河套灌区年内地下水埋深与矿化度的时空变化

该文以内蒙古河套灌区为研究区域,应用统计学方法、普通Kriging、Arc GIS9.0和GS+等工具,分析2003年3个不同特征季节的地下水位埋深和矿化度的时空分布规律。分析表明：在3月份灌区浅层地下水埋深平均为2.5 m,且绝大部分区域地下水矿化度＜4 000 mg/L;随着夏灌、秋灌、秋浇后,在11月时浅层地下水埋深减小为1.0 m,且大部分区域地下水矿化度＞5 000 mg/L。灌区浅层地下水埋深由灌区西南向东逐渐递减,且自南向北逐渐递增。灌区西北和东南部的地下水矿化度相对较高,中间部分相对较低。浅层地下水埋深与矿化度之间线性关系不明显,但是在特定地区浅层地下水埋深的时空分布规律能够定性地反映出矿化度的时空分布规律,即浅层地下水埋深较大时,相应的矿化度较小;浅层地下水埋深较浅时,相应的矿化度较大。     

开孔河流域浅层地下水矿化度时空变异及特征分析

以地统计学经典理论分析了开孔河流域不同时期和不同地貌单元地下水矿化度在时间和空间的变异特征，揭示其浅层地下水含盐量的时空变异规律。对流域平原区约9725km。面积浅层地下水矿化度不同时期（1999、2003和2005年）的实测数据为基础，应用地质统计学方法．对取得的实测数据进行了半方差函数分析．得出该地区地下水矿化度在时间和空间上都存在明显的变异性。在空间尺度上，地下水矿化度在开都河中下游地区及其两岸灌区有增加的趋势，在孔雀河灌区沿流域方向自上而下逐渐加重，整体上看，孔雀河流域的地下水盐化要比开都河流域严重。在时间尺度上，研究区地下水随时间推移正向盐渍化加重方向发展。利用地学统计VARI—WIN2．2和MAPGIS6．5软件绘制了地下水矿化度时空分布图，为该地区地下水盐分的管理以及今后防止土壤盐渍化提供理论依据，也为干旱区地下水水质时空演变研究探索新方法。     

基于遥感反演河套灌区土壤盐分分布及对作物生长的影响

土壤盐渍化信息是评价灌区节水的生态环境效应的重要指标。该文主要研究内蒙古河套灌区土壤盐分空间分布及对作物生长的影响。于2015年4—8月在全灌区布设了281个监测点,开展了灌区尺度的逐月土壤盐分、作物生长等野外系统的采样工作,并结合开展了基于Landsat OLI数据的土壤盐分反演,分析了土壤盐分的时空分布特征及其与灌溉、地下水埋深间的关系,探讨了土壤盐分含量对作物生长的影响。结果表明,基于遥感反演的土壤盐分空间分布与样点分析的土层含盐趋势基本一致,二者相关系数高达0.87;结合样点分析与遥感反演可得出重度盐化土和盐土占灌区面积的14%左右,呈零散的斑状分布,主要受灌溉、排水条件及地下水埋影响;当地下水埋深在2.0 m以下时,土壤表层及其主根区含盐量基本在0.20%以内;土壤含盐量对种植结构、作物叶面积指数、株高和产量均有明显影响,对叶面积指数和产量的影响更为明显;向日葵则因耐盐性强而广泛种植于高含盐区,而玉米高产田的根区盐分基本均在0.05%~0.20%之间。研究结果可为河套灌区的盐渍化防治、水土资源的科学管理及农业生产提供参考。     

