河北省地下水压采政策下水价机制调控冬小麦灌水量研究

河北平原长期抽取地下水进行灌溉导致地下水严重超采,引发了一系列环境问题,利用水价机制压采地下水。【目的】研究冬小麦适宜灌水量的水价方案。【方法】依据2007—2016年中国科学院栾城农业生态实验站冬小麦不同灌水次数和灌水量的长期灌溉试验资料,建立了作物产量对耗水和灌水的响应关系,研究了不同降水年型下最优灌水量和灌溉效益随水价的变化,确定了不同灌溉策略下的水价优化方案。【结果】与目前灌溉制度相比,当冬小麦生育期不灌溉时,平均减产达27%,枯水年产量降低近50%,水价的临界值是2.79元/m3,高于这个水价灌水收益为负,低于这个水价,灌水收益为正。为保证农民净收入不变,应平均每季补贴3 678元/hm2。当小麦季地下水消耗不超过100 mm时,平均水价应定为1.37元/m3,平均产量损失8.2%,应给予农民的补贴为2 556元/hm2。当地下水消耗不超过200 mm时,平均水价应定为0.38元/m3,产量平均损失1.3%,应给予农民的补贴为942元/hm2。【结论】宜采用水价加补贴回补方式鼓励农民采取节水灌溉。     

基于Meta分析的中国灌溉冬小麦产量及水分利用效率影响因素研究

【目的】目前针对灌溉冬小麦产量与水分利用效率影响因素的研究大多集中于某一特定区域,研究结果零散,针对上述问题,揭示宏观尺度下灌溉冬小麦产量和水分利用效率的影响因素。【方法】综合已发表的田间试验数据,采用Meta分析方法得出灌溉在不同地区的增产效应和水分效应,在异质性检验的基础上,通过Meta亚组分析探究灌溉定额、降雨量和平均气温等对冬小麦产量和水分利用效率的影响机制。【结果】与生育期不灌溉相比,灌溉使冬小麦总体增产39.34%,水分利用效率提高3.39%;增产率随灌溉定额的增加而增大,增幅最终趋于稳定,水分利用效率随灌溉定额的增加呈先增加后减少的趋势,当灌溉定额>240 mm时,冬小麦相对水分利用效率变化率显著降低11.29%;随着生育期平均温度上升,灌溉冬小麦增产效应显著提高,生育期均温>9℃时,冬小麦增产率高达45.81%;生育期降雨量对灌溉冬小麦产量影响显著,生育期降雨量处于干旱年份时灌溉增产效应最明显,增产率为72.48%。【结论】灌溉定额为60~120 mm更有利于提高冬小麦产量和水分利用效率。     

地表水置换地下水对宋古超采区地下水位影响的数值模拟研究

【目的】探究东山供水工程实施后,地表水置换地下水对介休市宋古超采区地下水位的影响。【方法】采用SWAT-MODFLOW建立宋古超采区地表水文过程和地下水动力过程耦合模型,对东山供水不同保证率下的压采方案进行地下水位模拟预测。【结果】压采措施实施后,宋古超采区地下水位回升明显,地下水整体由采补平衡转变为正均衡;在最小供水保证率下,研究区地下水位也有明显回升,地下水超采中心地下水位回升速率约为0.73 m/a,地下水超采中心由宋古逐渐向介休城区移动;对于地下水位<670、680、690 m地下水超采面积,90%供水保证率下的地下水位回升面积变化率分别是50%供水保证率下地下水位回升的1.78倍、1.8倍、2倍。【结论】地表水置换地下水对于宋古超采区地下水位回升效果显著,在水资源丰富的情况下,地表水置换地下水可以适当促进地下水恢复。     

宝山农场地下水动态分析

【目的】探求宝山农场地下水动态规律,为宝山农场引江灌溉水资源平衡利用提供理论依据。【方法】调查宝山农场11 a地下水位资料,分析了宝山农场地下水位年内变化规律,利用双向回归结合降水指数(SPI)分析了地下水位年际变化规律,并通过R/S分析法分析了地下水位变化趋势。【结果】水稻生育期内抽取地下水灌溉,致使地下水位下降0~2 m,在非生育期内可以恢复正常水平,宝山农场特征时间点的地下水位在年际间变化有明显的突变趋势;地下水位与SPI具有较强的线性相关关系,R=0.824 9;R/S分析结果表明,提水灌溉不会导致地下水位持续下降。【结论】降水和灌溉是影响宝山农地地下水位动态变化的主要因子;宝山农场目前的地下水资源采补相对平衡;引江灌溉过程中要密切观测地下水位变化。     

