评估气候变化背景下橄榄园的长期水足迹（意大利普利亚地区）

《Agricultural Water Management》：Assessing the long-term water footprint of olive grove under changing climate (Apulia, Italy)

气候变化对意大利卢科内流域橄榄油种植水足迹的影响分析，采用SWAT+模型结合CMCC和MPI气候数据，模拟不同CO?浓度和灌溉情景下水足迹（WFg,b）及产量变化，发现温度升高和降水减少导致产量下降17%，需增加灌溉135%以维持基准产量，显著提高水足迹。

　　随着全球气候变化（CC）的加剧，水资源的供需平衡正在受到越来越多的关注。特别是在地中海地区，由于气候条件的变化，水资源的可用性面临严峻挑战。本文旨在探讨气候变化对橄榄种植这一典型作物的影响，特别是在意大利巴里附近的Locone流域，一个具有有限数据和临时河流系统的特点的区域。通过引入水足迹（WF）的概念，研究者试图评估橄榄种植在不同气候条件下的水消耗情况，为未来的农业水资源管理提供科学依据。

### 气候变化对水资源的影响

全球变暖和降水模式的变化是气候变化的主要特征。在地中海地区，这些变化表现得尤为明显。过去几十年里，地中海地区的年平均降水量呈现下降趋势，同时气温普遍上升。这种趋势预计将在未来几十年内继续。例如，CMCC-CM-COSMO-CLM和MPI-ESM1–2-LR两种气候模型预测，到2040–2049年，Locone流域的温度将上升约1.12°C，而降水量将减少约17%。这种变化对水循环的多个方面都会产生影响，包括蒸发量、径流量以及地下水的补给。同时，气候变化还会导致极端天气事件的频率和强度增加，这将对农业用水需求和水资源管理提出更高要求。

### 水足迹评估方法

水足迹是一种用于量化产品或服务在生产过程中所消耗的水资源总量的指标。它通常分为绿色水足迹（WF_green）、蓝色水足迹（WF_blue）和灰色水足迹（WF_gray）。绿色水足迹指的是作物生长过程中通过降雨吸收并蒸发或蒸腾的水量；蓝色水足迹则是指用于灌溉的淡水消耗；而灰色水足迹则与污染物的稀释有关，用于维持水体的环境质量标准。在本研究中，由于缺乏关于水体质量的数据，灰色水足迹未被考虑在内，但气候变化对水体质量的影响仍可能间接影响橄榄种植的水资源消耗。

为了评估橄榄种植的水足迹，研究者采用了SWAT+模型，这是一种用于模拟水文过程和评估水资源使用的工具。SWAT+模型能够模拟不同气候条件下的作物产量和水足迹，包括绿色和蓝色水足迹。通过将模型输出与实际数据进行对比，研究者验证了模型的准确性，并对其进行了必要的校准和偏差修正，以确保预测结果更加贴近现实情况。

### 模型校准与偏差修正

在进行水足迹评估之前，研究者对SWAT+模型进行了校准和验证。校准过程涉及调整多个参数，以提高模型对水文过程的模拟精度。例如，通过调整土壤蒸发补偿系数（ESCO.hru）、渗透系数（PERCO.hru）和土壤水分因子（CN3_SFW.hru）等参数，研究者提高了模型对降水和温度变化的响应能力。此外，为了减少模型预测中的偏差，研究者采用了统计方法对气候模型的输出数据进行了修正。例如，通过比值法修正降水量，以及通过分位数映射法（QM）修正温度数据，以确保模型能够更准确地反映实际的气候条件。

模型校准的结果显示，SWAT+在模拟流量方面表现良好，特别是在低流量条件下的表现较为理想。然而，由于观测数据的不完整和误差，模型在模拟高峰流量时存在一定的不足。这种现象在地中海流域尤为常见，因为降水具有高度的空间和时间变异性，且局部的极端天气事件难以准确预测。因此，研究者特别关注了低流量的模拟，并采用了SWATplusR包（R环境）来优化模型在低流量条件下的表现。

