水分生产率指标的时空差异及相关关系

为从不同视角揭示农业水资源利用与粮食生产的关系,分析了中国灌区毛入流量水分生产率（P_wg）、毛灌水量水分生产率（P_wI）、蒸散量水分生产率（P_wET）及广义水资源利用量水分生产率（P_wu）的时空差异及指标间的相关性。结果显示:全国4个指标分别为0.694 kg/m3、1.361 kg/m3、1.314 kg/m3及0.860 kg/m3,各省灌区水分生产率总体上均呈增大趋势;不同年份各指标空间分布格局基本相似,均表现为黄淮海平原及其周边省区较大,东北、长江以南和西北部分省区较小;省际水分生产率差距有扩大迹象,各指标空间差异程度大小关系为P_wI>P_wET>P_wu>P_wg;两两指标间显著线性相关,P_wu与其他指标的相关系数大于0.950。4个指标在科学内涵和数值表现上存在较大差异,但均可用于表征省级尺度粮食水分生产率的空间差异。     

石津灌区冬小麦水分生产率的尺度效应

以河北省石津灌区为研究对象,以2007-2009年两季冬小麦生育期为研究时段,基于Hydrus-1D和Modflow模型模拟分析了井渠结合灌溉模式下冬小麦的净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率的尺度效应(作物、田间、分干、干渠和灌区尺度)。结果表明:①从作物尺度到灌区尺度,损失水量越来越多,使得净入流量水分生产率和净灌溉水分生产率分别减少了9.49%和16.59%;②由于研究区地下水埋深较大,冬小麦生育期内渗漏补给地下水库的重复利用水量很小,而净灌溉水分生产率因为考虑了这一小部分重复利用水量,比传统的灌溉水分生产率有了小幅提升;③在多年时间尺度上,由于渗漏水量能够全部进入地下水库被重复利用,净入流量水分生产率随尺度增大而增大,而不同空间尺度的净灌溉水分生产率也比冬小麦生育期时间尺度上提高37%~65%。     

中国农业广义水资源利用系数及时空格局分析

为统一核算区域蓝水、绿水资源有效利用程度,构建了农业广义水资源利用系数（E_g）指标,核算中国31个省区粮食生产中的E_g,并基于空间自相关和通径分析方法对其时空格局及成因进行分析。中国1998-2010年E_g为0.588,大部分省区呈随时间增大趋势;E_g相似的省区在空间上显著地聚集,高值省区聚集于西部,低值省区集中于东南地区,且空间聚集现象呈减弱趋势;农业生产管理水平对E_g的影响大于气候要素,社会经济条件影响最小。结合广义水资源利用状况,西南省区可扩大粮食生产规模以发挥E_g较大优势,东北与华北粮食主产区应通过提高E_g以保障粮食安全和水资源可持续利用。研究可发展农业用水效率评价理论同时为国家粮食生产与水资源管理策略的制定提供参考。     

作物相对水分利用效率与理论节水潜力

作物水分利用效率是评价农业用水效率的重要指标,由于气候差异,采用作物水分利用效率评价不同区域的用水效率可能存在一定误差,尚缺乏深入研究。基于潜在水分利用效率指标和气象数据,计算了2014年中国小麦、玉米和水稻在充分灌溉条件下的潜在水分利用效率,分析了区域气候差异对作物水分利用效率的影响,提出了相对水分利用效率和理论节水潜力的概念和计算方法,并进行了实例研究。结果表明:各类作物在不同站点的潜在水分利用效率的标准差为0.49~1.01 kg/m3,多数作物潜在水分利用效率的空间差异大于实际水分利用效率的空间差异;主要作物的平均相对水分利用效率为50.7%,其理论节水潜力为884.8~4 064.5 m3/hm2;作物水分利用效率和广义节水潜力指标可能高估或低估作物的用水效率和节水潜力。研究认为在比较区域间作物的水分利用效率时不能忽略气候差异的影响;由于考虑了区域气候差异,相对水分利用效率和理论节水潜力指标更合理。     

