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。     

疏勒河流域双塔灌区种植结构变化及其原因

基于1996-2010年双塔灌区各乡（镇）农作物类型、种植面积、供水定额、用水定额、作物单产及价格等资料,探讨了气候变化背景下农业种植结构调整原因及其影响。结果表明：研究区2010年作物种植面积较1996年增长2.3倍,其中粮食作物种植面积减少,经济作物和其他作物种植面积增加,农作物总产值和单位产值均明显提高,说明当地种植结构调整优化在产生经济效益方面效果明显。当地种植结构调整主要受自然条件、政策指导、历史根源、农民意愿、市场调节、灌溉供水条件等多方面因素的影响,其中自然条件中的水资源供应状况主要影响作物种植面积,其他因素影响作物种植类型。通过种植结构调整,当地农业产值在增长同时,用水紧张现象较以前有所缓解,地表水基本可以满足农田灌溉需求,减少了对地下水的使用,从而对保护当地生态具有重要意义。     

2007～2010年云南GPS观测大气可降水量特征分析

利用最新云南地基GPS站观测和探空观测资料分析表明:GPS/PWV和探空大气可降水量变化趋势一致,相关性好;云南省GPS/PWV年内干湿季气候特征分明,湿季开始前GPS/PWV月变率小于干季开始前的月变率;全省GPS/PWV年平均日变化峰值和谷值出现时间一致,勐腊、蒙自和昆明具有准双峰型特征;勐腊站干季、湿季日变化明显不同,其余测站干季和湿季的PWV日变化特征与全年平均日变化特征基本一致。GPS/PWV资料能够反应云南雨季开始期时空演变趋势。     

近30年中国水稻种植区域与产量时空变化分析

通过综合80年代初以来的农作物面积与产量统计、耕地分布、农业灌溉分布以及作物生长适宜性分布等多源数据,利用基于交叉信息熵原理的作物空间分配模型(Spatial Production Allocation Model,SPAM),获得了我国10km像元尺度的水稻分布信息。在此基础上,重点分析了80年代初以来水稻种植面积与产量的时空变化特征。总体来看,在全国水稻种植区域内发生变化的地区中有超过50%的地区水稻种植面积出现缩减态势,但仍有近70%的地区水稻产量在增加。空间变化来看,种植面积缩减主要发生在东南沿海的广东、福建和浙江等省,而增加主要出现在东北地区的吉林和黑龙江等省,我国水稻种植重心因此向东北方向迁移约230km,产量重心向东北迁移约320km。同时,研究还发现我国水稻种植面积变化对产量增减具有重要影响,其中产量增加表现为面积与非面积因素的共同作用,数据显示种植面积扩展对水稻增产的平均贡献率约54.5%,而在产量减少的区域,面积缩减对减产的贡献率高达80%以上。     

渭干河流域农业水资源消耗强度及影响因素

农业用水是干旱区水资源消耗的主体,通过流域农业水资源消耗强度和影响因素的研究来探索干旱区农业用水情况及进一步挖掘其节水潜力,对实现干旱区水资源可持续利用和加快社会经济发展具有重要意义。首先通过定量分析法,从区域和种植作物类型分析了2000-2009年渭干河流域农业水资源消耗强度变化特征;而后基于改进的差值分解分析法从不同地域空间探讨了农业水资源消耗强度变化的种植结构效应和效率效应;最后选取了可能影响农业水资源消耗强度的相关指标,运用SPSS回归分析了影响农业水资源消耗强度的因素。结果显示:(1)2000-2009年渭干河流域农业水资源消耗强度整体上呈显著下降趋势,不同流域空间下降幅度大小为上游(-0.99)、中游(-0.29)、下游(-0.22),不同作物水资源消耗强度减幅大小为:其他作物(苜蓿、甜菜和薯类等)(-2.91)、瓜果类(-0.90)、蔬菜(-0.86)、小麦(-0.60)、油料作物(-0.36)、玉米(-0.32)、棉花(-0.20)、林果业(-0.09)。(2)10 a间流域农业水资源消耗强度的下降主要归因于效率效应,其总体贡献率为95.41%,但种植结构效应和效率效应的贡献在不同地域空间表现出差异性。(3)人均农业产值、单位面积平均灌溉用水量、人均水资源量和年降水量对农业水资源消耗强度影响显著,其中农业水资源消耗强度与人均农业产值呈负相关;单位面积平均灌溉用水量、人均水资源量和年降水量与农业水资源消耗强度呈正相关。最后基于研究结果提出了降低农业水资源消耗强度的政策建议。     

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.     

