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《东北师范大学》 2016年
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基于GIS和水足迹理论的吉林省粮食生产用水效率研究

段佩利  
【摘要】:农业是最大的用水产业,农业用水占世界总用水量的70%以上。但现阶段农业用水所占份额逐年降低,未来将面临严峻挑战。考虑到粮食生产消耗的水资源在农业用水中占有很大的比重,如何在保证粮食生产可持续发展的前提下,减少粮食生产用水总量,提高粮食生产用水效率,成为一个亟需解决的问题,这对于保障粮食生产与粮食安全,最大限度的实现农业发展效益,具有十分重要的现实意义。近年来,水足迹方法作为一种全新的定量分析方法,已经被广泛使用,它能够完整、清晰地描述粮食生产的耗水特征,为提高粮食生产用水效率提供依据。基于此,本文以我国重要的粮食生产基地—吉林省为研究对象,从粮食生产水足迹的视角,探讨粮食生产用水效率问题,并寻求与各地社会经济条件相符的解决对策,进而为吉林省粮食生产可持续发展和农业水资源高效利用提供依据。本文在核算吉林省1999~2013年玉米、水稻和大豆三种主要粮食作物生产水足迹的基础上,分析其时空变化特征,采用GIS空间分析方法,包括空间自相关性分析、热点分析和空间变差函数分析,探讨3种粮食作物生产水足迹的空间格局特征,采用地理加权回归(GWR)方法,分析吉林省粮食生产水足迹的主要影响因素,采用数据包络分析(DEA)和Malmquist生产率指数方法对吉林省粮食生产用水效率及其变化进行了深入的探讨。研究主要得出以下几点结论:(1)吉林省粮食单位面积产量较高,播种面积和总产量占全国的比重逐步上升。播种面积、总产量和单位面积产量整体上呈波动上升趋势;粮食生产地域分异明显,长春市粮食播种面积和总产量最大,而四平市粮食单位面积产量最大;吉林省在玉米生产和大豆生产上具有综合优势,且玉米生产的综合优势相对突出。吉林省中部地区玉米生产优势较高,东部地区大豆生产优势较高,而水稻生产优势分布不集中。(2)吉林省玉米和水稻生产水足迹及其各构成部分(蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹)在1999~2013年均呈现波动下降趋势,而大豆生产水足迹则呈现波动上升趋势,但变化相对平稳。从粮食生产水足迹的构成来看,三种粮食作物生产水足迹中绿水足迹所占比重较大;受各地气候及农业生产条件的影响,三种粮食作物生产水足迹及构成空间分布差异较大,中部地区较低,而东部和西部较高。(3)1999年、2006年和2013年吉林省玉米、水稻、大豆三种粮食作物生产水足迹空间集聚效应显著,结构化特征明显;整体来说水足迹热点区主要分布在东部的延边朝鲜族自治州和西部的白城市,而冷点区主要分布在中部的长春市、吉林市和四平市;从空间变差拟合参数来看,吉林省玉米生产水足迹县域空间差异不断增大,而水稻和大豆空间差异在不断减小。(4)GWR模型计算结果表明:降水量、气温、有效灌溉面积、农业机械化动力和化肥施用量5个因素对粮食生产水足迹的影响程度存在一定的空间规律和空间差异。降水量和气温对粮食生产水足迹的影响整体呈现下降趋势,而有效灌溉面积、农业机械化动力和化肥施用量对粮食生产水足迹的影响为先增强后减弱;降水量、有效灌溉面积、农业机械总动力和化肥施用量与粮食生产水足迹存在空间负相关性,而气温与粮食生产水足迹存在空间正相关性。(5)吉林省粮食生产用水综合效率整体偏低,而且呈现递减态势,地区差异明显,中部区综合效率较高,只有少数县域达到了综合效率、纯技术效率和规模效率的最优,水资源投入配置的失衡与技术管理方面的不足等成为主要制约因素。由于技术的退步,导致1999~2013年全要素生产率呈现衰退现象,且仅有少数县(市、区)超过1,吉林省三大区域粮食生产用水效率均有一定程度的降低,以西部地区的下降趋势最为明显。
【学位授予单位】:东北师范大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:S181;F326.11

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