張麗麗， 鄧曉雅， 龍愛(ài)華， 高海峰， 任 才， 李志赟

（1.石河子大學(xué)水利建筑工程學(xué)院，新疆 石河子 832000；2.中國(guó)水利水電科學(xué)研究院流域水循環(huán)模擬與調(diào)控國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100038；3.生態(tài)環(huán)境部衛(wèi)星環(huán)境應(yīng)用中心，北京 100094）

水資源作為人類社會(huì)生存發(fā)展和自然生態(tài)環(huán)境良性循環(huán)的控制性因素，在消耗需求與污染程度的不斷增長(zhǎng)和加劇的全球化背景下，水資源的保護(hù)利用與水資源安全面臨著嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)，也成為了眾多學(xué)者的研究熱點(diǎn)［1-2］。位于我國(guó)西北部的新疆和田地區(qū)，水資源量匱乏、氣候干燥、生態(tài)環(huán)境脆弱，在不斷擴(kuò)大地社會(huì)經(jīng)濟(jì)建設(shè)需求下，水資源問(wèn)題也更加突出［3-4］。研究和田地區(qū)的水資源消耗規(guī)律，分析水資源安全狀態(tài)，可為決策部門提供水資源調(diào)控的指導(dǎo)意見(jiàn)，從而實(shí)現(xiàn)緩解區(qū)域水資源壓力，協(xié)調(diào)可用水資源量與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和生態(tài)環(huán)境保護(hù)的耗水需求。

水資源安全是指既能滿足人類社會(huì)生存環(huán)境和經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，又能支持國(guó)家安全、人類健康和生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)的水資源相關(guān)風(fēng)險(xiǎn)的可接受水平［5］。對(duì)于水資源安全的研究，大量學(xué)者從不同的角度進(jìn)行了眾多的研究，目前可主要分為以下三個(gè)角度：（1）從構(gòu)建綜合評(píng)價(jià)指標(biāo)體系的水資源安全評(píng)價(jià)角度，賈紹鳳等［6］學(xué)者從優(yōu)化指標(biāo)結(jié)構(gòu)、精準(zhǔn)化評(píng)價(jià)指標(biāo)算法［7］和精確化水資源安全等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)［8］等方面不斷推進(jìn)和深入水資源安全的研究。（2）從供水量和需水量的關(guān)系角度出發(fā)，劉麗穎等［9］考慮了氣候變化下的區(qū)域供水量變化，研究自然水資源賦存對(duì)水資源安全的影響。張城等［10］通過(guò)對(duì)不同耗水情景的分析，研究不同水資源需水配置時(shí)的水資源安全問(wèn)題。（3）在以往的研究中，由于存在用水量統(tǒng)計(jì)不準(zhǔn)確、以虛擬水形式存儲(chǔ)于產(chǎn)品中的水資源難以統(tǒng)計(jì)等問(wèn)題，Hoekstra［11］提出了水足跡的概念，其后Falkenmark等［12］和Veettil等［13］從水足跡的角度為水資源安全研究注入了新視角；隨著不斷顯現(xiàn)的水質(zhì)問(wèn)題，F(xiàn)eng等［14］開(kāi)始以水資源污染、水質(zhì)性缺水［15］等角度，評(píng)價(jià)水質(zhì)影響下的水資源安全。通過(guò)構(gòu)建指標(biāo)體系來(lái)評(píng)價(jià)的水資源安全，很大程度上受限于所選指標(biāo)，同時(shí)也受到一定的主觀因素影響，而僅從水量供需平衡或水污染的某一方面評(píng)價(jià)區(qū)域水資源安全則存在片面性。綜合考慮人類對(duì)水資源安全重點(diǎn)關(guān)注的供需問(wèn)題，以及隨著社會(huì)發(fā)展變得不可忽視的水污染問(wèn)題將是本文對(duì)水資源安全研究的關(guān)注點(diǎn)。本文從水足跡角度出發(fā)，分析水資源消耗及污染下的和田地區(qū)水資源安全的時(shí)空變化及其主要影響因素。

