我国农业水资源可持续利用面临的问题与对策

分析了我国农业水资源分布特点，从可持续发展角度论述了农业水资源存在着供需矛盾日益突出、污染和超采严重、地下水位和水质下降、农业用水效率低且浪费严重等问题，提出了实施农业高效用水技术、控制污染保护生态平衡、污水、海水、雨水资源化以及区域水资源调度等解决对策。     

玛纳斯河流域土壤水稳定同位素特征及运移机制

干旱区土壤水分垂直方向运移与分配,特别是膜下滴灌绿洲地区土壤水分垂直方向分布现状与运移机制尚不清楚。为探究干旱区农田生态系统水分层贡献问题,阐明农田土壤中水分运移过程,于2019年沿新疆玛纳斯河流域农田土壤进行分层采样,依次为0~5、5~10、10~20、20~40、40~60、60~80、80~100 cm。测定了稳定同位素δD和δ¹⁸O值,对同位素δD和δ¹⁸O值进行数据分析。结果表明： δD和δ¹⁸O最大值位于0~5 cm土层,分别为-25.64‰和-0.19‰; δD和δ¹⁸O最小值位于20~40 cm土层,分别为-108.32‰和-8.19‰。0~5 cm土层δD和δ¹⁸O值较高,表明上层比下层更易受水分蒸发作用影响,存在强蒸发效应。随土层深度增加,δD和δ¹⁸O值呈减小趋势,其中80~100 cm土层变化趋势缓慢。氘盈余值表现为山地>平原>荒漠>山前。研究表明,受长期膜下滴灌影响,加之蒸发作用强烈,玛纳斯河流域土壤水分迁移过程发生改变。     

不同水分条件下小麦旗叶叶绿素a荧光参数与子粒灌浆速率

利用OS－30型叶绿素荧光分析仪研究水分胁迫对小麦旗叶叶绿素a荧光动力学参数的影响。结果表明，水分胁迫下旗叶的T1／2值减少，旗叶光系统Ⅱ（PSⅡ）原初光能转化效率（Fv/Fm)和潜在活性（Fv/Fo)降低，光合作用的潜在活力降低，这些参数下降影响了光合电子的传递和CO2同化的正常进行，表现在可变荧光淬灭速率减慢，可变荧光下降比值减小。同时还讨论了水分胁迫对灌浆速率的影响。     

水分对冬小麦产量及水分利用效率的影响

通过对冬小麦生育期不同阶段进行水分控制试验,研究了不同控水处理对冬小麦的产量的影响,同时对不同水分条件下不同冬小麦品种的产量、水分利用效率和耗水量之间的关系以及产量构成因素对产量的贡献进行了探索.结果表明,各种灌水方案中,以拔节-抽穗期的2次灌水效果最好.随灌水量的增加,产量表现出抛物线型变化,而水分利用效率呈现对数关系.参试品种中,以品种6365的抗旱性能和产量潜力最好.     

太行山小流域降雨—径流关系及其过程的研究

观测了水源区的太行山小流域径流及降雨过程 ,分析了径流与降雨的关系。结果表明 ,流域降雨季节性变化很大 ,主要集中于 6～ 9月 ,总量达 3 89.2 mm ,占 86.5 % ,11月到翌年 5月仅 60 .75 mm。在旱季 ,流域径流量逐渐下降 ,11月到翌年 5月底减少 0 .0 0 2 3 m3/ s,此期降雨次数和量较少 ,径流量持续下降 ,11月至翌年 3月由于植物叶片枯落 ,浅层土壤水经长时间蒸发后对深层裂隙水无明显影响 ,径流量较稳定 ,进入生长季后 ,流量近至枯竭。雨季降雨是流域径流的主要来源 ,当降雨量小于 5 0 mm时 ,降雨对径流的影响很小。连续暴雨使径流迅速形成洪峰 ,在平均雨强达到 2 8.91mm / h后 ,4 h径流量达最大值 0 .90 5 m3/ s,此期径流量与累积降雨量呈极显著的线性正相关。但洪峰仅持续 1～ 2 h,后期 5 7.3 m m的降雨量并未再次引起洪峰。     

近10年黄河三角洲地区粮食产量及灰色预测

通过收集粮食产量的历史数据,分析了黄河三角洲地区近10年来粮食产量的变化趋势、19个县(市、区)的粮食贡献以及其空间分布格局。基于灰色理论和Matlab软件编程建立了现代黄河三角洲地区的粮食产量定量预测模型,并进行不确定性分析。结果表明,黄河三角洲地区未来几年内粮食产量呈上升趋势,GM(1,1)模型模拟预测值序列与实际值序列残差的关联度R、均方差比值C及小误差概率均判定该模型的精度为一级,误差较小,预测结果可靠。本研究所得结果可为粮农管理部门做相关决策提供依据。     

