基于灰水足迹的中国城市水资源可持续利用综合评价

随着城市化的快速发展，中国城市水资源面临着水资源短缺与水环境恶化等挑战，因此加强城市水资源可持续利用对于中国可持续发展具有重要意义。基于灰水足迹核算对2016年中国地级市水资源可持续利用情况进行综合评价。研究结果表明：（1）中国城市灰水足迹水平差异大，平均值为23.40×10⁸ m³，主要集中在20.00×10⁸ m³以下。中国城市农业源灰水足迹比例占比主要在70%以上，工业源比例占比主要在20%以下，而生活源比例占比在40%以下；（2）全国灰水经济生产率在12.45-857.31元/m³范围内，地区差异明显。33%城市灰水足迹荷载系数均大于1，全国地级市灰水足迹荷载系数平均值为1.16，城市水资源利用已对水环境产生污染压力，用水不可持续；（3）城市水资源开发率与灰水足迹荷载系数呈一定程度的正相关关系，说明了城市发展对水资源利用的"量"和"质"的压力作用具有一定的协同关系；（4）水资源可持续利用程度呈现大型城市 > 特大型城市 > 超大型城市 > 中小型城市，城市发展一定程度上有助于水资源的可持续利用，但发展规模过大可能会造成用水高产而护水低效的现象。因地制宜的实行水资源循环经济发展模式以及适时纳入灰水足迹核算与管理体系，是当前城市化大背景下实现水资源可持续利用的重要途径。     

中国铁路机车牵引能耗的生态足迹变化

基于我国机车能耗统计资料、电力年度统计数据,首次计算了1975 2007年我国铁路机车牵引能耗的生态足迹及其强度变化。结果表明:(1)从1975年至2001年,我国铁路蒸汽机车牵引能耗生态足迹年均减少9.59万hm²,年均降低3.6%。从1975年至2007年,内燃机车牵引能耗生态足迹年均增加3.41万hm²;电力机车的火电生态足迹年均增加3.99万hm²,电力机车的水电生态足迹年均增加215.14 hm²可耕地。我国铁路机车牵引能耗生态足迹总量呈波动态势。(2)从1975年到2007年,我国铁路机车牵引能耗的生态足迹强度呈逐年降低态势,其值从1975年的528.79 m²/万换算吨公里降至2007年的85.54 m²/万换算吨公里,年均降低13.85 m²/万换算吨公里。(3)我国铁路机车牵引能耗的生态足迹强度远远低于民航飞机的能耗生态足迹强度,1991 2007年前者的均值只有后者的12.3%。     

春玉米-晚稻与早稻-晚稻种植模式碳足迹比较

量化作物生产的碳足迹有助于为农业生态系统温室气体减排提供理论依据。利用生命周期法研究了我国南方地区稻田春玉米-晚稻水旱轮作种植模式和早稻-晚稻连作种植模式下粮食生产的碳足迹,并定量分析粮食生产过程中各种碳排放源的相对贡献。结果表明,与早稻-晚稻的连作模式相比,春玉米-晚稻轮作模式的单位面积碳排放降低了6724 kg CO₂-eq/hm²,单位产量的碳足迹降低了0.56 kg CO₂-eq/kg。春玉米比早稻少排放6228 kg CO₂-eq/hm²;与早稻-晚稻模式中晚稻碳排放相比,春玉米-晚稻轮作模式晚稻碳排放降低了497 kg CO₂-eq/hm²。早稻-晚稻种植模式的碳足迹主要来源于甲烷（CH₄）,其碳排放为9776 kg CO₂-eq/hm²（54.8%）,氮肥生产和施用的碳排放为2871 kg CO₂-eq/hm²（16.1%）,灌溉电力消耗的碳排放2849 kg CO₂-eq/hm²（16.0%）。春玉米-晚稻轮作模式的碳足迹主要来源于CH₄的碳排放4442 kg CO₂-eq/hm²（39.9%）,氮肥生产和施用的碳排放2871 kg CO₂-eq/hm²（25.8%）,灌溉电力消耗的碳排放1508 kg CO₂-eq/hm²（13.6%）。该模式中晚稻的碳足迹组成情况与春玉米-晚稻模式的碳足迹相似。但是,对于春玉米而言,其碳足迹主要来源氮肥生产和施用的碳排放1436 CO₂-eq/hm²（50.1%）,氧化亚氮（N₂O）的碳排放为579 kg CO₂-eq/hm²（20.2%）,CH₄的碳排放为378 CO₂-eq/hm²（13.2%）。同时,相比于早稻-晚稻中晚稻的产量（6333 kg/hm²）,春玉米-晚稻轮作模式下的晚稻产量（7270 kg/hm²）提高了14.8%。因此,引入春玉米-晚稻轮作模式有利于提升稻田生产力,降低稻田连作系统碳排放和碳足迹。     