水足跡是指一個(gè)國(guó)家或地區(qū)，生產(chǎn)一定人群（個(gè)體、城市或國(guó)家）消費(fèi)的產(chǎn)品和服務(wù)所需的水資源數(shù)量，包括藍(lán)水、綠水與灰水足跡。其中藍(lán)水足跡是指產(chǎn)品在其供應(yīng)鏈中對(duì)藍(lán)水（地表水和地下水）資源的消耗；綠水足跡是指對(duì)綠水（不會(huì)成為徑流的雨水）資源的消耗；灰水足跡是與污染有關(guān)的指標(biāo)，定義為以自然本底濃度和現(xiàn)有的環(huán)境水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)為基準(zhǔn)，將一定的污染物負(fù)荷吸收同化所需的淡水體積［16］。因水足跡的概念直觀，且能夠彌補(bǔ)以往水資源核算中范圍不全面、精度不高的問(wèn)題，所以在水資源評(píng)價(jià)的研究中得到了廣泛應(yīng)用［17］。通過(guò)水足跡的角度以虛擬水-實(shí)體水相結(jié)合的方式量化區(qū)域水資源消耗，以及從水消耗和水污染的水足跡角度進(jìn)行水資源評(píng)價(jià)，是目前以水足跡方法評(píng)價(jià)水資源的兩種主要方式。新疆因其獨(dú)特的地理位置及干旱的氣候環(huán)境，成為了水資源評(píng)價(jià)研究的熱點(diǎn)地區(qū)。通過(guò)水足跡的方法，金謙等［18］以農(nóng)作物生產(chǎn)的藍(lán)水與綠水足跡之和近似代替農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，分析新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)用水的時(shí)空分布。常玉亭等［19］以單位產(chǎn)品的虛擬水含量估算新疆農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，結(jié)合實(shí)體水消耗量評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源承載力。新疆是傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)，農(nóng)業(yè)用水長(zhǎng)期占總用水的95%以上，而畜牧業(yè)作為新疆的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)之一，總產(chǎn)值占農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值的30%以上，所以畜牧業(yè)的耗水在水資源核算中不可忽視。而現(xiàn)有的研究大多忽視了畜牧業(yè)用水在農(nóng)業(yè)用水中的占比，且存在水足跡核算不精確的問(wèn)題。因此，本文以農(nóng)業(yè)生產(chǎn)為耗水主體，從藍(lán)水、綠水和灰水足跡角度量化分析和田地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)和動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水資源消耗與污染,評(píng)價(jià)區(qū)域的水資源安全狀況。

近年來(lái)，在當(dāng)?shù)貜?qiáng)烈的經(jīng)濟(jì)發(fā)展、脫貧攻堅(jiān)建設(shè)小康和田的驅(qū)動(dòng)下，和田河流域人類社會(huì)與自然環(huán)境的用水競(jìng)爭(zhēng)日趨緊張，水資源安全問(wèn)題日益突顯。本文以新疆和田地區(qū)為例，通過(guò)分析1989—2018年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，構(gòu)建水資源效率指標(biāo)和水資源壓力指標(biāo)分析評(píng)價(jià)和田地區(qū)的水資源安全狀態(tài)變化，以期為區(qū)域水資源安全保障與決策提供一定的參考依據(jù)。

1 研究區(qū)概況與方法

1.1 研究區(qū)概況

和田地區(qū)位于歐亞大陸腹地，新疆維吾爾自治區(qū)的最南端（77°20′～85°E，34°～39°30′N），總面積24.78×104km2，轄區(qū)包括7縣1市，91個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn)（圖1），屬典型的內(nèi)陸干旱區(qū)。全年降水稀少，光照充足，熱量豐富，無(wú)霜期長(zhǎng)，晝夜溫差大。年均降水量35 mm，蒸發(fā)量2480 mm，地表徑流補(bǔ)給主要依靠冰川積雪融化及部分高山降水，河流徑流量的年際變化大，年均上下浮動(dòng)在20%～40%。境內(nèi)分布大小河流36 條，年徑流量74×108m3，其中玉龍喀什河與喀拉喀什河兩河水量占全區(qū)各河總水量的61.2%，兩河在闊什拉什附近匯合為和田河，成為阻隔塔克拉瑪干沙漠東西合并的重要生態(tài)廊道［20］。由《新疆水資源公報(bào)》可知，和田地區(qū)多年平均農(nóng)業(yè)用水量超過(guò)總用水量的95%，其中農(nóng)作物種植的灌溉用水與動(dòng)物養(yǎng)殖的畜牧業(yè)用水約以7:3的比例組成農(nóng)業(yè)用水量。據(jù)《2018和田統(tǒng)計(jì)年鑒》顯示，和田地區(qū)現(xiàn)有規(guī)模以上灌區(qū)44處，主要以小型灌區(qū)為主，其中3.33×104hm2以上規(guī)模灌區(qū)兩處，133～667 hm2灌區(qū)21處，農(nóng)作物種植以小麥、雜糧和棉花為主。

