氮足迹模型应用进展研究

氮足迹是一个评估人类活动活性氮排放量的指标,能够定量人类生产、生活各个环节的活性氮排放,进而指导个人消费和食品生产方式的转变,最终达到降低活性氮排放和提高环境质量的目的.氮足迹模型是定量不同实体氮足迹关键,也是当前氮足迹研究的热点所在.本文综述了应用于个人、食品、机构、事件的氮足迹模型;探讨了氮足迹的不确定性以及优化措施;流域氮足迹,产品氮足迹以及建立生态足迹数据库等将成为未来的研究热点.     

城市生态系统污染氮足迹与灰水足迹综合评价

水足迹和氮足迹指标的运用可定量分析人类水资源与氮元素消费对环境造成的影响,但联合双足迹指标评价城市发展对环境造成的多重负效应的研究尚缺.基于污染氮足迹及灰水足迹理论与内涵,以城市化程度较高的深圳市为例,分别对其城市污染氮足迹及灰水足迹进行核算与评价,综合评估城市快速发展导致的氮污染与水污染潜在风险的耦合关系.结果表明:2005—2015年深圳城市污染氮足迹呈波动下降趋势,年均约3万t.水体活性氮流失为主要的城市污染氮足迹来源.同时,深圳城市灰水足迹却呈波动上升趋势,年均约15亿m~3,生活灰水足迹为城市灰水足迹主要构成部分,也是城市剩余灰水足迹的主要来源.研究期间,城市污染氮足迹与灰水足迹呈协同变化趋势,但2012年后两者出现"脱耦"情况.城市污水处理能力与再生水利用率为影响未来深圳城市灰水足迹增加的主要因素,优先快速提高城市生活污水再生利用率和全面提高城市污水脱氮率,可应对城市发展过程水资源与氮元素利用带来的环境风险.     

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。     

黄河流域农业农村氮流时空分布特征及演化规律研究

氮磷等营养元素过剩引发的面源污染问题,是黄河流域水质恶化的重要原因.为应对黄河流域氮素危机,从源头上降低面源污染负荷,本研究基于物质流和空间分析方法,刻画1949-2022年间黄河流域农业农村氮流时空格局演化规律,评估黄河流域面源污染关键氮流和高风险区.结果表明：(1)新中国成立以来,黄河流域的作物收获量整体呈现上升的趋势,2015年之后在氮输入水平持续下降的情况下,仍然能够保持年均2%的增长,黄河流域在氮素利用水平上得到了极大的提升.(2)黄河流域农业农村依然存在严重的氮流失现象,其中存贮和反硝化是氮流失的主要部分,1962年、1992年和2022年这两部分流失量分别占耕地氮输出流的51%、47%和36%. 2015开始氮素流失(存储)量逐年下降,2022年比2015年减少了15.55%,但是每年仍有30.12×108 kg氮素流失到大气、水体和土壤中,是当年作物收获氮量的1.64倍,氮素损失率高达62.05%.(3)降雨和地势地形是影响氮径流的决定因素,在高风险区内约有27%～45%的氮剩余流失到附近的地表水中,主要分布在甘肃省的最南部和东南角部分地区、陕西省的最南部和山东省东部地...     

湖北省油菜种植氮足迹分析

农业领域大量活性氮损失造成的环境污染问题日渐突出,分析农业生产过程中活性氮的排放特征及其影响因素,对指导农业生产的低氮化具有一定现实意义。该文以湖北省油菜种植大县沙洋县为案例地,基于生命周期分析法,核算油菜种植过程的氮足迹,并分析不同耕作方式、轮作模式和肥料类型对油菜田间种植阶段活性氮排放的影响。结果表明,油菜田间种植环节产生的活性氮占总排放量的98.13%,是整个生命周期过程中活性氮排放的主要来源。免耕较常规翻耕可减少1.31%的活性氮排放。轮作方式对活性氮排放影响显著,前茬为旱作棉花情况下的活性氮是前茬作物为水稻的1.4倍。肥料类型对所排放活性氮的组分有显著影响,施用有机肥可有效减少活性氮排放。研究结果可为农业低氮种植、发展低碳农业提供参考。     

