面向SDGs的塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡分析

杜慧娟，王光耀,2,3，冉光妍，呂 密

（1.石河子大學(xué)理學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.石河子大學(xué)邊疆發(fā)展與安全治理研究院，新疆 石河子 832000；3.中國科學(xué)院新疆生態(tài)與地理研究所，新疆 烏魯木齊 830011）

2015年聯(lián)合國可持續(xù)發(fā)展峰會上通過了《2030年可持續(xù)發(fā)展議程》，該議程從全球?qū)用嫣岢隽?7項可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)（Sustainable Development Goals，簡稱SDGs）與169項具體目標(biāo)，強調(diào)經(jīng)濟(jì)、社會與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展［1］。可持續(xù)發(fā)展已經(jīng)成為指導(dǎo)各國經(jīng)濟(jì)社會發(fā)展實踐的重要指導(dǎo)理論，中國積極落實可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)并將17 項可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)與國家中長期發(fā)展規(guī)劃有機結(jié)合，構(gòu)建了中國可持續(xù)發(fā)展評價體系。隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，水資源缺乏、水環(huán)境污染等問題都對經(jīng)濟(jì)發(fā)展、社會穩(wěn)定以及環(huán)境保護(hù)產(chǎn)生一定的負(fù)面影響。相對于千年發(fā)展目標(biāo)，可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)更加注重水環(huán)境的問題［2］。水和環(huán)境衛(wèi)生的可持續(xù)管理SDG6目標(biāo)已成為國際社會發(fā)展的關(guān)鍵目標(biāo)之一，同時SDGs 各指標(biāo)之間相互關(guān)聯(lián)，諸如SDG2 中農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展中所產(chǎn)生的地下水污染與SDG6水和環(huán)境目標(biāo)相關(guān)［3］。SDGs指標(biāo)提出后，眾多學(xué)者結(jié)合SDGs 指標(biāo)從不同角度構(gòu)建指標(biāo)體系開展評價，其中水資源相關(guān)指標(biāo)是實現(xiàn)SDGs的重要部分［4］。

Hoekstra 和Chapagain 等［5］于2008 年提出了灰水足跡概念，灰水足跡表示容納并稀釋水體中的水污染物使其達(dá)到自然本底濃度或現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)所消耗的淡水體積［6］。灰水足跡的提出使得水污染的評價能夠從水量的角度進(jìn)行考量，進(jìn)而可以與水資源消費量進(jìn)行比較［7］。單因子指數(shù)評價法、模糊綜合評價法、水污染指數(shù)法等傳統(tǒng)的水污染評價方法，并沒有將水污染與稀釋水體污染物所需要的淡水量相關(guān)聯(lián)?；宜阚E則將這部分用水量考慮到水污染的評價中，完善了傳統(tǒng)的水污染評價方法［8］。

灰水足跡是評價水污染狀態(tài)的有效手段，正確評價水污染的時空分布特征，不僅關(guān)乎生態(tài)安全，也關(guān)乎社會經(jīng)濟(jì)發(fā)展。國內(nèi)外學(xué)者圍繞灰水足跡展開了大量的研究，研究涉及農(nóng)業(yè)［8-9］與工業(yè)［10-12］等領(lǐng)域。目前國內(nèi)外對農(nóng)業(yè)灰水足跡的研究成果主要集中于灰水足跡的量化與時空演變特征方面［13-15］，而當(dāng)前國內(nèi)學(xué)者對農(nóng)業(yè)灰水足跡層面的研究多以狹義農(nóng)業(yè)所指的種植業(yè)與特定農(nóng)作物，如玉米、小麥、蔬菜、水果、棉花等［16-19］的灰水足跡核算與評價為主，較少考慮到畜禽養(yǎng)殖業(yè)所造成的水污染，導(dǎo)致計算結(jié)果有所偏差。灰水足跡的研究范圍涉及省域［20］、流域［15］、國家［21］等多個層面。塔里木河流域是典型的干旱區(qū)，生態(tài)環(huán)境脆弱，水資源緊缺，但現(xiàn)有研究對該流域的灰水足跡研究成果較少，也鮮見將農(nóng)業(yè)灰水足跡與SDGs 可持續(xù)發(fā)展指標(biāo)結(jié)合分析。計算流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動所造成的灰水足跡，對流域水污染治理、生態(tài)恢復(fù)以及促進(jìn)流域農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展具有重要意義［15］。因此，本文參照中國可持續(xù)發(fā)展評價體系的一級指標(biāo)環(huán)境質(zhì)量中的二級指標(biāo)氨氮排放量與氮氧化物排放量，考慮到數(shù)據(jù)的可獲得性，將其量化為總氮的排放量，并將畜禽養(yǎng)殖造成的水污染納入農(nóng)業(yè)灰水足跡的評價體系，從SDGs 可持續(xù)發(fā)展的視角探究塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡的時空分布狀況，以期為塔里木河流域農(nóng)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展以及落實水資源保護(hù)管理政策提供科學(xué)依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

