东北师范大学硕士研究生开题报告

PAGEPAGE9硕士研究生学位论文开题报告论文题目：黑龙江垦区粮食生产水足迹研究报告人姓名：苏明涛研究方向：水资源与水环境学科专业：自然地理学年级：2010级指导教师：张郁副教授所在学院(所)：城市与环境科学学院东北师范大学研究生院制2011年10月12日填表说明与要求1.开题时，报告人应向开题报告审查小组提供一定数量与论文选题直接相关的参考文献实物，具体数量由各学科专业自行确定。

2.文献综述一般应包括与论文选题相关的国内外研究的进展、现状、问题与发展趋势等。文科不得少于5000字，理科不得少于3000字。3.参考文献格式参照学位论文。4.论文开题时间一般应不晚于入学后第三学期中。5.开题报告通过后，由学院留存并作为毕业审核材料之一。6.开题报告的格式和内容可根据学科专业特点作适当调整。7.开题报告中的字体均用宋体五号字，用A4纸打印，于左侧装订成册。一、研究问题与文献综述（研究背景与问题、相关文献综述、主要参考文献）1研究背景和选题意义1.1研究背景“水是生命之源、生产之要、生态之基”。水与人类生存环境和社会发展密切相关，随着人口的不断增长、经济社会的发展，水资源短缺日益严重，水环境进一步恶化，水资源供求矛盾日益凸显，水安全问题已成为许多国家社会经济可持续发展的重要制约因素。我国经济增长付出的资源环境代价过大，在水资源、水环境领域显得尤为突出。作为用水大户，农业用水占全国用水量的一半以上，农业生产中水资源的利用问题直接影响到粮食产量和水生态环境，是关系国家和地区粮食安全和水安全的大问题，但我们常常更多地关注灌溉用水，忽视了农业生产对土壤水的利用及化肥对水污染的影响，因此，开展农业水资源利用状况分析及利用效率评价，对水资源合理利用及管理具有十分重要的现实意义。长期以来，人们对水安全和粮食安全问题都习惯于在问题发生地或者研究的区域范围内寻求解决方案，仅对本区域内的水资源进行评价并在此基础上寻求解决水资源问题的方法，虚拟水战略从系统的角度出发分析问题，通过分析生产商品和服务所需要的虚拟水资源量（Allan，1993），为水资源管理带来了全新的视角和思路。水足迹方法（Hoekstra，2002）在虚拟水研究基础上，进一步弥补了农业生产对土壤水的利用及化肥对水资源污染的影响，较为全面地揭示人类活动对水资源的真实需求和占有量。目前，我国水资源供需紧张和水资源浪费现象并存，农业用水份额最大，其利用效率的高低和对水资源环境的危害直接关系到社会经济的可持续发展。因此，开展基于粮食生产水足迹分析研究，为科学高效地利用水资源及减轻对水资源污染从而为经济社会发展提供可持续的物质保障，具有重要的理论和实际意义。1.2选题意义我国是农业大国，同时也是水资源短缺十分严重的国家，如何高效利用农业水资源、发挥最佳的利用效益及最大限度的减轻对水生态环境的污染具有重要的实践意义。过去评价一个地区农业水资源利用水平，大多以灌溉用水量为主要指标，忽视了土壤水在农业生产中的作用及化肥对水资源污染的影响。为弥补这一方法缺陷，Hoekstra借鉴WilliamRees的“生态足迹”(EcologicalFootprint)理论，以虚拟水为基础，将实体水与虚拟形态的水联系起来，进一步提出了水足迹（waterfootprints，2002）概念，大大拓宽了水资源评价体系的内涵和外延，并通过对蓝水、绿水和灰水指标的划分，较为真实地反映人们在生产和生活中对水资源的实际需求和占有。近年来，随着对消费视角的水足迹研究越来越深入，人们对水足迹的认识也越来越全面，它不但可以反映基于消费视角的水资源消耗和占有量，也可以用生产某产品所消耗和占用的水资源量反映生产视角的生产水足迹。当前，国内外对消费水足迹研究很多，对产品的生产水足迹研究较少，关于农作物生产水足迹的研究只是在2010年以来才陆续见到有关成果，在国内，仅有华北地区小麦、玉米以及湖南的水稻、南疆的棉花生产水足迹研究。东北地区是国家重要的粮食主产区，在保障国家粮食安全中担负着重要的增产任务。但东北地区水资源条件也不尽如人意，时空分布不均、利用效率低下、水生态环境恶化等问题十分普遍，因此，开展东北地区生产水足迹研究，对于合理利用水资源、提高用水效率分析、科学规划粮食生产布局及改善生态环境问题，有着十分重要的意义。黑龙江垦区是东北粮食产区的重要生产基地，2009年，土地面积总计553.5万hm2，占全省土地总面积的12.2%，其中耕地面积达265.0万hm2，人均耕地占有量1.59hm2，是全省人均耕地占有量的5倍，是全国人均耕地占有量的15倍，产出粮食总量占黑龙江省粮食总产量的39.11%，占国家粮食生产量的3.13%，2001—2008年平均粮食商品率高达87.42%，2007年和2008年达到90%以上，是我国重要商品粮基地、粮食战略后备基地和全国最大的绿色、有机、无公害食品基地。