水足跡研究進展及其對農業水資源利用的啟示

黃　晶,王學春,陳　阜

(1.西南科技大學生命科學與工程學院,四川 綿陽　621010; 2.中國農業大學農學與生物技術學院,北京　100193)

?

水足跡研究進展及其對農業水資源利用的啟示

黃晶1,2,王學春1,陳阜2

(1.西南科技大學生命科學與工程學院,四川 綿陽621010; 2.中國農業大學農學與生物技術學院,北京100193)

摘要：在明確水足跡起源、概念的基礎上,綜合評述基于虛擬水理論的水足跡方法、生命周期評價和基于生命周期評價的水足跡方法。比較不同方法的特點及其研究意義,認為基于虛擬水理論的水足跡方法適用于區域層面,而基于生命周期評價的水足跡方法更適用于產品層面的研究;二者結合可為農業水資源可持續利用提供從區域到產品尺度的研究方法及思路。

關鍵詞：水足跡;虛擬水;生命周期評價;水資源可持續利用;進展

淡水資源是決定人類生存和發展的重要自然資源,目前正被過量開采利用而越來越匱乏。在人口增長、經濟發展以及氣候變化等因素的影響下,未來水資源匱乏問題將變得更加嚴重[1]。科學評價人類活動對水資源的影響是研究如何實現水資源可持續利用的前提。水足跡的概念由荷蘭學者Hoekstra于2002年提出,目前已成為國際水資源管理研究的前沿領域。水足跡研究經歷了十余年的發展,其評價對象、范圍等逐漸完善,同時也涌現出不同的評價方法。近年來,國內學者主要針對基于虛擬水理論的水足跡研究進展評述較多[2-3],而沒有系統地總結基于不同理論、不同方法的水足跡研究,特別是缺乏對水足跡理論在農業水資源領域相關應用的分析。筆者系統總結水足跡的起源、概念、不同研究方法的特點、應用范圍等,分析水足跡對農業水資源利用以及如何減少農業水足跡實現水資源可持續利用的啟示,以期為相關研究提供參考。

1水足跡研究進展

1.1　水足跡起源及其研究意義

水足跡(water footprint)理論最早是在虛擬水理論基礎上發展起來的。虛擬水(virtual water)的概念由英國學者Allan[4]于20世紀90年代提出,被定義為生產農產品所需要的水資源。虛擬水又叫作“嵌入水(embodied water)”,指隱藏在產品背后的水資源,是相對于實體水的一個概念,其提出的初衷是為了研究貧水國家和地區如何通過從其他區域進口水資源密集型的農產品來減少水赤字。Hoekstra[5]將虛擬水的概念進一步拓展,定義為生產商品和服務所需要的水資源數量,如1 kg糧食的虛擬水含量為1～2 m3,1 kg牛肉的虛擬水含量為16 m3。虛擬水的概念被量化研究后很快引起廣泛關注,國內外學者均開展了系列研究[6-7]。在虛擬水研究的基礎上,荷蘭學者Hoekstra[8]于2002年進一步提出了“水足跡”的概念,用以描述人類活動對水資源的影響,其思想源自于20世紀90年代加拿大學者提出的“生態足跡(ecological footprint)”理論。生態足跡衡量的是人類對具有生物生產力土地的占有,它表示任何已知人口(個人、城市、國家或全人類)需要多少具備生物生產力的土地和水域,來生產所需資源和吸納所衍生的廢物。水足跡衡量的是人類活動對水資源的影響,其研究對象可以是一件產品或服務,一個人,一個地區或國家等[9]。產品或服務的水足跡是指生產該產品或服務整個過程中的水資源消耗量;個人、區域和國家水足跡是指已知人口在一定時間內消費的所有產品和服務所需要的水資源量。水足跡按其構成可以分為藍水、綠水和灰水。藍水指存在于江、河、湖泊及含水層中的地表水與地下水的總和;綠水指存在于土壤非飽和含水層中以蒸散的形式為植被所利用的土壤水;灰水指被污染的水資源,被定義為能將污染物稀釋到可以接受的最高濃度的水資源需求量。