塔里木河流域位于新疆南部（73°10′～94°5′E，34°55′～43°8′N），是我國最大的內(nèi)陸河流域，流域范圍包括巴音郭楞蒙古自治州（以下簡稱巴州）、阿克蘇地區(qū)、克孜勒蘇柯爾克孜自治州（以下簡稱克州）、喀什地區(qū)、和田地區(qū)以及新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第一師、第二師、第三師、第十四師及若干個團(tuán)場。流域總面積為102.7×104km2。塔里木河流域?qū)儆诘湫偷拇箨懶愿珊禋夂?，光熱資源和土地資源十分豐富，是新疆主要的糧棉基地、畜產(chǎn)品基地和國家級棉基地。同時也是重要的農(nóng)牧資源交錯帶，產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)以農(nóng)業(yè)為主導(dǎo)，其中農(nóng)業(yè)用水量約占流域總用水量的95%［22］。

塔里木河流域在保障南疆地區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，促進(jìn)自然生態(tài)恢復(fù)中起著重要作用。由于受到人類活動的多方面影響，使得該流域面臨水資源短缺和水污染問題，而農(nóng)業(yè)所造成的內(nèi)源性污染加劇了流域的水資源緊缺與水污染。通過查閱2006—2020 年的《新疆統(tǒng)計年鑒》與《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計年鑒》可知，2006—2020 年塔里木河流域種植業(yè)年均氮肥折純使用量達(dá)到4.9×105t，畜牧養(yǎng)殖數(shù)量年均達(dá)到2.43×107頭。

1.2 研究方法

1.2.1 農(nóng)業(yè)灰水足跡

（1）種植業(yè)灰水足跡。種植業(yè)灰水主要用于稀釋化肥農(nóng)藥中的氮、磷、鉀營養(yǎng)元素。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過程中，未被農(nóng)作物吸收的化肥與農(nóng)藥會隨著降雨或者灌溉以淋溶的方式進(jìn)入地下水或進(jìn)入地表徑流產(chǎn)生水污染。氮肥在化肥施用中所占比例較高，水污染份額最大［21］。因此，在測算種植業(yè)灰水足跡時，選取氮肥為評價指標(biāo)［14-15,23］。由于塔里木河流域位于西北干旱區(qū)，降水稀少，農(nóng)業(yè)種植以灌溉為主，不易形成地表徑流，氮肥主要造成地下水的污染。每升飲用水中不能超過10 mg 的氮，選取氮肥的最大容許濃度0.01 kg·m-3為參考標(biāo)準(zhǔn)［24-25］?；贖oekstra 等的計算方法，推導(dǎo)出種植業(yè)灰水足跡計算公式為［6］：

式中：WFpla-grey為種植業(yè)灰水足跡（m3）；α為氮肥淋溶率（%）；Appl為氮肥折純施用量（kg）；Cmax為污染物受納水體的最大容許濃度（kg·m-3）；Cnat為污染物受納水體的自然本底濃度（kg·m-3）。

（2）畜牧業(yè)灰水足跡。畜牧業(yè)灰水足跡主要為畜禽糞污的持久堆放或施入農(nóng)田后，部分糞污的污染物隨著地表徑流進(jìn)入地下水，產(chǎn)生水污染。畜禽糞污的污染物主要為COD（化學(xué)需氧量）和TN（總氮）等。查閱相關(guān)文獻(xiàn)，本研究以TN為關(guān)鍵指標(biāo)來測量畜牧業(yè)灰水足跡［26］。通過查閱相關(guān)年鑒選取牛、豬、馬、駱駝、騾子、羊、驢為主要考量對象。計算公式為：

式中：TNbre為畜禽的氮排放量（t）；Numi為第i種畜禽的存欄量；Dayi為第i種畜禽的養(yǎng)殖天數(shù)；fi和pi分別表示第i種畜禽的糞便排泄系數(shù)和尿液排泄系數(shù)（kg·d-1）；和分別表示第i種畜禽糞、尿的全氮系數(shù)（kg·t-1）和分別表示第i種畜禽糞、尿的流失率（%）。

以TNbre為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)測算畜牧業(yè)灰水足跡WFani-grey（m3）：

