环境科学学报  2015, Vol. 35 Issue (11): 3719-3729
滇池流域主要农业产品水足迹空间格局及其环境影响测度    [PDF全文]
胡婷婷1, 黄凯1 , 金竹静2, 魏婧1, 张月1    
1. 北京林业大学环境科学与工程学院, 北京 100083;
2. 云南省环境科学研究院, 昆明 650034
摘要: 科学合理的评估农业产品水资源消耗及其环境影响对保护区域农业生产安全和水资源合理配置具有重要意义.本文以滇池流域为例,耦合水足迹和生命周期评价方法,对流域内2005—2011年主要农业产品水足迹空间格局进行分析,并对其环境影响进行测度.结果显示:滇池流域主要农作物和动物产品年平均水足迹分别为4.88×108 m3·a-1和8.97×108 m3·a-1,动物产品总水资源消耗大于农作物产品.动物产品水足迹的人类健康和生态系统质量总环境影响高于农作物,但资源消耗总环境影响要低于农作物,各区县产品水足迹环境影响值最大的为猪肉、水稻和玉米.各区县主要产品水足迹及其环境影响空间差异显著,嵩明县和晋宁县的产品水足迹环境影响最高,城区则较低.本文最后提出:评价一种产品对区域水资源的可持续性影响时,不仅要考虑产品耗水量也应考虑产品对水资源产生的潜在环境影响大小,应从水资源管理和生命周期角度综合考虑.水资源量少的地区,应侧重选择水资源消耗量小的产品,水量充沛地区则应选择对人类和生态产生影响小的产品.
关键词: 水足迹    生命周期评价    滇池流域    环境影响    空间格局    
Spatial pattern of the agricultural water footprint and its environmental impact in Lake Dianchi Basin
HU Tingting1, HUANG Kai1, JIN Zhujing2, WEI Jing1, ZHANG Yue1    
1. College of Environmental Science and Engineering, Beijing Forestry University, Beijing 100083;
2. Yunnan Institute of Environmental Science, Kunming 650034
Abstract: Scientific and reasonable assessment of water resources consumption and its environmental impact on the agricultural products is of great significance for regional agricultural production security and water resources rational allocation. By combining the water footprint and life cycle assessment methods, this paper analysed the spatial pattern of the water footprint of main agricultural products and its environmental impact in Lake Dianchi Basin from 2005 to 2011. The results show that the average water footprints of main crops and animal products were 4.88×108 m3·a-1 and 8.97×108 m3·a-1, respectively. The total water footprints of animal products were larger than those of crop productions. The environmental impacts of water footprint of animal products on human health and ecosystem quality were higher than those of crops, whereas the environmental impact on resource consumption was lower than that of crops. Pork, rice and maize had the largest environmental impact values of water footprint. The water footprints and their environmental impacts of main agricultural products for each district in Lake Dianchi Basin were significantly different. The water footprints and the relative environmental impact of agricultural products were the highest in Songming County and Jinning County and were lower in urban areas. To assess the impact of a product on regional water sustainability, water policy should be considered from the perspectives of both water resources management and life cycle environmental impact. In a water-deficient area, the products which consume less water should be chosen, whereas the products with lower environmental impact are favored in water-rich area.
Key words: water footprint    life cycle assessment    Lake Dianchi Basin    environmental impact    spatial pattern    
1 引言(Introduction)

由于人口增加、经济发展和气候变化等因素的影响,水资源短缺已成为世界性的环境问题(Jefferies et al., 2012).中国是全球13个最缺水的国家之一(Ge et al., 2011; Wang et al., 2013),并且水资源分布不均匀,人均水资源量非常少(张利平等,2009).作为国家重点监控的“三湖”之一,滇池由于N、P超标而造成的水体富营养化问题严重(环境保护部,2011).经过30多年的治理,滇池水环境恶化趋势虽然已经得到遏制,但水体仍常年处于中度或重度富营养化水平(北京大学等,2011).在水体污染严重的同时,水量型缺水问题同样突出,滇池流域多年水资源量为5.8×108 m3,人均水资源量不到270 m3 · a-1,远远低于国际公认的人均占有水资源量1000 m3 · a-1的警戒线(李志杰,2008).可见,滇池流域正面临水质型和水量型缺水双重水资源压力.滇池流域经济社会发展中,和全球大多数地区一样,农业部门是最大的用水部门(Yu et al., 2010; Vanham et al., 2014).因此,为了缓解滇池流域的水资源压力,迫切需要对滇池流域农业部门产品水资源消耗及其潜在环境影响进行评估.