北京市4种城市功能区森林植被涵养水源功能评价及价值估算

本研究对北京市首都功能核心区、城市功能拓展区、城市发展新区和生态涵养发展区进行林分涵养水源功能评价及价值估算,旨在探究提升城市功能区森林水源涵养功能较优林分配置模式。结果表明：（1）北京市森林植被面积2009年为4.00×10⁵ hm²,2014年为4.59×10⁵ hm²,北京市NDVI平均值2009年为0.331,2014年为0.708,北京市森林植被面积总体呈增加趋势。北京市2014年林地绿化调节水量较2009年降低了近1/3,2014年水源涵养功能价值量较2009年分别减少了22.08%和8.24%。（2）生态涵养发展区水源涵养功能年平均能力最强（2.88×10⁸ m³/a）,城市发展新区水源涵养功能年平均能力次之（1.72×10⁸ m³/a）,而首都功能核心区水源涵养功能年平均能力相对最弱,仅1.05×10⁶ m³/a。在针叶林、阔叶林和混交林三种林分类型中,2014年混交林水源涵养功能价值量较2009年增加5.13%,而阔叶林和针叶林分别减少34.93%和55.55%。（3）培育纯林,提高森林覆盖率,对于调节水土资源和保护生态环境具有非常重要的生态意义,而从森林水源涵养功能实物量和价值量考虑,认为混交林比纯林具有更强的水源涵养功能和较优的经济价值。在城市特定的条件下,建立生态与景观相协调的人工植物群落使城市土地资源的利用达到生态、社会、经济三大效益的最佳结合,是提高城市绿地质量的关键所在。     

基于供需关系的西南喀斯特区生态系统服务空间流动研究

生态系统服务的持续供给是社会和自然可持续发展的基础,人类通过对生态系统服务的消费来满足需求和提高福祉。科学理解生态系统服务从产生、传递到使用的全过程,明确区域生态系统服务供给与需求的平衡状况,对于实现区域可持续发展与提高人类福祉具有重要意义。基于RUSLE、InVEST、CASA等多种模型和方法,量化西南喀斯特区2000-2015年土壤保持服务、产水和碳固定服务的供给量和需求量,探讨供需空间盈余变化特征,确定服务流传输路径和流量。结果表明：（1）研究区土壤保持、产水和碳固定服务供给量和需求量均呈增加趋势,供给量分别增长679.52 t/hm²、2.2×10⁵ m³/km²、72.91 t/km²,需求量分别增加298.6 t/hm²、0.04×10⁵ m³/km²、168.36 t/km²。（2）整个研究区上三种生态系统服务供给尚能满足需求,土壤保持和碳固定服务供需比均呈减少趋势,而产水服务的供需比呈增加趋势。（3）土壤保持高服务流主要分布在云南的黑水河流域、四川的雅砻江流域、广东的北江和东江流域;广西的红水河流域在2000年为产水服务需求区,而到2015年转变为高服务流;碳高服务流主要分布在云南的西南部,方向由西南至东北。     

黄河三角洲横向水文结构连结空间尺度变异性分析

水文连通是影响滨海湿地生态和水文过程的基础要素之一。引入无标度网络模型改进已有横向静态水文连通参数化方法,将其应用于较大尺度（100 hm²）量化黄河三角洲滨海湿地的水文连通,并结合已有研究结果分析3个尺度（1 m²,100 m²和100 hm²）水文连通的空间变异性。研究结果显示,潮间区和生态补水区的水文连通较强,3个尺度的空间变异性主要来自于水文连通指数较高的样点;盐沼区和河滨区相对较弱,空间变异性主要来自于水文连通指数较小的样点,且大尺度水文连通空间变异性相对中尺度和小尺度更高。小尺度和中尺度方法描述了一个样地与周边较小范围的空间区域土壤水分连通状况,在大的潮汐或补水条件下不同区域各个样地倾向于保持一致;而大尺度方法则侧重于描述区域内的水文过程,这是导致尺度差异的根本原因。     

