Water Footprint of Soybean, Maize and Wheat in Pergamino, Argentina

Nowadays more than 70% of the fresh water available worldwide is used for agriculture. In Argentina, extensive crops are not usually irrigated, so the cropping production depends mostly on rainfall water. In order to know how many liters of water are needed to produce a ton of soybeans, wheat and maize in the Pergamino district, Province of Buenos Aires, its Water Footprint was estimated by the Hoekstra method. Evaporation and rainfall data was obtained from SIGA INTA platform and production data was obtained from the Ministry of Agriculture. The results indicated that the average annual total water footprint values for soybean, corn and wheat crops for the period 2013-2018 in the Pergamino district, province of Buenos Aires, are 1,388 l∙kg−1, 693 l∙kg−1 and 1,249 l∙kg−1 respectively. These were lower than the global average reference values. The obtained results allowed future analysis advancing in the knowledge of the use of water productivity in grain production.

基于BP-DEMATEL的山西省冬小麦水足迹影响因素识别

针对山西省冬小麦水足迹历史演变及关键影响因素识别问题,分析了1993—2021年山西省冬小麦水足迹历史演变规律,利用BP神经网络-决策实验室(BP-DEMATEL)模型对冬小麦水足迹演变的关键影响因素进行识别,将其分为驱动型因素及特征型因素,并揭示了影响因素之间的作用机制。结果表明:1993—2021年山西省冬小麦水足迹及单位水足迹均呈下降趋势;2021年山西省冬小麦总水足迹为27亿m^(3)(蓝水占比57%),单位水足迹为1 122 m^(3)/t,与前期高点相比分别下降38%(较1994年)和21%(较1993年);气温、相对湿度和灌溉面积为冬小麦水足迹演变的关键驱动型因素,化肥施用量和农业机械总动力为关键特征型因素。

近30年黄淮海农作区冬小麦水足迹分布变化

为量化冬小麦生产对水资源的消耗,基于水足迹理论和方法,在县域尺度上,科学分析了1985—2015年黄淮海农作区冬小麦生产水足迹的时空分布和变化特征,并对水足迹冷热点分布趋势进行了探讨。结果表明,黄淮海农作区冬小麦水足迹总量为1168.54×108 m3,在空间上呈现南部区域高、北部区域低的特点。冬小麦蓝水足迹呈现北高南低的空间格局,而绿水和灰水足迹则表现为南高北低。1985—2015年,黄淮海农作区冬小麦水足迹增加了54.8%,其中蓝水足迹和绿水足迹变化较小,而灰水足迹的占比增加了29.1%;空间分布上蓝、绿、灰水足迹均呈现北部降低、南部升高的变化趋势。冬小麦水足迹总量的重心呈现向西南方向迁移的趋势,但整体变化幅度较小。近30年冬小麦水足迹在全局和局部均呈现空间集聚趋势,热点区域在2.5亚区扩大,冷点区域在2.2亚区扩大。以上研究结果为黄淮海农作区冬小麦布局优化和农业水资源高效利用与管理提供了科学依据。

基于水、碳足迹的绿洲小麦生产环境影响特征及其脱钩关系——以新疆叶尔羌河流域莎车灌区为例

农业是水资源消耗和温室气体排放的重要贡献部门,农作物的不合理种植会对生态环境造成影响,并威胁粮食安全。以新疆叶尔羌河流域莎车灌区为研究区,考察了1990~2020年典型粮食作物小麦的生产情况;基于水、碳足迹理论,综合评价了小麦生产过程中的水资源消耗和温室气体排放特征,并对二者的主要影响因素进行了相关性分析;同时,通过构建弹性脱钩模型,探讨了小麦生产与环境影响变化之间的动态关系,揭示了小麦生产中存在的环境问题。结果表明:1990~2020年,莎车灌区小麦生产中水、碳足迹均整体表现为波动上升状态,在2008年前后转入显著上升态势(P<0.05);蓝水足迹在水足迹中的多年平均占比最大(65%),农资投入造成的碳足迹和农田NO 2排放引起的碳足迹多年平均占比相当,但前者占比逐年增大;政策和粮食需求驱动下的农业生产投入是影响小麦生产水、碳足迹变化的主要因素,其中水、碳足迹增长与氮肥施用增多、种植面积扩大显著相关;灌溉用电量虽然有控制水足迹增长的作用,但导致碳足迹增长;小麦产量与水、碳足迹的脱钩结果说明小麦生产存在造成高资源消耗和高环境成本的风险,绿色发展面临挑战。因此,为了实现区域小麦生产的可持续发展,应提高资源利用效率以及优化生产管理方式,以缓解小麦生产造成的环境胁迫。

