基于农业节水的干旱区绿洲可持续发展研究——以渭干河流域为例

建立节水型社会是中国的一项基本政策,也是解决渭干河流域水资源可持续利用问题的战略选择。渭干河流域是典型的灌溉农业区,农业灌溉大部分仍采用粗放型的土渠输水、大水漫灌方式,水资源流失严重,灌溉定额偏高,渠系入渗量高达14.01亿m3,农业节水潜力很大。在现有水量不可能增加的情况下,调整农业内部种植结构,发展节水农业是解决区域水资源短缺的有力措施。通过对2015年和2020年工业、城市化和生态用水进行预测,确定农田灌溉可用水量。选取渭干河流域9种种植面积最大的农作物,参考作物蒸散量及作物系数,得出各类农作物的实际需水量,并与现有灌溉量比较,发现现有灌溉量远大于作物的实际需水量,通过节水灌溉和水渠改造,可节约用水10.59亿m3。而且研究区的粮食种植面积亦远大于需求,即使未来10年不再扩大粮食种植面积,也比需求面积多出近2万hm2,如根据实际需求去调整,可节约1.05亿m3的水量,能极大缓解水资源紧缺的局面,将灌溉量控制在可用水量范围内,为加快城市化和工业化进程,保护区域生态提供充足的水资源保证。     

2000-2015年三江平原主要作物需水量征及影响因素分析

全生育期内作物需水量的研究是农业水资源有效利用和进行合理灌溉的重要依据。基于三江平原22个气象站点2000—2015年逐日气象观测资料及中国区域地面气象要素数据集，利用国际粮农组织 （FAO）Penman-Monteith模型和分段单值平均作物系数法，分别对三江平原水稻、玉米和大豆的作物需水量进行计算，分析作物需水量年际变化特征，采用通径分析法研究作物需水量的变化成因。结果表明：（1）三江平原16 a来年均参考作物蒸散量为537.4 mm，日均为 3.5 mm，呈波动减少趋势。（2）生长季内，水稻在分蘖期需水量最大，为177.1 mm，玉米在七叶期需水量最大，为99.7 mm，大豆在结荚期需水量最大，为96.1 mm；水稻、玉米和大豆的净灌溉需水量分别为195.4 mm、130.8 mm和72.2 mm，对灌溉的依赖程度水稻>玉米>大豆。（3）由通径分析结果可知，三江平原作物需水量的主要影响因素为净辐射、气温和日照时数。     

人工牧草需水量的模拟计算及其有效性检验

 较高精度的模拟计算作物需水量对制定节水高效灌溉制度、灌溉排水规划和水资源合理配置至关重要。目前模拟计算作物需水量的主要方法有FAO-56双作物系数法、双涌源能量守恒模型、根系层水量平衡模型和SWAP模型。任何方法计算的作物需水量用于生产实践时,都应进行模拟结果的有效性检验。基于灌溉试验数据,应用联合国粮农组织推荐的FAO-56双作物系数法模拟计算了人工牧草——披碱草、冰草的需水量。并采用拟合相关图法、回归分析法和残差估计误差指示法对需水量模拟值进行了有效性检验。拟合相关图法给出统计相关趋势,属定性检验; 回归分析法和残差估计误差指示法给出了模拟值与实测值间的拟合优度和残差估计误差的范围,属定量检验。这种定性定量相结合的方法客观的检验了需水量模拟值与实测值的一致性,经有效性检验后的需水量模拟值可用于生产实践。     

松嫩平原西部典型农田需水规律研究

采用联合国粮农组织最新推荐的模型方法(FAO56),利用近10年的日气象资料对松嫩平原西部玉米、大豆、高粱等作物近10年的农田逐日需水量进行了系统研究。得出了本区不同作物的需水规律,并根据当地的有效降雨量,获得了不同作物不同时段的水分亏缺规律,为节水灌溉和提高作物产量提供科学依据。     

民勤咸水灌溉及SWAP模型模拟研究

 采用0.8 g·L-1和5 g·L-1浓度咸水对民勤传统作物黄河蜜进行咸水灌溉试验。通过野外试验和实验室分析,评价了咸水灌溉对土壤性质和作物产量的影响,校正了SWAP模型并对相关因子进行了模拟分析。研究结果显示,尽管基于当地种植经验的灌水量与基于潜在蒸发蒸腾量（ET0）及根据田间持水量计算的需水量有一定差异,但灌溉水质和灌水量与田间产量具有较好的一致性;0.8 g·L-1处理的水利用效率高于5 g·L-1处理,湿润年的水利用效率高于干旱年;模拟结果显示,SWAP模型对不同试验处理和不同气候条件下的土壤性质和作物产量模拟效果较好。由此得出结论,在民勤可以利用SWAP模型模拟不同环境条件下的土壤水分状况及作物产量,为农田耕作提供理论支撑。     

