中国能源产业的现状需水估算与趋势分析

论文研究了我国能源产业的用水现状和各类能源产出的发展趋势,并评估预测了2012、2020、2030年我国能源产业的需水情况。分析表明：2020、2030年我国能源产业需水总量将分别达到655×10⁸ 和677×10⁸ m³,比2012年有所增加,但增量不超过20%。火力发电仍为能源产业中用水量最大的行业,风力发电、核力发电、太阳能发电在高速发展进程中并未大规模用水。页岩气开采需水不多,但开采初期的大量用水在缺水地区会造成用水紧张。能源作物种植需水量将大幅增加,2012—2020、2020—2030年其需水增长量分别为30×10⁸和18×10⁸ m³,是造成未来能源产业需水增长的主要因素之一。     

大渡河上游种植制度变化及其影响因素——基于2006与2011年的跟踪研究

论文以青藏高原东部大渡河上游农牧交错区为例,采用农户问卷调查方法,在2006和2011年进行的农户和地块调查基础上,分析了研究区种植制度“双改单”现象,并运用多元线性回归模型探究影响种植制度“双改单”变化的因素。研究表明：① 在2006—2011年间,研究区玉米的播种面积保持稳定,小麦的播种面积大幅度下降,土豆的播种面积快速上升,经济作物的播种面积缓慢增加;复种指数明显降低,两熟制作物种植面积下降,一熟制作物种植面积增加,“双改单”现象明显。② 非农收入变化、畜牧业收入变化、地块均面积和区位变量是影响种植制度“双改单”的主要原因。研究种植制度变化并揭示其影响因素,有利于为政府制定有的放矢的粮食生产激励政策提供依据。     

基于地理回归的农作物播种面积统计数据空间化方法

农作物空间格局反映了农作物种植结构和特征,是了解生产资源利用状况及进行农业结构调整的重要依据。研究旨在探索农作物播种面积统计数据空间化的方法,实现对历史农业统计数据的空间化表达。将传统的农业统计调查与先进的遥感技术、空间地理信息技术相结合,通过多元Logistic回归分析农作物格局与自然地理因素和社会经济因素之间的关系,构建农作物空间适宜性分布概率,在此基础上将农作物播种面积统计数据利用空间迭代分配方法,实现统计数据空间化的研究。论文选取中国东北三省作为方法研究区,实现了对该地区2000—2010年农作物播种面积空间化表达,经检验,该方法对东北三省水稻空间化精度为0.76,能够较好地完成农作物时空播种面积统计数据空间化工作。该方法是农作物调查和遥感时空格局解译研究的有效补充,为丰富农作物空间数据提供了技术手段。     

2003—2013年中国粮食增产格局及其贡献因素研究

国家粮食安全是关乎国计民生的重要问题。2003—2013年我国粮食生产实现“十连增”乃至2015年“十二连增”,世人瞩目。论文以分省为基本单元,采用粮食作物的播种面积、产量、单产等数据,从全国和分省两个尺度,定量分析了2003—2013年我国粮食增产状况及其区域差异,全面探讨了我国粮食增产的地域格局及其贡献因素。研究表明：1）全国粮食“十连增”主要得益于稻谷、小麦和玉米等三大粮食作物的增产,且由于期间其他作物的减产,三大粮食作物增产贡献率达到105.73%;2）三大粮食作物中,玉米增产最为明显,无论在增产幅度、贡献率、增产速率还是增产区域角度均高于小麦和稻谷;3）单产提升对全国粮食“十连增”的贡献大于播种面积的扩大;4）分作物而言,玉米和稻谷增产主要得益于播种面积扩大,小麦则主要是单产提升;5）从省级角度看,近10 a我国绝大多数省份粮食均出现增产,但是粮食增产的主力依然集中在传统的粮食生产大省和西北的甘肃、新疆二省。     

