1988—2015年新疆农业用水时空变化与政策驱动研究

doi:10.7522/j.issn.1000-0240.2018.1058

冰川冻土 ›› 2021, Vol. 43 ›› Issue (1): 242-253.doi: 10.7522/j.issn.1000-0240.2018.1058

1988—2015年新疆农业用水时空变化与政策驱动研究

张沛(), 龙爱华(), 海洋, 邓晓雅, 王浩, 刘静, 李扬

中国水利水电科学研究院流域水循环模拟与调控国家重点实验室，北京 100038

收稿日期:2018-05-31 修回日期:2018-08-01 出版日期:2021-02-28 发布日期:2021-04-06
通讯作者: 龙爱华 E-mail:zhangpei-cool@163.com;ahlong@iwhr.com
作者简介:张沛，博士后，主要从事干旱区水资源管理与社会水文学研究. E-mail： zhangpei-cool@163.com
基金资助:
国家重点研发计划项目(2017YFC0404301);国家自然科学基金项目(51479209);中国工程院咨询研究项目(2020-XY-41);新疆维吾尔自治区流域规划委员会重大咨询项目(403-1005-YBN-FT6I-2)

Spatiotemporal variations and driving forces of agricultural water consumption in Xinjiang during 1988—2015： based on statistical analysis of crop water footprint

Pei ZHANG(), Aihua LONG(), Yang HAI, Xiaoya DENG, Hao WANG, Jing LIU, Yang LI

State Key Laboratory of Simulation and Regulation of Water Cycle in River Basin，China Institute of Water Resource and Hydropower Research，Beijing 100038，China

Received:2018-05-31 Revised:2018-08-01 Online:2021-02-28 Published:2021-04-06
Contact: Aihua LONG E-mail:zhangpei-cool@163.com;ahlong@iwhr.com

摘要/Abstract

摘要：

农业用水是人类开发利用水资源以及影响生态系统的主要扰动因素，科学定量农业用水是合理配置与调控区域水资源的基础工作。传统的农业用水统计只是记录了可测量的用水量，而水足迹则完整刻画了人类活动对水资源系统的压力表现。从水足迹理论出发，采用Cropwat软件计算了新疆1988—2015年近20种农作物生产水足迹总量，并利用Mann-Kendall趋势和突变检验的方法，分析了28年间新疆农作物水足迹的时空变化，探讨了农作物水足迹驱动因素及机制。结果表明：新疆农作物水足迹在28年间总量增加了256%；水足迹序列在2005年前后增长出现了突变，后一阶段增长率是前一阶段的3倍以上；从农作物水足迹中蓝水足迹与绿水足迹的构成看，农作物绿水足迹呈持续增加趋势，但其在农作物水足迹总量中的比例略有下降。进一步分析表明，农业种植规模的快速扩张是新疆农作物水足迹大幅度增加的根本原因，而脱贫致富、扶贫攻坚等经济发展需求下的政策（战略）支持是农业种植规模（灌溉面积）持续快速增长的核心驱动力。通过探究农作物水足迹的变化及原因，揭示了新疆农业用水的时空变化，以及农作物水足迹与国家、地方政策和社会活动之间的关系，可为深入解析新疆农业增长与水资源开发利用及生态环境之间的时空演化关系和相关决策与政策制定提供参考。

关键词: 新疆农业用水, 农作物水足迹, 时空变化, 原因分析, 驱动机制

Abstract:

Agricultural water consumption is the main disturbance factor due to human beings exploit and utilize water resources and affect the ecosystem. Scientifically quantifying agricultural water consumption is the basic work of rationally allocating and regulating regional water resources. However， the traditional statistical method of agricultural water consumption cannot reflect the actual water use dilemma in Xinjiang truly and objectively. Therefore， this study calculates the water consumption of nearly 20 crops in Xinjiang from 1988 to 2015， based on the water footprint theory. In addition， this paper analyzes the spatiotemporal variation of crop water footprint in Xinjiang by Mann-Kendall abrupt test， and discusses the driving factors and mechanisms of crop water footprint. The results show that the total amount of crop water footprint in Xinjiang increases by 257% over the 28 years， and increase trend changes abruptly around 2005， with the increase rate in the latter stage more than three times that of the previous stage. In terms of crop water footprint composition， the green water footprint of crops shows an increasing trend in recent 30 years， but its proportion in the total crop water footprint slightly decreases. Further， the rapid expansion of agricultural planting scale is the fundamental reason for the substantial increase of crop water footprint， and the policy or strategy support under the economic development needs of poverty alleviation and poverty alleviation is the core driver of sustained and rapid growth in agricultural planting （i.e. irrigated area）. This paper explores the changes and reasons of crop water footprint， reveals the spatial and temporal changes of agricultural water use， as well as the relationship among crop water footprint， national and local policies， and social activities. The purposes of this paper are to analyze the spatial and temporal evolution relationship among agricultural growth， water resources utilization and ecology in Xinjiang. This study will be useful for related decision and policy making.

