基于作物生产水足迹的农业灌溉水价研究

在新时期背景下,农业生产面临的形势产生了显著变化,灌溉水价控制是面临的重要课题之一,直接关系到农业节水目标达成以及农民切身利益。基于此,研究结合试点区实际情况,基于作物生产水足迹理论对农业灌溉水量进行计算,为落实农业可持续发展目标提供有力保障。

基于Cobb-Douglas生产函数的新疆各地区典型作物生产水足迹驱动因素研究

水资源紧缺是限制我国西北干旱区农业发展的主要瓶颈,正确评估地区农业用水效率及其影响机制,可为提高农业用水效率提供理论依据。以新疆为研究区,基于1988-2015年的长系列数据,分别计算出历年北疆、南疆、东疆典型作物(小麦、棉花)生产水足迹,并采用Cobb-Douglas生产函数定量分析气象因素(年降雨量、年日照时数、年均温度、年均风速、年均湿度)和技术因素(农机总动力、有效灌溉率、化肥施用折纯量)对作物生产水足迹的影响贡献率。结果表明:1988年至2015年,东疆小麦、棉花生产水足迹显著高于北疆和南疆,在气候变化和技术进步的综合影响下,各地区典型作物生产水足迹逐年降低,其中技术进步对新疆典型作物单产水足迹影响显著高于气候因素,是驱动新疆各地区典型作物生产水足迹变化的主要控制因素。地区尺度上,北疆、南疆、东疆气候变化和农业技术发展均呈现显著的地区差异,总体来看,北疆气候条件最适宜作物生长,东疆气候最为恶劣,北疆、南疆农业技术发展速率整体上高于东疆。

基于作物生产水足迹的农业灌溉水价研究

水价与农业节水和农民利益紧密联系,合理的农业水价能够减少水资源量使用、提高用水效率,达到节水目的。以博爱县为研究区,利用水足迹理论,计算P=75%水文年作物生产水足迹,在避免浪费和浇灌不彻底条件下,核算作物灌溉用水量。计算结果显示,小麦的产品水足迹是0.632 m3/kg,玉米的产品水足迹是0.622 m3/kg,将蓝水足迹折算为基础水价,得到基础水价为0.23元/m3;为便于水费收取和管理,将其折算为抽水电费,得到终端水价,即基础电费1.33元/k Wh。同时可结合用户节水情况,实施阶梯水价。该研究为农业水资源管理和水价综合改革提供参考。

1989—2019年陕西省作物生产水足迹时空演变与节水潜力评价

【目的】陕西省是中国重要的粮油果基地,却大部分地处半干旱区,有限的水资源是制约当地经济社会可持续发展的最大刚性约束。作物生产耗水及节水潜力定量评价是农业适水发展与绿色高效节水的基础性工作。【方法】本文基于1989—2019年陕西省地级市尺度10种主要作物在灌溉、雨养条件下作物生产蓝水足迹(灌溉水消耗)、绿水足迹(有效降水消耗)和灰水足迹(稀释污染负荷所需水量)时空演变特征,推演典型年作物生产工程节水潜力和真实节水潜力。【结果】结果显示:(1)近30年陕西省各作物生产消耗型水足迹均呈整体下降趋势,同一作物生产水足迹在市际间存在较大差异。省平均苹果生产消耗型水足迹下降幅度达91.3%;各市间小麦生产消耗型水足迹差异值可达3.41 m^(3)/kg,同时,苹果和油菜籽生产灰水足迹呈上升趋势。(2)省作物生产消耗型总水足迹在2019年达160.55亿m^(3)/a,较1989年微降1.8%;玉米、小麦和苹果贡献了省作物生产消耗型总水足迹的80%以上。(3)陕西省作物生产工程节水潜力、蓝水真实节水潜力和绿水真实节水潜力分别可达62%、68%和49%。【结论】陕西省农业节水潜力较大,初步有两方面建议:(1)技术与管理措施结合,加快农业节水增效;(2)加快推进科学精准施肥,减少环境压力。

水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局——以山西省和顺县为例

从水足迹视角出发,运用CROPWAT及标准差椭圆模型分析2010—2019年山西省和顺县乡镇域主要农作物生产水足迹和耕地面积的时空变化,运用基尼系数及空间失配指数深入研究2010年、2014年、2019年乡镇域农业水土资源时空匹配格局,并明确调控方向。结果表明,研究期间,和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势;绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大,占比均超过62.0%;和顺县西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强;和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地之间的空间失配均逐渐加剧,中部和东部地区农业水土资源分别为中度失配和重度失配,是和顺县未来农业水土资源调控的重点地区;可以将县域10个乡镇分别划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区。总的来说,受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响,和顺县农业水土资源匹配协调水平处于失衡状态,但在调控区划分的基础上,有针对性地进行人工调控,仍可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。

基于农业水足迹的水资源安全时空变化分析——以新疆和田地区为例

和田地区是典型的内陆干旱区,研究区域水资源安全对指导水资源开发利用,促进社会经济与水资源可持续发展具有重要意义。本文基于水足迹理论,研究和田地区1989—2018年农作物生产和动物产品生产的农业生产水足迹的组成及时空变化,通过水足迹强度和水资源压力指标从水资源消耗和污染两个角度分析和评价水资源安全状态的时空变化。结果表明:和田地区农业生产水足迹经历了快速增长、缓慢增长和明显下降3个阶段,以农作物生产水足迹与动物产品生产水足迹约8:2的比例组成。各阶段变化以农作物生产蓝水足迹的增减为主导,在空间上呈西高东低分布;水足迹强度呈对数的趋势减小,至2018年缩小为原来的1/19。和田地区水资源压力值均在1以下变化,水资源多年来均处于安全状态,近10 a的水资源压力程度较高。多年来,和田地区农业生产水足迹随时间变化波动增长,水资源利用效率显著提升,而水资源压力也同步增加,不断威胁着区域的水资源安全。

基于虚拟水视角的四川省农业水资源压力时空演化

【目的】探明四川省作物虚拟水流动对农业水资源压力产生的间接影响及其时空演化格局。【方法】以四川省内种植的16种作物为研究对象,基于AquaCrop模型模拟2000—2018年四川省各市(州)作物生产水足迹,基于每年作物产品供需平衡和最优运输成本法量化省际间作物贸易格局,分析各市(州)主要作物虚拟水流动平衡格局,解析作物虚拟水流动对四川省农业水资源压力的影响。【结果】2000—2018年,四川省多年平均作物生产水足迹为284亿m^(3)/a,各市(州)作物生产总水足迹呈波动上升趋势,其中乐山市作物生产总水足迹变化幅度最大。四川省为作物虚拟水净输入地区,虚拟水净输入量整体呈上升趋势,西部作物虚拟水净输入量高于东部。作物虚拟水流动缓解了各市(州)农业水资源压力,因虚拟水输出导致水资源压力小幅度增加的地区由2000年的4个市(德阳市、资阳市、遂宁市和绵阳市)减少至2018年的1个市(资阳市)。【结论】根据各市(州)水资源分布现状与作物耗水规律进行种植结构调整、田间管理优化和虚拟水贸易调控,综合考虑实体水配置和虚拟水贸易可有效缓解四川省农业水资源压力。