贵州省农业净灌溉需水量与灌溉需求指数时空分布

农业用水需求时空分布规律可为区域抗旱减灾管理和灌溉水资源优化配置提供科学依据。基于贵州省及其周边国家气象站点长系列资料和1953-2012年贵州省9个市(州)水稻、玉米、冬小麦、油菜和烤烟的种植面积,计算贵州省9市(州)近60 a净灌溉需水量及灌溉需求指数,分析其时空分布特征。结果表明:1)贵州省的净灌溉需水量和灌溉需求指数分别在314.48~742.57 mm和0.34~0.68之间,60 a间农业净灌溉需水量的和灌溉需求指数呈波动变化,多峰值分布的特征,总体上峰值有所减小但波动周期延长;2)1993—2000年是净灌溉需水量和灌溉需求指数总体变化的转折时期,之前为下降期,之后为上升期;3)净灌溉需水量和灌溉需求指数的季节特征明显,分别为夏季和冬季最高;4)净灌溉需水量(IR)呈现东高西低的规律,灌溉需求指数(IRI)呈现东部、西北部高,西南部低的规律,全省9市(州)可分为3个风险区,东部、西北部的缺水高风险区是抗旱管理的重点区域;5)气候变化是贵州省净灌溉需水量和灌溉需求指数升高的主导因素,它主要通过降水减少来实现的。研究可为贵州省农业季节性缺水问题识别、农业水利工程布局和种植结构调整提供支撑。     

基于LMDI的灌溉需水量变化影响因素分解

为研究灌溉需水量的驱动因素,该文以甘肃省武威市为研究区,基于扩展的Kaya恒等式构建灌溉需水量因素分解模型,利用对数平均迪氏指数分解法(logarithmic mean Divisia index,LMDI)对武威市1995—2012年总体及不同时段灌溉需水量驱动因子进行因素分解,并计算灌溉需水量的影响因素的效应值。结果表明:近18 a来,武威市各行政区以节水高效为目的对武威种植结构进行了大幅调整,减少了高耗水作物小麦的种植面积,增加了耐旱的玉米、棉花等作物的种植面积;在1995—2012年间,武威市灌溉需水量减少了5.023×108 m~3,种植规模效应、种植结构效应、气候变化效应、节水工程效应分别为2.435×108 m~3、?3.994×108 m~3、?1.286×108 m~3、?2.178×108 m~3;不同作物对灌溉需水量增长的效应不同,其中小麦抑制灌溉需水量增长,是灌溉需水量减少的最主要影响因子;4个分解效应在不同时段对武威市各区县灌溉需水量作用不同,但除在2000—2005年对凉州区灌溉需水量增加有微弱的促进作用外,种植结构效应在不同时段均表现为抑制灌溉需水量增长的作用。研究结果为合理调控农业发展规模,制定武威市灌溉用水规划提供参考。     

广西糖料甘蔗需水量和灌溉定额空间变异

广西是中国主要的糖料蔗生产基地,地处喀斯特地貌区,其土壤保水保肥效率低,且年降水时空分布不均,灌溉对保障糖料蔗高产稳产极其重要。研究糖料蔗需水量及灌溉定额空间变异规律,对指导糖料蔗高效节水灌溉,保障其高产稳产具有极其重要的作用。以广西7个灌溉试验站的试验数据为基础,采用双作物系数法,结合全区25个气象站的数据,计算全区多年平均参照作物蒸发蒸腾量(crop reference evapotranspiration,ET0)及滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌共4种灌水方式下的作物需水量(crop evapotranspiration,ETc)和灌溉定额,分析各变量的空间变异性,并绘制其等值线图。与观测资料对比发现,该文基于双作物系数法得到的ETc相对误差范围在5%左右。气象因素空间分布的不均匀性导致ET0和ETc的空间分布不均,进而导致灌溉定额的空间分布差异,其中以降水的影响最明显。全区多年平均日均有效降水量全区相对差异达65%,东兴和百色分别为全区最大值和最小值点,分别为5.37和1.94 mm/d。滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌4种灌水方式下日均ETc分别为3.48、3.48、3.59和3.52 mm/d,北海为全区峰值点,田东为区域性峰值点。全区多年平均灌溉定额在滴灌、小管出流、微喷灌和沟灌灌水方式下分别为135、135、354和457 mm。不同灌水方式下全区糖料蔗灌溉定额呈现出相同的空间分布规律,即桂林至田东一带为灌溉定额的高值区,田东为全区的峰值点。研究可为广西地区糖料蔗的灌溉行为包括灌溉方式和灌溉定额的选择提供理论指导。     