灌溉农田节水增产对地下水开采量影响研究

据实际资料研究结果表明,近50年来滹沱河流域平原区粮食产量持续增加导致农业区地下水开采量不断增大,同时灌溉节水水平的不断提高有效地缓解了地下水开采量增加的速率。若按1953-1970年期间平均每公斤粮食生产耗用地下水开采量(3.11 m3/kg)推算,现状粮食生产规模下地下水开采量应为142.3亿m3/a,较实际开采量(24.4亿m3/a)多117.9亿m3/a,平均每5年递增11.74亿m3。以2001-2005年平均耗用地下水开采量(0.53 m3/kg)计算,粮食增产促使地下水开采量平均每5年递增2.45亿m3,平均每5年少递增9.45亿m3。因此,大力发展抗旱节水作物及高产节水技术,合理调控农业种植结构,对于缓解研究区地下水不断恶化态势具有实质性促进作用。     

水稻灌区节水灌溉的尺度效应

探讨了节水灌溉尺度问题,指出产生节水灌溉尺度现象的原因是由于灌溉过程中回归水的重复利用.结合漳河灌区的实际,讨论了水稻种植区在不同尺度下的水平衡要素及其在节水尺度效应中的作用;说明随尺度的增大,水平衡过程变得复杂化,节水尺度效应现象也更突出.利用漳河灌区田间试验数据和灌区长系列的历史资料,分别从田间、中等、灌溉干渠和灌区共四个尺度,定量地分析了水稻节水灌溉对水分生产率以及水分利用率的影响.结果表明,节水灌溉技术的采用不仅可以提高田间尺度的灌溉水分生产率,也促进了漳河灌区灌溉水分生产率的整体上升.     

喀什噶尔河流域水文气象特征及地下水开发利用潜力分析

喀什噶尔河流域位于我国新疆维吾尔自治区的西南部,水资源是该区域经济发展、农民增收和社会稳定进步的基础命脉。为研究流域水文气象特征及地下水开发利用潜力,基于历史水文气象资料和地下水开采量进行具体分析,结果显示:流域水文气象特征主要表现为降水量区域分布差异大,一年四季气候变化较大,气温变化显著,昼夜温差较大;流域广大地区降水稀少,平原无降水径流产生,海拔5 000 m以上的冰川和永久性积雪是径流补给的主要来源;流域内灌区地下水可开采量为114 776. 00万m3,地下水用水量为86 154. 17万m3,占可开采量的75. 06%,地下水开发利用程度中等,具有一定的开发利用潜力。分析结果对流域水资源的可持续利用具有很大的意义。     

灌溉水利用效率随尺度变化规律分布式模拟

为评价农田灌溉水利用状况并揭示灌溉水利用效率的尺度变化规律,应用改进的分布式水文模型(SWAT)模拟了漳河灌区三干渠灌域的水循环过程和作物产量。以子流域嵌套方式将研究区划分为9个尺度来计算灌溉水利用效率指标,并分析其随尺度变化的特征及原因。结果表明,灌溉水分生产率受降雨、气候条件的时空分布特征影响较大,而且随尺度增大明显,其尺度关系可以近似应用幂函数描述,函数的形式和参数与分形思想接近。排水率在中等尺度上的数值最大,但随尺度变化不显著。因此,在一定精度条件下,灌溉水分生产率的尺度转换模式可以尝试应用幂函数形式。漳河灌区在中等尺度上的节水潜力最大。     

内蒙古河套灌区浅层地下水化学特征和灌溉适宜性分析

随着黄河流域水资源供需矛盾加剧,我国特大型灌区——内蒙古河套灌区开始采用黄河水与地下水相结合的方式进行农业灌溉。本研究采集河套灌区内499组地下水样品和1组黄河水样品,在分析地下水和黄河水样品的水化学特征基础上,运用钠吸附比(SAR)、渗透指数(PI)、钠含量(SC)和残余碳酸钠(RSC)以及《农田灌溉水质标准(GB 5084—2021)》对地下水和黄河水的灌溉适宜性进行对比分析。结果表明,地下水与黄河水均为弱碱性水,Ca²⁺和HC0₃^-为优势离子,Gibbs图显示地下水受到岩石风化淋溶和蒸发浓缩的双重影响,对灌溉适宜性影响较大的钠盐主要来自岩盐溶解。灌溉适宜性分析结果表明,从SAR、PI和RSC指标来看,地下水的灌溉适宜性较好,从SC指标来看,不适宜灌溉的地下水主要分布在灌区北部总排干和灌区南部黄河沿岸;根据农田灌溉水质标准分析,除总砷和氯化物两项指标外,其余指标适宜灌溉样品占比均高于90%,综合评价全区共231组地下水样品适宜灌溉。地下水与黄河水灌溉适宜性对比表明,黄河水的SAR和SC指标灌溉适宜性分析结果较好,地下水的PI和RSC指标灌溉适宜性分析结果较好,根据灌溉水质标准显示黄河水所有指标均适宜灌溉。本研究为日后内蒙古河套灌区合理选用灌溉水源提供数据支撑,为该区域地下水的治理与防控提供科学依据。     