（3）農(nóng)業(yè)灰水足跡（WFagr-grey）。農(nóng)業(yè)灰水足跡是種植業(yè)灰水足跡與畜牧業(yè)灰水足跡的加和：

1.2.2 農(nóng)業(yè)灰水足跡強度與效率計算

（1）農(nóng)業(yè)灰水足跡強度。反映的是研究區(qū)農(nóng)業(yè)水污染的強度，其計算公式為：

式中：int為農(nóng)業(yè)灰水足跡強度（m3·hm-2）；Land為耕地面積（hm2）。

（2）農(nóng)業(yè)灰水足跡效率。反映的是以單位耕地面積水污染為代價所帶來的經(jīng)濟(jì)效益，其數(shù)值越大表示農(nóng)業(yè)發(fā)展越強，其數(shù)值越小表示農(nóng)業(yè)發(fā)展越弱。計算公式為：

公式中：eff為農(nóng)業(yè)灰水足跡效率（元·m-3）；GDPagr為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值（元）。

1.2.3 面向SDGs 的農(nóng)業(yè)灰水足跡指標(biāo) 當(dāng)前許多學(xué)者結(jié)合SDGs 開展了對區(qū)域或流域的水土資源評估，如程清平等［4］基于SDGs與相關(guān)的美麗中國評價指標(biāo)構(gòu)建了黑河流域水資源承載力指標(biāo)體系與評價模型，并從縣域尺度對該流域水資源承載力進(jìn)行了綜合評估；周偉等［27］從水土資源對SDGs 實現(xiàn)的貢獻(xiàn)度層面，構(gòu)建了西部水土資源發(fā)展可持續(xù)性評價的指標(biāo)體系，選取評價方法，綜合評估了西部水土資源。

塔里木河流域種植業(yè)的氮肥流失與畜牧業(yè)畜禽糞便的總氮排放所造成的地表和地下水質(zhì)污染與可持續(xù)發(fā)展SDG6水環(huán)境與衛(wèi)生目標(biāo)相關(guān)聯(lián)。農(nóng)業(yè)灰水足跡強度所表示的農(nóng)業(yè)污染壓力以及農(nóng)業(yè)灰水足跡效率所表示的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展程度都與SDG2 可持續(xù)農(nóng)業(yè)相關(guān)聯(lián)。本文結(jié)合SDGs 具體目標(biāo)，根據(jù)農(nóng)業(yè)灰水足跡及相關(guān)指標(biāo)與SDG2、SDG6的關(guān)聯(lián)性建立評價指標(biāo)，如表1 所示。本文涉及的農(nóng)業(yè)灰水足跡指標(biāo)并不是SDG2、SDG6 實現(xiàn)的必要條件，而是對實現(xiàn)SDGs的貢獻(xiàn)評估。

表1 面向SDGs的農(nóng)業(yè)灰水足跡指標(biāo)及屬性Tab.1 Agricultural grey water footprint indicators and attributes for SDGs

1.3 數(shù)據(jù)來源

耕地氮肥折純施用量、畜禽數(shù)量、耕地面積、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)總值數(shù)據(jù)來源于2006—2020年的《新疆統(tǒng)計年鑒》和《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計年鑒》；畜禽糞便與尿液的排泄系數(shù)、畜禽糞便與尿液的全氮系數(shù)、畜禽糞便與尿液的流失率均來源于《全國規(guī)?；笄蒺B(yǎng)殖業(yè)污染情況調(diào)查及防治對策》中的相關(guān)數(shù)據(jù)［28］。參照已有的研究成果［19,24-25］，將氮肥淋溶率α取值為10%；最大容許濃度Cmax取值為0.01 kg·m-3；污染物受納水體的自然本體濃度Cnat取值為0。

2 結(jié)果與分析

2.1 面向SDGs的塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡時空分布

2.1.1 農(nóng)業(yè)灰水足跡的時序變化 自2006 年來，塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡整體處于下降趨勢（圖1），流域內(nèi)可持續(xù)發(fā)展中的水環(huán)境質(zhì)量得到進(jìn)一步改善，這主要得益于流域內(nèi)氮肥以及畜牧養(yǎng)殖業(yè)中的總氮污排放量有所下降，減少了對流域內(nèi)地下水環(huán)境的污染。

圖1 塔里木河流域2006—2020年農(nóng)業(yè)灰水足跡變化Fig.1 Change of agricultural grey water footprint in the Tarim River Basin from 2006 to 2020

