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。     

基于水足迹的山东省农业水土资源匹配特征及短缺压力分析

高强度农业开发引起的农业水土资源生态问题日益增多,探究粮食及蔬菜（粮蔬）生产中水土资源空间配置及短缺压力对农业资源的可持续利用具有重要意义。从水足迹视角出发,分析了山东省3种主要粮食作物（冬小麦、玉米及大豆）和两种不同种植模式蔬菜（设施蔬菜和露地蔬菜）的生产水足迹空间特征;同时将资源数量及资源质量的概念纳入研究框架,分析了农业水土资源数量及质量匹配格局差异,并进一步探究了农业水土资源短缺压力及其影响因素。研究结果表明：（1）2019年,山东省粮食和蔬菜的生产总水足迹为811亿m³,其中粮食生产总水足迹占比78.50%,蔬菜生产总水足迹占比21.50%;粮蔬生产水足迹受地势影响明显,鲁西北及鲁西南平原地区的粮蔬生产水足迹占比较大。（2）考虑资源数量的水土资源匹配系数均值为0.622×10⁴ m³/hm²,考虑资源质量的匹配系数均值为0.416×10⁴ m³/hm²;水土资源数量及质量匹配系数在空间上呈现出一致性,表明山东省农业生产水土资源空间配置水平高的地区同时面临着较大的农业面源污染压力。（3）整体上,土地资源短缺压力略高于水资源短缺压力;基于生产视角的水土资源短缺压力受生产环境因素制约显著,受经济发展因素的影响具有差异性,社会因素对水土资源短缺压力无显著影响。研究可为农业资源可持续管理提供数据基础,为全面理解粮蔬生产所产生的水土资源短缺提供案例参考。     

农产品水足迹研究进展

水是人类生产生活的重要资源,科学合理地评价人类活动对水资源的影响是实现水资源可持续利用的重要保障.水足迹概念的提出创新性地将人类活动消耗的水资源区分为绿水、蓝水和灰水,拓展了水资源可持续利用的评价思路.基于虚拟水(VW)的水足迹理论和基于生命周期(LCA)的水足迹理论将水质与水量的概念相结合,成为了农业水资源管理研究的热点内容.基于VW的水足迹理论主要包括绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹的计算,以及水环境可持续性评价,而基于LCA的水足迹理论体现了水资源的消耗和污染及其对环境造成的综合影响.本文详细介绍了这两种水足迹理论的计算方法与环境可持续评价的研究进展,对比分析两种水足迹理论在描述农产品生产用水及其环境影响方面的差异性,并对其研究前景进行了展望.     

城市水资源生态足迹核算模型及应用——以沈阳市为例

水资源生态足迹可以直接反映区域人类社会经济活动对水资源的压力.本研究在现有的生态足迹模型基础上,充分考虑城市自然生态系统对水资源的需求,建立了包括居民日常生活用水、生产运营用水、公共服务用水和生态需水4类帐户的城市水资源生态足迹核算模型,并结合沈阳市实际情况,确定了模型中的相关参数,对沈阳市水资源生态足迹和生态承载力进行分析.结果表明:2000-2009年,沈阳市人均水资源生态足迹总体呈下降态势,但各年度均为水生态赤字;2005年较2000年水资源生态足迹人均下降0.31 hm2,2006、2007年有小幅回升,2008、2009年趋于平稳,说明沈阳市水资源可持续利用状况有一定改善,但仍处于不可持续状态.     

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。     

城市化地区典型水体的N2O排放通量特征——以南京市为例

内陆淡水水体是大气中N₂O的重要排放源,然而目前对于内陆典型城市水体N₂O排放通量的监测数据依然匮乏,典型城市水体的N₂O排放特征及驱动因素尚不清楚。本研究选取了南京市江北新区的典型水体,包括湖库、河流、养殖池塘和景观池塘,在2020年5月-2021年4月利用漂浮箱法连续监测了不同水体类型的水-气界面N₂O排放特征,并通过测定水环境特征,探究驱动水体N₂O排放通量的关键因素。研究结果表明,典型城市水体整体均表现为N₂O排放源,河流和养殖池塘的日平均排放通量最大,分别为（503±1236）μg m^-2 d^-1和（508±797）μg m^-2 d^-1,其次为景观池塘（（179±989）μg m^-2 d^-1）,而湖库的N₂O排放通量最小,仅表现为微弱的N₂O排放源（（54±212）μg m^-2 d^-1）。水体的N₂O排放呈现季节性差异,河流和养殖池塘夏季的N₂O排放通量显著高于其他季节（P<0.01）。水体全年N₂O排放数据与水体温度和溶解氧含量（DO）呈显著相关。而在温度较高的5月份-9月份（>20℃）,氮输入成为影响N₂O排放通量的关键因素（P<0.01）,因此控制城市水体的氮输入尤其是在水温较高的夏季是减少N₂O排放的有利措施。此外,由于水文化学条件差异等因素,小型封闭水体包括养殖池塘和景观池塘的N₂O排放通量差异较大,未来应加强监测不同水体的水文化学特征和N₂O的时空排放特征,探讨影响小型封闭水体水-气界面N₂O排放通量的具体驱动因素。此研究为城市区域N₂O排放的精准核算提供了数据支撑,为N₂O排放模型的修正提供了科学依据。     

