吉林省农作物生产水足迹热点区识别及调控研究

The contradiction for the crop production and water resources is prominent in Jilin province. The middle region is the major grain producing areas, in which water resources utilization of the Songhua River has reached the critical point. However, water resource in the western region is shortage, and this region is facing greater water pressure brought by land consolidation and grain production increase. From the perspective of water footprint, the research diagnoses the sustainability and unsustainability of crop production in Jilin province, and provides the scientific basis for the sustainable development of agricultural production, efficient use of water resources and water security. The research aims to 1) establish the sustainability criteria and indicators of crop production water footprint, and the discriminant model of hotspots; 2) identify the hotspots of crop production water footprint and their spatial-temporal characteristics in Jilin Province; 3) analyse the effect of the natural and human factors on the hotspots and reveal the formation mechanism of the hotspots; 4) propose the reduction targets of crop production water footprint in the hotspots and the corresponding implementation schemes, then be verified by field experiments; 5) establish the crop production mode and pattern matched with the capacity of water resources and environment. The research tries to break through the research in the past focus only on water footprint accounting and spatial-temporal differentiation, and enrich and deepen the water footprint research.

吉林省农作物生产与水资源矛盾突出，中部粮食主产区的松花江水资源利用已达临界，而西部水资源短缺，面临着土地整理、粮食增产带来的更大水资源压力。本项目从水足迹视角，诊断吉林省农作物生产的可持续性和不可持续性，为农业生产的可持续发展、水资源的高效利用及水资源安全提供科学依据。在建立农作物生产水足迹可持续性标准、指标体系及热点区判别模型的基础上，识别吉林省农作物生产水足迹的热点区及其时空表现形式，分析自然因素、人为因素对热点区的影响，揭示热点区的形成机制，进而提出热点区水足迹的减量目标和实施方案，并通过大田试验予以验证，构建与水资源、水环境承载力相匹配的农作物生产方式及格局。通过本项目研究，突破以往只集中于水足迹核算和时空分异的研究领域，丰富和深化水足迹的研究内容。

吉林省是我国重要的粮食生产基地，但农作物生产却面临着严重的水资源压力。为了探讨农作物生产过程中存在的主要水问题，采用水足迹核算方法，分析吉林省农作物生产过程中的水资源消耗量和水污染现状，识别农作物生产水足迹的热点区，以反映不同地区农作物生产的可持续性问题。选择水资源短缺、水资源浪费、水污染、水资源利用效率和水资源利用效益五个指标，识别吉林省农作物生产过程中的水足迹热点区，反映多种水问题的交叉性及区域性，突破只考虑水资源短缺的局限性。结果表明，吉林省水资源短缺和水污染的热点区主要集中在西部和中部，水资源浪费和水资源利用效率的热点区主要集中在吉林省东部，而水资源利用效益的热点区在每个区域均有分布。而且，水资源短缺的热点区往往同时也是水污染的热点区，水资源利用效率的热点区同时也是水资源浪费热点区。水足迹热点区的时空分布，反映了农作物生产过程中水问题的区域差异性及多个问题的耦合性。农作物生产水足迹受自然因素、人为因素共同影响，但是不同降雨年份主要影响因素却在不断变化。降水和有效灌溉面积是干旱年份的主要影响因素，而积温、机械动力和化肥施用量是正常年份和丰水年份的主要影响因素。为了使水足迹核算方法符合区域特征，开展了大量农田生产调查，并进行了大田试验，完善了玉米、水稻、大豆水足迹的核算方法，并探讨了坡度和施肥种类对黑土区玉米生产水足迹的影响。影响灰水足迹的关键污染物是变化的，其流失率随着降雨特征与坡度的变化而变化，与目前只选择氮作为关键污染物及10%的流失率不同。通过农作物水足迹热点区的识别，构建与水资源、水环境承载力相匹配的农作物生产格局，有利于促进农作物生产的可持续发展。