2006 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡達(dá)到研究期內(nèi)的最高6.95×1010m3，畜牧業(yè)灰水足跡也達(dá)到最高6.63×1010m3，占比95.4%。2017 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡降至最低3.96×1010m3，同時畜牧業(yè)灰水足跡也降至最低3.37×1010m3，占比85.10%。塔里木河流域種植業(yè)灰水足跡在2006—2016 年處于緩慢上升的趨勢，2016—2020年種植業(yè)灰水足跡處于緩慢下降的趨勢，在0.32×1010m3～0.59×1010m3變化。畜牧業(yè)灰水足跡變化趨勢與農(nóng)業(yè)灰水足跡的變化趨勢一致，在農(nóng)業(yè)灰水足跡中其數(shù)值占比遠(yuǎn)高于種植業(yè)灰水足跡，說明塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡主要受畜牧業(yè)發(fā)展變化的影響。塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡從2006 年開始呈現(xiàn)出逐年遞減的趨勢，在2017年降至最低，可能是由于從2006年開始牛、駱駝、馬等糞便排泄系數(shù)較大的牲畜養(yǎng)殖數(shù)量逐年遞減，直到2017年后其數(shù)量呈現(xiàn)出波動上升的趨勢。同時2015年國務(wù)院為推進(jìn)SDG6中的改善水質(zhì)指標(biāo)的實現(xiàn)，印發(fā)了水污染防治行動計劃，新疆積極頒布自治區(qū)水污染防治工作方案，落實水環(huán)境質(zhì)量改善要求，改善農(nóng)業(yè)面源污染。因此，2016—2020年流域內(nèi)農(nóng)業(yè)水污染得到大幅改善。

塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡中畜牧業(yè)灰水足跡所占比例較高，年均占比達(dá)到91.3%，種植業(yè)灰水足跡所占比例較小，年均占比8.7%。由此可見，塔里木河流域的農(nóng)業(yè)灰水足跡結(jié)構(gòu)組成不合理，畜牧業(yè)是流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灰水足跡的主要來源?？赡苡捎诮┠炅饔騼?nèi)畜牧業(yè)的快速發(fā)展，畜禽養(yǎng)殖總量相對較高，導(dǎo)致畜禽糞便污染排放較大。與此同時種植業(yè)灰水足跡占比有不斷增加的趨勢，主要是由于耕地面積以及氮肥施用量都有一定程度的增加。塔里木河流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灰水足跡上升，下降波動變化取決于畜牧業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模與結(jié)構(gòu)變化。畜牧業(yè)總氮的排放是造成流域內(nèi)水環(huán)境污染的主要原因。農(nóng)業(yè)灰水足跡的降低有利于促進(jìn)SDG6中的改善水質(zhì)指標(biāo)的實現(xiàn)。因此，塔里木河流域進(jìn)行畜禽養(yǎng)殖污染防治，減少畜禽糞便總氮的污染排放是改善流域地表與地下水質(zhì)以及推進(jìn)流域?qū)崿F(xiàn)SDG6目標(biāo)的重要途徑。

2.1.2 農(nóng)業(yè)灰水足跡空間格局變化 我國在政策制度上不斷加強對水資源、水環(huán)境的管理，2012 年國務(wù)院頒布的《關(guān)于實行最嚴(yán)格水資源管理制度的意見》，分別確立了水資源開發(fā)利用控制，用水效率控制以及水功能區(qū)限制納污“三條紅線”。故本文以2012年為分界線，探討塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡時空格局變化。

2006—2011 年塔里木河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡為6.50×1010m3，其中貢獻(xiàn)率最高的區(qū)域分別為喀什地區(qū)、和田地區(qū)和阿克蘇地區(qū)，年均農(nóng)業(yè)灰水足跡及占比分別為2.60×1010m3、1.25×1010m3、1.24×1010m3和40%、19.19%、19.03%（圖2）。2012—2020年塔里木河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡為5.47×1010m3，相比于2006—2011年有所降低。其中，種植業(yè)灰水足跡增加了1.60×109m3，畜牧業(yè)灰水足跡下降了1.19×1010m3。特別是2012—2017年，農(nóng)業(yè)灰水足跡下降幅度較大。

圖2 塔里木河流域2006—2020年各地區(qū)農(nóng)業(yè)灰水足跡占比Fig.2 The proportion of agricultural gray water footprint in Tarim River Basin from 2006 to 2020

2012—2020 年流域內(nèi)灰水足跡貢獻(xiàn)率最高的三個區(qū)域依然為喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和和田地區(qū)，年均農(nóng)業(yè)灰水足跡及占比分別為2.15×1010m3、1.17×1010m3、8.24×109m3和39.35%、21.34%、15.08%（圖2）?？κ驳貐^(qū)農(nóng)業(yè)灰水足跡一直很高，對SDG6水和環(huán)境衛(wèi)生實現(xiàn)的貢獻(xiàn)率較低。主要是由于該地區(qū)氮肥施用量和畜牧養(yǎng)殖總量特別是糞便排泄量較大的牛、馬等大牲畜的養(yǎng)殖數(shù)量遠(yuǎn)高于其他區(qū)域，喀什地區(qū)需要加強農(nóng)業(yè)面源污染治理，合理調(diào)整畜禽養(yǎng)殖規(guī)模與結(jié)構(gòu)，優(yōu)先種植化肥施用量低與經(jīng)濟(jì)效益高的作物，推廣測土配肥等提高化肥利用率。兵團(tuán)第十四師農(nóng)業(yè)灰水足跡占比最小，主要是由于其耕地面積、氮肥施用量都處于最小值以及畜牧養(yǎng)殖總量同比最小。