为了有效评估人类活动对水资源的影响(黄凯等,2013),Hoekstra等提出了水足迹的概念,其是在“虚拟水”概念和生态足迹理论基础上发展来的,表示任何已知人口(个人、区域、国家或全球)在一定时期内生产这些人口所消费的所有产品和服务所需要的水资源的量(Chapagain and Hoekstra, 2003).水足迹不仅包括直接用水,也包括蕴含在产品里面的虚拟水量(Hoekstra et al., 2011).水足迹核算的研究对象既可以是某个生产链的过程水足迹(Bayart et al., 2010; Meng et al., 2014),或单一产品的消费水足迹(Huang et al., 2012; Siebert et al., 2010; Chapagain et al., 2007),也可以是地理空间尺度的国家(Hoekstra et al., 2007; 王晓萌等,2014)、省市(Huang et al., 2012; Dong et al., 2013)和流域(Zeng et al., 2012; Feng et al., 2012)水足迹.水足迹能够对产品或区域消耗的水资源量进行量化(杨顺顺等,2012),分析水资源利用及其在时间和空间上的影响,进而提高用水效率,建立良好的水资源战略(Jefferies et al., 2012).但水足迹主要是从水资源管理角度对产品的水资源可持续性进行分析,不能够评估产品耗水产生的潜在环境影响.

目前,生命周期评价法(Life Cycle Assessment,LCA)是一种评估产品从摇篮到坟墓整个生命周期内产生的各种环境影响的有效工具(罗燕等,2011).生命周期评价理论发展和研究较早也较成熟(周冉等,2012; 谢明辉等,2011),其最初是在水资源充足的工业化国家发展起来的,被广泛用于产品全生命周期能源消耗、温室气体排放(曹黎明等,2014;刘韵等,2011)等环境影响方面的评价,而对产品作用于水资源的压力和环境影响研究较少.如果能够将水足迹和LCA结合,利用LCA方法对产品的水足迹进行环境影响分析,将会为目前的水资源管理和水环境保护提供新的思路和方法.

基于LCA的水足迹环境影响研究属于水足迹可持续性评价研究范畴,是目前水足迹研究的重要前沿趋势之一(Bayart et al., 2010; Zeng et al., 2012).近些年的研究或是侧重于探讨LCA与水足迹结合的优越性(Jefferies et al., 2012; Milà I Canals et al., 2009),或是侧重于分析LCA应用于水足迹研究的方法间的差异(Berger et al., 2010),对特定区域产品水足迹的环境影响类型进行分类和量化计算还很少.此外,由于水足迹是近些年才发展起来的概念,它不像碳足迹那样和LCA的发展和应用紧密联系(任希珍等,2011; Ridoutt et al., 2010),因此,利用生命周期评价法对产品水足迹的环境影响评估研究(Bayart et al., 2010; Milà I Canals et al., 2009; Berger et al., 2010)很少,尤其是国内在这方面的研究更少(徐长春等,2013).

本文基于水足迹和LCA的方法,从水资源量和环境影响两个角度,对滇池流域分区县2005—2011年主要农业产品水足迹空间格局进行分析,并对其环境影响进行定量测度.从总量和空间结构分布两个方面评估滇池流域各区县各类农业产品的水资源消耗与环境影响,识别产品水足迹对环境造成的3个方面环境影响(人类健康、生态系统质量和资源消耗)大小,以期为滇池流域农业生产结构调整及水资源管理提供科学参考.同时,本文将产品水足迹和生命周期环境影响评价结合,为产品水资源消耗的环境影响分析提供了新的方法参考,拓展了LCA方法在水足迹领域的应用,讨论了未来水足迹生命周期环境影响评估研究的重点方向,为降低产品水资源消耗的环境影响、缓解区域水资源压力提供了新思路.

2 材料和方法(Materials and methods) 2.1 研究区域和数据来源

本文的研究区域为云南省的滇池流域.滇池流域位于云贵高原,地处长江、珠江和红河三大河流水系的分水岭地带,地理坐标为东经102°29′~103°01′,北纬24°29′~25°28′,流域总面积为2920 km2(支国强等,2013).滇池是云南九大高原湖泊之一,海拔1887.5 m,湖面积为309 km2,平均水深5.3 m.滇池呈南北向分布,湖体略呈弓形,弓背向东,东北部有一长4 km的天然沙堤,将滇池分为南北两部分,称为外海和草海.滇池流域行政区划涉及昆明市的7个区县,包括五华区、官渡区、西山区、盘龙区、呈贡县、晋宁县和嵩明县.

