河南冬小麥—夏玉米生產(chǎn)耗水結(jié)構(gòu)及其時空差異分析
——基于水足跡視角

秦婭青,王 銳,李瑞華,馬守臣

(1.河南理工大學(xué) 測繪與國土信息工程學(xué)院,河南 焦作 454000;2.國土資源部土地資源綜合監(jiān)測與持續(xù)利用野外科學(xué)觀測研究基地,河南 焦作 454000)

1 引言

農(nóng)業(yè)用水是糧食生產(chǎn)的重要基礎(chǔ)資源[1]。隨著工業(yè)、生活和生態(tài)等非農(nóng)業(yè)用水量的大幅增加,我國農(nóng)業(yè)用水量占總用水量的比重從2000年的68.8%降至2016年的62.4%[2,3],水資源緊缺對糧食生產(chǎn)的剛性約束在持續(xù)加強(qiáng),將有限的水資源為糧食生產(chǎn)提供可持續(xù)保障面臨著巨大挑戰(zhàn)[4]。在農(nóng)業(yè)用水趨緊的形勢下，對作物生產(chǎn)用水來源、組成和效率的量化成為亟需解決的問題。傳統(tǒng)意義上的作物生產(chǎn)用水一般指灌溉用水[5,6],1993年“虛擬水”的提出發(fā)展了對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中作物用水的認(rèn)識[7]。之后，荷蘭學(xué)者Hoekstra于2002年提出用“水足跡”來衡量任何已知人口(國家、區(qū)域或個人)在一定時間內(nèi)生產(chǎn)或消費(fèi)產(chǎn)品和服務(wù)所需水資源的數(shù)量，相應(yīng)的作物生產(chǎn)水足跡為作物生產(chǎn)過程中所消耗的水資源數(shù)量[8]。雖然以往對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的計(jì)量主要以灌溉用水(藍(lán)水)使用量為核算標(biāo)準(zhǔn),但是降水(綠水)在維持生態(tài)系統(tǒng)和糧食生產(chǎn)中同樣具有重要的作用[9,10],因此農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水計(jì)量研究對象和內(nèi)容由單一的藍(lán)水計(jì)算發(fā)展到包含藍(lán)水和綠水在內(nèi)[11]。同時,鑒于區(qū)域降水時空分布和水土資源匹配的差異性,作物生產(chǎn)用水中藍(lán)綠水計(jì)量與構(gòu)成[12,13]、糧食流通所帶來的虛擬水流動對糧食輸出區(qū)的影響[14]等成為研究熱點(diǎn)。操信春等學(xué)者[15,16]對我國灌區(qū)糧食作物生產(chǎn)水足跡進(jìn)行了量化分析,并對其構(gòu)成、用水效率進(jìn)行了分析評價;吳普特等學(xué)者[17,18]從虛擬水角度得出在“北糧南運(yùn)”過程中,伴隨著“北水南調(diào)”對糧食輸出區(qū)作物生產(chǎn)耗水有了重新認(rèn)識;嚴(yán)冬等學(xué)者[19]對作物種植水資源消耗量進(jìn)行了控制研究,分析了如何調(diào)控糧食流通格局以改變虛擬水的流向。

河南省作為我國糧食主產(chǎn)省之一,以冬小麥—夏玉米“一年兩熟”的種植模式為主,其農(nóng)業(yè)用水的保障是其糧食安全戰(zhàn)略中的重要一環(huán)[20]。對農(nóng)業(yè)供水而言,河南省多年平均降水量為500—900mm[21],折合降水資源量1100—1600億m3。有效利用降水資源可不同程度地滿足作物生長需要,但由于河南省降水的時空差異明顯,有效降水對糧食生產(chǎn)貢獻(xiàn)的量化較為困難。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡理論對作物生產(chǎn)過程中消耗藍(lán)綠水?dāng)?shù)量和構(gòu)成進(jìn)行了核算,深化了傳統(tǒng)水資源核算和評價體系,也促進(jìn)了對綠水貢獻(xiàn)量化的研究[22]?；诖?本文基于水足跡理論對河南省18個地市主要糧食作物生產(chǎn)耗水進(jìn)行量化并對其構(gòu)成進(jìn)行分析,以明晰降水和灌溉水對糧食生產(chǎn)的貢獻(xiàn),在此基礎(chǔ)上運(yùn)用空間自相關(guān)分析法對各地市進(jìn)行時空差異分析,對不同地市的農(nóng)業(yè)用水結(jié)構(gòu)進(jìn)行分區(qū),為制定全省的農(nóng)業(yè)用水政策，改善農(nóng)業(yè)用水狀況提供理論依據(jù)和參考。

