湖南省水稻水足迹计算及其变化特征分析_何浩

………（1） 式中，WFc 为水稻总水足迹，WFg 为绿水足迹，WFb 为蓝水足迹，WFd 为灰水足迹，单位：m3。绿水是指存 在于土壤非饱和含水层(包气带)中以蒸发的形式由植 被所利用的土壤水[12]，生长期间消耗的绿水用有效降 雨表示；蓝水是指存在于江、河、湖泊及含水层中的地 表水与地下水的总和，即通常所说的水资源，作物生长 期间消耗的蓝水为其灌溉水量；灰水表示的是被污染 了的水资源（能将污染物稀释到可以接受的最高浓度 的水量）[3]。CEr为水稻生长期间的有效降水，ETAW 为 所 需 灌 溉 量 ，单 位 ：m3/hm2，CEr 和 ETAW 采 用 SIMETAW （Simulation of Evapotranspiration of Applied Water）模型[13-14]直接计算得出。DWDLN为稀释 污染物的需水量（水稻生长期间施用的肥料、农药等对 地下水造成的污染），单位：m3/hm2，考虑到数据的可获 得性和代表性，以稀释淋失氮的需水量为代表，氮肥施 用量的 5%—15%作为淋失氮 ，稀 [15-17] 释标准为每升饮 用水中不能超过 10 mg 的氮 。 [10] P[R]为水稻产量，单 位：t/a；Y[R]为水稻单产，单位：t/hm2。 2 结果与分析 2.1 水稻水足迹动态变化 湖南省水稻水足迹从 1960 年的 22×109 m3增加到 2008 年的 34.4×109 m3，增加了 12.4×109 m3，增幅达到 56.7%，如图 1 所示。近年来，水稻水足迹增加迅速， 2004 较 2003 年 一 年 就 增 加 了 5.4 × 109 m3，据 湖 南 省 2008 年水资源情势报告，湖南省 2008 年水资源总量为 160×109 m3，而 2004—2008 年水稻平均水足迹为 34×109 m3，占水资源总量的 21.2%。虽然部分年份水稻水足 迹下降，但从历史变化趋势可以看出，今后湖南省水稻 水足迹将进一步升高。分析湖南省水稻水足迹增加主 要有两方面的原因，一方面是由于水稻播种面积和单 位面积需水量的增加，2008 年水稻播种面积和单位面 积需水量分别比 1960 年多 9.34×105 hm2 和 649.2 m3/ hm2；另一方面是由于污染加剧增加了灰水数量，化肥 农药等农用化学品的大量施用造成的农业面源污染问 题严重，2008 年湖南省化肥农药分别比 1960 年增加了 772.8×104 t 和 6.9×104 t。 2.2 水稻水足迹构成变化分析 水稻蓝水、绿水和灰水足迹三者变化如图 2 所 示。可以看出，绿水是水稻生产的最主要来源，但随着 气候条件、播种面积等的改变，其所占比例逐渐降低。 蓝水在水稻水足迹中占 33%~43%，说明灌溉对水稻生
Abstract：The water footprint of rice in Hunan Province was calculated, and the historical change and the composition characteristics wew analyzed, to provide a basis and advice for the rational use of water resources and adjustment of agricultural structure. The results showed that: the water footprint of rice in Hunan Province was from 22×109 m3 in 1960 up to 34.4×109 m3 in 2008, an increase of 12.4×109 m3; green water footprint accounted for the main and declining, the proportion of gray water footprints was from 7% to 24%, indicated the gradual increase in the required amount of water dilution; the water footprint of late rice accounted for 38%-48% of total rice footprint and was the most portion, followed by early rice and mid-season rice; green water proportion of total water footprint of each early, middle and late rice was increased in turn and blue water was decreased in turn, gray water were more than 21%; the unit yield of water footprint of double