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Sustain Prod. Consump丨中国棉花生产区域水足迹变化及其驱动因素分析

2023/5/22 15:56:06  阅读:81 发布者:

论文内容

研究背景:

水资源是维持生命的基础,已成为 21 世纪农业发展的关键制约因素。水资源已成为一种稀缺和过度开发的资源;现在,全球人口达到 40亿,大约 80%的人口面临着高风险的水安全问题。农业生产力与可用水资源有着内在的联系,随着全球人口的增加,农业生产将耗费更多的水资源以满足未来作物需求增长的增长,这将使农业水资源管理面临巨大挑战,因此需要发展可持续用水和管理有关的关键技术和策略。传统的水资源研究主要集中在降水径流、蒸发、地表水与地下水的相互作用等方面。水足迹(WF)反映了在产品或服务的生产或使用过程中对水资源的消耗。这一概念的提出拓宽了水资源评价体系,并为决策提供了一个完整的水资源利用体系,在淡水占用和虚拟水的讨论中日益广泛。

研究内容:

本研究采用虚拟水和生命周期方法,并基于统计数据分析2004-2018年中国棉花WF 的时空变化特征和驱动因素,并评价了2004 - 2018 年中国棉花生产引起的水资源利用效益和水分胁迫。结果表明我国棉花WF 呈下降趋势,单产的增加是WF 下降的主要原因。黄河流域、长江流域和西北内陆棉区总水足迹(TWF)11G (46.6%)绿水足迹,42.0%蓝水足迹和11.3%的灰水足迹,15G (37.0% TWFgreen19.0%TWFblue43.9%TWFgrey18G (9.9% TWFgreen80.5% TWFblue9.6%TWFgrey;1g = 109 m3。空间聚类分析表明,长江流域棉区为棉花产量高、产量低的高集聚区。黄河流域棉花区水资源压力逐渐减轻,处于低WF、低产量的状态。在西北内陆高产棉区低WF 区,其low - low 集聚区有收缩的趋势,但水压力呈上升趋势。本研究结论减少水资源消耗、促进棉花可持续生产提供了新的思路。

Fig.1棉区水足迹示意图

Fig.2 中国棉区棉花总产量、种植面积、总水足迹及生产构成

Fig.3 2004 年、2011 年和 2018 年中国棉区棉花单产、水足迹和产量构成。HV:黄河流域棉区,YV:长江流域棉区,NWI:西北内陆棉区

Fig. 4   2004 年、2011 年和 2018 年中国棉区棉花生产绿水足迹、蓝水足迹、灰水足迹分布图

Fig.5  2004 - 2018 年中国产棉区水资源压力变化: (a) 2004 年;(b) 2011 年;(c) 2018 年;(d) 2004 - 2018 年年均水资源压力

研究结论:

研究发现,2004-2018年间黄河流域、长江流域和西北内陆棉区棉花单产的提高使WF 分别下降了−1.44%、−1.48%和−0.94%。最高TWF (18 G, 1 G = 109 m3)位于西北内陆棉区,分别是黄河流域棉区和长江中下游棉区的 1.64 倍和1.20 倍。黄河流域、长江流域和西北内陆棉区的TWF主要为TWFgreen(46.6%)TWFgrey (43.9%)TWFblue (80.5%)。研究发现,2004-2018WF的空间自相关逐渐减小,西北内陆棉区虽然处于低WF 和高产量的状态,但随着种植规模和TWF 的增加,其low - low 集群趋于收缩,对水资源造成更大的压力。这些结果为优化区域水管理和我国棉花产业实现水资源可持续利用提供了新的思路。

转自:“农科学术圈”微信公众号

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