2 研究區(qū)概況

河南省位于我國中部,地理位置為31°23′—36°22′N、110°21′—116°39′E,土地總面積16.7萬 km2,其中耕地面積8.14萬km2；地勢西高東低,平原和盆地、山地、丘陵分別占總面積的55.7%、26.6%和17.7%;屬暖溫帶—亞熱帶濕潤半濕潤季風(fēng)氣候,全年無霜期由北向南為180—240天；年均降水量約為500—900mm,南部和西部山地較多,大別山區(qū)年均降水量可達(dá)1100 mm以上。河南省地跨長江、淮河、黃河、海河4大流域,多年平均水資源總量403.5億m3,其中南陽、信陽、駐馬店、周口等市水資源最為豐富。自2002年開始,河南省糧食總產(chǎn)量實(shí)現(xiàn)“十三連增”,持續(xù)保持全國第一的位次,對保障我國的糧食安全做出了巨大的貢獻(xiàn)。其中小麥、稻谷占全國的種植比例自2006年的21.2%、2.1%增加到2015年的22.5%、2.2%，玉米種植比例減少了0.3%[23,24]。鑒于水稻種植限于新鄉(xiāng)和信陽局部地區(qū),因此本研究選用冬小麥和夏玉米作為研究對象。

由于歷史與地理因素的影響,將河南省劃分為豫東、豫西、豫南、豫北、豫中5個地區(qū)。其中,豫東包括開封、商丘、周口;豫西包括洛陽、三門峽;豫南包括南陽、駐馬店、信陽;豫北包括安陽、新鄉(xiāng)、焦作、濮陽、鶴壁、濟(jì)源6市;豫中包括鄭州、許昌、漯河、平頂山。文中按照該行政區(qū)劃進(jìn)行描述。

3 研究數(shù)據(jù)和方法

3.1 研究數(shù)據(jù)來源

本研究采用CROPWAT8.0模型計(jì)算作物需水量，研究數(shù)據(jù)包括:①氣象數(shù)據(jù)。包括河南省18個地市20個氣象站點(diǎn)經(jīng)度、緯度和海拔高度,以及2006—2015年月平均最高溫度、月平均最低溫度、相對濕度、風(fēng)速、日照時數(shù)和降水量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng)。②作物數(shù)據(jù)。生育期數(shù)據(jù)來源于中國氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享網(wǎng),作物系數(shù)來源于FAO數(shù)據(jù)庫。③農(nóng)業(yè)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。包括18個地市冬小麥和夏玉米的種植面積、產(chǎn)量等,來源于2006—2016年《河南省統(tǒng)計(jì)年鑒》。

3.2 研究方法

本研究中作物生產(chǎn)水足跡是指生產(chǎn)單位重量的作物(一般為經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量)所消耗的廣義水資源量[1,25],按來源不同可分為藍(lán)水足跡和綠水足跡。本文應(yīng)用CROPWAT8.0模型得出的田間作物蒸散發(fā)量結(jié)合作物單產(chǎn)進(jìn)行計(jì)算,計(jì)算公式為:

WF=WFgreen+WFblue

(1)

