Sci.Total. Environ丨半干旱地区农作物水足迹时空供需特征及经济效益

论文内容

研究背景：

水资源短缺已经严重威胁社会生态系统的健康，且由于快速城市化、全球人口扩张和饮食模式的变化，在可预见的几十年内，随着水需求的增加，这种情况将进一步加剧。因此，全球水安全问题已成为21世纪人类面临的最严重的系统性风险之一，由于农业灌溉占全球淡水用量的 70% 以上，而 90% 以上的水足迹消耗来自农产品，农业部门节水因而越来越受到全球关注。但与此同时，粮食安全也面临着巨大挑战，特别是在人口规模较大的发展中国家，水安全和粮食安全被联合国同时列为2030年可持续发展目标。因此，如何平衡和协调水资源安全与粮食生产之间的矛盾，引起了政策制定者和学者的高度关注。

为了量化通过国际贸易嵌入在产品和服务中的无形水和无形水的流量，虚拟水的概念由Allen（1993）首先提出。随后Hoekstra（2003）参考生态学的概念将水足迹引入用水评估中，水足迹为揭示物理水与虚拟水之间的关系提供了一种创新且有效的方法，特别是在农业生产领域，因为它对淡水负有主要责任。一般来说，水足迹包括三部分：蓝水足迹（BWF）、绿水足迹（GWF）和灰水足迹。

尽管有大量研究广泛关注各种作物的水足迹，但仍发现了三个缺点。首先，蓝水足迹受到广泛关注，并引入了许多指标，但尽管绿水是全球农业生产的主要贡献者，但很少有指标用于分析绿水足迹。其次，大多数研究没有考虑或提及农作物是否得到充分灌溉，这可能导致计算的水足迹高于实际水足迹，特别是在干旱地区。第二，一些研究已经考虑到这一点，使用实际灌溉水作为蓝水足迹，但是进一步将其作为蓝水足迹要求（BWFr）来衡量蓝水稀缺程度是不合理的。可见，由于水资源短缺和基础设施不完善，实际灌溉用水量并不能代表作物生长的需水量。第三，迄今为止衡量作物水足迹最常用的指标之一是单位产量虚拟水含量（VWY），它用于从粮食生产的角度刻画水生产率。除了粮食产量外，经济效益在政府和农民关于作物结构的决策中也发挥着非常关键的作用。因此，有必要计算单位产值虚拟水含量（VWV），它可以从经济效益的角度反映水生产率。

研究内容：

本研究目的旨在：（1）借助CROPWAT 8.0模型，估算了中国北方极度缺水地区张家口市2005年、2010年和2015年主要农作物的水足迹需求量，并确定其空间分布特征和动态变化趋势。（2）利用绿水足迹占用率（GWFor）、蓝水足迹赤字（BWFd）、单位产值虚拟水消耗量（VWV）三个新指标，分析绿水、蓝水和灰水足迹经济效益。（3）丰富农作物水足迹指标，从水足迹角度为张家口市农业节水提供替代途径。

研究结论：

本研究结论: (1)研究结果与以往的研究结果一致，即绿水对农作物生产的重要性。张家口市水足迹总量需求由2005年的16.71亿立方米增加到2015年的18.52亿立方米，其中绿水与蓝水的比例在2左右，绿水的作用大于蓝水。此外，坝上山区县域水足迹总量需求低于坝下地区县域，且差距进一步扩大。（2）张家口市主要主粮谷物的水足迹需求量最大，占52%~55%，而马铃薯的水足迹需求量增长最快，增长了47%。近年来大规模种植。蓝水比例最高的作物是蔬菜，但逐渐从55%下降到40%，而绿水比例最高的作物是水果，占比83%~85%。 （3）通过引入绿水足迹占用率，发现高海拔坝上地区和低海拔坝下地区在绿水利用方面存在显着差异。坝上地区县域绿水足迹占用率为43%~49%，平均为44%；坝下地区县域为51%~59%，平均为54%。全年绿水利用率最高的是5月至8月，为58%~83%。蓝水足迹赤字由2005年的5.44亿立方米下降到2010年的4.80亿立方米，2015年又增加到6.12亿立方米。总体来看，坝上地区低于坝下地区。 （4）2005年至2015年，单位产量虚拟水含量从0.331m3/kg不断下降到0.195m3/kg，单位产值虚拟水消耗从3380 m3/104Yuan下降到2183 m3/104 Yuan随后升至m3/104 Yuan。换句话说，水足迹粮食生产率和水足迹经济效益的变化趋势并不总是相同。张家口市农作物之间的关系可分为作物间相互匹配、作物间不匹配、县域间不匹配三种类型。从水足迹的角度制定政策时，必须同时考虑它们。

期刊信息

期刊：Science of the Total Environment

影响因子（2022）：9.8

中科院分区：环境科学与生态学一区

转自：“农科学术圈”微信公众号

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