【摘 要】
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灌区是重要的粮食生产基地与农业用水管理单元。灌溉农业以全球28%的耕地生产了46%的粮食,同时占用了70%的淡水取水量。在中国,灌区以占全国耕地54%的灌溉面积生产了全国75%的粮食和90%的经济作物。在保产增产前提下提高灌区粮食作物生产水资源利用效率,对于确保粮食安全与用水安全意义重大。实体水-虚拟水“二维三元”耦合流动理论框架揭示自然、经济、社会多重因素影响下,作物生产和消费过程中的实体水消耗
【基金项目】
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“十三五”国家重点研发计划课题“农业领域典型作物生产水足迹量化、评价和认证关键技术研究”（编号:2018YFF0215702）
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灌区是重要的粮食生产基地与农业用水管理单元。灌溉农业以全球28%的耕地生产了46%的粮食,同时占用了70%的淡水取水量。在中国,灌区以占全国耕地54%的灌溉面积生产了全国75%的粮食和90%的经济作物。在保产增产前提下提高灌区粮食作物生产水资源利用效率,对于确保粮食安全与用水安全意义重大。实体水-虚拟水“二维三元”耦合流动理论框架揭示自然、经济、社会多重因素影响下,作物生产和消费过程中的实体水消耗、实体水-虚拟水转化和虚拟水流动过程,克服了传统农业用水评价仅注重产中灌溉水消耗的局限。本研究以2008-2017年宝鸡峡灌区小麦与玉米为研究案例,聚焦灌区尺度实体水-虚拟水转化和虚拟水流动关键过程,分别以作物生产水足迹和虚拟水流动量为表征参数,构建了排水数据缺失条件下灌区作物生产水足迹多时间尺度分布式量化模型,制定了灌区作物生产水足迹基准,提出了可以区分水源类型的节水潜力评价方法,力争构建灌区尺度实体水-虚拟水耦合流动过程量化、解析、评价于一体的方法体系。力求回答“排水数据缺失条件下灌区如何实现作物生产水足迹分布式量化?”“如何合理制定灌区尺度作物生产水足迹基准?”等关键科学问题,为实现灌区现代化建设,促进节水型社会构建提供参考。获得的主要结论如下:（1）构建缺乏排水数据条件下灌区多时间尺度（年-月-日）作物生产水足迹分布式量化模型,揭示了宝鸡峡灌区粮食作物生产水足迹和县际虚拟水流动量时空演变特征。灌区小麦和玉米作物生产水足迹整体呈上升趋势,多年平均值分别为779m~3/t和573m~3/t.作物生产水足迹在不同时间尺度波动特点主要受绿水足迹变化影响。小麦生产绿水足迹在分蘖-越冬期和返青-抽穗期相对较大;玉米生产绿水足迹在苗期-孕穗期较高,灌浆-成熟期最低。灌区县际玉米虚拟水流动量由2008年的2.67亿m~3增长至2017年的2.96亿m~3;小麦虚拟水流动量由2008年的1.96亿m~3增长至2017年的2.31亿m~3,均呈上升趋势。（2）明晰了宝鸡峡灌区作物生产水足迹和虚拟水流动主要气象和社会经济驱动因子。基于不同时间尺度作物生产水足迹气象驱动力分析和对比,人为活动影响因子在作物生产水足迹影响因素中起主导作用,气象要素对作物生产水足迹的影响在月尺度更显著,表现一定时间尺度效应。单产水足迹和总产量分别是两种粮食作物灌区县际虚拟水流动量的最大的直接驱动因子和综合驱动力。（3）建立了灌区尺度作物生产水足迹基准制定方法,识别对应最优技术条件。结果表明,传统地面灌20%亏缺灌溉并覆膜被识别为宝鸡峡灌区作物生产水足迹基准对应最优技术条件。灌区玉米生产水足迹基准在枯水年、平水年、丰水年分别为426 m~3/t、322 m~3/t、431 m~3/t,小麦生产水足迹基准在枯水年、平水年、丰水年分别为616 m~3/t、543 m~3/t、597 m~3/t。（4）定量评价了灌区实体水-虚拟水耦合流动过程所伴生的资源效应及区分水源的节水潜力。结果表明,宝鸡峡灌区对资源利用效率较高的作物虚拟水流动量较少,且蓝水虚拟水流动均以加剧区域水资源短缺压力为代价。若将灌区作物生产水足迹降低至相应作物生产水足迹基准,平均每年可节约1.3亿m~3灌溉水,并降低0.75亿m~3水足迹,其中绿水足迹为0.55亿m~3。灌区内部县区间小麦出口地区绿水足迹高于进口地区,产生虚拟水流动间接冗余量。综上,本论文以宝鸡峡灌区为载体,应用并验证了所构建的作物生产与消费实体水-虚拟水耦合流动过程量化、解析、评价方法体系在灌区尺度的适用性,并对宝鸡峡灌区农业生产用水进行了分析,研究结果以期为实现灌区现代化建设以及促进节水型社会构建提供方法参考。
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