农田耗水构成、规律及影响因素分析

农业用水占总用水量的70%左右, 对农田耗水规律和过程的研究对发展区域节水农业有着非常重要的作用。本文通过回顾中国科学院栾城农业生态系统试验站建站以来在农田水分循环和节水方面的研究进展,对长期定位试验下不同灌溉水量的耗水规律、农田耗水过程及影响农田耗水的因素进行了分析。通过利用水量平衡法和大型蒸渗仪测定等方法确定蒸散量, 用小型蒸发器测定土壤蒸发。长期定位试验的结果表明: 在该区域冬小麦-夏玉米一年两作的种植方式下, 这两种作物耗水量相似, 随着灌溉量的增加, 农田耗水有增加的趋势; 冬小麦的农田耗水量在283~493 mm 之间, 灌溉水量较小处理的变异系数较大。利用大型称重式蒸渗仪和自制的微型蒸发器(MLS)测定的冬小麦和夏玉米季的棵间蒸发均占蒸散量的1/3。因此, 在此基础上可以利用秸秆覆盖减少土壤蒸发且效果非常明显, 20 年的试验表明秸秆覆盖每年可以减少土壤蒸发40~50 mm, 冬小麦秸秆覆盖夏玉米田可以抑制棵间蒸发的58.0%, 夏玉米秸秆覆盖冬小麦田可以抑制蒸发40.4%。长期耕作的定位试验表明: 不同耕作方式下的土壤蒸发也存在明显的差异, 免耕加秸秆覆盖处理的蒸发最小, 而深耕的最大。同时, 不同灌溉制度、种植方式和冠层结构均会对农田耗水产生影响。这些研究结果为以后的节水理论和技术发展提供了依据。     

稳定粮食生产必须建立优质高产高效的农田生态系统

我区是一个农业大区，以水稻为主的粮食生产是区内优势。全区现有耕地面积386.61万亩，其中水田面积355．62万亩。89年全区粮食总产204.01万吨，占全省比重12．83%；按农业人口计算人均产粮775．8公斤，按农业劳力计算人均产粮1662公斤。     

榆林地区农田开发与粮食增产回归分析及潜力研究

陕西榆林地区１２个县,均为黄河流域水域流失重点是和贫困县,建国以来修水地,坝地,梯田３７．８万ｈｍ＾２,占粮田总面积６０％,该文采用回归分析方法,求出大田面积与大田作物单产的回归系数为４３．９,即每修１万ｈｍ＾２“三田”的增产效益要当于粮田总面积每１ｈｍ＾２,增产４３．９ｋｇ,３５ａ来“三田”总增产为７２６．６万,其相关系数为０．９９５５,为极显著正相关,１９９６年农民人均占有粮４４４ｋｇ,比１９     

高产农田土壤硝态氮淋失与地下水污染动态研究

对桓台县区域农田监测研究表明,水肥管理不同的2个监测区域郭家区、李家区高产农田土体内NO_3~--N淋失迁移动态有差异,地下水污染亦不同。春天始土体内NO_3~--N含量趋于持续降低,浅层地下水NO_3~--N含量则持续升高,雨季后地下水中NO_3~--N含量尤剧烈升高,并达年内最高值,表现出农田N肥对地下水的直接污染,这可能与李家区灌溉次数多、土壤质地较轻和地下水位较浅有关。     

我国粮食生产的生态服务价值研究

试验研究证明农田生态系统产生生态服务价值,并在此基础上估算出我国农田生态系统因自然生态过程和人类种植业活动过程共同作用,为人类年提供19509.1亿元生态服务和经济产品总价值,其中41.9%是由农田生态系统自然过程提供和产生的,58.1%是由人类种植业活动过程产生的。目前我国统计系统计量的年度种植业总价值中仅计量了人类种植业活动过程产生的经济价值和部分由自然生态过程产生的生态服务价值,得到计量和反映的仅为64.7%,未计量的生态服务价值为35.3%,年达6881.06亿元。由于粮食生产过程中伴随产生的生态服务属公共服务范畴,国家应为粮食生产提供公共财政补贴的额度高限可达5140元/hm2·浕。     

