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。     

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。     

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。     

基于试验的稻田作物生产水足迹计算方法研究

传统的作物生产水足迹计算通常采用估算的方法,计算精度无法得到保证。基于桶栽试验提出了一种稻田作物生产水足迹计算方法,即利用实测稻田水量平衡要素推算稻田作物蓝绿水足迹,再通过记录每次排水量及测定每次排水水样中氮磷浓度来计算稻田作物生产灰水足迹。试验设置浅水勤灌(Frequent and Shallow Irrigation,FSI)、浅湿灌溉(Wet and Shallow Irrigation,WSI)、控制灌溉(Controlled Irrigation,CI)和蓄水-控灌(Rain-catching and Controlled Irrigation,RC-CI)4种灌溉模式,计算各灌溉模式下的稻田作物生产水足迹。结果表明,稻田生产蓝绿水足迹随生育期呈"增—降—增—降"的趋势,以拔节孕穗期较大;灰水足迹集中在返青期和分蘖前期,这主要与施肥和降雨有关;总水足迹随生育期呈"增-降-增-降"的趋势,以分蘖前期较大,返青期和拔节孕穗期次之。返青期和分蘖前期稻田作物生产水足迹组成以灰水足迹为主,其余生育期以蓝绿水足迹为主。稻田作物生产水足迹计算结果说明灌溉模式对稻田生产水足迹影响显著(P0.05)。基于试验的作物生产水足迹计算方法能够准确计算出各生育阶段作物生产蓝绿水和灰水足迹。     

中国省区虚拟水流动及对农业用水的影响

模拟省区间粮食虚拟水流动格局的基础上,从节水效应和对区域用水效率的改变2方面评价虚拟水流动对中国农业用水的影响.粮食虚拟水呈由北向南流动的总体格局,其中黑龙江与吉林贡献了虚拟水输出量的69.1%,广东、浙江、福建及上海占流入总量的56.2%;虚拟水在全国范围内节约了199.4亿m³的水资源;虚拟水流动提高了全部输入区的单位产品耗水(WFP)和用水量(WUP)和主要输入区的WFP,降低了除黑龙江、吉林之外所有输出区的WUP和WFP.各省区应根据自身状况和在虚拟水流动中的地位制定水资源高效利用与管理策略.其中,东北粮食主产区应从区域视角发展节水农业,提高农业的水资源利用效率.     

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。     

水足迹分析中国耕地水资源短缺时空格局及驱动机制

为全面评估区域农业水资源供需关系,基于水足迹理论构建了耕地水资源短缺指数(arablelandwaterscarcity index,AWSI)。在分析1999-2014年中国AWSI时空分布格局的基础上,借助偏最小二乘法揭示了AWSI的主控因子。结果显示:中国AWSI的年均值约为0.413,总体上处于高度水资源压力状态,且有随时间加剧的趋势;各年份AWSI以华北平原为中心向外递减式扩散;面临极高水资源压力(AWSI0.800)的省区均分布在北方地区,长江以南省区均面临中度水资源压力(0.100AWSI0.400);降水量与日照时数是与耕地水短缺最为密切的气象因子,农业机械总动力、粮食面积比重以及人均GDP是影响AWSI的主要社会经济条件。农业生产水平较高的粮食主产区应以水足迹调控为重要内容进行农业水管理策略的制定。