中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30 a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明：中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。     

低山丘陵区农村居民点复垦与新建对农村居民点空间分布形态的影响

农村居民点的空间分布形态是一定自然、经济、社会发展环境下农村居民居住活动在其分布地区的反映。研究以重庆市石柱县万朝乡为研究区,采用Voronoi图、聚集度、紧凑度、分维数及距离分析等方法,从居民点区域空间分布及内部结构形态两个尺度对研究区的农村居民点复垦与新建对其空间分布形态的影响进行了分析。结果表明:2010—2014年,研究区内农村居民点在空间分布上呈现出明显的分散趋势,在内部格局上呈现出离散的趋势,在内部结构上变得更加破碎,在空间分布形态上呈现出不稳定的状态,上述这些现象的出现与研究区内农村居民点复垦与新建有直接关系;低山丘陵区农村居民点复垦和新建对农村居民点在空间分布格局、内部结构和空间形态特征的变化都有着重要的影响;新建农村居民点是引起农村居民点区域空间聚集程度降低的主要影响因素,而农村居民点复垦是造成农村居民点内部结构紧凑度降低的主要因素。因而事前做好相关规划,特别是农村居民点复垦及新建的合理选址是避免上述问题出现的根本路径。     

基于遥感蒸散发数据的耕地灌溉保证能力评价方法

灌溉保证能力是耕地质量的重要方面,为了提高区域耕地质量监测信息的获取效率,该文构建了一种基于遥感蒸散发的耕地灌溉保证能力评价方法。以MODIS蒸散发产品(MOD16)为数据基础,在水量平衡原理的基础上,利用降雨量、MOD16A2产品中的实际蒸散发参量,计算年度有效灌溉量;利用地面气象站点计算的参考作物需水量和MOD16A2月合成产品中潜在蒸散发参量,建立回归方程,得到空间连续的参考作物需水量;采用作物系数法结合区域作物类型分布图计算年度作物需水量,并在此基础进一步计算年度灌溉需水量;将有效灌溉量与灌溉需水量之间的比值作为灌溉保证能力评价的基础,利用多年的灌溉保证能力评价指标,监测和评价耕地灌溉保证能力。以河北省衡水市为研究区,开展了试验验证,结果表明,耕地灌溉保证能力综合评价结果与2012年补充完善后农用地分等成果中灌溉保证率的分级结果相比,除了在空间整体分布上具有较好的一致性外,级差小于1级的栅格单元达到75%以上。该文构建的灌溉保证能力评价指标物理意义明确、可获取性强,评价方法能够满足区域耕地质量监测与评价的应用需求。     

灌溉模式对红壤稻田土壤环境及水稻产量的影响

为优化红壤丘陵区水稻生产的水分管理模式,以中国科学院桃源农业生态试验站长期田间定位试验为研究对象,模拟分析了江南红壤丘陵区4种不同灌溉模式对稻田的土壤环境及系统生产力的影响。结果表明,土壤环境方面,雨养稻田与模拟节水灌溉相比,水稻生育期白天平均土壤温度高0.3～0.5℃;长期淹灌红壤稻田土壤体积质量相对较低,土壤蓄水能力较强,有利于土壤有机质的累积和氮素质量分数的提高,淹灌表层（0～20 cm）土壤全氮质量分数较雨养和湿灌分别高10.8%和8.8%,土壤有机质质量分数分别高7.0%和6.1%。由于江南丘陵区降雨资源丰富,早稻期间雨量充沛,处理间早稻产量差异主要来自不同灌溉模式下土壤环境尤其是土壤养分条件的改变;晚稻期间,水分则成为水稻产量提高的限制因子,雨养区晚稻产量显著低于其他灌溉处理。相对于其他水分管理模式,红壤双季稻田淹水灌溉模式能够获得更高的水稻产量。     