本文选择滇池流域产量最大、最主要的5种农作物(水稻、小麦、玉米、马铃薯和油料)和5种动物产品(猪肉、牛肉、禽肉、奶类和禽蛋)进行研究.每种农作物的产量、化肥施用量等来源于昆明市统计年鉴(昆明市统计局和国家统计局昆明调查队,2012);计算农作物水足迹所需的日照时数、平均风速、平均相对湿度、平均最高和最低气温、降水量等气象数据来源于中国气象科学数据共享服务网;动物产品虚拟水量采用文献(Hoekstra et al., 2007; Mekonnen et al., 2012)中关于中国动物产品虚拟水量的计算结果.

2.2 产品水足迹核算

单位质量农作物产品的水足迹(VWC,m3 · t-1)计算方法如下:

式中,VWCgreen为农作物生长过程的绿水足迹(m3 · t-1);VWCblue为作物生长过程的蓝水足迹(m3 · t-1);VWCgray为作物生长过程的灰水足迹(m3 · t-1); CWUgreen和CWUblue分别是作物耗水中绿水量、蓝水量(m3 · hm-2);Y为作物公顷产量(t · hm-2);ETgreen和ETblue分别为绿水蒸散发量和蓝水蒸散发量(mm),通过CROPWAT软件计算.常量因子10是将水的深度(mm)转化为单位陆地面积的水量(m3 · hm-2)的转换系数(Hoekstra et al., 2011).

农作物生长过程的灰水足迹(VWCgray,m3 · t-1)的计算公式为:

式中,AR为每公顷土地的化肥施用量(kg · hm-2);α为淋溶率(即进入水体的污染物量占总化学物质施用量的比例);cmax为最大容许浓度(kg · m-3);cnat为污染物的自然本底浓度(kg · m-3);Y为作物公顷产量(t · hm-2)(Hoekstra et al., 2011).

作物的总水足迹(WFc,m3)计算公式为:

式中,Ci为第i种作物的产量(t).

动物产品水足迹(WFa,m3)计算方法如下:

式中,VWAi表示第i种动物产品的虚拟水含量(m3 · t-1);Ci为第i种动物产品的产量(t).

2.3 产品水足迹生命周期评价

根据国际标准化组织(ISO)的定义,生命周期评价是汇总和评估一个产品(或服务)体系在其整个生命周期期间的所有投入及产出对环境造成的和潜在的影响的方法(ISO,2006).本文采用集成在SimaPro 8.0软件中Pfister等(2009)修正的 Eco-indicator 99方法进行产品水足迹环境影响评估,该方法将产品水足迹环境影响分为人类健康(Human Health)、生态系统质量(Ecosystem Quality)和资源消耗(Resources)3个方面进行分析.其中,单位质量产品水足迹环境影响值是基于Simapro软件中的生命周期数据库(Life Cycle Database,LCD),采用LCA法进行核算的.本文的产品水足迹生命周期评价分为目标和范围界定、用水清单分析、环境影响评价3个部分.

2.3.1 目标和范围界定

本文的产品水足迹生命周期评价目标定义为识别滇池流域主要农业产品生产的水足迹及其对环境造成的潜在环境影响,从生命周期角度为缓解滇池流域水资源匮乏压力提供科学管理决策依据.基于LCA的水足迹环境影响评价只是评估产品对水资源消耗的环境影响,不包括全球变暖、酸化等的影响(Jefferies et al., 2012).水足迹LCA评估的系统边界包括产品从摇篮到坟墓的全部过程,包括产品生产、原料加工包装、物料运输、废物管理等(Jefferies et al., 2012).