基于DRAINMOD模型估算灌区浅层地下水利用量及盐分累积

在灌溉季节,尤其是下游灌区,农田地下水位较高,作物可就地利用部分浅层地下水,从而减少灌溉需水量,达到节水减排的双重目的。大田作物对浅层地下水利用量的估算是合理制定灌溉淋洗制度及控制土壤盐碱化的前提,但其估算存在一定困难。该文假设当农田灌溉、排水等水文气象条件一致时,某一作物对浅层地下水的利用量等于该田块有、无作物(即裸地)2种情况下造成地下水位差异的水量。据此,首先建立了浅层地下水利用量的计算模型,并以某一半干旱灌区为例,利用田间水文模型-DRAINMOD模拟出有、无作物2种条件下农田地下水位变化过程,然后,计算了棉花、小麦轮作期内对浅层地下水的利用量;在此基础上,进一步分析了浅层地下水利用条件下土壤剖面的盐分平衡。结果显示,该文提出的计算模型能够较好的反映大田实际情况;研究时段内,田间地下水埋深平均值为2.1 m,单位面积上作物利用浅层地下水量为305.8 mm,主要发生在作物生长阶段,其中棉花生长季内地下水利用量约为160 mm。盐分平衡计算结果显示,浅层地下水的利用使得水位以上土壤剖面盐分含量增加,但1 m以内根区土壤盐分在降雨和灌溉作用下得到一定的淋洗,未超出作物耐盐极限,不会对产量造成显著影响。研究成果可为相关灌区制定合理的灌溉制度及提高水资源利用效率提供科学依据。     

表层盐化土壤区咸水灌溉试验研究

本文通过田间咸水灌溉试验，研究在不同咸水灌溉条件下，运城盆地湖区灌区土壤水盐运移规律及其对农作物产量的影响，进一步探讨表层盐化土壤区咸水灌溉适宜的灌溉制度。研究结果表明：灌区咸水适宜的灌溉定额为８２５－９７５米＾３／公顷，灌区上游矿化度小于３克／升的微咸水适宜的灌水次数为４次；灌区中游矿化度３－５克／升的咸水适宜的灌水次数为２－３次；灌区下游矿化度５－７克／升的咸水灌水次数最多不能超过１次。该研究     

反渗条件下排水沟与农田水盐交换关系

因干旱和半干旱下游灌区地势较低,排水出路不畅,排水系统往往成为承泄区外来水(上游灌溉退水和排水)的蓄水场所,使排水沟水位高于农田地下水位,反渗补给农田地下水,作物利用部分排水以后,如何维持农田良性的水盐平衡成为下游灌区一个迫切需要解决的科学问题。该文基于农田水盐平衡原理,以陕西一半干旱区下游灌区为例,在实测资料的基础上,首先利用田间水文模型DRAINMOD模拟了排水沟蓄水条件下,农田水位变化情况,然后计算分析了农田与排水沟的水盐交换关系。结果表明:在一个完整的种植年内单位长度排水沟上累计承接区外来水量为9.3 m3,减去流出水量,累计蓄积区外来水量为5.5 m3,农田单位面积上反渗累计补给田间地下水量为49.2 mm;累计农田排水量仅为2.3 mm。与作物蒸散发相比,现状条件下补给量虽然较小,但对维持和补给农田地下水起到了一定的作用。所产生的补给作用虽然增加了排水沟内盐分向田间地下水中的运动,但作物利用地下水过程中根区没有出现严重的盐分累积,对田间地下水盐分浓度影响也不大。所以,通过合理调控措施,充分利用区外来水,可以提高水资源利用效率。但排水系统长期运行条件下,高水位对农田水盐平衡的影响尚需进一步研究。     

黄土高原苦水地区水化学特性及苦水的合理利用

本文主要讨论黄土高原苦水地区地下水及地面水的化学特性和灌溉水质评价等问题。根据当地灌溉实践经验,通过水的矿化度和灌溉系数间的相关分析。说明在清水河、祖厉河、渭河等流域内,矿化度小于7g/l 的苦水,可作灌溉用水;而在泾河及洛河流域内,矿化度小于6g/l 的苦水才能作为灌溉用水。苦水水质低劣,只能在气候干旱、淡水极缺、排水良好的土壤上灌溉和种植耐盐作物。     