阿克苏河灌区作物理论需水量的时空分布特征

[目的]研究阿克苏河灌区作物的理论需水量的时空变化特征,为该区水资源科学管理、高效利用提供理论依据。[方法]基于灌区内1972—2014年6个气象台站的逐日气象观测数据,采用FAO修正的Penman-Monteith模型,计算参考作物蒸发蒸腾量(ET0),进行空间数据的插值分析,对阿克苏河灌区作物的理论需水量特征分别在空间和时间两个维度上进行探讨。[结果](1)阿克苏河灌区多年平均ET0介于1 118~1 241mm之间,呈现中部以北地区较低,西南部、南部地区较高的规律;(2)春季和夏季的ET0最高,5,6,7月的月均ET0合计为533mm,是作物最需要水分补给的重要时段;(3)自20世纪70年代至今,作物年均蒸发蒸腾量呈现逐渐降低的趋势,2010年以后的变化趋势较为显著;(4)灌区各季节及全年的ET0变化均呈现S形曲线分布,至2014年已接近波谷并有抬升趋势。[结论]在气候变化背景下,阿克苏河灌区作物的理论需水量随时间变化显著,春夏季受蒸腾作用影响是需要补水的关键时期,年际变化呈波动抬升趋势;在空间上亦呈现明显地带分异特点,呈南高北低的特征。     

降雨和蒸散对夏玉米灌溉需水量模型估算的影响

为揭示降雨和蒸散年际波动对作物灌溉需水量的影响机理,以华北平原南部地区夏玉米为研究对象,基于土壤水分概率密度函数建立灌溉需水量计算模型,分析了降雨、蒸散和灌溉需水量的年际波动特征,结合蒙特卡洛方法探讨了降雨和蒸散对灌溉需水量年际波动的贡献。结果表明:研究区夏玉米降雨参数年际波动显著,平均降雨量波动于4.958~25.003mm,变异系数为0.326;降雨频次波动于0.143~0.457 d-1,变异系数为0.170;平均降雨量和降雨频次均可采用Logistic分布描述:平均降雨量服从Logistic(11.273,2.022),降雨频次服从Logistic(0.318,0.029)。潜在蒸散量年际波动相对平稳,可采用对数正态分布描述:潜在蒸散量服从Log Normal(1.370,0.076)。灌溉需水量多年平均值为133.1mm,波动于8.1~381.8mm,变异系数为0.673,年际波动显著高于降雨和蒸散。平均降雨量对灌溉需水量年际波动的贡献率最大,其次为降雨频次,潜在蒸散量最小;在三者的共同作用下,灌溉需水量年际波动呈现出更大的不确定性。因此,在估算灌溉需水量时有必要对这种不确定性进行定量评估,针对不同降雨和蒸散条件制定合理的灌溉策略,为农业水资源管理和决策提供更可靠的科学依据。     

黑龙港流域夏玉米生育期降水、需水和干旱时空分布特征

黑龙港流域地下水超采导致水分极度匮乏,提高降水利用效率成为该区夏玉米生产的关键。该文利用黑龙港流域18个地面气象观测站1966—2015年逐日气象数据,对玉米全生育期及各生育阶段的有效降水量、需水量、作物水分亏缺指数、干旱发生频率的时空分布特征等进行了分析。结果表明,夏玉米全生育期有效降水量292.89～361.56 mm,呈"东北高、西南低"的趋势;需水量362.82～444.04 mm,呈"南部高,北部低"的趋势;近50年总有效降水量和需水量均呈下降趋势,且需水量的变化与平均日照时数、平均风速呈高度正相关;全区干旱发生频率为48.30%,其中南部超33.3%,中部及北部超66.6%;黑龙港中部和北部在成粒和灌浆阶段出现干旱的几率较大,南部在成粒阶段出现干旱的几率较大。该研究为黑龙港夏玉米降水资源的高效利用提供了理论依据。     

农作区净灌溉需水量模拟及不确定性分析

净灌溉需水量是估算农业灌溉用水量的参考依据。该文以西北干旱内陆区石羊河流域上中下游的古浪县,凉州区,民勤县为研究对象,在分析农业净灌溉需水量宏观驱动力因子(1959-2005)的基础上,以关键因子作为输入项,区域农业净灌溉量为输出项,分别建立农业净灌溉需水量的多元线性回归模型、人工神经网络BP模型以及人工神经网络集成模型。并对不同模型的模拟效果进行比较;通过对时间序列的离散化蒙特卡洛(MC)设计,采用不确定性评价指数(d-factor)对3种模型模拟的不确定性进行分析。结果表明:与多元线性回归模型和神经网络BP模型相比,神经网络集成模型具有较高的模拟精度,并能合理地指示影响因素与净灌溉需水量的不确定性变化。     

