投入产出法在虚拟水消费与贸易研究中的新应用

虚拟水是缓解水资源危机的一种途径。投入产出法是研究虚拟水的主要方法之一,可分为单区域投入产出模型（SRIO）和多区域投入产出模型（MRIO）。鉴于SRIO 和MRIO单独应用时存在一定局限性,论文提出同时运用单区域投入产出表和多区域投入产出表研究虚拟水,即：利用SRIO 计算完全用水系数,并直接利用单区域投入产出表区分本地水足迹与外来水足迹,再根据多区域投入产出表分析区域间的虚拟水贸易。广东省的案例研究显示：①2007 年广东省水足迹为333.9×10⁸ m³,其中本地水足迹223.6×10⁸ m³,外来水足迹110.3×10⁸ m³;②广东省同年虚拟水输出量445.4×10⁸ m³,输入量454.1×10⁸ m³,其虚拟水的外部来源主要是湖南、广西和浙江。结果表明以上方法可全面计算完全用水系数,有效区分本地水足迹与外来水足迹,揭示区域间的虚拟水贸易关系,为水资源管理决策提供方法支持。     

甘肃省2003年的水足迹评价

水足迹是指在一定的物质生活水平下,维持一定人群消费所需要的总的水资源数量。由于考虑了社会经济系统中虚拟水的消费量,水足迹真实地反映了一个地区人类消费对水资源的占有情况,为水资源科学管理提供了一个新的方法。论文引入了水足迹的概念和计算方法及其相关评价指标,计算分析了2003年甘肃省的水足迹。结果表明,甘肃省2003年的水足迹总量为226.67×10^{8,/sup>m3,人均水足迹878m3,水足迹占总可更新水资源的26%,水资源消费自给率为99.52%,如此高的水资源消费占用比例和自给率,对甘肃省生态环境造成了巨大的压力。}     

煤炭生产的水足迹评价研究

水足迹是水资源占用的综合评价指标,能够量化人类活动对水资源和水环境的影响,为水资源的高效利用与可持续管理提供科学参考.本文在WFN水足迹评价方法和国际标准水足迹评价方法的基础上,提出了基于生命周期的包含蓝水足迹、灰水足迹和间接水足迹的能源系统水足迹评价模型.将此模型应用到煤炭生产,计算了我国单位煤炭生产的水足迹.研究结果表明,我国1 GJ煤炭生产的水足迹为0.19 m~3,水足迹的80%来源于采掘过程,从水足迹类型来看,灰水足迹占到了87%的比例.本研究为能源系统水足迹评价提供了方法理论,并可为以煤炭为原料或燃料的下游产品水足迹评价提供数据支撑.     

产品生命周期可得性水足迹计算方法

水足迹方法试图量化评价人类活动对水资源可得性的影响,从而为水资源可持续利用提供科学的依据.水足迹的评价方法尚未统一,目前全球应用最为广泛的是WFN（water footprint network,水足迹协作网络）水足迹计算方法.基于LCA（life cycle assessment,生命周期评价）方法的基本框架,围绕水资源可得性的水量、水质和空间分布3个因素,在分析现有水足迹计算公式的基础上,指出了WFN水足迹计算方法的不足.根据国际水足迹标准（ISO 14046）的原则和要求,改进了WFN的水足迹计算公式,提出了产品生命周期WAF（water availability footprint,可得性水足迹）定义和评价方法,其中包括单元过程数据计算、背景过程数据处理和生命周期汇总.通过方法对比和案例研究得到:WAF方法统一了水消耗量与水污染量定义中的水质基准,可以明确区分水污染和水净化两类过程,还可以反映区域水资源稀缺程度的影响;采用WAF方法,在现有LCA数据库和软件的支持下可以更为规范地完成生命周期水足迹建模与计算但目前单元过程数据计算中各种污染物的基准浓度选取有不可避免的主观性,将直接影响到水足迹计算结果及其客观性,有待进一步研究.      