三工河流域农户灌溉效率及影响因素

通过三工河流域农户访谈和问卷调查,基于DEA方法,从作物类型和地域空间两方面评价了农户灌溉效率,利用Tobit 模型探讨了农户灌溉效率差异产生的影响因素及不同因素对灌溉效率的作用程度.研究结果显示：①不同作物类型的灌溉效率不同,平均灌溉效率的大小依次为棉花(0.95)>葡萄(0.89)>葵花(0.88)>打瓜葫芦(0.80)>玉米(0.78)>小麦(0.72).②不同地域空间的灌溉效率具有差异,同种作物的平均灌溉效率在兵团与地方间差异显著,兵团略大于地方;上、中、下游进行比较,上游与中下游作物平均灌溉效率差异显著,下游>中游>上游.③灌溉方式、作物类型、收入、灌水量、水价、灌溉管理、技术培训对灌溉效率影响显著.其中灌溉量与灌溉效率呈负相关;灌溉方式、灌溉管理规范程度、水价、技术培训、收入与灌溉效率呈正相关;灌溉效率随种植作物类型和区域不同存在显著变化.最后基于研究结果提出了提高灌溉效率的政策建议.     

河南省主要农作物虚拟水空间分布及水资源配置研究

虚拟水是当今水科学的研究热点,被认为是解决粮食与水资源安全的重要策略。在计算河南省2009年3种主要农作物生物需水量的基础上,结合作物单产得到初级产品单位虚拟水含量,明晰了这3种主要农作物的"虚拟水"空间分布格局。研究结果表明:河南省3种主要农作物中,棉花的单位虚拟水含量最高,玉米最小。空间上小麦的单位耗水量在三门峡最高,漯河最低;玉米的单位耗水量在三门峡最高,许昌最低;棉花的单位耗水量在鹤壁最高,信阳最低;3种作物单位虚拟水含量从东南向西北增加,尤其在东西方向最明显,但是不同作物又有细微差别。中东部水资源短缺区应提高玉米和小麦的种植面积,丘陵和山前平原单位耕地地表水丰富区可种植虚拟水含量较高的作物。提供了从虚拟资源视角认识水资源消耗的实证,可以对河南省农作物布局提供科学依据。     

天山北坡农田防护林合理灌溉量研究

本文对天山北坡箭杆杨成林农田防护林带进行了灌溉量试验研究，根据试验结果计算出其净灌溉需水量，确定了本区域新的灌溉制度并对农田防护林建设的发展方向进行了论述。     

作物的耐盐性及盐水灌溉管理

盐从水分关系、离子毒害、营养和能量平衡等方面影响植物的生长。不同的植物具有不同的耐盐性,同一植物在不同生长期的耐盐性也有差异。有效的灌溉管理是盐水灌溉农业的基础,高频率灌溉有利于缓解由于盐引起的水分亏缺,和对根系带洗盐,同时必须保持植物根系带土壤良好的通透条件。沙地更适合于盐水灌溉,滴灌是最为有效的灌溉方式。灌溉水盐分的增加将导致大多数作物的产量下降,但某些作物品质的改善可在一定程度上补偿产量下降的损失。     

苏打盐渍土壤微咸水淋洗改良技术研究

研究了土壤粘土特性与土壤碱化的关系和淋洗水的矿化度对土壤渗透性的影响,提出了微咸水改良苏打盐渍土的技术思路。探讨了淋洗用微咸水的水质标准、作物耐盐碱标准、作物需水量及灌溉淋洗定额等参数及其确定方法,通过田间试验,证明了该技术对苏打盐渍土具有明显的改良效果。     

河北省低平原地区主要作物农田水分盈亏分析

本文计算了河北省低平原地区主要农作物的需水量,根据农田水量平衡方程估算了冬小麦、夏玉米和棉花整个生长期的水分盈亏及其在地区上的差异,分析了作物需水关键期的水分状况。     

区域中的水分状况分析

水分状况在很大程度上影响着区域内农业生态系统的生产力.本文以干湿线为基础分析了水分状况在区域中的动态变化.应用干湿线可以确定农作物的最佳生长区域、水分不足区不同作物生长期所需补充的田间灌溉用水量.并可作为区域农田用水灌溉的决策依据.     