宝鸡峡灌区小麦水足迹时空变化特征与归因分析

基于水足迹理论,计算了实际耗水和施肥情况下宝鸡峡灌区小麦水足迹的各项指标,分析了小麦水足迹各指标的时空变化特征,利用对数平均迪氏指数分解法推导了总水足迹变化量分解公式,细致定量了气候变化和人类活动因子对总水足迹变化的贡献。结果表明:灌区小麦总水足迹1994—2010年均值为6.73亿m^3,Mann-Kendall检验呈显著下降趋势,年均变幅为-0.17亿m^3/a,水足迹结构由蓝水主导演变为灰水主导。单位产量的小麦生产水足迹、生产绿水、蓝水和灰水足迹多年平均值分别为1.04、0.36、0.32、0.37 m3/kg。生产水足迹、生产绿水和蓝水足迹在灌区内从西向东呈递增趋势,生产灰水足迹以兴平为中心向两侧递增。归因分析表明,影响灌区小麦总水足迹变化的主导因子为人类活动,其贡献率和为-113.57%,而气候变化因子的贡献率仅为13.57%。人类活动因子中,贡献率从大到小依次为灌溉定额(-56.58%)、总种植面积(-55.78%)、小麦种植比例(-43.76%)、单位面积施氮量(39.96%)、灌溉水有效利用系数(2.59%)。

河南省冬小麦生产水足迹时空特征分析

为了清晰地描述冬小麦生产中耗水特征,基于水足迹理论和量化方法,分析了河南省小麦生产水足迹特征,并对造成水足迹区域差异的因素进行归因分析。结果表明:小麦生产水足迹的空间分布差异显著,其中豫西、豫中、豫南和豫北的小麦水足迹较高,而豫东地区的生产水足迹较低。豫南绿水足迹比例最高为34.5%,豫北绿水足迹最低为13.6%,绿水足迹所占比例呈现出从南向北递减的空间分布格局。归因分析结果显示,化肥、农机动力、降水量和平均气温是影响小麦水足迹空间差异的主要因素,且农业生产因子对水足迹的影响大于气象因子的。因此,提高农业生产效率和农业水资源利用效率,对河南省水资源的合理配置和高效利用有重要意义。

小麦生产水足迹区域差异及归因分析

用水效率评价是节水农业研究的重点领域之一。作物生产水足迹作为评价作物生产过程中水资源消耗类型、数量以及用水效率的综合指标,为农业水资源管理评价提供了全新的思路。该文基于水足迹理论和量化方法,分析了中国大陆小麦生产水足迹空间分布情况和特征,并对造成水足迹区域差异的因素进行归因分析。结果表明:小麦水足迹的空间分布差异显著,其中西北、西南局部以及华南等地的小麦水足迹较高,而黄淮海、东北东部等地的水足迹较低。新疆绿水足迹比例为11.87%,部分南方省份大于80%,绿水足迹所占比例呈现出从东南沿海向西北内陆递减的空间分布格局。归因分析结果显示除小麦品种差异外,区域农业生产水平和气候条件的差异也是造成小麦水足迹空间差异的主要原因,其中化肥、农业机械投入是影响小麦水足迹的主要农业生产因子,而太阳辐射和降水量是影响小麦水足迹的主要气候因子,该研究结果可为国家制定农业水资源管理策略提供参考。