黄河流域城市群水资源利用与经济发展脱钩关系研究

黄河流域最大的矛盾是水资源短缺,如何科学揭示大尺度缺水型流域城市群水资源利用与经济发展之间的脱钩关系,是黄河生态保护和高质量发展的重大战略管理需求,也是水科学与经济学交叉学科的研究难点.本文发展了基于三维水资源生态足迹和Tapio弹性指数的耦合脱钩模型方法,辨识黄河流域城市群2010-2020年水资源生态足迹时空变化格局及其水资源可持续利用水平,从广度和深度多个维度定量揭示了黄河流域城市群水资源利用与经济发展的脱钩状态.结果表明：(1)2010-2020年黄河流域兰西城市群具有最大的水资源生态足迹广度和最小的水资源生态足迹深度,平均值分别为570.73×10⁴ hm²和1.25;宁夏沿黄城市群则具有最小的水资源生态足迹广度和最大的水资源生态足迹深度,平均值分别为2.01×10⁴ hm²和567.05.(2)黄河流域水资源可持续利用水平最强的是山东半岛城市群,相对较低的是宁夏沿黄城市群.(3)水资源生态足迹广度与GDP发生强脱钩和扩张性负脱钩的比例分别为49.68%和36.13%,水资源生态足迹深度与...     

基于虚拟水的江苏省2009年水足迹分析

水足迹是基于消费基础的水资源利用情况的指示器,通过虚拟水贸易获得最大利益是水足迹分析方法的重要发展方向。在基于虚拟水计算方法的基础上对江苏省2009年水足迹进行了计算和评价,结果表明：2009年江苏省水足迹为866．75×10^8m^3,人均水足迹为1829m^3／人·年,水匮乏度为217％,水资源消费自给率为86．33％,较高的水资源自给率和水足迹给江苏省生态环境造成了巨大压力。实施虚拟水战略、改变消费模式、提高水资源利用率,已经成为缓解江苏省水资源短缺现状,实现水资源可持续利用的有效途径。     

基于水足迹的山东省水资源可持续利用时空分析

以人均水资源占有量低、水资源利用结构不平衡省份山东省为研究区,首先计算2005—2014年山东省水足迹及2014年17地市水足迹,实现水足迹时空分析;从DPSIR视角出发,基于水足迹计算结果,融合构建水资源可持续利用评价指标体系,通过因子综合得分来反映全省10 a间水资源可持续利用强度,以2014年为水平年,对17地市因子综合得分进行空间聚类,实现水资源可持续利用时空分析。结果表明：研究区2005—2014年水资源可持续利用综合评价得分呈现增长态势,表明水资源可持续利用程度趋于加强,但分值总体较低,仍需提高利用效率;2014年17地市水资源可持续利用水平整体呈现东优西劣、南优北劣的空间格局。     

水足迹与虚拟水

水足迹,其科学完整的概念最早由荷兰学者阿尔杰恩·胡克斯特拉提出的。它是指一个国家、一个地区或个人在一定时间内消费的所有产品和服务所需要的水资源总量,形象地说,就是水在生产和消费过程中的足迹。它包括“国家水足迹”和“个人水足迹”两部分。个人水足迹计算是一个人用于生产和消费的总量,将所有产品和服务加上虚拟水含量计算在一起,用公升来衡量。国家水足迹计算方法就复杂一些,它等于使用国内的水资源（包括使用于一、二、三产业及家庭生活的河水、湖水、地下水以及供农作物生长的雨水）减去虚拟水的出口总量,加上进口的虚拟水总量之和。     

基于虚拟水的济南市水资源可持续利用研究

水资源问题已成为世界普遍关注的问题,其根本原因就在于它不仅影响、制约现代社会的可持续发展,而且成为本世纪全球资源环境的首要问题,直接威胁人类的生存和发展,水资源可持续利用是当前世界上研究的热门课题之一。济南市是北方严重缺水城市之一,近几年来,随着社会经济的发展,严重影响着城市的发展和人民生活质量的提高。文章将国际上前沿的水资源足迹的计算方法引入到济南市的水资源系统中,利用CROPWAT软件定量测度了济南市主要农贸产品的虚拟水含量。通过济南市水足迹的计算及分析,得出济南市为虚拟水净出口地区,直接危及济南市的水资源安全,建议在济南市水资源有限的情况下,必须在节约用水,提高水资源利用的基础上创新水资源管理思路,实施虚拟水战略,充分利用虚拟水贸易解决水资源短缺问题。     

