新疆主要农作物生产水足迹研究

农业是新疆水资源消耗最大的产业。本研究应用水足迹理论对新疆83个县市主要农作物的生产水足迹进行研究分析,比较不同作物之间生产水足迹的差异,探讨新疆农业生产水足迹在空间上的变化规律。研究结果表明,全疆2014年主要农作物生产水足迹总量为355.47×108m3,其中主要为蓝水足迹,所占比例高达91.31%;绿水足迹极低,所占比例仅为8.69%。7种主要作物生产水足迹由高到低分别是棉花,向日葵,小麦,水稻,玉米,苜蓿以及甜菜。水足迹空间分布在不同区域差异显著,南疆以及伊犁地区的生产水足迹总量相对较高,二者总量为243.46×108m3,东疆和北疆地区水足迹总量相对较低,二者总量为112.01×108m3,总体呈现出西南高东北低的分布趋势。     

县域尺度下关中地区农作物水足迹时空特征及影响因素

探讨区域农作物水足迹与其时空分布规律及驱动因素,可以提高农业生产效率和水资源利用效益。本研究量化并分析关中地区54个县(区)2000—2020年冬小麦和夏玉米水足迹,并借助通径分析方法探究影响其绿水足迹、蓝水足迹及灰水足迹时空变化的驱动因素。结果表明：(1)关中地区农作物总水足迹从2000年2.232×10⁸m³下降到2020年2.003×10⁸m³,其中,蓝水是最主要的水资源使用形式,其次是灰水,绿水使用量最少,三者占比分别为37.261%、36.254%和26.485%;(2)农作物总水足迹空间上差异显著,呈现出东高西低和相似地区(高-高、低-低)集聚分布的特征;(3)单位面积产量、平均风速和化肥施用量分别为影响绿水足迹、蓝水足迹和灰水足迹最显著的因素。本研究的结果有利于帮助关中地区节约水资源和提高用水效率,拓展农业水资源可持续利用思路。     

敦煌1980-2012年农业水足迹及结构变化特征

运用水足迹模型,从生产水足迹角度计算评价了1980-2012年敦煌市农业水足迹及水资源的可持续性,并进行敦煌农业水足迹结构的合理性研究.研究表明:(1) 1980-2012年敦煌市农业水足迹从1980年的1.26×108m3增加到2012年5.43×108m3,对水资源的真实占用是农业用水统计量的1.72倍;敦煌以经济作物为主的农业结构不合理,耗水作物占经济作物种植的50％以上.(2)水足迹研究为解决干旱区水资源在本流域或更大范围内的合理配置提供了借鉴.敦煌市水资源利用呈不可持续状态,调整经济作物种植结构、实施虚拟水战略,实现农业水资源的高效利用是缓解敦煌水资源紧缺问题的主要措施.     

基于水足迹的民勤县农作物耗水当量与气候响应评估

在阐述水足迹、水资源压力指数的基础上,计算了1991—2013年民勤县8种主要农作物(玉米、小麦、棉花、葵花、苹果、瓜类、蔬菜)蓝水需水量、总耗水当量和单位作物耗水当量,研究了这些作物在23年内总耗水当量和单位耗水当量的时间序列变化规律,并对比三种经济技术耗水分离模型,分离出4种典型作物(小麦、玉米、棉花、瓜类)单位气候耗水当量,最后选择逐步回归分析法探讨了作物气候耗水当量与相关气候因子之间的关系。结果表明:(1)民勤总耗水当量逐年增加,粮食作物总耗水当量变化最大,蔬菜、油料作物(葵花)次之,单位作物耗水当量在震荡中逐年递减;(2)HP滤波法为最优气候耗水当量分离模型,单位作物气候耗水当量趋势性不明显,序列期内震荡显著,且不同作物差异较大;(3)显著影响单位作物气候耗水当量的主要气候因子为5、6月份总降水量和7月份相对湿度,与生长期内气温要素相关性不强。可见,不同作物耗水变化的气候响应模式差异较大,整体受降水和温度的影响显著,但对全球气候变暖大趋势的响应机制尚不明确。     