與2006—2011年相比，2012—2020年年均農(nóng)業(yè)灰水足跡數(shù)值上升的區(qū)域為巴州與兵團(tuán)第十四師，其余七個地區(qū)年均農(nóng)業(yè)灰水足跡數(shù)值均處于下降狀態(tài)。此外年均農(nóng)業(yè)灰水足跡占比提高的地區(qū)分別為巴州、阿克蘇地區(qū)、克州、兵團(tuán)第一師、第二師和第十四師，說明這些區(qū)域?qū)λ锬竞恿饔蜣r(nóng)業(yè)面源污染的貢獻(xiàn)度有所增加。

2006—2011 年塔里木河流域年均畜牧業(yè)灰水足跡占農(nóng)業(yè)灰水足跡的93.90%，喀什地區(qū)、和田地區(qū)和阿克蘇地區(qū)超過年均畜牧業(yè)灰水足跡平均值；2012—2020年年均畜牧業(yè)灰水足跡占農(nóng)業(yè)灰水足跡比例有所降低，為89.57%，喀什地區(qū)、和田地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和巴州超過年均畜牧業(yè)灰水足跡平均值，這主要是由于流域內(nèi)畜牧業(yè)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)的調(diào)整，2015年后該流域大牲畜養(yǎng)殖數(shù)量大幅度減少，使得畜牧業(yè)灰水足跡有所降低，改善了流域的農(nóng)業(yè)面源污染。

2.2 面向SDGs的塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度變化

2.2.1 農(nóng)業(yè)灰水足跡強度的時序分布 農(nóng)業(yè)灰水足跡強度表明流域內(nèi)單位耕地面積所擁有的污染量，其數(shù)值越大，表明種植業(yè)化肥總氮流失與畜牧業(yè)總氮排放量越大，流域內(nèi)農(nóng)業(yè)污染程度越高。2006—2020 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度總體呈現(xiàn)下降趨勢（圖3）。由2006 年的最高值4.48×104m3·hm-2下降至2017年的最低值1.68×104m3·hm-2，下降幅度為62.5%。2006—2020年塔里木河流域農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的面源污染有所下降，這主要得益于塔里木河流域畜牧養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，流域畜牧養(yǎng)殖總量雖呈現(xiàn)出小幅度的波動上升，但糞便排泄量較大的馬、驢、牛、駱駝等大牲畜的存欄數(shù)量由2006 年的3.52×106頭減少到2019 年1.80×106頭，下降了48.86%。而羊、豬等小牲畜存欄數(shù)上升數(shù)量較小，增幅僅為5.93%，對流域內(nèi)畜牧業(yè)灰水足跡的整體變化趨勢影響較小。種植業(yè)單位耕地面積氮肥折純施用量在2006—2016 年呈現(xiàn)上升趨勢，2016—2020 年呈現(xiàn)下降趨勢，由2008 年的198.23 kg·hm-2上升到2016 年的288.73 kg·hm-2，上升幅度為31.34%，但由于種植業(yè)灰水足跡在塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡中所占比例遠(yuǎn)小于畜牧業(yè)灰水足跡，塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡依然呈現(xiàn)下降趨勢。

圖3 塔里木河流域2006—2020年農(nóng)業(yè)灰水足跡強度Fig.3 Strength of agricultural grey water footprint in the Tarim River Basin from 2006 to 2020

為實現(xiàn)SDG2可持續(xù)農(nóng)業(yè)發(fā)展目標(biāo)，我國以《全國農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展規(guī)劃（2015—2030年）》為基礎(chǔ)展開可持續(xù)糧食生產(chǎn)體系的建設(shè)。新疆積極貫徹落實該規(guī)劃，防治農(nóng)田污染，綜合治理養(yǎng)殖污染，逐步實現(xiàn)畜禽糞便生態(tài)消納和達(dá)標(biāo)排放。2016 年后流域農(nóng)業(yè)面源污染的大幅度下降，降低了塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度。

2.2.2 農(nóng)業(yè)灰水足跡強度的空間格局變化 2006—2011 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度平均值為3.53×104m3·hm-2，克州農(nóng)業(yè)灰水足跡強度最高（1.05×105m3·hm-2），兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)灰水足跡強度最低（9.39×103m3·hm-2）。按照2006—2011 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度范圍，將農(nóng)業(yè)的面源污染程度劃分為5個等級，分別為重度、中重度、中度、中輕度與輕度污染區(qū)（圖4）。2006—2011年重度污染區(qū)為克州，中重度污染區(qū)為和田地區(qū)，中度污染區(qū)為喀什地區(qū)，輕度污染區(qū)為兵團(tuán)第一師、第二師、第三師、第十四師、巴州和阿克蘇地區(qū)。