與虛擬水相比,水足跡具有更深層次的意義和更廣泛的應用范圍。首先,通常說的產品虛擬水量僅僅指用水量,而水足跡不僅僅包括用水量,還明確了用水的地點、時間以及用水類型。其次,虛擬水是一個較為籠統的概念,而水足跡可以根據研究目標的不同而設定研究界限,如,研究消費者的水足跡,可以評價消費的產品和服務的水足跡;研究生產者的水足跡,則可以評價產品和服務的生產水足跡。總的來說,水足跡是對水資源消耗和污染的定量化評價,從空間和時間上明確了人類對水資源的真實占用情況。近年來,相關研究一般均使用水足跡的概念,但涉及產品貿易時仍保留虛擬水的概念。

1.2　基于虛擬水理論的水足跡研究進展

在定量評價全球作物產品與畜禽產品貿易虛擬水的基礎上,Chapagain等[10]對全球210個國家和地區1997—2001年的水足跡進行了計算,首次較為系統地報道了各個國家(地區)的水足跡及因貿易產生的國家(地區)間虛擬水流,并初步分析水足跡與國民收入、氣候、消費結構、作物產量等的關系。Hoekstra等[11]進一步從生產角度與消費角度計算了全人類的水足跡,指出消費者水足跡的大小主要取決于其消費量以及消費結構。該研究對于消費者、生產者、媒介者(如產品加工者和零售商)以及政府部門如何在關鍵環節減少水足跡具有重要的啟示。不同學者進一步從國家、流域或省域尺度對特定區域水足跡進行了更為詳細的研究[12-14]。這些研究從不同的尺度初步明確了區域生產和消費活動對水資源的影響,及區域水足跡與國內生產總值、人類生活方式、作物種植結構等的關系,并且結合區域水資源背景提出了消費方式轉變、虛擬水貿易、農業結構調整等減少水資源匱乏地區水足跡的措施。關于產品水足跡的研究,Mekonnen等[15-16]對全球主要作物產品與主要畜禽產品水足跡進行了計算,這兩項研究是目前對作物產品和動物產品水足跡最為綜合、詳細的報道。此外,關于不同國家、不同地區的小麥、水稻等作物產品[17-18]以及畜肉、禽肉、奶類等動物產品[19-20]的水足跡評價也不斷被報道。除作物、動物產品外,水足跡評價還涉及其他日常消費品及工業產品[21-22]。此外,水足跡的研究對象還可以是一種行為、一項活動等[23-24]。

總的來說,不同尺度的水足跡研究,對象和意義不同,應用范圍也不一致。區域尺度的水足跡評價可以明確區域水足跡構成及其影響因素,為區域水資源管理、農業結構調整、虛擬水貿易等政策的制定提供參考;產品尺度的水足跡評價可以揭示不同產品以及同種產品不同產地全生命周期過程中耗水與污染水的數量,為產品設計、綠色制造、供應鏈風險管理等提供參考;消費者消費行為、商業活動等的水足跡評價可以揭示某項行為或活動對水資源數量與質量的影響,提高消費者和企業減少水足跡的社會責任意識。