式中,WF為作物生產(chǎn)水足跡(m3/kg);WFgreen為作物生產(chǎn)綠水足跡(m3/kg);WFblue為作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡(m3/kg)。

作物生產(chǎn)綠水足跡和藍(lán)水足跡根據(jù)作物生育期的綠水消耗量和藍(lán)水消耗量結(jié)合作物單位面積產(chǎn)量進(jìn)行量化,按下式計(jì)算:

WFgreen=CWUgreen/Y=10ETgreen/Y

(2)

WFblue=CWUblue/Y=10ETblue/Y

(3)

式中,CWUgreen和CWUblue為作物生長綠水和藍(lán)水資源消耗量(m3/hm2);Y為作物單位面積產(chǎn)量(kg/hm2);常量因子10是將水的深度(mm)轉(zhuǎn)化為單位陸地面積水量(m3/hm2)的轉(zhuǎn)化系數(shù);ETgreen和ETblue為作物蒸發(fā)蒸騰量中有效降水和灌溉水的部分(mm)。ETgreen和ETblue按下式計(jì)算:

ETgreen=min(ETc,Peff)

(4)

ETblue=max(0,ETc-Peff)

(5)

式中,ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量(mm);Peff為作物生育期所利用的有效降水量(mm)。

作物蒸散發(fā)量ETc按下式計(jì)算:

ETc=Kc×ET0

(6)

式中,Kc為作物系數(shù);ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm)。根據(jù)當(dāng)?shù)貧庀筚Y料，運(yùn)用CROPWAT模型內(nèi)嵌的Penman-Monteith公式對參考作物蒸發(fā)蒸騰量進(jìn)行計(jì)算。

有效降水量是指降水儲存在土壤中可供作物生長有效利用的那部分降水量。本研究中Peff采用CROPWAT模型中推薦的美國農(nóng)業(yè)部土壤保持局(USDA-SCS)提出的計(jì)算方法,公式為:

(7)

式中,Pmonth為月降水量(mm);Pe(month)為月有效降雨量(mm)。該經(jīng)驗(yàn)公式主要是以美國22個不同氣候和土壤條件實(shí)驗(yàn)站的50年降水實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)得到,在國內(nèi)外研究中已得到較為廣泛的應(yīng)用[15,26]。

4 結(jié)果與分析

4.1 作物生產(chǎn)水足跡的時空變化

本文運(yùn)用CROPWAT模型計(jì)算河南省2006—2015年18個地市冬小麥和夏玉米生長藍(lán)綠水消耗量,結(jié)合各地市作物單產(chǎn)分別對其生產(chǎn)水足跡進(jìn)行量化,得到2006—2015年各地市作物生產(chǎn)水足跡。選取2006年、2010年、2015年為代表年,冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡見圖1。

圖1 2006年、2010年和2015年冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡

從圖1可見,冬小麥生產(chǎn)的水足跡總體上高于夏玉米,總體上全省冬小麥生產(chǎn)的水足跡為0.89m3/kg,夏玉米生產(chǎn)水足跡為0.62m3/kg。在年際變化方面,除豫北安陽、鶴壁、濮陽等市冬小麥生產(chǎn)水足跡2015年高于2006年、2010年外,其他地市均呈遞減趨勢。其中,鄭州、開封和信陽降幅最大,表明該地市研究期內(nèi)生產(chǎn)單位冬小麥耗水量在減少,用水效率在提高。而夏玉米生產(chǎn)水足跡呈不規(guī)律分布,隨年際間降水量豐枯而波動較大,其中洛陽、三門峽、信陽變幅最大,同時作物生產(chǎn)水足跡呈現(xiàn)一定的空間差異。為了方便統(tǒng)計(jì),本文以全省作物生產(chǎn)水足跡10年均值為基礎(chǔ)分析其空間上的總體差異特征,結(jié)果見圖2。

