2023年 第28卷 第9期
《工程（英文）》 >> 2023年 第28卷 第9期 doi: 10.1016/j.eng.2023.03.012
多尺度作物种植结构优化及其伴生效应分析
a Center for Agricultural Water Research in China, China Agricultural University, Beijing 100083, China
b State Key Laboratory of Efficient Utilization of Agricultural Water Resources, Beijing 100083, China
c National Field Scientific Observation and Research Station on Efficient Water Use of Oasis Agriculture in Wuwei of Gansu Province, Wuwei 733000, China
d Key Laboratory of Agricultural Water Saving of the Ministry of Water Resources, Beijing 100083, China
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摘要
在农业可持续发展理念的推动下，作物种植结构优化已成为减少区域作物耗水、保障粮食安全和保护生态环境的有效措施。然而，传统的作物种植结构优化（CPSO）往往忽视了对区域粮食供需关系和省际间粮食贸易结构的影响。本研究运用系统分析的思想，以虚拟水贸易为衔接点，提出了一个基于多尺度、全方位评价指标体系的CPSO理论框架，并加以应用。构建了SWAT-WF的水足迹模拟模块，以模拟区域作物生产的水足迹（WF）数量与组分。建立了以最大化区域经济水生产力（EWP）、最小化蓝水依赖度（BWFrate）和最小化灰水足迹（GWFgray）为目标的多目标空间CPSO模型，以实现区域种植结构的最优种植布局。结合多层次效益指标，构建了基于地区、省份和国家尺度的全面评价指标体系。通过熵权-TOPSIS综合评价模型，实现多种CPSO方案的优选。以中国甘肃省内的黑河流域中上游地区为研究案例，验证本文提出的理论框架，结合虚拟水贸易与系统分析理论为黑河流域确定了最优作物种植结构。优化结果以牺牲一定程度经济效益为代价，显著提高了区域水资源效益和生态效益。
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