新疆畜牧業(yè)發(fā)展用水研究
----基于水足跡的視角

黃登迎，楊 紅

(1.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)與貿(mào)易學(xué)院，新疆 烏魯木齊 830052；2.新疆農(nóng)業(yè)大學(xué)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(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，客觀科學(xué)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(guān)注直接用水量，20世紀(jì)90年代，Allan提出“虛擬水”的概念，來解釋生產(chǎn)農(nóng)產(chǎn)品所耗用的總的水資源數(shù)量[1]?！疤摂M水”是相對于實物水的概念，將生產(chǎn)各環(huán)節(jié)耗用的所有水的數(shù)量虛擬物化到最終產(chǎn)品中，可以更準(zhǔn)確地反映產(chǎn)品的直接用水量[2]。

2002年，Hoekstra在“虛擬水”的基礎(chǔ)上提出水足跡理論，將評價水資源利用情況的視角進(jìn)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(biāo)準(zhǔn))所需要的間接用水量，涵蓋了生產(chǎn)和消費(fèi)各環(huán)節(jié)所消耗的綠水、藍(lán)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(lán)水指生產(chǎn)活動消耗的地下水和地表水；灰水指生產(chǎn)活動中產(chǎn)生的污水[4]。水足跡理論一經(jīng)提出便受到學(xué)界廣泛關(guān)注，與之相關(guān)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(fèi)水足跡上，涉及農(nóng)業(yè)(種植業(yè))、工業(yè)等用水部門，國內(nèi)對畜牧業(yè)水足跡的研究幾乎空白[5-9]。在此背景下，根據(jù)水足跡相關(guān)理論，本文構(gòu)建畜牧業(yè)用水足跡計算公式來研究新疆畜牧業(yè)發(fā)展用水情況，為實現(xiàn)畜牧業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供用水?dāng)?shù)據(jù)參考。

1 研究方法與數(shù)據(jù)來源

1.1 研究方法

1.1.1 畜牧業(yè)總用水足跡計算

畜牧業(yè)水足跡計算公式可以表達(dá)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(yè)總用水足跡；WFi表示第i種畜禽活體單位質(zhì)量的生產(chǎn)用水足跡，m3/kg；Mi表示第i種畜禽的年產(chǎn)肉量，kg；ki表示第i種畜禽的凈肉率。

畜禽活體單位質(zhì)量水足跡指畜禽從出生到出欄整個過程內(nèi)單位重量所消耗的水量，包括飼料生產(chǎn)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(tǒng)計屠宰及其他加工或烹飪環(huán)節(jié)耗水。因此畜禽活體單位質(zhì)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(lán)水足跡，即生產(chǎn)單位質(zhì)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(chǎn)單位質(zhì)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(chǎn)單位質(zhì)量的飼料需要稀釋污染物(淋失氮)的耗水量。

飼料的藍(lán)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(lán)水騰發(fā)量、綠水騰發(fā)量；Y表示飼料單位面積的產(chǎn)量；10為常數(shù)，表示深度與面積的單位轉(zhuǎn)換系數(shù)[9]。

飼料的藍(lán)水騰發(fā)量與綠水騰發(fā)量之和為飼料的騰發(fā)量，用公式表達(dá)為：

ETSL=ETB+ETG

(6)

同時，根據(jù)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(fēng)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(fā)量公式為：

ETG=min(ETSL，Q)

(8)

式中：Q表示飼料作物生長期內(nèi)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(jìn)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(chǎn)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(dá)式為：

(11)

排污消耗水足跡表達(dá)式為：

(12)

(13)

(14)

式中；Et表示畜禽活體在生長周期內(nèi)第t天單位質(zhì)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(yè)綠水、藍(lán)水、灰水足跡計算

按照綠水足跡、藍(lán)水足跡、灰水足跡進(jìn)行劃分，畜牧業(yè)發(fā)展用水足跡可以表達(dá)為：

WF總=WF綠+WF藍(lán)+WF灰

(15)

式中：WF綠、WF藍(lán)、WF灰分別代表畜牧業(yè)發(fā)展綠水足跡、藍(lán)水足跡、灰水足跡，其相應(yīng)的計算公式為：

WF綠=WFSLG

(16)

WF藍(lán)=WFSLB+WFYS+WFQL

(17)

WF灰=WFSLH+WFPW

(18)

1.2 數(shù)據(jù)來源

本文中涉及的各畜禽產(chǎn)肉量、主要飼料作物種植面積、谷物及苜蓿產(chǎn)量、施肥量等數(shù)據(jù)來自2017年《新疆統(tǒng)計年鑒》；涉及的氣象數(shù)據(jù)來自中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)；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(biāo)數(shù)據(jù)來自實地調(diào)研、專家訪問和相關(guān)文獻(xiàn)資料[11-14]。

2 計算結(jié)果與分析

2.1 畜禽肉類單位質(zhì)量水足跡

本文在計算過程中，將畜禽活體單位質(zhì)量水足跡最終折算為肉類單位質(zhì)量水足跡，即生產(chǎn)1千克畜禽肉需要消耗的水量。通過計算發(fā)現(xiàn)，新疆生產(chǎn)的畜禽肉類中單位質(zhì)量水足跡最高的是大牲畜，水足跡達(dá)到14.15 m3/kg；生產(chǎn)豬肉的用水效率最高，為3.08m3/kg；生產(chǎn)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(qū)來看，各地區(qū)的單位質(zhì)量水足跡也符合大牲畜>綿羊>山羊>禽>豬的規(guī)律；東疆畜禽肉類單位質(zhì)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(zhì)量水足跡高于北疆；在用水效率上，所有畜禽產(chǎn)品的生產(chǎn)均表現(xiàn)出北疆高于南疆，南疆高于東疆的規(guī)律，很可能潛在的表明新疆畜牧業(yè)生產(chǎn)節(jié)水技術(shù)應(yīng)用并不廣泛，因而出現(xiàn)用水效率與氣候相關(guān)的現(xiàn)象。具體數(shù)據(jù)詳見表1。

表1 新疆分地區(qū)各畜禽單位質(zhì)量肉生產(chǎn)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(qū)及阿勒泰地區(qū)；南疆指巴州、阿克蘇地區(qū)、克州、喀什地區(qū)及和田地區(qū)。

2.2 綠水、藍(lán)水、灰水的計算

2016年，新疆畜牧業(yè)生產(chǎn)總的用水足跡為185.27 億m3，其中綠水、藍(lán)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(yè)的灰水足跡占比10.29%，畜牧業(yè)對環(huán)保產(chǎn)生的壓力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于種植業(yè)[15]。

分地區(qū)看，東疆、北疆、南疆的畜牧業(yè)生產(chǎn)用水足跡分別為9.8、95.48、79.99 億m3，其綠水、藍(lán)水、灰水足跡構(gòu)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)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(lán)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(huán)保造成的壓力最大，山羊最小。具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 新疆分地區(qū)畜禽肉類生產(chǎn)綠水、藍(lán)水、灰水足跡 億m3

3 討論與建議

(1)從用水效率看。計算結(jié)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(chǎn)品生產(chǎn)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(yè)發(fā)展節(jié)約用水的角度考慮，建議引導(dǎo)人們適當(dāng)改變對畜產(chǎn)品的消費(fèi)結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)全社會適當(dāng)減少對大牲畜產(chǎn)品的消費(fèi)，相對增加對用水效率高的畜禽產(chǎn)品的消費(fèi)。

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

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