基于地下水数值模拟的宝山农场引江灌溉模式研究

【目的】确定宝山农场合理的农业引江灌溉模式,为区域水资源优化配置提供科学依据。【方法】针对松花江流域引江灌溉产生的地表水和地下水的综合开发利用问题,利用三江平原水文地质资料和宝山农场地下水水位长系列实测资料对MODFLOW-2000模型进行了参数识别、验证及模型敏感性分析,并模拟分析了4种情景对宝山农场地下水水位的影响。【结果】构建的地下水模拟模型能够反映灌区井群地下水位的实际变化过程。敏感性分析表明,长序列地下水变化过程及地下水位分布情况受初始地下水位影响很小;说明当研究区域内利用地下水灌溉及部分地区(沿江10km)采用引江水灌溉模式时,地下水资源基本上可以维持供采平衡,在保证地下水合理开采的前提下不会发生内涝;而研究区域内均采用引江灌溉模式则会使地下水位-抬高导致内涝,内涝情况随着与河道距离的增加而愈发严重。【结论】引江水灌溉时,需加强对地下水位的观测,当地下水位过高时,应减少引江灌溉用水,适当增加地下水抽取量进行灌溉,以保障研究区地下水和地表水的高效利用。     

滴灌施肥下水氮供应对夏玉米产量、硝态氮和水氮利用效率的影响

【目的】寻找滴灌夏玉米最佳施氮量。【方法】本试验在测坑-防雨棚设施条件下进行,试验设置2个灌水定额,分别为50 mm(WH为充分灌溉)25 mm(WL为限水灌溉);4个氮肥水平,即0、90、180、270 kg/hm~2,分别以N0、N1、N2和N3表示。采用完全区组设计,共计8个处理,3次重复。研究了滴灌施肥条件下,灌水定额和氮肥互作对土壤水分消耗、NO3--N运移积累以及夏玉米产量和水氮利用效率的影响。【结果】灌水、氮肥及其交互作用均显著影响夏玉米地上部干物质量、籽粒产量和水氮利用效率。限水灌溉条件下,玉米拔节期—灌浆初期发生中轻度水分亏缺,对后期产量形成产生显著影响,但限水灌溉显著提高了土壤贮水的消耗量和水分利用效率。在2种灌溉水平下,施氮量与产量均成抛物线关系,充分灌溉条件下施氮量264.3 kg/hm~2时为转折点,限水灌溉条件下施氮量176.9 kg/hm2为转折点。充分灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率呈增加趋势;但在限水灌溉条件下,随着施氮量的增加氮肥农学利用率表现出降低的趋势。随着施氮量增加,各土层土壤硝态氮量显著增加,且60～100 cm土层硝态氮累积所占比例增加。与充分灌溉相比,限水灌溉作物吸氮量降低,各生育期土壤中硝态氮残留增加。【结论】玉米产量对氮素的响应与供水量相关,水分亏缺下,产生最大产量需要的氮素用量随之降低。因此,生产中应根据土壤含水率调整施氮量,以实现最高产量和水肥利用效率。     

水分处理对冬小麦生育期耗水分配及产量影响

【目的】探索冬小麦产量及水分利用效率对灌溉水在生育期运筹的响应过程。【方法】通过人工控水试验开展了6个生长季(2012—2018年)的测坑冬小麦灌溉试验,试验设置不同灌溉水时间和不同次灌水定额,3个处理分别为拔节90 mm(I90)、拔节45 mm+抽穗45 mm(I45*2)、拔节30 mm+抽穗30 mm+灌浆30 mm(I30*3),总灌溉额均为90 mm,重点研究了灌溉水在生育期分配对冬小麦产量和水分利用效率(WUE)的影响。【结果】6个生长季的试验数据统计分析表明,I90、I45*2和I30*3处理的平均产量分别为6 878.3、7 249.1和7 568.6 kg/hm^2;与I90处理相比,I45*2和I30*3处理的产量分别提高了4.4%和10.0%;在灌溉定额一定条件下,不同灌溉处理对生育期总耗水没有显著影响,但I45*2处理比I90处理生殖生长阶段的耗水增加了23.7%,且生育期水分利用效率提高了14.8%。【结论】有限供水条件下,小定额多次灌溉可以有效改善生育后期麦田水分状况,有利于光合产物向籽粒的转化,进一步提高冬小麦千粒质量和收获指数,最终提高了冬小麦经济产量和水分利用效率。     