山东省冬小麦夏玉米作物生产水足迹研究

在生产水足迹理论指导下,使用粮食生产虚拟水的算法,基于联合国粮农组织推荐的CROPWAT软件的计算构架,对山东省主要农作物冬小麦、夏玉米2011年的生产虚拟水及其水足迹进行了计算。结果表明,山东省冬小麦的生产水足迹以绿水足迹为主,且数值高于夏玉米生产水足迹,夏玉米绿、蓝水生产水足迹比例均衡;山东省冬小麦、夏玉米作物蓝、绿水足迹低于华北平原地区但高于吉林省同类作物;因而山东省具备提高水资源利用效率的空间;施用农药化肥产生的灰水足迹在总水足迹的比重中较为适中,但因冬小麦、夏玉米种植面积较大,仍需做好面源污染的控制,才能在实现粮食增产的同时达到环保目标。

华北平原冬小麦-夏玉米生产灰水足迹及其县域尺度变化特征

华北平原是种植冬小麦和夏玉米的主要区域,农民为达高产而过量使用化肥对该区造成了严重的面源污染。"有河皆干,有水皆污"已经成为华北平原水资源与水环境现状的概语。灰水足迹理论与方法的提出为定量评价农业生产对水环境的影响提供了一条新的思路。因此,基于精细的县域尺度农业基础数据,运用灰水足迹评价方法,分析了华北平原1986—2010年的冬小麦-夏玉米灰水足迹及其时空变异特征。结果表明:华北平原冬小麦和夏玉米产品灰水足迹分别为0.55—2.97m3/kg和0.50—2.02m3/kg,均为美国、德国等地区的2—10倍;河北衡水、保定等地区灰水足迹较低,渤海湾等地区灰水足迹较高;冬小麦和夏玉米25a总灰水体积为2.67×1010—5.84×1010m3,平均值为3.90×1010m3,总体表现为随时间变化呈波动上升趋势。建议在华北平原要注意严格控制施肥量、提高肥效,积极推广测土配方施肥、缓释肥等养分资源管理技术,积极发展利用沼液、有机肥等化肥替代技术;要控制肥料地表流失和地下淋失,大力发展冬小麦-夏玉米轮作条件下的机械化喷灌、滴灌、微喷带等灌溉系统条件下的水肥一体化技术,全面实施秸秆、地膜等覆盖技术减少农田土壤流失以及深松等耕作技术实现土壤水库的增容扩蓄。

气候变化背景下武川主要作物生产水足迹变化分析

生产水足迹(WFP)是指生产单位产品所消耗的水资源,一般用单位质量农产品所需要的水的体积来表示作物生产水足迹。气候变化对生产水足迹的影响是农业生产者关心的重要科学问题。本文以内蒙古自治区武川县主要作物马铃薯、春小麦为例,基于1983-2010年气象数据及生育期资料,修正作物系数,应用CROPWAT模型,计算作物生产水足迹,分析气候变化对作物生产水足迹的影响。结果表明:(1)近28a来,武川县气候呈干暖化变化趋势,马铃薯和春小麦生产水足迹呈显著下降趋势(P<0.05);(2)气候变化对作物生产水足迹影响显著,生育期平均相对湿度、平均气温和平均日较差对马铃薯生产水足迹影响较大,生育期平均风速和平均日较差对春小麦生产水足迹影响较大;(3)1983-2010年马铃薯平均生产水足迹为1.37m3·kg-1,春小麦平均生产水足迹为2.51m3·kg-1,说明在当地生产单位质量的干物质,春小麦比马铃薯消耗更多水分。在该地区适当增加马铃薯播种面积,对提高水资源利用效率,促进地区农业发展具有重要作用。