基于NPP分配的生产和生态功能协同提升模式——以西藏拉萨河谷半农半牧村为例

在人类占用净初级生产力（HANPP）等研究基础上,提出了净初级生产力（NPP）权衡假设,即生态系统供给、调节服务的权衡受到HANPP各组分分配比例的影响;基于NPP权衡假设构建了生产生态协同提升模式效果的分析框架。以西藏拉萨河流域白朗村为例,基于实地采样、监测数据,分析了生态修复前、协同提升及河谷种草模式下,白朗村的HANPP组分、空间格局,以及生产、生态功能（牲畜养殖数量、碳固定服务和空气净化服务）。结果表明：在实施生态修复前,白朗村共有牲畜15990羊单位,HANPP为35.0 g C/m²,占潜在NPP的13.8%,其中收获导致的HANPP_harv占40.0%;生态系统空气净化服务为12.0 g SO₂ m^-2 a^-1,碳固定服务为6245.4 g C m^-2 a^-1。协同提升后,HANPP总量基本保持不变,但结构发生了变化,其中HANPP_harv提高了4.2%,土地利用导致的HANPP_luc降低了1.8%。同时,养殖牲畜数量增加6.3%,生态系统调节服务基本保持同一水平。在河谷种草模式下,HANPP总量相比实施生态修复前降低了67.0%,结构变化更加剧烈。HANPP_harv增加了84.2%,为25.8 g C/m²;HANPP_luc降低了167.0%,为-14.2 g C/m²。牲畜数量大幅增加了2.2倍（35195.0羊单位）;而空气净化服务也提高了15.1%（13.8 g SO₂ m^-2 a^-1）,碳固定服务提高了5.0%（6560.1 g C m^-2 a^-1）。研究表明,NPP权衡假设可以为定量分析区域尺度生态系统服务权衡提供一定的理论支持,促进生产生态功能协同提升的生态修复模式优化。     

福建省灰水足迹时空变化及驱动因素

灰水足迹是稀释水污染物至达标需要的淡水体积,是评价水污染程度与水环境质量的重要方法,对灰水足迹进行核算与分析,可以促进福建省提高水环境质量,构建可持续的水生态环境。借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹核算方法,对福建省及各地市2001-2017年的灰水足迹进行核算,对其时空变化特征进行评价并使用对数平均迪式指数分解法（Logarithmic Mean Divisia Index Method,LMDI）模型对灰水足迹变动的驱动因素进行分解。结果表明：a）总氮是决定灰水足迹总量的主要污染物,非点源污染是灰水足迹的最主要来源但占比由68.25%降至63.35%;b）福建省灰水足迹总量降低了9.58%,且各项指标都呈下降趋势,在空间上,灰水足迹总量及剩余灰水足迹东南多西北少,人均灰水足迹及灰水足迹强度东少西多;c）福建省灰水足迹变动的驱动因素中,经济因素是最大正向驱动因素,产生2932.96亿m³的贡献量,技术因素是最大负向驱动因素,产生-2630.31亿m³的贡献量。最后,针对福建省水污染问题提出建议：a）开展非点源污染防治专项;b）加快速度提高城镇生活污水处理水平;c）优化产业结构,提高灰水足迹效率;d）切实落实生态补偿制度,调动各市水环境保护积极性;e）加强环境监管力度,加大技术投入。     

