Ecol. Indic丨基于SWAT模型的作物生产水足迹定量研究

论文内容

研究背景：

农业用水占全球蓝水消耗量的85%，我国每年有超过60%的水资源用于农业生产，而灌溉是农业用水最主要的方式。水足迹是衡量淡水使用的指标，可用于量化整个生产供应链的水消耗，反映了消耗的水量和资源类型，并确定了系统中的污染和污染。作物生产的水足迹是生长期单位面积耗水量与产量的比率。在农业部门，作物生产水足迹显示了作物生长期的水消耗是来自绿水（降雨）还是来自蓝水（地表水或地下水），以及它们各自的体积和比例。

研究内容:

水资源利用效率评价是有效管理农业水资源的关键。水足迹是一种新的水资源利用评价指标，其量化是评价农业用水效率的前提。由于水足迹计算方法的不足和计算模块的缺陷，本研究旨在建立一种基于水文过程计算作物生产水足迹的方法。在本研究中，使用SWAT模型计算了中国河套灌区（HID）小麦、玉米和向日葵的田间尺度水足迹。

结果表明，小麦、玉米和向日葵的平均总水足迹分别为1.036 m3/kg、0.774 m3/kg和1.510 m3/kg。此外，小麦、玉米和向日葵的绿水足迹比例分别为22.3%、26.1%和29.4%。基于SWAT模型的水足迹计算可以反映作物生产过程中水足迹的空间差异。三种作物的绿色、蓝色和总水足迹的总体分布模式表明，HID东部的水足迹值较高，其次是西部和中部地区。基于SWAT的水足迹提供了高空间分辨率，在探索作物水足迹的空间异质性方面是有效的。

Fig.1 基于 SWAT 模型的作物生产水足迹计算流程图

Fig.2 左侧：(a)小麦、(b)玉米和(c)向日葵作物生产的绿色水足迹。右侧：HID 中作物生产的蓝水足迹(a)小麦，(b)玉米和(c)向日葵

Fig.3  (a)小麦、(b)玉米和(c)向日葵作物生产的总水足迹

Fig.4 不同的作物生产水足迹规模

研究结论：

本研究建立了基于SWAT模型的作物生产水足迹定量测量方法。这是一种田间尺度作物生产水足迹计算方法，计算结果小于经验方法（田间尺度）和统计方法（区域尺度）。水足迹在亚盆地中具有空间变异性，三种作物的绿色、蓝色和总水足迹的总体分布在HID东部较高，并逐渐向西部减少。通过使用SWAT模型计算子流域单位而非行政区域（如县）的水足迹，结果可用于评估水源和类型的耗水量。这有利于农业水管理部门准确管理和分配该地区的水资源。作物生产的总水足迹与作物产量呈负相关，但绿色水足迹与降水呈正相关。在HID的干旱和半干旱地区，蓝色水足迹对总水足迹的贡献率大于绿色水足迹，小麦、玉米和向日葵的绿色水足迹的平均贡献率分别为22.3%、26.1%和29.4%。在三种作物中，向日葵的水足迹最大，其次是小麦和玉米。2006-2012年期间，HID向日葵作物生产的平均总水足迹为1.510 m3/kg，而小麦和玉米为1.036 m3/kg和0.774 m3/kg。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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