圖4 塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度空間格局Fig.4 Spatial pattern of agricultural grey water footprint intensity in the Tarim River Basin

2012—2020 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度平均值為2.52×104m3·hm-2，相比2006—2011年下降了28.61%；克州農(nóng)業(yè)灰水足跡強度依然最高（8.02×104m3·hm-2），相比于2006—2011 年下降了23.62%；兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)灰水足跡強度最低（8.10×104m3·hm-2），相比于2006—2011 年下降了13.74%。根據(jù)上述劃分區(qū)間，2012—2020年無重度污染區(qū)，克州降為中重度污染區(qū)，中輕度地區(qū)為喀什地區(qū)和和田地區(qū)，其余地區(qū)均為輕度污染區(qū)。與2006—2011 年相比，2012 年后，該流域農(nóng)業(yè)面源污染整體有所降低，農(nóng)業(yè)灰水足跡所導(dǎo)致的水污染有所減輕?？酥萦捎诟孛娣e較小，而畜牧業(yè)灰水足跡相對較高，使得該地區(qū)農(nóng)業(yè)灰水足跡強度一直呈現(xiàn)出最高值，對SDG2 可持續(xù)農(nóng)業(yè)實現(xiàn)的貢獻(xiàn)度較低。

2.3 面向SDGs的塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率的時空分布

2.3.1 農(nóng)業(yè)灰水足跡效率的時序分布 農(nóng)業(yè)灰水足跡效率可反映出流域的農(nóng)業(yè)發(fā)達(dá)程度，數(shù)值越大，流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展程度越高，數(shù)值越小，流域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展程度越低。此外，農(nóng)業(yè)灰水足跡效率可以間接反映流域內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與地下水環(huán)境質(zhì)量的協(xié)調(diào)發(fā)展程度。

塔里木河流域2006—2020年農(nóng)業(yè)、種植業(yè)和畜牧業(yè)灰水足跡效率整體呈現(xiàn)出上升的趨勢（圖5）。2006 年農(nóng)業(yè)灰水足跡效率最低（0.6 元·m-3），2019年達(dá)到最高（4.03 元·m-3）。改革開放以來以及國家實施西部大開發(fā)戰(zhàn)略后，塔里木河流域農(nóng)業(yè)發(fā)展得到了國家與自治區(qū)政策的大力扶持，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)得到有效發(fā)展，流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)快速提升，在此期間塔里木河流域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值穩(wěn)步提升。此外，流域內(nèi)化肥施用效率有所提升以及畜牧業(yè)養(yǎng)殖結(jié)構(gòu)的改變，使得流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灰水足跡效率逐步提升。

圖5 塔里木河流域2006—2020年農(nóng)業(yè)灰水足跡效率Fig.5 Agricultural grey water footprint efficiency in the Tarim River Basin from 2006 to 2020

流域內(nèi)種植業(yè)灰水足跡效率遠(yuǎn)高于畜牧業(yè)灰水足跡效率，種植業(yè)灰水足跡效率平均值達(dá)到18.88 元·m-3，而畜牧業(yè)灰水足跡效率平均值為0.46元·m-3。種植業(yè)灰水足跡效率增長速度也高于畜牧業(yè)灰水足跡效率。2021 年塔里木河流域種植業(yè)產(chǎn)值占流域農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的70%以上，種植業(yè)是該流域農(nóng)用地的傳統(tǒng)耕作模式，同時受到自然條件的限制，種植業(yè)一直是流域農(nóng)業(yè)發(fā)展中的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)。因此，流域內(nèi)種植業(yè)灰水足跡效率整體較高。

在SDG2 可持續(xù)農(nóng)業(yè)實施的背景下，塔里木河流域初步實現(xiàn)了從傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向可持續(xù)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型并形成生產(chǎn)、生活與生態(tài)協(xié)調(diào)發(fā)展初步互利共贏的局面。流域在研究期內(nèi)農(nóng)業(yè)灰水足跡處于下降的趨勢，農(nóng)業(yè)灰水足跡效率穩(wěn)步提升。

2.3.2 農(nóng)業(yè)灰水足跡效率的空間格局變化 2006—2011 年塔里木河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡效率為1.02 元·m-3，兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)灰水足跡效率最高（5.48 元·m-3），克州最低（0.30 元·m-3）。巴州、阿克蘇地區(qū)、兵團(tuán)第一師、第二師、第三師和第十四師超過平均值，而克州、和田地區(qū)和喀什地區(qū)低于平均值。

2012—2020 年塔里木河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡效率為2.89 元·m-3，兵團(tuán)第一師農(nóng)業(yè)灰水足跡效率依然最高（16.15 元·m-3），克州依然為最低（0.81元·m-3）。相比較于2006—2011 年塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率有一定程度的提升，增長率高達(dá)183.33%，兵團(tuán)第十四師增長率最大為287.97%，除了巴州的增長率為93.20%，其余地區(qū)增長率均超過100%，說明該流域內(nèi)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的整體發(fā)展速度加快。