基于三维生态足迹模型的长江中游城市群平衡性分析与生态补偿研究

长江中游城市群是长江经济带的重要组成部分，明晰生态足迹平衡性对城市群区域间生态补偿以及长江中游城市群生态可持续发展具有重要意义。研究采用三维生态足迹模型和基尼系数，核算长江中游城市群各市生态足迹及生态承载力，并对其生态足迹空间平衡性进行分析；同时依据三维生态足迹相关理论，计算各市生态补偿金额。结果表明：①2000-2015年长江中游城市群整体生态足迹持续上升，由65.52 hm²/人增加至139.38 hm²/人，年增长率为7.52%，武汉城市圈和襄荆宜城市群对生态足迹增长的贡献最大；②生态承载力呈下降趋势，由11.25 hm²/人减小至10.73 hm²/人，从土地利用类型来看，耕地和林地是提供生态承载能力的最主要因素；③生态足迹的综合基尼系数处于0.425-0.488之间，整体上处于"集聚程度较大"的区间范围，空间分布显示出不平衡性；④2000-2015年长江中游城市群生态补偿支付区和补偿金额持续增加，各子城市群生态补偿差异大小关系为：环鄱阳湖城市群 > 环长株潭城市群 > 武汉城市圈和襄荆宜城市群。通过分析区域生态足迹、生态承载力的时空变化特征并提出对应补偿方案，以期为长江中游城市群生态建设和管理提供决策依据。     

煤炭资源型地区产业能-水足迹效率及影响因素

我国煤炭资源型地区众多,但其资源环境等可持续发展问题形势严峻,如何针对能源和水这两种重点资源进行协同管理是解决这些问题的关键之一。基于区域不同产业能-水耦合视角,采用投入产出分析对2002-2012年山西省不同产业的能-水足迹效率进行评价,并采用结构分解分析能-水耦合的影响因素,主要结论有：（1）研究期间,山西省各产业能-水足迹都呈上升趋势,能源足迹的增加主要表现为各产业间接消耗能源的增加,而水足迹的增加主要表现为各产业直接消耗水资源的增加。（2）不同行业能-水足迹效率差异很大,足迹较大的产业其足迹效率都较低。尽管研究期间各产业能-水足迹效率呈现上升趋势,但大部分产业能-水足迹效率仍处于较低水平。（3）从各产业能源足迹效率和水足迹效率的耦合情况来看,各产业能-水足迹效率耦合状况趋于优化,逐步由低水足迹效率和中等能源足迹效率（W_lE_m）为主转变为中等水足迹效率和中等能源足迹效率（W_mE_m）为主,但与发达地区相比,仍然具有一定的差距。（4）从能-水足迹效率影响因素来看,各产业技术水平的提高是导致能-水足迹效率提高的主要动力,经济规模的持续扩大是各产业能-水足迹上升的主要原因,部门间的联系和地区经济结构对能-水足迹效率的影响也逐步增加。这些发现从理论上揭示了资源利用强度和效率对产业能-水消耗的影响机制,从实践上对资源型地区节能节水具有重要指导意义。     

中国省际灰水足迹测度及荷载系数的空间关联分析

借鉴Hoekstra等提出的灰水足迹计算公式,从农业、工业及生活三方面计算了1998—2012年中国31个省市(自治区)的灰水足迹及其灰水足迹荷载系数。结果表明:1研究期间全国灰水足迹呈现波动趋势,1998年至2006年的灰水足迹呈现波动上升趋势;2007年开始,全国灰水足迹呈现下降趋势;农业在总灰水足迹的贡献率最高、工业最低;231个省市(自治区)15a灰水足迹荷载系数整体呈现小幅波动趋势。在全国内部也存在着明显的地区差异,大体分为5类,分别为高荷载地区、较高荷载区、中度荷载区、较低荷载区、低荷载区。3借助全局与局部空间自相关对全国31个省市(自治区)灰水足迹荷载系数进行空间关联格局分析可知,中国省级灰水足迹存在空间集聚现象且集聚现象逐渐减弱,其中H-H集聚区主要集中在华北地区,L-L集聚区主要集中在南方与青藏地区。通过全国灰水足迹测度与灰水足迹荷载系数空间关联格局分析为灰水足迹分析提供新的研究思路同时为区域可持续发展提供理论支持。     

The water footprint of Tunisia from an economic perspective

This paper quantifies and analyses the water footprint of Tunisia at national and sub-national level, assessing green, blue and grey water footprints for the period 1996–2005. It also assesses economic water and land productivities related to crop production for irrigated and rain-fed agriculture, and water scarcity. The water footprint of crop production gave the largest contribution (87%) to the total national water footprint. At national level, tomatoes and potatoes were the main crops with relatively high economic water productivity, while olives and barley were the main crops with relatively low productivity. In terms of economic land productivity, oranges had the highest productivity and barley the lowest. South Tunisia had the lowest economic water and land productivities. Economic land productivity was found to explain more of the current production patterns than economic water productivity, which may imply opportunities for water saving. The total blue water footprint of crop production represented 31% of the total renewable blue water resources, which means that Tunisia as a whole experienced significant water scarcity. The blue water footprint on groundwater represented 62% of the total renewable groundwater resources, which means that the country faced severe water scarcity related to groundwater.     