夏灌对内蒙古河套灌区土壤中磷元素迁移的影响

磷作为植物生长必需的元素之一,是引起水体富营养化的重要因素。通过对内蒙古河套灌区2008年夏灌前后农田灌、排水和地下水以及土壤中不同形态磷含量和土壤含水率的分析测定,借助SPSS13.0软件对监测结果进行统计分析,研究夏灌期间灌区土壤中磷元素的迁移规律及其影响因素。结果表明：夏灌后,土壤含水率仅表层有明显增加,且夏灌前后土壤含水率与土层深度显著相关（相关系数分别为0.751和0.770）,土壤中有效磷含量和土壤含水率显著相关（Sig.为0.009）;夏灌期间,不同土层深度处的磷元素含量差异显著,作物类型和种植方式对磷元素在土壤中的分布无显著影响;夏灌会造成土壤中磷元素向地下水迁移,且流失形态主要为可溶性磷。该文可为灌区科学合理的水肥管理以及控制磷流失提供依据。     

2001—2018年雅砻江流域植被NDVI时空动态及其对气候变化的响应

为了了解雅砻江流域植被覆盖变化及其对气候的响应,基于MOD13Q1和气象数据,采用趋势分析和偏相关分析等方法,分析了2001—2018年雅砻江流域生长季NDVI的时空变化特征,探讨了NDVI变化对气候因子的响应。结果表明:(1)2001—2018年雅砻江流域NDVI均值为0.66,呈东南向西北逐渐下降趋势,并随海拔的升高呈先增后减趋势;(2)2001—2018年雅砻江流域NDVI整体以0.003/10 a的速率波动上升,NDVI增加面积(63.97%)大于减少面积(36.03%); 2001—2018年雅砻江流域生长季的气温上升趋势显著,降水上升趋势不明显,流域上、中游气候向暖湿方向发展;(3)整体上NDVI受气温影响大于降水,与气温呈正相关关系,与降水呈负相关关系; 空间差异明显,上游受气温和降水共同影响,中、下游大部分地区受降水影响。整体而言,雅砻江流域被的生长受地形、气候和人类活动等因素影响,近18年植被NDVI改善面积持续增加。     

灌溉水盐分及灌水量对土壤水盐分布与春玉米生长的影响

在大田试验的基础上探明灌溉水盐分以及灌水量对土壤水盐分布的影响规律以及对春玉米生长的影响。以河套灌区春玉米为研究对象,设置2种灌溉水含盐量（1.1,5.0 g/L）与3种灌水量（210,255,300 mm）进行大田试验。结果表明,至成熟期,5.0 g/L微咸水灌溉处理0—100 cm土层土壤平均含水量及电导率相比1.1 g/L地下水灌溉处理显著增加;地下水灌溉处理中,随着灌水量的增加,生育期内土壤平均含水量下降趋势减小,土壤盐分淋洗作用更加明显;微咸水灌溉处理中,剖面土壤在灌水量少时出现盐分表聚现象,随着灌水量的增加,表层土壤盐分呈下降趋势,深层土壤由于盐分的积累呈增加趋势;在灌水后表层的土壤含水量变化明显且出现返盐现象,微咸水灌溉处理中土壤水分水平运移及深层土壤盐分累积更明显;在地下水和微咸水灌溉处理中,灌水量的增加能够显著提高玉米产量,但255,300 mm灌水量处理间差异不显著,微咸水灌溉条件下春玉米的产量较地下水灌溉条件下显著降低。综上所述,在地下水和微咸水灌溉条件下,255 mm灌水量既能适合春玉米生长,又能保证产量,可作为较好的灌溉定额选择,能够同时满足保障灌区作物生产和节约淡水资源的要求。     