水足跡研究的初期階段,主要是進行區域、產品等的水足跡核算。然而,水足跡作為衡量人類對水資源占有情況的指標,其數值的大小并不能直接反應水資源利用是否可持續。Hoekstra[25]首次提出水足跡的研究不僅應包括水足跡計算,還應進行可持續性分析,即明確水足跡數量代表什么意義,哪個環節或哪些地區是需要關注的熱點,需要采取何種措施以種緩解水資源壓力。Van Oel等[26]計算了荷蘭的外部水足跡,并評價了其外部水足跡對虛擬水供應國的影響;荷蘭的總水足跡中有89%為外部水足跡,其外部水足跡來源最大的國家是德國、法國、比利時等歐洲國家,但其影響最大的國家是中國、印度、西班牙等國,因為這些國家水資源相對匱乏。Chapagain等[27]的研究表明,英國的水足跡自給率僅為38%,其余為外部水足跡。Chapagain等[27]研究分析英國外部水足跡供應國的水資源供需情況,并提出減少英國國內外水足跡影響的措施。可口可樂公司對其產品原材料——糖的水足跡可持續性進行了評價[28],指出可口可樂10個糖原料供應地中,西班牙、希臘的水足跡呈嚴重不可持續狀態,其他地區如法國、比利時等地水足跡的影響較小。近年來,國外關于水足跡可持續性評價的研究逐漸增多,國內的研究大多是進行不同尺度水足跡核算[29-30],而對可持續性評價及降低水足跡具體措施的研究較為薄弱[31]。

1.3　生命周期評價和基于生命周期評價的水足跡研究

生命周期評價(life cycle assessment, LCA)是評估一個產品全生命周期過程的環境因素及潛在環境影響的工具,最早可以追溯到19世紀60年代可口可樂公司對其不同容器的資源消耗和環境排放所做的特征分析[32]。隨著人們對資源和環境問題的關注,LCA方法在全球范圍內得到大規模應用,國際標準化組織制定和發布了ISO14040系列標準。由于LCA方法早期主要應用于對水資源依賴程度較小的工業部門,其評價體系通常不考慮水資源，或僅僅報道部門的總用水量。近年來,隨著LCA在各行業的應用,眾多學者提出應在其評價體系中系統報道水資源利用量并進行相應的影響評價[33-34]。MìLA ì Canals等[35]系統地介紹了LCA評價體系中如何進行用水清單分析,包括如何區分和量化藍水、綠水以及土地利用形式變化對水資源數量的影響;影響評價包括評價對生態系統的影響與對資源消耗的影響。Pfisher等[36]提出在用水清單分析階段除了水資源消耗分析外還應包括水資源污染分析,影響評價包括評價對人類健康的影響、對生態系統的影響以及對資源消耗的影響。在聯合國環境規劃署-環境毒理學和化學學會(UNEP-SETAC)的資助與推動下,其他學者也從清單分析、影響評價等不同層面研究了如何在LCA中科學地分析水資源問題[37-38]。

完整的生命周期評價,既考慮水資源消耗又考慮水資源污染,不可避免地涉及一系列環境機制,其結果通常被報道為清單式的生命周期影響分類指標[35]。對于從事LCA的專業人士,在有機會向其服務對象(如決策者)詳細解釋結果的時候,進行完整、清晰、充分的指標分析是非常有效和必要的。但如果LCA結果的受眾是缺乏相關知識的普通消費者,清單式的評價結果往往不易被接受。這種情況下,向受眾提供簡單、易被理解的單一指標就非常有必要。有學者提出水足跡應像碳足跡一樣,采用單一值進行報道。但基于虛擬水的水足跡僅僅報道水資源消耗與污染量,存在一定缺陷[39]。Ridoutt等[39]在對瑪氏食品公司生產的兩種產品——花生醬和面醬進行水足跡計算時,發現基于虛擬水的水足跡評價方法存在以下問題:首先,產品水足跡沒有與水資源的其他用途(即不生產該產品時水資源的用途)聯系起來;其次,產品水足跡沒有與其潛在的社會、環境危害聯系起來。例如,250 g花生醬水足跡(1153 L)比575 g面醬水足跡(202 L)高出近5倍,但面醬水足跡構成中63.3%均為藍水,花生醬中85.7%均為綠水。由于水足跡構成的不同,產品生產對水資源的影響也不同,不能簡單地將不同成分相加。隨后,Ridoutt等[37]提出了基于生命周期評價思想的產品水足跡計算方法,認為綠水和藍水的機會成本不同,不應直接作為水足跡的構成,但是土地利用形式決定了綠水轉化為地表水和地下水的數量,因此應考慮土地利用形式對藍水資源的影響。此外,由于地域差異,產品生產對不同地區的影響是不同的,因此該方法引入了水資源壓力指數(water stress index, WSI)[40],對產品水足跡進行修訂,使最終結果呈現的水足跡不再是實體水量,而是水當量(H2O-equivalent)。仍以250 g花生醬和575 g面醬為例,該方法計算出的面醬水足跡為133.9 L水當量,花生醬的水足跡為4.1 L水當量,直接體現出兩種成分、產地(包括成分產地)不同的產品,生命周期對水資源的影響。基于LCA的這一方法,其最明顯的特征是便于不同產品以及同一產品不同生產階段的水足跡比較,可以為產品生產者提供定量的單一指標以便選擇原材料。該方法將產品生產和其對環境的影響聯系起來,可以作為生產者提供產品生產水資源可持續性報道的依據。

