011—2016年,全流域粮食生产总水足迹和单位水足迹分别由460亿m^(3)和1.20 m^(3)/kg降为402 m^(3)和0.93 m^(3)/kg,均呈下降趋势;从粮食贸易伴生的虚拟水流动特点来看,流域全口径粮食虚拟水从2011年的110.7亿m^(3)减小到2016年的50.3亿m^(3),呈输入态势;除稻谷之外的粮食虚拟水由82.6亿m^(3)增加到193.4亿m^(3),呈输出态势;在流域不同气候情景下,2035年粮食生产总水足迹为481.9亿~518.7亿m^(3),其中绿水足迹增幅达20%,而蓝水足迹增长不显著;未来流域内粮食输出量的增加会进一步加剧本地农业生产的用水矛盾,但粮食灌溉总用水量的增速可能放缓。     

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。     

Temporal Variability of Water Footprint for Maize Production: The Case of Beijing from 1978 to 2008

The water footprint (WF) of crop production is a comprehensive indicator that can reflect water consumption types, quantities and environmental impacts during the crop growth period. This study assesses interannual variability of green, blue and grey WFs of maize production in Beijing from 1978 to 2008. Results indicate that: (1) The multi-year average WF of maize was 1,031 m³ ton^?1 which was 56 % green, 25 % blue, and 19 % grey; (2) the climate experienced a warm-dry period in Beijing during the period from 1978 to 2008, and this lead to the increase of crop water requirement and irrigation water requirement for maize with trends of 0.52 mm a^?1 and 2.86 mm a^?1, respectively; (3) under the combined effects of climate change and agricultural inputs, the total WF and green WF presented decreasing trends. The blue and grey WFs had clear increasing trends; (4) statistical analysis revealed that interannual variability of green and blue WFs were caused by both climatic factors (effective precipitation) and non-climatic (agricultural inputs) factors. The grey WF was mainly associated with non-climatic factors, such as chemical fertilizers consumption.     

基于蓝绿水核算的稻田水资源利用效用评价

为了科学区分和评价稻田蓝、绿水资源利用效用,开展了每日蓝、绿水交互迁移过程的试验观测,基于作物全生育期蓝、绿水资源迁移机制,建立了蓝、绿水分解方法和用水效率评价指标体系,揭示了不同降水条件下的稻田蓝、绿水利用表现。结果显示：试验期2015-2018年稻田水资源收入为1 322.9 mm(蓝水占30.7%),其中572.3、246.0和375.2 mm分别以蒸散发、地表排水和田间渗漏的形式流出。全生育期绿水利用效率(GE)、蓝水利用效率(BE)分别为0.425、0.490,干旱年的利用效率明显高于湿润年。净蓝水生产率(BP)和绿水生产率(GP)分别为4.334与2.301 kg/m³,后者受降水影响不大。相较于本文的结果,不考虑蓝、绿水迁移过程的传统方法得到的BE、GP分别高46.2%和29.7%。忽略蓝、绿水交互迁移过程会高估稻田的灌溉效率,同时也会低估降水在作物生长中的贡献。本研究的方法为作物生产水足迹和农田蓝、绿水资源效用评价提供了新路径。     

Water conservation through trade: the case of Kenya

This study quantifies and maps the water footprint of Kenya from both production and consumption perspectives and estimates the country’s virtual water export and import. Kenya’s virtual water export related to trade in agricultural products was 4.1 km³/y; its virtual water import was 4.0 km³/y. The average export earning per unit of water consumed or polluted in producing agricultural export products was USD 0.25/m³, while the average expenditure on imported commodities per unit of virtual water imported was USD 0.10/m³. In addition to increasing water productivity in crop production, Kenya can mitigate its water scarcity by increasing imports of water-intensive products such as cereals and exports of high-value products such as cut flowers, vegetables, spices and tea.     

淮河流域主要农作物水足迹时空演变及影响因素分析

探讨淮河流域主要农作物水足迹,可以为地区农业用水结构及改善水资源短缺问题提供理论依据。以淮河流域5个省份主要农作物为研究对象,计算分析了2000-2017年小麦、稻谷、玉米、大豆、油料的蓝、绿、灰水足迹时空变化特征,并采用通径分析方法探究影响农作物生产水足迹的因素。结果表明：大豆的水足迹最大,水足迹大小与作物单位面积产量呈负相关;年际变化方面,小麦、稻谷、玉米、油料总水足迹整体呈减小趋势,大豆总水足迹表现出波动增加的趋势;空间分布方面,安徽、河南省的总水足迹居于前位,且水足迹的空间分布存在一定的聚集性,总体上中间高四周低;此外,对淮河流域农作物水足迹影响最大的因素是氮肥施用量、平均气温和年降雨量。     

Water Footprint of Grain Product in Irrigated Farmland of China

China faces the dual challenge of grain production pressure and water scarcity. It is significant to reduce water footprint of grain product (WFGP, m³/t) in irrigated farmland. The focus of grain production and agricultural water use, and the precondition is to determine the WFGP and its composition. This paper estimates the WFGP in irrigated farmland of 31 provinces (including municipalities, autonomous regions) a by collecting actual data of 443 typical irrigation districts in 1998, 2005 and 2010, and analyses its temporal and spatial variation in irrigated farmland of China. The result shows that the WFGP in each province decreases with time except in Jiangxi and Hunan, and the average value of all provinces reduced from 1494 m³/t in 1998 to 1243 m³/t in 2010. The WFGP decreases faster in more developed municipal cities and major grain production provinces. The annual average WFGP in irrigated farmland is 1339 m³/t and the blue and green water account for 63.5 % and 36.5 % of the total, respectively. The WFGP and its composition are significantly different between provinces. Generally, provinces distributed inside and beyond Huang-Huai-Hai Plain, have a higher water productivity, lower WFGP and blue water footprint of grain product, while most provinces located in northwest, northeast, southeast and south China have a higher WFGP and lower proportion of green water in the WFGP as a whole. Portion of the blue water footprint (BWFGP) is not consumed for crop evapotranspiration (BWFGP _ET ) but conveyance loss (BWFGP _cl ). The national averaged BWFGP _cl decreases with time and but still remains up to 466 m³/t in 2010, making up 34.8 % of the WFGP. In order to safeguard grain security and ease the water resource pressure, the Chinese government should increase investment and apply advanced technology for developing water-saving agriculture, improve the efficiency of water use and further reduce the WFGP. Considering also the contribution of grain output and the relatively high WFGP, the government should give priority to developing water-saving agriculture in the Northeast of China.