青铜峡灌区春灌前土壤盐分与盐渍化特征及空间分布

土壤盐分与盐渍化的特征和时空分布特征研究，对土壤盐渍化防治和土壤开发利用十分重要。根据在青铜峡灌区布设的80个代表性土壤样点0～60 cm分层取样测定的土壤全盐量数据，采用经典统计学、地质统计学，结合GIS技术研究灌区春灌前土壤全盐量、主要化学组分特征与盐渍化空间分布格局。结果表明：(1)青铜峡灌区不同深度土壤全盐量呈偏态分布且都属强变异强度；土壤全盐量与主要盐分离子均存在极显著正相关关系(P<0.01);阴阳离子间的强相关性反映出不同深度土壤盐分阴阳离子组合十分复杂。(2)不同深度土壤全盐量和K⁺+Na⁺、Cl^-、SO₄^2-、HCO^-₃含量具有中等-较强烈的空间自相关性，最大自相关距离均未超过灌区最大直线范围的1/3。(3)灌区0～20 cm土壤属于非、轻度、中度、重度盐化土和盐土的面积分别是437.68 km²、615.43 km²、650.00 km²、2 ...     

灌区农业完全成本水价研究——以张掖市甘州区灌区为例

水价是一种重要的经济手段,它是实现水资源可持续利用的重要工具. 现有的水价模型多以供水生产成本代替了供水过程中的全部成本,完全成本水价模型综合考虑了供水生产过程中的所有成本以及利润和税金,使水价能充分体现水资源的稀缺价值、供水服务成本以及水环境的恢复补偿费用. 介绍了完全成本水价模型,然后以张掖市甘州区的灌区为例,计算了其农业完全成本水价. 结果表明：大满、甘浚、上三和乌江4个灌区的完全成本水价分别为0.16元·m^-3、0.15元·m^-3、0.20元·m^-3、0.14元·m^-3. 接着比较了各灌区的现行水价与完全成本水价的差异,得出张掖市现行水价偏低,各灌区现行水价分别占完全成本水价的62.5%、66.67%、50%、71.4%,均未达到各灌区的完全成本水价,无法补偿供水单位的供水成本.     

基于主成分-时间序列模型的地下水位预测

地下水位预测是区域水资源管理的重要依据。针对地下水位在时间序列上表现出高度的随机性和滞后性,建立了基于主成分分析与多变量时间序列CAR（Controlled Auto-Regressive）模型耦合的地下水位预报模型,将该模型应用于济南市陡沟灌区地下水位预测,结果显示,模型模拟值与实测值的决定系数R2和Nash-Suttcliffe系数E_ns均达到0.90以上;以2011年为基准年,当降水量减少10%~20%,蒸发量和生活用水量增加10%~20%,调入27.39万~137.0万m3地表水用于农业灌溉时,到2030年灌区地下水位将维持在30.99~31.29 m,较基准年上升0.12~0.42 m。在区域水资源紧缺的背景下,适当引入地表水灌溉,减少地下水的开采,灌区地下水位将逐步回升,对于灌区的可持续发展和区域水资源的合理利用具有重要意义。     

聊城市水资源概况与优化配置措施

聊城市水资源人均占有量只有206m3,且年内分配不均,区域分布东西差别较大.本文从聊城市水资源开发利用现状入手,深入分析了地表水、地下水资源供需矛盾形成的原因,提出了"制定灌区配水方案,实行计划引水,利用水价杠杆,控制东部客水引进量;西部划定地下水禁采、限采区域,鼓励引水回灌补给地下水,推广节水灌溉技术"等实现水资源优化配置的措施建议.     