以塔里木河流域年均農(nóng)業(yè)灰水足跡效率的最高值與最低值作為參考區(qū)間，將農(nóng)業(yè)灰水足跡效率劃分為5 種發(fā)達(dá)程度類型，分別為不發(fā)達(dá)區(qū)（0～3.3）、欠發(fā)達(dá)區(qū)（3.3～6.6）、一般發(fā)達(dá)區(qū)（6.6～9.9）、較發(fā)達(dá)區(qū)（9.9～13.2）和發(fā)達(dá)區(qū)（13.2～16.5）。2006—2011 年流域內(nèi)農(nóng)業(yè)發(fā)展程度中，兵團(tuán)第一師、第二師、第三師均為欠發(fā)達(dá)地區(qū)，第十四師、巴州、克州、喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和和田地區(qū)均為不發(fā)達(dá)區(qū)。2012—2020 年流域內(nèi)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)達(dá)程度整體有一定提升，兵團(tuán)第一師為發(fā)達(dá)地區(qū)，第二師為較發(fā)達(dá)區(qū)，第三師與第十四師為一般發(fā)達(dá)區(qū)，巴州為欠發(fā)達(dá)區(qū)，克州、喀什地區(qū)、阿克蘇地區(qū)和和田地區(qū)依然為不發(fā)達(dá)區(qū)（圖6）。

圖6 塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率空間分布Fig.6 Spatial distribution of agricultural grey water footprint efficiency in the Tarim River Basin

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)塔里木河流域畜牧業(yè)所產(chǎn)生的畜禽糞便總氮排放是農(nóng)業(yè)灰水足跡的主要來源。黃登迎等［29］研究發(fā)現(xiàn)新疆畜牧業(yè)灰水足跡對環(huán)境產(chǎn)生的污染壓力是種植業(yè)的3 倍。因此，探討流域畜牧業(yè)灰水足跡變化，對流域水環(huán)境改善具有重要意義。流域內(nèi)的畜禽養(yǎng)殖數(shù)量多，規(guī)模化養(yǎng)殖程度低，進(jìn)而導(dǎo)致畜禽養(yǎng)殖糞便得不到無害化與資源化處理，是造成流域產(chǎn)生嚴(yán)重水資源污染的原因之一。此外，流域內(nèi)的農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的耦合發(fā)展較為緩慢，不利于實現(xiàn)畜禽糞便等農(nóng)業(yè)廢棄物的資源化利用，也是造成流域內(nèi)水污染的另一個原因。趙俊等［30］研究發(fā)現(xiàn)塔里木河流域農(nóng)牧耦合只是簡單的初級耦合，畜牧業(yè)未能利用種植業(yè)發(fā)展的優(yōu)勢，不利于流域的傳統(tǒng)農(nóng)業(yè)向循環(huán)農(nóng)業(yè)轉(zhuǎn)型。

2000年后為促進(jìn)流域農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，以糧食為主的傳統(tǒng)種植結(jié)構(gòu)，逐漸發(fā)展為以棉、果等經(jīng)濟(jì)作物與糧食作物多元發(fā)展的種植結(jié)構(gòu)。顏璐等［31］通過對塔里木河流域不同作物化肥施用量的時空變化分析，發(fā)現(xiàn)流域內(nèi)不同種植結(jié)構(gòu)的農(nóng)作物產(chǎn)量對化肥施用的依賴度較高。在研究期內(nèi)，隨著經(jīng)濟(jì)作物的增加，為提高農(nóng)作物產(chǎn)量，流域內(nèi)氮肥施用量逐漸上升，雖促進(jìn)了農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，但也造成了嚴(yán)重的農(nóng)業(yè)面源污染。

2016 年后新疆為與國家的2030 年可持續(xù)發(fā)展議程整體規(guī)劃進(jìn)行銜接，積極制定環(huán)保政策，在農(nóng)業(yè)方面頒布有效防控種植業(yè)污染、著力解決畜牧業(yè)污染、農(nóng)牧結(jié)合等措施促進(jìn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展。2016年后流域內(nèi)耕地面積有所增加，但氮肥的總施用量下降以及農(nóng)業(yè)灰水足跡也大幅度下降，可能得益于農(nóng)區(qū)畜牧業(yè)的發(fā)展，加強了種植業(yè)與畜牧業(yè)的聯(lián)系，促進(jìn)了種養(yǎng)平衡，實現(xiàn)了農(nóng)業(yè)內(nèi)部資源的循環(huán)以及通過實地調(diào)研與文獻(xiàn)查閱可知［32］，流域農(nóng)戶的有機肥使用率有所提升，減少了氮肥的施用。此外，隨著農(nóng)業(yè)科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，氮肥施用的效率得到進(jìn)一步提高。國家和自治區(qū)也加大了對畜牧業(yè)的投入，流域內(nèi)畜禽養(yǎng)殖邁向規(guī)模化，畜禽糞便處理趨于標(biāo)準(zhǔn)化。種植業(yè)與畜牧業(yè)總氮排放量有所降低，改善了塔里木河流域內(nèi)的生態(tài)水環(huán)境，促進(jìn)了SDG6水環(huán)境與衛(wèi)生和SDG2可持續(xù)農(nóng)業(yè)的實現(xiàn)。