圖1 和田地區(qū)地理位置圖Fig.1 Geographical location map of Hotan Prefecture

1.2 數(shù)據(jù)來(lái)源

本文計(jì)算農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡所需的農(nóng)作物種植面積、化肥使用量、動(dòng)物頭數(shù)和計(jì)算水足跡效率指標(biāo)所需的GDP 來(lái)源于《新疆統(tǒng)計(jì)年鑒》（1990—2019）、《新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)統(tǒng)計(jì)年鑒》（1990—2019）；計(jì)算水資源壓力指標(biāo)所需的和田地區(qū)可用水資源量來(lái)源于《新疆水資源公報(bào)》（2001—2018）；計(jì)算作物蒸發(fā)蒸騰量所需的和田地區(qū)各氣象站1989—2018年降雨量、平均風(fēng)速、相對(duì)濕度、最高溫度、最低溫度等氣象數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)中心（http://data.cma.cn）。

為了研究區(qū)域整體的水資源安全狀況，本文的研究范圍包括兵團(tuán)第十四師。并將各團(tuán)場(chǎng)包含在所在轄區(qū)計(jì)算和分析農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，不單獨(dú)分析兵團(tuán)。

1.3 研究方法

以農(nóng)作物種植和動(dòng)物水足跡表示和田地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，計(jì)算公式為：

式中：WFagr為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡；WFcul為農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡；WFani為動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)水足跡。

1.3.2 農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡 農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡是指作物在生長(zhǎng)過(guò)程中所消耗的水資源量［21］，依據(jù)消耗水資源的類型及其對(duì)環(huán)境的影響，可進(jìn)一步劃分為藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡。計(jì)算方法如公式（2）所示：

式中：WFcul為農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡（m3· t-1）；WFcul-blue、WFcul-green和WFcul-grey分別為農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡、綠水足跡和灰水足跡（m3·t-1）。

式中：CWUgreen和CWUblue為作物綠水、藍(lán)水用量（m3·hm-2）；Y為作物單位面積產(chǎn)量（t·hm-2）；ETgreen和ETblue為作物綠水和藍(lán)水需水量（mm）；10是常量因子；求和∑是從開(kāi)始種植日期到收獲日期的積累量（lgp表示生長(zhǎng)期的長(zhǎng)度，以日計(jì)量）；ETc為作物蒸發(fā)蒸騰量（mm）；Kc為作物系數(shù)，采用FAO-56 推薦的標(biāo)準(zhǔn)作物系數(shù)和修正公式，并依據(jù)研究區(qū)氣候、土壤、作物和灌溉條件進(jìn)行修正；ET0為參考作物蒸發(fā)蒸騰量（mm·d-1），采用Penman-Monteith 公式計(jì)算；Pe為有效降雨量（mm·d-1）。

農(nóng)作物生產(chǎn)的灰水足跡，主要是指化肥施用后，未被充分利用的肥料經(jīng)灌溉水或者雨水淋溶進(jìn)入河流，產(chǎn)生污染性離子，將其稀釋至標(biāo)準(zhǔn)濃度所需的水資源量［22］。本文以和田地區(qū)施用量最大的氮肥和磷肥作為污染性離子的主要來(lái)源，分析農(nóng)作物生產(chǎn)灰水足跡。同一水體可以同時(shí)稀釋多種污染物，所以灰水足跡由最大污染物離子稀釋所需水量決定［23］。計(jì)算公式如公式（5）所示：

本文以和田地區(qū)主要種植的作物為研究對(duì)象，包括糧食作物（水稻、小麥、雜糧、豆類），經(jīng)濟(jì)作物（棉花、油料、甜菜、蔬菜、甜瓜、薯類、苜蓿）和果類（葡萄、蘋果、梨、棗、其他水果），分析1989—2018年和田地區(qū)各縣市、不同作物的水足跡變化規(guī)律。

1.3.3 動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)水足跡 動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)水足跡是指每種動(dòng)物從出生到出欄整個(gè)生命周期內(nèi)的水足跡，包括以虛擬水和直接用水形式消耗的成長(zhǎng)、加工飼料用水，飲用水和清洗服務(wù)用水，以及以動(dòng)物排泄物為主的灰水足跡［24-26］。計(jì)算公式如下所示：

式中：WFani-feed、WFani-drink、WFani-serve、WFani-grey分別為飼料用水、飲用水、服務(wù)用水和灰水足跡（m3·t-1）。

本文使用活體動(dòng)物數(shù)據(jù)，去除成長(zhǎng)、飼料加工用水中與農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡重合的飼料作物生產(chǎn)水足跡，計(jì)算1989—2018 年和田地區(qū)主要飼養(yǎng)的5類禽畜（牛、馬、豬、驢、羊）的動(dòng)物水足跡。

1.4 水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)