1994－2018年新疆塔河干流农作物播种面积时空变化及影响因素分析

基于农作物物候信息和多季相遥感观测等相结合的方法,分析沙雅县1994-2018年的农作物播种面积变化的时空特征,并从水资源要素、耕地与胡杨林转化等分析播种面积变化的原因。研究结果表明：1）沙雅县农作物播种面积在1994-2018年呈现增长趋势,尤其在2006年以后加速增长;2）渭干河灌区的播种面积空间上呈现由内向外、由碎片化向集中连片化的趋势发展,而塔河干流区播种面积增加的区域沿着塔河两岸不停游移;3）渭干河灌区农作物播种面积的增加与渭干河上游的来水量变化呈现较强的相关性,而塔河干流区二者相关性较低;4）塔河干流的胡杨林区每年被耕地侵占的面积呈现增长趋势,尽管2006年以后胡杨林保护措施不断加强,然而林区的农作物播种面积在2008年以后呈现增速加快的趋势,出现了被侵占的胡杨林未能恢复、新的胡杨林又遭破坏的现象。     

华北平原灌溉用水强度与地下水承载力适应性状况

针对华北平原农灌区地下水严重超采问题,基于近30a以来降水、水资源和农林灌溉状况的变化过程和现状,应用地学模数理念、均衡理论和MapGIS技术,建立了适应性状况评价指标体系与方法,以0.49km2精度识别了华北平原农林灌溉用水强度与当地地下水可采资源量之间适应性状况。研究结果表明,华北平原中部的大部分地区农林灌溉用水强度处于"严重不适应"状态,河北平原大部分地下水超采区农林灌溉用水强处于"极严重不适应"状态,其中小麦等夏粮作物灌溉用水强度占50%以上,蔬菜作物和耗水型果林灌溉用水强度所占比率呈显著增加趋势,应避免非理性持续大幅增加。     

雄安新区上游农业种植结构及需水时空演变

本文利用作物模型模拟小麦、玉米灌溉需水量,结合蒸发皿法估算蔬菜、果树等其他作物需水量,回溯雄安新区上游1986-2015年农业种植结构及农业需水的时空演变趋势,摸清不同作物的需水量比例及时间变化,并推算了消除降水年际波动的1970-2015年农作物灌溉需水量,探讨单纯人类活动下的农业需水量变化趋势。结果表明,1986-2015年,研究区作物播种总面积总体呈上升趋势,耕地面积多年平均84.9万hm²,有效灌溉面积平均71.3万hm²,占总耕地面积的84%。其中小麦播种面积稍有下降,玉米、蔬菜播种面积显著增加,果树种植比例在山区增加、平原区减少。研究区多年平均灌溉需水量22.52×10⁸ m³,小麦、玉米、蔬菜、果树和其他作物分别占灌溉需水总量的58.6%、12.6%、5.8%、16.3%和6.7%,受播种面积增加影响,1970-2015年,蔬菜和果树需水显著上升。从空间上来看,灌溉需水总量在上游山区上升显著,而在平原区表现为下降;排除降水的年际波动后,研究区作物需水自1970年以来一直呈上升趋势,进入20世纪80年代中期,虽然整体上升减缓,但随农业播种总面积增加和蔬菜、水果需水增加影响,需水量整体呈缓慢上升趋势。因此,控制上游农业用水,种植低耗水作物、减少耗水作物的种植面积,是恢复雄安新区清水产流的关键。     

河套灌区土壤水盐和作物生长的HYDRUS-EPIC模型分布式模拟

土壤水盐是影响干旱灌区作物产量的主要因素。分布式模型可综合考虑土壤、水文和气象因子在灌区的时空变异特征,为评估区域尺度土壤水盐与作物生长状况提供有效工具。该文以河套灌区解放闸灌域为研究区,根据气象-土壤-作物-灌溉等因子的空间分布特征进行均质单元划分,建立基于一维农业水文模型HYDRUS-EPIC的灌区尺度分布式模型。利用2012年和2013年定点观测数据(土壤水分、盐分、叶面积指数和作物产量)进行模型率定与验证;进一步应用模型以求探明现状灌溉条件下研究区土壤水盐与作物生长状况及存在的问题。结果表明:生育期内灌区根区土壤(0~100 cm)有效饱和度为0.44~0.90,基本满足作物耗水需求;根区土壤溶液平均盐分浓度为3.1~13.5 g/L,相应地作物的相对产量为0.35~1.33,土壤盐分过高成为限制研究区作物产量的主因。为调控根区土壤水盐状况,对地下水深埋区(东北部)需进行灌水量的适宜补充,宜将浅埋区(西北、西南等)地下水平均埋深控制在1.3 m以下。     