从其农业生产条件来看，垦区位居世界仅有的三大黑土带之一，适合水稻、玉米、大豆、小麦等粮食作物生产。垦区地势平坦、土质肥沃，具有蓄水能力强、土壤水库效应优势明显的特点，尤其是耕地集中连片，机械化程度高，便于规模经营，是全国规模最大、机械化程度最高的商品粮基地。但其水资源时空分布不均匀，供用水结构不合理，加上近年来连续干旱，缺水现象很严重，水资源已成为垦区经济社会发展的重要制约因素之一。为此，研究其粮食生产水足迹，对保障国家粮食安全具有重要的现实意义。2相关文献综述为了解决粮食安全和水安全的矛盾，有效缓解水资源短缺的问题，国内外专家和学者相继提出虚拟水、水足迹等新的理论及方法，并开展了理论研究和实证研究。作者阅读了大量文献并对相关研究进行梳理和总结。2.1国外相关研究2.1.1虚拟水早在20世纪80年代中期，以色列经济学家Fishlson在评价以色列农业时指出，对于缺水比较严重的以色列来说出口大量水资源密集型的农作物是不可持续的[1]，在水资源商品化与水资源配置全球化的背景下，1993年，英国教授TonyAllan首次提出了虚拟水的概念，将其定义为生产农产品所需要的水资源量[2]。虚拟水概念提出的初衷是为了指出贫水国家和地区可以通过水资源密集型的农产品贸易来减少水赤字，而且这一概念最初仅限于农产品的生产范围，Hoekstra对虚拟水概念作了进一步的拓展，将其定义为生产商品和服务所需要的水资源量[3]，之后才逐渐将其扩展到生产非农产品所需要的水资源量。自从虚拟水的概念被提出以来，有关虚拟水概念与内涵的研究不断涌现[4,5]。A﹒K﹒Chapagain等[6]将虚拟水分为蓝虚拟水、绿虚拟水和稀释虚拟水。研究对虚拟水的不断细化,不但使得虚拟水的概念更加丰富,而且将研究方向从水量的多少扩展到水质的优劣,从水资源一个方面的研究扩展到对环境和生态的保护范围。随着虚拟水研究的日益深入，Allan又界定了虚拟水贸易的含义，指缺水国家或地区为了实现其粮食安全和水资源安全，通过贸易的方式从富水国家和地区购买水密集产品来缓解本国或本地区的水资源压力，并特别针对那些水资源不足和外贸欠缺的国家，阐述了虚拟水贸易的必然性[5]。由于粮食中虚拟水含量较高,因此很多学者将粮食安全与虚拟水贸易联系起来[7,8,9]，其中，以色列、南非、法国和埃及都已经对贸易中的虚拟水流动取得了相应的研究成果[10,11,12]；Wichelns[13]进一步分析了水资源机会成本的作用,利用经济模型讨论了虚拟水在保证食品安全和水资源安全中的作用；在研究影响虚拟水的因素过程中，M.DineshKumar和O.P.Sign[14]发现驱动虚拟水流动的一个重要因素是耕地面积，虚拟水总是从水资源短缺但耕地丰富的国家或地区流入到水资源丰富但耕地短缺的国家或地区，Hofwegen认为，应将虚拟水战略作为政策的一部分加以研究[15]，同时还要考虑虚拟水贸易和当地社会、经济及环境等之间的相互影响。总之虚拟水从问题之外的角度探究影响它的相关因素以及提出本区水资源短缺问题的解决策略。2.1.2在虚拟水研究的基础上，借鉴WilliamRees提出的“生态足迹”理论[16]，Hoekstra在2002年进一步提出了“水足迹”概念[17]用以描述人类消费对水资源系统的影响,内容涵盖了蓝水、绿水和灰水，是对传统水资源评价体系的内涵和外延的拓宽。国外的研究主要集中于对区域或特定产品的水足迹，做了具体的计算和分析，且方法日渐完善。在对影响水足迹大小的因素分析研究中，除气候、水资源利用水平等因素外，不同消费模式对水足迹大小也有重要的影响，如美国人均水足迹高的部分原因就是其较高的肉类消费和工业产品消费[18]，Chapagain和Hoekstra对饮茶和喝咖啡两种不同的生活习惯的水足迹大小进行了对比研究[19,20]，人的消费方式和生活习惯对水足迹的影响同样非常显著。水足迹基于不同的理解可以表示消费水足迹，也可以表示生产水足迹，但以往多是集中在人类对水资源的消费情况的研究，即消费水足迹，而对产品的生产水足迹研究的比较少。2009年Ridoutt等研究表明，农产品的水足迹主要是由其农田生产阶段决定（95％以上），自此生产水足迹的研究才渐渐开始且发展迅速。如：AldayaandLlamas和ChapagainandHoekstra关于粮食生产虚拟水的计算方法[21,22]。针对雨养农业和粮食安全的问题，Falkenmark于1993年首次提出来蓝水和绿水概念[23]。传统意义上的水资源评价只包括蓝水，对于生态系统和雨养农业至关重要的绿水并没有包含在评价之列，绿水概念的提出进一步拓宽了水资源的范畴，引起了专家学者的广泛关注并开展了多方面的理论探讨与实证研究[24,25,26]。2002年底，Hoekstra进一步提出了测度水资源消耗的蓝水足迹、绿水足迹指标。