基于灰水足迹的洞庭湖区粮食生产环境效应评价

灰水足迹从稀释水量的角度评价水污染的总体程度,直观反映了粮食生产对区域水环境的影响。为评估粮食生产对区域环境的负面影响,该文以洞庭湖粮食主产区35个县(市、区)为案例区,应用灰水足迹理论,分析了1994-2012年粮食生产灰水足迹的时空变化特征,以水环境压力(water environment pressure,WEP)和离散型灰色(discrete grey model)DGM(1,1)模型为支撑建立了多年平均径流量情景下粮食生产对水环境负面影响的评价方法,评价了2015年和2020年县域尺度粮食生产灰水足迹的环境效应。结果表明:1)1994-2012年洞庭湖区粮食生产部门灰水足迹为273.00~438.08亿m3,19a平均值为347.65亿m3。总体上,洞庭湖粮食生产部门灰水足迹经历了先下降后回升的过程;2)洞庭湖各县(市、区)粮食生产部门灰水足迹为1.19~23.61亿m3,粮食生产灰水足迹为1.06~5.58 m3/kg;3)未来几年洞庭湖区大多数县(市、区)粮食生产部门灰水足迹呈逐步增高的态势,2015年和2020年全区粮食生产部门灰水足迹总量分别达到431.16和498.54亿m3;4)在多年平均径流量情景下,洞庭湖区因粮食生产导致的水环境压力由1994-2012年均值0.60提高至2015年0.76和2020年0.87,该区域水环境受粮食生产的负面影响持续增强。该文评价结果可为制定农业可持续发展规划及农业产业政策提供参考。     

基于数据包络分析的河套灌区农业生产效率评价

为了科学评判农业生产水平,实现资源优化配置,该文运用数据包络分析(data envelopment analysis,DEA),同时考虑蓝水、绿水等多种要素,分析了河套灌区5个区域2000-2008年的农业生产相对效率,并对非DEA有效决策单元(decision making unit,DMU)提出建议。结果表明:各区域农业生产综合效率差异不显著。杭后和五原效率的提高主要取决于能否有效利用生产技术,而生产规模是影响前旗效率的主要因素。为实现DEA有效,21个非DEA有效DMU的各投入平均调整幅度分别为16.66%(蓝水),22.23%(绿水),19.46%(盐渍化灌溉面积),20.66%(非盐渍化灌溉面积)和23.82%(农业人口)。灌区应该调整产业结构,改善灌溉设施,加强土地管理,同时在现有绿水资源利用情况下,建立节水高效型种植结构。该研究为探寻河套灌区农业高效生产模式,指导其他灌区农业系统改善提供参考。     

内蒙古河套灌区中低产田的分级

内蒙古河套区现有耕地中有三分之二为中低产田。它们主要依靠引黄自流灌溉，发展农业，创造高产。我们在现有水利基础上，以培肥为中心对中低产田进行改造，根据中低产田的土壤物理性质、化学性质、酶活性和产量等状况，采取了针对性措施，为取得高产稳产奠定基础。     

河套灌区节水措施与黄河下游农业可持续发展

黄河灌区年超量引黄河水18.72亿m3是造成黄河断流的重要因素之一。河套灌区节水措施及节水潜力主要有渠道衬砌年可节水22亿m3,改进灌水方式节水10％,建设节水型农田防护林年可节水1.47亿m3,重复利用总排干沟回归水年可节水3亿m3。     

河套灌区节水措施与黄河下游农业可持续发展

黄河灌区年超量引黄河水１８．７２亿ｍ＾３是造成黄河断流的重要因素之一。河套灌区节水措施及节水潜力主要有渠道衬砌年可节水２２亿ｍ＾３,改进灌水方式节水１０％,建设节水型农田防护林年可节水１．４７亿ｍ＾３,重复利用总排干沟回归水年可节水３亿ｍ＾３。     