盐渍化改造区土地利用变化对地下水资源的影响 --以河北省曲周县为例

运用GIS空间分析功能、柯布—道格拉斯生产函数以及曲周县统计资料和地下水资料,分析了近20年来土地利用变化及其对地下水资源的影响,研究结果表明,作为盐渍化改造区以农业为主的曲周县,土地利用变化速度不快且土地用途转移主要是耕地转变为农村居民点和城镇用地;耕地灌溉率、复种指数、耕地灌溉面积、粮食产量不断提高;粮食和蔬菜产量对地下水资源的高度依赖性,是引起地下水埋深变化的主要原因;依据河北省地下水超采区划分标准,曲周县浅层地下水开采区是基本平衡区,深层开采区属于中度超采区。为实现盐渍化改造区水土资源的可持续利用,必须调整种植业结构,适当降低土地利用集约度,大力发展节水农业。     

基于HJ-1 CCD的县域农作物种植结构提取和时空分析(英文稿)

作物分类和时空变化监测信息可以为农业管理提供依据,多年作物种植结构图反映了作物种植方式的变化,对经济和社会分析起着重要作用。然而,用于绘制作物分布图的卫星影像不能同时具有高时间高空间分辨率,在提取作物种类复杂多样地区的种植结构图时,往往难以提供足够的作物生长周期内影像。该研究提出了一种既经济又高效的解决方案,即利用重复周期短的环境一号CCD（HuanJing-1 Charge-Coupled Device,HJ-1 CCD）图像和免费Landsat-8图像来提取中国监利县的作物种植区时空变化图。根据NDVI时间序列曲线定义了不同作物生育期物候指标例如归一化植被指数（Normalized Difference Vegetation Index,NDVI）的最大值、日期和天数等,用于作物分类。为了获取物候指标的阈值,首先从15m Landsat-8影像中提取典型种植区,然后利用典型种植区作物生长阶段NDVI时间序列曲线,得到物候指标中的NDVI阈值和时间阈值,再根据这些阈值制定了分类规则,并获得了2009-2016年作物分布图。根据多年主要作物分布图,分析不同作物的土地利用变化。最后利用高空间分辨率卫星图像和监利县统计年鉴中的作物面积数据对作物分类结果进行精度评估。与高空间分辨率图像相比,平均分类精度为84%,与统计作物面积数据相比,分类精度达到81.60%。结果表明,该研究为在像监利县这样复杂地区进行常规的作物分布制图提供了一种可行的分类方法。通过对夏收作物的时空动态变化分析可以发现,油菜农业机械化水平低、劳动力成本高,导致愿意种植油菜的农民较少。对于秋收作物,政府设定了中稻最低收购价标准,大大降低了农民种植中稻的风险,对农民种植秋收作物具有指导作用。     