根据Hoekstra的研究[27]，在作物生产过程中所需的水主要有三种类型：蓝水、绿水、灰水，在作物的生长过程中，由于肥料的施用势必会造成水质污染的现象，为使水质达到安全标准，用于消纳和稀释产品生产过程中产生的各种所排放的污染物所需的水资源量被称为灰水，据此，作物生产水足迹可分为绿水、蓝水和灰水足迹。2010年底，反应稀释各种营养元素所需水资源量的灰水足迹测度方法得到统一和规范，从而为农业生产中化肥所导致污染的量化分析提供了极大方便。随着水资源特别是农业用水的供需矛盾日益严重化，如何合理高效的利用水资源和减少农业水资源污染两方面进行努力，实现生态环境保护和水资源的可持续利用，成为各国政府和相关研究部门所关注的焦点问题。本研究指出了生产水足迹大小的一些影响因素，如有效降水量、作物类型、节水灌溉面积等，深入挖掘这些因素是如何影响生产水足迹的，展开了进一步的研究。2.2国内研究现状2.2.1虚拟水虚拟水及其相应的理念在我国还是个较新的科学前沿，“虚拟水”概念一经被引入国内，就得到了国内专家学者的高度重视和关注，尤其是在粮食安全和水资源安全战略性问题的研究领域得到了应用，普遍认为虚拟水是一种解决水资源安全的新途径。程国栋院士[28]首先量化了2000年西北各省（区）虚拟水消费总量，认为虚拟水概念为中国水资源安全战略提供了新思路，并探讨了实施虚拟水对策的政策建议。此后，钟华平，柯兵等分别介绍了虚拟水对水资源安全、农业生产和粮食安全、水资源管理的重要意义[29,30,31]。柳长顺等[32]通过国家市场外汇能力和对农民所产生的影响这3个方面进行了分析，研究了未来中国实行虚拟水贸易的可行性，马静等通过对各区域农产品的生产和消费能力分析，计算了我国南北方及各区域间虚拟水流量[33]，龙爱华等人以甘肃和西北四省区为例，较为完整地归纳了农产品以及动物产品虚拟水的计算方法，将其理论应用到实践中，并对与水资源相关的管理政策制定进行了探讨[34]。曹建廷等对农畜产品的虚拟水含量的计算方法进行了研究[35]，并揭示了虚拟水对于制定水资源政策方面的作用。总之，虚拟水的研究在我国尚不完善，和国外的研究相比，还有待进一步的提高和拓深。目前仅在农产品虚拟水方面进行了量化研究，相比之下，畜产品和工业品的虚拟水的研究还尚未成熟，虽然研究范围比较广泛，但是更深入、更系统的虚拟水研究还有待进一步开展。2.2.2水足迹自从水足迹的概念被提出之后，在国内，龙爱华、徐中民等首次引进虚拟水概念计算了2000年西北四省的水足迹[36]，并且龙爱华等人探讨了人口、技术、消费模式等因素对水足迹的影响[37,38,39]。从区域水足迹研究来看，不同地区的水足迹差异较大，马静等[40]对我国南方和北方的水足迹进行了分析，并对北方高于南方的人均水足迹的主要原因做了探讨；邓晓军等从国家尺度分析了产生高水足迹的原因，为科学利用水资源提供了有益的决策依据，王新华等[41]引入水足迹的概念并计算了全国各省2000年的人均水足迹，探讨了降低水足迹、缓解水资源短缺压力的途径。国内有些学者将生态环境用水包括在人类的水足迹中[42]，李晓丽[43]，陈秀端[44]，王芳等[45]分别开展了基于生态需水的区域水足迹研究，提出合理量化生态环境需水是水资源优化配置亟待解决的问题，强调了提高水资源利用效率的重要性。以虚拟水消费为基础的水足迹能更真实地衡量社会经济系统对水资源的消费利用状况，在龙爱华等人近年来开展了区域的虚拟水消费研究之后，狄乾斌[46]，赵红飞[47]，覃德华[48]分别对各自的区域进行了基于虚拟水的水足迹计算和评价，为水资源综合管理和科学利用提供决策依据和参考。我国与国际上水足迹研究进程相似，继国家和区域水资源消费评价之后，转向特定产品的生产水足迹，这一领域的探索刚刚开始，特别是在农业生产水足迹方面，仅有邓晓军（2009），盖立强（2010），何浩（2010）对棉花、小麦、玉米及水稻的生产水足迹进行了实证研究[49,50,51]，其内涵包括了蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，取得了一定的成果，但是国内学者对单一产品的灰水足迹研究还比较少，同国外有很大差距。东北地区主要农作物的生产水足迹研究未见报道，在此基础上开展黑龙江垦区粮食生产水足迹，对指导粮食主产区的农业产业结构具有十分重要的作用。综上所述，从目前研究来看，围绕粮食生产水足迹的研究还存在的问题：随着粮食生产的蓝水、绿水研究不断深入，关于灰水的研究刚刚开始，反映粮食生产中化肥所需水资源量的灰水足迹测度方法需要深一步研究。生产水足迹的研究不够。首先，影响生产水足迹的因素都不是单一的，而是诸多因素共同作用的，我们应该综合考虑和分析诸多因素对生产水足迹的影响，减少其与实际需求量的差距，使水资源管理的研究更具现实意义。其次，降低生产水足迹的方法途径还不完善。生产水足迹尤其是灰水足迹的提出，通过推广行走式节水灌溉技术，实时追踪，评价其灰水足迹，指导农业生产中化肥的合理利用，提供更加科学的分析依据和经验。