辽宁省不同水文年型玉米水足迹变化规律研究

作物生产水足迹可反映农业生产过程中的水资源利用效率以及真实用水量,为理清辽宁省玉米水足迹的动态变化规律,实现农业水资源的高效利用,运用水足迹理论和方法,基于CROPWAT软件对辽宁省14个地级市1992～2015年的玉米水足迹进行计算,分析了各地区玉米水足迹在丰水年、平水年、干旱年条件下的差异和年际变化规律,对玉米主产区的生产水足迹进行了回归分析和M-K趋势检验。结果表明:辽宁省多年平均玉米水足迹总量为1.109m3·kg~(-1),绿水、蓝水和灰水足迹比例分别为47.4%、19.4%和33.2%;丰水年营口最大(1.10m3·kg~(-1))、铁岭最小(0.68m3·kg~(-1)),平水年丹东最大(2.03m~3·kg~(-1))、铁岭最小(0.69m3·kg~(-1)),干旱年型下大连最大(1.74m3·kg~(-1)),抚顺最小(0.75m3·kg~(-1));辽宁省玉米主产区的绿水、蓝水(除锦州外)和灰水足迹大部分呈下降趋势,其中,沈阳、朝阳绿水足迹呈显著下降趋势,分别为0.12m3·kg~(-1)·10a~(-1)和0.13m~3·kg~(-1)·10a~(-1)。因此,在各水文年型下,辽宁省玉米生产水足迹均以绿水为主,其在辽宁省粮食生产中具有重要地位;灰水占第二,对水资源的影响不容小觑,在农业生产中需加强面源污染控制;各地区玉米水足迹差异显著,需针对不同地区制定不同的灌溉制度和灌溉策略,以保证水资源的合理利用。本研究可为辽宁省的玉米生产空间布局和农业水资源科学管理提供参考。     

基于水足迹的漯河市农业水资源空间特征分析

以河南省漯河市为研究区域,从农业生产水足迹角度出发,借助CROPWAT软件计算主要作物小麦、玉米生长期的绿水、蓝水足迹,并基于氮肥、磷肥施用量计算作物灰水足迹,全面评价农业生产水足迹,分析漯河市农业水足迹组成及其空间分布特征。结果表明,漯河市作物生长绿水和蓝水足迹最大的区域均为源汇区,灰水足迹最大的区域为临颍县;农业绿水足迹占总水足迹比重在空间上呈现出从南到北比重逐渐降低的特征,各县（区）农业蓝水足迹占总水足迹的比重约为30%,临颍县灰水足迹占比远高于其他县（区）,需重点关注化肥的合理施用;漯河市农业水足迹较高,可通过完善水资源消耗核算体系、加快技术革新以降低农产品生产耗水、调整水资源消耗结构、合理施用化肥农药等措施降低农业耗水。     

长岭县不同降水年型玉米需水规律研究

在长岭县开展玉米大田试验,探讨在相同的土壤及农田管理条件下,不同降水年型（丰水年、平水年、枯水年和极枯水年）玉米生长需水及水分来源的变化规律。结果表明：玉米生长过程中各个阶段需水量不同,中期最大,初期和后期较小;2007年(极枯水年)玉米生长需水量最大(460.2 mm),2006年(枯水年)次之(423.8 mm),2008年(平水年)再次之(393.5 mm),2005年(丰水年)最小(342 mm),越是干旱的年份玉米生长需水量和单位质量玉米生长需水量越大;丰水年玉米生长需水量与有效降水量的耦合度最高,平水年次之,枯水年再次之,极枯水年最低;2005—2008年土壤水消耗量依次为79.8 mm、199.1 mm、222.7 mm和104.6 mm,越是干旱的年份土壤水消耗量越大;玉米生长过程中7月和8月土壤水消耗量较大,应适当增加灌溉。     

河北省小麦-玉米水足迹区域差异及成因分析

为量化河北省主要粮食作物小麦—玉米对水资源的利用情况,基于水足迹理论和量化方法,核算和分析了2001—2015年河北省小麦—玉米生产水足迹时空变化情况和特征,并利用通径分析对小麦—玉米水足迹空间变化影响因素进行研究。结果表明2001—2015年,河北省小麦—玉米单位质量水足迹呈现明显的下降趋势,小麦和玉米单位质量水足迹平均值分别为1 210.4 m3/t(绿水16%、蓝水56.1%、灰水27.9%)和1 012.1 m3/t(绿水40.3%、蓝水26.5%、灰水33.3%);区域气象条件和农业生产水平的差异性是小麦—玉米空间变化的主要原因,其中气象因子占主导地位,平均风速和降水量对小麦水足迹影响最大,平均气温和日照时数对玉米水足迹影响最大。     