本文采用水足跡強(qiáng)度指標(biāo)和水資源壓力指標(biāo)分析評(píng)價(jià)和田地區(qū)水資源安全狀況（表1）?！端阚E評(píng)價(jià)手冊(cè)》定義一種產(chǎn)品的水足跡是指用于生產(chǎn)該產(chǎn)品的整個(gè)生產(chǎn)供應(yīng)鏈的用水量之和，是一個(gè)體現(xiàn)消耗水量、水源類型以及污染量和污染類型的多層面的指標(biāo)。其中藍(lán)水足跡和綠水足跡主要反映消耗的水量及水源類型，灰水足跡則旨在反映污染量和污染類型。為了便于評(píng)價(jià)指標(biāo)計(jì)算及結(jié)果分析，本文結(jié)合水足跡指標(biāo)的定義，將水足跡中以虛擬水和直接用水形式消耗的部分稱為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非灰水足跡，包括農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡的WFcul-blue、WFcul-green和動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡的WFani-feed、WFani-drink及WFani-serve；則WFagr可表示為：

表1 水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)Tab.1 Evaluation index of resource security

式中：WFcon為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非灰水足跡（m3·t-1）；WFgrey為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡（m3·t-1）；WFcul-con、WFcul-grey分別為農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡、農(nóng)作物生產(chǎn)灰水足跡（m3·t-1）；WFani-con、WFani-grey分別為動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡、動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)灰水足跡（m3·t-1）。

水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)包括水足跡強(qiáng)度和水資源壓力指標(biāo)，水足跡強(qiáng)度指標(biāo)用來(lái)反映水資源的利用效率，以單位國(guó)民生產(chǎn)總值的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡來(lái)表示。水足跡強(qiáng)度值越小，表示單位GDP所消耗的水資源越少，水資源利用效率越高。反之亦然。計(jì)算公式為：

水資源壓力指標(biāo)反映水資源的壓力狀態(tài)和水資源利用的安全程度，用農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡與可用水資源量（Q）的比值來(lái)表示［27］。計(jì)算公式為：

式中：WFP＜1，表明區(qū)域可用水資源量能夠滿足耗水需求，區(qū)域水資源處于安全狀態(tài)；WFP=1，表明水資源處于臨界安全狀態(tài)，可用水資源量與耗水需求相等；WFP＞1，表明耗水量超過(guò)了可用水資源量，水資源利用狀態(tài)為不安全。

為了更好評(píng)價(jià)和田地區(qū)的水資源壓力狀態(tài)，本文參考文獻(xiàn)［28］對(duì)水資源壓力指標(biāo)進(jìn)行等級(jí)劃分（表2）。

表2 水資源壓力等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standard for classification of water resource pressure

2 結(jié)果與分析

2.1 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非灰水足跡

2.1.1 農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡 農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡（WFcul-con）是農(nóng)作物生產(chǎn)綠水足跡（WFcul-green）與藍(lán)水足跡（WFcul-blue）之和，反映農(nóng)作物生產(chǎn)對(duì)水資源的消耗。和田地區(qū)1989—2018 年不同農(nóng)作物類型（糧食作物、經(jīng)濟(jì)作物、果類）、主要的水資源消耗農(nóng)作物（小麥、雜糧、棉花）和特色農(nóng)作物（苜蓿、紅棗）生產(chǎn)非灰水足跡如圖2所示。各縣市WFcul-con均呈波動(dòng)增長(zhǎng)變化，其中以糧食作物消耗為主，經(jīng)濟(jì)作物消耗次之。除民豐縣外，各縣、市WFcul-con均呈波動(dòng)增長(zhǎng)變化，其中以糧食作物消耗為主，經(jīng)濟(jì)作物消耗次之。小麥、雜糧、棉花和苜蓿為和田地區(qū)種植面積最廣的4 種農(nóng)作物，其藍(lán)水和綠水足跡之和可占各縣市WFcul-con的59%～96%。隨時(shí)間的變化，小麥和雜糧的WFcul-con總體呈波動(dòng)增長(zhǎng)，而棉花和苜蓿則由于種植面積受政策引導(dǎo)的影響，其WFcul-con呈現(xiàn)不規(guī)律的大幅度增減變化；紅棗作為和田地區(qū)的特色經(jīng)濟(jì)作物，WFcul-con從2003年開(kāi)始明顯增長(zhǎng)。耗水量快速增加，與和田地區(qū)紅棗產(chǎn)業(yè)的推廣和種植業(yè)的政策性鼓勵(lì)密切相關(guān)［29］。在區(qū)域的紅棗種植業(yè)中，和田市無(wú)明顯增長(zhǎng)，民豐縣增長(zhǎng)最為顯著。從2010年開(kāi)始，民豐縣在以紅棗耗水為主的經(jīng)濟(jì)作物的藍(lán)水、綠水足跡的快速增長(zhǎng)下，經(jīng)濟(jì)作物超過(guò)了糧食作物與果類的生產(chǎn)耗水量，至2018年紅棗的WFcul-con已達(dá)到農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡的46.3%，成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)民經(jīng)濟(jì)增收和提高全縣人均收入的重要農(nóng)作物。和田地區(qū)的WFcul-con在空間上，以墨玉縣最大，年均WFcul-con為3.80×108m3；民豐縣最小，年均WFcul-con僅為0.76×108m3。WFcul-con顯著的空間差異是由和田地區(qū)水資源空間分布和種植業(yè)區(qū)間發(fā)展的共同作用引起，在和田地區(qū)各縣市中，以墨玉縣為首的和田縣、洛浦縣人口較多，農(nóng)作物種植面積廣，農(nóng)業(yè)總產(chǎn)值較高，農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)相對(duì)發(fā)達(dá)。各縣在地理位置上緊鄰和田河，農(nóng)作物種植的水資源消耗需求得到了有效保障，所以在因種植大面積農(nóng)作物而變大的水資源消耗需求下及和田河的水資源量支撐下，和田地區(qū)的墨玉縣、和田縣和洛浦縣WFcul-con明顯高于其他縣、市。

