基于改进水资源生态足迹模型的中国水资源可持续利用仿真及调控

针对现有水资源生态足迹模型复杂程度高、适用性不强、系统性和动态性不足的问题,在模型中引入灰水足迹量化消污用水,并在水资源生态足迹指标计算中考虑非常规水源,然后结合系统动力学仿真技术,开展中国水资源可持续利用调控研究.结果表明,2000～2017年中国对水资源的开发利用程度整体保持在生态承载力以内,水资源开发仍有潜力,但水资源的供需却存在不平衡的情况.鉴于此,从节流、开源和污染治理角度出发,设置了6种中国水资源可持续利用调控方案.其中,2018～2050年综合协调方案能在满足水资源生态可持续和水资源负载合理的条件下,妥善解决水资源供需问题,是实现中国水资源可持续利用的最佳调控方案.目前中国水资源开发速度滞后,与社会经济发展对水资源消耗的增长速度不匹配,需在原有政策的基础上进一步加强开源、节水和治污力度,从而缓解水资源的生态胁迫压力.     

内蒙古东部地区水资源生态足迹比较分析

为了认识内蒙古东部地区水资源可持续利用现状的异同,文章利用水资源生态足迹计算模型,对兴安盟和通辽市2个地区的水资源生态足迹进行了对比分析。研究结果表明:(1)通辽市的人均水资源生态足迹数值均高于兴安盟。(2)2个地区的水资源生态足迹账户中,农业灌溉用水所占的比例最大。(3)通辽市的人均水资源生态承载力均低于兴安盟。(4)通辽市出现了明显的生态赤字情况,而兴安盟只有个别年份出现过生态赤字。(5)兴安盟的万元GDP生态足迹高于通辽市。这表明兴安盟对水资源的利用效率相对较低。(6)通辽市水资源环境处于不安全状态;兴安盟水环境总的趋势是逐渐优化。这说明兴安盟的水资源可持续利用程度要高于通辽市,但是其水资源的利用效率却相对较低。得出结论,区域水资源可持续利用的程度与自然、社会和经济的发展有关系。     

中国水土资源本底匹配状况研究

论文以中国水资源二级区为基本单元,利用单位面积水资源量法和基尼系数法,以二级区水资源总量和潜在可开垦耕地面积为数据基础,评价中国水土资源本底匹配状况,为中国水土资源优化配置提供科学依据。首先根据适宜农作物耕种的高程、坡度和土壤类型条件,得到中国潜在可开垦耕地分布;然后,计算单位潜在可开垦耕地面积水资源量,评价中国水土资源本底匹配分布状况;最后,绘制水土资源洛伦兹曲线,计算基尼系数,对中国水土资源本底匹配总体状况进行评价。研究结果表明： 1）中国北部区域潜在可开垦耕地较多,西南部和南部沿海区域分布较少,未来具有较大耕地开发潜力的区域主要分布在北方; 2）中国本底水资源和潜在可开垦耕地资源空间分布存在严重错位; 3）较之已有研究成果中依据水资源量和耕地面积计算的基尼系数0.566,论文以本底水资源和潜在耕地为基础数据计算的基尼系数0.712要大很多,表征中国本底水土资源不匹配程度要严重得多,中国80%的水资源服务不到23%的潜在可开垦耕地。     

基于生态足迹模型的水资源生态安全评价研究

基于生态足迹理论和方法,构建水资源生态足迹、水资源生态承载力模型及水资源生态安全评价模型,引入水资源生态盈余和生态赤字、水资源生态压力指数和水资源生态足迹强度指标,以喀斯特地区六盘水市为例,对六盘水市水资源生态安全进行了定量评价。研究结果表明:六盘水市水资源生态足迹包括生活用水生态足迹、生产用水生态足迹和生态用水足迹3个部分,生态环境的扣除水资源量的多少,影响着水资源生态安全,若扣除量为12%,2005-2010年六盘水市的水资源生态盈余,六盘水市水资源处于安全状况;若扣除量30%,2007年、2008年六盘水市的水资源生态盈余,2005、2006、2009和2010年六盘水市水资源生态赤字,六盘水市水资源处于不安全状况。     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