黄淮海农作区冬小麦需水量时空变化特征及气候影响因素分析

鉴于作物需水量变化趋势对制定灌溉策略与区域水资源配置的重要作用,本文依据黄淮海农作区50个气象台站近50年(1960—2009年)的逐日气象数据,利用SIMETAW模型计算了研究区域7个亚区冬小麦生育期需水量、适宜灌溉量的时空变化趋势,各主要气象因子时空变化趋势以及需水量与气象因子的相关性。结果表明:近50年来,冬小麦生育期需水量呈下降趋势,其中在1970—1999年间显著下降9.21~18.90mm.10a 1;冬小麦需水量多年平均值为452.4 mm;灌溉需要量在不同亚区间变化不同,其中在汾渭谷地水浇地二熟旱地一熟兼二熟区和豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区呈上升趋势,每10年上升10.02~13.48 mm;生育期降水耦合度仅为0.40。生育期需水量、灌溉需要量在空间上呈现两边多、中间少的分布,在豫西丘陵山地旱坡地一熟水浇地二熟区最高,分别为457.32 mm、335.33 mm;在海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区最低,分别为363.24 mm和247.51 mm。50年来,黄淮海农作区气温显著上升,降水量不显著下降,风速、相对湿度、太阳辐射显著下降;冬小麦需水量下降主要受太阳辐射、温度、平均风速、平均相对湿度、降水的综合影响,其中最主要的气象原因为太阳辐射量下降,温度、日照时数、平均风速与冬小麦需水量呈显著正相关,相对平均湿度与其呈显著负相关。     

辽宁省玉米地水分盈亏时空分布特征及灌溉模式分区研究

根据不同区域农作物需水规律和水资源供需状况,对区域内干旱区域类型、水分盈亏特性与干旱发生频率等进行综合分析和科学区划,对于提高整个地区(流域)农作物水分利用效率和水资源高效利用具有重要意义。该文基于辽宁省27个气象站1955—2014年逐日气象数据和玉米生长发育资料,对辽宁省不同玉米种植区域玉米生育期的需水过程、需水量、灌溉需水量、水分盈亏指数(crop water surplus deficit index,CWSDI)、干旱发生频率等的时空分布特征进行深入研究,得到以下结论:辽宁省不同区域玉米逐月需水量均呈现单峰变化趋势,7月需水量最大,全省生育期总需水量在335~391 mm之间;不同水文年玉米需水亏缺量在0~220 mm之间;CWSDI和干旱发生频率在全省的空间分布规律类似,综合两指标的数值分布特征,将辽宁省玉米灌区划分为干旱区和易旱区2种类型,并结合不同水文年型玉米灌溉制度,将辽宁省玉米种植区划分为7种灌溉模式。该研究成果可以为辽宁省区域农业用水区划与管理提供理论依据。     

玛纳斯河流域ET0影响因子分析及对Hargreaves法的修正

准确估算作物蒸发蒸腾量对于农业水资源的规划和指导农田灌溉非常重要。该文以具有典型内陆河特征的玛纳斯河流域为例,根据1953-2008年的气象资料,采用Penman-Monteith(PM)法计算了流域内参考作物蒸发蒸腾量,并对影响参考作物蒸发蒸腾量的各气象因子进行了通径分析,结果表明在玛纳斯河流域温度是影响参考作物蒸发蒸腾量的最主要因子。以PM法计算得到的参考作物蒸发蒸腾量为标准值,对Hargreaves法计算的参考作物蒸发蒸腾量进行比较分析,结果表明Hargreaves法计算结果偏差较大,在4-10月尤为明显。基于35 a气象资料,采用贝叶斯方法对Hargreaves公式进行修订,采用另外21 a气象资料对修订的Hargreaves公式进行验证,结果显示修正后的Hargreaves公式满足精度要求,且计算简便,可为内陆河流域参考作物蒸发蒸腾量的计算提供参考。     

基于根系层水分状态的旱区净灌溉需水量模型构建和应用

为更准确计算灌区净灌溉需水量,促进灌区水资源高效利用,针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流,以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题,该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例,计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量,并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响,结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间,降水利用效率在39.2%～56.1%之间,夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强,春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强,所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关。敏感性分析表明,净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系,与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度,其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用,特定年份根系深度贡献率为12.0%,根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比,该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异,计算结果可为灌区水资源管理提供参考。     

中国主要作物灌溉需水量空间分布特征

作物需水量和灌溉需水量的时空分布是科学地制定不同地区灌溉用水定额的依据。该文基于全国范围200多个气象站近30 a逐日的气象资料和不同地区作物生育阶段的调查统计资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith方法和作物系数法,计算了30种作物的需水量和净灌溉需水量,并用各地灌溉试验站的实测资料进行了检验。利用GIS的空间分析功能,采用反距离加权插值法得到主要作物多年平均作物需水量与净灌溉需水量的等值线图。选择种植面积最广的小麦、玉米、棉花和水稻4种作物,分析其作物需水量与净灌溉需水量的空间分布特征,得到不同地区主要作物的灌溉需求指数。研究表明：中国东北区、长江中下游区、华南区、川渝区和云贵区平均灌溉需求指数小于0.5,作物对灌溉的需求比较低;华北区、蒙宁区和晋陕甘区旱作物30%～50%的需水靠灌溉补充,水稻55%～80%的需水依靠灌溉;新疆地区主要作物的灌溉需求指数均在0.7以上,农业的发展完全依赖于灌溉。     