Ridoutt等[40]認為水足跡的概念根據不同的應用領域具有不同的研究意義。對于產品層面來說,水足跡應該描述水資源消耗的潛在影響,而不是簡單報道數量,以作為可持續生產和消費的驅動指標;對于流域層面來說,水足跡是該流域內各機構水資源利用和排放的賬戶,每個賬戶本身就是水足跡,它的評價只有在考慮流域本身的水資源可持續情況以及和與其他用水賬戶的聯系才有意義;對于國家或地區層面來說,水足跡主要用于明確農業和貿易政策對水資源的影響,高耗水型農產品應該在水資源充足的地區生產并通過貿易輸送到水資源匱乏的國家和地區。Ridoutt等[41]比較了澳大利亞新南威爾士州旱地和水澆地小麥水足跡,結果表明該州不同區域小麥生產水足跡差異高達150倍,灌溉對水資源造成較大壓力但提高了土地生產效率;對牛肉生產的研究發現,由于不同生產系統的水資源匱乏程度不同,牛肉水足跡存在較大差異(3.3～221 L/kg水當量),因此不能一概而論地認為肉禽類產品的水足跡一定高于作物類產品[42]。

基于LCA的水足跡方法在不斷發展完善,如Ridoutt等[43]對評價體系中關于水資源污染的計算方法作了改進。目前,國內未見采用完整的生命周期評價研究人類生產和消費活動對水資源影響的相關報道;除包括作者在內的少數學者采用基于生命周期評價思想的方法開展了相關研究外[31, 44],尚未見國內其他學者采用這一方法進行相關研究。

1.4　水足跡評價方法小結

綜上所述,目前水足跡評價方法主要有基于虛擬水的評價方法(virtual water-based)、生命周期評價法(LCA)和基于生命周期評價的方法(LCA-based)。Berger等[45]把這些方法歸納為兩大類:基于數量(Volumetric-oriented)評價的方法以及基于影響(Impact-oriented)評價的方法。前者主要評價生產和消費活動對全球水資源量的占用,后者主要評價生產和消費活動對水資源占用的后果(即影響)。Berger等[45]認為只報道數量的水足跡容易對消費者和決策者造成誤導,基于影響評價的水足跡更有實際意義。盡管目前國際上尚未達成一致的水足跡評價標準,但多數學者認為將水資源消耗、污染與其環境影響聯系起來的水足跡評價方法更有意義[20, 36, 40]。為制定國際統一的水足跡評價方法,國際標準化組織成立了專門的工作小組,制定了水足跡國際標準(ISO 14046:2014)。該標準制定的評價方法是建立在生命周期評價方法基礎上,評價對象為產品、過程與社會團體,評價結果為單一指標或者詳細的影響評價清單。

2對農業水資源利用的啟示

水足跡研究的核心的問題是要解決如何減少水足跡以實現水資源的可持續利用。據報道,全球農業每年用水占到淡水資源總用量的85%,灌溉用水約占總用水的70%[46],我國農業灌溉用水約占總用水量的60%～70%①根據《中國水資源公報》(1997—2011)整理計算。。然而,傳統的農業水資源利用評價主要考慮以灌溉形式被消耗的地表水和地下水,不能真實反映農業對包括綠水資源在內的水資源消耗以及農業生產污染物排放對水資源造成的污染。如果從農產品生產全生命周期考慮水資源消耗與污染,農業用水占區域水資源總用量的比例會更大。隨著水資源匱乏問題的加劇,降低農業生產水資源代價越來越重要,也存在著巨大潛力。水足跡理論為研究農業水資源可持續利用提供了新思路。