2.3.2 用水清单分析

用水清单是指产品整个生命周期过程中涉及的水资源消耗和污染物量,包括蓝水、灰水和土地利用对蓝水的影响(Ridoutt et al., 2010).蓝水是指生产目标产品所消耗的地下水和地表水;灰水是指用于稀释农作物生产和加工过程中造成水质污染的用水量;蓝水和灰水统称为蓝水总量,是产品LCA环境影响评价的主体.基于LCA的产品水足迹环境影响评价将绿水排除在用水清单外(Pfister et al., 2009; Milà I Canals et al., 2009),增加了土地利用对蓝水的影响,认为绿水主要是通过不同的土地利用类型影响蓝水资源量,并不会对水资源产生直接的影响.绿水是指土壤非饱和含水层中的土壤水,以有效降雨量来表示.绿水是通过土地占有获得的,经过土地利用类型对蓝水资源产生影响(徐长春等,2013).而农田生态系统较自然生态系统截获的雨水量较少,本身的有效降雨量一般都小于土地自然状态下的蒸散发量,不会减少地表水及地下水的形成,进而影响蓝水资源量(Bayart et al., 2010),即农田生态系统这种土地利用形式对蓝水的影响可以忽略.

2.3.3 产品水足迹环境影响评价计算方法

滇池流域产品水足迹环境影响(WEI)的计算公式如下:

式中,k=1、2、3分别表示人类健康(Human Health,HH)、生态系统质量(Ecosystem Quality,EQ)和资源消耗(Resources,R);HHiji区域中第j种产品水足迹的人类健康环境影响值,采用伤残疾病调整寿命年来表示(Disability Adjusted Life Years,DALY · m-3);EQiji区域中第j种产品水足迹的生态系统质量环境影响值,用单位时间研究区域内潜在可能受影响的物种数量来表示(Potentially Affected Fraction of species,PAF · m2 · a · m-3);Riji区域中第j种产品水足迹的资源消耗环境影响值,用为满足未来水资源可用性、应对水资源枯竭所采取海水淡化等措施所消耗能量来表示(MJ · m-3)(Goedkoop et al., 2001);WFij表示i区域第j种产品的水足迹(m3).

3 结果(Results) 3.1 滇池流域农作物、动物产品水足迹空间格局 3.1.1 农作物水足迹空间格局

图 1为滇池流域各区县2005—2011年主要农作物水足迹核算结果.滇池流域主要农作物水足迹年平均总量为4.88×108 m3 · a-1.空间分布上,五华区、西山区、晋宁县和嵩明县主要的水资源消耗作物是水稻、小麦和玉米;盘龙区主要的水资源消耗作物是小麦、玉米和马铃薯;官渡区主要的水资源消耗作物是玉米、小麦和马铃薯;呈贡县主要的水资源消耗作物为玉米.晋宁县和嵩明县的农作物水足迹最高,水资源空间压力最大,这主要与晋宁县和嵩明县是昆明主要的粮食作物产区有关.年度变化趋势上,嵩明县、五华区、盘龙区和呈贡县的水资源消耗总量有上升的趋势,西山区、官渡区和晋宁县的水资源消耗总量年度变化趋势较平稳.从单一作物来看,水稻、小麦和玉米这三大主要粮食作物的水足迹最高,马铃薯和油料较少.水资源消耗总量上,嵩明县>晋宁县>西山区>官渡区>五华区>盘龙区>呈贡县.

图 1 滇池流域2005—2011年各区县主要农作物水足迹 Fig.1 Water footprint of main crop products for each district in Lake Dianchi Basin from 2005 to 2011
3.1.2 动物产品水足迹空间格局

图 2为滇池流域各区县2005—2011年主要动物产品水足迹核算结果.滇池流域主要动物产品水足迹年平均总量为8.97×108 m3 · a-1.空间上,五华区、盘龙区、官渡区主要的水资源消耗产品为猪肉和禽蛋;西山区主要的水资源消耗产品为猪肉和禽肉;呈贡县主要的水资源消耗产品为禽蛋和禽肉;晋宁县主要的水资源消耗产品为猪肉和奶类;嵩明县主要的水资源消耗产品为猪肉和牛肉.嵩明县的动物产品水足迹最高,盘龙区和五华区较低.年度变化趋势上,五华区、嵩明县和晋宁县的水资源消耗总量有逐年上升的趋势,官渡区、盘龙区、呈贡县和西山区的水足迹有下降的趋势.从单一产品来看,猪肉的水足迹最高,牛肉和奶类的水足迹较低.水资源消耗总量上,嵩明县>晋宁县>官渡区>呈贡县>西山区>五华区>盘龙区.