平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征分析

【目的】明确平罗县不同水位分布区的地下水埋深变化特征,更好地指导合理用水和防治土壤盐渍化。【方法】选取2007—2017年平罗县不同地下水位分布区内9眼地下水位观测井的月观测数据以及引黄水量、地下水取水量、水稻种植面积、降雨量和年平均气温等数据,分析了平罗县不同地下水位分布区地下水埋深变化特征及其影响因素。【结果】平罗县地下水埋深年内变化幅度大于年际,随月份呈"W"形变化,随年份呈平缓波浪形变化,5—8月和11月—次年1月,各观测点地下水埋深变化曲线呈聚集状态,其他月份则呈离散状态;不同地下水位分布区地下水埋深年际间变异系数表现为:高地下水位中地下水位低地下水位,年内无明显规律。与中、低水位分布区相比,高水位分布区地下水埋深不稳定;从各观测点年均地下水埋深与降雨量、平均气温、水稻种植面积、引黄水量和地下水取水量相关性来看,平罗县高、中水位分布区地下水埋深变化更多地受引黄水量影响,水稻种植面积的增加对降低高水位分布区地下水埋深起到了积极作用。【结论】建议平罗县高、中水位盐碱地的改良应减少引黄水量、利用浅层地下水或农田退水灌溉以降低地下水位。     

微咸水灌溉对盐碱地土壤水盐分布与冬小麦产量的影响

为探求冬小麦科学合理的微咸水灌溉模式,2015-2017年在山东省沾化区开展了冬小麦微咸水灌溉试验。基于大田试验,采用淡水和矿化度为3.0 g/L的微咸水,设计了四种不同的灌溉方案(T1:80 mm淡水+80 mm淡水+80mm淡水; T2:80 mm淡水+80 mm淡水; T3:80 mm淡水+80 mm微咸水+80 mm微咸水; T4:80 mm淡水+80 mm微咸水),研究了微咸水灌溉对盐碱地土壤水盐分布与冬小麦产量的影响。结果表明:①灌三水方案的土壤含水率可达到12.5%～19.9%,而灌两水方案仅达到10.8%～13.6%,在相同水量灌溉下,T3处理可以确保生育后期适宜的土壤水分;土壤盐分最终盈亏情况为T1T3T2T4,表明除淡水灌溉外,T3处理在补充土壤水分的同时,盐分积累较少。②灌三水比灌两水增产10%～25%,T3比T1处理减产0.03%～7.82%,表明三水灌溉要优于两水灌溉,微咸水灌溉下冬小麦略有减产。③综合节水及产量两方面,冬小麦采用T3处理方式进行灌溉为该区域的较优选择。     

淮北农灌区"四水"转化模型的建立与应用

"四水"是指大气水、地表水、土壤水和地下水,农灌区"四水"转化的定量关系是制定农业灌溉计划和调控田间土壤水及地下水的基础.根据淮北平原各项实验参数指标建立了农灌区"四水"转化模型,提出该模型在农田径流预报、土壤水消退及地下水位模拟等方面的应用,并提出该模型的作用和推广前景.     

河套灌区春小麦适宜秋浇模式的模拟研究

【目的】在河套灌区尺度探讨相对适宜的秋浇模式有利于保证作物正常生长和节省引黄灌溉水量。【方法】基于已构建并率定验证后的分布式SWAP-WOFOST模型,在灌区尺度上模拟分析2000—2010年春小麦适宜的秋浇模式。【结果】以提高春小麦水分生产力(WP)为目标所得到的推荐秋浇模式,灌区5个旗县区的秋浇定额均较基本情景有所减少,且秋浇的时间均建议提前至每年的9月30日。灌区春小麦的多年平均产量较基本情景增大约6.47%,多年平均WP提高约6.32%。【结论】基于数值模拟所得到的灌区春小麦种植条件下相对适宜的秋浇模式为内蒙古河套灌区维持粮油生产稳定的同时进一步节省灌溉水资源提供了一定参考。     

