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水 利 学 报

２０２３年 ８月 ＳＨＵＩＬＩ ＸＵＥＢＡＯ 第 ５４卷 第 ８期

文章编号：０５５９ － ９３５０（２０２３）０８ － ０９６７ － １１

基于水足迹与水－ 能源－ 粮食关联关系的

提水灌溉系统种植结构优化

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崔思梦 ，吴梦洋 ，王小军 ，操信春 １，３
（１．河海大学 农业科学与工程学院，江苏 南京 ２１００９８；
２．南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 ２１００２９；
３．江苏省农业水土资源高效利用与固碳减排工程研究中心，江苏 南京 ２１００９８）

摘要：灌溉系统是农业生产与用水的关键载体，其水 － 能源 － 粮食关联关系的协调性对区域可持续发展有重要影
响。相较于传统的灌溉水高效分配研究，水足迹理论明晰了农业生产水资源消耗总量及其利用类型。针对提水
灌溉系统水资源、能源供需配置不紧密 及 其 生 态 影 响 考 虑 不 全 面 的 问 题，联 合 水 足 迹 理 论 与 水 － 能 源 － 粮 食 关
联关系，统筹社会、资源、生态和经济多维系统，构建了考虑水资源调配、农业生产用水及粮食生产转移全过
程的提水灌溉区种植结构多目标优化评价模型。将该模型应用于涟水灌溉区，通过调整粮食作物（水稻、小麦、
玉米和大豆）的种植结构，运用 Ｔｏｐｓｉｓ方法对比评价了现状和优化配置 情 况 的 相 对 贴 近 度。优 化 结 果 表 明：在
保障粮食安全的基本前提下，应增大玉米的播种面积，减少大豆的播种面积；相较于现状，优化后的年均粮食
单方水经济净效益提升 ４．０％，作物碳足迹在农作物种植基线改变时呈现下降态势，且 ２０１８年优化后的碳足迹
降低 ７９．５ｋｇ。优化方案的相对贴近度均大 于 现 状，对 促 进 提 水 灌 溉 系 统 资 源 高 效 利 用 和 农 业 可 持 续 性 具 有 可
靠的支撑作用。
关键词：水－ 能源－ 粮食；作物水足迹；多目标优化；提水灌溉系统；Ｔｏｐｓｉｓ评价法
文献标识码：Ａ
中 图 分 类 号 ： Ｓ ２ ７ ４ ｄｏｉ：１０．１３２４３?ｊ．ｃｎｋｉ．ｓｌｘｂ．２０２３００２２

１ 研究背景

中国灌溉农田占总耕地面积的一半以上，消耗了大量灌溉用水的同时贡献了全国粮食产量的四分
之三 ［１］ 。灌溉区粮食生产高效用水对保障国家粮食安全和缓解区域水短缺均具有重要的作用 ［２］ 。灌区
水管理还涉及区域生态、环境和社会功能的实现 ［３］ ，如绿洲生态维护、面源污染防控、农业农村发展
等。因此，灌区农业和水资源调控被视为社会发展的重要内容，也一直受到学界的关注 ［４］ 。
以水资源高效利用为核心、优化模型构建与解析为基础的种植结构调整是改进灌区农业管理的重要
手段之一 ［５］ 。当前，针对特定对象的现实条件，学者在涉及灌区种植结构调整的原理、目标、模型和策
略上开展了大量创新性研究和探索 ［６］ 。传统模型在农业用水及其效率量化中大多以灌溉水为对象，难以
有效兼顾来自天然降水的绿水和农业生产对水环境的负面影响 ［７］ 。水足迹概念的提出及其在农业用水评
价和管理中的应用促进了该领域的发展。农作物水足迹为作物生育过程中所有水资源消耗和潜在污染量，
包含蓝、绿和灰水足迹三个部分 ［８］ 。蓝水即从地表或地下取用的灌溉水，绿水是未产生径流被作物以蒸
发蒸腾形式消耗的降水，灰水足迹则为将一定的污染负荷吸收同化所需要的水量 ［９］ 。水足迹被视为衡量

收稿日期：２０２３ － ０１ － １１；网络首发日期：２０２３ － ０７ － ３１
网络首发地址：ｈｔｔｐｓ：??ｋｎｓ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ?ｋｃｍｓ?ｄｅｔａｉｌ?１１．１８８２．ＴＶ．２０２３０７３１．０９１３．００１．ｈｔｍｌ
基金项目：国家自然科学基金项目（５１９７９０７４，４１９６１１２４００６）；江苏省自然科学基金项目（ＢＫ２０２２１５０４）；中央高校基本科研业务
费项目（Ｂ２３０２０１００９）
作者简介：崔思梦（ １９９８ － ），博士生，主要从事农业水土资源规划与利用研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃｕｉｓｉｍｅｎｇ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
通信作者：操信春（１９８６ － ），教授，博士生导师，主要从事农业水碳中和研究。Ｅ － ｍａｉｌ：ｃａｏｘｉｎｃｈｕｎ＠ｈｈｕ．ｅｄｕ．ｃｎ
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