### 水足迹的模拟结果

在基线期（2000–2009年），橄榄种植的绿色水足迹为831立方米/吨，蓝色水足迹为116立方米/吨。这意味着每生产一吨橄榄，平均需要831立方米的降雨量和116立方米的灌溉用水。然而，随着气候变化的影响，预计到2040–2049年，橄榄产量将减少约17%，而绿色和蓝色水足迹的总和（WF_g,b）将增加18%。这种变化主要是由于降水量减少和气温上升，导致作物生长所需的水资源需求增加。

为了分析气候变化对橄榄产量和水足迹的具体影响，研究者设计了五个不同的情景。其中，情景SC1代表没有CO?浓度变化的情况，仅考虑温度上升和降水减少的影响。情景SC2和SC3分别考虑了CO?浓度上升至450 ppm和500 ppm的情况，而情景SC4和SC5则考虑了灌溉量的增加。结果表明，即使在CO?浓度上升的情况下，橄榄产量仍无法完全恢复到基线水平，因此需要增加灌溉量以维持当前的产量水平。这种增加的灌溉量将导致水足迹的显著上升，尤其是在未来情景中，绿色和蓝色水足迹的总和可能增加18%。

### 气候变化对橄榄产量的影响

橄榄是一种重要的经济作物，尤其在地中海地区。然而，气候变化可能会对橄榄的产量产生负面影响。在研究中，两种气候模型（CMCC和MPI）的预测结果表明，未来几十年内，橄榄产量可能会减少17%。这一结果与以往的研究一致，表明气候变化对农业产量的影响是显著的。尽管CO?浓度的增加可能通过促进光合作用和提高水利用效率来部分抵消这种影响，但其效果不足以维持基线产量。因此，橄榄种植者可能需要采取额外的措施，如增加灌溉量，以应对气候变化带来的挑战。

### 水资源管理的挑战与对策

在气候变化的背景下，农业水资源管理面临诸多挑战。首先，降水减少可能导致灌溉需求增加，而水资源的供应可能无法满足这一需求。其次，温度上升可能加剧蒸发作用，进一步增加作物对水的需求。此外，气候变化还可能影响土壤水分的储存和地下水的补给，从而改变整个水循环的过程。

为了应对这些挑战，研究者建议采取一系列措施。首先，应推广节水型农业技术，如滴灌系统，以提高水资源的利用效率。其次，应加强对水资源的监测和管理，特别是在数据有限的地区，需要更多的研究和数据收集工作。此外，应考虑利用处理后的废水作为灌溉水源，以减少对自然水源的依赖。同时，农业政策制定者需要制定更具前瞻性的水资源管理策略，以确保未来农业生产的可持续性。

### 研究的意义与局限性

本研究不仅为橄榄种植的水资源管理提供了科学依据，也为其他农业作物的水足迹评估提供了参考。通过分析不同情景下的水足迹变化，研究者揭示了气候变化对农业水资源需求的潜在影响，并强调了制定适应性策略的重要性。然而，研究也存在一些局限性。例如，仅使用了两种气候模型进行预测，这可能无法全面反映气候不确定性。此外，研究未考虑极端天气事件和病虫害变化对橄榄产量的潜在影响，这可能导致水足迹评估结果存在偏差。因此，未来的研究需要进一步考虑这些因素，以提高预测的准确性。

### 结论

总体而言，本研究揭示了气候变化对橄榄种植的水资源消耗和产量的双重影响。在未来的气候条件下，橄榄种植可能需要更多的水资源来维持当前的产量水平，这将对农业水资源管理提出更高的要求。因此，政策制定者和农业从业者需要采取积极措施，如优化灌溉系统、推广节水技术以及加强水资源监测，以应对气候变化带来的挑战。同时，研究者也强调了水足迹评估在农业可持续发展中的重要性，并建议未来的研究进一步探索气候变化对其他作物和地区的水资源影响，以制定更加全面的水资源管理策略。