台兰河绿洲灌区土地利用变化与水资源动态研究

基于2000年和2005年的遥感影像,利用RS,GIS及景观生态学方法,对台兰河绿洲灌区2000-2005年的土地利用进行监测,并分析了不同时期台兰河绿洲灌区水资源开发利用程度.对研究区土地利用与水资源动态变化关系进行了分析.结果表明,2000-2005年耕地面积和水域面积年均增加分别为3 603.8 hm2和151.4 hm2;绿洲林地和草地大面积减少,减少量分别为2 247.07 hm2和14 325.9 hm2,相应地绿地面积减少了165 72.97 hm2;草地和林地等生态用地的减少是灌区耕地增加的主要来源,转移比例分别为13.97%和5.93%.地表来水量不断减少的情况下,灌区地下水开采量从1989年的5.91×106m3增加到2003年的1.39×107m3,灌溉面积和机井数量不断增大,地下水开采强度日益增加,地下水水位呈日益下降的趋势.农业用水所占比例过大,生态用水逐渐缩减.     

土地整治可持续性的标准与评估

为判别土地整治的可持续性,从土地整治应增加耕地有效利用面积并提高耕地产能、增强土地抵御自然灾害的能力、改善生态环境、具有经济活力与社会可接受性4个方面提出了判别标准。并依此为准则,采用理论分析与专家咨询的方法,构建了土地整治可持续性评估的指标体系与评估模型,并以山东省东明县小井土地整治项目为例进行了案例分析。案例研究结果显示：土地整治前可持续性综合分值为63.20,整治后分值为80.55,可持续性等级由勉强持续上升为中等持续;4项因素的分值分别由21.77、5.61、14.46、21.36提高到26.32、8.53、15.95、29.75,说明土地整治对这4个方面都产生了积极影响。研究结果可以为土地管理部门的土地整治决策提供支持。     

矿山废弃地人工草地调亏灌溉试验研究

[目的] 以草原矿产资源开发形成的排土场为研究对象,研究不同调亏灌溉处理排土场边坡人工栽培牧草生长状况、土壤含水率和坡面侵蚀的变化,为完善草原矿区废弃地植被恢复灌溉技术提供科学依据。 [方法] 设置5种调亏灌溉处理,以充分灌溉为对照(CK),通过对比试验分析不同调亏灌溉处理对边坡人工牧草群落总盖度、地上生物量、坡面径流及水分利用效率的影响,采用秩和比法确定废弃地边坡人工草地最佳补水方案。 [结果] 草原矿区废弃地边坡人工草地建设过程中,随着亏水程度的加重,植物生长发育受到限制,当土壤含水率在土壤田间持水率的45%以下时,植物地上生物量和群落盖度下降明显(p＜0.05);植物生长初期,坡面产沙量和径流量随着灌水量的增加显著增加(p＜0.05),快速生长期和生长旺盛期各处理之间的产沙量、径流量变化不明显;对比各灌溉处理水平,轻度、中度调亏灌溉(土壤水分含量分别达到土壤田间持水率的55%,45%时)水分利用效率较高。 [结论] 人工草地建植效果、蓄水保土能力、灌溉水利用效率综合评价结果表明,轻度调亏灌溉(土壤水分含量达到土壤田间持水率的55%)在人工草地建植效果与水分利用效率方面结合较好,水土流失防控效果明显,可作为草原区矿山废弃地建设人工草地主要节水灌溉模式优先选择。     

灌溉排水耦合调控稻田水分转化关系

该文利用装配有地下水位自动控制系统的蒸渗仪,分析节水灌溉与旱地控制排水技术耦合调控对于稻田水分转化关系的影响。结果表明,灌排耦合调控在小幅减少水稻产量的同时,显著减少了稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量,最终显著增加了水稻水分生产效率。与常规灌排稻田相比,灌排耦合调控稻田水稻产量减少1.9%,灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量分别显著减少41.7%、49.9%及24.9%,水分生产效率增加30.5%。随着控灌稻田排水控制限的提高,稻田灌溉水量、地下排水量及水稻蒸发蒸腾量减少,水稻产量保持稳定,使得水稻水分生产效率进一步增加。提高控灌稻田的排水控制限,减缓了稻田土壤水分的衰退速度,并增加稻田地下水位低于排水控制限的比例,稻田灌溉次数与发生地下排水的时段均减少,使得控灌稻田灌溉水量与地下排水量下降,两者综合作用下控灌稻田水稻蒸发蒸腾量减少。在采用控制灌溉模式的基础上,适当提高稻田排水控制限,可以较好地实现水稻生产中水分的高效利用,研究结果可为优化稻田水管理模式提供依据。     

不同排水体制下城市河流水质对滨岸带用地变化的响应

[目的] 探讨城市不同排水体制地区河流水质对滨岸带用地变化的响应,为以水环境提升和生态修复为目标导向的城市河流滨岸带规划和开发提供科学参考。 [方法] 以上海市苏州河为例,基于2018年水质与土地利用数据,运用生态景观格局结合冗余分析方法,定量探究河流水质在不同排水体制、不同滨岸带宽度上对用地变化的响应关系。 [结果] ①由自排区至强排区,苏州河滨岸用地结构、水质体现出明显时空差异,汛期水质(4—10月)劣于非汛期,自排区水质整体优于强排区; ②自排区滨岸带水域、农业用地景观斑块密度在100—600 m的宽度上显著影响水质变化; ③强排区滨岸带生态用地比例和斑块优势度是影响水质变化的关键因素,生态用地景观指数分别在100—1 200 m的滨岸带宽度上对水质产生显著影响; ④滨岸带用地在强排区1 200 m宽度上对水质变化解释能力最大(56.9),且解释能力总体高于自排区。 [结论] 自排区与强排区河流滨岸带对水质空间变化影响的关键变量存在显著差异,强排区滨岸带景观要素对水质变化影响的程度较自排水区更强,范围更大。     