近30年来洞庭湖地区水稻种植面积演变的影响因素分析

研究多熟制水稻面积时空演变及驱动机制对保障我国粮食生产和安全具有重要意义。综合运用Nich指数和地理探测器模型,探讨了洞庭湖地区1987—2017年一季稻和双季稻种植面积的时空动态变化及主要影响因素。结果表明：（1）近30年来,位于丘岗山地区的一季稻面积比例大于中部平原地区,整体呈上升的变化趋势;武陵区、沅江市等地在2007—2017年呈先降后升的变化趋势。（2）1987—2002年间一季稻和双季稻面积相对变化率呈西高东低的梯度型变化模式;2002—2017年间一季稻呈高—低—高的条带状变化模式,双季稻呈北高南低的变化发展模式。（3）1987年和2017年地理探测模型结果表明,有效灌溉面积、工业从业人员、农业从业人员、农林牧渔总产值对水稻面积影响程度不断加深。研究结果可为水稻种植结构调整提供参考依据。     

江西省“三线冲突”空间特征及其强度影响因素

科学划定“三线”（城镇开发边界、永久基本农田、生态保护红线）有利于合理安排国土空间资源,识别“三线冲突”强度影响因素,可加深对国土空间规划的认识。以省级空间规划试点区——江西省为例,通过“三线冲突强度指数”识别不同区域“三线冲突”差异,利用空间自相关分析探究空间特征,并应用地理加权回归模型分析不同冲突类型的影响因素。结果表明：研究区内,城镇—生态、城镇—农业、生态—农业、城镇—生态—农业冲突面积分别为4305.791 km²、2892.894 km²、1845.341 km²、159.444 km²,各类型冲突存在明显的空间聚集性;固定资产投资强度、建设用地适宜区面积占比和地形位指数分别为城镇—生态、城镇—农业和生态—农业冲突强度的主要影响因素,城镇化率和距河流距离对城镇—生态—农业冲突强度具有影响作用。研究结果可为今后合理布局“三线”、实现国土空间结构优化提供参考依据。     

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。     

秦岭山地丹江流域土地利用变化的土壤侵蚀效应评价

论文采用ArcGIS 10.0及InVEST土壤保持模型,分析2000—2010年秦岭山地丹江流域土地利用类型变化特征,模拟流域不同时期不同土地利用类型土壤侵蚀及土壤保持量的变化规律,并着重探讨土地利用类型方式转变对流域土壤侵蚀的影响。结果表明：1）2000—2010年间,流域裸地大比例减少90.18%（831.06 hm²）,主要转移至水域,耕地大面积减少5 197.24 hm²（4.11%）,主要流向灌丛和城镇;坡耕地还林还草初见成效,湿地的保护与恢复成效显著。2）2000—2010年间,流域土壤侵蚀状况较为严重,整体处于中度侵蚀至强度侵蚀级别,但10 a间侵蚀状况有减缓趋势;在该研究时段内,耕地大面积转为灌丛是该流域由土地利用类型变化引起的土壤侵蚀减缓的主要原因;另外,耕地转为林地以及裸地面积的减少也起到了减轻土壤侵蚀的作用;以自然生态系统为主的林地、灌丛及草地转为耕地时,土壤侵蚀强度则会明显增加。3）生态系统土壤保持功能受多方因素共同影响;2000、2010年研究区实际土壤保持量分别为5.35×10⁸、5.47×10⁸ t;占全区面积一半以上的林地和灌丛单位面积土壤保持量较为稳定,全区土壤保持功能有所提高。保证一定面积的林地、在人工干预下合理安排坡耕地还林还草区域的空间分布是秦岭山地丹江流域减少土壤侵蚀的必要措施,同时应注重对可利用耕地的保护。     

退耕还林（草）工程实施前后黄土高原植被覆盖时空变化分析

基于GIMMS NDVI3g（the third generation of Global Inventory Modeling and Mapping Studies Normalized Difference Vegetation Index）数据,辅以趋势分析、Mann-Kendall检验、Hurst指数等方法,识别了1982—2013年及1982—1999、2000—2013年黄土高原植被覆盖时空演变特征,并探讨其驱动因素。研究发现：1）1982—2013年及1982—1999、2000—2013年期间黄土高原生长季NDVI分别以0.019/10 a（P<0.01）、0.016/10 a（P<0.05）和0.057/10 a（P<0.001）的速率增加;2）除1999年以前林地外,所有植被类型的生长季NDVI均呈现显著的增加趋势,2000—2013年尤为明显;3）黄土高原生长季NDVI呈现由东南向西北递减的趋势,1982—2013年及1982—1999、2000—2013年NDVI显著上升的面积分别占74.94%、24.26%和53.34%,主要集中在黄土高原的北部和中部地区;4）研究区未来生长季NDVI呈持续性和反持续的比重分别为33.32%和66.68%,其中持续改善和由改善变为退化的面积分别占31.08%和61.88%;5）2000年以后降水增多与生长季NDVI上升相对应,大规模的生态工程建设对2000—2013年生长季NDVI增加有重要影响。     