时空与效率视角下汾河流域农业灰水足迹分析

基于《山西省统计年鉴》的相关数据,运用灰水足迹理论对2010年前后（2000~2016年）汾河流域农业灰水足迹及效率进行定性、定量分析.结果表明：汾河流域农业灰水足迹总体呈先上升后下降再缓慢上升的趋势,最高值出现在2004年,为1.30×10¹⁰m³,最小值出现在2012年,为9.20×10⁹m³;农业灰水足迹中以畜牧业灰水足迹为主,但比例在降低;2010年后,汾河流域年均农业灰水足迹同比降低15%,说明汾河水污染得到了明显的改善,但仍应制定相关政策减少污染物的排放;种植业灰水足迹同比增加8%,说明化肥施用量在增加,应支持使用有机肥,减少化肥的使用;文水县农业灰水足迹变化最大,其中畜牧业灰水足迹则同比增加52%,应重点对文水县畜禽粪便进行治理或资源化利用;农业灰水足迹效率呈现先平稳后下降然后极速上升再下降的趋势,2012年最高,为1.32元/m³.较2010年前,2010年后流域年均灰水足迹效率明显提高,农业落后区减少了6个.     

日喀则市农业生态足迹研究

采用水资源足迹和化石能源供给地概念,对日喀则市2005年农业活动的生态足迹进行实证分析.结果表明:日喀则市农业综合足迹为334 153.27 hm2,占日喀则市总足迹的77.6%,其中,化石能源地足迹仅占农业综合足迹的13.3%,表明农业现代化程度不高.对农业综合足迹贡献最大的是耕地和牧草地,二者合占65.6%,主要原因是大量使用农用化学品和牧草地严重超载;生产足迹占农业综合足迹的82.8%,说明农村占用的大部分资源主要用来进行资源再生产.对日喀则市农业综合足迹的实证研究表明,资源产量法可以有效减小土地面积法引起的生态赤字扩大化现象,将肉、蛋、奶产品作为次级产品更能反映牧草地利用现状.      

中国2000~2010年生态足迹变化特征及影响因素

以2000年全球平均生产力为衡量标准,核算了2000~2010年我国生态足迹,并分析了其动态变化特征和社会经济影响因素. 结果表明,2000~2010年我国生态足迹由17.69亿gha增加到32.59亿gha,年均增长6.30%; 碳足迹是10年间增长最快的生态足迹类型,由7.42亿gha增加到18.05gha,年均增长9.29%; 耕地足迹的净增幅也较大,由6.78亿gha增加到8.91亿gha; 林地、 草地、 渔业和建设用地足迹的净增幅相对较小. 2000~2010年我国人均生态足迹由1.40 gha增加到2.43gha,尽管仍低于世界平均水平,但已远超我国人均生态承载力,并造成严重的生态赤字,危及我国生态安全. 全国生态足迹的急剧增加主要受人均生态足迹的快速增长驱动,而经济增长和城镇化所带来的人均消费的产品和服务的快速增长是我国人均生态足迹快速增长的主要驱动力; 同时,国际贸易中资源密集型产品的大量出口也是驱动我国生态足迹快速增长的重要驱动因素. 如果不采取有效的控制措施,按照发达国家人均生态足迹的演变规律,随着我国由中等收入向高收入国家迈进,人均生态足迹将进一步快速增长,我国生态赤字将进一步加剧.     

三峡库区小流域农户氮循环和排放特征

中国农业生产是以农户为单位进行的,农户氮素利用及平衡对农业生产和农村环境有非常重要的影响.本研究选择三峡库区秭归县张家冲小流域,对农户农田氮肥施用量、农户购买的饲料与食物、人畜粪便排放等进行了调查,并对农户氮素循环特征进行了分析.结果表明,根据该流域农户氮素流动的特点,可将其分为养殖型农户、柑橘种植户、茶叶种植户、蔬菜种植户、传统种植户5种类型;其氮素负荷大小顺序为养殖型农户蔬菜种植户柑橘种植户茶叶种植户≈传统种植户,以氮计分别为(363±129)、(355±127)、(345±107)、(152±60)和(151±73)kg.(hm2.a)-1;不同农户农田氮素循环分析表明,单位面积农田氮盈余变化在(102±68)~(303±134)kg.(hm2.a)-1之间,大小顺序为蔬菜种植户柑橘种植户茶叶种植户养殖型农户≈传统种植户,分别为(303±134)、(262±100)、(111±46)、(102±68)和(103±67)kg.(hm2.a)-1;在农户氮负荷中,居民生活排放的氮占28%,农田氮盈余占72%,说明农田是主要的氮污染源,生活污染也是不可忽视的.该地区的养殖型农户、蔬菜种植户和柑橘种植户对水体质量威胁较大,是氮素污染重点防治对象;实地调查农户生产与生活的方法能清晰地明确农业生态系统中氮循环的不同环节和估算循环流量,有利于揭示区域氮素循环特征.     