圖2 河南省冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡空間分布

全省冬小麥、夏玉米生產(chǎn)水足跡表現(xiàn)出一定的空間集聚性(圖2)。除信陽外,總體上自西北向東南遞減,高值區(qū)主要分布在三門峽、洛陽、鄭州。其中,三門峽冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡最高,分別為1.31m3/kg和0.83m3/kg;低值區(qū)主要分布在周口、漯河、許昌,其中周口冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡最低,分別為0.60m3/kg和0.49m3/kg,不難看出冬小麥生產(chǎn)水足跡空間差異程度明顯大于夏玉米。

冬小麥生育期內(nèi)降水量少,使降水對冬小麥生長需水滿足程度較低,灌溉用水需求大。生產(chǎn)水足跡中藍(lán)水足跡呈西北高東南低,與冬季降水量分布相似。其中,最高值的鄭州為0.85m3/kg,比最低值的信陽高0.59m3/kg;夏玉米生育期同步的雨季降水量多,作物生育期內(nèi)水分條件得到保證,對夏玉米需水量滿足程度較高,使夏玉米生產(chǎn)以綠水滿足為主,全省范圍內(nèi)綠水足跡比重均在60%以上,甚至在商丘、駐馬店、信陽等地市達(dá)到90%,即豐沛的降水理論上可基本滿足夏玉米生育期所需。

作物生育期需水量由有效降水和灌溉水量來保證,作物生產(chǎn)水足跡的高低由年內(nèi)作物耗水量和單產(chǎn)決定(圖3)。本研究中冬小麥—夏玉米作物需水量10年間變化不大,作物耗水量的高低直接受到有效降水的影響。因此，有效降水和作物單產(chǎn)水平均較高的地區(qū),如周口、漯河和許昌等地市水足跡最低;有效降水和作物單產(chǎn)均較低的地區(qū)，如三門峽、洛陽、鄭州等水足跡最高。

圖3 河南省主要糧食作物單產(chǎn)和年均降水量

4.2 生產(chǎn)水足跡空間自相關(guān)分析

通過以上分析可知,河南省冬小麥和夏玉米生產(chǎn)水足跡在空間上呈一定的集聚分布狀態(tài),說明可能受鄰近地市的自然、社會、經(jīng)濟(jì)條件的相似而存在空間關(guān)聯(lián)[16]。而具體的空間關(guān)聯(lián)性如何,需要從全局和局部分別進(jìn)行量化分析,由此進(jìn)行生產(chǎn)水足跡空間分區(qū)格局分析,為分區(qū)制定科學(xué)合理的用水策略提供理論依據(jù)。

全局空間自相關(guān)分析:全局空間自相關(guān)能描述某要素屬性間的總體空間關(guān)聯(lián)及其差異情況[28]。本文運(yùn)用GeoDa軟件得出河南省代表年份冬小麥和夏玉米水足跡全局Moran′s I估計(jì)值與檢驗(yàn)，見表1。

表1 代表年冬小麥—夏玉米生產(chǎn)水足跡的Moran′s I與檢驗(yàn)

從表1可見,代表年全局Moran′s I估計(jì)值均大于0,但并不是所有年份都通過了顯著性檢驗(yàn)(P=0.05時臨界值為1.96)。從10年總體平均情況來看,冬小麥通過顯著性檢驗(yàn),即冬小麥水足跡的高值區(qū)在空間上呈集聚分布,低值區(qū)趨于相鄰;夏玉米則沒有通過顯著性檢驗(yàn),即夏玉米的水足跡在95%置信區(qū)間上呈離散分布。

糧食生產(chǎn)水足跡與區(qū)域氣候、作物類型、土壤等自然因素有關(guān),同時也與區(qū)域用水效率和糧食產(chǎn)量等社會、經(jīng)濟(jì)、管理技術(shù)等因素有關(guān)[1,10,16]。本研究中夏玉米生產(chǎn)水足跡離散分布的主要原因在于:全省各分區(qū)有效降水量和作物單產(chǎn)量差異小,使夏玉米生產(chǎn)水足跡在全省各分區(qū)間差異不明顯,呈不顯著集聚;而冬小麥生育期降水不足、不同灌溉方式和用水效率影響藍(lán)水消耗量的多少,同時水資源消耗量、水土匹配狀態(tài)、管理技術(shù)水平間的差異造成小麥單產(chǎn)的差異,因此基于自然、社會、經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等條件會在區(qū)域上表現(xiàn)出地理空間上的相似性,形成全省毗鄰地市冬小麥生產(chǎn)水足跡的空間集聚性。

