基于水足迹的中国农业用水效果评价

为兼顾灌溉用水效率和总量控制评估区域农业用水效率,结合水足迹与灌溉发展状况构建了农业用水效果评价指标(agricultural water use effect,AWE),AWE越小农业用水效果越好。在核算2000—2014年间31个省区农作物水足迹的基础上,分析了中国AWE的时空格局及其与灌溉用水效率指标之间的关系。结果显示:中国年均农作物水足迹为1.097 2×10~(12) m~3,蓝水、绿水足迹分别占13.1%和86.7%,且均随时间增加;单位耕地面积农作物水足迹及绿水比例均呈现由东南向西北递减,研究时段内灌溉效率稳步提升,而由于灌溉用水规模的扩大和蓝水足迹比例的增长,AWE由2003年的0.113增长到2014年的0.137,中国农业用水效果呈恶化趋势;AWE空间差异大,且在不同年份均表现为黄淮海平原和西部省区较大而东南沿海较小;经济发达地区农业用水效果有明显改善趋势,而粮食增产任务加大的黑龙江省AWE的增速最大;AWE与传统灌溉用水效率评价指标无空间一致性,灌溉效率和水分生产率高的北方农业主产区应注重农业生产用水效果的评估与提升。农业用水效果评价可为区域灌溉用水效率提升与总量控制的科学研究与决策实践依据。     

基于灌溉制度优化和种植结构调整的用水总量控制

该文以农业耗水总量及灌溉取水总量为约束条件,采用优化灌溉制度和种植结构调整措施下京郊农业发展面积阈值。结果表明:1)采用优化灌溉制度措施能显著降低研究区农业耗水量与灌溉量,使区域农业耗水总量低于耗水总量控制指标及其使农业灌溉量取水总量低于其多年实际平均水平,但是农业灌溉取水总量仍超过其控制指标;2)在北京市大兴区减少耗水量高的露地蔬菜与冬小麦的种植面积,增加灌溉量少且耗水较低的夏玉米种植面积,同时进一步发展农业用水效率较高的设施农业面积,能够满足农业灌溉取水总量与耗水量总量控制指标,且符合国家规划稳定粮食产量与提高蔬菜产量的要求;3)满足灌溉取水总量控制下农业发展面积阈值为4.60?104~7.42?104 hm2,而满足耗水总量控制下农业发展面积阈值为6.72?104~9.48?104 hm2,而同时满足2种约束条件下农业发展面积阈值为7.42?104 hm2;4)在维持用水总量不变情况下,随着设施农业发展面积扩大,传统农业发展面积相应减少,但因用水总量约束值差异设施农业与传统农业的发展阈值并不完全一致。可见,为维持区域水资源持续高效利用,确保区域农业健康发展,势必采用优化灌溉制度与种植结构调整等节水措施,控制农业发展阈值在合理范围内,才能使区域农业用水总量不能突破灌溉取水总量与耗水总量的控制指标。研究对类似京郊资源性缺水地区农业健康发展具有重要参考价值。     

吉林省中部水资源承载力研究

水资源已经成为吉林中部社会经济发展的制约因子。在介绍了水资源承载力的基本理论框架的基础上,选取预测平衡法对吉林中部的水资源承载力进行了评价和预测。认为研究区已处于水资源承载力临界状态;在保持现有供水能力的条件下,通过用水结构的调整可以支撑社会经济发展目标的实现;预测期内,研究区的水资源利用总量将基本保持稳定,但利用结构将发生重大的变化,工业用水和居民用水总量将超过农业用水;工业化和城镇化所带来的用水增加将主要通过建设农业节水体系获得平衡。     

山西水资源现状与农业节水对策探讨

山西是我国严重缺水省份之一，不仅水资源总量少，而且水体污染突出，农业用水效率低。农业是用水大户，在节水方面，应采取营造植被改善水环境、提高雨水利用蓄水保墒、推广节水灌溉技术等措施，以实现水资源的可持续利用。     

农户稀缺感知、超采认知对地下水灌溉用水效率的影响——基于河北地下水超采区457个农户调研数据

华北地区由地下水超采造成的环境问题日益严重,农业作为主要用水部门,亟须提高灌溉用水效率,减少水资源浪费。本文基于2019年对河北地区457户使用地下水进行灌溉的农户调查数据,采用随机前沿模型对灌溉用水效率进行测算,进一步在参照相关研究基础上重新构建农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知测度的指标体系,在控制个人和家庭特征、生产特征基础上,实证分析农户稀缺感知和超采认知对灌溉用水效率的影响。研究结果显示:农户平均灌溉用水效率值为0.59,主要分布区间为0.40～0.80,具有较大提升空间;稀缺感知中水量感知、水位感知和稀缺预期对农户用水效率具有显著正向影响,超采认知中地下水超采危害认知和压采环保认知对用水效率提升具有促进作用;务农年限和受教育程度同用水效率正相关,相较于自有土地,流转土地具有更高的用水效率,耕地细碎化和灌溉设施距离过远则显著降低用水效率。因此,大力提升农户相关认知水平、推进土地流转和完善设施建设等措施将有助于提高河北地区灌溉用水效率。     