图 2 滇池流域2005—2011年各区县主要动物产品水足迹 Fig.2 Water footprint of main animal products for each district in Lake Dianchi Basin from 2005 to 2011
3.2 滇池流域主要农业产品水足迹环境影响测度 3.2.1 主要农业产品水足迹环境影响分析

利用LCA方法计算得出滇池流域单位产量(1 kg)主要农业产品消耗的水资源所产生的环境影响值见表 1.农作物上,人类健康环境影响类型中,水稻水足迹的人类健康影响为8.10×10-8 DALY,居于第一位,其次是小麦,马铃薯水足迹的人类健康影响值为5.32×10-11 DALY,排在最后;生态系统质量环境影响类型中,水稻水足迹生态系统质量环境影响值最高,为0.0596 PAF · m2 · a,其次是小麦0.0351 PAF · m2 · a,马铃薯水足迹生态系统质量环境影响值最低,为0.000649 PAF · m2 · a;资源消耗环境影响类型中,水稻水足迹产生的资源消耗最大,为0.528 MJ,其次是油料,为0.181 MJ,马铃薯水足迹资源消耗仅为0.00014 MJ,排在最后.总的来说,水稻水足迹的各类生命周期环境影响最高,马铃薯最低.动物产品上,人类健康影响类型中,猪肉水足迹人类健康环境影响值最高,为1.07×10-7 DALY,其次是牛肉,排在第二位,禽蛋水足迹人类健康环境影响最低,为1.41×10-9 DALY;生态系统质量环境影响类型中,牛肉水足迹的生态系统环境影响值最高,为0.114 PAF · m2 · a,其次是猪肉,禽蛋的最少;资源消耗环境影响类型中,牛肉水足迹资源消耗最大,为0.453 MJ,其次是猪肉,禽蛋水足迹资源消耗最低,仅为0.0037 MJ.总的来说,滇池流域单位产量(1 kg)水足迹环境影响最高的产品为猪肉、牛肉和水稻,而马铃薯、油料等产品的单位产量水足迹环境影响较小.

表 1 滇池流域单位产量(kg)主要农业产品水足迹环境影响值 Table 1 Environmental impacts of per kg agricultural products water footprint in Lake Dianchi Basin

滇池流域各区县不同农业产品水足迹的总环境影响值存在显著差异(图 3).从人类健康环境影响上看,滇池流域7个区县的10种主要农业产品中猪肉的水足迹环境影响最高,其次是水稻;从生态系统质量上看,五华区、西山区、晋宁县和嵩明县的产品水足迹环境影响最大的是猪肉,其次是水稻,其他区县最高的也是猪肉,但排在第二位的是玉米;从资源消耗上看,晋宁县和嵩明县的水稻水足迹环境影响最高,其次是猪肉,其他区县产品水足迹环境影响最高的是猪肉.总的来说,滇池流域各区县产品水足迹总环境影响值最高的产品为猪肉、水稻和玉米.

图 3 滇池流域各区县主要农业产品水足迹生命周期环境影响 Fig.3 Life cycle environmental impacts of main agricultural products water footprint for each district in Lake Dianchi Basin
3.2.2 主要农业产品水足迹环境影响空间格局

滇池流域各区县主要农作物水足迹的环境影响空间分布上差异显著(图 4).滇池流域农作物水足迹人类健康环境影响总值为8.43 DALY,生态系统质量环境影响总值为8353657.69 PAF · m2 · a,资源消耗环境影响总值为63762820.8 MJ.各区县农作物水足迹的人类健康环境影响值为0.14~4.70 DALY,平均值为1.18 DALY,其中,该类环境影响最大地区为嵩明县和晋宁县,其他区县相对很小,呈贡县最小.各区县农作物水足迹的生态系统质量环境影响值为174034.45~4241034.08 PAF · m2 · a,平均值为1178693.98 PAF · m2 · a,该类环境影响值最大的还是嵩明县和晋宁县,呈贡县最小.各区县农作物水足迹的资源消耗环境影响值在1085042.43~34137947.26 MJ之间,平均值为 9111251.94 MJ,嵩明县和晋宁县农作物水足迹的资源消耗环境影响最高,呈贡县最小.比较农作物水足迹3种生命周期环境影响在空间上的差异,环境影响值大小排序类似,基本规律为:嵩明县>晋宁县>西山区>官渡区>五华区>盘龙区>呈贡县.