表2 代表年作物生產(chǎn)水足跡的LISA屬性

注:HH表示某一地市和周圍地市的屬性值都較高，LH表示某一地市屬性值較低而其周圍地市較高，LL表示某一地市和周圍地市的屬性值都較低，HL表示某一地市屬性值較高而其周圍較低;*表示達(dá)到p=0.05顯著水平。

局部空間自相關(guān)分析:由于全局Moran′s I指數(shù)為總體自相關(guān)統(tǒng)計(jì)量,并不能表示具體區(qū)域的空間集聚特征,因此采用空間關(guān)聯(lián)局域指標(biāo)LISA指數(shù)來進(jìn)一步分析全省冬小麥—夏玉米生產(chǎn)水足跡區(qū)域分布的時空演變特征。本文利用GeoDa軟件得出河南省不同地市的LISA指數(shù),顯著性檢驗(yàn)見表2。

表2顯示,河南省各地市間冬小麥和夏玉米局部空間自相關(guān)屬性差異明顯,但從年際變化上看總體較穩(wěn)定,說明作物生產(chǎn)水足跡的局部分異特征隨作物類型的差異較大,隨時間變化的差異較小。具體來看,冬小麥生產(chǎn)的水足跡局部屬性表現(xiàn)為正相關(guān)(HH和LL)的地市個數(shù)占較大部分,不同年份均在11個地市以上。其中,豫西三門峽、洛陽因高耗水低單產(chǎn)穩(wěn)定處于HH區(qū),豫東、豫南漯河、周口、商丘、駐馬店因其糧食生產(chǎn)水平高,水資源利用效率高穩(wěn)定處于LL區(qū),表明冬小麥生產(chǎn)水足跡高值地市和低值地市分別形成顯著的集聚區(qū),而低值區(qū)地市個數(shù)多于高值區(qū)地市,表明冬小麥生產(chǎn)水足跡低值區(qū)集聚性更強(qiáng)。相比較而言,夏玉米生產(chǎn)水足跡整體呈不顯著集聚(表1),局部分異特征表現(xiàn)為正相關(guān)(HH和LL)的地市個數(shù)僅占1/2左右,表明夏玉米生產(chǎn)的水足跡高值區(qū)與低值區(qū)集聚性相較冬小麥更弱,而HL和LH區(qū)地市較多表明空間穩(wěn)定性較弱,非典型性地市較多。

5 政策建議

由于全省各地區(qū)間存在水土資源空間分布不均[29]、利用效率不一[30]等問題，康紹忠院士在華北地區(qū)適水農(nóng)業(yè)發(fā)展報告中指出,緩解用水緊張可從壓面積、調(diào)結(jié)構(gòu)、新品種、增供水四個層面入手,但面對農(nóng)業(yè)用水占比持續(xù)降低和河南省傳統(tǒng)種植模式調(diào)整困難的現(xiàn)實(shí)條件,在作物生長期實(shí)施開源節(jié)流措施成為河南省適水農(nóng)業(yè)的主要發(fā)展方向。由于河南省各地市的自然與社會經(jīng)濟(jì)條件與農(nóng)業(yè)管理間的差異,作物生產(chǎn)耗水量和用水效率也呈現(xiàn)明顯不同，因此根據(jù)藍(lán)綠水資源特點(diǎn)和水足跡分異特征,制定糧食生產(chǎn)用水效率分區(qū)改進(jìn)措施,因地制宜地實(shí)施節(jié)水是農(nóng)業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。