辽宁省粮食蔬菜主产区地下水硝酸盐含量调查分析

2005～2007年连续3年5次采集辽宁省粮食、蔬菜主产区地下水样品1000余个,利用TU-1810DASPC紫外可见光光度计测定硝酸盐含量。结果表明:粮食、蔬菜主产区地下水硝酸盐含量平均值为17.37mgL-1,硝酸盐含量小于20mgL-1的样品占70.53%,大于20mgL-1的样品占29.47%。保护地蔬菜产区农户饮用水硝酸盐含量平均值为21.19mgL-1,个别的蔬菜种植户地下水硝酸盐含量达到396.67mgL-1,超出国家安全饮用水标准15倍以上。水稻产区地下水硝酸盐含量平均值为19.14mgL-1,玉米产区地下水硝酸盐含量为14.21mgL-1。部分监测区域地下水硝酸盐含量超出安全饮用水标准13.0%～28.1%。不同县区地下水硝酸盐含量超标率排序为新民市53.75%>开原市42.35%>辽中县41.75%>黑山县33.46%>北镇市31.51%>铁岭县28.87%>昌图县28.33%>新城子区12.50%>于洪区10.00%>苏家屯区9.00%。     

1997年东北地区粮食生产与农业气象条件分析

１９９７年东北地区粮食生产与农业气象条件分析娄秀荣沙奕卓（中国气象科学研究院,北京１０００８１）１９９７年东北地区作物生长季（４～９月）农业气象条件以高温少雨为主要特征,热量有余,水分亏缺,中西部干旱持续时间长、范围广,是建国以来所罕见。另外,大部地...     

黑龙江省粮食生产与耕地利用耦合分析

为较好地分析黑龙江省粮食—耕地耦合系统的动态变化特征及未来发展趋势,在构建黑龙江省粮食生产与耕地利用指标体系的基础上,采用主成分分析法和耦合模型对研究区1980-2010年粮食生产与耕地利用两系统的发展过程及耦合态势进行分析.结果表明:(1)研究期间黑龙江省两系统走势相近且呈上升趋势;(2)耕地利用系统演化速度在1980-1990年大于粮食生产系统演化速度,而1990-2010年则恰好相反;(3)两系统的耦合态势表现为先由协调演化为不协调,再向协调方向发展.今后在深入挖掘耕地资源潜力和有效提高粮食生产能力的同时,应积极有效地促进耕地与粮食两系统的协调发展.     

江苏省实现粮食生产连续7年增产

近年来,江苏省不断加大投入,强化科技支撑,扎实开展高标准农田建设,积极推进适度规模经营,粮食综合生产能力稳步提高。2010年全年粮食总产达到323.5亿kg（647亿斤）实现连续7年增产,7年累计增产粮食76.5亿kg（153亿斤）。粮食单产首次连续5年保持在400kg以上,创历史最好水平。江苏在发展粮食生产上突出了＂四个坚持＂。     

宁夏粮食生产地域格局变化分析

区域粮食供需平衡是确保民族地区粮食安全的重要前提。应用地理信息系统技术和空间统计分析方法,探讨了1985-2006年宁夏粮食地域格局变化特征及其原因。结果表明:宁夏粮食产区粮食产量总体呈增加态势,人均粮食占有量逐渐增加,在空间上余粮区和重要余粮区仍分布在沿黄县市;粮食生产区域差异及与人口分布的地理差异减小,粮食生产均衡性增加;在空间上引黄灌区是宁夏粮食生产布局的重点区域,但正向中部地区扩展。水利工程及生态退耕和移民等工程的实施是粮食生产格局变化的主要原因。     