2.1　農業水足跡核算

目前水足跡的評價方法較多,研究農業生產水足跡既涉及區域尺度,又涉及產品尺度。區域尺度農業水足跡核算需明確區域水資源的真實占用、農業水資源消費的內部性和外部性以及區域農業生產水足跡的時空特點,基于虛擬水理論的水足跡評價方法(如Hoekstra等[9]的方法)適用于該層面的研究;由于區域農業生產用水通過農產品貿易和其他地區聯系在一起,核算農產品水足跡需考慮農產品生產的區域水資源匱乏程度,以進行不同產地農產品間水足跡的比較,因此產品尺度的水足跡評價適宜采用基于生命周期評價的單一指標法(如Ridoutt等[43]的方法及ISO 14046:2014的單一指標法)。然而,無論研究何種尺度的農業水足跡,科學核算作物生產的水資源消耗和污染是前提。在農田尺度上,通過田間定位試驗能較為精確測算作物綠水消耗、藍水消耗,以及化肥、農藥等污染物排放對水體造成的污染。然而,在水文、生態過程比較復雜的情況下,如何進行大空間尺度(如省份、流域等)作物水資源消耗與污染的測算仍是水足跡研究的難點。水足跡研究初期,國內外計算區域作物生產綠水、藍水消耗量時多采用作物生長模型與水文模型模擬作物綠水、藍水蒸散量[10],計算結果多為理論值,與實際值存在一定差異。隨著研究的深入,結合遙感手段估算作物生長季實際綠水、藍水蒸散量的研究越來越多,測算結果的時空分辨率不斷提高[17]。但是,如何綜合考慮作物生長真實消耗的綠水、藍水以及流域內灌溉量、田間損失量,即將作物水資源消耗納入區域水分循環的整體框架,仍然是研究的一大難點,相關工作還有待深入。此外,由于受到數據的限制,目前關于污染水足跡的核算大多僅僅考慮作物種植過程中氮的淋失,結果較為粗放。未來如何在區域大尺度獲得可靠的包括氮、磷、農藥等在內的污染物排放數據以及科學核算相應的水資源污染量,還需進行深入研究。

2.2　降低農業水足跡的途徑

Ridoutt等[47]對11 050個水域用水量的研究發現,全球絕大部分用水量發生在水資源壓力指數高于0.9的水域,表明目前人類對水資源消費的格局呈嚴重的不可持續狀態。因此,降低水足跡,首先應考慮減少水資源壓力指數較高地區的水足跡。農業生產亦是如此,如何通過調整種植結構來改變不合理的生產布局,是減少農業水足跡的重要措施。我國水資源分布不均,目前水資源消費格局也呈嚴重的不可持續狀態。近年來,我國糧食生產的重心由南方的長江流域、珠江流域等轉移到了北方的海河流域、黃河流域等。華北平原水資源匱乏指數接近1,水資源總量不足全國總量的6%,卻生產了占全國總量31%的糧食[48]。目前正實施的南水北調工程,完全竣工后用于農業及生態的用水量約為225億m3,而由北方向南方輸入的糧食虛擬水量高達523億m3[49]。如果將糧食虛擬水量折算成與環境影響相聯系的水足跡,則從水資源匱乏的北方調出的糧食水足跡遠遠高于南水北調工程從水資源相對充足的南方地區調出的水足跡。可見南水北調工程相對于目前水資源消費的環境影響而言是杯水車薪,要緩解目前華北平原的水資源壓力,國家層面上的農業生產結構調整是關鍵。對于一個地區而言,種植結構調整既要考慮降低本地農產品生產的水資源影響,同時要考慮相關措施對區域以外其他地區水資源的影響[31]。除了從宏觀上改變不合理的用水結構、減少農業水足跡外,還要重視從微觀上減少水資源的浪費和污染,而農田尺度的水、肥等利用效率的提高是關鍵。