不同规模农户生产技术效率及灌溉用水效率差异研究-- 基于内陆干旱区农户微观调查数据

水资源短缺已成为制约内陆干旱区农业生产和经济社会可持续发展的关键因子。然而农户生产技术效率不高、灌溉用水效率低下、水资源浪费严重已成为不争事实。为此,基于农户这一微观视角,运用实证调查和定量分析相结合的方法,在黑河中游选择典型区域的甘肃省民乐县和临泽县进行了调查研究。结果表明,农户生产技术效率远高于其灌溉用水效率,民乐县和临泽县总体样本农户的平均生产效率分别为83.82%和83.16%,而其平均灌溉用水效率分别为24.54%和22.16%。这表明在现有技术条件和生产要素投入不变的情况下,若消除效率损失,民乐县小麦的单位产出可能增加16.18%,临泽县制种玉米的单位产出可能增加16.84%;同时也表明相对于现有生产条件下可行的最小水投入量,民乐县被访农户的小麦生产浪费了75.46%的水资源,临泽县被访农户的制种玉米生产浪费了77.84%的水资源。结果再次显示,农户生产低效主要是由生产技术非效率因素引起的,民乐县这一因素占73.45%,其余26.55%是农户控制不了的因素引起的;临泽县该因素占76.58%,农户控制不了的因素占23.42%。而且,不同经营规模农户生产技术效率和灌溉用水效率差异性明显。农户生产技术效率与经营规模呈现"倒U型",农户经营规模与其灌溉用水效率呈现同向变动趋势。最后就如何提高农户用水效率提出了几点政策措施。     

阜蒙县节水农业存在问题及对策

节水农业是现代农业的重要组成部分,阜蒙县水资源可利用总量24773万m3,现有耕地2546 km2,单位面积占有水量仅975m3/hm2,为世界平均的2.16%。水资源不足和农业用水效率低,不仅制约了本地区农业的持续发展,而且对县域经济也产生了重大影响。目前全县节水灌溉面积1.43万hm2,仅占全县耕地面积5.6%,因此,发展现代节水农业,提高农业用水效率已成为当务之急。在阜蒙县发展现代节水农业,应完善输水工程,采用节水灌溉新技术;大力推广保护性耕作,提高灌溉水的利用效率;提高农业用水管理技术;农业、农机与水利措施相结合。     

基于涡动相关仪的蜻蛉河灌区油菜需水规律探究

云南农业用水占总用水量的72.2%,近年来农业用水被挤占的现象越来越严重,农业水资源的供需矛盾也变得更加突出。以油菜研究对象,采用Eddy Pro软件,通过涡动观测设备采集的数据,计算了油菜各阶段的需水量。本研究采用的涡动观测系统对云南高原农作物进行观测分析研究具有效果明显的应用前景,制定相应农作物的节水灌溉制度,对发展节水农业将具有重要的战略意义,并为云南推广应用先进、实用的灌溉试验新技术提供借鉴。     

天山北坡经济带主要城市用水效率的时空差异

[目的]分析天山北坡经济带主要城市用水效率对于促进水生态文明城市建设,推动天山北坡经济带发展。[方法]基于2004—2015年天山北坡经济带7个主要城市面板数据,利用超效率DEA模型和Malmquist指数研究各城市用水效率及其时空差异。[结果](1)2004—2015年,天山北坡经济带7个主要城市的水资源利用效率总体呈波动上升趋势,且2004—2008年期间的用水效率低于2009—2015年;空间上,乌鲁木齐市、克拉玛依市、石河子市、昌吉市和阜康市水资源利用效率高于乌苏市和奎屯市;(2)2004—2015年天山北坡经济带7个主要城市水资源全要素生产力指数呈"W"型波动,增长不稳定;技术变化(techch)是制约天山北坡经济带7个主要城市水资源利用效率提升的主要因素;(3)SAR模型表明用水效率具有空间依赖性;在时空尺度上,在0.05显著水平下,总用水量、生活用水、人口和生态用水与用水效率显著相关,但城市间距离、工业用水和农业用水与用水效率的相关性不显著。[结论]政府应大力改进生产技术,普及节水工艺;优化产业结构,平衡各城市间的水资源投入比例,提高技术进步贡献率,是提高天山北坡经济带主要城市水资源利用效率的途径。     