圖2 和田地區(qū)農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡時(shí)空變化Fig.2 Spatial-temporal variation of non-grey water footprint of crop production in Hotan Prefecture

2.1.2 動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡 動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡（WFani-con）包括成長(zhǎng)、加工飼料（WFani-feed）用水，飲用水（WFani-drink）和清洗服務(wù)（WFani-serve）用水,反映了動(dòng)物從出生到出欄消耗的水資源量。和田地區(qū)1989—2013 年WFani-con隨時(shí)間變化呈不平穩(wěn)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，2013 年和田地區(qū)WFani-con為8.84×108m3，較1989 年增長(zhǎng)381.78%。而后WFani-con出現(xiàn)回落，至2018 年為5.94×108m3，較2013 年減少32.8%（圖3）。動(dòng)物數(shù)量的變化對(duì)和田地區(qū)WFani-con改變有直接影響，在飼料結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定、服務(wù)用水和飲用水標(biāo)準(zhǔn)不變的情況下，和田地區(qū)大小牲畜由2013年971×104頭（只）減少至2018年758×104頭（只），減少21.95%，引起和田地區(qū)WFani-con減少。各縣、市對(duì)和田地區(qū)動(dòng)物水資源消耗的貢獻(xiàn)，以墨玉縣最大，民豐縣最小。墨玉縣在和田地區(qū)的WFani-con中占有很高的比例，2013 年墨玉縣WFani-con為2.59×108m3，為歷年最高值，占同年和田地區(qū)WFani-con的29.3%，2018年減少至1.09×108m3，使得和田地區(qū)WFani-con總量減小。墨玉縣作為和田地區(qū)動(dòng)物水資源消耗主體，其WFani-con的變化對(duì)和田地區(qū)的WFani-con具有重要影響。

圖3 和田地區(qū)動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡變化及地域組成Fig.3 Changes and regional composition of non-grey water footprint of animal products production in Hotan Prefecture

2.2 和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡變化過(guò)程分析

由圖4可知，1989—2018年的30 a間，和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡（WFagr）經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)（1989—2009 年，階段1）、緩慢增長(zhǎng)（2009—2015 年，階段2）和明顯下降（2015—2018 年，階段3）3 個(gè)階段，各階段的WFagr變化以農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡（WFcul-blue）的增減為主導(dǎo)因素，3 個(gè)階段分別對(duì)應(yīng)著WFcul-blue的增加、基本穩(wěn)定和減少。農(nóng)作物種植面積的不斷增長(zhǎng)，增加了農(nóng)作物生長(zhǎng)對(duì)水資源的消耗，在和田地區(qū)干旱的氣候環(huán)境影響下，使得農(nóng)作物生產(chǎn)對(duì)藍(lán)水的需求不斷增加，從而產(chǎn)生了農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的快速增長(zhǎng)階段。其中，1989—2009 年WFagr快速增加，表現(xiàn)為WFcul-blue和動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡（WFani-con）的快速增加。WFcul-blue增長(zhǎng)91.83%，WFani-con增長(zhǎng)182.13%，WFagr由17.45×108m3增加至36.98×108m3，增長(zhǎng)2.1 倍，年均增長(zhǎng)率為10.36%；2009—2015 年WFagr進(jìn)入緩慢增加階段，以WFcul-blue的緩慢增長(zhǎng)和WFani-con的相對(duì)穩(wěn)定為特征。農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡僅增加1.19×108m3，WFani-con穩(wěn)定在7.69×108m3左右，WFagr于2015年達(dá)到峰值40.48×108m3，年均增長(zhǎng)率為2.02%；2015—2018 年WFagr呈明顯的下降趨勢(shì)，WFani-con、WFcul-blue和農(nóng)作物生產(chǎn)灰水足跡（WFcul-grey）均明顯減小，WFagr由峰值減小至32.12×108m3，其中，WFani-con、WFcul-blue和WFcul-grey分別減少26.93%、14.17%和50.82%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡以化學(xué)需氧量（COD）為主要污染源，其在各年WFagr所占比例較小，對(duì)和田地區(qū)的水資源安全無(wú)顯著影響。