3結語

水足跡理論從區域到產品尺度,為農業水資源優化利用研究提供了新思路。反過來,農業水資源的優化利用對降低人類水足跡具有重要意義。而降低人類水足跡以實現水資源的可持續利用,正是水足跡理論研究的最終目標。

參考文獻：

[ 1 ] V?R?SMARTY C J,GREEN P,SALISBURY J,et al.Global water resources:vulnerability from climate change and population growth [J].Science,2000,289:284-288.

[ 2 ] 馬晶,彭建.水足跡研究進展[J].生態學報,2013,33(18):5458-5466.(MA Jing,PENG Jian.Research progress on water footprint[J].Acta Ecologica Sinica,2013,33(18):5458-5466.(in Chinese))

[ 3 ] 周玲玲,王琳,王晉.水足跡理論研究綜述[J].水資源與水工程學報,2013,24(5):106-111.(ZHOU Lingling,WANG Lin,WANG Jin.Review on study of water footprint theory [J].Journal of Water Resources & Water Engineering,2013,24(5):106-111.(in Chinese))

[ 4 ] ALLAN J A.Fortunately there are substitutes for water otherwise our hydro-political futures would be impossible [C]//Prioritied for water resources allocation and management.London:ODA,1993.

[ 5 ] HOEKSTRA A Y.Perspectives on water:a model-based exploration of the future [M].Netherlands:International Books,1998.

[ 6 ] HOEKSTRA A Y,HUANG P Q.Virtual water trade:a quantification of virtual water flows between nations in relation to international crop trade [C]//Value of water research report series No.11.Delfe:UNESCO-IHE,2002.

[ 7 ] 曹建廷,李原園,張文勝,等.農畜產品虛擬水研究的背景、方法及意義[J].水科學進展,2004,15(6):829-834.(CAO Jianting,LI Yuanyuan,ZHANG Wensheng,et al.Research background,methodological issues and significance on virtual water of crop and livestock production [J].Advances in Water Science,2004,15(6):829-834.(in Chinese))

[ 8 ] HOEKSTRA A Y,CHAPAGAIN A K,ALDAYA M M,et al.The Water footprint assessment manual:setting the global standard [M].London:Earthscan,2011.

[ 9 ] REES W E.Ecological footprints and appropriated carrying capacity:what urban economics leaves out [J].Environment and Urbanization,1992,4(2):121-130.

[10] CHAPAGAIN A K,HOEKSTRA A Y.Water footprints of nations [C]//Value of water research report series No.16.Delfe:UNESCO-IHE,2004.

[11] HOEKSTRA A Y,MEKONNEN M M.The water footprint of humanity [J].Proceedings of the National Academy of Sciences,2012,109(9):3232-3237.

[12] DONG H,GENG Y,FUJITA T,et al.Uncovering regional disparity of China's water footprint and inter-provincial virtual water flows [J].Science of the Total Environment,2014,500/501:120-130.

[13] ERCIN A E,MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y.The water footprint of France [C]//Value of water research report series No.56.Delfe:UNESCO-IHE,2012.

[14] 魏曉燕,毛旭鋒,吳燕紅.基于水足跡的濕地生態需水保障對策[J].水資源保護,2013,29(2):82-94.(WEI Xiaoyan,MAO Xufeng,WU Yanhong.Safeguarding eco-environmental flows of Baiyangdian wetlands:a strategy based on water footprints [J].Water Resources Protection,2013,29(2):82-94.(in Chinese))

[15] MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y.The green,blue and grey water footprint of crops and derived crop products [J].Hydrology and Earth System Sciences,2011,15(5):1577-1600.

[16] MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y.A global assessment of the water footprint of farm animal products [J].Ecosystems,2012,15(3):401-415.