新疆干旱区水资源生态足迹与承载力的动态特征与预测

为实现新疆水资源与社会、经济和生态环境的协调发展,在测算了新疆2000—2015年水资源生态足迹、承载力和水资源负载动态特征的基础上,利用ARIMA模型对2020年新疆水资源生态足迹、承载力及赤字情况进行预测.结果表明:① 2000—2015年,新疆总水资源生态足迹总体略有下降,但波动剧烈;用水结构中存在着其他用水部门侵占生态用水现象;2016—2020年,新疆水资源生态足迹总体呈“W”型波动下降趋势.② 新疆水资源生态承载力不断下降,由2000年的0.13×104 hm2降至2014年的0.07×104 hm2,降幅达46.15%,处于非常严峻的生态赤字状态,赤字率达99%以上;2016—2017年,新疆水资源生态承载力继续波动下降,降幅超过生态足迹.③ 2000—2015年,新疆水资源负载指数大幅上升,水资源负载级别从Ⅳ级变为Ⅱ级,水资源利用程度提高,开发潜力下降;2016—2020年,新疆水资源负载指数从5.54快速升至6.50,负载级别虽仍为Ⅱ级,但未来潜力不断下降,开发条件愈加困难.研究显示,新疆水资源生态赤字程度已远远超过水资源承载能力,采取有效措施实现水资源对经济社会发展的有效支撑和持续利用是当务之急.      

黄河上中游水资源与粮食安全耦合关系特征分析——以陕甘宁青为例

探明陕甘宁青地区水资源与粮食安全的耦合特征,不仅有助于促进区域水资源及粮食生产的可持续发展,且对于经济社会发展具有重要意义。本文应用水资源负载指数及水足迹方法,通过分析区域水资源自然属性以及配置、粮食消费对水资源的需求等维度,系统分析了该区域水资源与粮食安全的耦合特征。结果表明：（1）2000—2016年,区域水资源总量呈不显著的增加趋势,水资源负载指数由3.9增加到13.1,相应的负载等级由Ⅲ级上升到Ⅰ级,说明不具备进一步开发的潜力;（2）农业生产的水资源被挤占,农业用水比例由78.6%（2004年）减小到76.1%（2016年）,而区域粮食安全对水资源的需求数量在提高;（3）区域居民膳食结构由口粮性向动物性产品转变,进一步加剧了区域粮食和水资源的负担;区域粮食消费水足迹由2000年的79.7 Gm³增长到2016年100.1 Gm³。依据研究结果从区域种植结构优化潜力、节水灌溉技术和虚拟水贸易的层面提出提高区域蓝水、绿水利用效率,减少灰水数量的措施以便更好地缓解区域水资源压力,促进粮食生产和水资源利用的可持续发展。     

基于水资源生态足迹的水资源循环利用技术体系研究

平衡水资源供需、实现水资源合理循环利用是当前社会面临的重要问题。基于2011—2020年江苏省和甘肃省统计数据，重点分析人均水资源承载力、人均水资源生态足迹和人均生态盈亏变化趋势。结合各产业人均用水生态足迹进行水资源循环利用技术体系研究。结果表明：江苏省水资源利用常年呈生态赤字状态，甘肃省生态赤字状态近几年已有所缓解。构建水资源循环利用体系可从“水源—取水—净水—排水—水处理—回用”流程展开，再生水回用阶段应综合考虑区域实际情况，根据各产业用水生态足迹统筹分配再生水中生产、生活、生态用水的比例，提高水资源循环利用率。     

基于区域产量法测算的福建省农业生态足迹

为了使生态足迹模型能更好地反映区域实际,文章对生态足迹模型中的计算项目做了较大改进。首次计算了肉类的耕地生态足迹和人畜排泄物污染生态足迹。新建了纳污土地、CO2吸收林地、水资源地三种生态足迹类型以强调农业污染的严重性和土地、林地的多重生态功能;将化石能源地并入CO2吸收林地;剔除牧草地类型,将肉类耗粮生态足迹并入耕地类型;将污染源从化石燃料扩展到人畜排泄物、化肥、农药领域,计算了CO2、N、P和农药等污染物的生态足迹。用福建省最近5 a的平均产量测算了2007年福建农业生态足迹,包括农业投入品生态足迹、农业劳动力消费生态足迹和农业污染物排放生态足迹三部分,然后与生态承载力分类比较以测度农业生产的生态占用情况。测算结果表明,2007年福建省农业生态足迹中,林地、水域、建成地、纳污土地占有实际生态承载力的比例较低,分别为1.4%、1.2%、13.4%和24.6%;而耕地占生态承载力的比例达到了94.2%;水资源地是实际生态承载力的2.2倍,出现了严重的生态赤字。最后提出相应的建议。     

广东省的生态足迹与可持续发展研究

采用生态足迹模型对广东省2001年的生态足迹进行了实证计算和分析。结果表明:广东省生态足迹占用已远远超过其生态承载力,人均生态赤字为0.8198hm~2,总人口的生态赤字达6.20×10~7hm~2,表明广东生态系统的压力和强度甚高。造成广东高生态赤字的主要原因是:该省在快速的工业化和城市化进程中,高能源消耗及耕地资源流失量大。尽管广东可利用其经济优势,通过贸易来弥补部分的区域生态承载力不足,但由于当前大部分国家和地区人类对环境的影响已经超过了当地的生态承载力,因此从长远看,广东应主要考虑在不降低人们生活水平的前提下,减少生态足迹的需求,提高地区生态经济系统的发展能力。     