图 4 滇池流域各区县主要农作物水足迹生命周期环境影响 Fig.4 Life cycle environmental impacts of main crops water footprint for each district in Lake Dianchi Basin

滇池流域各区县主要动物产品水足迹的环境 影响空间分布上同样差异显著(图 5).滇池流域动物产品水足迹人类健康环境影响总值为9.52 DALY,生态系统质量环境影响总值为9628552.21 PAF · m2 · a,资源消耗环境影响总值为33193714.11 MJ.各区县动物产品水足迹的人类健康环境影响值为0.28~3.51 DALY,平均值为1.36 DALY,该类环境影响值最大的地区为嵩明县和晋宁县,盘龙区最小.各区县动物产品水足迹的生态系统质量环境影响值为276834.33~3567440.62 PAF · m2 · a,平均值为1375507.46 PAF · m2 · a,该类环境影响值最大的还是嵩明县和晋宁县,盘龙区最小. 各区县动物产品水足迹的资源消耗环境影响值在951526.29~12404699.93 MJ 之间,平均值为4741959.16 MJ,嵩明县和晋宁县动物产品水足迹的资源消耗环境影响最高,盘龙区最小.比较滇池流域主要动物产品水足迹3种生命周期环境影响在空间上的差异,环境影响值大小排序相同,基本规律为:嵩明县>晋宁县>官渡区>西山区>五华区>呈贡县>盘龙区.相比较而言,滇池流域动物产品水足迹的人类健康和生态系统质量总环境影响高于农作物,但资源消耗总环境影响要低于农作物.

图 5 滇池流域各区县主要动物产品水足迹生命周期环境影响 Fig.5 Life cycle environmental impacts of main animal products water footprint for each district in Lake Dianchi Basin
4 讨论(Discussion)

传统的产品水足迹计算(Xu et al., 2015;盖力强等,2010)可以评估产品水资源消耗量的大小,包括蓝水、绿水和灰水,但这种评估方法只能从水资源管理角度分析产品用水量的大小并采取相应应对措施,无法评估水资源消耗的潜在环境影响(Jefferies et al., 2012).而基于LCA的水足迹评估正好弥补了传统水足迹计算的缺点,可以从人类健康、生态系统质量和资源消耗三大方面对产品水足迹产生的环境影响大小进行分析,使不同产品和不同生命周期间的比较具有意义(Ridoutt et al., 2010).农业作为区域最大的耗水部门(Yu et al., 2010; Vanham et al., 2014),对农业产品水足迹的环境影响评估,以及对于保护人类健康和维护粮食安全具有非常重要的意义(Huang et al., 2015).

本研究显示,滇池流域中嵩明县和晋宁县的农业产品水足迹及环境影响都是最高的,昆明城区则较小,这与滇池流域城市及农业规划格局密切相关.嵩明县和晋宁县是昆明市的主要粮食产区和畜禽养殖地,农业水资源消耗量巨大.五华区、官渡区、盘龙区和西山区是昆明的主城区,农业较少.呈贡县作为昆明新城区,主要以新兴工业、科研文教园区为主,这是这些区县农业产品水资源消耗较低的原因.此外,2008年9月昆明政府实施《关于在“一湖两江”流域禁止畜禽养殖》的规定,这也在一定程度上降低了滇池周围城区农业产品的水资源消耗.水环境是一个不断变化、充满不确定性因素的复杂系统(黄凯等,2012).产品种类、产量和水资源消耗量都会影响产品水足迹的环境影响.滇池流域10种主要农业产品中,猪肉、水稻和玉米的水足迹生命周期总环境影响值最高,这既和其单位产量水足迹环境影响值较高有关,也和其总产量较高有关.

本文由虚拟水方法计算的产品水足迹结果,猪肉等肉类产品水资源的消耗量大于农作物产品,这和Liu等(2008)的研究结果相同.通过LCA法计算的产品水足迹生命周期环境影响结果中,猪肉等动物产品的人类健康和生态系统质量环境影响总值要高于农作物,但资源消耗环境影响总值要低于农作物.徐长春等认为肉类产品生产对水资源的影响空间差异较大,不能一般性地认为肉类产品生产的水资源影响远高于谷物类产品(徐长春等,2013; Ridoutt et al., 2012).水资源消耗量高的产品不一定水足迹环境影响也高,应从不同的环境影响视角(人类健康、生态系统质量和资源消耗),结合地域差异进行综合分析.影响农业产品水足迹及其环境影响空间格局差异的因素有很多,其总量大小不仅和单位质量产品的水足迹和环境影响值相关,还受该地区产品总产量影响.在评价一种产品对当地水资源的可持续性影响时,不能仅仅考虑产品的耗水量,也应考虑产品对水资源产生的潜在环境影响大小.水资源量少的地区,应该侧重选择水资源消耗量小的产品,水量充沛地区则应选择对人类和生态产生影响小的产品.