Key words: agricultural water consumption in Xinjiang, crop water footprint, spatiotemporal variation, reason analysis, driving force

中图分类号:

TV213.9

张沛, 龙爱华, 海洋, 邓晓雅, 王浩, 刘静, 李扬. 1988—2015年新疆农业用水时空变化与政策驱动研究[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 242-253.

Pei ZHANG, Aihua LONG, Yang HAI, Xiaoya DENG, Hao WANG, Jing LIU, Yang LI. Spatiotemporal variations and driving forces of agricultural water consumption in Xinjiang during 1988—2015： based on statistical analysis of crop water footprint[J]. Journal of Glaciology and Geocryology, 2021, 43(1): 242-253.

图/表 11

图1

图2

图3

图4

图5

图6

表1

图7

图8

图9

图10

参考文献 44

1	Duarte R， Yang Hong. Input-output and water： introduction to the special issue［J］. Economic Systems Research， 2011， 23（4）： 341-351.
2	Yu O Y， Raichle B， Sink S. Impact of biochar on the water holding capacity of loamy sand soil［J］. International Journal of Energy and Environmental Engineering， 2013， 4（1）：1-9.
3	Searchinger T， Hanson C， Ranganathan J， et al. Creating a sustainable food future： interim findings［M］. Washington， D.C.： World Resources Institute， 2013.
4	Chen Huixiong， Xu Feifei， Wang Xiaopeng. Supermodular game analysis of water resources management systems： take the Qiantang River and Heihe River as examples［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2017， 39（5）： 1089-1097.
	陈惠雄，徐菲菲，王晓鹏. 水资源管理制度超模博弈分析：以钱塘江与黑河为例［J］. 冰川冻土， 2017， 39（5）： 1089-1097.
5	Hoehstra A Y. Virtual water： an introduction［C］// Virtual water trade： proceedings of the International Expert Meeting on Virtual Water Trade-Value of Water Research： No. 12. Delft， the Netherlands： IHE， 2003： 13-23.
6	Long Aihua， Xu Zhongmin， Zhang Zhiqiang. Estimate and analysis of water footprint in Northwest China， 2000［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2003， 25（6）： 692-700.
	龙爱华，徐中民，张志强. 西北四省（区）2000年的水资源足迹［J］. 冰川冻土， 2003， 25（6）： 692-700.
7	Chapagain A K， Hoekstra A Y， Savenije H H G， et al. The water footprint of cotton consumption： an assessment of the impact of worldwide consumption of cotton products on the water resources in the cotton producing countries［J］. Ecological Economics， 2006， 60（1）： 186-203.
8	Su M H， Huang C H， Li W Y， et al. Water footprint analysis of bioethanol energy crops in Taiwan［J］. Journal of Cleaner Production， 2014， 88： 132-138.
9	Zotou I， Tsihrintzis V A. The water footprint of crops in the area of Mesogeia， Attiki， Greece［J］. Environmental Processes， 2017， 4（）： 63-79.
10	Suebkam R， Treloges V， Konyai S. The application of deficit water and fertilizer upon yield and water footprint in baby corn［J］. International Journal of Environmental and Rural Development， 2015， 6（1）： 159-164.
11	Sun Shikun， Wang Yubao， Wu Pute， et al. Spatial variability and attribution analysis of water footprint of wheat in China［J］. Transactions of the Chinese Society of Agricultural Engineering， 2015， 31（13）： 142-148.
	孙世坤，王玉宝，吴普特，等. 小麦生产水足迹区域差异及归因分析［J］. 农业工程学报， 2015， 31（13）： 142-148.
12	Yu Cheng. Study on regional difference of production water footprint of main crops based on cropwat in Shandong Province［D］. Jinan： Shandong Normal University， 2014.
	于成. 基于cropwat的山东省主要粮食作物生产水足迹区域差异研究［D］. 济南：山东师范大学， 2014.
13	Xu Yanjie， Huang Kai， Yu Yajuan， et al. Changes in water footprint of crop production in Beijing from 1978 to 2012： a logarithmic mean Divisia index decomposition analysis［J］. Journal of Cleaner Production， 2015， 87（1）： 180-187.
14	Shi Lijie， Wu Pute， Wang Yubao， et al. Assessment of water stress in Shaanxi Province based on crop water footprint［J］. Chinese Journal of Eco-Agriculture， 2015， 23（5）： 650-658.