考慮河南省行政區(qū)劃和作物生產(chǎn)耗水空間分布特征,對全省各分區(qū)提出以下幾條改進(jìn)措施:①豫北地區(qū)地勢平坦、土壤肥沃,良好的種植傳統(tǒng)使其作物生產(chǎn)水足跡較低,但是冬季降水量少直接導(dǎo)致冬小麥生育期內(nèi)對地下水的過量開采,研究期內(nèi)地下水埋深變化明顯。王書吉等[31]通過實(shí)驗(yàn)得出，減少單位面積灌溉水量對冬小麥產(chǎn)量的影響較小,冬小麥生長中水分適度虧缺并不一定造成減產(chǎn)的結(jié)論在研究中得到驗(yàn)證。因此,發(fā)展半旱地農(nóng)業(yè)可作為一個更好的選擇,在充分利用降水基礎(chǔ)上實(shí)施少量灌溉水以有效緩解冬季灌水緊缺態(tài)勢,減輕對地下水的過分開采;或?qū)⒂昙径嘤嘟邓Y源進(jìn)行儲備、調(diào)蓄,用作作物生育期灌溉用水,以減少灌溉用水消耗。②豫西地區(qū)作物生產(chǎn)水足跡高是由于作物生產(chǎn)耗水高單產(chǎn)低,借鑒趙西寧[32]、山侖[33]對黃土高原和黃淮海典型區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展研究,充分利用當(dāng)?shù)靥烊还┧?對降水在時間空間上進(jìn)行調(diào)配、存儲,優(yōu)化水資源的時空分布用作缺水期作物生長灌溉所需。豫西山地丘陵地形具備集雨補(bǔ)灌實(shí)施條件;或針對其地形條件通過修筑梯田攔蓄水流以增加土壤入滲,將降水資源有效多轉(zhuǎn)化為土壤水,在提高降水有效利用的同時實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量與用水效率同步提高。③豫東平原區(qū)許昌、周口農(nóng)業(yè)生產(chǎn)條件優(yōu)越、作物生產(chǎn)水足跡低,夏玉米單產(chǎn)仍有提升潛力,因此節(jié)水高效的精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)是未來的最佳發(fā)展方向[34]。同時也應(yīng)認(rèn)識到，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的集約化和適度規(guī)?；窍冗M(jìn)的水利灌溉技術(shù)和管理體制充分發(fā)揮作用的重要因素。④豫南的駐馬店、信陽、南陽是降水資源最為豐富的地區(qū),但實(shí)際生產(chǎn)中作物單產(chǎn)低、生產(chǎn)水足跡高。究其原因，該地區(qū)在于用水效率低,水資源浪費(fèi)嚴(yán)重。從這些地區(qū)冬小麥生產(chǎn)水足跡呈遞減之勢可見,其農(nóng)業(yè)用水效率在逐步提高。此外,信陽市是河南省的水稻主產(chǎn)區(qū),耕作、灌溉方式都會對用水效率產(chǎn)生較大影響[35],在這種情況下,應(yīng)加大管理技術(shù)投入力度、完善相關(guān)配套設(shè)施、適當(dāng)調(diào)整種植結(jié)構(gòu)、優(yōu)化灌溉模式，以充分利用降水資源,提高用水效率[36]。⑤農(nóng)業(yè)種植比較效益低導(dǎo)致農(nóng)業(yè)發(fā)展受限一直都是農(nóng)業(yè)發(fā)展中不可回避的現(xiàn)實(shí)問題,在經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展地區(qū)表現(xiàn)得更為明顯[37]。如豫中鄭州、洛陽等市農(nóng)業(yè)種植中耕地不足,作物單產(chǎn)低、用水效率低，該區(qū)域應(yīng)利用經(jīng)濟(jì)技術(shù)優(yōu)勢,大力引進(jìn)農(nóng)業(yè)節(jié)水設(shè)備,發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)。同時,城市發(fā)展中對地下水只增不減的需求同樣需要控制,通過提高水資源利用效率以逐漸緩解地下水埋深中心的擴(kuò)大,減輕對地下水系統(tǒng)施加的壓力。