疏勒河流域农业水土资源时空匹配特征分析

水土资源是农业生产最重要的基础性资源,其空间的合理有效配置有利于资源的充分利用和区域可持续发展。以疏勒河流域为研究对象,基于水足迹理论核算流域农业生产水足迹变化规律,采用基尼系数和空间错配模型定量评估研究区2000—2020年农业水土资源的时空匹配动态趋势及其敏感性。结果表明：（1）2000—2020年疏勒河流域农业作物生产水足迹和作物种植面积总体呈波动下降趋势,作物生产水足迹峰值出现在2007、2018年,作物种植面积峰值出现在2009、2018年;流域年均蓝水足迹贡献率达90.9%,且与绿水足迹呈互补关系,表明蓝水是疏勒河流域农业用水的主要来源。（2）农业水土资源的空间匹配程度逐渐提高,总体处于较匹配的状态;蓝、绿水足迹与作物种植面积的空间不匹配程度逐渐得到改善,空间分布中均呈现出中部高、四周低的特点。（3）作物种植面积对作物生产水足迹变化呈中、高度敏感性的地区数量不断增加趋势。     

1960-2008年黑河流域参考作物蒸发蒸腾量的时空变化

利用1960 - 2008年黑河流域16个气象站的逐日气象资料,采用FAO推荐的Penman -Monteith公式计算流域参考作物蒸发蒸腾量(ET0),在此基础上运用IDW插值法进行空间插值,对黑河流域ET0的时空分布和变化趋势进行了分析,并采用多元回归分析法对影响ET0变化的主导因素进行了探讨.结果表明:黑河流域E...     

冬小麦种植区域的可能变化对黄淮海地区农业水资源盈亏的影响

气候变化背景下,冬小麦适宜品种和种植区域的变化将影响流域农业水资源配置。利用IPCC CMIP5三种排放情景(RCP2.6、RCP4.5、RCP8.5)的多模式集成数据,分析2011-2059年黄淮海地区冬小麦适宜品种、种植范围和农业种植模式的可能变化,并以研究区二级子流域为单元,采用VIP模型预测冬小麦种植区域的可能变化对其蒸散量、灌溉需水量和流域农业水资源盈亏的影响。结果显示:冬性和弱冬性品种将可能逐渐取代强冬性品种,冬小麦种植区逐步北移,北部地区的种植面积可能增加,而南部地区的种植面积则可能缩减。研究区北部冬小麦种植面积扩张将可能加剧海河流域农业的用水紧张,三种情景下2050s海河流域的农业用水缺口将增加3.7×10~8～34.0×10~8m~3。未来水分将取代热量成为海河流域北部地区冬小麦种植面积扩张的主要限制因素。南部地区双季稻种植面积可能扩张,流域水分盈余将减少。黄淮海地区冬小麦种植格局需要逐步调整以适应气候变化。     

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。     

澜沧江流域农业灌溉需水的时空变化(英文)

Based on the data of eight meteorological stations from the 1950s to 2007, current cropping patterns, field water moisture management, we use the Mann-Kendall and the Re-scaled Range Analysis methods to research the changes of humidity and crop irrigation water requirements in the Lancang River Basin. The results show that the annual and dry season average temperatures significantly increased, and the dry season rainfall increased while wet season rainfall decreased. Evaportranspiration (ET0) increased during both dry and wet seasons at all stations except Dali, Jianchuan and Gengma, and the aridity-humidity index decreased at most of the stations. The turning points of weather factors, ET0, the arid-ity-humidity index, paddy irrigation requirements and total agricultural water requirements occurred from the 1960s to the 1990s. The spatial changing tendency of paddy irrigation quota increased with the increase of altitude and latitude, and the correlation coefficients are 0.513 and 0.610, respectively. The maximum value is observed in Weixi, while the minimum in Mengla.     