基于作物需水量的城市农业水资源评估——以贵州省贵阳市为例

[目的]对贵阳市城市农业绿水和蓝水的水足迹与灌溉效率进行定量研究,为科学定量评估城市农业用水和管理监测提供依据。[方法]利用实地调查数据、贵阳市气象数据与农业统计数据,基于作物需水量、水足迹的方法进行农业水资源评估。[结果]①作物水足迹极值取决于调查样地作物单位面积产量的极值。②贵阳市城市农业不同作物生长的消耗绿水量均高于蓝水量,绿水量和蓝水量的比例范围从最低53.81%(豇豆)到最高63.60%(番茄)。③贵阳市城市农业3种灌溉效率(沟灌、喷灌和滴灌)分别为27.23%,69.45%与80.32%。④2017年贵阳市城市农业蓝色水量灌溉需求量在4.81×10~5 m~3(完全滴灌)与6.93×10~5 m~3(完全沟灌)之间。[结论] 2017年贵阳市城市农业总用水需求为1.29×10~6 m~3,其中8.84×10~5 m~3为绿水,4.02×10~5 m~3为蓝水。灌溉方式对贵阳市城市农业用水有较大的提升空间,滴灌方式对贵阳市城市农业水资源管理贡献率达53.09%。     

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。     

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。     

夏闲期降水对黄土旱塬冬小麦水氮利用效率的影响

黄土旱塬冬小麦生长所需的水分主要来源于大气降水,分析夏闲期降水对土壤水分的补给对于发展田间水分管理措施和补充灌溉技术具有重要意义。该文利用不同的水肥耦合处理试验,研究了不同水肥耦合处理下夏闲期降水对土壤水分补给量以及对翌年作物耗水量、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量的影响。结果表明,夏闲期降水量对土壤水分的补给量有极显著的影响(P0.01);冬小麦生育期不同的水肥耦合处理对夏闲期土壤水分补给有显著的影响(P0.05)。收获期土壤水分亏缺度在43.68%~52.63%之间时土壤水分的补给系数较高(51.84%~67.42%),且二者存在良好的幂函数关系;翌年冬小麦生育期耗水量的贡献率、水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量均与土壤水分补给系数呈幂函数关系,且在土壤水分补给系数为25%~40%时冬小麦水分利用效率、产量、小穗数、穗粒数、千粒质量分别达到最大值。研究可为旱塬农田水分管理提供参考。     

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。     

基于区间两阶段模糊随机模型的灌区多水源优化配置

针对灌区水资源调度系统中的不确定性和复杂性,该文以红兴隆灌区为研究区域,构建区间两阶段模糊随机规划模型,并将其应用到灌区地表水和地下优化配置中,模型以灌区多水源联合调度系统收益最大为目标函数,引入区间数、模糊数、随机变量表示系统中的不确定性,对地表水和地下水在各作物之间配水目标进行优化。通过计算得到不同水源向不同作物配水的最优配水目标值及最优配置水量,模型不仅可以充分考虑到不确定性因素对系统收益的影响,而且可以将经济效益与处罚风险进行权衡。以2006年红兴隆灌区作物种植情况及灌溉情况为例进行研究分析,得到系统最大收益值在1 355.144×106~2 371.792×106元之间,该优化结果以区间形式给出,可以为决策者提供更为宽裕的决策空间,从而获得最为科学的决策方案。     

微咸水膜下滴灌不同灌水下限对盐碱地土壤水盐运移及玉米产量的影响

为了研究盐碱地上微咸水膜下滴灌不同灌水下限对土壤水盐运移和玉米产量的影响,在长胜试验站开展了微咸水膜下滴灌玉米的大田试验。试验采用负压计指导灌溉,控制滴头下20cm深处的土壤基质势下限分别为-10,-20,-30,-40kPa,每个处理重复3次,按随机区组布置。结果表明:膜下滴灌湿润体形状在垂直于滴灌带的滴头所在竖直剖面上近似为半椭圆形,随着灌水下限的增大,湿润层土体含水率增大;玉米根部附近均出现盐分低值区,膜外表层均出现盐分高值区;-20kPa和-30kPa灌水下限适中,既能较充分淋洗膜内表层土壤盐分,又不会造成微咸水中的盐分滞留累积;在玉米生育期内,膜内、膜外地下100cm土体均积盐;-10kPa和-20kPa下限处理对应的湿润体垂直深度约为60cm;玉米收获后,地下100cm土体均积盐,需要进行秋浇或春汇,大量淋洗土壤盐分,保证耕地盐分不逐年累积;试验条件下,玉米产量随着灌水下限的降低而减少。     

