基于CROPWAT的西安市農作物虛擬水分析

摘要：水資源短缺已成為西安市經濟發展的主要制約因素之一，虛擬水有利于實現區域水安全，是緩解水資源壓力的新思路。利用CROPWAT對西安市主要農作物需水量和單位農作物虛擬水含量的計算得出，作物需水量最大的是水稻，單位虛擬水含量最大的是花生，蔬菜則是生產過程中單位虛擬水含量最小的產品。提出西安市各區應根據區域內水資源實際情況適當調整農作物生產與種植結構，從而達到節約水資源的目標。

關鍵詞：CROPWAT；農作物；虛擬水；水資源；西安市

中圖分類號：F323.21 文獻標識碼：C 文章編號：0439-8114（2013）14-3277-03

國外學者對虛擬水的研究相對成熟，虛擬水的研究主要集中在農作物領域，尤其是糧食問題。1993年Allan[1]首次提出虛擬水概念，1996年正式定義虛擬水為生產商品或服務所需要的水資源量。虛擬水是很多國家解決國內水資源短缺問題的新思路，虛擬水已經成為國際研究的前沿領域。目前，虛擬水的概念從縱向和橫向兩方面都得到了拓展，Hoekstra等[2]認為測算一國的虛擬水流量并不能真正反映一國水資源的真實需求，隨即提出水足跡（Water footprint）的概念和測算方法，通過水足跡將虛擬水概念與消費聯系起來，拓展了虛擬水概念的范圍，為水資源供給和需求管理提供了新視角。虛擬資源（如虛擬土地、虛擬氮、虛擬二氧化碳等）概念的出現也是虛擬水概念的不斷拓展。

國內學者對虛擬水的研究還處于起步階段，現有研究成果主要集中在對全國或部分地區農作物、畜產品虛擬水含量的測算上，研究區域以干旱或半干旱地區為主。程國棟[3]較早從理論角度分析了水資源社會化管理與水資源恢復重建的關系。靳軍英等[4]針對虛擬水在我國水資源優化配置中的作用進行了分析，認為水資源富足地區應發揮區域優勢，開發和生產水資源密集型產品；水資源缺乏地區則需調整產業結構，發展高效特色農業，通過虛擬水貿易減緩水資源壓力，實現生態—經濟—水的良性循環。可見，對虛擬水的研究一定程度上可以促進水資源的優化配置和高效利用，這對水資源貧乏的地區有重要意義。

虛擬水是在研究水資源配置效率過程中伴隨資源流動而提出的概念，被認為是解決水資源問題的重要策略。虛擬水對于水資源緊缺、以種植農作物為主的地區來說，提供了水資源的一種優化配置途徑，并且不會產生惡劣的環境后果，能較好地減輕局部水資源緊缺的壓力，虛擬水已成為緩解水資源短缺和解決糧食安全問題的有效策略。基于此，對西安市的農作物虛擬水進行分析，以期尋求緩解水資源短缺和促進地區經濟可持續發展的新思路。

1 西安市水資源概況

陜西省是全國水資源最緊缺的省份之一，省會西安市是陜西省關中經濟區的核心城市，現已成為中國中西部地區重要的工業、農業、科技、商貿、旅游和文化中心。隨著工業化、城鎮化、農業現代化的加速和經濟社會的快速發展，西安市對水資源的需求量將持續增加。西安市的水資源總量僅占關中地區的31.22%、占陜西省的5.54%；年人均用水量為184.9 m3，低于關中地區和陜西省的平均水平。作為陜西省的糧倉，西安市的農作物生產對陜西省經濟發展具有重要意義，由于農作物生產耗水量較大，水資源短缺已成為長期制約西安經濟社會發展的主要因素。

2 西安市農作物虛擬水實證分析

2.1 研究方法

2.2 數據來源與選取

研究數據主要包括氣象數據、作物參數和農作物產量數據。其中氣象數據包括太陽輻射、月平均最高和最低氣溫、相對濕度、日照時數、風速、月降水量及土壤條件，作物系數是作物需水量與參考蒸散量之比值，以上數據都來源于聯合國糧農組織數據庫；農作物產量數據主要來源于歷年的《中國區域經濟統計年鑒》和《陜西統計年鑒》。

西安市是關中地區的典型代表城市，陜西省農作物生產主要集中在關中地區，考慮西安市氣象數據的代表性和易得性，選擇西安市氣象數據作為計算作物需水量的依據，這與陜西省農作物的實際生產狀況基本吻合。

2.3 實證分析與結果

3 結論與建議

基于CROPWAT模型對陜西省西安市主要農作物的需水量和虛擬水含量進行測算，初步得到以下結論：①在選取的7種主要農作物中，作物需水量最大的是水稻，需水量最小的是花生；所選取的糧食作物需水量普遍大于其他農作物的需水量。②通過對比分析，花生和棉花是生產過程中單位虛擬水含量較高的農作物，蔬菜則是生產過程中單位虛擬水含量最小的產品。因此，為提高水資源的利用效率，節約用水，使整個農業產業的總體經濟效益得到提到，并能最大限度地實現經濟效益和環境效益、社會效益的協調發展，建議從以下方面進行調整。

1）應適當調整農作物的生產與種植結構。西安市的水資源具有時空分布不均的特點，從時間分布看，降水量的年際變化較大，降水主要集中在6～9月份；從空間分布看，徑流主要分布在山區，山區徑流占地表徑流總量的86.4%；平川和臺塬階地區僅占13.6%。該區域水資源短缺，不適宜建設商品糧基地，應當壓縮高耗水的農業產業，大力節約實體水資源。西安市應根據本區域的水資源實際儲存、利用狀況適當調整農作物的生產與種植結構，在人均水資源利用率較低的情況下適當減少水稻和花生的生產，同時增加其他糧食作物和蔬菜的生產。

2）加強國內地區之間的農作物虛擬水貿易。依靠虛擬水戰略，加強國內的糧食貿易，缺水地區從國內糧食生產富足的地區購進糧食，實現地區糧食供給平衡，以緩解自身水資源的緊缺壓力，更好地保證區域內農業生產條件較好地區的糧食生產，實現區域水資源的可持續利用。

3）在農產品貿易結構調整時，應參考各類農產品具體的虛擬水含量，采取相應的對策，對虛擬水資源密集型產品主要采取進口替代政策，而出口時盡量以虛擬水資源含量較低的產品為主導，以淡化風險，保障糧食安全。

參考文獻：

[1] ALLAN J A. Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro-political futures would be impossible [A]. Priorities for Water Resources Allocation and Management[C].London：ODA，1993. 13-26.

[2] HOEKSTRA A Y. Virtual water trade：Proceedings of the international expert meeting on virtual water trade[A]. Value of Water Research Report Series No.12[C]. Ihe Delft： Hoekstra A Y，2003：13-17.

[3] 程國棟.虛擬水——中國水資源安全戰略的新思路[J].中國科學院院刊，2003，18（4）：260-265.

[4] 靳軍英，張愛靜，袁 玲.虛擬水在我國水資源優化配置中的應用[J].西南師范大學學報（自然科學版），2011，36（4）：205-210.

[5] SMITH M. FAO·CROPWAT：A computer program for irrigation planning and management[M].Rome：Food and Agriculture Organization of the United Nations，1992.

[6] STEDUTO P，TODOROVIC M，CALIANDRO A，et al. Daily reference evapotranspiration estimates by the Penman-Monteith equation in Southern Italy Constant vs. variable canopy resistance[J]. Theoretical and Applied Climatology，2003，74（3-4）：217-225.