3主要参考文献：[1]FishelsonG.TheallocationofthemarginalvalueproductofwaterIsraeliagriculture[A].WaterandPeaceintheMiddleEast[C].Amsterdam,ElsevierScienceBV,1994.427-440[2]AllanJA(2001).virtualwater:alongtermsolutionforwatershortMiddleEasterneconomies?[EB/OL]http://www.soas.ac.uk/Geography/WaterIssues/OccasionalPapers/home.html,2005-03-12[3]Hoekstra,A.Y.perspectivesonwater:AModel-basedExplorationoftheFuture[M].InternationalBOOKS,Utrecht,TheNetherlands,1998[4]QadirM,BoersThM,SchubertS,GhafoorA,MurtazaM.Agriculturalwatermanagementinwater-starvedcountries:challengesandopportunities[J].AgriculturalWaterManagement,2003,(62):165-185[5]AllanJA.AConvenientSolution[J].TheUNESCOCourier,1999,52(2):29-31.[6]ChapagainAK,HoekstraAY,SavenijeHG,GautamR.Thewaterfootprintofcottonconsumption:Anassessmentoftheimpactofworldwideconsumptionofcottonproductsonthewaterresourcesinthecottonproducingcountries[J].EcologicalEconomics,2006,(60):186-203[7]AllanJA.Overallperspectivesoncountriesandregions.InRogersP,LydonP.edits.Waterinthearabworld:perspectivesandprognoses[M].Massachusetts:Harvard[8]OkiT,SatoM,A.Kawamura.VirtualwatertradetoJapanandintheworld[A].VirtualWaterTrade：ProceedingsoftheInternationalExpertMeetingonVirtualWaterTrade[C].IHEDelft.2003:22l-238[9]柯兵,柳文华,段光明,严岩,邓红兵,赵景柱.虚拟水在解决农业生产和粮食安全问题中的作用研究[J].环境科学,2004,25(2):32-36[10]FAO,1997.WaterresourceoftheNearEastregion:areview.38[11]Yegnes.A.VirtualwaterexportfromIsrael:Quantities,drivingforcesandconsequences.M.Sc.thesisDEW166,IHEDelft,theNetherlands.28.Earle,A.(2001).TheroleofvirtualwaterinfoodsecurityinSouthernAfrica,OccasionalPaperNo.33,SOAS,University[12]Earle,A(2001).TheroleofvirtualwaterinfoodsecurityinSouthernAfrica,OccasionalPaperNo.33,SOAS,UniversityofLondon[13]WichelnsDennis.Thepolicyrelevanceofvirtualwatercanbeenhancedbyconsideringcomparativeadvantages[J].AgriculturalWaterManagement,2004,(66):49-63[14]DineshKumarM,SignOP.Virtualwateringlobalfoodandwaterpolicymaking:isthereaneedforrethinking?