黄土高原水土流失区干旱条件下节水灌溉持续增产效益诊断

针对黄土高原地区水资源的不合理利用而引发的一系列环境问题,水资源环境恶劣,农业生产条件受限,制约农业持续发展;人们的思想观念比较传统、陈旧、固守、落后,小规模经营;科学技术落后、信息不畅,区位劣势;生存环境失衡,水土流失严重,自然灾害频繁,作物产量低而不稳的现状,分析了节水灌溉和作物产量的关系,多角度探讨了地面节水灌溉、地上节水灌溉、地下节水灌溉三种不同形式,根据黄土高原水土流失区的实际情况,对旱作农业补充灌溉进行了研究。通过实地调查可知:节水灌溉已成为发展“两高一优”农业的有效途径和粮食再上新台阶的重要战略措施。     

转换灌溉方式对农户种植决策和经济的影响——以河北省张北县为例

国内外研究表明节水灌溉技术具有田块尺度上的节水效益和对作物的增产效果。但从社会-经济-生态复合系统的角度,灌溉方式的转变是否会改变农户的种植决策和农业生产行为仍有待深入研究。本文以河北省张北县为例,通过实地调研建立了柯布-道格拉斯生产函数等模型,研究了转换灌溉方式对农户种植决策和福利的影响。结果发现,高效率的灌溉方式可以使旱作作物、低耗水作物和普通耗水作物的水分生产力提高25.0%~347.7%;但同时也促使了研究区域88.9%的农户种植用水强度更大、收益更高的经济作物,以期获得投资的回报;灌溉方式改变会影响农业生产的投入和产出,高效率的灌溉方式会增加灌溉设施建设成本（6.6%~16.2%）,增加农药投入（2~4倍）、减少劳动力投入（20.6%~59.3%）。研究结果证明转换灌溉方式后,农户作为农业生产的基本单元,在追求利润最大化的动机驱动下,会改变其种植决策和农业生产行为,从而改变农户的经济效益。本文的研究结果可为进一步深入分析节水灌溉对区域农业生产的用水影响提供科学依据。     

Salinity and drought affect yield response of bell pepper similarly

Abstract

There is a growing realization that an increasing number of countries are approaching full utilization of their conventional water resources and that the quantity of good-quality water supplies available to agriculture is diminishing. Effects of irrigation regime and irrigation water salinity on bell pepper including yield, fruit number and quality, vegetative and root growth, evapotranspiration and water use efficiency were investigated in this study by conducting two different experiments. Six different salinity levels of irrigation water and four different irrigation regimes were used as treatments. Considering the results from irrigation water salinity experiment, it can be concluded that as soil salinity increases, water consumption, water use efficiency, yield and other vegetative growth parameters of bell pepper were decreased. A polynomial relationship between soil salinity and water consumption was observed. It was found that bell pepper is moderately sensitive to salinity with a 1.2 dS m^?1 threshold and a 10.9% slope value. In the irrigation regime experiment, limited irrigation caused decreases in water consumption, yield and vegetative growth of bell pepper. Yield response factors were close in the cases of irrigation regime (1.50) and irrigation water salinity (1.40). Total soluble solids of bell pepper were increased due to both irrigation water salinity and water application rate but not dry matter ratio. Considerable water consumption decreases because of salinity were determined. Therefore, the effect of irrigation water salinity should be considered in irrigation management to prevent excess saline water application and to protect the environment.     

基于水分供需关系的冬小麦夏玉米节水灌溉模式研究

节水灌溉是解决水资源短缺问题的重要途径之一。在长期田间试验的基础上, 运用Hydrus-1D模型对研究区冬小麦 夏玉米轮作条件下的田间水分运移过程进行了模拟分析, 探讨适宜的节水灌溉模式。结果表明, 表征土壤水分实测值与模拟值精度关系的Nash-Suttcliff效率系数Ens为0.652~0.903, 均大于0.5, 模型效果良好; 在灌水量为520 mm的传统灌溉模式下, 1.6 m土层深层土壤水分无效渗漏量为189 mm, 占地表总入渗补给水量的22.3%, 土壤水分无效渗漏大, 且与降雨和灌溉关系密切; 根据作物水分供需状况及土壤水分状况得出夏玉米、冬小麦季的灌溉量分别为50 mm、320 mm, 比传统灌溉模式共节水100 mm。改进后的灌溉模式对于土壤水分渗漏具有良好的控制作用, 土壤水分渗漏峰值明显降低, 根据作物供需与土壤水分状况提出的节水灌溉模式能减少土壤水分渗漏, 提高灌溉水利用效率。