	史利洁，吴普特，王玉宝，等. 基于作物生产水足迹的陕西省水资源压力评价［J］. 中国生态农业学报， 2015， 23（5）： 650-658.
15	Sun Shikun， Wu Pute， Wang Yubao， et al. The temporal and spatial variability of water footprint of grain： a case study of an irrigation district in China from 1960 to 2008［J］. Journal of Food Agriculture and Environment， 2012， 10（3）： 1246-1251.
16	Hou Qingfeng. Crop planting structure optimization analysis based on water footprint in Gansu Province［J］. Journal of Desert Research， 2013， 33（6）： 1921-1927.
	侯庆丰. 基于水足迹的甘肃省农作物种植结构优化分析［J］. 中国沙漠， 2013， 33（6）： 1921-1927.
17	Sun Shikun， Wu Pute， Wang Yubao， et al. The impacts of interannual climate variability and agricultural inputs on water footprint of crop production in an irrigation district of China［J］. Science of the Total Environment， 2013， 444（2）： 498-507.
18	Jin Chen， Huang Kai， Yu Yajuan， et al. Analysis of influencing factors of water footprint based on the STIRPAT model： evidence from the Beijing agricultural sector［J/OL］. Water， 2016， 8（11）［2020-01-02］. .
19	Harris F， Green R F， Joy E J M， et al. The water use of Indian diets and socio-demographic factors related to dietary blue water footprint［J］. Science of the Total Environment， 2017， 587（88）： 128-136.
20	Mekonmen M， Hoekstra A Y. The green， blue and grey water footprint of crops and derived crop products［J］. Hydrology and Earth System Sciences， 2011， 15（5）： 1577-1600.
21	Li Yating， Zhu Rong， Hu Fangfang， et al. The water footprint analysis of major grain production in the central arid zone of Ningxia［J］. Journal of Agricultural Sciences， 2016， 37（2）： 20-24.
	李亚婷，朱荣，虎芳芳，等. 宁夏中部干旱带主要粮食作物生产水足迹分析［J］. 农业科学研究， 2016， 37（2）： 20-24.
22	National Bureau of Statistics of China. China statistical yearbook 2016［M］. Beijing： China Statistics Press， 2016.
	国家统计局. 中国统计年鉴2016［M］. 北京：中国统计出版社， 2016.
23	Ma Xueliang， Li Chao， Zhao Qingmei， et al. A game-theory based research on the protection and management of ecological water in Xinjiang inland area［J］. Management Review， 2017， 29（7）： 235-243.
	马学良，李超，赵青梅，等. 基于博弈论的新疆内陆河区生态用水保障与管理研究［J］. 管理评论， 2017， 29（7）： 235-243.
24	Li Baoguo， Huang Feng. Trends in China’s agricultural water use during recent decade using the green and blue water approach［J］. Advances in Water Science， 2010， 21（4）： 575-583.
	李保国，黄峰. 1998-2007年中国农业用水分析［J］. 水科学进展， 2010， 21（4）： 575-583.
25	Wu Pute， Sun Shikun， Wang Yubao， et al. Research on the quantification methods for water footprint of crop production［J］. Journal of Hydraulic Engineering， 2017， 48（6）： 651-660.
	吴普特，孙世坤，王玉宝，等. 作物生产水足迹量化方法与评价研究［J］. 水利学报， 2017， 48（6）： 651-660.
26	Hoekstra A Y， Chapagain A， Aldaya M， et al. The water footprint assessment manual： setting the global standard［M］. London： Earthscan， 2011： 25-39.
27	Lovarelli D， Bacenetti J， Fiala M. Water footprint of crop productions： a review［J］. Science of the Total Environment， 2016， 548/549（1）： 236-251.
28	Xuan Junwei， Zheng Jianghua， Liu Zhihui. Calculation and analysis on water footprint of main crops in Xinjiang［J］. Agricultural Research in the Arid Areas， 2014， 32（6）： 195-200.
	轩俊伟，郑江华，刘志辉. 新疆主要农作物生产水足迹计算分析［J］. 干旱地区农业研究， 2014， 32（6）： 195-200.
29	Li Junlong， Zhang Jian， Zhang Cong， et al. Analyze and compare the spatial interpolation methods for climate factor［J］. Pratacultural Science， 2006， 23（8）： 6-11.
	李军龙，张剑，张丛，等. 气象要素空间插值方法的比较分析［J］. 草业科学， 2006， 23（8）： 6-11.
30	Feng Zhiming， Yang Yanzhao， Ding Xiaoqiang， et al. Optimization of the spatial interpolation methods for climate resources［J］. Geographical Research， 2004， 23（3）： 357-364.