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。     

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%。     

三江平原粮食作物生产水足迹时空特征及影响因素

水足迹是评价人类活动对水资源开采和水环境污染程度的重要方法,对农作物生长过程的绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹进行量化和分析,可以为农业用水综合评价和用水管理提供指导。以三江平原为研究区域量化粮食作物生产水足迹的时空特征,揭示粮食生产对区域水资源的占用情况,并分析水足迹的影响因素。结果表明:(1)三江平原粮食生产水足迹总量在2005-2018年间呈显著增加趋势,其中绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹在水足迹总量中的占比历年平均为28%、8%和64%;(2)粮食生产水足迹空间差异明显,在地市尺度,佳木斯市水足迹最高,占三江平原总量的47%,在县区尺度,富锦市、依兰县和桦南县是水足迹热点地区;(3)只考虑蓝水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成轻度压力,而同时考虑蓝水和灰水足迹,粮食生产给三江平原水资源造成重度压力;各地市间水资源压力有较大差异,其中佳木斯市负担了该区域将近一半的粮食产量,水资源压力最高,鹤岗市则水资源压力最低;(4)降雨量、灌溉水利用效率、化肥施用量、粮食种植结构和作物单产水平等都会影响粮食作物生产水足迹,其中蓝水足迹响应种植结构的变化最敏感,灰水足迹响应化肥施用量的变化最敏感,而水足迹总量响应作物单产水平的变化最敏感。因此,建议减少化肥施用量、提高作物单产水平和优化作物种植结构纳入区域水资源可持续管理之中。     

基于投入产出表的中国水足迹走势分析

水足迹是近年来国内外研究水资源压力的常用方法.基于投入产出表的水足迹分析方法,分析了我国1997-2007年的水足迹状况,改进了耗水系数的计算方法,研究了基于稀释理论的灰水足迹计算方法,计算了外部水足迹及额外水足迹负重以及相应系数,分析了我国水足迹消费的商品(服务)结构.结果表明,1997-2007年我国年均水足迹总量为2.83万亿m3,总体呈现下降趋势,其中蓝水足迹为2183亿m3,灰水足迹为2.62万亿m3(以Ⅲ类水标准核算).在水足迹总量中,间接水足迹占据比例达到90％,可见水资源压力的产生主要基于商品或服务的消费.我国水足迹基本上依靠自给,同时我国承担其他国家的水资源压力的比例很大,但是整体上呈现下降趋势.从水足迹消费商品(服务)结构上看,与饮食相关的商品或服务占较大比例.     

水足迹研究进展

水为生命之源,水资源的合理分配与科学管理是区域可持续发展与流域综合管理的核心环节;水足迹作为一种全面核算人类活动对水资源真实占用的综合指标,将人类消费终端与水资源利用密切关联,为维护流域水资源安全、提高区域水资源利用效率提供了重要的科学依据,已成为当前国际水资源管理的前沿研究领域。在明确水足迹及水资源生态足迹相关概念的基础上,对比分析了水足迹与生态足迹、水资源生态足迹模型的异同,明晰了过程、产品及区域等不同研究对象的水足迹核算方法,系统梳理了产品和区域水足迹评价、基于水足迹的区域水资源安全研究、区域水足迹可持续性分析等水足迹主要研究内容的近今进展,并展望了进一步的重点研究方向,即水足迹综合研究、水足迹评价不确定性分析、水足迹与物质流核算的关联研究,以及基于足迹整合的可持续发展多维测度等。     

人文因素对中国灰水经济生产率的影响

促进水资源环境与经济的可持续发展,已成为当前我国亟待解决的问题。以灰水经济生产率为研究主体,将其定义为GDP与灰水足迹之比,基于对我国31个省市(香港、澳门特别行政区和台湾省数据尚未统计)2000—2014年灰水经济生产率区域特征和空间相关性的分析,利用空间Durbin模型对人文因素与灰水经济生产率的关系进行了研究。结果显示:(1)我国灰水经济生产率整体呈现上升趋势,东部地区显著高于中、西部,西部地区最低;(2)各省区灰水经济生产率在空间分布上存在显著正自相关性且空间集聚程度较高,近年来区域间的分化加剧;(3)从全国范围来看,提升产业结构优化度、城镇化水平及社会福利有利于本地灰水经济生产率增长,提高受教育程度和社会福利对邻近地区灰水经济生产率具有正向影响;(4)从各分区情况来看,提升民众受教育程度、产业结构优化度、城镇化水平和社会福利都对东部地区灰水经济生产率具有显著积极效用,城镇化建设的发展和社会福利水平的提高有利于西部地区灰水经济生产率增加;在间接效应结果中,东部民众受教育程度的提高,中部社区服务机构的减少,西部社会福利的改善都对相应邻近地区灰水经济生产率产生了显著正向影响;此外,各地需缩小城乡差距,提高农村地区GDP,促进经济与环境健康发展。提出了推动我国水环境与经济协调发展的建议。     