cropping rice was less 23.3 m3/t than middle-season rice average. Comprehensive consideration of water resources and yield factors, double cropping rice were more advantages than single cropping rice in the effective use of water resources and food security. So, it is recommended and reduce single cropping rice and increase the double cropping rice cultivation. Key words：water footprint; water resources; rice; Hunan Province
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中国农学通报
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0 引言 随着人口不断增长和水环境污染的加剧，人类对
食物和淡水资源的需求持续增加，食物安全和水资源
短缺已成为全球资源环境的首要问题。虽然湖南省是 中国水资源比较丰富的地区，但由于受特殊自然环境 的影响，水资源分配不均，年际变化很大。分析湖南省
基金项目：农业部 2008 年公益性行业（农业）科研专项（200803028）。 第一作者简介：何 浩，女，1982 年出生，辽宁人，博士研究生，主要研究方向为农作制度与宏观农业。通信地址：100193 北京海淀区圆明园西路 2 号 中国农业大学农学与生物技术学院农业部农作制度重点开放实验室。Tel:010-62733376。E-mail：hhcau@。 收稿日期：2010-03-31，修回日期：2010-04-10。
何 浩等：湖南省水稻水足迹计算及其变化特征分析
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从建国到 2007 年水旱灾害发生特点可以发现，旱灾受 灾程度比水灾严重，其受灾面积、成灾面积和因灾减产 粮食平均比水灾多3.0×105 hm2、1.2×105 hm2和1.1×105 t。 湖南省水稻生产在全省乃至全国都占有重要地位，其 产量约占全省粮食总产量 90%，占全国水稻总产量的 13.2%，是中国最大的水稻生产省。因此，研究湖南省 水稻生产用水情况及其历史变化特征对促进水稻生产 和合理利用水资源有着重要意义。
38%~48%，其次是早稻，最小是中稻；早、中、晚稻的绿水占各自水足迹的比重依次降低，蓝水比重依次
增加，灰水比重均在 21%以上；从单位产量水足迹来看，双季稻平均比中稻少 23.3 m3/t。综合考虑水资
源和产量因素，双季稻在有效利用水资源和保障粮食安全方面比单季稻更有优势，建议减少单季稻，增
加双季稻种植面积。
图 1 湖南省水稻水足迹变化图（1960~2008 年）
蓝水 蓝水 43%
水足迹是指任何已知人口(国家、地区或者个人) 在一定时间内消耗的所有产品和服务所需要的水资源 数量 。 [1] 其研究对象除区域和个人外，还可以是一种 特定的行为、商品或服务。水稻产品的水足迹包括水 稻 作 物 生 长 、产 品 加 工 等 过 程 中 所 消 耗 的 水 资 源 数 量。Ridoutt 等 研 [11] 究表明，农产品的水足迹主要是由 其农田生产阶段决定（95%以上），因此计算了湖南省 水稻农田尺度的水足迹，包括绿水、蓝水和灰水。计算 公式（1）如下：
(College of Agronomy and Biotechnology, China Agricultural University, Key Laboratory of Farming System, Ministry of Agriculture of the People’s Republic of China, Beijing 100193)
计算水稻需水量所需的气象数据来源于中国气象 科学数据共享服务网。从湘北、湘中东、湘南和湘西各 选取一个气象站点，以代表湖南全省的气候条件。四 个站点分别为：岳阳（29°23′N，113°05′E）、衡阳（26° 54′N，112°36′E）、郴州（25°48′N，113°02′E）和芷 江（27°27′N，109°41′E）。水稻产量、播种面积等数 据来源于《湖南省统计年鉴》和《湖南省农业统计年鉴》 （1979—2009）。 1.2 计算方法
资源合理利用和农业结构调整提供依据和建议。结果表明：湖南省水稻水足迹由 1960 年的 22×109 m3上
升至 2008 年的 34.4×109 m3，增加了 12.4×109 m3；水足迹构成以绿水为主，但所占比例逐渐降低，灰水足
迹由 7%增加到 24%，说明所需稀释水量逐渐加大；早、中、晚稻的水足迹以晚稻最大，占到总水足迹的