石家庄平原区粮食施肥增产对地下水开采量演变影响研究

通过对近30年来石家庄平原区农业开采地下水量与化肥施用量和粮食产量之间的关系研究,揭示了化肥施用在小麦玉米产量耗用地下水开采量中的影响作用。结果表明,化肥施用量增加使小麦玉米产量的增幅大大超过农用地下水开采量增幅,从而使单位小麦玉米产量所耗用的地下水开采量不断减小,从20世纪70年代的1.86 m3·kg-1减小到2000—2005年间的0.72 m3·kg-1。如果没有化肥的增产效用,按照20世纪70年代的化肥施用量水平(0.17 t·hm-2),达到现状的粮食生产规模需要耗用的地下水开采量将大大增加,20世纪80年代、90年代、2000—2005年间平均分别需要多耗用地下水10.35×108 m3、18.88×108 m3和20.12×108 m3。但是21世纪初期单位面积上化肥施用量水平已较高,继续增加化肥施用对粮食单产及单位小麦玉米产量耗用地下水强度影响不大。     

华北平原不同降水年型和作物种植模式下的产量和耗水模拟

华北平原是中国重要的粮食生产基地,在国家粮食产业中地位较高,但长期灌溉造成了华北平原地下水资源的严重亏损,地下水位持续下降。该研究利用APSIM模型对华北平原1986－2015年不同种植模式下的产量和耗水情况进行模拟研究,为华北平原调整作物种植模式、农业水资源管理以及农业发展政策的制定提供科学依据。研究结果表明：APSIM模型能够较好地模拟冬小麦和夏玉米的生育期、产量及水分利用特征,其中生育期模拟结果的误差在5 d之内,产量、ET和下渗量模拟结果的R2均在0.84以上,表明该模型在华北平原具有较好的适用性;在华北平原地区,冬小麦-夏玉米一年两熟种植模式（M2Y1）年均产量（13 445 kg/hm2）最高,但耗水量（724 mm）也是最大,水分亏损（233 mm）最为严重;一年一熟种植模式（M1Y1）年均耗水量（534 mm）较小,水分亏损量（43 mm）最少,但产量（9 215 kg/hm2）较低;两年三熟种植模式（M3Y2）兼顾产量和耗水,在保证一定产量的前提下减少了耗水量,产量耗水综合效果最好,适合在华北平原推广实行。此外,该研究对栾城站丰水年、平水年和枯水年等不同降水年型下的3种种植模式产量耗水特征进行了对比分析,研究表明在华北平原降水资源对于作物生长有重要意义,年降水量越大,作物产量越高,水分亏损量越少。     

河北低平原冬小麦长期咸水灌溉矿化度阈值研究

在研究咸水灌溉对土壤和作物的影响过程中,对土壤盐分监测相对困难,而监测灌溉水的盐分更简单易行,但作物不同时期灌溉咸水的矿化度阈值较难确定。本文以2007—2015年在河北省衡水旱农节水试验站进行的长期咸水灌溉试验数据(灌溉水设置1 g·L~(-1)、2 g·L~(-1)、4 g·L~(-1)、6 g·L~(-1)和8 g·L~(-1)共5个矿化度;冬小麦生长期间灌溉3次水)为基础,以矿化度为1 g·L~(-1)灌溉水为淡水对照,调查不同处理小麦的相对出苗率、相对籽粒产量及土壤盐分等作物生长、产量和环境变化指标,并采用FAO分段函数方法,分析了‘石家庄8号’冬小麦多年咸水灌溉的矿化度阈值及其影响因素。结果表明,采用4 g·L~(-1)和6 g·L~(-1)咸水灌溉,多年平均小麦出苗率相当于淡水的93.8%(P0.05)和70.4%(P0.05),多年平均产量相当于淡水灌溉的86.0%(P0.05)和65.3%(P0.05),用小于4 g·L~(-1)的咸水灌溉,籽粒产量(产量变化小于15%)和出苗率不是影响咸水灌溉矿化度阈值的限制因素。经计算冬小麦多年咸水灌溉矿化度阈值为2.14~3.95 g·L~(-1),平均值为3.19 g·L~(-1),变异系数为21.1%。综合考虑产量和土壤盐分累积风险确定河北低平原冬小麦长期灌溉咸水矿化度阈值为2.47 g·L~(-1)。矿化度阈值与播前1 m土壤盐分有一定负相关关系(相关系数-0.587),与淡水灌溉产量呈一定正相关关系(相关系数0.516)。土壤盐分累积风险分析结果表明,按照灌溉咸水矿化度与土壤平均盐分拟合的指数方程预测,采用2.47 g·L~(-1)咸水连续9年灌溉,0~20 cm耕层土壤未达到盐渍化水平(平均土壤盐分预测值0.98 g·kg~(-1)),而1 m土体出现轻度盐渍化(平均盐分含量预测值1.17 g·kg~(-1)),土壤盐分稍有累积,但未对冬小麦产量造成明显影响。由此来看,以2.47 g·L~(-1)咸水长期灌溉造成土壤严重盐渍化的风险较小。     