總體來看，塔里木河流域內(nèi)的農(nóng)業(yè)灰水足跡效率相對較高的地區(qū)主要集中在新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)轄區(qū)。兵團(tuán)持續(xù)推進(jìn)農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化建設(shè)，其農(nóng)業(yè)發(fā)展具有集約化程度高、規(guī)模化生產(chǎn)的特點。同時，兵團(tuán)在植物育種、栽培、牲畜育種與飼養(yǎng)等技術(shù)引進(jìn)與研發(fā)具有一定的領(lǐng)先性。兵團(tuán)的種植業(yè)灰水足跡效率相對于流域內(nèi)其他區(qū)域整體較高且畜牧業(yè)規(guī)模以及種植業(yè)面積相對于流域內(nèi)其他地區(qū)較小。因此，兵團(tuán)農(nóng)業(yè)所產(chǎn)生的氮排放總量少，所導(dǎo)致的污染也相對較小。

4 結(jié)論

（1）塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡總體上呈現(xiàn)出下降的趨勢，主要得益于畜牧業(yè)大牲畜養(yǎng)殖數(shù)量的下降。畜牧業(yè)灰水足跡占農(nóng)業(yè)灰水足跡的比重為91.3%，種植業(yè)占比8.7%，流域農(nóng)業(yè)灰水足跡以畜牧業(yè)為主。為實現(xiàn)SDGs 目標(biāo)，提高流域內(nèi)水環(huán)境質(zhì)量，實現(xiàn)農(nóng)業(yè)的綠色可持續(xù)發(fā)展，應(yīng)改善流域內(nèi)畜牧業(yè)養(yǎng)殖規(guī)模、結(jié)構(gòu)以及提高畜禽養(yǎng)殖糞便的資源化與循環(huán)化利用。深入推進(jìn)農(nóng)區(qū)農(nóng)牧耦合發(fā)展，加大種植業(yè)與畜牧業(yè)的聯(lián)系，形成循環(huán)農(nóng)業(yè)、生態(tài)農(nóng)業(yè)，促進(jìn)農(nóng)業(yè)廢棄物資源化發(fā)展。

（2）塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡效率逐步提升，2006 年為最低（0.6 元·m-3），2019 年達(dá)到峰值（4.03 元·m-3），說明在這期間流域內(nèi)農(nóng)業(yè)得到一定程度的發(fā)展。兵團(tuán)第一師年均農(nóng)業(yè)灰水足跡效率最高，克州一直最低。農(nóng)業(yè)灰水足跡效率相對較高的區(qū)域主要集中在兵團(tuán)第一師、第二師、第三師和第十四師。流域內(nèi)種植業(yè)灰水足跡效率遠(yuǎn)高于畜牧業(yè)灰水足跡效率，應(yīng)積極落實高標(biāo)準(zhǔn)農(nóng)田建設(shè)、土地開發(fā)整理等標(biāo)準(zhǔn)，促進(jìn)種植業(yè)的規(guī)?；l(fā)展，減少化肥施用量，提高農(nóng)作物產(chǎn)量，改善生態(tài)環(huán)境；繼續(xù)加深調(diào)整畜牧養(yǎng)殖業(yè)結(jié)構(gòu)，減少大牲畜的養(yǎng)殖，增加經(jīng)濟(jì)效益較高的小型牲畜以及家禽的養(yǎng)殖，改良牲畜品種，延長畜產(chǎn)品加工產(chǎn)業(yè)鏈，提高畜牧業(yè)總體產(chǎn)值，促進(jìn)農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)與環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。（3）塔里木河流域農(nóng)業(yè)灰水足跡強度雖有一定改善，但流域內(nèi)農(nóng)業(yè)灰水足跡強度與效率存在著明顯的空間差異性?？酥?、喀什地區(qū)、和田地區(qū)農(nóng)業(yè)灰水足跡相對較高，農(nóng)業(yè)灰水足跡效率遠(yuǎn)低于流域內(nèi)平均值，應(yīng)提高重視程度，因地制宜地發(fā)展與優(yōu)化農(nóng)業(yè)生產(chǎn)布局。