小流域土壤水分含量空间变异及分布规律研究

以凌海市大羊河源头小流域为例,按放射状自坡脚向上沿阳坡、半阴坡、阴坡的坡向选择样线带布设样点,通过冗余、主成分和统计分析揭示不同深度土壤水分空间变异特征及其各环境因子影响规律。结果表明：(1)生长季初大于生长季末水分,各坡向体积含水率排序为阳坡<半阴坡<阴坡,各土层变异系数处于10%～100%之间,达到中等水平;(2)初期各坡向变异系数排序为阴坡<阳坡<半阴坡,末期为阴坡<半阴坡<阳坡;在初期、末期水分采样点间隔处于35.2～445.8 m和17.6～520.5 m;(3)海拔和草本丰富度对土壤水分异质性的贡献率为36.1%、27.0%,海拔属于主控因素,植被冠幅和高度的影响也较大,可为凌海市低山丘陵区植被恢复及小流域水文生态过程研究提供参考依据。     

降雨特征对低山丘陵区典型小流域水土流失的影响

[目的]探究降雨特征对南京市低山丘陵区典型小流域水土流失的影响,为低山丘陵区尺度上产汇流分析及水土保持综合治理提供理论支撑。[方法]以南京市低山丘陵区桥头小流域为研究对象,利用2015—2018年156场降雨事件的水文泥沙数据,运用K-均值聚类法对降雨类型进行划分,采用LSD多重比较法分析不同雨型的特征,建立主要指标的多元拟合回归方程,探讨不同降雨条件下小流域产流产沙特性。[结果](1)降雨量、30 min最大雨强(I_(30)),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素,小流域的156场降雨事件中,主要以降雨量75 mm,I_(30)20 mm/h且径流系数0.2,含沙量1 g/L的水沙特征为主。(2)降雨类型分为Ⅰ(小雨量、小雨强),Ⅱ(大雨量、中雨强),Ⅲ(中雨量、小雨强),Ⅳ(中雨量、大雨强),Ⅴ(小雨量、中雨强)5种,Ⅰ雨型发生频率最高,Ⅳ雨型发生频次最低。(3)Ⅱ,Ⅳ雨型的产流产沙能力均高于其他雨型,Ⅲ雨型次之,Ⅰ,Ⅴ雨型最小。Ⅰ,Ⅲ,Ⅴ雨型的产水产沙特性差异不显著。(4)产沙模数和洪峰流量多元回归方程拟合效果较好,拟合回归系数R~2都在0.75以上且通过显著性检验,回归方程可用于相关指标的定量计算。[结论]降雨量,I_(30),降雨侵蚀力是桥头小流域产流产沙的重要影响因素;不同雨型的降雨特征差异性显著,Ⅱ,Ⅳ雨型是区域产流产沙的主要雨型;利用多元回归方程可以进行指标定量计算。     

再生水灌溉对果菜类蔬菜产量及品质的影响

为推动再生水灌溉作物的适宜性分类,该文研究了再生水灌溉对果菜类蔬菜产量与品质的影响。结果表明,再生水处理与对照处理相比可显著增加果菜类蔬菜产量,其中,西红柿、黄瓜平均增产15.1%、23.6%。茄子、豆角增产60.7%、7.4%。再生水灌溉对果实含水率、粗蛋白、氨基酸含量、可溶性总糖、维生素C、粗灰分、硝酸盐、亚硝酸盐等品质或营养指标无显著影响,再生水灌溉处理硝酸盐、亚硝酸盐含量低于标准限值。研究为再生水适宜灌溉的作物筛选提供了技术依据。     

大规模灌溉对海河流域气候影响模拟研究

为保障粮食安全,海河流域常年灌溉水量200亿m3以上,而大规模灌溉对区域气候产生显著影响,为揭示大规模灌溉的气候效应,该研究构建海河流域区域气候模式WRF(weather research and forecasting model),在WRF陆面模块中,开发灌溉精细化模拟的新方案,设计关闭灌溉的控制试验与开启灌溉的敏感性试验,模拟分析大规模灌溉对海河流域气候的影响。结果表明,灌溉使得海河流域潜热通量增加,显热通量减少,4—6月变幅最大。灌溉导致流域3—11月气温降低,其中4—6月降温最大,且空间上总体表现为灌溉量越多的地区降温越大,4—6月平原区降温0.64℃,子牙河平原与大清河淀西平原交界地带降温超过1.0℃。灌溉主要影响对流性降水,导致海河流域年降水增加6.07 mm,集中在4—6月,空间上主要在大清河流域与子牙河流域,其中大清河山区4—6月降水增加15～30 mm。灌溉改变近地表气象要素,使得流域参考作物蒸散发量减少,单位面积作物需水量降低。因此,大规模灌溉的气候效应在供需两侧支撑保障流域水安全,在一定程度上缓解流域水资源供需矛盾。研究可为水资源优化配置与水资源安全保障布局等提...     

