Resour. Conserv. Recy丨区域作物生产水足迹空间尺度效应的定量评价

论文内容

研究背景：

农业生产在全球消耗最多的水。毫无疑问，农业水资源的有效利用对于应对全球粮食安全威胁和日益严重的水短缺至关重要。要评价农业水资源利用情况，必须对农业水资源进行科学、准确、全面的评价。水足迹（WF）被广泛认为是水资源消耗的综合指标，因为它描述了消耗的水的数量和类型。作物生产用水量（WFP）是指某一地区作物生产过程中消耗的水量。这种消耗性WF可以分为蓝色WF（地表水和地下水）和绿色WF（雨水）。

尺度效应分析在生态学和地理学中很常见。通常，尺度效应是指自然现象在时间或空间两个尺度上的变化。农业用水消耗的广泛空间和时间异质性意味着它们受到规模效应的影响。对传统的农业用水指标，如蒸散量，进行了若干规模效应研究和灌溉效率的实验。研究表明了影响作物蒸发蒸腾的多个空间水平的气象因子，发现影响叶级蒸发和田间级蒸发蒸腾的变量不适合整个植物的空间水平。

研究内容：

作物生产的水足迹是最全面的农业水消耗评估工具之一，因为它描述了水消耗的数量、类型和位置。然而，现有的粮食计划署量化评价文献仅针对特定的空间层次，缺乏不同空间层次对粮食计划署变化影响的定量研究。因此，本研究考察了2000-2014年中国小麦粮食计划署的空间尺度效应，计算了小麦WFP在农田、县级行政区、河流子流域、省级行政区和大河流域的空间分布。此外，本研究分析和比较了小麦世界粮食计划署在这些不同空间水平的小麦WFP的关键驱动力，重点是气象和人类管理因素。

Fig.1 本研究工作流程图

Fig.2研究中审查的区域一级。图（a）中用颜色和线条分别区分省和县;在图（b）中，颜色和线条分别区分大流域和小流域

Fig.32000年至2014年小麦的（a）总粮食计划署（%），（b）绿色粮食计划署（%）和（c）蓝色粮食计划署（%）相对变化的空间分布

Fig.4各种因素对小麦的总WFP（a和B）、蓝色WFP（c和d）和绿色WFP（e和f）的直接（左）和间接（右）影响

Fig.5不同因素对小麦全、蓝、绿色WFP的间接影响

研究结论：

综上所述，本研究表明了以下结论：（1）由灌溉水转移和分配损失产生的蓝色粮食计划署占蓝色粮食计划署总量的约30%。(2)在所有五个空间水平，我们观察到类似的模式，粮食计划署单位粮食作物产量高，沿着低聚集分布和内陆粮食计划署的空间分布。然而，本地化的世界粮食计划署从世界粮食计划署在更大的空间水平有很大的不同。WFPs的空间分布和变化在不同的空间水平上变化很大，最大的差异发生在流域水平上。(3)影响粮食计划署的因素在不同空间层面有不同程度的影响，特别是在大型河流流域层面。在这个最大的空间层面上，我们观察到影响粮食计划署的因素的最大变化。

总之，我们的研究定量地揭示了一个不可忽视的影响，粮食计划署的空间规模。因此，对于大型流域，农业水资源管理者在每个空间层次上必须明确其不同的优先级跨空间层次，同时制定节水和调控措施。

转自：“农科学术圈”微信公众号

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