喀斯特峰丛洼地不同植被类型土壤水分的空间异质性分析——以广西环江毛南族自治县西南峰丛洼地区为例

通过网格(5 m×5 m)取样,用地统计学方法研究了喀斯特峰丛洼地4个典型植被类型表层土壤（0～10 cm）水分的空间异质特征,探讨了其生态学过程和机制。结果表明,随着干扰强度的降低,植被产生了由农作物(Ⅰ)?人工林(Ⅱ)?次生林(Ⅲ)?原生林(Ⅳ)的变化,土壤水分显著提高,空间变异特征明显不同,Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ分别符合指数模型、高斯模型、指数模型和球状模型,块金值与基台值之比(C0/(C0+C))在0.269～0.500之间,具有中等的空间相关性,Ⅰ和Ⅳ土壤水分的空间结构相似,(C0/(C0+C))值较大,随机因素和自相关异质性各占50%,分维数D值较大,空间依赖性较小,Ⅱ和Ⅳ相反;农业耕作区土壤水分的空间延续范围较大,变程达252.9 m,其他3个植被类型的变程均较小(141.2～163.2 m);Kriging等值线图从不同位置和方向上清楚地表明Ⅰ和Ⅳ土壤水分的空间分布均呈凸型分布,Ⅱ呈单峰分布,Ⅲ呈凹型分布;影响土壤水分空间分布的因子很多,其中干扰通过对植被的调控发挥了关键作用,降低干扰是喀斯特峰丛洼地脆弱生态系统水资源改善、合理利用及生态恢复重建的重要举措。      

松辽盆地钱家店铀矿床层间氧化带地球化学特征*

钱家店砂岩型铀矿床是松辽盆地发现的特大型铀矿床,目前已发现的铀矿主要赋存在上白垩统姚家组下段,矿体呈板状、透镜状,主要受层间氧化带控制。通过对钱家店砂岩型铀矿层间氧化带各带(氧化带、过渡带及还原带)的主量元素、微量元素、稀土元素进行测试分析,结果表明各带地球化学特征存在较大的差异,其中依据Fe₂O₃、FeO、Al₂O₃、SiO₂、Na₂O及K₂O可对层间氧化带进行较准确的分带,MgO、CaO具有一定的分带指示意义。从氧化带到过渡带,趋于富集的微量元素主要为放射性元素(U)、大离子亲石元素(Li、Ba)、亲硫元素(Ni)、高场强元素(Nb、Ta)和性质活跃的变价元素(Mo)等,且 LREE、MREE和HREE均有不同程度富集,反映了水—岩作用时间较长、强度较大。有机碳、S_全、ωFe³⁺/ωFe²⁺还原性指标在不同分带的显著差异表明,随着含氧含铀水在姚家组地层中迁移,还原性组分变化强烈,具有明显的分带指示意义。     

第三极和北极地区积雪水资源时空特征分析

积雪是重要的淡水资源,对气候变化、生态系统和人类经济社会发展都具有显著影响。第三极和北极地区是北半球积雪的主要分布区,但两区域积雪时空特征存在较大差异。本研究在评估了五种雪水当量产品(GlobSnow V2.1、GlobSnow V3.0、CanSISE、GLDAS-2.0、GLDAS-2.2)精度的基础上,提出利用最大雪水累积量指标对两区域积雪水资源进行评价。结果表明,1981—2010年第三极和北极地区多年平均最大雪水累积总量分别为(46.07±7.44) km³和(1 255.73±81.35) km³,喜马拉雅山脉、喀喇昆仑山脉和念青唐古拉山脉地区是第三极积雪水资源最丰富的区域,北极积雪水资源大值区则主要分布在俄罗斯远东地区东部、西西伯利亚、加拿大马更些山脉和巴芬岛东部。两区域最大雪水累积量总体均呈现减少趋势,但在年际变化和波动性上存在差异。     

甘肃西北部黑河流域水资源对下游生态环境变化的影响阈

从流域尺度水资源承载能力及其有限性、可变性和上下游关联性的角度,探讨了黑河流域下游区生态环境变化的影响阈,阐明了不同水文年中游区的安全引水量和不同目标下下游区的生态环境修复对水资源的需求阈。基于多年平均地表径流量37.8×108m3/a的安全引水量为13.97×108m3/a和枯水年份(95%保证率)的安全引水量为10.14×108m3/a,下游区初步改善生态环境的生态需水量为8.01×108m3/a。提出了中游区经济社会可持续发展的水资源保障阈,即未来20年生产生活安全需水量介于22×108～23×108m3/a之间。在此基础上,阐明了在中游区经济社会稳定持续发展目标约束下确保黑河流域下游区生态环境不断改善的流域水资源优化配置模式及对策。     