我国大宗农产品贸易格局及对外依存度研究——基于虚拟耕地资源的分析和评价

我国已成为农产品进口大国,而所有农产品中都隐含有一定的耕地资源,论文基于农产品虚拟耕地资源的分析和评价,系统研究了我国大宗农产品贸易格局及对外依存度。论文所涉及的大宗农产品及其制品主要是土地资源密集型产品,包括粮食、油料、木薯、植物油、棉花、糖、饲料粕类等7大类,24个具体品种,以2000-2016年分国别的贸易数据为基础,从消费者的角度对大宗农产品虚拟耕地资源贸易量进行了分析和评价。研究结果显示,我国大宗农产品虚拟耕地资源净进口量由2000年的675×10⁴ hm²增加到2016年的5 928×10⁴ hm²,其中美国和巴西是中国农产品虚拟耕地进口量最大的国家,进口量分别由2000年的342×10⁴和146×10⁴ hm²,增加到2016年的2 101×10⁴和2 192×10⁴ hm²,占我国虚拟耕地进口总量比例超过70%;2016年农业耕地资源对外依存度达到30.5%,对巴西和美国的依存度分别为11.3%和10.8%。土地密集型农产品的大量进口,在一定程度上缓解了我国耕地资源紧张的压力,保证了粮食安全。     

海南省人类活动对自然生态的影响

将社会库存、水资源足迹和污染足迹纳入生态足迹需求计算模型,改进和完善了生态足迹需求理论与方法. 依据海南省统计年鉴资料,计算并分析了海南省1952—2004年的生态足迹,揭示了海南省52年来对自然资源利用的状况和特征.结果表明:①海南省可再生资源生态足迹占总生态足迹的绝大部分,二者呈同步增长态势,但距离在加大;②海南省对自然资源的利用主要集中于海洋、耕地和能源用地,对草地、林地、淡水水域和建设用地的利用强度相对较小,对水资源的利用强度明显减少;③海南省万元GDP生态足迹呈下降趋势,资源利用效益逐步提高. 海南省生态足迹动态变化的原因包括:①海南省生态足迹的变化是海南省经济生产和消费结构变化的结果,经济和人口增长导致资源的大量消耗,是造成生态足迹不断上升的主要原因;②海南省经济生产的主要方式是农业,农业问题是海南省可持续发展需要解决的首要问题;③海南省对耕地、林地和水资源的利用逐步下降,近几年对水域特别是海洋动物性食品的需求急剧增加,这是居民收入水平上涨的结果。      

中国灌区粮食生产水足迹及用水评价

以1998、2005 及2009 年459 个灌区资料为基础,从区域尺度计算粮食生产水足迹,建立粮食生产用水水平综合评价指标I对灌区粮食生产与水资源利用之间的关系进行评价。结果显示:粮食生产水足迹及其组成的区域间差异均较大,大值省区主要分布于东北、华南,小值省区以黄淮海平原为核心集中分布;全国粮食生产水足迹多年均值为1.336 m³/kg,蓝、绿水比例分别为63.7%和35.8%,有35.1%的水足迹损失于粮食生产过程。空间自相关分析表明,粮食生产用水水平综合评价指标I相似的省区在空间上显著地聚集,局部自相关属性为HH和LL的省区超过了20 个,不同年份总体和局部的空间分异特征随时间变化均不明显;省区间粮食生产综合用水水平差异大,I值介于0.079~0.889 之间,变异系数为0.59,黄河中下游省区用水水平较高而东北及西北大部分省区则相反。结合人均粮食占有量与I值在全国的地位,对各省区粮食生产与农业用水发展方向进行了讨论。     

武威绿洲农业水足迹变化及其驱动机制研究

农业活动通过改变绿洲赖以生存的水生态系统而影响着绿洲的稳定性。1950-2007年武威绿洲农业水足迹上涨了近7倍,而农业水足迹效率仅提高1.75倍;粮食作物水足迹比例过大,57 a间平均达74.32%,其中,2002年以前粮食作物水足迹比例呈下降趋势,但在2002年达到最低点58.63%之后开始出现反弹。人口增长和人民生活需求所驱动的以粮食生产为主体的农业规模扩大和农业开发强度加大,是农业水足迹增长的主要原因。适当压缩农业规模,加快农业内部结构调整,加大政府对农业节水灌溉工程的投入和农业节水技术的推广,是控制武威绿洲农业水足迹增长过快,维护绿洲生态系统稳定的有效方式。     

