京津冀城市群虚拟水贸易的近远程分析

虚拟水贸易能重新分配区域间的水资源。在京津冀协同发展的背景下,厘清京津冀城市群与外部的虚拟水贸易及城市群内部的虚拟水流动,有助于深入理解该地区的水资源供需现状及问题,为制定虚拟水贸易相关策略、实现区域水资源优化配置、保障区域水资源安全提供决策支持。本文基于2010年全国区域间投入产出表,测算了京津冀城市群各省（市）水足迹及与全国各省域单元的虚拟水贸易量。从近远程视角定量评估城市群地区对内、外部水资源的依赖程度,并分析虚拟水贸易的距离特征。研究发现：① 京津冀城市群各省（市）各部门用水系数显现出差异性,农业部门用水强度最高,直接用水与完全用水系数分别超过300 m ³/万元和400 m ³/万元;② 京津冀城市群内部各省（市）人均消费水足迹差异大,北京、天津、河北的人均水足迹分别为405 m ³、565 m ³、191 m ³;③ 京津冀城市群的消费水足迹遍布全国各省域单元,近程水足迹与远程水足迹分别为91.4亿m ³、198.5亿m ³,其中,近程水足迹主要来源于本省（市）,西部地区对远程水足迹的贡献最大;④ 京津冀城市群的虚拟水输入总体偏向来源于距离较近的省域单元,北京、天津、河北水足迹距离来源地的平均距离分别为1049 km、1297 km、688 km;⑤ 北京和天津为虚拟水贸易的净流入区,对外部水资源的依赖性强;河北为虚拟水贸易的净流出区,为京津冀城市群及其他地区供给水资源,虚拟水净流出进一步加剧了河北的水资源短缺。未来,受人口增长、经济发展等因素影响,京津冀城市群的水资源压力将进一步加剧,提高用水效率、升级产业结构、提倡低水足迹消费模式、实行虚拟水战略是实现京津冀城市群可持续发展的有效途径。     

国际及省际贸易视角下的中国虚拟水和隐含能源流通规律分析

核算了世界各国（地区）与中国,以及中国省际间的资源流通量,量化了贸易视角下水资源与能源的相互消耗量,从“源”与“汇”的视角描绘了各类资源从自然界进入经济系统到最终使用的整个过程。结果表明：① 中国虚拟水呈净流出状态,国际虚拟水贸易加重了中国的水资源压力;国际隐含能源贸易抵消了虚拟水净出口量的三分之一,缓解了中国的水资源压力。② 中国隐含能源呈净进口状态,国际隐含能源贸易缓解了中国的能源使用压力;国际虚拟水贸易加重了中国的能源使用压力,但影响程度较弱。③ 虚拟水主要通过农业和制造业进入社会经济系统,隐含能源主要通过矿业和制造业进入社会经济系统;固定资本形成和城镇生活消费是虚拟水和隐含能源的主要最终使用方式,数值分别为1735.42亿m³和2117.24亿m³,6.25×10⁷ TJ和2.73×10⁷ TJ。④ 中国各省份最终使用的水耗能源总量为8.73×10⁶ TJ,占隐含能源总量的3.27%,低于能源耗水在虚拟水中的比重（9.63%）。能源省际贸易相比于水资源而言更为活跃,能源耗水在水?能纽带关系中起主导作用。     

新疆2012年水足迹计算与分析

运用投入产出分析法计算并分析新疆2012年的水足迹,结果表明：新疆2012年总水足迹为292.52×10⁸m³,人均水足迹为1283.94m³。总水足迹中虚拟水消费量为279.68×10⁸m³,其中72.20%用于居民和政府消费,27.80%用于资本形成。水足迹自给率为80.56%,对内部水足迹依赖度较高;水资源经济效益值为25.66元·5m^-3,水足迹价值兑换比例为3.31,水资源经济效益值较低;水资源压力指数为0.68,60%以上的水资源压力来源于虚拟水流出。实现新疆水资源可持续利用可通过优化产业结构、调整居民虚拟水消费结构以降低水足迹,优化贸易结构以发挥虚拟水贸易对平衡水资源供需矛盾、提高水资源利用效率的调节功能。     