中国粮食生产的综合影响因素分析

采用模型模拟的方式, 根据中国社会发展规划, 将未来社会经济发展情景与区域气候模型、水资源模型和作物模型相连接, 综合评估和分析未来中国的粮食生产状况, 以期为宏观决策提供科学参考。结果表明, ①气候变化将影响未来三大作物单产, 如果不考虑 CO₂ 肥效作用, 未来雨养作物单产将受到更大冲击; 当灌溉条件保障后, 水稻受到冲击更大, 单产降低最多, 尤其是 A2 情景。如果考虑 CO₂ 肥效作用, 未来玉米平均单产变化不大, 小麦单产明显增加, 尤其是雨养小麦, 水稻单产也有所增加。②未来气候变化、水资源、社会经济发展将影响中国三大作物的需水量和农业供水量, 导致水稻、灌溉玉米和小麦的播种面积下降, 而雨养小麦和玉米的播种面积上升。③未来气候变化、 CO₂ 肥效、水资源和土地利用变化对粮食生产的影响较为复杂, 依情景和时段的不同而不同。农业可用水资源对粮食总产的影响最不利, 致使三大作物粮食总产量明显降低, 成为未来粮食生产的主要限制因素, 尤其是水稻生产; 土地利用对总产的负面影响最小; 气候变化和 CO₂ 的相互作用可使总量少许增加。未来各情景下水稻受到冲击最大, 而小麦和玉米则表现为不同程度的增产。     

灌溉管理方式的转变及其对作物用水影响的实证

采用三年的面板数据实证研究了我国黄河流域灌区灌溉管理方式的转变及其对作物用水的影响。结果表明：2001年以后,黄河流域灌区灌溉管理改革的推进速度进一步加快,而且用水协会转变的速度超过承包管理,成为改革的主导方式。在一些村中,用水协会或承包管理也可能又返回到原来的集体管理。最后,定量分析结果显示,在用水协会转变初期,作物...     

水分和温度应力造成的玉米减产的估计

作物不同发育阶段天气对产量的影响。播种前:即使在播种前也有一些对产量产生影响的重要因子。例如,美国玉米带西部,土壤的底墒特别重要。7月和8月初是需水的高锋时期,正常降雨量不能充分满足作物的需水量,因而作物就利用土壤中的贮水。     

东北地区参考作物蒸散确定方法研究

运用FAO-Penman-monteith方法和Hargreaves方法对中国东北地区4个气候大区16个气象台站的参考作物蒸散(ET₀)进行了研究,并对FAO-Penman-monteith方法和Hargreaves方法的计算结果进行分析。发现:Hargreaves方法可适用于东北地区,尤其是亚湿润地区,但是相对于FAO-Penman-monteith方法,该方法还存在偏差,特别是半干旱地区。为了进一步提高Hargreaves方法的精度,对其进行了修正,得出比Hargreaves方法精度更高的适于东北地区参考作物蒸散计算的方程,为精确、实用地确定作物需水量和合理的灌溉制度提供了科学依据,有利于水资源的合理利用,尤其是水资源缺乏的半干旱地区。     

灌溉地的小气候状况

灌溉所产生的小气候效应是一个很复杂的问题,共效应的大小和持续时间的长短受着很多因子的影响,如灌溉方法、灌凝量、灌溉地段的面积、作物种类、地区、季节、天气条件和一天的不同时间等等。只有对这些影响进行详细的研究,才能确定灌溉小气     

灌溉地的小气候状况

灌溉所产生的小气候效应是一个很复杂的问题,共效应的大小和持续时间的长短受着很多因子的影响,如灌溉方法、灌凝量、灌溉地段的面积、作物种类、地区、季节、天气条件和一天的不同时间等等。只有对这些影响进行详细的研究,才能确定灌溉小气     

区域干旱的数值模拟试验

针对土壤干旱,利用大气和土壤耦合模式对干旱过程进行数值模拟研究。在数值模拟方法上,引入美国国家大气研究中心和宾西法尼亚大学联合开发的第四代中尺度区域数预报模式MM4作为与土壤耦合的大气运动模式;将区域中尺度大气运动模式MM4与土壤水传导模式耦合,通过对土壤湿度的连续计算来试验模拟出干旱过程的几个阶段的状态。在大气与土壤耦合的过程中,主要考虑了4个的方面作用:分别是地表水蒸发、蒸腾作用、地表水渗透和地面风场。在进行区域干旱过程模拟试验中,以土壤湿度作为干旱划分指标,针对壤土选取长江中下游地区,1999年8月1日至30日的地面、高空资料进行连续计算。试验分三个阶段:第一阶段为长江中下游地区土壤供水量满足农作物需水量阶段;第二阶段为根系层土壤供水量小于农作物生长需水量阶段;第三阶段为长江中下游地区农作物干旱阶段。在对模拟试验的结果进行了分析后,得到了一些干旱形成过程的初步结论。     

农田蒸散,土壤蒸发与水分有效利用

本文通过试验研究和模型模拟，对作物生长期间的水分条件，作物蒸散规律，土壤蒸发占蒸散的比例，覆盖的节水效应和灌溉对作物生长的影响进行了研究，对如何科学合理有效地利用水分提供依据。