中国水生态足迹广度、深度评价及空间格局

运用生态足迹方法对水资源进行流量资本和存量资本区分,测算分析了中国31个省市1997—2014年的水生态足迹广度与深度。结果显示:(1)中国的水生态足迹广度受年际水资源量丰枯影响,总体呈波动趋势;各省市的水生态足迹广度存在着明显差异,南方地区水生态足迹广度普遍大于北方地区;(2)研究期内,中国的水生态足迹深度只有1998年为1,其余年份的水资源流量资本已不能满足人类生产生活的需求,需要消耗水资源存量资本;各省市之间水生态足迹深度相差较大,整体上北方高南方低,其中14个省份18年的平均水生态足迹深度为1,平均水生态足迹深度最高的地区是宁夏的308.12;(3)运用空间自相关方法对31个省市的水生态足迹广度和深度进行分析得出,中国省际水生态足迹广度与深度均存在明显的空间集聚现象。水生态足迹广度H-H集聚地区主要集中在中国南方地区,水生态足迹深度H-H集聚地区主要集中在中国北方地区。通过对全国水生态足迹广度与深度的测度分析为水生态足迹分析提供新的研究方法,同时也为区域水资源可持续利用提供理论依据。     

Water Footprint of Cereals and Vegetables for the Beijing Market

Beijing is situated in water‐scarce northern China, where there is a history of policies aimed at constraining local agricultural water use to meet the increasing urban water demand. This has led to a change in local crop production and subsequent effects in terms of the importation of cereals and vegetables grown in other parts of China. The dilemma is that local policies designed to improve Beijing's water resources situation may have the unintended consequence of increasing water stress in other regions. In this article, life cycle assessment approaches were used to model both consumptive and degradative water use for the major cereals and vegetables consumed in Beijing, enabling comparison of local and imported supplies. In the Beijing region, cropping cereals rather than intensive vegetables in greenhouses could reduce local blue water consumption by 7,216 cubic meters per hectare per year (m³ ha^?1 yr^?1) and nitrogen pollution by 45 kg ha^?1 yr^?1. However, depending on how the local food shortfall is balanced by imported food, shifts in cropping pattern in Beijing have the potential to cause either an improvement or exacerbation of the nationwide water stress situation (e.g., ?42% to 4% for water scarcity footprint). As such, local policy making regarding agricultural land and water use needs to consider the wider food production context. This situation in Beijing is likely to be representative of the challenge facing many of the world's large and mega‐sized cities, where a sustainable means of increasing food supply must be found.     

基于数据包络分析的江苏省水资源利用效率

采用水足迹理论分析江苏省2000-2010年水资源的真实利用情况,同时从投入产出的角度出发,选取农业用水量、工业用水量、生活用水量、COD排放总量、固定资产投资总额和从业人员数作为投入指标,GDP和粮食产量作为产出指标,运用数据包络分析中的C2R和BC2模型对这11a间江苏省的水资源利用效率进行评价.研究表明:2010年江苏省的水足迹为778.28m3,总体呈缓慢上升趋势.农业用水、工业用水和虚拟水贸易是江苏省水资源利用中的主要组成部分.11a间DEA有效年份占64％,投入冗余和产出不足均为0,即投入和产出达到最优状态.在DEA无效年份中存在冗余,存在资源浪费和污染高排放的情况.可以通过DEA投影结果对其进行改进,实现资源的最优配置.     