吉林省低山丘陵区水土保持措施对土壤性质的影响

研究了吉林省东部低山丘陵区水土保持措施对土壤性质的影响,并对各水土保持措施的蓄水保土效益进行了分析.研究结果表明,顺垄试验小区蓄水保土效果最差;地埂植物带、灌木埂试验小区水土保持效益居中;生态修复、横垄试验小区水土保持效益较高;水平坑试验小区水土保持效益相当高.不同水土保持措施之间对土壤物理性质的影响存在差异,以生态修复对土壤pH、容重和田间持水量的修复最为明显;各水土保持措施对土壤颗粒组成,即土壤质地的修复效果均不明显,可见水土保持措施并不能在较短时间内改善土壤质地.在进行水土保持措施较短时间内,土壤SOC的消耗要大于其累积,使其在短时间内无法取得较好的SOC恢复效果.速效养分含量受水土保持措施影响非常大,土壤速效养分一部分随土壤侵蚀流失,一部分为植物所吸收利用,从而导致各水土保持措施土壤速效养分含量差异较大,其中生态修复措施对土壤速效养分的恢复效果最佳.在目前现有的水土保持措施下,选择生态修复措施,即自然撂荒是短时期内吉林省东部低山丘陵区进行小流域治理、退耕还林(草)工程和恢复土壤肥力质量较好的选择途径.     

限量单次灌溉对套作冬小麦和春玉米产量的影响

A field experiment was conducted during the 2002/2003 cropping season of winter wheat (Triticum aestivum) and spring maize (Zea mays) to evaluate the effect of limited single drip irrigation on the yield and water use of both crops under relay intercropping in a semi-arid area of northwestern China. A controlled 35 mm single irrigation, either early or late, was applied to each crop at a certain growth stage. Soil water, leaf area, final grain yield and yield components such as the thousand-grain weight, length of spike, fertile spikelet number, number of grains per spike, and grain weight per spike were measured, and water use efficiency and leaf area index were calculated for the irrigated and non-irrigated relay intercropping treatments and sole cropping controls. The results showed that yield, yield components, water use efficiency, and leaf area index in the relay intercropping treatments were affected by limited single drip irrigation during various growth stages of wheat and maize. The total yields in the relay intercropping treatment irrigated during the heading stage of wheat and the heading and anthesis stage of maize were the highest among all the treatments, followed by that irrigated during the anthesis stage of wheat and silking stage of maize;so was the water use efficiency. Significant differences occurred in most yield components between the irrigated and non-irrigated relay-intercropping treatments. The dynamics of the leaf area index in the relay-intercropped or solely cropped wheat and maize showed a type of single-peak pattern, whereas that of the relay intercropping treatments showed a type of double-peak pattern. Appropriately, limited single irrigation and controlled soil water content level could result in higher total yield, water use efficiency, and leaf area index, and improved yield components in relay intercropping. This practice saved the amount of water used for irrigation and also increased the yield. Therefore, heading stage of wheat and heading and anthesis stage of maize were suggested to be the optimum limited single irrigation time for relay-intercropped wheat and maize in the semi-arid area.     

基于LMDI-SD耦合模型的绿色发展灌区水资源承载力模拟

针对灌区大量引水导致的河道断流、生态环境恶化以及水资源利用效率不高等问题,开展绿色发展模式下水资源承载能力模拟研究。以宝鸡峡灌区为研究区,基于Divisia指数分解、Kaya恒等式以及系统动力学理论,提出对数平均迪氏分解与系统动力学耦合模型,从需水机理出发识别灌区用水量变化的主要驱动因子;运用情景分析法,考虑生态需水、高效节水、产业结构调整和外调水等情景设置5种模拟方案,对2017-2030年灌区需水量进行动态模拟;引入水资源承载指数探讨规划年2025年和2030年的水资源承载力水平。结果表明:灌区各部门用水定额对用水量变化起主要驱动作用;按方案1(现状发展模式),2025年水资源基本可承载灌区社会经济发展,但2030年出现轻度超载;方案5(绿色发展模式)通过对用水变化主要驱动因子的调控,到2030年,水资源承载指数均小于1,属于可承载状态。研究表明,通过合理的调控措施可有效地缓解灌区水资源供需矛盾、提升水资源承载能力。研究可为干旱半干旱灌区绿色发展模式下水资源合理开发提供科学的决策依据。     

滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响

大田作物最优滴灌模式的研究是滴灌技术深入推广应用过程中的重要研究内容,通过田间试验,选取地表滴灌和地下滴灌两种滴灌类型,研究其在4种不同灌溉制度下农田水、氮空间分布规律以及冬小麦产量的差异。试验结果表明,在土壤水分控制范围相同时,不同滴灌类型下冬小麦生育期内所需的灌水总量和灌水频率不存在显著差异;在施肥量和灌水定额基本相同时,地下滴灌较地表滴灌促使硝态氮向深层土壤运移的几率更大。但总体而言,不同滴灌类型相同灌溉制度下,硝态氮运移规律基本相似;同种滴灌类型不同滴灌制度下的各处理冬小麦产量存在显著差异。而且,在充分灌时,不同滴灌模式下的冬小麦产量差异性不显著;非充分灌时,滴灌模式对冬小麦产量存在显著影响。     

贵州省农业净灌溉需水量与灌溉需求指数时空分布

农业用水需求时空分布规律可为区域抗旱减灾管理和灌溉水资源优化配置提供科学依据。基于贵州省及其周边国家气象站点长系列资料和1953-2012年贵州省9个市(州)水稻、玉米、冬小麦、油菜和烤烟的种植面积,计算贵州省9市(州)近60 a净灌溉需水量及灌溉需求指数,分析其时空分布特征。结果表明:1)贵州省的净灌溉需水量和灌溉需求指数分别在314.48~742.57 mm和0.34~0.68之间,60 a间农业净灌溉需水量的和灌溉需求指数呈波动变化,多峰值分布的特征,总体上峰值有所减小但波动周期延长;2)1993—2000年是净灌溉需水量和灌溉需求指数总体变化的转折时期,之前为下降期,之后为上升期;3)净灌溉需水量和灌溉需求指数的季节特征明显,分别为夏季和冬季最高;4)净灌溉需水量(IR)呈现东高西低的规律,灌溉需求指数(IRI)呈现东部、西北部高,西南部低的规律,全省9市(州)可分为3个风险区,东部、西北部的缺水高风险区是抗旱管理的重点区域;5)气候变化是贵州省净灌溉需水量和灌溉需求指数升高的主导因素,它主要通过降水减少来实现的。研究可为贵州省农业季节性缺水问题识别、农业水利工程布局和种植结构调整提供支撑。     

微地形分布差异对畦灌过程及性能的影响模拟

微地形空间变异对畦灌性能影响显著,同一微地形起伏幅度下微地形起伏位置空间分布差异对畦灌过程及性能影响方面的研究甚少。该文基于随机生成的畦面相对高程的最小样本容量值,将微地形随机模拟方法与灌溉模型相结合,模拟分析同一微地形起伏幅度下微地形起伏位置空间分布差异对畦灌过程和畦灌性能的影响,讨论其影响程度随微地形起伏幅度的变化趋势。结果表明,同一微地形起伏幅度下起伏位置空间分布差异对畦灌过程和性能影响明显,且不同微地形起伏幅度下相应起伏位置空间分布差异对畦灌系统的影响随着起伏幅度的增加而增加。微地形标准偏差小于3cm时微地形起伏位置空间分布差异所引起的畦灌性能的变异属弱变异性,而微地形标准偏差大于3cm后其变异性增强,此时,在畦灌系统的田间评价、设计和管理中忽略其影响易产生较大误差。     