吉林省玉米种植水足迹及其效率分析

玉米是吉林省重要的粮食作物,玉米水足迹及其效率分析可以有效指导区域水资源管理,促进绿色农业发展。本文根据CLIMWAT 2.0以及中国气象数据网提供的数据,运用CROPWAT 8.0软件,对2005～2016年吉林省玉米水足迹及其效率进行计算,得出以下结论:(1)吉林省玉米生长过程水足迹整体呈缓慢波动上升趋势,主要影响因素为玉米单产量;(2)玉米水足迹构成中绿水、蓝水和灰水足迹比例分别为55.10%、15.65%和29%;(3)玉米水足迹区域差异较为明显,西部蓝水和灰水足迹比例高达35%和31%左右;(4)玉米水足迹效率数值总体缓慢下降,水资源利用效率不断提高,但提升空间仍然较大。因此,吉林省玉米种植应因地制宜,高度重视水土资源合理开发利用;以科技为支撑,提高玉米单产量;适当降低氮肥用量,提高氮肥利用率;引导玉米种植结构调整,提升综合效益。     

沧州市农业水足迹变化特征与驱动因素分析

为解析影响沧州市农业水足迹增长的驱动因素,本研究利用水足迹评价和灰色关联度分析的方法,计算并分析沧州市农业水足迹的结构、利用和产出效率及其时空分布。结果表明:1994—2014年沧州市农业水足迹持续增长,21年增长1.63倍。在农业水足迹中,种植业水足迹所占的比重最大,畜牧业水足迹的总量和占农业水足迹的比重持续增长;水足迹构成分析表明,沧州市蓝水足迹所占比重最大,说明农业用水中灌溉水尤其是抽取的地下水占主体地位,沧州的农业生产特别是种植业生产严重依赖地下水资源。农业水足迹在空间上分布差异明显,中部县市高于北部和南部县市;沧州各县市的农业水足迹利用效率与产出效率也呈增长趋势,单位水足迹创造产值持续上升;灰色关联分析表明,有效灌溉面积比例、耕地复种指数和农村人口是农业水足迹关联度最高的3个驱动因子。     

基于DSSAT模型陕西杨凌不同降水年型冬小麦灌溉制度研究

基于DSSAT作物模型模拟了不同降水年型水分胁迫条件下的冬小麦生产潜力,对比分析不同生育期灌水对产量、WUE以及土壤蒸发量等的影响,从而确定关键灌水期;并在综合考虑产量、WUE、总灌水量、灌水次数等因素的基础上确定了不同降水年型下的最优灌溉制度。结果表明：(1) 冬小麦越冬水、返青水、拔节水、灌浆水四水中以返青水最为关键,其次为拔节水,最后为越冬水和灌浆水;当不灌返青水时,冬小麦产量和蒸腾量显著降低,土壤蒸发量显著升高;(2) 不同降水年型之间也存在显著差异,产量、WUE、作物蒸腾量等表现为丰水年略大于平水年,二者显著大于枯水年;而灌水边际效益表现为平水年＞枯水年＞丰水年;(3) 枯水年、平水年、丰水年的冬小麦最优灌溉制 度分别为枯水年返青期和拔节期各灌水75 mm和50 mm,平水年返青期灌水75 mm,丰水年返青期和拔节期各灌水25 mm。     

水足迹视角下黄土丘陵区农业水土资源匹配格局——以山西省和顺县为例

从水足迹视角出发,运用CROPWAT及标准差椭圆模型分析2010—2019年山西省和顺县乡镇域主要农作物生产水足迹和耕地面积的时空变化,运用基尼系数及空间失配指数深入研究2010年、2014年、2019年乡镇域农业水土资源时空匹配格局,并明确调控方向。结果表明,研究期间,和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹和耕地面积总体上均呈下降趋势;绿水足迹对各区域作物生产水足迹的构成贡献最大,占比均超过62.0%;和顺县西部地区作物生产水足迹和耕地的空间聚集性不断增强;和顺县作物生产水足迹、蓝水足迹、绿水足迹与耕地之间的空间失配均逐渐加剧,中部和东部地区农业水土资源分别为中度失配和重度失配,是和顺县未来农业水土资源调控的重点地区;可以将县域10个乡镇分别划分为水源涵养调蓄、水土优化调控与引水节水灌溉3个调控区。总的来说,受社会经济、生产要素投入和气候条件的影响,和顺县农业水土资源匹配协调水平处于失衡状态,但在调控区划分的基础上,有针对性地进行人工调控,仍可实现农业水土资源匹配协调水平的较大提升。     

