具体实施方式

下面结合实施例及附图，对本发明的技术方案作进一步的详细说明。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。

基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提还可以进行若干简单的修改和润饰，所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参见图1，基于生命周期的作物生产水足迹测算方法，包括以下步骤：

步骤1：获取作物生产中与能源产品相关的生产资料的生产和消费数据，包括测算区域能源产品生产水足迹SWF[E]，测算区域能源产品生产量Prod[E]、省际净进口量I[E]_pe和国际净进口量I[E]_ce，省际和国际间交通运距l、水消耗f_w和能源消耗量f；获取作物生产中与化工业产品相关的生产资料的生产和消费数据，包括测算区域作物生产投入的化工业产品及其上游化工业产品生产的淡水消耗量DWF[I]_b、资源能源消耗量A[P]、废水排放量L，污染物排放量V_p，污染物排放标准C_max，自然本底浓度C_nat，各化工业产品及其上游产品的区域生产量、消费量和国际进出口数据；获取测算区域作物生产中与农产品相关的生产资料的水足迹数据，包括种子蓝水足迹SWF[A]_b、绿水足迹SWF[A]_gn和灰水足迹SWF[A]_grey；获取测算区域作物田间生产过程中的直接水分消耗数据，包括作物田间生产直接蓝水足迹DWF[C]_b，直接绿水足迹DWF[C]_gn和直接灰水足迹DWF[C]_grey，以及田间能源产品消耗量A[E]、化工业产品消耗量A[I]、农产品消耗量A[A]；获取测算区域作物加工产品的生产数据，包括测算区域作物加工产品的直接水消耗PWR和能源消耗A[E]，加工产品的价值系数f_v和产品系数f_p。

步骤2：根据能源产品生产水足迹和贸易数据，计算能源产品消费水足迹。作物生产过程中涉及的相关能源产品包括煤、石油、天然气和电力。消费水足迹是指该地区消费某产品的平均水足迹，即考虑在本地生产耗水、出口虚拟水和进口虚拟水后加权平均：

式(1)中：SWF[E]_cons，i为i省能源产品的消费水足迹，单位m³/t；SWF[E]_i，prod、SWF[E]_j和分别为i省、出口省份j和国外能源产品的生产水足迹，单位m³/t；Prod[E]_i、I[E]_j，pe和I[E]_ce分别为i省能源产品的产量、省际净进口量和国际净进口量，单位t；l_ij和分别指省际运距和国际运距，单位km；f_w为省际运输时单位产品运输1km消耗的水量，单位m³/km；SWF[E′]_j为省际运输中出口省份j的燃料生产水足迹，燃料为柴油或者电力，单位m³/t或m³/kWh；f为单位产品省际运输1km消耗的能源量，柴油单位t/t·km或电力单位kWh/t·km；指国际运输的燃料生产水足迹，采用柴油进行计算，单位m³/t；为国际运输中单位产品运输1km消耗的燃料量，单位t/t·km。

步骤3：测算作物生产过程中相关化工业产品生产水足迹。作物生产过程中投入的化工业产品包括氮肥、磷肥、钾肥、农药和农膜，化工业产品生产水足迹根据各产品的物料消耗清单以及污染物排放数据测算，可能涉及多个上游产品，自上而下依次进行计算：

式(2)中：SWF[I]为化工业产品生产水足迹，单位m³/t；DWF[I]和IWF[I]分别为化工业产品生产直接水足迹和间接水足迹，单位m³/t；SWF_cons，i[P]为化工业产品生产过程中第i类生产资料投入产品的消费水足迹，投入产品包括能源产品和化工业产品，单位m³/t；A_i[P]为化工业产品生产过程中第i类生产资料投入产品的消耗量，单位t/t。

根据水资源的来源不同，化工业产品水足迹可分为蓝水足迹和灰水足迹，蓝水足迹为地表水和地下水消耗量，灰水足迹为稀释水污染所需淡水量，灰水足迹的表达式如下：

式(3)中：SWF[I]_grey为化工业产品灰水足迹，单位m³/t；L为化工业产品生产过程中的废水排放量，单位m³/t；V_p为化工业产品生产过程中的污染物排放量，单位mg/L；C_max为污染物的排放标准，单位mg/L；C_nat为受纳水体的自然本底浓度，单位mg/L。

步骤4：根据区域化工业产品的生产量、消费量以及国际进出口量测算作物生产过程中投入的化工业产品及其上游产品省际间贸易量：

式(4)中：T_ij是i省运输到j省的某一产品贸易量，单位t；c_ij是单位产品从i省运输到j省的距离，单位km；f代表运输总距离，单位km；S_i是i省产品可流出量，单位t；D_j是j省的产品需流入量，单位t。

步骤5：根据作物生产过程中投入的化工业产品生产水足迹，省际和国际贸易流通数据，测算化工业产品消费水足迹：

式(5)中：SWF[I]_cons，i为i省化工业产品的消费水足迹，单位m³/t；SWF[I]_i，prod、SWF[I]_j和分别为i省、出口省份j和国外化工业产品的生产水足迹，单位m³/t；Prod[I]_i、I[I]_pe和I[I]_ce分别为i省化工业产品的产量、省际净进口量和国际净进口量，单位t；SWF[E]_cons，j为省际运输中出口省份j的燃料消费水足迹，燃料为柴油，单位m3/t；指国际运输的燃料生产水足迹，采用柴油进行计算，单位m³/t。

步骤6：测算作物生产的间接水足迹。作物生产的间接水足迹及其构成的测算需要结合作物生产过程中投入的能源产品、化工业产品和农产品三种不同类型生产资料的消费水足迹和消耗量进行测算，作物生产过程中能源产品包括柴油、电力，化工业产品包括氮肥、磷肥、钾肥、农药和农膜，农产品为种子：