挠力河流域耕地水分盈亏时空变化特征及趋势模拟

为揭示挠力河流域耕地资源水分盈亏态势,以遥感影像、DEM数据和气象台站数据为基本信息源,基于遥感和GIS技术,对流域1990-2014年间耕地水分盈亏时空变化特征进行研究,并运用情景模拟技术模拟未来水分盈亏态势。结果表明：24 a间流域耕地面积增长放缓,1990-2002年水田急剧增加,旱地轻微上升,2002-2014年水田增长速度急剧下降,旱地面积减小;耕地水分盈亏程度变化明显,各等级耕地空间分布差异大,1990-2002年以中度和重度缺水变化为主,基本不存在严重缺水区,2002-2014年,轻度缺水区面积变化最大,重度缺水区缓慢下降。正常缺水是3期面积最大的缺水等级;模拟显示未来流域水分亏缺态势将更加严峻,高MPLD指数区分布更为集中,局部高水分亏缺区面积会进一步扩大,除轻度缺水区逐渐减少外,其余4种类型缺水区均保持增加,其中重度缺水区将大量增加。该研究结果可为挠力河流域农田灌溉方案的制定提供借鉴和参考。     

塔克拉玛干沙漠周边地区潜在蒸散时空演变特征及其主要影响因素

潜在蒸散是区域干湿状况评价、作物需水量估算和水资源合理规划的关键因子。基于FAO推荐的Penman-Monteith公式和16个台站1961-2009年逐日气象观测资料,估算塔克拉玛干沙漠周边地区的潜在蒸散量ET0,在对ET0的时空演变特征进行分析的基础上,探讨了影响该地区ET0变化的主要因素。结果表明,塔克拉玛干沙漠周边地区独特的自然地理条件导致多年平均潜在蒸散的分布和变化具有明显的空间差异。49 a来塔克拉玛干沙漠周边地区年和四季ET0变化整体上均为下降趋势,时间演变过程中在20世纪90年代初期均由下降趋势转为缓慢上升趋势。空间上,ET0变化在北部地区多为显著下降趋势,而南部地区多不显著;春、夏、秋3季ET0变化趋势的空间分布与年情况比较一致,但冬季ET0呈上升趋势的站点明显增多。影响塔克拉玛干沙漠周边地区多数站点ET0变化的主导因子是风速;第二影响因子春季和夏季主要是日照时数,而影响秋季和冬季ET0变化的主要是平均气温。     

咸水灌溉对黄河蜜瓜产量和品质的影响

分析了不同矿化度(0.8 g·L^-1、2 g·L^-1和5 g·L^-1)灌溉水灌溉对黄河蜜瓜产量、作物抗性和果实品质的影响.结果表明:随着灌溉水矿化度的增加,作物耗水量逐渐降低,间苗后第49天之前耗水量明显降低,但随着高矿化度水持续使用,耗水量在定植后第49天有所增加;作物叶面积指数和叶面积持续时间不断降低;果实上市产量不断降低,但果实个数没有明显变化;收获指数不断增加;果实的可溶物总量明显增加;单个果实的种子数量明显增加;果实形状指数明显增加,灌溉水矿化度越高瓜形越接近球形.土壤电导率超过2.7 dS·m^-1时每增加单位土壤电导率作物总产量降低12.7%.     

污染水稻田中土壤含砷量的空间变异特征

利用地统计学方法研究在长期淹水和频繁干湿交替影响下污染水稻田中砷的小尺度空间分布特征。采用变异函数定量描述含砷量分布特征,用克立格插值法对表层土壤未测点的含砷量进行最优估计,并绘制含砷量等值线分布图。结果表明,来自表面污染源的砷进入农田土壤后主要积累在耕层0～20cm中,对40～80cm土壤影响不大。耕层土壤含砷量半方差值呈有规律持续增加趋势,可用直线方程很好地拟合。表层土壤含砷量存在很好的空间结构性,高砷区出现在进水口附近,并以其为中心呈斑块状向周围扩散,这表明该土壤污染是由含砷地表污水灌溉和径流所导致的二次污染     