吉林省水稻生产的碳足迹与水足迹时空变化特征

农业生产对全球气候变暖、水资源短缺和环境污染具有重要影响。碳足迹和水足迹分别是评估温室气体排放和水资源消耗的指标。采用生命周期评价方法,对吉林省水稻生产的碳足迹和水足迹进行核算,分析碳足迹和水足迹的时空变化特征及其构成。结果表明:2007—2017年吉林省水稻生产的碳足迹年均值为0.74 kg·kg^-1。甲烷排放是水稻生产碳足迹的主要组分,占比为41.55%,其次为化肥施用导致的温室气体排放,占比为21.18%。2007—2017年吉林省水稻生产的水足迹呈波动下降趋势,年均值为147 L·kg^-1,其中:水稀缺足迹为122 L·kg^-1,约占83%,水劣化足迹为25 L·kg^-1,约占17%。碳足迹和水足迹的高值区和低值区在空间上分布不一致,吉林省西部和中部地区的水足迹较大、碳足迹较小,而东部、中东部地区碳足迹较大、水足迹较小。相关分析表明,碳足迹和水足迹呈负相关。     

宁夏中部干旱带主要粮食作物生产水足迹分析

文章基于水足迹的概念和计算方法,结合联合国粮农组织推荐CROPWAT8.0软件,以红寺堡区、海原县、同心县、盐池县为宁夏中部干旱带典型代表,对宁夏中部干旱带2013年农作物生产用水状况进行分析.结果表明:宁夏中部干旱带马铃薯的生产水足迹最大为8.59×108 m3,其次为玉米8.03×108 m3,最小为春小麦3.84×108 m3.粮食作物生产水足迹中马铃薯的蓝水足迹最大,是春小麦蓝水足迹的2.5倍,但是马铃薯和春小麦单位质量耗水量上差异不大,这主要是跟作物的播种面积和产量有关.水足迹跟作物的播种面积呈正相关,单位质量水足迹跟产量呈负相关.各作物灰水足迹占总水足迹的33%以上,较高的灰水产生量对当地地下水水质是个严重的威胁,在生产中不容忽视.因此,对水资源短缺的宁夏中部干旱带来说,调整农作物种植模式,减少高耗水作物种植面积,提高氮肥利用率,可以有效地减少研究区农业用水量.     

内蒙古地区水足迹量化及水资源评价分析

为探讨内蒙古地区水资源现存问题和发展规律,合理利用区域水资源,基于水足迹理论对内蒙古1998—2018年用水结构进行分析,并评价区域水资源利用状况。结果表明:全区水足迹整体呈上升趋势,2018年总水足迹达778.58亿m3。从构成上看,农业蓝绿水足迹始终占总水足迹主导地位,所占比例为72.43%～82.97%。对比各地级市用水特征,由于阿拉善地区生态蓝水足迹较高,因而人均蓝水足迹最高;兴安盟降水量大、作物产量较低,因此人均绿水足迹最高;研究区总体水资源压力始终处于较高状态,乌海地区水资源压力位居第一,但研究区总体上尚未出现水质性缺水问题。综上,内蒙古地区亟需通过调整用水结构等以改善当地水资源利用现状,促进区域可持续发展。     

绿洲灌区不同施氮水平下玉米绿肥间作模式的水分利用特征

【目的】针对玉米连作对化肥依赖过高、水分利用效率低下等问题,探讨间作绿肥和减施氮肥对玉米农田耗水特征的影响,以期明确间作绿肥生产玉米的水分利用特征,为玉米生产减氮及水分高效利用技术的优化提供理论实践依据。【方法】2018—2019年,在河西绿洲设置田间定位试验,设玉米间作绿肥和单作玉米（M）两种种植模式,减量25%施氮（N1：270 kg·hm^-2）和传统施氮（N2：360 kg·hm^-2）两个施氮水平,绿肥种类包括作箭筈豌豆（V）和油菜（R）,研究不同处理下耗水特性和产量表现。【结果】间作绿肥可保证玉米稳产,在玉米/绿肥带状间作模式中,N1与N2处理的玉米产量差异不显著。间作绿肥和减施氮肥25%处理可提高绿肥刈割期、玉米收获后土壤含水量,以M/VN1处理提高幅度最大,较传统施氮下单作玉米（MN2）分别高17.2%—18.9%、28.6%—31.3%;间作绿肥和减施氮肥25%处理可降低作物在绿肥播前至刈割、绿肥刈割至玉米收获和作物全生育期的耗水量,以M/VN1处理降低幅度最大,较MN2分别降低38.8—48.8、32.9—53.9和80.9—92.7 mm;间作绿肥可提高玉米水分利用效率,以M/V处理最为突出,比M处理高14.9%—15.6%;N1与N2相比,M/R、M/V处理水分利用效率分别提高3.4%—5.2%、5.7%—6.5%,M处理的降低4.0%—5.5%;提高幅度以M/VN1处理最大,较MN2高14.8%—16.8%。玉米间作绿肥、减施氮肥25%处理可有效改善土壤含水量,降低系统耗水,提高玉米水分利用效率,具有较高的水分生产力。【结论】在水资源短缺的河西绿洲灌区,间作绿肥可保证玉米稳产,具有较高的水分供给潜力,其中玉米间作箭筈豌豆集成减量25%施氮处理的综合效果最好。     