	封志明，杨艳昭，丁晓强，等. 气象要素空间插值方法优化［J］. 地理研究， 2004， 23（3）： 357-364.
31	Statistics Bureau of Xinjiang Uygur Autonomous Region. Xinjiang statistical yearbook［M］. Beijing： China Statistics Press， 1988-2016.
	新疆维吾尔自治区统计局. 新疆统计年鉴［M］. 北京：中国统计出版社， 1988-2016.
32	Statistics Bureau of Xinjiang Production and Construction Corps. Xinjiang Production and Construction Corps Statistical Yearbook［M］. Beijing： China Statistics Press， 1989-2016.
	新疆生产建设兵团统计局. 新疆生产建设兵团统计年鉴［M］. 北京：中国统计出版社， 1989-2016.
33	Cao Jieping， Chi Daocai， Wu Liqiang， et al. Mann-Kendall examination and application in the analysis of precipitation trend［J］. Agricultural Science and Technology and Equipment， 2008（5）： 35-37.
	曹洁萍，迟道才，武立强，等. Mann-Kendall检验方法在降水趋势分析中的应用研究［J］. 农业科技与装备， 2008（5）： 35-37.
34	Xie Pei， Gu Yanling， Zhang Yuhu， et al. Precipitation and drought characteristics in Xinjiang during 1961-2015［J］. Arid Land Geography， 2017（2）： 332-339.
	谢培，顾艳玲，张玉虎，等. 1961-2015年新疆降水及干旱特征分析［J］. 干旱区地理， 2017（2）： 332-339.
35	He Bin， Zhang Wei， Shen Yongping， et al. Comparison of precipitation observed by T-200b and standard rain gauge and precipitation change during 1980-2015 in the headwaters of Irtysh River， Chinese Altai Mountains［J］. Journal of Glaciology and Geocryology， 2017， 39（6）： 1192-1199.
	贺斌，张伟，沈永平，等. 新疆阿尔泰山额尔齐斯河源区不同降水观测方法对比分析及1980-2015年降水变化研究［J］. 冰川冻土， 2017， 39（6）： 1192-1199.
36	Liu Tianhu， Liu Tianlong. Regional features of precipitation variation trends over Xinjiang in China by the ensemble empirical mode decomposition method［J］. Desert and Oasis Meteorology， 2015， 9（4）： 17-24.
	刘天虎，刘天龙. 集合经验模态分解下中国新疆降水变化趋势的区域特征［J］. 沙漠与绿洲气象， 2015， 9（4）： 17-24.
37	Yin Haixia， Zhang Bo， Wang Yamin， et al. Research on the change trend of crop water requirement in the middle reaches of Heihe River basin in the recent 43 years［J］. Resources Science， 2012， 34（3）： 409-417.
	尹海霞，张勃，王亚敏，等. 黑河流域中游地区近43年来农作物需水量的变化趋势分析［J］. 资源科学， 2012， 34（3）： 409-417.
38	Qinghong Nan， Ma Hong’e， Ren Yiyong. Problems and countermeasures in Xinjiang agricultural development［J］. Desert and Oasis Meteorology， 2001， 24（5）： 39-41.
	南庆红，马红娥，任宜勇. 新疆农业发展中的问题与对策［J］. 沙漠与绿洲气象， 2001， 24（5）： 39-41.
39	Li Jingtian. Reflections on the problem of food security in Xinjiang［J］. Xinjiang Agricultural Science and Technology， 2008（6）： 5-6.
	李京田. 对新疆粮食安全问题的思考［J］. 新疆农业科技， 2008（6）： 5-6.
40	Xin Na. Investigation and reflection on management-body land reclamation in Jiashi County［D］. Urumqi： Xinjiang Agricultural University， 2014.
	辛娜. 伽师县经营体开荒现象调查与反思［D］. 乌鲁木齐：新疆农业大学， 2014.
41	Zhang Ji， Long Aihua， Yu Jiawen， et al. GIS and RS-based analysis on temporal and spatial changes of LUCC and landscape patterns in Tarim River basin from 1990 to 2015［J］. Water Resources and Hydropower Engineering， 2019， 50（12）： 18-26.
	张继，龙爱华，於嘉闻，等. 基于GIS与RS下的1990-2015年塔里木河流域LUCC及景观格局时空分析［J］. 水利水电技术， 2019， 50（12）： 18-26.
42	He Ke， Wu Shixin， Yang Yi， et al. Dynamic changes of land use and oasis in Xinjiang in the last 40 years［J］. Arid Land Geography， 2018， 41（6）： 1333-1340.
	贺可，吴世新，杨怡，等. 近40 a新疆土地利用及其绿洲动态变化［J］. 干旱区地理， 2018， 41（6）： 1333-1340.
43	Liu Weizhong. Study on development model and strategy of rural poverty reduction at new stage in Xinjiang［D］. Urumqi： Xinjiang Agricultural University， 2010.
	刘维忠. 新阶段新疆农村扶贫开发模式与对策研究［D］. 乌鲁木齐：新疆农业大学， 2010.
44	Xiao Chunmei， Zhu Pingping. The comprehensive economic evaluation of pairing assistance policy in Xinjiang and related suggestions［J］. Finance and Economics of Xinjiang， 2018（2）： 5-13.
	肖春梅，朱萍萍. 新时代对口援疆助力新疆共享发展：对口援疆经济效应综合评价与对策建议［J］. 新疆财经， 2018（2）： 5-13.