[J].WaterResourcesManagement,2005,(19):759-789[15]Paulvanhofwegen.VirtualWater:ConsciousChoice[N].StockholmWaterFront,2003-06-12(2)[16]Wakemagel,M.andW.Rees.OurEcologicalFootprint:ReducingHumanImpactontheEarth[M].GabriolaIsland,[17]Hoekstra,A.Y.andP.Q.Hung.Virtualwatertrade:Aquantificationofvirtualwaterflowsbetweennationsinrelationtointernationalcroptrade[A].ValueofWaterResearchReportSeriesNo.11[C].Netherlands,Delft:UNESCO-IHEInstituteforWaterEducation,2003[18]Chapagain,A.K.andHoekstra,A.Y.Waterfootprintsofnations[A].ValueofWaterResearchReportSeriesNo.16[C].Netherlands,Delft:UNESCO-IHEInstituteforWaterEducation,2004[19]Chapagain,A.K.andHoekstra,A.Y.ThewaterneededtohavetheDutchdrinkcoffee[A].ValueofWaterResearchReportSeriesNo.14[C].Netherlands,Delft:UNESCO-IHEInstituteforWaterEducation,2003[20]Chapagain,A.K.andHoekstra,A.Y.Thewaterneededtohavethedutchdrinktea[A].ValueofWaterResearchReportSeriesNo·15[C].Netherlands,Delft:UNESCO-IHEInstituteforWaterEducation,2003[21]Aldaya,M.M.&Llamas,M.R.(2008)WaterfootprintanalysisfortheGuadianariverbasin[M].ValueofWaterResearchReportSeriesNo.35,UNESCO-IHE,delft,theNetherlands,/Reports/Report35-WaterFootprint-Guadiana.pdf[22]Chapagain,A.k,Hoestra,A.Y.(2010)THEgreen,blueandgreywaterfootprintofricefrombothaproductionandconsumptionprespective[M].ValueofWaterResearchSeriesN0.40,UNESCO-IHE,Delft,theNetherlands,/Reports/Report40-WaterfootprintRice.pdf[23]FalkenmarkM.Land-waterlinkages:Asynopsis[C]//LandandWaterIntegrationandRiverBasinManagement:ProceedingsofanFAOinformalworkshop.FoodandAgricultureOrganizationoftheUnitedNations,1995(1):15-16[24]GrahamJ.Integratingblueandgreenwaterflowsforwaterresourcesmanagementandplanning[J].PhysicsandChemistryoftheEarth,2006,31(15-16):753-762[25]MonirehF,KarimCA,RainerS,etal.ModellingblueandgreenwaterresourcesavailabilityinIran[J].HydrologicalProcesses,2009,23(3):486-501[26]AllanJA.Virtualwater:AlongtermsolutionforwatershortMiddleEasterneconomics?[R].1997BritishAssociationFestivalofScience,WaterandDevelopmentSession.Universityof[27]Chapagain[28]程国栋.虚拟水—中国水资源安全战略的新思路[J].中国科学院院刊，2003（4）：260-265[29]钟华平,耿雷华.虚拟水与水安全[J].中国水利,2004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