新疆畜牧業發展用水研究
----基于水足跡的視角

黃登迎，楊 紅

(1.新疆農業大學經濟與貿易學院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農業大學科研管理處，新疆 烏魯木齊 830052)

0 引 言

淡水資源的稀缺越來越制約人類社會經濟的可持續發展，客觀科學地評價水資源利用情況十分必要。最初人們評價水資源的利用情況只關注直接用水量，20世紀90年代，Allan提出“虛擬水”的概念，來解釋生產農產品所耗用的總的水資源數量[1]。“虛擬水”是相對于實物水的概念，將生產各環節耗用的所有水的數量虛擬物化到最終產品中，可以更準確地反映產品的直接用水量[2]。

2002年，Hoekstra在“虛擬水”的基礎上提出水足跡理論，將評價水資源利用情況的視角進一步拓展[3]。水足跡除了包含“虛擬水”所反映的直接用水量，還包括為了解決污染(將污染物稀釋到一定標準)所需要的間接用水量，涵蓋了生產和消費各環節所消耗的綠水、藍水和灰水。綠水指沒有成為地下水或徑流而被植物生長所占用的降水；藍水指生產活動消耗的地下水和地表水；灰水指生產活動中產生的污水[4]。水足跡理論一經提出便受到學界廣泛關注，與之相關的大量研究隨之展開。到目前為止，研究主要集中在全球尺度、國家尺度、流域尺度的消費水足跡上，涉及農業(種植業)、工業等用水部門，國內對畜牧業水足跡的研究幾乎空白[5-9]。在此背景下，根據水足跡相關理論，本文構建畜牧業用水足跡計算公式來研究新疆畜牧業發展用水情況，為實現畜牧業的可持續發展提供用水數據參考。

1 研究方法與數據來源

1.1 研究方法

1.1.1 畜牧業總用水足跡計算

畜牧業水足跡計算公式可以表達為：

(1)

式中：i=1,2,3,4,5，分別代表大牲畜(牛、馬、駝等，以牛為主)、山羊、綿羊、豬、禽；WF總表示畜牧業總用水足跡；WFi表示第i種畜禽活體單位質量的生產用水足跡，m3/kg；Mi表示第i種畜禽的年產肉量，kg；ki表示第i種畜禽的凈肉率。

畜禽活體單位質量水足跡指畜禽從出生到出欄整個過程內單位重量所消耗的水量，包括飼料生產消耗水足跡、飲水消耗足跡、清理圈舍消耗水足跡、排除糞便污染消耗水足跡，本文未統計屠宰及其他加工或烹飪環節耗水。因此畜禽活體單位質量水足跡計算公式為：

WFi=WFSL+WFYS+WFQL+WFPW

(2)

式中：WFSL表示飼料耗水足跡，m3/kg；WFYS表示畜禽飲水足跡，m3/kg；WFQL表示清理圈舍消耗水足跡，m3/kg；WFPW表示排除畜禽糞便污染消耗水足跡，m3/kg。

1.1.2 飼料耗水足跡計算

飼料耗水足跡計算公式為：

WFSL=WFSLB+WFSLG+WFSLH

(3)

式中：WFSLB表示飼料的藍水足跡，即生產單位質量的飼料消耗的灌溉用水量；WFSLG表示飼料的綠水足跡，即生產單位質量的飼料消耗的有效降水量；WFSLH表示飼料的灰水足跡，即生產單位質量的飼料需要稀釋污染物(淋失氮)的耗水量。

飼料的藍水足跡、綠水足跡計算公式為：

(4)

(5)

式中：ETB、ETB分別表示飼料的藍水騰發量、綠水騰發量；Y表示飼料單位面積的產量；10為常數，表示深度與面積的單位轉換系數[9]。

飼料的藍水騰發量與綠水騰發量之和為飼料的騰發量，用公式表達為：

ETSL=ETB+ETG

(6)

同時，根據彭曼公式整理后可以表示為[10]：

(7)

式中：Δ表示飽和水汽壓與溫度曲線的斜率；R表示植株單位面積凈輻射量，MJ/m2；G表示土壤單位面積熱通量，MJ/m2；T表示平均溫度；V表示地面2 m高處的風速，m/s；e1表示飽和水氣壓；e2表示實測水氣壓。

飼料的綠水騰發量公式為：

ETG=min(ETSL，Q)

(8)

式中：Q表示飼料作物生長期內有效降水量。

飼料的灰水足跡計算公式為：

(9)

式中：α表示淋溶率，在本文中表示進入水體的氮元素總含量與施用化肥總量的比值；AR表示單位面積化肥施用量；Y表示單位面積玉米產量；Cmax表示含氮肥料的最大容許度；Cnat表示污染物的自然本底度。

1.1.3畜禽飲水足跡、清理圈舍消耗水足跡、排除糞便污染消耗水足跡計算

畜禽飲水足跡計算公式為：

(10)

清理圈舍耗水足跡表達式為：

(11)

排污消耗水足跡表達式為：

(12)

(13)

(14)

式中；Et表示畜禽活體在生長周期內第t天單位質量所排泄糞便的含氮量；a1表示糞便干處理的比例；a2表示糞便濕處理的比例；b表示畜禽糞尿的流失率。

1.1.4 畜牧業綠水、藍水、灰水足跡計算

按照綠水足跡、藍水足跡、灰水足跡進行劃分，畜牧業發展用水足跡可以表達為：

WF總=WF綠+WF藍+WF灰

(15)