河套灌区秋浇定额合理优选的试验研究

秋季储水灌溉是内蒙古河套灌区一种特殊的灌水制度，它牵涉到在黄河水紧缺的条件下，如何节约水量，进行合理灌溉的问题，通过土壤含水率，土壤盐分，地下水位的变化与秋浇定额关系的试验研究，确定出切实可行的秋浇定额，实施科学，合理的秋浇制度。     

咸淡水交替灌溉对冬小麦生长及产量的影响

【目的】探究不同咸淡水交替灌溉方式对冬小麦生长及产量的影响,并通过通径分析在高产的基础上选择适宜冬小麦的咸淡水交替灌溉方式。【方法】采用避雨测坑试验,灌溉咸水矿化度设为1、3、5 g/L NaCl,以全生育期灌溉淡水(0.12 g/L NaCl)为对照(CK),分别在冬小麦的拔节—抽穗期、抽穗—开花期、灌浆期设置咸-淡-淡(BFF)、淡-咸-淡(FBF)和淡-淡-咸(FFB)3种咸淡水交替灌溉方式,研究了冬小麦生长指标、产量及其构成因子。【结果】BFF处理对冬小麦生长及产量具有较大的抑制作用,其次是FBF处理,FFB处理影响最小。在相同的咸淡水交替灌溉处理下,微咸水矿化度越大,对冬小麦生长及产量抑制作用越大;通径分析表明对冬小麦产量形成直接影响最大的性状是穗粒数,决策系数为0.697 0,其次是秸秆质量、千粒质量和穗数,决策系数分别为0.377 5、0.322 8和0.286 6,株高和单株地上干物质累积质量对冬小麦产量影响较小。【结论】在灌浆期采用较低矿化度微咸水灌溉对冬小麦穗粒数、秸秆质量、千粒质量和穗数影响不明显,从而对产量影响较小,因此在冬小麦拔节—开花期采取淡水灌溉并于灌浆期转换为3 g/L微咸水灌溉,可保证较高产量并实现微咸水资源的合理利用。     

河套灌区农业深度节水的思考和建议

【目的】综合现有河套灌区现代化改造成果,探讨当前形势下灌区在农业深度节水方面的潜力及问题。【方法】采用数理统计的方法,对河套灌区2015—2022年的生态引黄用水量、农业引黄用水量、春汇秋浇用水量及灌溉面积等历年水情数据资料进行统计分析。【结果】截至2022年高效节水灌溉面积占有效灌溉面积的22.7%,灌区农田灌溉水有效利用系数达到0.457,较2015年明显提高;2015年至2022年以来,灌区每年生态需水量在4亿m³左右,秋浇年平均水量为14.77亿m³,占年平均用水量的34.1%,有近一半秋浇水量补充地下水;每年秋浇面积40.8万hm²,约占灌区灌溉面积的53%,折算后的田间净秋浇水量为1 980 m³/hm²,较推荐秋浇净定额多用约300 m³/hm²。【结论】灌区节水阈值为40亿m³,另外每年还应引入约4亿m³的生态用水;灌区的节水潜力主要在秋浇,可以通过压缩秋浇面积、分区域、分年...     

平原井灌区地下水多年调节配水模型及其应用

华北平原纯井灌区水资源严重不足。限水灌溉是保持地下水平衡、农业可持续发展的必要条件,通过对作物耗水规律及地下水动态规律的分析,在保持地下水多年平衡的前提下,不追求个别年份高产,以多年粮食总产量最高为目标,提出了地下水均衡开采的调节配水模型,并采用非线性规划理论对该模型进行了论证。应用该模型可计算出不同水文年地下水开采量及各作物灌溉定额,进而计算灌溉制度,可广泛应用于纯井灌区的井灌工程的规划设计。     

平原井灌区地下水多年调节配水模型及其应用

华北平原纯井资源严重不足。限水灌溉是保持地下水平衡、农业可持续发展的必要条件,通过对作物耗水规律及地下水动态规律的分布,在保持地下水多年平衡的前提下,不追求个别年份高产,,以多年粮食总产量最高为目标,提出了地下水均衡开采的调节配水模型,并采用非线性规划理论对该模型进行了论证。应用该模型可计算出不同水文年地下水开采量及各作物灌溉定额,进而计算灌溉制度,可广泛应用于纯井灌区的井灌工程的规划设计。     