中国农田土壤重金属空间分布特征及污染评价

土壤是农业生产过程中不可或缺的自然资源,掌握农田土壤重金属的空间分布特征及污染水平,对于农田生态系统安全及人类健康具有重要意义.基于2002年来中国各行政区农田土壤重金属实测数据,探讨了农田土壤Cr、Cd、Pb、Zn、Cu、As和Hg等7种重金属的空间分布特征,并采用地累积指数法对污染状况展开评价.结果表明中国农田土壤重金属的空间分布特征差异较为明显,南方农田土壤重金属含量明显高于北方;平均值统计结果表明,湖南、云南、贵州、四川、福建、广西以及上海的农田土壤重金属含量较高;污染评价结果显示7种重金属的污染程度大小依次为CdHgPbCuZnAsCr,其中福建、广东、海南、浙江、湖南、陕西、甘肃、河南、重庆、山西、天津、内蒙古和安徽的富集程度较高.     

中国农产品贸易虚拟水转移及其影响因素研究

挑选与中国农产品贸易额较大且具有代表性的10个国家,构建包含资源环境要素的虚拟水投入产出模型,计算农产品贸易隐含虚拟水的转移情况.进而以国际贸易理论为基础构建了以虚拟水净进口量为被解释变量的贸易引力模型,重点探究了包括自由贸易协定和关税在内的各因素对虚拟水转移的影响.结果表明,中国的农业用水效率虽然在逐年提高,但与农业发达国家相比仍有较大差距;中国通过农产品国际贸易实现了对大部分国家虚拟水的贸易逆差;土地资源、劳动力数量、农业生产效率等方面的比较优势以及是否签订自由贸易协定、关税水平等变量是农产品贸易虚拟水流动的显著影响因素.中国通过进一步发展和壮大农产品国际贸易可以有效缓解国内水资源压力,因此应当在提高自身农业比较优势的同时,加快发展对外贸易关系,并充分发挥自由贸易协定在农产品国际贸易中的关键作用.     

中国居民膳食结构升级、国际贸易与粮食安全

目前,中国居民膳食消费水平与结构正在由温饱型向全面小康型转变,形式上表现为由“粮菜型”向“粮肉菜果”多元型和由传统家庭烹饪型向现代便捷型转变。膳食消费结构和水平的改变将影响未来中国的粮食消费量。以中国台湾居民的膳食消费发展规律判断,目前中国大陆居民的膳食消费水平距离富裕水平下的稳定状态整体差距超过50%,肉禽类差距超过一倍。而2018年中国粮食表观自给率已经下降到了85%,大豆自给率仅为15%,虚拟耕地自给率仅为72.6%。在食物消费达到富裕稳定态时,中国不仅需要进口大量的蛋白饲料,还可能需要进口相当数量的能量饲料。基本结论为：仅仅依靠中国本土的农业生产资源已难以维持全面小康水平下的本土农产品需求,发展到富裕水平短缺将会更甚,依赖国际市场是必然需求。从维护生态环境的角度讲,在农产品进口贸易上可多考虑进口动物性产品,适当放开粮食类产品进口数量,自己生产水果、蔬菜等类的农产品。     

西北地区县域农业水资源平衡问题研究

水土资源不匹配和水资源时空分布不均的自然本底,加之人口大量增加和经济高速发展的驱动,使得西北地区农业水资源供需矛盾十分突出。论文系统分析了县域单元农业水资源平衡的两个层次及其计算方法,并对西北地区314个县域单元进行了实证研究。天然状态下农田水量平衡模型计算结果表明:西北地区各个县域单元降水均不能满足各种作物的水分需求,亏水为水量平衡的首要特征。就各省而言,新疆为亏水量最高的省份,其多年平均作物亏水量达628.02mm,陕西最小,其值为87.51mm。人工状态下水土资源平衡模型结果表明:受灌溉水平的影响,西北地区各个县域单元水量平衡差异明显。各省份中,新疆水土资源利用处于水少地多的超量承载状态,其它各省灌水量略有盈余,灌溉面积的扩大尚有一定潜力。     

华北地区粮食生产与水供应情势分析

华北地区是我国重要的粮食生产基地,其粮食产量在全国粮食总产中的比重由1949年的22%上升到1998年的29.6%。灌溉是保证该区粮食高产稳产的重要保证。华北地区目前用水处于严重紧张状态,1997年人均综合用水量为315m3,农业是用水大户,工农业用水比为1∶5,水资源供需的主要矛盾在农业。华北地区水资源利用率高达98.5%,整体供水潜力所剩无几;随着工业和城镇的发展,农业用水分额将继续减少;同时,受频繁的旱涝灾害、日益严重的水污染和大面积的地下水位下降的影响,农业供水保证率将进一步降低。分析指出,若无连续丰水年和外调水源的补给,要继续保证或发展本区的粮食生产规模,本区的农业用水情势有恶化之势,急需研究并制定出解决本区粮食生产和水资源供给不足矛盾的办法。