基于CROPWAT的西安市农作物虚拟水分析
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摘要：水资源短缺已成为西安市经济发展的主要制约因素之一，虚拟水有利于实现区域水安全，是缓解水资源压力的新思路。利用CROPWAT对西安市主要农作物需水量和单位农作物虚拟水含量的计算得出，作物需水量最大的是水稻，单位虚拟水含量最大的是花生，蔬菜则是生产过程中单位虚拟水含量最小的产品。提出西安市各区应根据区域内水资源实际情况适当调整农作物生产与种植结构，从而达到节约水资源的目标。
关键词：CROPWAT；农作物；虚拟水；水资源；西安市
中图分类号：F323.21 文献标识码：C 文章编号：0439-8114（2013）14-3277-03
国外学者对虚拟水的研究相对成熟，虚拟水的研究主要集中在农作物领域，尤其是粮食问题。1993年Allan[1]首次提出虚拟水概念，1996年正式定义虚拟水为生产商品或服务所需要的水资源量。虚拟水是很多国家解决国内水资源短缺问题的新思路，虚拟水已经成为国际研究的前沿领域。目前，虚拟水的概念从纵向和横向两方面都得到了拓展，Hoekstra等[2]认为测算一国的虚拟水流量并不能真正反映一国水资源的真实需求，随即提出水足迹（Water footprint）的概念和测算方法，通过水足迹将虚拟水概念与消费联系起来，拓展了虚拟水概念的范围，为水资源供给和需求管理提供了新视角。虚拟资源（如虚拟土地、虚拟氮、虚拟二氧化碳等）概念的出现也是虚拟水概念的不断拓展。
国内学者对虚拟水的研究还处于起步阶段，现有研究成果主要集中在对全国或部分地区农作物、畜产品虚拟水含量的测算上，研究区域以干旱或半干旱地区为主。程国栋[3]较早从理论角度分析了水资源社会化管理与水资源恢复重建的关系。靳军英等[4]针对虚拟水在我国水资源优化配置中的作用进行了分析，认为水资源富足地区应发挥区域优势，开发和生产水资源密集型产品；水资源缺乏地区则需调整产业结构，发展高效特色农业，通过虚拟水贸易减缓水资源压力，实现生态—经济—水的良性循环。可见，对虚拟水的研究一定程度上可以促进水资源的优化配置和高效利用，这对水资源贫乏的地区有重要意义。
虚拟水是在研究水资源配置效率过程中伴随资源流动而提出的概念，被认为是解决水资源问题的重要策略。虚拟水对于水资源紧缺、以种植农作物为主的地区来说，提供了水资源的一种优化配置途径，并且不会产生恶劣的环境后果，能较好地减轻局部水资源紧缺的压力，虚拟水已成为缓解水资源短缺和解决粮食安全问题的有效策略。基于此，对西安市的农作物虚拟水进行分析，以期寻求缓解水资源短缺和促进地区经济可持续发展的新思路。
1 西安市水资源概况
陕西省是全国水资源最紧缺的省份之一，省会西安市是陕西省关中经济区的核心城市，现已成为中国中西部地区重要的工业、农业、科技、商贸、旅游和文化中心。随着工业化、城镇化、农业现代化的加速和经济社会的快速发展，西安市对水资源的需求量将持续增加。西安市的水资源总量仅占关中地区的31.22%、占陕西省的5.54%；年人均用水量为184.9 m3，低于关中地区和陕西省的平均水平。作为陕西省的粮仓，西安市的农作物生产对陕西省经济发展具有重要意义，由于农作物生产耗水量较大，水资源短缺已成为长期制约西安经济社会发展的主要因素。
2 西安市农作物虚拟水实证分析
2.1 研究方法
2.2 数据来源与选取
研究数据主要包括气象数据、作物参数和农作物产量数据。其中气象数据包括太阳辐射、月平均最高和最低气温、相对湿度、日照时数、风速、月降水量及土壤条件，作物系数是作物需水量与参考蒸散量之比值，以上数据都来源于联合国粮农组织数据库；农作物产量数据主要来源于历年的《中国区域经济统计年鉴》和《陕西统计年鉴》。
西安市是关中地区的典型代表城市，陕西省农作物生产主要集中在关中地区，考虑西安市气象数据的代表性和易得性，选择西安市气象数据作为计算作物需水量的依据，这与陕西省农作物的实际生产状况基本吻合。
2.3 实证分析与结果
3 结论与建议
基于cropwat模型对陕西省西安市主要农作物的需水量和虚拟水含量进行测算，初步得到以下结论：①在选取的7种主要农作物中，作物需水量最大的是水稻，需水量最小的是花生；所选取的粮食作物需水量普遍大于其他农作物的需水量。②通过对比分析，花生和棉花是生产过程中单位虚拟水含量较高的农作物，蔬菜则是生产过程中单位虚拟水含量最小的产品。因此，为提高水资源的利用效率，节约用水，使整个农业产业的总体经济效益得到提到，并能最大限度地实现经济效益和环境效益、社会效益的协调发展，建议从以下方面进行调整。
1）应适当调整农作物的生产与种植结构。西安市的水资源具有时空分布不均的特点，从时间分布看，降水量的年际变化较大，降水主要集中在6～9月份；从空间分布看，径流主要分布在山区，山区径流占地表径流总量的86.4%；平川和台塬阶地区仅占13.6%。该区域水资源短缺，不适宜建设商品粮基地，应当压缩高耗水的农业产业，大力节约实体水资源。西安市应根据本区域的水资源实际储存、利用状况适当调整农作物的生产与种植结构，在人均水资源利用率较低的情况下适当减少水稻和花生的生产，同时增加其他粮食作物和蔬菜的生产。
2）加强国内地区之间的农作物虚拟水贸易。依靠虚拟水战略，加强国内的粮食贸易，缺水地区从国内粮食生产富足的地区购进粮食，实现地区粮食供给平衡，以缓解自身水资源的紧缺压力，更好地保证区域内农业生产条件较好地区的粮食生产，实现区域水资源的可持续利用。
3）在农产品贸易结构调整时，应参考各类农产品具体的虚拟水含量，采取相应的对策，对虚拟水资源密集型产品主要采取进口替代政策，而出口时尽量以虚拟水资源含量较低的产品为主导，以淡化风险，保障粮食安全。
参考文献：
[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] 程国栋.虚拟水——中国水资源安全战略的新思路[J].中国科学院院刊，2003，18（4）：260-265.
[4] 靳军英，张爱静，袁 玲.虚拟水在我国水资源优化配置中的应用[J].西南师范大学学报（自然科学版），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.