基于MRIO的中国省区和产业灰水足迹测算及转移分析

水资源短缺与水资源污染已经严重影响到人类的生存与中国的可持续发展,分析各地区与各产业水资源污染情况是解决中国环境可持续发展的关键。论文在对传统灰水足迹研究的基础上,利用2002、2007和2012年多区域投入产出表,计算中国30个省份(因数据所限,未分析西藏、香港、澳门和台湾地区)和17个产业2002—2012年中间消费和最终消费灰水足迹,以及合并后的8大区域和17个产业的总灰水足迹转移。结果表明：① 山东、河南和河北等经济规模较大的地区灰水足迹一直处于相对较高的状态,青海、宁夏和海南等经济规模较小的地区灰水足迹一直处于相对较少的状态。② 农业是灰水足迹产生的最大部门,商业及运输业等4个产业部门灰水足迹较大,但其总和却远小于农业灰水足迹;其他制造业等5个产业部门灰水足迹一直相对较少。③ 灰水足迹净输入区域为京津区域、北部沿海区域、东部沿海区域和南部沿海区域;灰水足迹转移量最大的2条路径之和呈现先增加后减少的趋势,识别出的主要灰水足迹流出—流入关系区域为中部区域—东部沿海区域。④ 农业和采选业为灰水足迹净输出部门,大部分轻工业及第三产业为灰水足迹净输入部门;识别出的主要灰水足迹流出—流入关系部门包括农业—食品制造及烟草加工业、农业—纺织服务业、农业—化学工业。各地区和产业产生的灰水足迹以及区域和产业识别出的灰水足迹路径可为减少灰水产生提供理论依据,同时为地区和产业水资源合理利用提供理论支持。     

新疆1999-2009年水足迹计算与分析

利用统计资料,结合水足迹模型和区域水足迹评价方法,对新疆1999-2009年的水足迹及相关指标进行了计算和分析。研究表明：（1）新疆1999-2004年总水足迹呈上升趋势,2004- 2009年略有下降趋势。水资源集约利用度呈增长趋势,说明新疆水资源利用效率有所提高;（2）新疆居民对粮食、肉类等虚拟水含量较大的农产品需求较大,适当减少虚拟水含量较高的产品消费,提倡虚拟水含量较低的产品消费,可减少虚拟水量的消耗;（3）新疆在虚拟水贸易中是水资源输出地,且输出量在不断增大,给新疆本地的水资源利用带来巨大的压力;（4）新疆水资源压力逐年增加,解决水资源短缺问题不能局限于本地实体水资源的高效利用,还可通过虚拟水贸易从水源丰富地区购买高耗水的本地发展所需的相关消费品,实现水资源总体可持续利用。改变消费模式,调整虚拟水战略结构成为缓解新疆水资源短缺的一种可能途径,由于数据限制,水足迹研究有待进一步细化,但是一种可用于探讨干旱区水资源可持续利用的方法。     

疏勒河下游生态保护研究

通过对河西地区疏勒河下游的生态环境的恶化,终端湖泊的后退,湿地萎缩,生物多样性减少,土壤盐渍化及土地沙漠化扩展的主要原因的调查分析研究,提出了生态环境保护的关键问题,并对最低水资源需求量及未来水资源保证状况进行了预测。研究结果表明,为保护和维系现存林地、草地、湿地、湖泊等生态环境不继续恶化,约需水2.92亿m³,其中安西1.5217亿m³,敦煌1.4306亿m³。但昌马水库只能提供2.4058亿m³的生态用水,还缺0.52亿m³,需通过流域实施农业节水和全面建立节水型社会解决。     

基于投入产出分析的辽宁省虚拟水消费与贸易研究

运用水资源扩展型的投入产出法计算并分析了辽宁省2012年各产业部门的用水系数、最终消费、内部转移和外部贸易情况。结果显示:(1)辽宁省农业部门的直接、完全用水系数最大,各部门用水放大系数变化存在差异;(2)虚拟水消耗量和经济价值不匹配,产业用水结构存在不合理的现象;(3)农业是最大的虚拟水净输出部门,部门间主要的流出-流入组合包括农业-轻工业,采选业-重工业,重工业-建筑业;(4)辽宁省是虚拟水净输出地区,重工业部门的虚拟水贸易量最大且以虚拟水输出为主。     