内蒙古河套灌区盐碱地治理中农户参与意识及其影响因素

内蒙古河套灌区土壤盐渍化现象非常严重,而对于在盐碱地治理中起重要作用的基层农户,其参与意识及影响因素仍不明确。本研究利用参与式调查方法,对内蒙古河套灌区农户的种植结构、管理方式、盐碱地认知程度及参与盐碱地治理意愿等方面进行了深入了解,并利用相对感知强度和多元逻辑回归等方法,分析了农户盐碱地治理的参与意识及主要影响因素。结果表明,河套灌区长期采用大水洗盐的灌溉方式,施肥类型以化肥为主,有机肥施用较少。大水洗盐导致地下水位普遍偏高,春季返盐现象严重;较少施用有机肥不利于土壤结构的改良,可见河套灌区农户没有通过改变种植和管理方式来治理盐碱地的意识。有54%的农户认为自家的耕地土壤盐渍化较为严重,但是很少有农户主动采取治理措施。有72%的受访者表示愿意投入资金治理盐碱地,但能接受的投入成本较低(不超过750元·hm-2)。影响农民参与盐碱地治理意识的主要因素是文化程度(P0.05),另外投入成本过高、缺乏技术支持等也是重要因素。因此,调整农作物管理模式、加强宣传教育、增加对农户的补助及技术支持是河套灌区盐碱地改良的必要方式。该结果可为扩大盐碱地治理的群众基础以及制定相关政策提供科学依据。     

内蒙古河套灌区节水潜力的估算

从作物需水量出发，考虑经济需水量、有效降水补给、生育期作物地下水利用量、输水损失、田间损失、无效蒸腾、非充分灌溉系数等因素后，建立了一个节水潜力的理论计算公式，继而利用一个调节因子，求得实际节水潜力。利用此方法对内蒙古河套灌区近、中、远期的节水潜力进行了估算，结果表明，河套灌区远期的节水潜力(灌溉面积100%达到目前的节水灌溉标准，这在今后25～30年时间里完全可以实现)，在不考虑压盐用水的情况下，可达20.02亿m³，约为现状用水量的40%左右。     

农产品水足迹评价研究进展

水足迹是消费者或生产者直接或间接使用水资源量的衡量指标,并被广泛应用于全球或区域虚拟水贸易分析研究。本文从全球、国家或地区等不同空间尺度对农产品水足迹评价研究进行了比较全面的综述。近十几年来,农产品水足迹研究从2008年以前的全球农产品贸易虚拟水量分析评价为主,转向2009年以后国家或地区空间尺度的农产品形成过程中所消耗的直接和间接水量的详细核算研究为核心。水足迹评价具有明显的空间分布特征,为了获取准确、全面客观的农产品生产水足迹信息,必须要考虑区域地理特征、土壤理化特性、气候变化、生产技术及污染物生态毒性等因素的影响。水资源管理决策制定时应综合考虑农产品绿水、蓝水和灰水足迹,因为农产品的蓝水足迹表征了社会淡水资源的直接消耗,对国际市场贸易决策制定具有重要意义,而农产品灰水足迹评价则更明确地反映了农业生产对环境的影响程度。实现全球或区域农业水资源保护与可持续利用,不仅要提高农业生产水资源利用效率,还应该调整农业生产结构、农产品虚拟水贸易的模式和方向,减少农产品流通过程和饮食消费的水资源浪费。     

内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征

为阐明内蒙古河套灌区农田土壤中微塑料的赋存特征及其与覆膜年限、灌溉类型等的响应关系,该文采用田间取样与室内试验相结合的方法进行了系统研究,分析了研究区地膜覆膜现状,并考虑覆膜年限(覆膜5、10、20 a)及灌水方式(滴灌和畦灌)2个因子,探索了河套灌区农田土壤中微塑料的丰度、类型、颜色、粒径等赋存特征,并通过扫描电镜、能谱仪等对微塑料表面特征及表面附着物进行观察与分析。结果表明:内蒙古河套灌区不同覆膜年限下(5、10、20 a)土壤中微塑料平均丰度分别为2526.00、4352.80、6070.00个/kg,单层土的微塑料含量最大值(2133.50 ind/kg)出现在覆膜20 a的0~10 cm土层,最小值(678.00个/kg)出现在覆膜5 a的>20~30 cm土层;不同覆膜年限和灌溉类型影响土壤微塑料丰度,滴灌农田微塑料丰度值略大于畦灌农田,在不同土层深度上微塑料丰度值随土层深度增加逐渐减小;微塑料类型主要有纤维类(23.34%)、碎片类(26.31%)、薄膜类(38.57%)和颗粒类(11.78%)等4种,且薄膜类在不同土层占比都较高,微塑料颜色包括黑色、透明、绿色、红色、蓝色等,比例分别为24.56%、23.83%、19.34%、16.52%和15.75%,其中0~10 cm土层中微塑料以黑色为主,占比30.25%,在>10~20、>20~30 cm土层中微塑料以透明为主,占比30.15%和29.23%,粒径则随覆膜年限增加而呈逐渐减少趋势,粒径小于1 mm的微塑料居多,随着覆膜年限的增加,微塑料粒径在0~10、>10~20、>20~30 cm土层间的差异逐渐减小,且粒径大小与灌溉类型无显著关系(P>0.05);微塑料样品表面特征粗糙,呈现不规则孔隙,纤维类、薄膜类和碎片类微塑料均具有较多规则微小孔隙,而颗粒类微塑料表面孔隙则不规则且呈凹凸状,土壤中微塑料的多孔特性造成微塑料比表面积增大,进而增加对土壤中其他污染物和微生物的吸附;微塑料的表面孔隙附着有机体和污染物,表面存在稳定的铁氧化物、稀土元素等,并容易形成有机-无机复合污染效应。研究对于明晰微塑料在河套灌区土壤中的分布现状及危害具有重要意义。     