基于投入产出方法的甘肃省水足迹及虚拟水贸易研究

随着社会化进程的加快,地处西北内陆的甘肃省正面临日益严峻的水资源短缺危机,社会经济发展受到一定程度的制约,水生态环境也呈现出恶化的趋势。水足迹是近年来提出的衡量人类活动对于水生态系统影响的指标,能够帮助决策者制定水资源管理及保护的政策,从而实现地区水资源的可持续利用。运用单区域投入产出方法计算并分析了甘肃省1997、2002和2007年第一产业、第二产业和第三产业部门的虚拟水强度、水足迹以及虚拟水贸易情况。结果显示:(1)甘肃省第一产业的虚拟水强度最高,但呈现出逐年下降的趋势,水足迹也因此有所下降;(2)虚拟水贸易方面,甘肃省以虚拟水净出口为主,尤其是第一产业,每年虚拟水净出口量约全省总水资源量的10%。建议甘肃省继续巩固已有的节水成果,调整产业结构,大力发展节水型产业和高新技术产业。同时建议适当调整贸易格局,合理控制虚拟水出口,以缓解当地水资源短缺危机,保障地区水安全与生态安全。     

干旱区城郊种植业水足迹分析与适宜耕地规模测算——以乌鲁木齐市为例

水足迹方法能够完整、清晰地描述种植业的耗水特征。以干旱区绿洲城市乌鲁木齐市为例,运用水足迹模型分析种植业产品耗水特征,构建水足迹强度系数以探讨种植业耗水对本地水资源的影响度,进而从作物水足迹和水源类型角度建立绿洲耕地规模测度模型测算乌鲁木齐市适宜耕地规模,研究发现:①作物生长期水足迹受土壤水分胁迫和产量损减影响呈现差异化;②2005-2011年间,绿水强度系数波动剧烈,蓝水强度系数均值超出容量极限,作物生长期对蓝水资源依赖性较强,从而进一步加剧了蓝水资源的匮乏;③乌鲁木齐市合理耕地规模约为6万hm²,2005-2011年种植业实际耕地规模均处于超载状态,超载量变化呈现先降后升的特征,现状种植业发展模式对绿洲生态系统扰动不断加剧。     

Comparison of volumetric and stress-weighted water footprint of grain products in China

The water footprint (WF) concept links physical and virtual forms of water, which can be used for research on the impact on water resources imposed by human consumption or production activities. Debates remain on the calculation methods due to WF being applied for different research purposes, and the large amounts of data required for the calculation being hard to obtain. This paper calculated and compared two WFs called volumetric WF (the volumes of blue and green water are combined with the same weight) and stress-weighted WF (the volumes of blue and green water are combined with different weights) based on water use data to research crop water productivity of grain crops and its impact on water resources in each region of China. Results for volumetric WF and stress-weighted WF of grain products of each region in China differed greatly. In 2010, the average volumetric WF was 1.25 m³/kg with the blue component 0.53 m³/kg, and the average stress-weighted WF was 0.51 m³/kg. In addition, there were significant differences of both kinds of WFs among regions in China. The results showed that volumetric WF could be used as a comprehensive indicator for evaluating crop water productivity, specified in space and time by source (green and blue WFs). Stress-weighted WF could offer a meaningful way of making quantitative comparisons between products, production systems and services in terms of their potential to contribute to water scarcity. The spatial distribution of these two WFs can help decision making to develop water-saving measures, relieve water stress and restore ecosystems for each region in China.     

Could biofuel development stress China's water resources?

Concerns over energy shortages and global climate change have stimulated developments toward renewable energy. Biofuels have been developed to replace fossil fuels to reduce the emissions of greenhouse gases and other environmental impacts. However, food security and water scarcity are other growing concerns, and the increased production of biofuels may increase these problems. This study focuses on whether biofuel development would stress China's water resources. Cassava‐based fuel ethanol and sweet sorghum‐based fuel ethanol are the focus of this study because they are the most typical nongrain biofuels in China. The spatial distribution of the total water requirement of fuel ethanol over its life cycle process was simulated using a biophysical biogeochemical model and marginal land as one of the types of input data for the model to avoid impacts on food security. The total water requirement of fuel ethanol was then compared with the spatial distribution of water resources, and the influence of the development of fuel ethanol on water resources at the pixel and river basin region scales was analyzed. The result showed that the total water requirement of fuel ethanol ranges from 37.81 to 862.29 mm. However, considering water resource restrictions, not all of the marginal land is suitable for the development of fuel ethanol. Approximately 0.664 million km² of marginal land is suitable for the development of fuel ethanol, most of which is located in the south of China, where water resources are plentiful. For these areas, the value of fuel ethanol's water footprint ranges from 0.05 to 11.90 m³ MJ^?1. From the water point of view, Liaoning province, Guizhou province, Anhui province and Hunan province can be given priority for the development of fuel ethanol.