北京市东南郊不同灌区表层土壤中PAHs来源解析

采用正三角形布点法在北京市东南郊污灌区、再生水灌区、清灌区分别进行了3个表土的样品采集,采样间隔为1 m,共采集9个样品,分别测试了样品中16种多环芳烃的质量分数。测试结果表明：大部分PAHs在3个灌区表土中均有检出,污灌区除了蒽和苯并[a]蒽外,其余均有检出;再生水灌区除二氢苊和苯并[a]蒽外,其余均有检出;清灌区16种PAHs均有检出。其中,污灌区的Σ_PAHs大约为730 μg/kg,再生水灌区Σ_PAHs大约为207 μg/kg,清灌区PAHs大约为43 μg/kg。分别利用比值法、聚类分析法和主成分分析法对研究区土壤中PAHs的可能来源进行解析,通过比值法和聚类分析法可以得出：污灌区表土PAHs污染主要来源于石油源,而再生水灌区和清灌区的PAHs主要来源于燃烧源。由主成分分析法可以定量地计算出各个污染源对PAHs的贡献率：在污灌区采样点,燃烧源/汽车尾气和焦炭源/石油源的贡献率分别为30％和70％;在再生水灌区,PAHs的主要来源为煤的燃烧、汽车尾气的排放和部分石油源的输入,贡献率分别为83.2％和16.8％;在清灌区,PAHs的主要来源为煤的燃烧和汽车尾气的排放,贡献率分别为83.6％和16.4％。     

微咸水膜下滴灌灌溉制度试验研究

为了探讨科学合理的微咸水膜下滴灌灌溉制度,在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处国家重点灌溉试验站进行了不同灌溉定额、灌水频次的微咸水膜下滴灌大田试验。研究结果表明:①灌溉定额4500m3/hm2、灌水频次10次,灌溉定额3000m3/hm2、灌水频次7次,均有利于保持土壤水分。②当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,土壤积盐越严重;在灌溉定额一定时,灌溉次数越多,土壤积盐越严重。③当灌溉定额≤4500m3/hm2时,灌溉定额越大,棉花产量越高,微咸水灌溉影响棉花产量的灌溉定额上限在4500m3/hm2左右;灌溉定额多时,灌水次数多棉花产量高,灌溉定额少时,灌水次数少棉花产量高。④灌溉水分生产率随着灌溉定额的增大而减小,在灌溉定额大时,采用少量多次灌溉,在灌溉定额小时,采用多量少次灌溉,均可提高灌溉水分生产率。⑤以节水、控盐和高产为优选标准,当地较为理想的微咸水膜下滴灌模式为灌溉定额3750m3/hm2、灌水次数20次、灌水间隔为7d。     

山东省土壤有机碳库及其时空变化特征

土壤作为陆地生态系统的重要组成部分,土壤碳储量研究在全球碳循环变化中意义重大。利用山东省多目标区域地球化学调查(2003年)获得的双层网格化大密度、高精度土壤有机碳(SOC)含量数据,估算了全省0～20 cm、0～100 cm及0～160 cm的土壤碳密度和储量,并对SOC密度和储量的时空变化规律及土壤固碳潜力进行研究。结果表明：(1)山东省0～20 cm、0～100 cm和0～160 cm土层SOC密度分别为222 kg/m2、764 kg/m2、1009 kg/m2,各土层SOC密度均明显低于全国平均水平(319 kg/m2、1164 kg/m2和1534 kg/m2);(2)0～20 cm表层SOC密度分布总体呈现为沿海地区低,鲁西北平原、鲁东丘陵中等,鲁中南山区偏高的分布格局;(3)与18年前第二次土壤普查(1985年)数据对比,表层SOC密度从143 kg/m2升高到222 kg/m2,全省陆域(1570万km2)0～20 cm表层SOC储量则由22641 Mt增加至35065 Mt,净增了12424 Mt,SOC密度以0044 kg/(m2·a)的平均速率在土壤中积累,整体表现为“碳汇”效应;据估算,尚有50523 Mt的固碳潜力。