内蒙古河套灌区碱化土壤的发生原因和特性

本文简述了内蒙古河套灌区自然概况，盐渍化演变过程和碱化土壤的改良现状。着重揭示灌区内碱化土壤的发生原因、类型、性质和特点。该地区碱化土壤发生原因：１．灌区内最严重的碱化土壤大部分因地下水含大量残余碳酸钠，在干旱气候条件下经强烈蒸发而成。主要特点是通体碱化度高，改良难度大。２．地下水和地表水中的钠离子，受各种因素影响在土体中富集并进入土壤吸收性复合体而使土壤碱化。这部分碱化土壤一般表层碱化度较高，而     

节水改造前后内蒙古河套灌区地下水水化学特征

为了研究大型灌区节水改造后区域农田水环境的变化,该文通过对内蒙古河套灌区上中下游地下水进行系统取样分析,综合运用描述性统计、相关性分析、离子比例系数和图解法(包括H.И.托尔斯基汉方格图解法、Piper三角图示法和多矩形图解法(multi-rectangular diagrams,MRD)),全面系统地研究节水改造前(2007年)后(2008,2009年)内蒙古河套灌区地下水水化学的时空变异特征与3 a演变规律。结果表明:蒸发浓缩和阳离子交换是控制灌区地下水水质演变的主要水文化学过程;与2007年(节水改造前)相比,2008和2009年HCO3-在河套灌区地下水中绝对含量由在阴离子中最小变为最大成为地下水的主要阴离子;Ca2+、Mg2+、HCO3-的变异系数相对较小,它们在地下水中含量相对稳定。Na+、Cl-、SO42-的变异系数较大,它们在地下水中的含量变化较大,是随环境因素而变化的敏感因子,是决定地下水盐化作用的主要变量。整个灌区地下水的主要化学类型为HCO3—Na型、SO4—Na型和Cl—Na型,Cl—Na型水和SO4—Na型水主要分布在灌区的上游和下游,HCO3—Na型水在灌区上中下游都有分布。与2007年(节水改造前)相比,2008年和2009年HCO3-浓度有所增加,Cl-和Na+的浓度有所减少,灌区地下水向着淡化,对作物危害减小的方向转变。全灌区地下水水化学类型时空变异十分复杂,沿着地下水总体水流的方向(灌区上游→灌区中游→灌区下游)Na+占主导地位的趋势越来越明显,在地下水化学类型上,2008年和2009年HCO3-在阴离子占主导地位的化学类型多于2007年(节水改造前)的。与皮伯三线图解法和H.И.托尔斯基汉方格图解法相比,多矩形图解法提供了更明晰、易懂的水化学类型的信息,对于处理复杂地下水化学系统,多矩形图解法的优点更为显著。研究结果为灌区节水改造规划实施对农田水环境的影响进行合理评价提供科学参考。     

精细水平畦灌灌水质量及效益评价

针对河套灌区宽畦田、大畦块导致的灌水效率低的问题,为探求变化环境下适宜畦田规格参数,通过不同畦宽下的精细水平畦灌灌水试验,分析了水流运动状态、灌水质量以及成本效益等变化情况。结果表明:(1)畦宽对土壤入渗水深以及灌水质量均有较大影响,畦宽为23m时水流推进时间延长,畦首入渗水深增大,有效水利用效率BWUF和灌水均匀度Du仅有59.78%~77.40%,84.61%~87.02%,灌水效果不佳;畦宽缩小到10~15m时,BWUF和Du分别增加11.96%~20.61%和2.49%~5.95%,灌水质量有显著提高;畦宽缩小到5m时,相对入畦单宽流量增大,大量灌溉水聚集在畦尾,使得畦尾入渗水深增加,畦首入渗不足,导致田面水流分布不均匀,灌水质量降低。(2)通过分析各处理成本构成以及产量效益情况,可以发现农业生产中花费最大的仍然是化肥、种子、地膜等其他费用,占到总种植成本Tc的70%以上;实施激光平地和缩宽等措施后田埂数量增加,导致机械成本较当地对照处理增加0.3~4.6倍,尽管水费略有减少,但Tc仍增加2.72%~9.98%。(3)在开展节水试验时,其节水效果和经济效益通常是矛盾的,节水效果好的方案往往经济效益较差,而节水效果较差的方案其经济效益反而会有所提高,建议在灌区推广节水新技术时按照1095~1665元/hm^2的补贴标准对农民发放节水补贴进而来增加农民积极性。(4)通过分析经济、节水效益不同权重组合下的综合效益函数,初步确定在进行方案优选时,若优先考虑节水可适当缩小畦宽,若优先考虑经济效益可适当放大畦宽,均可使其综合效益达到最大。研究结果可为灌区农业高效可持续发展提供理论依据。     