黄河流域小麦生产水足迹量化与评价

为准确评价区域不同时空尺度作物生产耗水量及耗水效率的动态变化及其分布规律,以黄河流域典型年为例,基于作物水分生产力模型AquaCrop,考虑不同供水和灌溉方式,在5′空间尺度对流域内小麦生产水足迹进行了量化与评价。结果表明:流域小麦水足迹总量和单位生产水足迹年均值分别为2.19×1010m^3和1.22m^3/kg,蓝水足迹占65%,单位生产水足迹呈现上游向下游递减的趋势。传统地面灌农田小麦生产蓝、绿水足迹量分别为流域总量的92%和50%。流域灌溉条件下小麦生产水足迹(1.40m^3/kg)高于雨养条件(1.12m^3/kg);灌溉方式对小麦生产水足迹影响显著,其中微灌仅为1.67m^3/kg,喷灌条件下高达2.07m^3/kg。供水与灌溉方式对区域农作物生产水足迹的影响不可忽略,考虑不同供水与灌溉方式的作物生产水足迹量化与评价将成为农业水资源高效利用的重要基础。研究结果可为不同时空尺度农作物水足迹核算和区域农业节水策略制定提供参考。

供应链视角小麦与初加工产品生产水足迹分析

针对农产品水足迹量化仅关注农田直接耗水,而忽略间接水足迹的问题,基于国际水足迹标准量化框架,结合生命周期法,构建考虑生产资料及其上游产品完整供应链、国际和国内贸易的农产品生产水足迹量化框架,计算2016年中国大陆省级行政区尺度小麦原粮及其初加工产品(面粉和麦麸)的生产水足迹,分析其耗水特征。结果表明:供应链视角下,全国平均小麦生产水足迹为4869 m^(3)/t,生产资料的间接水足迹占比为6%;面粉和麦麸生产水足迹分别为3781 m^(3)/t和11037 m^(3)/t;省级小麦及其初级加工产品生产水足迹的大小与构成存在显著空间异质性,福建省小麦生产间接蓝水足迹占比高达25%。研究结果可为全面解析区域间农业和工业用水投入内在联系,制定合理的配水方案、落实"以水定产"战略提供一定科学依据。

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。

基于多源数据的华北平原地下水储量时空变化分析

利用GRACE卫星数据反演华北平原2003~2015年地下水储量变化,并用监测井数据进行验证。基于EOF方法分解GRACE年际地下水储量变化,结合冬小麦年均WF_(blue)和TRMM降雨数据分析影响华北平原地下水储量年际变化的因素。结果表明,前2个特征向量方差贡献率为93.09%。其中,第1模态方差贡献率为80.04%,与华北平原2003~2009年冬小麦年均WF_(blue)空间变化的相关系数为-0.69,且空间分布一致;第2模态方差贡献率为13.05%,与同时段降水数据的空间分布的相关系数为0.93。说明农业灌溉,尤其是冬小麦的灌溉对华北平原地下水的消耗起着至关重要的作用。

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。

华北平原小麦、玉米作物生产水足迹的研究

水足迹概念将水问题拓展到了社会经济领域,是当前测度人类活动对水资源系统影响的理想指标。本文借助水足迹的概念,计算了华北平原地区(河北、北京、天津)小麦、玉米的虚拟水含量及其生长生产水足迹,并就绿水的重要性和灰水对环境的不利影响进行了相关分析。结果显示:2007年华北平原主要地区小麦虚拟水含量为1.054m3/㎏,生长用水以蓝水为主;玉米虚拟水含量为0.808m3/㎏,生长用水以绿水为主;小麦生产水足迹为172×108m3,其中绿水足迹30.85×108m3,蓝水足迹102.5×108m3,灰水足迹38.65×108m3;玉米生产水足迹为173.07×108m3,其中绿水足迹101.06×108m3,蓝水足迹26.92×108m3,灰水足迹45.09×108m3。通过分析表明:绿水在当地农作物生产中占有重要的地位,绿水的使用与作物的生长特点及作物生长周期有关;小麦、玉米总水足迹约为当地水资源总量的2.2倍,减少小麦、玉米作物生产水足迹对华北平原具有重要的意义。