[17] MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y.A global and high-resolution assessment of the green,blue and grey water footprint of wheat [J].Hydrology and Earth System Sciences,2010,14(7):1259-276.

[18] CHAPAGAIN A K,HOEKSTRA A Y.The blue,green and grey water footprint of rice from production and consumption perspectives [J].Ecological Economics,2011,70(4):749-758.

[19] GERBENS-LEENES W,MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y,et al.A comparative study on the water footprint of poultry,pork and beef in different countries and production systems [C]//Value of water research report series No.55.Delfe:UNESCO-IHE,2011.

[20] ZONDERLAND-THOMASSEN M A,LEDGARD S F.Water footprinting-a comparison of methods using New Zealand dairy farming as a case study [J].Agricultural Systems,2012,110:30-40.

[21] ERCIN A E,ALDAYA M M,HOEKSTRA A Y.Corporate water footprint accounting and impact assessment:the case of the water footprint of a sugar-containing carbonated beverage [J].Water Resources Management,2011,25(2):721-741.

[22] van OEL P R,HOEKSTRA A Y.Towards quantification of the water footprint of paper:a first estimate of its consumptive component [J].Water Resources Management,2012,26(3):733-749.

[23] GERBENS-LEENES W,HOEKSTRA A Y.Business water footprint accounting [C]//Value of water research report series No.27.Delfe:UNESCO-IHE,2008.

[24] GERBENS-LEENES W,HOEKSTRA A Y.The water footprint of biofuel-based transport [J].Energy & Environmental Science,2011,4(8):2658-2668.

[25] HOEKSTRA A Y.Water neutral:Reducing and offsetting the impacts of water footprints [C]//Value of water research report series No 28.Delfe:UNESCO-IHE,2008.

[26] VAN OEL P R,MEKONNEN M M,HOEKSTRA A Y.The external water footprint of the Netherlands:Quantification and impact assessment [C]//Value of water research report series No 33.Delfe:UNESCO-IHE,2008.

[27] CHAPAGAIN A K,ORR S.UK Water Footprint:The impact of the UK’s food and fibre consumption on global water resources [M].Godalming,UK:World Wide Fund for Nature,2008.

[28] COCA-COLA EUROPE.Water footprint sustainability assessment:towards sustainable sugar sourcing in Europe [R].Belgium:The Coca-Cola Company,2011.

[29] 吳普特,王玉寶,趙西寧.中國糧食生產水足跡與區域虛擬水流動報告[R].北京:中國水利水電出版社,2013:86-89.

[30] 高太忠,龐會從,余國山,等.虛擬水理論在河北省的應用[J].水資源保護,2010,26(3):79-86.(GAO Taizhong,PANG Huicong,YU Guoshan,et al.Application of virtual water theory in Hebei Province [J].Water Resources Protection,2010,26(3):79-86.(in Chinese))

[31] 黃晶.基于水足跡的北京市農業水資源可持續利用研究[D].北京:中國農業大學,2013.

[32] FINNVEDEN G,HAUSCHILD M Z,EKVALL T,et al.Recent developments in life cycle assessment [J].Journal of Environmental Management,2009,91(1):1-21.

[33] OWENS J W.Water resources in life-cycle impact assessment:considerations in choosing category indicators [J].Journal of Industrial Ecology,2002,5:37-54.

[34] HEUVELMANS G,MUYS B,FEYEN J.Extending the life cycle methodology to cover impacts of land use systems on the water balance [J].The International Journal of Life Cycle Assessment,2005,10:113-119.

[36] PFISHER S,KOEHLER A,HELLWEG S.Assessing the environmental impacts of freshwater consumption in LCA [J].Environmental Science and Technology,2009,43(11):4098-4104.

[37] BOULAY A M,BOUCHARD C,BULLE C,et al.Categorizing water for LCA inventory [J].International Journal of Life Cycle Assessment,2011,16(7):639-651.

