基于CiteSpace的华北冬小麦-夏玉米周年优化灌溉制度的节水潜力分析

为探究华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的节水潜力,基于文献计量学方法,系统梳理了1995—2020年有关华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度的文献发文量、被引量、高影响力期刊、作者、研究单位、高频词、试验站点,以分析其研究态势,并利用CiteSpace进行了可视化与关联分析。在此基础上,进一步整理了该模式中高灌溉需水量作物冬小麦的关键节水技术,包括了工程节水技术(喷灌、滴灌、微喷灌)、生物节水技术(品种选育)与典型农艺节水技术(优化灌溉制度)等,系统分析了各节水技术对冬小麦产量、耗水量、水分利用效率的影响。结果表明:1)华北地区冬小麦-夏玉米一年两熟制周年优化灌溉制度研究的相关发文量在近年来呈明显增加趋势,发展态势良好,但同时缺乏高被引论文。中国农业大学、中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心、河南农业大学发文数量排在前三位,分别占总发文数的27%、10%和10%,在该领域具有较高的活跃度;2)从高频词来看,该领域主要聚焦于水分利用效率、产量、光合特性、生长特性、模型模拟等。但相关领域也存在问题,如主要作者、一些研究机构间合作不够密切,田间实验站点分布不均匀且缺少长期稳定的定位观测试验等;3)对于高灌溉需水量作物冬小麦的文献计量研究表明,喷灌、滴灌、微喷灌、选用抗旱节水品种等技术,可降低田间耗水量7%~13%、产量不同程度增加2%~10%,水分利用效率提高约5%~28%。优化灌溉制度,减少灌溉次数,且根据不同降水年型保证冬小麦关键生育期的需水,可降低田间耗水9%~25%,产量降低2%~18%,水分利用效率提高约6%~9%。综上,为进一步保证粮食生产与水资源安全,应将冬小麦-夏玉米一年两茬作为一个整体来充分考虑周年的水分利用,合理优化周年的灌溉制度,构建整合配套的农艺节水技术体系和灌溉设备与技术。     

地下水超采区农业种植结构与作物耗水时空演变研究

针对河北省受农业生产活动和降水量变化影响，社会用水与水资源承载能力严重失衡的问题，基于河北省水资源变化特征，利用Penman-Monteith公式和作物系数法计算区域主要作物需水量，分析种植结构变化对灌溉需水量的影响。结果表明：进入21世纪以来，河北省水资源总量、地表水资源量和地下水资源量比1956—2017年年均值分别减少22.36%、42.15%和9.01%，地下水开采量和农田灌溉量逐年下降，但地下水超采量仍高达3.31×109m3，典型深层地下水漏斗区地下水位埋深依然处于60.34~70.46m。同一作物年际间的需水量呈现弱降低趋势，蔬菜、水稻、水果、棉花、薯类、冬小麦、油料、大豆、玉米和谷子的需水量依次降低，分别为750.56~893.09mm、698.25~832.60mm、653.93~773.28mm、506.30~634.23mm、481.42~594.37mm、401.66~504.60mm、406.26~510.68mm、335.28~429.74mm、309.72~399.54mm、269.94~345.77mm。冬小麦的水分亏缺指数最高，为0.72；蔬菜、水稻和水果的水分亏缺指数依次降低，分别为0.47、0.46和0.36。冬小麦、蔬菜和水果年均灌溉需水总量分别占作物总灌溉需水量的46.87%、12.94%和12.24%。与1980—1989年相比，2010—2017年蔬菜和水果种植面积分别增加了186.01%和59.98%，灌溉需水量相应增加了143.75%和18.91%，而其他作物灌溉需水量均有所降低，蔬菜和水果种植面积增加成为农业灌溉需水量保持高位运行的主导因素。从实现主要农产品供需平衡、水资源平衡和国家粮食安全考虑，大幅减少高耗水作物（蔬菜和水果）种植面积是未来降低作物灌溉总需水量的有效途径。在保证京津冀市场需求的基础上，河北省蔬菜和水果的种植面积分别缩减至1.72×105、1.97×105hm2,年灌溉总需水量可减少3.31×109m3。