不同灌期对农田氮素迁移及面源污染产生的影响

通过分析从秋灌到秋浇后河套灌区乌拉特灌域典型区不同类型土壤剖面（0～160 cm）、浅层地下水中和沟道中氮素质量分数的变化过程,以便为灌区氮素污染控制提供相应的理论指导。研究结果表明：秋灌期深层土壤剖面（120～160 cm）中NO-3-N累积不明显,秋浇后3种类型土壤剖面（80～160 cm）中NO-3-N平均质量分数分别增加了1.25、2.72和2.89 mg/kg。土壤剖面中的NH+4-N质量分数分布相对较均匀。3种耕地土壤剖面中NO-3-N和NH+4-N质量分数的变化具有季节性的增高或降低。盐荒地土壤剖面中NO-3-N和NH+4-N都处于积累状态,对整个灌区农业面源污染物的排泄有减缓作用。浅层地下水中NO-3-N和NH+4-N质量分数在秋浇期的增幅大于秋灌期。农田土壤、浅层地下水和沟道中的氮素质量分数有着较好的时间相关性,秋浇期河套灌区土壤中NO-3-N最易发生淋洗,且是灌区产生农业面源污染最严重的时期。     

河套灌区土壤盐分对化肥氮素转化过程的影响研究

土壤盐渍化严重影响土壤养分利用与生产力提升,为阐明土壤盐渍化对河套灌区农田土壤肥料氮素转化关键过程的影响。以内蒙古河套灌区不同含盐量土壤为试验材料,通过室内恒温培养试验,分析了不同盐分梯度下土壤中氮素转化的水解和硝化过程。试验共设置了低盐(EC_5:1=1.46 dS/m)、中盐(EC_5:1=2.19 dS/m)、高盐(EC_5:1=3.43 dS/m)3种盐分梯度,分别施用尿素和磷酸二铵两种化学氮肥。研究结果表明:①土壤盐分升高抑制了尿素的水解作用,高盐处理尿素的净水解量较中盐和低盐处理分别降低19.4%和27.1%,而土壤盐分在中盐时对磷酸二铵的水解表现出促进效应,中盐处理磷酸二铵净水解量较低盐、高盐处理分别提高33.6%和4.3%。②土壤高盐分会抑制硝化反应的开始,高盐处理相较低盐、中盐处理推迟3 d左右;土壤盐分升高对两种氮肥净硝化量的影响均表现为先促进后抑制的作用,中盐处理尿素的净硝化量,较低盐、高盐处理分别提高了8.6%和9.1%,中盐处理磷酸二铵的净硝化量,较低盐、高盐处理分别提高了19.1%和5.1%。③在等...     

考虑可动-不动水体假设的河套灌区适宜秋灌定额UBMOD模拟

针对土壤盐分物理非平衡运移定量描述的问题,为了探究内蒙古河套灌区根系层盐分累积与淋洗规律及适宜秋灌定额,该研究考虑可动-不动水体假设,构建UBMOD水盐运移模型,模拟分析了河套灌区永联试验区根系层土壤盐分累积与淋洗规律,探究不同水文年型、不同灌溉定额、不同灌溉水矿化度与不同秋灌定额条件下永联试验区根系层土壤盐分的淋洗规律,得出该研究区的适宜秋灌定额。结果表明,2008年作物生育期根系层盐分存储指数（Salt Storage Index, SSI）为5.3%,秋灌期SSI为-21.1%,土壤盐分主要被淋洗至100 cm以下的深层土壤,2019年秋灌期SSI为-14.2%。对秋灌定额影响较大的因素为水文年型和灌溉水矿化度。对于永联试验区,当秋灌定额大于等于120 mm,灌溉水矿化度小于1.5 g/L时,可以将根系层全盐量淋洗至2 g/kg以下。研究可为河套灌区的水盐调控提供理论依据。     

