河套灌区农业水土资源时空匹配格局研究

为了客观地评价内蒙古河套灌区农业水土资源时空匹配情况,在分析灌区水土资源利用现状和空间分布格局的基础上,以灌溉用水量作为水资源量的表征参数,构建了农业水土资源匹配测算模型,评价了河套灌区及5个县域的农业水土资源匹配程度,并对其匹配程度进行了划分。结果表明:河套灌区农业水土资源匹配一般,耕地资源优势明显,水资源问题突出;10a来农业水土资源匹配程度逐渐降低,匹配程度空间差异性较为显著,总体呈现出"自西向东依次变差"的特点。针对河套灌区农业水土资源匹配程度差、区域差异明显的情况,应加强该区水利工程建设和加快水务管理体制改革,同时兼顾农业水土资源优化配置,提高河套灌区农业水土资源匹配程度。     

灌排模式对稻田作物水足迹的影响

设置浅水勤灌(FSI)、浅湿灌溉(WSI)、控制灌溉(CI)和蓄水控灌(RC-CI)4种灌排模式,于2017—2018年进行了桶栽观测试验,利用作物水足迹计算方法量化蓝、绿、灰水足迹,分析灌排模式对水稻水足迹及其组成的影响。结果表明:在不同灌排模式下,水稻作物水足迹、组成及其效率均存在差异。所有处理水足迹的范围为846.3~1132.3 mm,RC-CI处理水足迹最小,而FSI最大。FSI、WSI、CI、RC-CI作物生产水足迹年均值分别为1.26、1.18、1.06、1.08 m^3/kg。在水足迹组成方面,蓝、绿、灰水足迹比例分别为10.9%~22.3%、28.8%~44.1%和39.4%~55.0%。FSI处理蓝水比例最大,RC-CI处理绿水比例占有优势。蓄水控灌降低了水稻作物水足迹,其用水结构更为合理,减小了机会成本,能够较好地实现节水减排。本研究可为选择水稻高效灌排模式和农业节水策略制定提供参考。     

中国灌区水分生产率及其时空差异分析

从粮食产出和广义水资源投入出发,计算了31个省区灌溉农田的水分生产率并分析其时空变化特征,同时建立广义水利用系数以评价水资源的有效利用率。结果显示:由于粮食单产提高和灌溉用水量的减少,1998-2010年各省区水分生产率值均呈增大趋势,全国平均值由0.67kg/m3增大到0.81kg/m3;空间自相关分析表明,水分生产率值相似的省区在空间上显著地聚集,全局Moran’sI的检验值都大于0.01的置信水平,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,长江以南和东北则密集了低值省区,局部自相关属性为高-高(HH)、低-低(LL)的省区超过了20个,13a来总体和局部的空间分异特征随时间变化均不明显;不同地区的广义水利用系数都随时间增加,省区间水分生产率和广义水利用系数大小关系无一致性,水分生产率高的省区亦存在较大节水潜力。从自然条件、农业生产特征、经济发展程度等方面宏观分析了水分生产率和广义水利用系数在空间差异的原因。该研究为灌区水资源管理宏观政策的制定提供依据。     

不同灌溉水分生产率指标的时空变异与相关关系

选择灌溉系统中的不同灌水量作为投入,建立毛灌溉水分生产率(Pg)、渠系灌溉水分生产率(Pc)及净灌溉水分生产率(Pn)指标;收集全国443个主要灌区1998年、2005年及2010年的数据资料,分析了中国灌溉水分生产的时空变化规律及指标间的相关关系。结果显示:3个指标的全国均值分别为1.361、2.532及2.989 kg/m3;各省区的3个指标均随时间呈增加态势,直辖市的增幅较大而长江流域粮食主产区较小;代表年各灌溉水分生产率指标在空间上均表现为明显的聚集现象,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,华南、西北及东北则密集了低值省区;Pg、Pc及Pn两两之间均呈现显著的线性相关关系,决定系数均大于0.90。3个指标中的任一指标均可代表省区灌溉水分生产率在全国的排序位置。     

中国农作物水足迹时空分布与影响因素分析

为全面评价中国农作物对水资源真实消耗,计算并分析了31个省区1996—2015年农作物水足迹,并借助通径分析方法分别对影响农作物生产水足迹(单位耕地面积水足迹)时间变化和空间分布的影响因素进行了揭示。结果显示:全国年均农作物水足迹为1 421.07 Gm3,蓝水、绿水和灰水足迹分别占10.05%、66.79%及23.16%;粮食和水果类作物水足迹占总量的85%以上,二者很大程度上决定着中国农作物水足迹的变化。中国农作物生产水足迹为1 156.90 mm,时间上呈先下降后缓慢上升态势,空间上为从东南向西北逐渐递减的格局。人口密度、人均纯收入和化肥施用量是农作物生产水足迹时间变化的主要驱动因子,而降雨量、人均GDP及人均纯收入对其空间分布有重要影响。经济发展是降低农作物水足迹的原动力,可以促进化肥施用量降低、灌溉用水效率提高以及增强绿水资源调控能力。     