华北平原主要种植模式农业地下水足迹研究——以河北省吴桥县为例

本研究采用地下水足迹分析方法,以华北平原传统冬小麦-夏玉米两熟区河北省吴桥县为例,开展冬小麦、夏玉米两熟复种体系农业地下水资源消耗研究,在此基础上分析了不同作物地下水足迹对地下水资源的影响,以期为华北平原地下水超采区种植结构调整提供理论依据。研究结果表明,自1949年以来,吴桥县冬小麦地下水足迹均高于夏玉米,历年冬小麦和夏玉米的地下水足迹均值分别为89.02 km~2和29.84 km~2。从变化趋势来看,吴桥县冬小麦和夏玉米的地下水足迹均呈波动上升的趋势。而作物地下水足迹胁迫指数(GF/Aaq),冬小麦基本处于中等程度胁迫(0.1GF/Aaq1),夏玉米绝大多数年份处于较轻程度胁迫(0.01GF/Aaq0.1),但两种作物胁迫指数近年来不断增加。对该区域其他作物地下水足迹计算结果表明,夏花生和马铃薯的每平方米地下水足迹较低,分别为2.08×10~(-7)km~2和1.94×10-7 km~2,且两者的每平方米地下水足迹胁迫指数在被比较作物中同样最低,分别为3.57×10~(-10)和3.34×10~(-10)。根据作物比较认为传统冬小麦-夏玉米种植模式可以通过在农作制度调整过程中将花生、马铃薯作为替代作物引入到当地的种植结构中,可在一定程度上减少对地下水资源的消耗,从而缓解区域环境中的地下水资源压力。因此,为改善华北平原农业地下水资源的利用状况,可以通过调整作物种植结构,增加低耗水作物与主粮作物复种轮作的面积有效控制地下水资源的开采,实现农业的可持续发展。     

湖北江汉平原农田生态系统锌素的平衡分析

湖北江汉平原农田生态系统麦-稻、稻-稻、油菜-大豆、油菜-花生、小麦-芝麻、小麦-棉花、青椒-大白菜、萝卜-茄子等8种种植模式农田Zn素的循环研究表明,土壤Zn的输入途径和输入量顺序菜田和水田为有机肥>降雨>归还>灌溉>种子(种苗),旱地为降雨>有机肥>归还>灌溉>种子(种苗),输出途径作物收获占96％～97.6％,平均96.7％,农田Zn流失和淋溶损失相对较少。该区域菜田Zn素盈余较多,稻田一盈一亏,旱田施有机肥和施Zn肥处理Zn有盈余,不施Zn肥和有机肥2种模式出现亏缺。     