[38] BOULAY A M,BULLE C,BAYART J B,et al.Regional characterization of freshwater use in LCA:Modelling direct impacts on human health [J].Environmental Science and Technology,2011,45(20):8948-8957.

[39] RIDOUTT B G,EADY S J,SELLAHEWA J,et al.Water footprinting at the product brand level:case study and future challenges [J].Journal of Cleaner Production,2009,17(13):1228-1235.

[40] RIDOUTT B G,PFISTER S.A revised approach to water footprinting to make transparent the impacts of consumption and production on global freshwater scarcity [J].Global Environmental Change,2010,20(1):113-120.

[41] RIDOUTT B G,POULTON P L.Dryland and irrigated cropping systems:comparing the impacts of consumptive water use [C]//Proceedings of the Seventh International Conference on Life Cycle Assessment in the Agri-food Sector.Bari:Universitdegli Studi di Bari Aldo Moro,2010:153-158.

[42] RIDOUTT B G,SANGUANSRI P,FREER M,et al.Water footprint of livestock:comparison of six geographically-defined beef production systems [J].International Journal of Life Cycle Assessment,2011,17:165-175.

[43] RIDOUTT B G,PFISTER S.A new water footprint calculation method integrating consumptive and degradative water use into a single stand-alone indicator [J].International Journal of Life Cycle Assessment,2013,18:204-207.

[44] HUANG J,RIDOUTT B G,ZHANG H,et al.Water footprint of cereals and vegetables for the Beijing market:comparison between local and imported supply [J].Journal of Industrial Ecology,2014,18(1):40-48.

[45] BERGER M,FINKBEINER M.Methodological challenges in volumetric and impact-oriented water footprints [J].Journal of Industrial Ecology,2013,17(1):79-89.

[46] UNESCO.Water:a shared responsibility [EB/OL] [2006-12-30] http://www.unesco.org/water/wwap/wwdr/wwdr2/.

[47] RIDOUTT B G,PFISTER S.Reducing humanity’s water footprint [J].Environmental Science and Technology,2010,44:6019-6021.

[48] 李保國,彭仕琪.1998—2007年中國農業用水報告[R].北京:中國農業出版社,2009.

[49] 吳普特,趙西寧,操信春,等.中國“農業北水南調虛擬工程”現狀及思考[J].農業工程學報,2010,26(6):1-6.(WU Pute,ZHAO Xining,CAO Xinchun,et al.Status and thoughts of Chinese “Agricultural North-to-South Water Diversion Virtual Engineering” [J].Transactions of the CSAE,2010,26(6):1-6.(in Chinese))

Research progress of water footprint and its implication for utilization of agricultural water

HUANG Jing1,2, WANG Xuechun1, CHEN Fu2

(1.SchoolofLifeScienceandEngineering,SouthwestUniversityofScienceandTechnology,

Mianyang621010,China;

2.CollegeofAgricultureandBiotechnology,ChinaAgriculturalUniversity,Beijing100193,China))

Abstract：Based on clear awareness of the origin and the concept of water footprint, water footprint method on the basis of virtual water-based theory, life cycle assessment (LCA) and LCA based water footprint method are comprehensively reviewed. After comparing the feature of different methods and the significance of the research, it is considered that virtual water-based theory based water footprint method can be applied in the regional level, while LCA based water footprint method is more suitable for product level. By combining these two, the research methods and tracks for sustainable utilization of agricultural water resources from the regional level to the product level are proposed.

Key words：water footprint; virtual water; life cycle assessment; sustainable water utilization; research progress

(收稿日期：2015-08-15編輯：彭桃英)

中圖分類號：TV 213.4

文獻標志碼：A

文章編號：1004-6933(2016)01-0135-07

作者簡介:黃晶(1987—),女,講師,博士,主要從事農業水資源可持續利用研究。E-mail: huangjing@cau.edu.cn

基金項目:四川省科技廳科技支撐項目(2015NZ0083);西南科技大學博士基金(14zx7158)

DOI：10.3880/j.issn.1004-6933.2016.01.024