河套灌区典型灌排单元农田耗水机制研究

由于耕荒地交错分布、作物插花种植、地下水埋深浅等特点,河套灌区灌溉水利用情况极为复杂。该研究以灌区典型灌排单元(农渠尺度)为研究对象,基于2 a野外试验观测数据,对整个观测区及其内部的不同作物田块分别建立水平衡方程,推求研究区平均给水度和不同作物田块腾发量,继而对研究区灌溉水利用状况及盐分归趋进行了评价分析。结果表明,研究区给水度为0.062,而仅考虑地下水位变动带的给水度为0.037;该研究提出的经验方法"上升下降法"可以较好地估算不同作物田块的腾发量;2 a中农毛渠系统输水损失水量(包括渗漏和蒸发)约占引水量的18%,灌到田间的水量占76%,直接退走的水量占6%;通过不同土地类型间地下水的横向交换,农田不但全部利用了田间灌溉水量,还通过地下水侧向流入的方式利用了约12%的渠道渗漏量,荒地利用了约65%的渠道渗漏量,排沟排走了23%;最终研究区农田腾发消耗了总引水量的78%,积累了总引入盐分的39%,荒地腾发消耗了总引水量的11%,承纳了总引入盐分的40%。研究结果可为灌区水盐管理提供依据。     

复合隔层对河套灌区盐碱土水盐运移的影响

河套灌区盐渍农田分布广、肥力质量差、生产力水平低,严重威胁粮食安全。为研究秸秆–保水剂复合隔层对河套灌区盐碱土的控盐及节水效果,通过室内土柱模拟试验,设置常规灌溉水量(10 L)和节水20%灌溉水量(8 L)2种灌溉水量下的2种隔层(秸秆隔层和复合隔层)以及对照组处理,对比研究了复合隔层与秸秆隔层在节水条件下对土壤水分入渗过程、蒸发过程以及盐分变化规律的影响。研究结果表明:入渗过程中,两种隔层均能延缓水分入渗,提高淋盐效果,相比秸秆隔层,复合隔层处理水分入渗时间延缓14.47%,对0～40 cm土层淋盐效果提升34.86%。蒸发过程中,复合隔层能够通过内部保水剂缓慢释水,对20～40 cm土层补水,其20～40 cm土层含水率较秸秆隔层提升10.90%～90.61%。节水20%的条件下,复合隔层处理在0～40 cm土层的灌溉淋盐效果及蒸发过程中的保水抑盐效果优于未进行节水处理的对照组。综合来看,秸秆–保水剂形成的复合隔层其淋盐效果、保水抑盐效果均优于秸秆隔层,在节水条件下仍具有较好的保水控盐效果。本研究可为河套灌区节水型盐碱障碍消减研究提供依据和参考。     

河套灌区不同覆膜方式膜下滴灌土壤盐分运移研究

随着灌溉面积的增加和引黄水量的减少,河套灌区土壤盐渍化和水资源紧缺的问题日益突出,为保持农田水土环境的良性发展,以内蒙古河套灌区曙光试验站为研究对象,开展不同覆膜方式膜下滴灌土壤水盐运移规律研究。试验设置全膜覆盖(PQ)和半膜覆盖(PB)2个处理,采用5TE土壤水盐监测探头测定剖面土壤含水率和电导率。结果表明:膜下滴灌过程中剖面土壤盐分发生再分布,滴头下方30cm附近形成主要脱盐区,盐分逐渐向湿润区外缘积聚。半膜覆盖处理土壤盐分在膜间表层聚集,全膜覆盖处理保水抑蒸效果明显,起到了较好的压盐效果。表层土壤电导率值具有距滴头水平位移50cm20cm0cm的特点,膜间电导率值波动较大。不同水平位置处土壤电导率曲线变化规律相同,随土层深度增加振幅变小。全生育期内0—70cm深度土层不同覆盖方式均起到了一定的脱盐效果,半膜覆盖2个生长季内盐分变化(SA)分别为4.71mg/hm~2和9.24mg/hm~2,全膜覆盖处理SA分别为12.22mg/hm~2和21.55mg/hm~2。全膜覆盖处理可以有效抑制土壤水分蒸发,减弱盐分随水向上运动趋势,创造适宜作物生长的淡盐环境。可为河套灌区膜下滴灌种植模式下田间水盐管理提供理论依据。