式中：WF綠、WF藍、WF灰分別代表畜牧業發展綠水足跡、藍水足跡、灰水足跡，其相應的計算公式為：

WF綠=WFSLG

(16)

WF藍=WFSLB+WFYS+WFQL

(17)

WF灰=WFSLH+WFPW

(18)

1.2 數據來源

本文中涉及的各畜禽產肉量、主要飼料作物種植面積、谷物及苜蓿產量、施肥量等數據來自2017年《新疆統計年鑒》；涉及的氣象數據來自中國氣象數據網；涉及的畜禽生長周期、飲水量、清理圈舍用水量、料肉比、凈肉率及其他指標數據來自實地調研、專家訪問和相關文獻資料[11-14]。

2 計算結果與分析

2.1 畜禽肉類單位質量水足跡

本文在計算過程中，將畜禽活體單位質量水足跡最終折算為肉類單位質量水足跡，即生產1千克畜禽肉需要消耗的水量。通過計算發現，新疆生產的畜禽肉類中單位質量水足跡最高的是大牲畜，水足跡達到14.15 m3/kg；生產豬肉的用水效率最高，為3.08m3/kg；生產禽肉的用水效率低于豬肉，高于山羊肉和綿羊肉。通過分地區來看，各地區的單位質量水足跡也符合大牲畜>綿羊>山羊>禽>豬的規律；東疆畜禽肉類單位質量水足跡要明顯大于南疆和北疆，主要原因可能是，東疆的氣候極為干燥，日照時間長，降水稀少，飼料作物的生長需水量相對要大，畜禽需要的飲水也會增加；同樣由于氣候的原因，南疆畜禽肉類單位質量水足跡高于北疆；在用水效率上，所有畜禽產品的生產均表現出北疆高于南疆，南疆高于東疆的規律，很可能潛在的表明新疆畜牧業生產節水技術應用并不廣泛，因而出現用水效率與氣候相關的現象。具體數據詳見表1。

表1 新疆分地區各畜禽單位質量肉生產用水足跡 m3/kg

注：本文中東疆指哈密市及吐魯番市；北疆指烏魯木齊市、克拉瑪依市、昌吉州、博州、伊犁州直屬縣市、塔城地區及阿勒泰地區；南疆指巴州、阿克蘇地區、克州、喀什地區及和田地區。

2.2 綠水、藍水、灰水的計算

2016年，新疆畜牧業生產總的用水足跡為185.27 億m3，其中綠水、藍水、灰水足跡分別為12.42、106.86、65.99 億m3，灰水足跡的占比為35.62%，相較于種植業的灰水足跡占比10.29%，畜牧業對環保產生的壓力遠遠高于種植業[15]。

分地區看，東疆、北疆、南疆的畜牧業生產用水足跡分別為9.8、95.48、79.99 億m3，其綠水、藍水、灰水足跡構成分別為：東疆0.57、5.98、3.25 億m3，北疆6.36、53.15、35.97 億m3，南疆5.49、47.73、26.77 億m3。

分畜禽種類看，大牲畜總用水足跡為85.79 億m3，綠水、藍水、灰水足跡分別為：4.98、42.1、38.71 億m3；山羊總用水足跡為4.88 億m3，綠水、藍水、灰水足跡分別為：0.37、3.26、1.25 億m3；綿羊總用水足跡為62.88 億m3，綠水、藍水、灰水足跡分別為：4.76、42、16.12 億m3；豬總用水足跡為15.27 億m3，綠水、藍水、灰水足跡分別為：1.09、9.29、4.89 億m3；禽總用水足跡為16.44 億m3，綠水、藍水、灰水足跡分別為：1.22、10.22、5 億m3。耗水量由高到低依次為大牲畜、綿羊、禽、豬、山羊；灰水足跡占總用水足跡的比例由高到低依次為大牲畜(45.13%)、豬(32.05%)、禽(30.44%)、綿羊(25.64%)、山羊(25.62%)，大牲畜對環保造成的壓力最大，山羊最小。具體數據見表2。

表2 新疆分地區畜禽肉類生產綠水、藍水、灰水足跡 億m3

3 討論與建議

(1)從用水效率看。計算結果驗證了在用水效率上“大畜不如小畜，小畜不如禽類”的說法，值得注意的是，豬產品生產用水效率最高(3.08 m3/kg)，其余依次是禽(3.76 m3/kg)、山羊(6.23 m3/kg)、綿羊(8.73 m3/kg)、大牲畜(14.15 m3/kg)。從畜牧業發展節約用水的角度考慮，建議引導人們適當改變對畜產品的消費結構，引導全社會適當減少對大牲畜產品的消費，相對增加對用水效率高的畜禽產品的消費。

(2)從環保角度看。新疆畜牧業總的灰水足跡為65.99 億m3，占總用水足跡的35.62%，對環保產生的壓力是種植業的3倍，畜牧業污染問題值得警惕；不同種類畜禽對環境造成的污染強度由高到低依次為大牲畜、豬、禽、綿羊、山羊。建議加強對畜禽糞便的管理利用，明確對養殖糞便污染的管理目標，推廣對畜禽糞便資源利用的技術，例如開發肥 料、沼氣利用等；嘗試制定針對養殖戶的畜禽糞便污染處理獎懲性政策，例如污染處理達標者可以享受用水價格補貼，不達標者需要多繳納畜牧業生產用水費用等。

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