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。     

水资源约束地区种植结构优化研究——以华北地区为例

在水资源短缺地区,除了节水灌溉技术、节水栽培技术之外,调整种植结构也是农业节水的一项重要技术措施。论文综合考虑区域社会、经济、环境协调发展,构建了区域节水高效种植结构调整的多目标模糊优化模型,克服了以往模型研究中存在的只注重经济效益而忽视社会和生态效益的局限性。并应用该模型对水资源严重短缺的华北地区进行实证研究,通过对该区种植结构调整的定量分析运算,提出了该区2010年和2030年的节水高效种植结构优化调整方案,该方案重点压缩了高耗水作物种植比例,扩大了低耗水作物种植比例,种植业用水效率逐步提高。     

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。     

中国西北旱区农业水土资源利用情景潜力研究

西北旱区水土资源供需矛盾突出,同时作为该区农业生产的瓶颈因素,决定该区经济社会生态可持续发展,因此有必要开展西北旱区农业水土资源相结合的空间情景潜力研究。论文采用水土资源匹配指数计算分析了西北旱区现状年（2010年）农业水土资源的匹配状况,采用农业水土资源利用潜力估算方法计算了西北旱区2020、2030年RCP 8.5和RCP 4.5两种情景下的农业水土资源利用潜力,实现了西北旱区农业水土资源利用潜力的可视化表达。结果表明：2020和2030年RCP 8.5和RCP 4.5排放情景下,相对于2010年,西北旱区各省2020和2030年的总农业水资源量和种植面积均减小。西北旱区6省份2020和2030年两种情景下整体综合效益和整体潜力值均为正,表明各省种植结构整体得到了优化。2020年RCP 8.5和RCP 4.5情景下,西北旱区农业水土资源利用潜力分布范围分别在-0.10×10⁴~0.83×10⁴元/hm²之间和 -1.20×10⁴~0.97×10⁴元/hm²之间;2030年RCP 8.5和RCP 4.5情景下,农业水土资源利用潜力分布范围分别在-0.39×10⁴~2.17×10⁴元/hm²之间和-0.36×10⁴~1.66×10⁴元/hm²之间。     

农业灌溉用水经济价值及其影响因素——基于剩余价值法和陕西关中地区农户调研数据

灌溉水经济价值是农业用水定价的重要基础。根据陕西关中地区农户调研数据,采用剩余价值法计算得到小麦、玉米和苹果灌溉水经济价值均值分别为0.66 元/m³、0.84 元/m³、3.17 元/m³。以该结果作为水价调整上限与现状水价比较,小麦和玉米的水价上调空间介于0.24~0.71元/m³,苹果的水价调整空间介于2.72~3.04 元/m³之间。使用分位数模型对影响因素的研究发现：（1）仅在灌溉水经济价值较低时,农户和家庭特征以及土地分散程度有显著影响;（2）在灌溉水经济价值较高时,增强农户节水意识以及加入用水者协会将能有效提升灌溉用水经济价值;（3）粮食转为经济作物、进行农业水价综合改革在所有分位点上均呈显著正向影响。本文可为研究区域农业用水分类定价及改善用水效率提供参考。     

基于MRIO模型的中国省（市）区水足迹测度及空间转移格局

基于2012年中国31个省（市）区的投入产出表,建立水资源扩展型的投入产出模型,测算了中国31个省（市）区的水足迹及水足迹贸易量,并基于省际贸易分析了省（市）区间空间转移格局。结果显示：（1）2012年,中国水足迹总量为4819.3亿m³,国际贸易净输入水足迹为261.3亿m³,省际贸易净输出水足迹为801.6亿m³,省际贸易在全国水足迹贸易中占主导地位。（2）就省（市）区而言,河北、黑龙江等19个省（市）区为净输出省份,北京、天津等12个省（市）区为净输入省份;分产业来看,第一产业水足迹净输出757.9亿m³;第二产业净输入222.2亿m³、第三产业净输出4.6亿m³。（3）省际间水足迹空间转移具有来源与去向的不一致性,同时存在省（市）区转移的地理邻近性,资源丰富省份和经济发达地区转移现象明显。     