圖4 和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡組成及變化趨勢(shì)Fig.4 Composition and variation trend of water footprint of agricultural production in Hotan Prefecture

以各階段節(jié)點(diǎn)為典型年，取1989 年、2009 年、2015 年和2018 年，分析和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡（WFagr）組成及空間分布（表3，圖5）。在空間分布上，WFagr整體呈現(xiàn)西高東低的分布規(guī)律，西部以墨玉縣為最高值，以和田市為低值夾點(diǎn)。東部以于田縣WFagr為高值區(qū)分割策勒縣與民豐縣。和田地區(qū)西部為和田河的發(fā)源與流經(jīng)地，充足的水資源量極大的滿足了沿途各縣市的水資源需求，使得西部呈現(xiàn)WFagr高值區(qū)。東部為低值區(qū)，其中策勒縣、民豐縣種植業(yè)與畜牧業(yè)的耗水量在和田地區(qū)長(zhǎng)期處于較低水平，使兩縣在各年WFagr中均表現(xiàn)為低值。在組成上，和田地區(qū)WFagr以水資源消耗為主，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非灰水足跡（WFcon）占農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的比例先減少后升高。1989 年所占比例最高，WFcon占97.61%，WFgrey僅占2.39%。農(nóng)作物生產(chǎn)與動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)以8:2 的比例組成和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，WFcul所占比例由1989年的97.65%，經(jīng)歷了先減少后增大的變化，至2018年為85.94%，其中，農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡（WFcul-blue）在88.16%～95.71%變化，2015 年其所占比例低于90%，是因該年農(nóng)作物生產(chǎn)時(shí)以氮肥為主的農(nóng)業(yè)化肥使用量的大量增加，使農(nóng)業(yè)生產(chǎn)灰水足跡（WFcul-grey）比例增長(zhǎng)至10.64%。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)綠水足跡（WFcul-green）僅占到0.61%～2.38%，這符合和田地區(qū)降水稀少、蒸發(fā)強(qiáng)烈、綠水資源匱乏的自然條件，同時(shí)也與全疆農(nóng)作物生產(chǎn)的耗水形式相符合，即張沛等［30］對(duì)新疆農(nóng)業(yè)用水的研究結(jié)果表明，新疆農(nóng)作物種植整體以灌溉為主體，降水僅占極小的一部分。

圖5 和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡空間分布Fig.5 Spatial distribution of water footprint of agricultural production in Hotan Prefecture

表3 和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡各組分占比Tab.3 The proportion of each component of agricultural productionwater footprint in Hotan Prefecture /%

2.3 基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的和田地區(qū)水資源安全分析評(píng)價(jià)

基于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡計(jì)算結(jié)果，以水足跡強(qiáng)度（WFS）和水資源壓力（WFP）指標(biāo)分析和田地區(qū)水資源安全狀態(tài)的時(shí)空變化。如圖6a所示，WFS呈近對(duì)數(shù)的減小趨勢(shì)，1999年為其突變?cè)黾狱c(diǎn)。水足跡消耗強(qiáng)度（WFScon）的變化趨勢(shì)與WFS基本保持一致，其對(duì)WFS的變化起主導(dǎo)作用，灰水足跡強(qiáng)度（WFSpol）輔之，二者均呈對(duì)數(shù)趨勢(shì)減小。其中WFS由1989 年的1.86 m3·a-1，減小至2018年的0.10 m3·a-1，減少約94.44%，表明單位GDP所消耗的水資源量?jī)H為1989 年的1/19，水資源利用效率得到了顯著提高。1999 年WFS突然增加是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡中以農(nóng)作物藍(lán)水足跡為主的增加與和田地區(qū)GDP 減少共同作用而導(dǎo)致WFScon快速增加的結(jié)果。WFSpol從1989 年的0.21 m3·a-1變化至2018 年的0.01 m3·a-1，灰水足跡強(qiáng)度變?yōu)樵瓉?lái)的1/21，表明單位GDP 所產(chǎn)生的灰水足跡顯著下降。WFS的顯著變化趨勢(shì)表明和田地區(qū)的水資源利用效率的快速提升，使得單方水能夠產(chǎn)生更高經(jīng)濟(jì)價(jià)值的同時(shí)，減少了污染性離子的產(chǎn)生，而這主要是指以農(nóng)作物生產(chǎn)為主的水資源的高效利用與農(nóng)業(yè)化肥施用量的有效減少。以和田地區(qū)2018 年的水足跡強(qiáng)度與其他地區(qū)相比較，王麗川等［31］的研究結(jié)果顯示2018 年北京市的WFS為0.0028 m3·a-1，王寧等［32］對(duì)陜西省2018 年WFS的研究結(jié)果為0.0224 m3·a-1，和田地區(qū)的WFS是北京市的37.2倍，是陜西省的4.6倍，這表明和田地區(qū)的水資源利用效率與經(jīng)濟(jì)水平高度發(fā)達(dá)的北京市和中等發(fā)展程度的陜西省相比，仍然有很大的差距，和田地區(qū)的水資源利用效率仍處于較低水平。

