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。

河北省主要农作物水足迹与耗水结构分析

【目的】调整区域农业种植结构,合理利用区域农业水资源。【方法】基于水足迹理论框架分析了1957-2015年河北省14种农作物的水足迹及其历史变化趋势,通过核算农作物耗水率和单位水价值2个指标,划分了主要农作物的耗水结构。【结果】河北省主要农作物年均总水足迹为434.4亿m^3,其中蓝水、绿水和灰水分别占44%、42%和14%;总水足迹、绿水足迹及灰水足迹均呈逐年增加趋势;而蓝水足迹变化趋势不明显。冬小麦、夏玉米、水果与蔬菜为主要耗水作物。棉花和芝麻耗水率最高,为典型的高耗水作物。甜菜、蔬菜和水果的单位水价值最高,且耗水结构最优。【结论】河北省可进一步控制棉花和芝麻的种植规模,在不造成水压力的前提下,适度扩大蔬菜和水果的种植规模。

京津冀居民膳食虚拟水消费差异及影响因素分析

虚拟水消费变化对水资源需求有很大影响,分析居民膳食虚拟水消费及其差异性对于构建健康的消费模式有重要意义。核算并分析2000-2015年京津冀居民膳食虚拟水的消费情况,并对造成虚拟水消费差异的影响因素进行分析。结果表明:北京、天津、河北年均居民膳食虚拟水消费为98.33亿m3、57.44亿m3和240.02亿m3,虚拟水消费量呈明显的上升趋势,给区域水资源安全保障带来更大压力;人均居民膳食虚拟水消费区域差异明显,整体表现为城镇高于农村,北京市高于天津市高于河北省。居民膳食虚拟水消费多样性指数整体呈现上升趋势,城乡差异显著,城镇居民高于农村居民,但城乡差距逐渐缩小;肉类、食用油等单位质量虚拟水含量高的产品消费量不同是造成人均膳食虚拟水消费差异的重要原因,而且粮食生产力提高对于减少居民人均膳食虚拟水消费也有重要作用。根据研究结果,建议通过提高产品水产用水效率、构建合理的消费结构、引导健康的饮食消费习惯等对膳食虚拟水消费需求进行调控。

京津冀农业虚拟水流动及对区域水资源压力影响研究

水资源安全问题一直是研究热点,基于生产-消费状况揭示区域虚拟水流动,对了解水资源利用状况和水资源可持续利用具有重要意义。基于虚拟水视角,以灌溉用水和绿水核算区域农业虚拟水生产,以居民膳食消费核算居民虚拟水消费,以两者的差值核算并分析了京津冀地区在生产-消费模式下农业虚拟水流动特征及对区域水资源压力的影响。结果表明:(1)2004-2015年间,河北、天津、北京年均作物生产虚拟水分别为353.1亿m3、22.9亿m3和16.0亿m3,年均畜牧产品生产虚拟水分别为445.3亿m3、47.6亿m3、36.7亿m3;河北、天津作物虚拟水呈现下降趋势但变化趋势不明显,北京作物生产虚拟水呈现出持续性的下降趋势;河北、天津畜牧产品虚拟水均呈现出先增加后减少最后趋于缓慢上升态势,北京畜牧产品虚拟水呈现持续下降趋势。(2)2004-2015年河北、天津和北京年均虚拟水消费分别为243.7亿m3、61.6亿m3和98.3亿m3,虚拟水消费均呈现出上升趋势。(3)河北省为虚拟水输出型,输出量呈明显的下降趋势,北京市和天津市为虚拟水输入型,输入量呈增加趋势。(4)2004-2015年年均水资源压力指数呈现河北>天津>北京,水资源匮乏度呈现为天津>北京>河北,水资源自给率呈现河北>天津>北京,北京和天津对外部虚拟水输入的依赖程度逐渐增加。京津冀水资源面临着严重的短缺问题,水资源超载严重。提高农业用水效率,优化种植结构,引导合理的膳食结构调整,从生产和消费两方面同时入手是解决京津冀水资源问题的关键措施。

雅鲁藏布江流域枯水期化学风化及CO2消耗

基于雅鲁藏布江流域枯水期干支流地表径流、泉水、地下水以及降水样品,对主要离子、pH、TDS和CO2消耗进行分析,研究枯水期水化学特征及成因,并分析流域化学风化速率及CO2消耗通量。结果表明:流域水体总体呈现弱碱性,地表径流TDS均值约为世界河流的2.3倍,和长江流域相似,但远低于黄河流域。岩石风化是地表径流离子来源的主要影响因素。碳酸盐风化、硅酸盐风化和蒸发盐风化分别占离子来源的46.3%、28.6%和21.3%,碳酸盐风化速率和硅酸盐风化速率分别为1.43t/(km^2·a)和1.11t/(km^2·a),对应的CO2消耗速率为0.80×10^5mol/(km^2·a)和0.55×10^5 mol/(km^2·a),枯水期化学风化速率和CO2消耗速率较小。

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。