陕西省主要作物灰水足迹时空变化特征研究

以陕西省为例,运用灰水足迹理论,对陕西省2000―2018年间主要作物灰水足迹的时空变化趋势和分布状况进行研究分析。结果表明:小麦、玉米、油料作物、大豆、蔬菜、水果多年生产灰水足迹均值分别为0.472、0.231、0.639、0.532、0.087、0.199 m~3·kg~(-1);研究期间作物生产灰水足迹年际变化整体呈下降趋势,小麦、油料作物、大豆、水果生产灰水足迹分别下降了0.007、0.015、0.009、0.012 m~3·kg~(-1)·a~(-1),玉米和蔬菜年际变化不明显,灰水足迹主要集中在关中平原地区。研究期间作物灰水足迹的变化主要受作物种植面积的间接影响,小麦、玉米、油料作物、大豆、蔬菜、水果多年灰水足迹均值分别为18.6×10~8、11.8×10~8、3.1×10~8、1.6×10~8、9.7×10~8、19.2×10~8m~3·kg~(-1);省内作物灰水足迹多年均值为64.0×10~8m~3·kg~(-1)。综上,可从施肥种类选取、施肥方式和作物种植模式等方面入手降低灰水足迹,以此来减少农业面源污染。     

渭干河—库车河三角洲绿洲种植业需水分析

采用FAO-PM公式,参照毗邻地区的灌溉试验成果和当地群众的灌水经验,结合土壤供水量和不同作物对地下水的利用量,根据渭干河-库车河三角洲绿洲区域2005年的作物种植面积,计算该区农作物的总需水量.结果表明:渭干河-库车河三角洲绿洲农作物需水量总计8.01×108 m3,农作物需水量占河道来水量的28.49%.作物总需水中粮食作物需水量占37.22%,经济作物的占59.35%,饲料作物的占3.43%.粮食作物需水定顿较经济作物和饲料作物高,就具体作物而吉,水稻、蔬菜、冬小麦、棉花、苜蓿、油菜等需水定额较高,玉米、瓜类和薯类等较低.各县单位面积需水量差异不大,平均值为5 890.35 m3/hm2,库车县最高,为6 035.32 m3/hm2,沙雅县最低5 746.37 m3/hm2.农业需水量与作物结构密切相关.农业用水浪费严重,使渭干河-库车河三角洲绿洲农作物实际用水量远高于其需水量的理论计算值.     

山西省主要粮食作物生产水足迹研究

基于水足迹理论,利用气象和农业数据,对山西省2005-2014年11个市主要粮食作物生产水足迹及水足迹进行量化,并对其时空差异进行分析。结果表明:1)山西省各地区粮食作物生产水足迹在研究时段内均呈下降趋势,全省综合作物生产水足迹由1.75m~3/kg减少到1.31m~3/kg;2)作物生产水足迹在区域间有由南向北增加的趋势,其中大同、吕梁、太原生产水足迹较高,具备提高水资源利用效率的空间;3)山西省粮食作物年均水足迹总量为163.65亿m~3,高于全省水资源总量,水资源利用呈不可持续状态。该结果可为山西省制定水资源管理策略提供参考。     

基于植被生态需水的区域水资源结构调整

通过确定泾河流域各类植被生态需水定额,再利用面积定额法计算生态需水量,对植被需水量、需水结构和单位面积需水量进行分析.结论如下:林地适宜生态需水量为341 773.23×104 m3,草地需水569 705.99万m3,农作物需水740 543.20万m3.其中农作物以小麦、玉米、各种谷物、蔬菜瓜果类需水最多.作物需水占植被总需水量的近一半,但作物生态效益远远小于林地和草地,其中还有一部分耕地为坡耕地.泾河流域不同的林、草、农作物比例和农作物种植结构,使得各县植被单位面积需水量和农作物单位面积需水量差异很大.前者的最大值在泾阳县,为5 339 m3/hm2,最小值在环县,为2 082 m3/hm2,平均值为3 081m3/hm2 ;后者的最大值在泾阳县,为5 682 m3/hm2,最小值在定边县,为4 022 m3/hm2,平均值为4 583m3/hm2.基于以上计算与分析,提出泾河流域水资源调整的对策为:以系统论为指导,实现生态环境与经济的协调发展;通过调整农作物、林地、草地种植结构和调整农作物内部结构是实现水资源合理配置重要一环,退耕还林还草,尤其是增加草地种植比例,提高林地、草地的覆盖度,是改善泾河流域生态环境的根本出路;多角度实施农业节水;树立流域系统协调发展观念,完善流域综合管理机制;进一步完善与解决相关科学问题.     