基于稳定同位素和贝叶斯模型的引黄灌区地下水硝酸盐污染源解析

地下水硝酸盐（NO₃^-）污染已经成为全球严重的水环境问题之一,由于饮用水中高含量NO₃^-会转化成亚硝酸盐而增加各种疾病和癌症风险,其来源的确定对于NO₃^-污染的预防和控制非常重要。本文以黄河下游第二大灌区——潘庄灌区为例,首次采用NO₃^-的氮氧稳定同位素结合贝叶斯模型追溯地下水NO₃^-的来源并量化各种来源的贡献比例。结果表明,地下水NO₃^-含量分布在0.1~197.0 mg·L^-1,平均值为34.2 mg·L^-1。与《生活饮用水卫生标准》中规定的地下水NO₃^-最大含量[20 mg（N）·L^-1,相当于NO₃^-含量90 mg·L^-1]相比,有10%的样品NO₃^-含量超标。井深<30 m、30~60 m和>60 m的地下水NO₃^-平均含量分别为25.9 mg·L^-1、39.7 mg·L^-1和20.1 mg·L^-1。空间上,宁津县、武城县、平原县和禹城市有大片区域地下水NO₃^-含量较高。地下水NO₃^-的δ¹⁵N组成范围为0.72‰~23.93‰,平均值为11.62‰;δ¹⁸O组成范围为0.49‰~22.50‰,平均值为8.46‰。同位素结果表明粪便和污水、农业化肥是地下水中NO₃^-的主要污染来源。这反映了人类活动是引起地下水NO₃^-污染的主要原因。贝叶斯模型结果显示,粪便和污水对潘庄灌区地下水中NO₃^-平均贡献率高达56.2%,化肥的平均贡献率为19.3%,大气降水和土壤的平均贡献率分别为6.2%和12.3%。由于污水、粪便和化肥是地下水中NO₃^-的主要来源,为保护和改善研究区地下水水质,建议加强污水管道建设,强化畜禽粪便的管理以及提高化肥利用效率。     

典型农业区河流水质评价及影响因素分析

随着农业、农村和城镇化快速发展,施肥、畜禽养殖和农村污水排放等使河流水质日益恶化、氮磷污染严重,导致水环境问题加剧。本研究以位于广东省高州市的白沙河为例,在旱季和雨季采集水样,测定河水主要水质指标的时空变化特征,利用水质指数（WQI）、灌溉用水评价模型、主成分分析法,结合土地利用类型,评估白沙河水质和影响因素。结果表明：水质指标呈现明显的季节变化特征,旱季各项水质指标均大于雨季,降雨对pH、电导率（EC）、NH⁺₄-N、Ca²⁺、Na⁺、Cl^-和SO^2-₄的影响较大。雨季66%的水样WQI为优,显著优于旱季;旱季水样WQI值较高,水质较差水样主要集中于上游工业园及中下游区域。农田灌溉用水水质评价表明,雨季河流水质适合灌溉,旱季部分河水在灌溉前需要采取处理措施。主成分分析（PCA）和相关性分析（CA）显示白沙河流域的主要污染源与农业面源、居民生活污水和工业园排水有关,影响水质的关键因子是NH⁺₄-N、总磷（TP）和NO^-₃;土地利用类型分析表明水田和建设用地、农村居民点和林地分别是旱季、雨季水质的主要影响因子,250 m缓冲区尺度下,水田和农村居民点与水质的关联性较强。研究表明,白沙河旱季水质较差,与工业排水造成的点源污染有关;在250 m缓冲区尺度下河流水质与农业面源污染有关。     

模拟增温条件下翻耕免耕农田土壤CH4通量响应

为研究未来气候变暖下我国华北翻耕、免耕农田CH4通量响应,评估该地农田碳汇/源情况,使用远红外辐射增温仪模拟气候变暖,设计翻耕增温(CTW)、翻耕不增温(CTN)、免耕增温(NTW)、免耕不增温(NTN)4个处理。研究表明,2013—2015年小麦-玉米季,增温分别显著提高翻耕、免耕农田10 cm土壤温度1.5℃和1.4℃(P0.05);但对两种耕作农田土壤水分的影响并不显著(P0.05)。各处理土壤CH4通量无明显季节变化,但累积CH4吸收具有显著年际差异。2013—2014年小麦季,CTW和NTW相比CTN和NTN处理,累积CH4吸收分别显著增加35.8%和108.8%(P0.01);但在2014—2015年,CTW处理显著降低17.7%(P0.05)。两年玉米季,处理间累积CH4吸收无显著差异(P0.05)。各处理土壤微生物生物量碳(MBC)含量与CH4存在显著正相关关系。未来气候变暖条件下,翻耕农田MBC含量减小将可能减缓华北农田CH4吸收。     

平邑县农村地区地下水中重金属特征研究

地下水是农村地区的重要饮用水源之一,对其重金属的评价是水质评价的重要内容.使用电感耦合等离子体发射光谱仪(ICP-OES)对山东省平邑县49个村庄的地下水中的重金属Cu、Fe、Pb、Zn、Cr和Cd的浓度进行了测定,并对其分布特征和主要来源进行了探讨.结果显示,该研究区地下水中Cu、Fe、Pb、Zn、Cr和Cd的含量范围分别为0～0.127、0.01～0.532、0～0.006、0.025～8.459、0～0.035、0～0.001 mg·L-1.取样点的重金属浓度大多符合我国饮用水质量标准和EPA饮用水质量标准,只有2个样点Fe的含量和3个样点Zn的含量超出了我国饮用水质量标准和EPA饮用水质量标准.通过相关分析发现,该区地下水中6种重金属元素中Zn和Fe以及Cr和Pb存在极显著的相关性,据此可以判断,Zn和Fe、Cr和Pb的来源或迁移路径可能相同.利用地理信息系统软件(ArcGis)的反距离权重法(Inverse distance weighting)对该县地下水中重金属浓度的分布特征进行分析,结果发现,该区地下水中Cu、Fe、Pb、Zn、Cr和Cd的浓度呈现斑块状分布,空间差异性大,这表明该地重金属的浓度差异与人类活动有关.