IWF[C]＝IWF[C]_b+IWF[C]_gn+IWF[C]_grey (6)

IWF[C]_gn＝SWF[A]_gn×A[A] (8)

式(6)(7)(8)(9)中：IWF[C]为作物生产过程中的间接水足迹，单位m³/t；IWF[C]_b、IWF[C]_gn和IWF[C]_grey分别为作物生产间接蓝水足迹、间接绿水足迹和间接灰水足迹，单位m³/t；SWF_cons，b，i[E]和SWF_{cons，grey，，i}[E]分别为作物田间生产中投入的第i类能源产品的消费蓝水足迹和灰水足迹，单位m³/t；A_i[E]为第i类能源产品的消耗量，单位t/t；SWF_cons，b，i[I]和SWF_{cons，grey，i}[I]分别为作物田间生产中投入的第i类化工业产品的消费蓝水足迹和灰水足迹，单位m³/t；A_i[I]为第i类化工业产品的消耗量，单位t/t；SWF[A]_b、SWF[A]_gn和SWF[A]_grey分别为作物田间生产中投入的种子的蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，单位m³/t；A[A]为作物田间生产中投入的种子的消耗量，t/t。

步骤7：根据作物生产间接水足迹和直接水足迹测算作物生产水足迹及其构成；

SWF[C]＝SWF[C]_b+SWF[C]_grey+SWF[C]_gn (10)

SWF[C]_b＝DWF[C]_b+IWF[C]_b (11)

SWF[C]_gn＝DWF[C]_gn+IWF[C]_gn (12)

SWF[C]_grey＝DWF[C]_grey+IWF[C]_grey (13)

式(10)(11)(12)(13)中：SWF[C]为作物生产水足迹，单位m³/t；SWF[C]_b、SWF[C]_gn和SWF[C]_grey分别为作物生产蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，单位m³/t；DWF[C]_b、DWF[C]_gn和DWF[C]_grey分别为作物生产直接蓝水足迹、直接绿水足迹和直接灰水足迹，单位m³/t。

步骤8：测算作物加工产品的水足迹，并确定水足迹构成。作物在加工过程中为多投入多产出过程，作物加工产品生产水足迹及其构成需要结合作物生产水足迹、投入能源产品消费水足迹和加工产品的产品系数和价值系数共同决定：

SWF[C]′＝SWF[C]′_b+SWF[C]′_gn+SWF[C]′_grey (14)

式(14)(15)(16)(17)中：SWF[C]′为作物加工产品生产水足迹，单位m³/t；SWF[C]′_b、SWF[C]′_gn和SWF[C]′_grey分别为作物加工产品生产蓝水足迹、绿水足迹和灰水足迹，单位m³/t；SWF[E]_cons，b、SWF[E]_cons，gn和SWF[E]_cons，grey分别为作物加工产品生产过程中投入的能源产品的消费蓝水足迹、消费绿水足迹和消费灰水足迹，单位m³/t；A[E]为能源产品的消耗量，单位t/t；PWR为作物加工产品生产过程中的直接蓝水消耗量，单位m³/t；f_v为作物加工产品的价值比例，f_p为作物加工产品的产品比例。

本发明提供了一种基于生命周期的作物生产水足迹测算方法，在传统作物耗水量化的基础上，引入了考虑作物生命周期中生产资料投入以及产后加工过程的作物生产水足迹的测算框架，通过测算作物生产中生产资料生产水足迹，以及考虑各生产资料跨区域贸易下的虚拟水流动，区分了作物生产过程中生产资料消耗的本地耗水、省际和国际耗水，从而区分作物和作物加工产品生产水足迹及其详细组成，提高测算区域作物及其加工产品生产水足迹的测算精度，为作物生产水足迹核算和区域农业节水策略制定提供方法参考。

本发明还提供一种基于生命周期的作物生产水足迹测算系统，包括：

数据获取模块，用于获取作物生产中与能源产品相关的生产资料的生产和消费数据，获取作物生产中与化工业产品相关的生产资料的生产和消费数据，获取测算区域作物生产中与农产品相关的生产资料的水足迹数据，获取测算区域作物田间生产过程中的直接水分消耗数据，以及获取测算区域作物加工产品的生产数据；

能源产品消费水足迹计算模块，用于根据与能源产品相关的生产资料的生产和消费数据，计算能源产品消费水足迹；

化工业生产水足迹测算模块，用于测算作物生产过程中投入的化工业产品及其上游产品生产水足迹；

化工业省际间贸易量测算模块，用于测算作物生产过程中投入的化工业产品及其上游产品省际间贸易量；

化工业消费水足迹测算模块，用于根据作物生产过程中投入的化工业产品生产水足迹、省际和国际贸易流通数据，测算化工业产品消费水足迹；

作物生产间接水足迹及其构成测算模块，用于根据作物生产过程中投入的能源产品、化工业产品和农产品不同类型生产资料的水足迹和消耗量数据，测算作物生产的间接水足迹及其构成；

作物生产水足迹及其构成测算模块，用于根据作物生产间接水足迹和直接水足迹，测算作物生产水足迹及其构成；

作物加工产品水足迹及其构成测算模块，用于测算作物加工产品的水足迹并确定水足迹构成。

以上结合具体特征及其实施例对本发明进行了描述，显而易见的，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以对其进行各种修改和组合。相应地，本说明书和附图仅仅是所附权利要求所界定的本发明的示例性说明，且视为已覆盖本发明范围内的任意和所有修改、变化、组合或等同物。显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型，这些不脱离本发明的精神和范围的修改和变型也属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内。