由圖6b可知，1989—2015年和田地區(qū)的水資源壓力（WFP）等級(jí)隨時(shí)間增長(zhǎng)而波動(dòng)上升，2015年后出現(xiàn)WFP緩慢減小的趨勢(shì)。但其值始終小于1，表明和田地區(qū)一直處于水資源安全狀態(tài)。按照水資源壓力等級(jí)的劃分可將WFP分為以2006 年為節(jié)點(diǎn)的兩個(gè)階段，1989—2006年水資源壓力處于中低水平，2007年開(kāi)始和田地區(qū)的水資源壓力基本在較高和很高的狀態(tài)變化。結(jié)果與吳雪梅等［33］通過(guò)構(gòu)建評(píng)價(jià)指標(biāo)體系對(duì)2005—2018 年和田地區(qū)水資源壓力狀態(tài)的研究結(jié)果保持一致，反映和田地區(qū)的水資源為安全狀態(tài)。圖6b顯示，和田地區(qū)水資源壓力最高的年份為2015年，WFP為0.87，水資源壓力很高，其后WFP逐漸減小至2018年的0.73，和田地區(qū)的水資源壓力有緩解的趨勢(shì)，這一變化的產(chǎn)生是因?yàn)樵诤吞锏貐^(qū)可用水資源量基本不變的情況下，因農(nóng)作物種植面積減少而引起的以農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡減小為主的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的緩慢減小，導(dǎo)致了WFP的減小。和田地區(qū)水消耗程度（WFPcon）2007—2018 年處于中等偏高的狀態(tài)，水污染程度（WFPpol）一直處于極低的狀態(tài)。表明和田地區(qū)的水資源能基本滿足水量需求，同時(shí)污染物的產(chǎn)生量極少。

圖6 和田地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)變化Fig.6 Changes of water resources security evaluation indexes in Hotan Prefecture

以1989年和2018年分析和田地區(qū)WFS和WFP的空間分布可知（圖7），1989 年的WFS突出表現(xiàn)為“一高一低”，以和田市最低為1.17 m3·a-1，民豐縣最高為10.93 m3·a-1，其余縣市在2.67～4.90 m3·a-1之間變化。1989年的和田地區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉方式粗獷，水資源利用效率極低，同時(shí)工業(yè)水平較低，主要以直接農(nóng)產(chǎn)品作為經(jīng)濟(jì)增收的來(lái)源，所以導(dǎo)致了水資源消耗量大，但經(jīng)濟(jì)效益不高，從而使得水足跡強(qiáng)度值很高。2018年WFS在0.03～0.30 m3·a-1之間變化，以和田市水資源利用效率最高，WFS為0.03 m3·a-1，WFS最大的民豐縣與和田市相差了10 倍。以2018年WFS與1989年相比較，和田地區(qū)的水資源利用效率提升顯著，以民豐縣的變化最為明顯，減小了10.63 m3·a-1。在空間上，以和田河流經(jīng)的和田市、墨玉縣、和田縣、洛浦縣和策勒縣連片區(qū)域的水資源利用效率高于其他縣、市。從和田地區(qū)WFP的空間格局變化可知（圖7c～7d），各縣市的水資源壓力明顯升高。1998 年WFP最高的縣為墨玉縣（WFP=0.71），屬于中等偏高的水資源壓力狀態(tài)。最低為民豐縣（WFP=0.25），水資源壓力狀態(tài)為很低，其余縣市均處于中等左右的狀態(tài)。2018 年和田地區(qū)各縣市的水資源壓力程度普遍較高，僅民豐縣的水資源壓力為中等狀態(tài)，其中墨玉縣、和田市、和田縣和策勒縣的WFP在0.86～0.90 之間變化，水資源壓力狀態(tài)為很高。