本文对滇池流域主要农业产品水足迹的研究,既关注滇池流域各区县每种农产品对水资源消耗量的大小,又研究产品的水资源消耗对人类健康、生态系统质量和资源消耗等方面造成的潜在环境影响,并对这些环境影响进行了定量测度.这种产品水足迹的生命周期环境影响研究,不仅可以为决策者提供政策支持,还能让公众清楚地认识到他们消费的每种产品而需要承担的环境风险(Ridoutt et al., 2010).不过,本文只是对滇池流域当地的农产品之间的水足迹及环境影响进行对比分析,缺少和其他地区产品水足迹环境影响间的比较.产品水资源消耗及其环境影响会由于空间位置的变化而产生变化.比如,Pfister等(2009)对全球重要国家棉花水足迹的环境影响进行对比,结果显示,不同国家的棉花环境影响值差异很大;徐长春等(2013)对我国四大河流流域的小麦水足迹进行了对比,结果显示,黄河、海河流域小麦水足迹平均为1262 L · kg-1(以H2O当量计),而长江流域仅为31 L · kg-1(以H2O当量计).因此,后续研究还需开展不同区域产品水足迹及其环境影响大小研究,探究滇池流域水资源压力情况.

本文中用Eco-indicator 99方法计算的滇池流域主要农业产品水足迹环境影响分成人类健康、生态系统质量和资源消耗3个方面,虽然能够从不同视角识别不同产品水足迹的环境影响大小,但却无法像碳足迹那样用一个单一的Pt值来表示其综合环境影响(Yu et al., 2012).如果能将Eco-indicator 99方法计算的水足迹的3个方面的环境影响值转化为一个相同单位的综合环境影响值,将能够更准确而科学地识别不同产品的水足迹环境影响,为水资源管理提供科学参考.此外,绿水虽然不会对蓝水资源量产生直接影响,但绿水对保障粮食安全和维护生态系统健康有重要意义(孙才志等,2010; Xu et al., 2015),并且每个地区的土地利用类型也存在差异,绿水对水资源的影响是否应该在LCA用水清单中考虑,也是水足迹LCA评估今后需要研究的问题.基于LCA的产品水足迹环境影响评价是国内外水足迹研究领域的前沿和热点(徐长春等,2013; Pfister et al., 2009; Berger et al., 2010),目前仍处在发展阶段,相信随着不断的探究,以上问题都会得到很好的解决.

5 结论(Conclusions)

本文利用水足迹和生命周期评价法,对滇池流域内各区县主要农业产品水足迹空间格局及其环境影响进行定量测度.滇池流域主要农作物和动物产品年平均水足迹分别为4.88×108 m3 · a-1和8.97×108 m3 · a-1;猪肉、水稻、小麦和玉米的水足迹最高;农作物水足迹空间格局规律为:嵩明县>晋宁县>西山区>官渡区>五华区>盘龙区>呈贡县;动物产品水足迹空间格局规律为:嵩明县>晋宁县>官渡区>呈贡县>西山区>五华区>盘龙区.各区县主要产品水足迹及其环境影响空间差异明显,嵩明县和晋宁县的产品水足迹环境影响最高,城区则较低.滇池流域农业产品水足迹环境影响差异显著,各区县产品水足迹环境影响值最大的为猪肉、水稻和玉米.滇池流域动物产品水足迹的人类健康和生态环境质量总环境影响高于农作物,但资源消耗环境影响要低于农作物.水资源消耗量及其环境影响较高的嵩明县和晋宁县在发展农业的同时,需要比其他地区更加重视农业面源污染的治理和节水措施的推广.另外,滇池流域应该从作物种植和畜禽养殖结构优化两方面采取措施,降低水足迹环境影响较大的猪肉、水稻的生产强度,以此来缓解滇池流域的水资源短缺压力.在评价一种产品对当地水资源的可持续性影响时,不仅要考虑产品的耗水量也应考虑产品对水资源产生的潜在环境影响大小,水足迹和LCA计算缺一不可,为缓解滇池流域的水资源压力,应从水资源管理和生命周期环境影响角度全面考虑.

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