北京市虚拟水消费与贸易

北京市作为水资源极度紧缺的城市,亟需提高水资源的利用效率。本文基于多尺度投入产出分析模型,对2012年北京市虚拟水消费及贸易情况进行了核算与分析,并与2007年的结果进行了比较。计算结果表明：2012年北京市消费引发的虚拟水用量高达139.5亿m³,是基于生产的直接实体用水量（35.9亿m³）的3.89倍;对比2007年,虚拟水消费增长（23.7%）远比直接用水增长（11.8%）快。北京市使用的全部水资源中仅有5%由北京本地供应,有超过3/5从国内其他省市调入,约35%从世界其他国家进口。与此相对应,这些水资源有1/5被北京本地消费使用,约3/4被调出到国内其他省市,6%被出口至其他国家。与2007年相比,2012年北京市国内虚拟水贸易由净调入转为净调出,净调出量为2007年净调入量的1.1倍;而国际虚拟水贸易由净出口转为净进口,净进口量为2007年净出口量的837.2倍。北京市2012年净输入虚拟水资源103.6亿m³（全部来源于国际贸易）,有效地避免了对本地水资源的过度开采。与此同时,北京市通过转口贸易的形式将大量进口的虚拟水调出到了中国其他省市,为缓解国内水资源紧张局面作出了贡献。未来北京市应当在考虑能源矿产供应安全及消化国内过剩产能的前提下有策略性地增加矿产、能源、建筑和交通运输设备等部门部分产品的进口,以达到节约我国水资源及全球范围内水资源高效利用的目的。     

The impact of local crops consumption on the water resources in Beijing

Water stress is a worldwide issue and is being exacerbated by population increase, diets shifting, climate change and so on. Consumption of goods and services by humans often puts pressure on the water resources of production sites. The impact of people’s consumption can be indexed by the indicator of water footprint. Based on numerous on-farm data, this study determined the water footprint associated with the consumption of crop products produced locally in Beijing. The total water footprint related to the consumption of local crop products in Beijing during 2009 was 23.7 × 10⁸ m³. Grey water had the largest contribution (58%), followed by green water (23%) and blue water (19%). Vegetables, maize and wheat were the largest three contributors, accounting for 53, 33 and 9% of the total water footprint. Based on the production perspective, improving water and fertilizer management has great potential for reducing the blue and grey water footprints of crops in the farming stage. However, the challenge is how to inspire farmers to participate in the activities of reducing water consumption and pollution. Increasing farmers’, especially female farmers’ access to related technologies can have a positive impact on the sustainable use of water in Beijing.     

基于水劣化足迹的城市发展的水环境效应评价——以北京市为例

水劣化足迹是反映污染物排放对水质影响程度的一种评价方法和指标.为了评估和揭示北京市城市发展的水环境效应,本文基于水劣化足迹评价的方法框架,发展和完善相关模型和参数,选取关键污染因子,对北京市2004—2013年水体酸化足迹、水体富营养化足迹和水体生态毒性足迹进行了评价,进而对水劣化足迹与部分城市发展指标的相关关系进行了分析.结果显示:12004—2013年北京市水酸化足迹逐年减小,由2004年的19.1×107kg SO_2eq减少到2013年的8.7×107kg SO_2eq,污染排放对水体酸化的影响有所减弱;2水体富营养化足迹在2004—2009年和2010—2013年两个时间段内总体均呈现减少趋势,但后一时间段内水体富营养化绝对值总体高于前一时间段.2004—2009年,水体富营养化足迹减少了约1.5×10~7kg NO_3eq,而从2010—2013年减少了约0.8×107kg NO_3~-eq;2011年至2013年期间,基于新增污染物(氨氮、总氮和总磷)计算的水体富营养化足迹减少了2.4×10~7kg NO_3eq.从其组成来看,水体富营养化的关键因素为总磷;3选取铅(Pb)、汞(Hg)、铬(Cr)、镉(Cd)、砷(As)5种重金属污染物,对北京市2011—2013年的水体生态毒性足迹进行评价发现,水体生态毒性足迹从4234.7×106m3H_2O eq增加到4653.1×106m3H2O eq.从其组成来看,重金属水体生态毒性足迹的关键污染因子为镉(Cd);4水劣化足迹与城市发展特征指标的关系分析显示,人口数量增速减缓、产业结构调整(第二产业向第三产业转化)以及农业化肥用量的减少,对于水劣化足迹的改善有积极作用.     

Water footprinting at the product brand level: case study and future challenges

Responding to concerns about the unsustainable use of global freshwater resources, especially in agriculture, the concept of water footprinting has recently been developed and applied to a wide range of commodities. In this paper, water footprints were calculated for two complex agrifood products, 250 g Peanut M&M's^® and 575 g Dolmio^® pasta sauce, in order to evaluate the usefulness of the concept when applied at the product brand level. The process LCA-based methodology took account of blue water appropriated from surface and groundwater resources, green water appropriated from the root zone by plants, and dilution water, being the volume of freshwater needed to assimilate emissions to freshwater. These case studies revealed several issues, namely the lack of correspondence between water footprints and the availability of water for alternative uses in the absence of production, and the difficulty in relating water footprints to potential social and environmental harm. As such, the water footprinting concept requires further development to be useful for promoting sustainable production and consumption.     