吉林省主要农作物的生产水足迹研究

基于生产水足迹的视角,借鉴粮食生产虚拟水的算法(Aldaya&Llamas,2008),采纳灰水足迹的最新研究成果(2010),应用联合国粮农组织提供的CROPWAT软件,对吉林省玉米、水稻和大豆三种农作物在丰、平、枯条件下的生产虚拟水及其水足迹进行计算,并着重探讨了灰水问题。主要结论是:1)无论降水量多寡,玉米、水稻和大豆的生产虚拟水量均以绿水为主,且蓝水、绿水虚拟水量之和比全国均值低、比东北三省的均值高,具备提高水资源利用效率的空间;2)施用化肥产生的灰水足迹在总水足迹的比重较大,与"吉林省在东北地区面源污染贡献率高"的结论一致,增产百亿斤商品粮计划实施过程中,粮食安全和生态安全的"双赢"目标任重而道远。     

陕西省2003年水资源足迹测评与分析

水足迹由于考虑了社会经济系统中的虚拟水消费量,较完整刻画了人类对水资源的真实占用和消费情况,为水资源的科学管理提供了一个崭新的视角。利用水足迹模型计算2003年陕西省全省资源水足迹和人均水足迹,结果表明:陕西省2003年的水足迹为248.862亿m3、人均水足迹为671.656 m3,水资源集约利用度为9.638元/m3,2003年陕西水资源压力指数为331.4%。提出了降低水足迹以缓解水资源压力的几条途径,探讨了今后水足迹研究的方向。     

陕西省农业水资源安全阈值研究

以小麦、玉米、稻谷和豆类4种粮食作物为研究对象,从陕西省人均粮食标准入手,推算全省粮食总需求量,再根据陕西省各类粮食作物需水量和粮食作物的雨水有效利用量,最终得到全省粮食安全条件下的农业水资源最低标准,即陕西省的农业水资源安全阈值为68.63×108m3。根据陕西省多年的实际灌溉用水量可以得出陕西省农业水资源处于不安全状态,即为实际灌溉用水量低于农业水资源安全阈值。陕西省要保证粮食安全就必须加大节水农业的发展及提高雨水资源的有效利用量。     

干旱区不同地下水埋深膜下滴灌灌溉制度模拟研究

通过在新疆巴州灌溉试验站进行的膜下滴灌棉花灌溉制度试验,得出了适合当地的常规滴灌制度。为进一步研究浅层地下水对灌溉的补偿效应,利用Hydrus软件对不同地下水埋深下膜下滴灌棉花生育期耗水量进行了模拟。通过引入关键点土壤含水率的概念,提出了膜下滴灌棉花受水分胁迫的标准。结果表明：地下水对棉花的耗水具有一定的补偿作用,地下水埋深越浅,则所需的灌溉定额越小。当地下水埋深小于1.5 m时,滴灌定额为3 300 m³·hm^-2;当地下水埋深为2.0 m时,滴灌定额为4 500 m³·hm^-2;当地下水埋深很大而对作物根区没有补给时,棉花完全依赖于灌溉所需的滴灌定额则为5 550 m³·hm^-2。考虑到干旱区内具有较高的潜在蒸发势,会导致土壤的次生盐渍化,从而危及作物的生长,1.5～3.0 m的地下水埋深是灌区内较理想的水位区间。     