项目	水足迹年增长率与总产量年增长率	水足迹年增长率与种植面积年增长率
Pearson相关系数	0.30	0.88
显著性水平P	0.13	<0.001
配对t检验均值	-0.234	0.008
配对t检验标准差	0.11	0.05

[1]	岳晓英,李忠勤,王飞腾,李宏亮,沈思民. 天山乌鲁木齐河源1号冰川消融期反照率特征[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1412-1423.
[2]	卢新玉,陈仁升,刘艳,王秀琴,宋志国. 我国新疆北部地区雪面雨日数时空变化特征分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(5): 1446-1457.
[3]	王秀娜, 丁永建, 王建, 赵传成. 1960—2017年河西地区降水时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2021, 43(4): 1179-1189.
[4]	王俊奇,王广军,梁四海,杜海波,彭红明. 1996—2015年黄河源区植被覆盖度提取和时空变化分析[J]. 冰川冻土, 2021, 43(2): 662-674.
[5]	王慧,王梅霞,王胜利,余行杰. 1961—2017年新疆积雪期时空变化特征及其与气象因子的关系[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 61-69.
[6]	马翔宇,李传金. 三极地区雪冰中黑碳研究进展[J]. 冰川冻土, 2021, 43(1): 92-106.
[7]	吕婷, 武胜利, 葛欢欢, 李京龙. 1962 - 2013年新疆阿勒泰极端气温时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2020, 42(3): 745-755.
[8]	周晓宇, 赵春雨, 崔妍, 刘鸣彦, 敖雪, 李娜, 李经纬. 1961 - 2017年中国东北地区降雪时空演变特征分析[J]. 冰川冻土, 2020, 42(3): 766-779.
[9]	刘义花, 马元仓, 杨延华, 李斌春, 朱宝文. 1961 - 2018年青海高原昼夜雨量时空变化特征分析[J]. 冰川冻土, 2020, 42(3): 996-1006.
[10]	任景全, 刘玉汐, 王冬妮, 王亮, 孙月, 郭春明, 李琪. 吉林省季节冻土区年冻融指数的时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 430-438.
[11]	贾翔, 李琪. 提孜那甫河流域山区冬季牲畜宿营地时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2020, 42(2): 716-726.
[12]	姚超, 王欣, 赵轩茹, 魏俊锋, 张勇. 1990—2018年中巴经济走廊冰湖时空变化特征[J]. 冰川冻土, 2020, 42(1): 33-42.
[13]	王慧, 王胜利, 余行杰, 王梅霞, 韩雪云. 1961—2017年基于地面观测的新疆积雪时空变化研究[J]. 冰川冻土, 2020, 42(1): 72-80.
[14]	杨淑华, 李韧, 吴通华, 胡国杰, 肖瑶, 杜宜臻, 朱小凡, 倪杰. 青藏高原近地表土壤不同冻融状态的变化特征及其与气温的关系[J]. 冰川冻土, 2019, 41(6): 1377-1387.
[15]	沈鎏澄, 吴涛, 游庆龙, 蒋国俊, 解雪峰, 朱丽东, 尹敬文. 青藏高原中东部积雪深度时空变化特征及其成因分析[J]. 冰川冻土, 2019, 41(5): 1150-1161.

1988—2015年新疆农业用水时空变化与政策驱动研究

Spatiotemporal variations and driving forces of agricultural water consumption in Xinjiang during 1988—2015： based on statistical analysis of crop water footprint

RichHTML

PDF (PC)

赞

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

图/表 11

参考文献 44

相关文章 15

Metrics

本文评价

推荐阅读 0