中国粮食作物种植结构调整及其水土资源利用效应

粮食种植结构调整会影响农业资源的消耗需求。20世纪90年代中后期以来,玉米在我国粮食生产中的地位明显提升。以粮食种植结构无调整为参照情景,一定产量下,1996-2015年,在国家层面,因粮食种植结构调整对水土资源消耗的节省量约占现期需求量的4%左右。在区域层面,从结构调整对种植面积的减省效应看,耕地资源相对丰富的北方地区明显高于南方地区;从对水资源消耗的减省效应看,北方贫水区也普遍高于南方地区,干旱度最高的西北地区最高。期间区域分品种粮食生产广泛受到作物种植比例变化的影响。研究结果表明,要充分利用好南方水热资源,恢复水稻生产,主要取决于稻米需求及其种植效益,而北方地区则要尽可能按降水规律调整农作制度,合理控制水稻、小麦的种植面积。     

塔里木河流域枯水年生态调水方式及生态补偿研究

近年来塔里木河流域大规模水土资源开发导致水资源供需矛盾日益尖锐,特别在枯水年,生态及社会安全受到严重威胁,亟需通过提出科学合理的生态调水方式及生态补偿方案来化解这一矛盾。论文利用塔里木河“四源一干”的地表径流、断面引退水、地下水埋深、气象等资料及干流下游流域内的遥感影像数据,根据水量平衡原理计算了各河流的河损及干流下游的生态需水量,提出了枯水年流域水量分配方案,确定了流域枯水年生态调水方式及相应的生态补偿方案。结果表明：1）在特枯水年,下游需水量为7.01×10⁸ m³,至少挤占上游源流10.70×10⁸ m³水才能保障,从上游源流调水至干流单方水的总效益和经济效益将分别减少38.2%和81.2%,因此该调水方式是不合理的,应改从开都-孔雀河调水以满足下游用水;2）调水后上游源流对开都-孔雀河单方水的补偿量为3.4元。研究可为流域水资源的高效开发、利用和管理提供科学依据。     

基于区间数多目标规划的河北省水资源与产业结构优化

河北省日益尖锐的水资源供需矛盾已经成为影响社会经济持续发展和生态建设的主要制约因素。论文在河北省宏观经济水资源和水环境投入产出表基础上,建立了产业结构的区间数多目标优化模型,确立了3个目标函数以及相应的约束条件,并对产业结构的优化调整进行了模型计算,结合相关政策分析设计了产业结构调整方案,即适当扩大农林牧渔业、食品加工业、木材加工业、非金属制品业、服务业、建筑业以及商业饮食业所占比重;对于开采洗选业、金属加工业、纺织服装业、造纸印刷业以及能源供应业等行业可适当减少产值规模,其他行业基本不变。执行调整方案后,预计产业增加值最高可达55 181.708亿元,最低为51 191.163亿元,平均值为53 186.436亿元;用水总量可控制在151.67×10⁸~176.02×10⁸ t范围内,COD排放量则可控制在117.31×10⁴~136.80×10⁴ t之间。调整后的产业机构更能适应河北省可持续发展的需要。     

外部性视角下的节水灌溉技术补偿标准核算——基于选择实验法

合理的补偿标准是节水灌溉技术补偿政策的核心,也是促进农户技术采用的关键内容。论文以石羊河下游民勤县为例,通过选择实验调研和RPL（Random Parameters Logit）模型估计,量化了节水灌溉技术采用的外部效益,并结合特定技术与农户谈判能力讨论了兼顾公平与效率的补偿标准。结果表明：民勤县城乡居民均希望实施节水灌溉技术来改善生态环境,技术采用的外部效益约为1 052.25元/hm²;以膜下滴灌技术为例,合理的补偿标准应在789.15元/hm²左右。从现行政策看,过低的补贴标准难以保障农户切身利益,导致政策响应不足。据此建议,完善成本收益核算体系,将技术采用的外部效益纳入补偿标准的核算中,提升补偿政策的公平性,同时也要根据技术类型及其采用面积进行精准化补偿,保障资金有效利用。