虚拟水转移和水利用效率对非洲旱地粮食安全的影响
文献类型：学位论文
| 作者 | Hubert HIRWA |
| 答辩日期 | 2022-12 |
| 文献子类 | 学术型学位 |
| 授予单位 | 中国科学院大学 |
| 授予地点 | 中国科学院地理科学与资源研究所 |
| 导师 | 李发东 |
| 关键词 | 虚拟水贸易 水利用效率 非洲干旱区 粮食安全 相互作用关系 可持续性 |
| 学位名称 | 博士 |
| 学位专业 | 生态学 |
| 英文摘要 | 气候变化、人口增长、粮食需求以及不同用水者之间的竞争增加了水资源的使用压力。水资源短缺的规模、频率和复杂性预计也将增加。然而，非洲干旱区国家在确保其人口的粮食安全方面面临独特的挑战。通过水–食物关系追踪虚拟水过程可有助于提高水管理实践的透明度。 本研究的主要目的是评估虚拟水（VW）转移和水利用效率对东非干旱区粮食安全的影响。为了实现主要目标，本研究旨在: 1) 从方法、技术进步、挑战和未来机遇方面探索非洲气候-干旱-粮食（CDF）的联系；2) 评估气候变化和虚拟水对大非洲之角（GHA）水-能源-粮食-生物多样性–健康（WEFBH）关系的重要性；3) 评估非洲次区域及其合作伙伴主要粮食的变化和平衡贸易、虚拟水贸易、水资源短缺、水资源依赖、水资源自给自足程度和水资源节约及损失；4) 从社会–生态水文角度评价非洲内陆发展中国家的粮食虚拟水通量的动态模式和驱动要素；5) 研究尼罗河流域国家水资源占比和节水潜力，由此建立量化东非地区水分利用效率潜力和作物水分利用效率的综合技术。 研究回溯相关文献并评估了CDF系统之间的复杂反馈关系。结果表明，气候变化、干旱区变化与粮食安全之间存在着密切的联系，并形成了一种关联关系（nexus）。针对干旱区变化和粮食安全的技术创新和实践在非洲都非常罕见。同时，对WEFBH关系中的虚拟水流通研究不足。研究选择东非的大非洲之角地区作为第一个研究案例（即热点地区），从虚拟水的新概念和气候变化的视角分析WEFBH关系。WEFBH的关系是由用水、能源生产、粮食系统、环境和人类健康系统之间的多方面复杂和相互联系形成。结果显示，WEFBH的综合关系指数从0.10 到0.14不等。在案例研究中，人们为促进自然资源的可持续利用做了大量的努力。本研究迫切呼吁所有私营与机构重视日常生产过程中的虚拟水使用量，并重新制定有效的政策。 为了全面了解非洲主要粮食的虚拟水贸易（VWT）总体现状，研究设计了一项2000-2020年非洲五个行政次区域内的虚拟水贸易、水资源短缺、水资源依存度、水资源自给自足能力和节水及损失的研究。在研究期间，非洲整体虚拟水净进口量（NVWI）呈动态增长趋势，并将在未来继续上升。调查结果显示，非洲的整体平均贸易逆差增加到1.3642亿吨，和非洲从粮食衍生产品进口中进口了413350.7 亿m3虚拟水。绿水贡献了总虚拟水进口的79.33%。东非国家水资源短缺值大于100，表明过度开采的存在。此外，在研究期间，非洲总的水资源依赖（WD）为465.5%。非洲与全球其他地区之间的主要粮食贸易对应的全球水量损失为28207亿m3/年。鉴于水资源短缺局势日益紧张，一些非洲国家需要立即修订国际粮食贸易和水资源保护政策，以促进进一步的生态系统平衡。本研究表明，决策者应考虑虚拟水流量和水资源节约/损失，以提高用水效率（WUE）和公平贸易，从而提高非洲的粮食产量。 非洲内陆发展中国家是同时面临粮食危机升级和社会经济快速发展的地区。本研究从社会-生态-水文的角度对非洲内陆国家的粮食虚拟水流量动态和驱动因素进行了分析。使用贸易引力模型评估了2000-2020年期间驱动因素的统计意义，使用脉冲响应函数研究了与社会生态水文变异性相对应的虚拟水流量的反馈路径。研究结果表明，在所有16个非洲内陆发展中国家中，2000-2020年期间，无偿供水量从1.67 Bm3到10.28 Bm3不等，年平均粮食无偿供水量为105.61 Bm3。绿水、蓝水和灰水分别占粮食水流量总量的79.3%、14.7%和5.98%。虚拟水通量主要受社会经济因素而非生态因素的影响。人口增长和人均GDP对粮食虚拟水进口有显著的正驱动作用。本研究的创新之处是为评估非洲谷物虚拟水流动模式和驱动因素提供了新的综合框架，弥补了生态水力团结方法的不足，可在全球范围内复制。决策者应从多学科的角度将合理的虚拟水战略和社会生态水文因素纳入监测系统。 为了评估东非尼罗河流域国家的用水效率，研究进行了完整的水量核算（WA）和作物水分生产力（CWP）分析。该研究旨在评估2000-2020年期间水文气象因素对WA、CWP和WUE变化的贡献。在这项研究工作中，利用Mann-Kendall（MK）统计检验和Sen斜率估计来观察气候因素的趋势。使用AquaCrop模型以模拟作物产量对水分平衡的响应，以及基于作物生理和土壤水分的消耗。气候性缺水（P−Ta）的平均值为71.03±0.01 km3（2012年）和37.03±0.36 km3（2019年），2050年预计将继续增加至494.57±0.08 km3。CWP与主要作物（即玉米、水稻、大豆、高粱和小麦）的产量呈正相关。结果表明，由于频发的炎热和干燥条件以及取水增加的耦合影响，流域水预算是不平衡的，这是缺水或用水压力的表现。CWP和WUE以不同的变化模式增加。根据本研究的结果，改善CWP和WUE应依靠先进的节水新技术和改进的农业实践。 总而言之，本研究推动了非洲水资源综合管理学科的发展。首先，研究探索了有关气候变化对旱地变化和粮食安全影响的相关文献，从技术进步、挑战和机遇方面建立了气候-旱地-粮食安全（CDF）关系框架。其次，从虚拟水概念和气候变化方面设计了WEFBH关系的一般和结构框架。在非洲54个国家及其合作伙伴中，研究首次从缺水、水依赖性、水损失和节约的角度对主要粮食的虚拟水贸易进行了新的全面评估。这项研究是一项重要的尝试，通过考虑限制性和竞争性的社会-生态水文因素，评估非洲内陆发展中国家的国际粮食虚拟水贸易的驱动因素和流通模式。此外，研究也揭示了大型流域（尼罗河流域）中对水文气象因素对水资源占比和水利用效率变化的贡献。最后，这项研究为增加缺水地区的粮食产量并提高水利用效率和用水量提供了有效的工具和机遇。研究提供的框架可以用来减少进口对东非地区水资源短缺的影响。它也有望为进一步发展旱地生态系统管理、高效和可持续利用水资源管理决策和政策的科学制定提供思路和参考。 |
| 语种 | 英语 |
| 页码 | 286 |
| 源URL | [http://ir.igsnrr.ac.cn/handle/311030/199888]  |
| 专题 | 地理科学与资源研究所_研究生部 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | Hubert HIRWA. 虚拟水转移和水利用效率对非洲旱地粮食安全的影响[D]. 中国科学院地理科学与资源研究所. 中国科学院大学. 2022. |
入库方式： OAI收割
来源：地理科学与资源研究所
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