2002-2010年长江流域GRACE水储量时空变化特征

利用高斯平滑滤波对2002年4月-2010年12月逐月GRACE卫星的时变重力场数据反演得到长江流域大尺度陆地水储量变化,对其时空变化进行研究,并将结果与全球陆面同化数据(GLDAS)模拟结果进行比较。其结论为:根据GRACE数据反演与GGLDAS模拟得到的水储量结果在大多数区域变化趋势相同,两者具有一致性,相关性达到0.89(P<0.05)。GRACE水储量研究结果表明:①2002-2010年长江流域水储量呈增加趋势,平均增长速率为0.43mm/月,相当于约95.04亿m³/年。长江上游增长速率为0.53mm/月,相当于约67.13亿m³/年;中游增长速率为0.51mm/月,相当于25.73亿m³/年;下游增长速率为0.36mm/月,相当于9.14亿m³/年。近9年长江流域水储量共增加约855.33亿m³。②从多年平均水储量空间分布来看,长江流域冬季月份(12、1、2、3月)水储量处于亏损状态,7-9月水储量处于盈余状态,4-6月下游至上游地区由亏损向盈余状态过渡,而10-11月则从上游至下游地区由盈余向亏损状态过渡。③全流域、上游及中游水储量逐月增长速率最大值出现在9月,分别为1.01cm/a、1.37cm/a、1.05cm/a;而下游地区则出现在7月,增长速率为1.62cm/a。     

中国虚拟水战略区划研究

为探究我国不同区域虚拟水研究和实践的发展方向,以国内31个省级行政区为研究单元,运用指标体系评价方法和列联表互斥的矩阵分类方法进行了我国虚拟水战略区划研究。结果表明:①依据水资源禀赋指数可以将全国划分为虚拟水输出地域、虚拟水输入地域和虚拟水平衡地域3个一级区划单元;其中,虚拟水输出地域的发展方向是提高水密集型工农业产品的商品率,虚拟水输入地域则应着手准备缩减水密集型产业,而虚拟水平衡地域则不宜进行大规模的虚拟水战略实践。②依据农产品贸易指数和非农水资源需求压力指数,将全国细分为典型输入(出)区、内部优化区、成长输入(出)区、复合型区、潜在输入(出)区和现实输入(出)区共12个二级区划单元,并指出了各二级区的产业发展方向。     

中国省际粮食贸易及其虚拟耕地流动模拟

模拟核算中国省际2010-2012年平均粮食贸易隐含的虚拟耕地资源流动量,并从资源利用角度分析粮食交易的合理性,为粮食贸易的优化提供理论依据。在各省粮食供需数据的基础上,利用线性优化,模拟省际粮食贸易。中国省际粮食贸易的虚拟耕地资源流动量达1747.4×10⁴ hm²,东北、华北及长江中下游地区为主要的虚拟耕地资源调出区,华南及西南地区是主要的调入区。分别从生产者及消费者的角度核算虚拟耕地资源流动量,前者比后者多出近250×10⁴ hm²。研究表明,中国省际粮食贸易隐含的虚拟耕地资源流动在一定程度上缓解了区域耕地资源不平衡,然而对于某些种植效率高的地区来说,粮食输入贸易流却带来了总体耕地资源消耗的增加。     

Assessing regional virtual water flows and water footprints in the Yellow River Basin, China: A consumption based approach

The Yellow River, the second longest river in China, is facing increasing water scarcity due to rising water consumption of a fast growing economy and an increasingly urbanized population with water-intensive consumption patterns. The Yellow River Basin (YRB) is divided into three regions: the upper, middle and lower reaches; each with very different characteristics in terms of water resources, economic structure and household income and consumption patterns. Virtual water has been recognised as a potentially useful concept for redistributing water from water-rich to water-poor regions. In this study, we develop a Multi-Regional Input-Output model (MRIO) to assess the regional virtual water flows between the three reaches of the basin and the rest of China distinguishing green and blue water, as well as rural and urban household water footprints. Results show that all three reaches are net virtual water exporter, i.e. production and consumption activities outside the basin also put pressure on the water resources in the YRB. The results suggest a reduction of the export of virtual blue water that could instead be used for producing higher value added but lower water-intensive goods. In particular, the lower reach as the most water scarce region in the basin should increase the import of water intensive goods, such as irrigated crops and processed food products, from other more water abundant regions such as the South of China. Thus, trading virtual water can help sustain the economic growth of the regions within the basin thus easing the pressure from water shortage. In addition, there is a huge gap between urban and rural household water footprints in the basin. The average urban household’s water footprint is more than double the water footprint of a rural household in the basin. This is due to the higher urban household consumption of water-intensive goods and services, such as processed food products, wearing apparel and footwear, hotel and catering services and electricity.     