河套灌区咸水灌溉试验研究

以内蒙古河套灌区红卫节水示范园的咸水灌溉试验为基础,以荷兰Wageningen农业大学等单位开发的土壤—水分—大气—作物系统模拟软件SWAP为工具,应用示范园的土壤、水、盐分试验资料对模型的参数进行了率定和验证。在此基础上设计了示范园不同灌溉水量、不同灌溉方式、不同灌溉次数的多种灌溉方案,并应用SWAP模拟了各种方案的水盐平衡。以作物产量为指标,采用正交设计进行直观分析,提出了适合当地条件的以咸淡水轮灌作为灌溉方式,灌水3次,灌溉定额2812.5 m³/hm²的咸水灌溉指导方案。研究结果对河套地区的咸水利用具有一定的借鉴意义。     

河北省棉花灌溉需水量与灌溉需求指数分析

对不同水文年份作物需水量和灌溉需水量的分析能够为作物灌溉用水定额的制定、作物生育期的水分管理和农业水资源规划提供基础数据。该文基于河北省棉区的气象资料,采用FAO推荐的Penman-Monteith 公式和作物系数法计算参照作物需水量和棉花需水量;利用水文计算应用最广的皮尔逊III型分布曲线,通过频率计算和配线法确定不同水文年份棉花生育期的有效降水量和需水量;据此分析不同水文年份棉花的灌溉需水量和灌溉需求指数。分析结果表明,河北省棉花多年平均需水量648.9 mm,多年平均灌溉需水量190.6 mm,多年平均灌溉需求指数0.29。枯水年（P=75%）、平水年（P=50%）和丰水年（P=25%）河北省棉花灌溉需水量分别为299.1、182.8和84.7 mm,灌溉需求指数分别为0.45、0.28和0.13。     

时间尺度对农田灌溉设计保证率的影响

设计保证率是灌溉系统设计的重要参数之一,以年尺度为计算时段选择的典型年,存在对降雨的年调节估计过高的可能。该文以河南省郑州市1951—2015年的气象数据为基础,对其年降雨量、月降雨量及旬降雨量等进行排频计算,分析了不同灌溉设计保证率下对应典型年的降雨分布。以冬小麦、夏玉米需水关键期对应的4月、7月和8月为典型时段,研究了同一保证率下降雨的变化情况,并按照不同的计算时间尺度制订出相应的灌溉制度,讨论了时间尺度对灌溉定额及降雨利用量的影响。结果表明:1)在相同灌溉设计保证率下,各典型年、月和旬的降雨量均相差较大,同一月份的降雨量相差5倍以上;降水量的极差由大到小依次为年尺度、月尺度、旬尺度。2)利用水量平衡法,制订了不同时间尺度下典型年冬小麦-夏玉米连作的灌溉制度,在25%灌溉设计保证率下,季尺度下的年灌溉定额显著高于日尺度;与季、月和旬尺度相比,日尺度下的年灌溉定额分别降低了34%、23%和3%;偏干旱年灌溉定额随降水计算尺度减小而减小,但差异不明显。考虑不同的时间尺度具有不同的节水潜力和效果,完善灌溉排水工程中相应标准及其选取方法,选择合适的计算时长,既有利于落实灌溉设计保证率,又能提高各种水资源的利用率。     

农户节水灌溉技术认知及其影响因素分析

研究农户节水灌溉技术认知及其影响因素,旨在为科学分析农户灌溉技术选择的行为和转变农户粗放型灌溉方式提供基础。以陕西省温室作物生产地区的10个县(区)17个乡镇的296份入户调查资料为样本,采用结构方程模型研究农户对节水灌溉技术的认知及其影响因素。结果表明:认知程度直接影响节水灌溉技术的扩散;对节水灌溉技术的已有认知、对现有灌溉方法的满意度、政策补贴的方式和力度、灌水成本、受教育程度、是否为干部、技术培训经历和种植经验等因素均不同程度地影响农户对节水灌溉技术的认知水平;促进农户对传统灌溉方式的理性认知、拓展农户对节水灌溉技术认知的广度和深度、加强政府的宏观调控与扶持力度、建立完善的节水农业技术推广体系,有助于提升农户对节水灌溉技术的认知水平、规范农户灌溉行为选择,提高农户采用节水灌溉技术的积极性。