中国灌溉水粮食生产率及其时空变异

为了评价农业引水总量的生产效益,从全国459个主要灌区的实际灌溉水和粮食生产数据入手,计算、比较了1998,2005和2010年31个省区的灌溉水粮食生产率,利用空间自相关分析方法对1998—2010年中国灌溉水粮食生产率的时空变异规律进行探究.结果显示：各省区灌溉水粮食生产率呈增大趋势,代表年的中国均值为1.03 kg/m3,最大、最小值分别为河南的2.15kg/m3和海南的0.25 kg/m3,区域间差异较大;灌溉水粮食生产率在空间上存在显著的聚集现象,聚集程度随时间变化不明显,高值省区以黄淮海平原为核心集中分布,长江以南则密集了低值省区;江西、安徽及重庆灌溉水粮食生产率的变化幅度与其相邻省区不同步,造成了局部分异特征的变化.分析了中国灌溉水粮食生产率格局的形成及其随时间变化的原因.     

稻田水资源利用效用的灌排模式响应

为全面揭示稻田水资源利用效用,在观测浅水勤灌(FI)、浅湿灌溉(WI)、控制灌溉(CI)和蓄水控灌(RI)处理试验小区田间水量平衡的基础上,建立了灌溉水、降水消耗通量区分方法及其利用效用评价指标体系,分析了水资源利用效用的灌排模式响应。结果表明:田间灌溉水和降水消耗量、有效利用率及水分生产力均受灌排模式的影响;2017-2018年各处理水资源消耗量为695.9~999.1 mm,其中CI处理水资源消耗量最低,并且消耗结构更加合理。CI处理的灌溉水生产力(IWP,5.392 kg/m³)、降水生产力(PWP,1.539 kg/m³)以及水资源生产力(WRP,1.364 kg/m³)综合表现出其水资源产出能力最强;灌溉效率(IE)、降水利用率(PE)及广义水利用系数(GE)的平均值分别为0.472,0.406,0.693,且处理间[JP]的差异小于产出能力指标。基于灌溉水、降水消耗通量区分的水资源利用效用评价指标体系可以真实而全面地衡量农业生产中水资源表现,特别是在降水频繁的生育季。研究结果可为农业用水效率评价和稻田灌排模式制定提供理论基础。     

西北内陆县域气候变化及其对河川径流的影响

根据民乐县及祁连县气象站点1958-2008年气温、降水资料,结合民乐县历年水文数据,利用Mann-Ken-dall秩相关分析法等方法分析了民乐、祁连县1958-2008年气温、降水和民乐地表径流量的变化,在建立定量化关系的基础上研究了气候变化对民乐县地表径流的影响并对未来径流量做出预测.研究表明,气温的变化可分为基准期(1958-1986年)和增温期(1987-2008年),后者增温速率达0.62℃/10 a,且全年各季度整体增加;降水量总体上呈上升趋势,增幅为19.5 mm/10 a,突变年(1978年)后降水量的波动性增大;历年降水量有减少趋势,受气候变化影响,径流量的年际变化增大,气温与降水对径流变化的贡献相反.未来径流量还有减小的趋势,对此,提出了调整产业和种植结构、节水灌溉、综合利用水资源等措施以应对.     

基于数据包络分析的河套灌区农业生产效率评价

为了科学评判农业生产水平,实现资源优化配置,该文运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA),同时考虑蓝水、绿水等多种要素,分析了河套灌区5个区域2000-2008年的农业生产相对效率,并对非DEA有效决策单元(decision making unit,DMU)提出建议。结果表明:各区域农业生产综合效率差异不显著。杭后和五原效率的提高主要取决于能否有效利用生产技术,而生产规模是影响前旗效率的主要因素。为实现DEA有效,21个非DEA有效DMU的各投入平均调整幅度分别为16.66%(蓝水),22.23%(绿水),19.46%(盐渍化灌溉面积),20.66%(非盐渍化灌溉面积)和23.82%(农业人口)。灌区应该调整产业结构,改善灌溉设施,加强土地管理,同时在现有绿水资源利用情况下,建立节水高效型种植结构。该研究为探寻河套灌区农业高效生产模式,指导其他灌区农业系统改善提供参考。     

活性炭对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响

通过室内土柱模拟试验,设置活性发质量分数为0%(对照),0.1%,0.3%,0.6%,0.9%及1.2%共6个处理,研究不同活性炭施入量对土壤入渗、蒸发特性及养分淋溶损失的影响.结果显示:随着活性炭用量的增加,土壤入渗能力先增强后减弱;100 min时,施加0.3%活性炭的土壤累积入渗量达到最大,高于对照的10.60%,而施加1.2%活性炭的土壤累积入渗量较对照的减少5.70%;33 d的土壤累积蒸发量随着活性炭施用量的增大而逐渐减小,与对照的相比最大减小量达21.35%;土壤淋溶液中硝态氮(NO3-)、土壤可溶性有机碳(DOC)的浓度随活性炭用量增大而减小,与对照的相比最大减小量分别为8.52%和47.11%.活性炭的施加对提高旱区农田蓄水保肥能力有重要意义.