生态足迹视角下的宁波市水资源可持续利用评价

以生态足迹理论为基础,通过构建水资源生态足迹和水资源生态承载力的模型,对宁波市2002-2010年水资源的可持续利用状况进行评价。结果表明,2002-2010年宁波市水资源的人均生态足迹保持在0.62 hm2/cap以下,且变化幅度较小。其中生产用水生态足迹占水资源生态足迹比重最大,达67.9%-79.8%;生活用水生态足迹其次,生态用水生态足迹最小。第一产业用水生态足迹大于第二、三产业之和,城镇居民生活用水生态足迹持续上升。水资源人均生态承载力保持在0.99 hm2/cap以上,受气象、水文影响起伏变化较大;水资源处于生态盈余状态,与水资源生态承载力变化趋势一致。万元GDP水资源生态足迹逐年下降,在经济发展方面水资源开发利用程度正逐步提高。     

新疆主要农作物生产水足迹计算分析

从农作物生产水足迹角度出发,基于彭曼公式结合CROPWAT软件计算,分析了2011年新疆13个地(州)主要农作物的生产水足迹情况。结果表明：新疆地区棉花的单位面积及单位质量需水量分别为8 650 m³·hm^-2、4.82 m³·kg^-1,均大于小麦和玉米的需水量,是三种农作物中最耗水的作物;新疆主要农作物需水以蓝水为主,其中棉花的蓝水比重最高达93.31%,南疆地区蓝水利用量最大;2011年新疆全区主要农作物生产水足迹为2 049.31×10⁷ m³,其中蓝水足迹为1 651.65×10⁷ m³,绿水足迹为186.88×10⁷ m³,灰水足迹为210.78×10⁷ m³;巴州、阿克苏、喀什地区的作物生产水足迹总量较大,是水资源治理的主要地区。对于水资源缺乏的新疆地区,合理调整农作物的种植结构及减少化肥施用量,是落实最严格水资源管理制度的有效措施。     

小麦玉米间作和氮肥对作物耗水特性及水分利用的影响

通过大田试验,在半湿润区雨养条件下研究小麦玉米间作种植与单作种植在两个氮肥水平下的阶段耗水量、土面蒸发特征及水分利用效率,探究间作系统中各组成作物的耗水特性以及氮肥对水分利用的调节作用。研究结果表明,间作种植模式可增加小麦耗水量、全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例(E/ET),而降低玉米耗水量。在同一种植模式下,施氮处理增加作物耗水量,同时降低全生育期土面蒸发量与土面蒸发量占耗水量的比例,说明施氮能适当地增加土壤水分的有效性。与单作相比,间作使小麦在施氮时产量、水分利用效率分别提高33.20%与12.15%,在不施氮时较单作小麦产量、水分利用效率分别提高26.97%与23.81%;玉米间作与单作种植对产量的差异不显著,但显著提高水分利用效率,在施氮时和不施氮情况下分别提高8.37%和10.06%。在同一种植模式下,施氮处理同时增加小麦和玉米的产量与水分利用效率。因此,可在半湿润区适当发展施氮处理的间作种植模式,以提高作物的水分利用效率和达到作物高产。     