圖7 和田地區(qū)水資源安全評(píng)價(jià)指標(biāo)空間分布Fig.7 Spatial distribution of water resources security evaluation indexes in Hotan Prefecture

由上述可知，和田地區(qū)以墨玉縣為首的和田縣、和田市和策勒縣的水足跡強(qiáng)度值偏小，水資源利用效率高，但同時(shí)也是水資源壓力高的區(qū)域。在水資源利用效率高，帶來(lái)更多經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，對(duì)水資源量的需求也更多，這也說(shuō)明了經(jīng)濟(jì)發(fā)展與水資源量需求之間的必然聯(lián)系，經(jīng)濟(jì)的更好發(fā)展必須要有一定的水資源量來(lái)支撐。

和田地區(qū)在“全面對(duì)口援疆”的政策支持與“一帶一路”戰(zhàn)略的經(jīng)濟(jì)發(fā)展機(jī)遇下，必將迎來(lái)進(jìn)一步的發(fā)展，區(qū)域水資源量能否滿足經(jīng)濟(jì)發(fā)展需求，以及如何解決發(fā)展與用水需求的矛盾將成為和田地區(qū)面臨的巨大挑戰(zhàn)。未來(lái)和田地區(qū)應(yīng)充分發(fā)揮水資源開(kāi)發(fā)利用的可發(fā)展空間，推動(dòng)水資源壓力較低、發(fā)展較為滯后的民豐縣和皮山縣等縣市的經(jīng)濟(jì)發(fā)展，謀求和田地區(qū)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的均衡發(fā)展。同時(shí)，積極響應(yīng)全疆退地減水、高效節(jié)水的農(nóng)業(yè)節(jié)水灌溉的政策措施，降低農(nóng)業(yè)用水。嚴(yán)格落實(shí)水資源開(kāi)發(fā)利用的“三條紅線”，適當(dāng)推動(dòng)區(qū)域工業(yè)發(fā)展。此外，鼓勵(lì)以低耗水、低能耗的農(nóng)產(chǎn)品再加工為主的相關(guān)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)效益，進(jìn)一步促進(jìn)紅棗、甜瓜、葡萄等特色農(nóng)產(chǎn)品的推廣及旅游業(yè)的發(fā)展。在以節(jié)約水資源、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展為目標(biāo)的政策指導(dǎo)下，多方面地提高和田地區(qū)水資源利用效率和社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展，實(shí)現(xiàn)區(qū)域水資源利用效率和經(jīng)濟(jì)效益的同步提升。

3 結(jié)論

本文基于和田地區(qū)1989—2018 年的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡，分析和評(píng)價(jià)了區(qū)域水資源安全狀態(tài)。得出的主要結(jié)論如下：

（1）近30 a和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)非灰水足跡占區(qū)域農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡的95%以上，各縣、市農(nóng)作物生產(chǎn)非灰水足跡（WFcul-con）呈波動(dòng)增長(zhǎng)的變化趨勢(shì)，表現(xiàn)為以糧食作物消耗為主，經(jīng)濟(jì)作物消耗次之。在空間分布上，以墨玉縣的水資源消耗量最大，年均WFcul-con為3.8×108m3；動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)非灰水足跡（WFani-con）呈現(xiàn)出1989—2013 年隨時(shí)間變化的不平穩(wěn)增長(zhǎng)和2013—2018 年的明顯下降2 個(gè)階段，最高值出現(xiàn)于2013年（WFani-con=8.84×108m3），WFani-con的最大變幅為381.78%。

（2）和田地區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水足跡（WFagr）由農(nóng)作物生產(chǎn)水足跡和動(dòng)物產(chǎn)品生產(chǎn)水足跡以約8:2的比例組成。在時(shí)間變化上，經(jīng)歷了快速增長(zhǎng)、緩慢增長(zhǎng)和明顯下降3 個(gè)階段，各階段的變化主要受農(nóng)作物生產(chǎn)藍(lán)水足跡的增減影響，于2015年達(dá)到WFagr的最大值40.48×108m3。在空間分布上，WFagr呈現(xiàn)西高東低的分布規(guī)律，西部以墨玉縣為最高值，東部以于田縣為WFagr高值區(qū)分割策勒縣與民豐縣兩縣。

（3）1989—2018年和田地區(qū)的水資源狀況為安全。隨時(shí)間變化，區(qū)域水足跡強(qiáng)度（WFP）呈對(duì)數(shù)的趨勢(shì)減小，水資源壓力（WFS）則主要表現(xiàn)為不平穩(wěn)地緩慢增加，表明和田地區(qū)水資源利用效率提升顯著，同時(shí)水資源短缺的威脅也在不斷加重。