基于台站和MOD16数据的山东省蒸散及潜在蒸散时空变化

蒸散发的时空格局分析对理解气候变化与水资源之间的相互影响具有重要的作用。本文基于Penman-Monteith公式,利用MODIS全球蒸散发产品(MOD16)及气象站点的蒸发皿观测数据,先对数据精度进行评价,再从空间和时间两个尺度上对数据进行统计分析,系统阐释了2000-2014年山东省地表蒸散(ET)及潜在蒸散(PET)的时空分布特征及其与气象因子的相关性。主要结论为：①山东省不同区域蒸散分布差异明显,地表植被对ET的月际变化趋势有重要影响;②山东省ET及PET年际波动不大,全省ET均值为1529 mm,PET均值为2178 mm,年均ET与PET相对较大的差值说明该省整体相对缺水。③ET及PET的时空变化与诸多气象因子相关,其中与降水及温度的关系最为密切。     

新疆奇台绿洲农田灌溉前后土壤水盐时空变异性研究

对比研究了新疆奇台县绿洲农田灌溉前后土壤水盐的时空变异特征。结果表明,灌溉前,剖面各层土壤含水量较低（18.43%～20.30%之间）,且呈中等（偏弱）变异性。大水漫灌后1周,除40～60 cm和100～120 cm土层外,其他层土壤含水量均变为弱变异性;剖面平均土壤含水量升高6.90%,脱盐率达11.37%,其中,表层（0～20 cm）土壤水分增加率（50.93%）及脱盐率（27.14%）最大,底层（100～120 cm）土壤水分增加率（26.59%）及脱盐率（-4.76%）最小。灌后3周,剖面平均含水量减少3.64%,其中,表层（0～20 cm）失水率（28.84%）最大;剖面平均脱盐率降为9.63%,0～60 cm土层平均脱盐率（7.58%）减小,而60～120 cm土层脱盐率（11.01%）增大。除20～40 cm土层外,其他层含水量变异性均与灌前一致,说明含水量已接近灌前水平。至灌后第3周,各层含盐量、剖面平均盐分（中等变异性）及平均水分（弱变异性）含量的变异性未变,但其变异系数均在减小;剖面平均含水量的空间自相关性由中等转为强烈,变程一直增大,而平均含盐量均具有强烈的空间自相关性,变程先增大后减小。     

测定农田蒸发的试验研究*

本文阐述了中国科学院禹城综合试验站1986—1988年测定农田蒸发的联合观测试验概况,比较和评述所用的微气象学方法、水量平衡法、遥感技术和以Lysimeter为主的器测法等测试结果的优缺点及适用性。并给出了几种主要作物田的蒸发耗水量。     

基于SEBAL模型的疏勒河流域蒸散发估算与灌溉效率评价

我国西北干旱区内陆河流域水资源匮乏,水资源利用主要用于农业生产,准确估算内陆河流域蒸散发与农业灌溉效率,对研究内陆河流域气候变化和水资源合理利用具有重要作用。利用基于地表能量平衡方程的SEBAL模型,对2017—2018年疏勒河流域蒸散量进行定量估算与时空分布特征分析,并结合降水量与净灌溉水量数据,对疏勒河流域昌马灌区的年内灌溉水有效利用系数进行估算。结果表明：（1） 疏勒河流域2017—2018年日均ET呈单峰变化趋势,最大值为6月的5. 03 mm·d^–1,最小值为12月的0. 55 mm·d^–1,并存在明显的空间分布差异。（2） 疏勒河流域四季ET差异显著,夏季ET达到最高的201. 83 mm,春秋次之,冬季最低为53. 92 mm;ET由东南向西北逐渐减小,流域上游ET明显高于中下游地区。（3） 昌马灌区各灌溉时段不同的灌溉水量造成了各灌季蒸散量的差异,灌区ET高值区主要分布在中部与东南部,低值区主要分布在西北部和灌区边缘。（4） 昌马灌区年内灌溉水有效利用系数呈下降趋势,其中春灌、夏灌、秋灌和冬灌分别为0. 76、0. 71、0. 69和0. 55,年均灌溉水有效利用系数为0. 67。