基于投入产出表的中国水足迹走势分析

水足迹是近年来国内外研究水资源压力的常用方法。基于投入产出表的水足迹分析方法,分析了我国1997-2007年的水足迹状况,改进了耗水系数的计算方法,研究了基于稀释理论的灰水足迹计算方法,计算了外部水足迹及额外水足迹负重以及相应系数,分析了我国水足迹消费的商品(服务)结构。结果表明,1997-2007年我国年均水足迹总量为2.83万亿m³,总体呈现下降趋势,其中蓝水足迹为2183亿m³,灰水足迹为2.62万亿m³(以Ⅲ类水标准核算)。在水足迹总量中,间接水足迹占据比例达到90%,可见水资源压力的产生主要基于商品或服务的消费。我国水足迹基本上依靠自给,同时我国承担其他国家的水资源压力的比例很大,但是整体上呈现下降趋势。从水足迹消费商品(服务)结构上看,与饮食相关的商品或服务占较大比例。     

冷暖型玉米抗旱性研究

选用5个冷型和5个暖型玉米自交系在干旱胁迫和正常浇水条件下研究冷暖型玉米的抗旱性。结果表明:①大田材料温度与温室正常浇水下材料温度变化趋势一致,温室干旱胁迫下材料温度与温室正常浇水下材料温度变化趋势也一致;②冷型玉米抗旱指数比暖型玉米抗旱指数大;③大田材料温度和温室正常浇水下材料温度与干旱指数呈负相关显著。说明冷型玉米具有一定的抗旱性。     

河套灌区春小麦生产水足迹影响因子敏感性及贡献率分析

【目的】农业水资源高效利用是保障国家粮食和水资源安全的重要途径,作物用水评价是农业用水管理的主要研究课题之一。水足迹为农业用水评价提供了新的指标体系,对作物生产水足迹影响因素进行定量评价有助于进行水足迹调控,实现农业水资源高效利用。【方法】以河套灌区为研究区域,基于水足迹概念体系,利用改进的水足迹量化方法对河套灌区春小麦生产水足迹进行量化并分析其在研究时段内的演变特征;利用单因素轮换（One-At-A-Time,OAT）敏感性分析方法和贡献率分析方法探究气候、农业生产投入因子和水资源利用效率对春小麦生产水足迹变化的驱动力。【结果】春小麦生产水足迹在研究时段内呈显著下降趋势,从1981年的4.71 m³·kg^-1,下降到2010年的1.52 m³·kg^-1;同时年际变化呈现出较为明显的阶段性特征,可划分为波动性下降期（1981-1987年）、快速下降期（1988-1995年）、缓慢下降期（1996-2010年）,该变化规律与灌区农业生产和灌溉水平的发展特征基本一致;从水足迹的蓝、绿水构成来看,河套灌区春小麦生产水足迹中蓝水足迹比例超过90%,而绿水足迹比例不足10%,这与灌区农业生产用水特征相一致。敏感性分析显示,水足迹对各个因子的敏感性差别十分显著,日照时数、相对湿度、降水量、灌溉水利用系数和单位面积化肥用量在±20%波动的情况下,春小麦生产水足迹的波动范围分别为±30%、±24%、±2%、±63%和±4%,春小麦生产水足迹对灌溉水利用系数、日照时数和相对湿度的敏感性较高,对其余影响因子的敏感性较低。贡献率分析显示,研究时段内相对湿度的减少和降水量的增加促使春小麦生产水足迹的增加。而日照时数的下降、化肥使用量以及灌区用水效率的提高促使了春小麦生产水足迹的降低。定量分析结果显示,化肥和灌溉水利用系数对春小麦生产水足迹变化的贡献率分别为-36.89%和-39.42%,而气候因子的综合贡献率仅为2.80%,对研究时段内春小麦生产水足迹下降贡献率最大的是灌溉水利用系数,其次为单位面积化肥用量,而相对湿度、日照时数和降水量三者的贡献率相近,贡献率最小的是日照时数,这主要是因为日照时数在研究时段内的变率较小。【结论】气候、农业生产资料投入和水资源利用效率是影响作物生产水足迹的主要因素,就河套灌区而言,农业生产资料投入和水资源利用效率的提高是促使灌区春小麦生产水足迹下降的主要因素,而气候因子在研究时段内对春小麦生产水足迹的影响较小。该研究结果可为水足迹调控提供理论依据与实践参考。     

干旱胁迫对柔枝松幼苗耗水的影响

[目的]研究干旱胁迫对柔枝松幼苗耗水的影响。[方法]选择6个柔枝松种源大小一致的2年生移栽苗,研究不同干旱时期的耗水量和耗水速率。[结果]苗木耗水量和耗水速率的日变化呈"单峰型",种源Rsi的耗水量和耗水速率的变化最小,且日变化较稳定,种源Rs和Rl下降较大。根据耗水量和耗水速率判断,种源Rsi较耐旱。[结论]为其抗旱机理研究提供理论依据。