基于非线性规划的冬小麦生产碳足迹优化研究

农田是重要的温室气体人为排放源,在全球气候变化研究中占有重要的地位.碳足迹是评估农作物生产生命周期温室气体排放的有力工具.因此,本研究以我国典型冬小麦生长区山西省晋中市为例,采用生命周期评价的方法估算该区单位质量小麦生产的碳足迹,并在此基础上用非线性规划的方法对冬小麦生产碳足迹进行优化,旨在寻求小麦增产减排的途径.结果表明,研究区在传统的耕作方式下,生产1 t小麦的碳足迹为1357.28 kg(以CO2当量计),其中,生长阶段的温室气体排放的碳足迹和尿素生产环节所占比例较大.通过优化尿素与有机肥的施用量,可将研究区生产1 t小麦的碳足迹降低到469.99 kg,同时使单位面积产量增加9.13%.本文结果与相关研究差异较大,可能与氮肥施用量及N2O排放系数的取值有关.本研究对于了解冬小麦生产的综合碳排放情况,探索农业增产减排途径等方面具有重要意义.     

关中平原饲料作物生产的碳足迹及影响因素研究

畜牧业是主要的人为温室气体排放源,而饲料作物生产是畜牧业温室气体排放的主要来源之一.研究饲料作物生产的碳足迹及减排措施对于从日粮的角度减少畜牧业的温室气体排放至关重要.因此,本文应用生命周期评价理论和IPCC(2006)田间温室气体计算方法,建立了饲料作物碳足迹评估方法,分析了关中平原饲料作物的温室气体排放特点和减排措施及潜力.结果表明:关中平原主要饲料的碳足迹(以CO_2当量计)由大到小依次为玉米0.620、苜蓿0.382、小麦麸皮0.240、青饲玉米0.217、小麦秸秆0.083和玉米秸秆0.070 kg·kg~(-1);主要排放环节是化肥生产、氮肥田间排放和灌溉,对碳足迹的贡献率分别为26.0%~33.8%、27.8%~29.6%和24.5%~39.1%.由于关中平原存在过量施肥和大水漫灌的现象,通过化肥减施和节水灌溉措施减少饲料作物碳足迹的潜力很大,但不同措施带来的实际减排量仍需通过田间实践和具体技术的生命周期评价进行验证.     

Carbon footprint of sugar produced from sugarcane in eastern Thailand

Carbon footprint (CFP) of sugar produced from sugarcane in eastern Thailand was estimated from greenhouse gas emissions (CO₂, CH₄, and N₂O) during the sugarcane cultivation and milling process. The use of fossil fuels, chemical and organic fertilizer and sugarcane biomass data during cultivation were collected from field surveys, questionnaires and interviews. Sugar mill emissions, fossil fuel utilization and greenhouse gas emission from wastewater treatments were included. The results show that sugar production has a carbon footprint of 0.55 kg CO₂e kg^?1 sugar. This carbon footprint was a sum of 0.49 kg CO₂e kg^?1 sugar from sugarcane cultivation and 0.06 kg CO₂e kg^?1 sugar from the milling process. For the cultivation part, most of the GHGs emissions were from fertilizer, fossil fuel use and biomass burning. The CFP in eastern Thailand is sensitive to the type of data selected for calculation and of variations of farm inputs during sugarcane cultivation. There was no significant difference of CFP among farm sizes, although small farms tended to give a relatively higher CFP than that of medium and large farms.     

唐山开滦煤矿区土壤及地表水中Se元素赋存状态及其生态效应研究

矿山开采通常会对生态环境产生负面影响.本研究换一种角度,考察煤矿开采利用过程中产生的有益元素Se,分析其在土壤、注入矿井水的地表水中的赋存状态及小麦、玉米、水稻等农作物对硒元素的富集性.结果表明,矿区土壤中硒元素主要以有机态和残渣态存在,水溶态占1%.土壤水溶总硒中Se4+和Se6+分别占23.89%和32.99%.注入矿井水的地表水中Se4+和Se6+分别占37.78%和40.24%.农作物小麦、玉米、水稻中硒平均含量分别为0.169、0.094和0.26 mg.kg-1.其中水稻多采用矿井水浇灌,此举不但解决了废水排放问题,还产生了富硒谷物,且有害元素含量不高.因此,充分利用矿区富硒资源,可以趋利避害,减少矿山开采的负面效应.