吉林西部农田生态系统氮平衡及其水环境影响研究

针对吉林省西部地区农田生态系统特点,以1997—2011年统计数据为基础,建立了基于物质守恒原理的氮平衡模型,估算了该地区农田生态系统的氮收支情况,并分析了其对水环境的影响.结果表明:近15年该区氮输入量平均值为56.98×104t·a-1,其中化肥输入氮占总氮的79.59%;氮输出量平均值为42.60×104t·a-1,以作物收获输出为主;氮平衡量变化范围为10.17×104~21.91×104t·a-1,均值为14.38×104t·a-1;氮平衡模型的各项呈增长趋势,受农业生产情况差异的影响,年际间时序变化较大,县市间空间分布差异明显.吉林西部农田生态系统氮平衡表现为盈余状态,氮素的盈余主要受氮肥施用和作物收获影响,农田生态系统氮素的持续盈余并累积对水环境构成一定程度的威胁,借助该区水环境监测数据进行综合分析,受盈余氮素的影响,该区地表水和地下水水质均体现出不同程度的氮超标.     

基于河流参照状态的季风区域季节性农业灰水足迹核算方法与例证

灰水足迹核算对水资源管理具有重要意义.灰水足迹核算的两个重要参数污染物自然本底浓度和污染物入河系数在季风区域均存在明显的季节性差异,而在之前灰水足迹核算的研究中较少考虑季风区域灰水足迹可能存在的季节性差异.本文以河流总磷的参照状态作为其自然本底浓度核算了承德市农业灰水足迹.结果发现：相较于将总磷自然本底浓度值认为零,将总磷参照状态作为其自然本底浓度值的农业灰水足迹核算结果是其核算结果的1.29倍.农业灰水足迹呈现明显的季节性差异,雨季农业灰水足迹是旱季农业灰水足迹的10.65倍.在2003—2015年承德市农业灰水足迹构成中,种植业灰水足迹占较大比重,并且该比重随时间有增大的趋势.然而,承德市区县粮食产量的增长率与化肥的增长率未表现出显著关系,说明粮食产量的增幅与化肥施用的增幅无关.承德市农业灰水足迹相对较大的区县集中于承德北部区域,主要包括围场县、丰宁县和隆化县;农业灰水足迹相对较小的区县为营子区、双滦区、双桥区和宽城县.本文可阐明季风区域农业灰水足迹核算的季节性差异,以期促进灰水足迹核算方法的发展.     

中国水足迹结构解析及投入产出分析框架研究

在回顾水足迹理论和应用发展的基础上,以2009年数据对中国"蓝水"足迹和"灰水"进行了测算,结果显示中国"灰水"足迹总量远高于"蓝水"足迹,工农业水耗占到中国"蓝水"足迹的85%,而"灰水"足迹的88%由农业部门产生,面源污染将是未来水污染防治的首要目标。基于传统价值型投入产出表,构造了水足迹投入产出的"价值-实物"混合型投入产出表,定义了部门表观水足迹和实质水足迹等核心概念,将农业"绿水"足迹和产业部门"灰水"足迹纳入水足迹投入产出分析,并给出了表观水足迹强度矩阵、完全水足迹强度矩阵、部门实质水足迹分组矩阵等指标集的基本核算流程,该方法可有效体现产业部门的水资源消耗和水污染物排放关联,实现对全过程、结构性水资源和水环境管理的支持。     

基于混合LCA模型的酒店服务业水足迹量化研究——以张掖市为例

传统水足迹测算方法主要针对农牧产品,对服务产品核算的研究不足.本文基于混合生命周期评估(H-LCA)模型清单分析方法,参考ISO14046标准,以典型干旱区—张掖市的酒店服务业为例,对张掖市酒店服务业的水足迹进行了定量测算与特征分析.结果表明:张掖市酒店服务业水足迹每年平均为547 m~3·万元-1;酒店服务业水足迹主要来源于间接消耗,占水足迹总量的86%,而直接消耗占仅占14%;间接消耗中最大的部门为农林牧渔产品和服务部门,其次是金属矿采选产品与冶炼加工品部门及建筑部门.以此为依据,2016年张掖市酒店服务业水足迹输出量达到6244万m~3,占张掖市水足迹输出总量的10%左右.酒店服务业水足迹量化研究应该成为张掖市今后节水型城市建设及虚拟水战略实施中不可忽视的重要内容.     