宁夏引黄灌区春玉米微咸水灌溉管理模式研究

根据宁夏引黄灌区春玉米微咸水灌溉试验的数据结果,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春玉米田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理;25%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌2水(拔节水、抽雄水),灌溉定额为1200 m3/hm2;50%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌2水(拔节水、抽雄水),灌溉定额为1500 m3/hm2;75%降雨年型下,春玉米适宜灌水方案为生育期内灌3水(拔节水、抽雄水和灌浆水),灌溉定额为2400 m3/hm2。     

基于随机降水的冬小麦灌溉制度制定

为了确定合理的冬小麦灌溉制度,该文在分析广利灌区30 a降水分布规律的基础上,应用蒙特卡罗方法对其进行模拟出长系列（500 a）的旬降水,结合试验所得到的冬小麦耗水的基本参数,制定出了每个模拟年份冬小麦最优灌溉制度,并对灌水规律进行统计分析,得到不同灌溉定额条件下,各生育期灌水定额的的概率分布以及不同灌水定额的高产概率。结果表明：以30 mm为灌水定额的变化步长情况下,灌溉定额为60 mm时,越冬和拔节期各应该灌30 mm,高产概率为1%;灌溉定额为120 mm时,越冬和返青期灌30 mm,拔节期灌60 mm,高产概率为12%;灌溉定额为 180 mm时,越冬和灌浆期灌30 mm,返青和拔节期灌60 mm,高产概率为62.8%;灌溉定额为240 mm时,拔节期和抽穗期灌60 mm,其他生育期灌30 mm,高产概率为98.8%。该文丰富了灌溉制度的研究方法,为冬小麦的科学灌水提供了有力的技术支持。     

不同渗漏强度下两种水稻节水灌溉控制指标对比研究

【目的】为明确稻田在不同渗漏强度下以地下水埋深为指标的节水控制灌溉与传统以土壤含水率为指标的节水控制灌溉的差异性。【方法】本研究在盆栽试验的基础上设置了三种渗漏强度水平D1(1 mm/d)、D2(2 mm/d)、D3(3 mm/d),观测并比较了两种灌溉控制指标与不同渗漏强度水平下水稻的生长发育情况、产量和水分利用率。【结果】1）以地下水埋深为指标的节水控制灌溉在水稻分蘖、水稻株高和叶面积等作物参数上均优于以土壤含水率为指标的节水控制灌溉技术,但渗漏强度越大,LAI峰值越小,随着渗漏强度的增大,水稻的最终产量越低;2）在三种渗漏强度下,以地下水埋深为指标的控制灌溉相比以土壤含水率为指标的控制灌溉均具有更高的产量,两种控制灌溉方式的灌溉水分利用率大致相同,两者均能达到节水灌溉的效果。【结论】以地下水埋深为指标的控制灌溉在节水效果上能够替代以土壤含水率为指标的控制灌溉,同时也能够解决以土壤含水率为指标的控制灌溉技术检测成本高、测量精度低等问题,具有应用推广价值和前景。但本试验结果仅限于东北黑土地区,对于不同地区的节水灌溉地下水位下限仍需进一步研究。     

不同灌水技术参数对农田水盐运移的影响

【目的】探索滴灌条件下农田高效洗盐适宜灌溉指标。【方法】通过人工控水试验重点研究了不同滴头流量(2.8和5.6L/h)和灌水定额(22.5、37.5和52.5mm)对盐碱地棉花根区盐分淋洗效果的影响。【结果】同一灌水定额条件下,湿润锋半径随着滴头流量的增加而增大;滴头流量增加,土壤水分分布呈宽浅型,表层土壤含水率逐渐升高。同一滴头流量条件下,湿润锋半径随着灌水定额的增加而增大;土壤含水率随着灌水定额的增加而增大。表层土壤盐分随着滴头流量和灌水定额的增大而减小,滴头流量为2.8 L/h时,水平脱盐半径30 cm,垂直脱盐深度60 cm;滴头流量为5.6 L/h时,水平脱盐半径40 cm,垂直脱盐深度40 cm。【结论】灌水定额52.5 mm时,脱盐效果最佳;随着作物的根部伸长,改变滴头流量,扎根40 cm以内用滴头流量5.6 L/h,扎根超过40 cm用滴头流量2.8L/h,可作为适宜的灌水技术参数。