The Analysis of Water Footprint of Production and Water Stress in China

Water footprint of production can be used to identify pressure on national or regional water resources generated by production activities. Water stress is defined as the ratio of water use (the difference between a regional water footprint of production and a green water footprint) to renewable water resources available in a country or region. Water stress can be used to identify pressure on national or regional water resources generated by production activities. This paper estimates the water footprint of production and the water stress in China during the years 1985-2009. The result shows that China’s water footprint of production increased from 781.58 × 10⁹ m³ in 1985 to 1109.76 × 10⁹ m³ in 2009. Mega-cities and regions with less agriculture production due to local climatic conditions (Tibet and Qinghai) had lower water footprint of production, while the provinces (Henan, Shandong) with higher agriculture production had higher footprint. Provinces with severe water stress increased from 6 in 1985 to 9 in 2009. High to severe water stress exists mainly in mega-cities and agricultural areas located in the downstream areas of the Yellow River and the Yangtze River in North and Central China. The outlook for water resources pressure in China is not optimistic, with areas of stress expanding from northern to southern of China.     

Analysis of Water Resources Carrying Capacity of the “Belt and Road” Initiative Countries based on Virtual Water Theory

Most countries along the route of the “Belt and Road” initiative are faced with a shortage of water resources. However, successful implementation of the initiative depends on water availability to support economic and social development. We designed a water resources carrying capacity evaluation index system, assigned grades and weights to each evaluation index and calculated a water resources carrying index for the 65 countries along the route. We used virtual water theory to analyze China’s net virtual water import from key bulk agricultural products through international trade. For more than half of the countries along the route, their water resources will be unable to support the economic development that will be necessary for fulfilling the goals of the Initiative. As a country with insufficient water resources carrying capacity, China is a net virtual water importer in the virtual water trade. This virtual water trade can improve China’s water resources support capacity, and ensure China’s water and food security for the future.     

基于改进土壤冻融水循环的Biome-BGC模型估算青藏高原草地NPP

Biome-BGC模型被广泛用于估算植被净初级生产力（Net Primary Productivity, NPP）,但是该模型未考虑冻土区土壤冻融水循环过程对植被生长的影响。本文基于Biome-BGC模型,改进冻土区活动层土壤冻融水循环,估算了2000—2018年青藏高原高寒草地NPP。通过比较原模型和改进后的模型,并对NPP模拟结果的时空特征进行了分析,结果表明：① 增加冻融循环提高了NPP估算精度,青藏高原草地NPP均值由114.68 gC/(m²·a)提高到128.02 gC/(m²·a)。② 原模型和改进后NPP的空间分布差异较大,时间变化趋势差异不明显。③ 青藏高原草地NPP总量为253.83 TgC/a,呈东南向西北递减的空间格局,年均增速为0.21gC/(m²·a)（P=0.023）,显著增加的占17.85%,主要分布在羌塘高寒草原地带的大部分地区和藏南山地灌木草原地带的西部。④ 该冻融水循环改进方法简单可靠,具有在其他多年冻土区推广的价值。     

青藏高原典型区微塑料分布特征及来源分析

微塑料作为一种环境中普遍存在的新型污染物正在引起越来越多的关注。本文基于2019年5—7月在青藏高原地区采集的53个水样和52个土壤样品微塑料检出结果,分析了研究区水土环境中微塑料赋存情况,并讨论了其潜在来源。研究区域的微塑料样点分别位于两大区域：青藏高原南部地区和祁连山地区。青藏高原南部地区水体中微塑料浓度显著高于祁连山地区,而土壤中微塑料丰度在两个区域差别不显著（p>0.05）。水土样品中微塑料浓度范围分别为0~1916.66个/m³和0~260个/kg,平均值为(438.21±454.94)个/m³和(48.35±36.25)个/kg。水体中的微塑料以透明纤维为主,主要聚合物为聚丙烯;土壤微塑料中最多的是透明薄膜,主要聚合物为聚乙烯。来源分析表明洗衣废水和旅游业带来的生活垃圾可能是水体微塑料的主要来源,而土壤微塑料潜在主要来源是农业塑料覆膜的使用。研究结果揭示了青藏高原水土环境中微塑料的赋存形态和空间分布特征,可为高寒地区微塑料迁移转化机制研究提供数据支撑。     

粮食贸易与水资源安全

粮食生产要消耗大量的水资源,一个国家的水资源与其粮食生产能力密切相关。20世纪90年代虚拟水概念和虚拟水战略的提出为保证粮食安全和水资源安全提供了新的思路。粮食贸易中携带有大量的虚拟水,在满足粮食需求的同时,可以缓解当地水资源紧缺,促进农业生产结构的调整与优化,实现水资源的高效配置。我国作为农业生产大国,应加强虚拟水研究,通过虚拟水贸易减轻水资源压力。应采取调整进出口粮食比例,减少耗水密集型产品出口,调整粮食生产区域布局,加强国内各地区之间的虚拟水贸易等措施,实现粮食安全和水资源安全。