基于随机降雨模拟的灌区塘坝蓄水方案优化

结合南方丘陵灌区塘坝分布广、数量多、群体容量大的特点,建立库塘水资源系统优化调控模型。以漳河灌区的子灌区——杨树垱水库灌区为研究实例,应用蒙特卡洛法模拟出长序列的旬降雨,采用正交试验法选出每个模拟年份的最优塘坝控制运行方案,并对控制运行规律进行统计分析,得到不同典型年下塘坝的控制运行规则：在平水年时5月底、6月上旬末、6月下旬末、7月上旬末预留30%,6月中旬末预留10%,7月中旬末预留20%,其他各旬可全部用完;在偏枯水年时5月底预留10%,6月上旬末、6月下旬末预留20%,6月中旬末、7月上旬末、7月中旬末预留30%,其他各旬可全部用完;在特枯水年时5月底、7月中旬末预留10%,6月上旬末、6月中旬末预留30%,6月下旬末、7月上旬末、7月下旬末预留20%,其他各旬可全部用完。比较塘坝在不控制运行与优化控制运行下保证基本产量的概率,结果表明：在平水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了2.38%;在偏枯水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了8.80%;在特枯水年时,相对产量在0.6以上的概率提高了11.29%。研究从定量分析的角度,以单位面积产量最大为目标,提出塘坝的控制运行规则,对指导水库、塘坝的联合运行,提高灌区的灌溉效益具有重要意义。     

不同灌溉方式对精量穴直播超级稻生产的影响

为了探明精量穴直播超级稻湿润灌溉的需水量和不同灌水量对超级稻产量构成因素的影响,以指导精量穴直播超级稻节水灌溉,通过大田试验,研究了不同灌溉方式对精量穴直播和常规移栽水稻培杂泰丰（超级杂交稻）和玉香油占（超级常规稻）2个超级稻品种生产的影响。结果表明：精量穴直播湿润灌溉处理的灌水量相对于精量穴直播常规灌溉少23.51%,相对于移栽常规灌溉少30.46%,精量穴直播湿润灌溉处理和精量穴直播常规灌溉处理的产量没有明显差异,而这2个处理的理论产量分别比移栽常规灌溉处理高7.75%和9.62%,实际产量分别高9.18%和8.09%;精量穴直播湿润灌溉处理的干物质量和叶面积指数显著高于其他2个处理。说明湿润灌溉有利于精量穴直播超级稻高产的形成。     

蒸发和灌水频率对土壤水分分布影响的研究

通过室内均质土柱试验，对不同灌水频率下有无蒸发土壤中的水分分布规律进行了分析。结果表明，灌水频率可改变土壤水分的空间分布和土壤蓄水量。在相同灌水量条件下，灌水频率加大，上部土层水分含量在一定范围内增高，且湿润锋深度变浅，上部土层蓄水量增加；适宜的灌水频率可增加土壤蓄水量。有无蒸发条件下土壤水分差异在灌水初期主要体现在上部土层，随灌水次数增多，上部土层水分差异减少，且灌水频率越高，这种差异减少得越快，而下部土层水分差异增加。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。     

滴灌模式对棉花根系分布和水分利用效率的影响

理解膜下滴灌参数对土壤盐分运移和作物生长的影响是制定科学滴灌制度、合理利用水资源的重要环节。毛管布置方式和滴灌水质是膜下滴灌的重要参数,为研究其对土壤盐分变化、棉花根系分布及水分利用效率的影响,设计了2种毛管布置方式（一管四行（Ms）和一管两行（Md））和3个滴灌水质水平（淡水0.24?dS/m、微咸水4.68?dS/m、咸水7.42?dS/m）。结果表明,滴管布置方式对土壤盐分变化和根系分布有显著影响。在相同滴灌水质条件下,Ms处理有利于降低棉花根区土壤含盐量。所有处理根系主要分布于0～40?cm土层内,矿质水滴灌时Md中根系受抑制程度明显高于Ms,但其主要影响根系密度δR＞0.5?kg/m3区域的分布范围,对δR＞0.2?kg/m3区域范围分布无明显影响。生育期内棉花总耗水量随滴灌水矿化度的上升而降低,与滴管布置无关。相对淡水滴灌而言,矿质水滴灌时Ms处理产量有所降低,但其水分利用效率随灌水矿化度上升而升高;而Md处理产量和水分利用效率均随灌水矿化度上升而下降。