宁夏平原县域农业水土资源平衡研究

本文以宁夏平原为案例,从天然状态下的农田水分平衡和人工控制条件下的水土资源平衡两个层次对区域水土资源平衡状况进行了深入地定量研究,其中天然状态下的农田水分平衡采用长系列(1961—2001年)、短时段(月)和多种作物类型(8种)相匹配的操作方法,建立农田水量平衡模型,计算得到了宁夏平原各个县域单元、8种作物、逐年、逐月的有效降水、盈水量、亏水量值。人工控制条件下的水土资源平衡以2000年平水年为代表年份,通过构建县域水土资源平衡方程,计算了宁夏平原12个县域单元的水量平衡与耕地平衡量,揭示了宁夏平原县域单元的水土资源平衡状态。结果表明:①自然降水不能满足作物生长发育的需求,水分亏缺是宁夏平原天然状态下农田水分平衡的主要特征;不同作物水分亏缺程度差异较大。②受作物种植结构、灌溉水量及灌溉水平差异等因素影响,宁夏平原县域水土资源平衡现状差异显著;③从整体上讲,宁夏平原2000年供水量大于需水量,灌溉水量对区域农业水土平衡起决定作用。④为实现灌区可持续发展,应推行“以水定产”战略,调整农业产业结构和产量,同时挖掘灌区节水潜力,提高农业用水效率。     

灌水定额对食葵耗水特征和产量的影响

为研究不同灌水定额对食葵产量及其构成因素的影响并探究其耗水规律,筛选适宜的灌溉制度,设定5个不同的灌水定额,分别为300、375、450、525、600 m~3·hm~(-2),研究了不同灌水定额对食葵产量及其构成因素和耗水指标影响的同时,为弥补大田试验分析直观性不足,在生长、果实品质、产量和耗水等指标的基础上,利用MAGA-PPC模型综合且客观评价了田间试验结果。研究表明:不同灌水定额影响食葵耗水规律,食葵耗水量、耗水强度、耗水模数和作物系数随着灌水定额增加而增大,525～600 m~3·hm~(-2)灌水定额下耗水量、耗水强度、耗水模数和作物系数最大。在现蕾期和成熟初期,525～600 m~3·hm~(-2)灌水定额对食葵耗水量、耗水强度和作物系数影响更大。300 m~3·hm~(-2)灌水定额下食葵耗水量先呈现出减少趋势现象。食葵盘径、产量和水分利用效率随着灌水定额的增加而增大,525 m~3·hm~(-2)灌水定额下产量最大(4 781.86 kg·hm~(-2)),且水分利用效率较大(14.37 kg·mm~(-1)·hm~(-2)),525 m~3·hm~(-2)灌水定额更适合当地食葵农田灌溉。MAGA-PPC模型评价结果表明,525 m~3·hm~(-2)灌水定额有利于北疆地区食葵节水增产。综上表明,建议保证食葵现蕾期和成熟初期给水量充足,选用525 m~3·hm~(-2)灌水定额。     

陕西省近10年来水资源足迹动态变化研究

水足迹是指在一定的物质生活水平下,维持一定人群消费所需要的总的水资源数量[3]。文中以陕西省为例,运用产品虚拟水研究方法测算并分析了陕西省1998-2007年的水足迹及其动态变化,结果表明:自1998年来陕西省水足迹总量稳定在239-267亿m3,人均水足迹保持在660-730m3,两者总体呈上升趋势,10年间陕西省水资源集约利用度提升迅速,水资源压力指数由于受到降雨量等因素的影响,波动较大,总体有所升高。将陕西省水足迹与同期全国其他城市以及国外一些国家进行了对比,并提出了降低水足迹以缓解陕西地区水资源压力的几条途径。     

塔里木河干流河道生态需水量研究

基于有序聚类法,在对1957-2006年塔里木河干流径流序列受人类活动显著影响突变点判别的基础上,对干流新渠满、乌斯满和恰拉3个水文断面河道逐月最小生态需水量和适宜需水量进行计算。结果表明：① 近50 a来,人类活动对干流水资源影响程度不断增大,1976年前的径流量可以近似看作自然状态;② 新渠满、乌斯满和恰拉河道年最小需水量分别为17.68×10⁸ m³、10.02×10⁸ m³和3.29×10⁸ m³,年适宜需水量分别为35.65×10⁸ m³、18.23×10⁸ m³和7.00×10⁸ m³;③一般用水期（10月至翌年3月）保证新渠满、乌斯满和恰拉河道最小需水量5.33×10⁸ m³、3.77×10⁸ m³和1.32×10⁸ m³,用水敏感期（4-9月）保证适宜需水量28.99×10⁸ m³、13.70×10⁸ m³和5.09×10⁸ m³即可确保干流河道生态系统健康。