太湖地区农田水环境中氮和磷时空变异的研究

试验研究了太湖地区农田水环境中N和P的动态变化结果表明:太湖地区农田水环境均受到不同程度的N、P污染,且3~7月间呈加重趋势;目前地表水特别是太湖水中N、P含量已远远超过富营养化的极限值,富营养化程度十分严重;地下水中总P和NO3--N含量变化明显,NH4 -N已劣于V类地下水质量标准,基本不适合饮用;浅层地下水中的NH4 -N含量与土壤黏粒含量呈负相关关系,深层地下水(井水)中NO3--N含量与pH值呈正相关关系。该研究可为太湖地区水环境保护和农业面源污染治理提供参考依据。     

基于植被遥感信息的作物蒸散量估算模型--以华北平原冬小麦为例

本文基于作物系数法并结合植被遥感信息(MODIS/NDVI),提出一种能反映作物空间分布和土壤供水差异信息的作物蒸散量估算模型。利用该模型得到2000—2013年华北平原冬小麦的蒸散量,模拟结果与遥感蒸散产品吻合度较高(R2=0.952,RMSE=1.3×107 m3),并分析了冬小麦蒸散量和灌溉耗水量的时空变化。结果表明:1华北平原冬小麦蒸散量呈南高北低的格局。基于250 m空间分辨率上来看,山东省、河南省的黄河灌区以及太行山前平原的冬小麦蒸散量可达400 mm以上,中部平原区冬小麦蒸散量350 mm,滨海一带蒸散量200 mm。2冬小麦灌溉耗水量与其蒸散量格局相一致。在太行山前平原、河南省和山东省的引黄灌区,灌溉耗水量可达250 mm以上;河北平原北部由于冬小麦种植比例较低,灌溉耗水量100 mm。3近14年河北平原北部冬小麦播种面积下降明显,区域灌溉耗水量减少,地下水位下降趋势得到明显缓解。本文提出的作物蒸散量估算模型能够较好地用于确定较大区域作物蒸散耗水量,并可应用于区域作物灌溉量的评估与管理中。     

农户稀缺感知、超采认知对地下水灌溉用水效率的影响——基于河北地下水超采区457个农户调研数据

华北地区由地下水超采造成的环境问题日益严重,农业作为主要用水部门,亟须提高灌溉用水效率,减少水资源浪费。本文基于2019年对河北地区457户使用地下水进行灌溉的农户调查数据,采用随机前沿模型对灌溉用水效率进行测算,进一步在参照相关研究基础上重新构建农户水资源稀缺性感知和地下水超采认知测度的指标体系,在控制个人和家庭特征、生产特征基础上,实证分析农户稀缺感知和超采认知对灌溉用水效率的影响。研究结果显示:农户平均灌溉用水效率值为0.59,主要分布区间为0.40～0.80,具有较大提升空间;稀缺感知中水量感知、水位感知和稀缺预期对农户用水效率具有显著正向影响,超采认知中地下水超采危害认知和压采环保认知对用水效率提升具有促进作用;务农年限和受教育程度同用水效率正相关,相较于自有土地,流转土地具有更高的用水效率,耕地细碎化和灌溉设施距离过远则显著降低用水效率。因此,大力提升农户相关认知水平、推进土地流转和完善设施建设等措施将有助于提高河北地区灌溉用水效率。     

华北平原典型井灌区农田水循环过程研究回顾

本文回顾了中国科学院栾城农业生态系统试验站在农田水分循环和水量转化方面的研究工作和进展。目前, 对于冬小麦-夏玉米农田的蒸散耗水量及其结构(植物蒸腾和土壤蒸发)有较详细的研究结果。全年总蒸散量多年平均870 mm, 每年亏缺的350 mm 左右需要靠提取地下水保证; 同位素分析结果显示土壤蒸发的深度在地表下20 cm 处, 而植物蒸腾耗水也主要是利用0~40 cm 土层的土壤水分。对于土壤深层渗漏量和地下水接受垂直补给的问题, 不同研究结果间仍然存在较大差异, 尚需更精细的试验来确定。对于区域水量平衡和地下水资源可持续性的评价和管理, 目前急需重点开展区域蒸散量的精确估算和模拟研究, 以及不同土地利用和不同农业种植方式的水量平衡与水分转化过程研究。