典型移民城市食物氮足迹估算分析——以深圳市为例

城市食物源氮消费产生的环境排放是全国氮污染的重要源头,城市食物氮足迹评估可反映维持城市人口基本食物需求的活性氮排放以及对周边环境的潜在影响。以典型移民城市深圳市为例,基于改进N-Calculator模型的基础上,估算了2010-2015年间因城市人口流动导致的城市食物氮足迹变化,并分析其时空异质性及其与城市化间的关系。结果表明：深圳市不同类型城市居民食物氮足迹不一致,其中常住户籍居民人均食物氮足迹从14.63 kg N a^-1增加至15.17 kg N a^-1,高于非户籍居民食物氮足迹13.09 kg N a^-1,其主要体现在瓜果、肉类、水产品等食物消费上。总体上,深圳城市食物氮足迹呈增长趋势,5年增幅11.50%,增幅最大为常住户籍居民食物氮足迹,但目前深圳非户籍居民的食物消费主导着城市食物氮足迹。深圳城市内部区域食物氮足迹呈高度空间异质性与聚集性,各区域增长量差异明显,街道尺度城市食物氮足迹增长热点主要分布在城市的西部沿海区域,部分热点区域单位增长量数量级比肩区级尺度单位的增长量,城市区域食物氮足迹与人口城市化的关联性不明显,但与经济城市化存在一定的关联性。当前城市移民落户趋势及居民高氮饮食倾向不利于城市氮足迹的削减,减少食物生产上游活性氮流失为深圳市贯彻粤港澳大湾区协同可持续发展的关键。     

中国“水量”和“水质”生态足迹及可持续能力量化方法与实证研究

科学测度水资源和水环境可持续能力，对区域水资源管理具有重要意义。从“水量”和“水质”两个角度，对我国31个省域地区的“水量”及“水质“生态足迹、生态承载力和生态压力指数进行研究。结果表明：(1)2000—2020年，我国水资源生态压力指数均小于1,最高值为2011年的0.86,总体水量供给充足，可持续能力强；万元GDP水量生态足迹呈波动下降趋势，用水效率大幅度提升。(2)2000—2020年，我国水质可持续能力均较强，处于安全和较安全状态，水质生态盈余量约2亿hm²;人均水质承载力约为人均水质生态足迹的2倍，且万元GDP产生的污水量呈下降趋势。(3)人均水量生态足迹和万元GDP水量生态足迹的空间重心均位于甘肃省。水量及水质生态足迹高值区，均主要位于“胡焕庸线”西北部，而承载力高值区，主要位于青藏高原和我国南方地区。(4)我国水量可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数，分别占55%、6%和39%;水质可持续能力处于安全、临界状态和不安全的地区数，分别占61%、3%和35%;水量及水质可持续能力较强和较弱的地区数之比，约为6∶4。研究揭示了我国水量及水质风险等级...     

基于投入产出分析的北京市虚拟水核算

城市化进程的加快与工农业的迅速发展使城市水消耗量日趋增加。水资源短缺不仅会造成居民生活质量下降,还会制约社会经济的可持续发展。从贸易和消费的角度核算虚拟水可为研究城市水资源管理提供新的视角。通过投入产出分析了构建了城市系统虚拟水核算模型,利用虚拟水直接和完全用水系数、虚拟水消费量等指标分析城市虚拟水消耗和虚拟水进出口特征。以北京市为例,利用2012年北京市投入产出表和部门的水资源消耗数据核算不同部门的用水系数、最终消费虚拟水量、虚拟水进出口贸易量及部门间虚拟水流转量。结果表明:北京市为虚拟水净进口城市,净进口虚拟水量6.77×10~9m~3,相当于北京市虚拟水用水总量(8.25×10~9m~3)的82%,农业和制造业为主要虚拟水进口部门;北京市虚拟水出口结构存在不合理之处,经济投入产出表中各部门出口总额占最终消费的79.9%,但出口产品消耗的虚拟水占了最终消费隐含虚拟水的85.04%,其中农产品消耗6.7%虚拟水但经济收益仅占1%,说明北京市出口以较大的虚拟水消耗量换取了较少的经济收益,需要减少虚拟水含量较大但经济价值不高的产品出口(如农产品);识别出的主要虚拟水流出-流入关系部门包括农业-制造业,农业-服务业和制造业-建筑业等部门的关联关系,可成为减少间接水消耗的关键路径。