辽宁主要粮食作物生长季需水与降水耦合度分析

以辽宁省1957−2017年逐日气象数据和研究区作物系数为基础，基于SIMETAW模型计算和分析辽宁主要粮食作物（春玉米、大豆和水稻）需水规律和降水对作物需水的满足程度，以揭示气候变化对该区域粮食作物需水的影响，探究自然降水对主要粮食作物需水的满足程度及其时空变化特征。结果表明：辽宁春玉米、大豆和水稻全生长季需水量多年平均值分别为511.8mm、509.4mm和605.1mm，均呈不显著下降趋势。春玉米和大豆全生长季需水与降水耦合度多年平均值分别为0.821和0.814，即降水分别满足了82.1%和81.4%的需水量，亏缺的17.9%和18.6%仍需播前灌溉或补灌，尤其在西部地区耦合度大于0.8的保证率仅为28.2%和21.1%。水稻全生长季耦合度为0.464，耦合度大于0.4的保证率全省仅为69.1%，西部地区保证率低至36.8%。辽宁4个分区中，3种作物均在东部地区耦合度最大，中部、南部和西部次之。3种作物各生长阶段耦合度呈现生长中期最高，快速生长期次之，初期和成熟期普遍最低。春玉米和大豆生长初期需水与降水耦合度近年来显著上升，3种作物成熟期耦合度则呈显著下降趋势。辽宁省主要粮食作物均需注意春旱和秋旱的发生，及时补充灌溉。在目前降水条件下，辽宁省最适宜种植春玉米，尤其水资源匮乏的西部地区，根据实际情况可适当扩大春玉米种植规模。大豆最适宜在辽宁东部和中部地区种植，水稻在东部和南部地区种植最为适宜。     

多作物种植结构和灌溉水量优化模型及算法研究

在综合考虑作物灌溉水量、种植面积、水分生产函数、产量反应系数、水分敏感指数等因素基础上, 以实现灌区作物总产量最大为目标函数, 建立了多作物种植结构和灌溉水量优化分解协调模型, 设计了改进实码遗传算法与分解协调迭代算法相结合的模型求解算法, 并利用中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站多年试验数据, 运用上述模型和算法对玉米、小麦联合种植的种植结构、灌溉水量以及玉米、小麦灌溉制度进行了优化计算。结果表明: 产量反应系数大的作物分配的灌溉水量和种植面积大, 且随灌溉水量增加其增产速度越快; 当作物某些生育阶段灌水前的潜在腾发量与可供利用水量的差值相差不大时, 水分敏感指数大的作物生育阶段获得灌溉水量较多, 反之, 即使水分敏感指数大的作物生育阶段也有可能分配不到更多的灌溉水量。这一结果与作物产量反应系数的几何意识、边际效益递减规律等理论以及节水增收初衷相符合, 充分说明模型在实现灌区有限水资源在多作物间和各作物生育阶段优化分配的同时, 实现了灌区多作物种植结构优化, 具有较强推广价值。改进实码遗传算法克服了传统实码遗传算法计算精度低、易早熟、求解结果不能严格满足等式约束等缺陷, 能够搜索到严格满足约束条件的模型最优解, 表明该改进实码遗传算法在解决这类包含等式和不等式约束的最优化问题上具有一定应用价值。分解协调迭代算法能使模型在允许迭代误差范围内收敛, 能够获得使模型整体效果较为理想的最优解, 表明分解协调迭代算法在求解复杂大系统优化问题上具有很好的应用前景。     

基于气候变化的黄河三角洲非主粮作物需水规律研究

  目的  为保障黄河三角洲地区的生态安全和高质量发展,需“适水种植”调整作物结构,缩减农业用水占比,留足生态用水。  方法  基于气象站2006 ~ 2019年的实测气象资料,分析研究区降水和气温的变化趋势,利用Hargreaves-Samani法和FAO作物系数法估算当地7种非主粮作物各生育阶段及全生育期内的作物蒸散量,并结合有效降水量和淋洗需水量的计算得到典型干旱年和湿润年以及多年平均的灌溉需水量。  结果  黄河三角洲年降水量变化趋势不显著,春、秋和冬季的降水量呈现下降趋势,而夏季降水量呈上升趋势;年均气温呈现逐年上升趋势,夏季平均气温上升趋势最为显著。研究区非主粮作物灌溉需水由高到低分别为甜高粱、枸杞、黑麦草、苜蓿、菊芋、田菁和谷子,典型干旱年中7种作物均需补充灌溉,典型湿润年中谷子、田菁、菊芋和苜蓿降水量有盈余,平均年份中谷子和田菁降水量有盈余。  结论  作物各生育阶段的有效降水量分配不均,生育期内总降水量有盈余的情况下某些生育阶段依然会处于水分亏缺状态。研究结果可为该地区作物种植结构调整和灌溉制度优化提供参考依据。