部门水足迹及其经济效益的时空匹配特征研究

利用水足迹账户法,核算了2005—2015年张家口市市辖区、坝上和坝下三个区域的农业、工业、建筑业、服务业和生活等部门的水足迹,在此基础上分析不同产业部门水足迹经济效益的时空特征。研究结果表明：（1）马铃薯种植成为张家口市农业水足迹快速上升的最主要驱动因子。马铃薯对农产品水足迹的贡献率由10%上升至50%,成为优势农作物,但是主要集中在坝上地区。（2）工业水足迹下降了64%,市辖区下降最快;建筑业水足迹只有工业水足迹的1%~4%;服务业水足迹由571万m³上升至1436万m³,市辖区上升最快。（3）为实现节水目标,张家口市应继续调整种植业结构、最大限度利用降水,进一步减少灌溉用水;工业领域建立与水有关的投入产出表,并对工业内部产业结构和区域产业布局进行节水规划。     

北京市灰水足迹评价

北京市属于重度资源型缺水地区,加上严重的水污染情况,使得水问题成为制约当地社会经济发展和生态安全的关键性因素。研究采用灰水足迹理念将北京市1995-2009年间不同部门产生的污染物以"稀释水"的形式进行量化。研究表明:①北京市2009年灰水足迹为49.5×10⁸ m³,约为北京当年水资源量的2.3倍;②生活部门的灰水足迹最大,农业部门次之,工业部门的灰水足迹最小;③北京市灰水足迹呈现逐年下降的趋势,农业、生活和工业部门的灰水足迹在1995-2009年间分别下降了45%、62%和93%;④虽然北京市灰水足迹逐年减小,水体水质却呈现逐年恶化的趋势,剩余灰水足迹(即灰水足迹与水资源的差值)累积值的增加,是北京市水质逐年恶化的直接原因。严格控制灰水足迹是实现水环境总体改善的重要途径。     

近50 a塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化关系研究

塔里木河源流区农业用水量直接影响下放至干流的水量,从而间接影响干流区生态系统结构的稳定性。为此,研究基于农业水足迹反映农业用水变化情况,进而分析塔里木河流域“四源”农业用水与干流生态系统结构变化的关系,为后续维护干流生态系统结构稳定性决策提供科学参考依据。结果表明：1960年代—1990年塔里木河“四源”农用地总量变化不大,阿克苏河流域新开垦量与叶尔羌河流域减少量相当,农业水足迹同时呈缓慢小幅增长,干流生态系统结构变化以自然绿洲生态系统缩小和荒漠生态系统扩张为主;以2000年为分界点,2000年之前“四源”农用地和农业水足迹显著增加,导致干流生态系统中自然水域生态系统、自然绿洲生态系统和荒漠生态系统皆有不同程度的萎缩,“四源”农业用水消耗是干流生态系统恶化的直接原因;2000年之后在生态治理工程的影响下,虽然“四源”农用地和总农业水足迹在持续增加,但是节水工程年均节约近27.22×10⁸ m³,保证了下游生态系统的需水量,使其得到一定恢复。     

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.     

水足迹视角下黄土高原经济林果扩张的水安全风险分析——以苹果种植为例

以苹果为主的黄土高原经济林果种植规模持续扩张,耗水量不断增多,潜在的水安全风险增大。量化苹果生产水足迹,讨论苹果生产扩张带来的水安全风险,对科学指导未来黄土高原苹果健康发展具有重要意义。本文基于ArcGIS和CROPWAT软件,选取2000—2019年黄土高原44个市（州）,探究了苹果水足迹的时空分布规律及水安全风险。结果表明：2000—2019年,黄土高原苹果种植面积增长了1.3倍,产量增长了3.1倍,呈“北移西扩”的发展趋势;苹果绿水足迹占比的空间分布与降雨量基本一致,从东南向西北递减,蓝水足迹空间分布正好相反;苹果水足迹总量从74.42亿m³增长到108.04亿m³,占农业耗水量的比例由42.78%提升至65.63%,灰水足迹占比高达13.88%,黄土高原苹果生产面临严峻的水安全风险。因此,应适度控制黄土高原苹果种植规模的进一步扩张。本文可为评价黄土高原苹果种植规模扩张背后的水安全风险提供依据。