綜合河南省各地市降水條件、糧食生產(chǎn)水平、用水效率以及地市水土資源匹配狀態(tài)和社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展能力,討論不同類型地市糧食生產(chǎn)中農(nóng)業(yè)用水發(fā)展的相關(guān)建議。過分依賴地下水不是長遠(yuǎn)發(fā)展之計(jì),切實(shí)進(jìn)行農(nóng)業(yè)(灌溉)用水供給側(cè)改革,加大對集雨及其他工程供水的技術(shù)投入,減輕對地下水的掠奪,扼制地下水漏斗區(qū)的蔓延,才能在維護(hù)生態(tài)健康發(fā)展的同時實(shí)現(xiàn)農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

6 討論與結(jié)論

CROPWAT模型中作物蒸散發(fā)量有作物需水量法和灌溉制度法兩種計(jì)算方法：前者是估算作物生長不受水分脅迫的理想狀態(tài)的作物蒸散發(fā)量,后者則依據(jù)地區(qū)不同灌溉方式,估算土壤水分脅迫影響下的作物蒸散發(fā)量。鑒于省域研究尺度下各地市自然氣候條件有一定的差異,灌溉條件不一、數(shù)據(jù)收集完整度差,因此本研究選用作物需水量法進(jìn)行估算,考量不受水分脅迫影響下的作物需水量中有效降水和灌溉耗水構(gòu)成。在沒有灌溉水源補(bǔ)充的情況下,作物生育期水分消耗僅靠雨季降水的支撐,使該方法計(jì)算下的作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡偏高,有效降水對作物生長的貢獻(xiàn)度也高于數(shù)值計(jì)算結(jié)果。但是通過對全省取多年均值進(jìn)行生產(chǎn)耗水構(gòu)成和時空差異分析仍可得出河南省全省范圍內(nèi)農(nóng)業(yè)用水的整體結(jié)構(gòu)以及區(qū)域分布差異特征。

本文以作物生產(chǎn)水足跡為核算指標(biāo),對2006—2015年河南省冬小麥—夏玉米種植模式下的作物生產(chǎn)耗水分別進(jìn)行量化并對其構(gòu)成時空差異進(jìn)行分析，初步得出以下結(jié)論:①冬小麥生產(chǎn)水足跡總體高于夏玉米,總體上全省冬小麥生產(chǎn)水足跡為0.89m3/kg,夏玉米生產(chǎn)水足跡為0.62m3/kg。在年際變化方面,冬小麥生產(chǎn)水足跡總體呈遞減趨勢,其中鄭州、開封和信陽降幅最大;而夏玉米生產(chǎn)的水足跡呈不規(guī)律分布,隨年際間降水量豐枯而波動較大。②作物生產(chǎn)水足跡的高低由年內(nèi)作物耗水量和單位面積產(chǎn)量決定。全省范圍內(nèi)冬小麥最高值與最低值分別為1.31m3/kg、0.60m3/kg,夏玉米分別為0.83m3/kg、0.50m3/kg。在空間分布特征方面,冬小麥生產(chǎn)水足跡高值地市和低值地市分別形成顯著的集聚區(qū);夏玉米生產(chǎn)水足跡則非典型性地市較多,分區(qū)間集聚性相較于冬小麥更弱。③在作物生產(chǎn)耗水構(gòu)成方面,冬小麥藍(lán)水足跡占生產(chǎn)水足跡比值高于夏玉米,呈北高南低的分布特征;夏玉米則綠水足跡占生產(chǎn)水足跡比值高于冬小麥,驗(yàn)證了時空分布不均的降水資源在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要作用,應(yīng)加強(qiáng)對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要供水來源的降水資源的有效利用。