污水灌溉与污水土地处理系统试验及模拟仿真研究

为解决大面积不加控制的污水灌溉和未经处理的污水自由排放造成的地表水体污染问题,提出了由作物生长季节污水灌溉、低温季节污水储水入渗和地下水管理3个子系统构成的污水灌溉与污水土地处理系统.对污水灌溉子系统污染物去除效果和污水储水入渗子系统冬季工作状况进行了试验研究,利用MODFLOW模型对地下水管理子系统运行效果进行了模拟,探讨了污水灌溉与污水土地处理系统的运行性能及其对地下水的影响.结果表明:在作物生长季节内,污水灌溉子系统可有效提高系统水力负荷、污染物去除效果良好、对地下水水质无显著影响;在无作物生长的冬季,污水储水入渗子系统可保持冰层下污水持续入渗,确保低温下污水土地处理系统的正常运行;通过采用适当的地下水管理调控措施,可避免高定额污水灌溉和储水入渗对地下水产生的潜在不利影响,达到地下水管理子系统控制范围内地下水水量平衡.     

用SahysMod模型研究不同灌排管理情景土壤水盐动态

银北灌区是宁夏土地整治和高标准灌溉绿洲农田建设的重点区域。该区域耕荒地交错分布、土壤盐渍化严重。通过模型分区模拟,在土地整治过程中建立完整、配套的灌排系统是解决区域土壤盐渍化的有效措施。该研究以银北灌区典型区域-西大滩为例,综合考虑荒地与耕地土壤属性的空间变异性,以2015-2016年土壤盐分数据进行率定,2017年盐分数据作为验证,利用SahysMod探索在土地整治过程中不同灌排管理下未来10 a内土壤水盐动态变化。结果表明,现有灌排管理下（即灌水量为670 mm,灌溉水电导率为1.05 dS/m,排水沟深1.5 m）,荒地土壤盐分在预测初期（2017-2022年）逐年升高,预测后期（2023-2027年）变化平缓;耕地土壤盐分在预测初期变化缓慢,预测后期逐年增加。加大灌水量是解决土壤盐渍化的一个重要途径,可以有效延迟耕地盐分累积到障碍水平的时间;在灌溉水电导率为0.6 dS/m情况下,未来10 a内耕地都不会受到盐害胁迫;现有灌排管理下,在2024年以后作物生长就会受到盐害胁迫,当灌溉水电导率继续增加时,作物生长受到胁迫的时间相应提前。通过土地整治,加深排水沟深度可以延迟土壤盐分达到障碍水平的时间。在整治过程中深为2.2 m的排水沟,可保证未来10 a内耕地盐分小于1.7 dS/m,区域内玉米可正常生长。研究可为在土地整治过程中的灌排管理及土壤盐渍化防治提供建议。     

井渠结合灌区用水效率指标尺度效应研究框架

现有灌溉用水效率尺度效应的研究大部分集中在地表水灌区,而较少涉及地下水利用灌区,该文针对井渠结合灌区存在地下水回归利用的实际情况,以河北省石津灌区为背景,在国际水管理研究院（IWMI）提出的水收支方法的基础上引入回归水利用指标,提出了在井渠结合灌区进行用水效率指标尺度变化规律研究的工作框架。在所提出的框架中,评价指标选择IWMI体系,数据获取手段主要为资料收集和试验观测,尺度划分方式按照现有灌区管理模型分为灌区,干渠,分干,支渠和田间5个尺度。研究成果展现了灌溉用水效率尺度效应研究所涉及到的指标选取、尺度划分、水收支解析、水平衡要素数据获取方式、回归水分析5个方面的工作过程。该框架对于开展中国北方井渠结合灌区的节水灌溉尺度效应研究有着一定的参考价值和借鉴意义。     

微咸水滴灌对黄瓜产量及灌溉水利用效率的影响

试验主要研究了华北半湿润地区微咸水滴灌条件下,滴头正下方0.2 m深度土壤基质势分别控制在－10～－50 kPa时,不同盐分浓度微咸水(2.2～4.9 dS/m)对黄瓜产量、灌水量及灌溉水利用效率(IWUE)的影响。研究发现当灌溉水电导率(EC)大于1.1 dS/m时,黄瓜的产量随着EC的增大而降低。当滴头下0.2 m深度土壤基质势控制在－25～－35 kPa时,黄瓜表现出来的耐盐性最强,EC每升高1 dS/m产量大约降低3%。总的趋势是土壤基质势控制越高(－10 kPa)处理的灌溉量越多,IWUE越低,而土壤基质势控制越低(－50 kPa)处理的灌溉量越少,IWUE越高。通过研究,在年降雨量大约为600 mm的半湿润地区,当没有足够的淡水用于作物灌溉时,可以在采用一系列灌溉与栽培管理措施条件下,利用2.2～4.9 dS/m的微咸水来灌溉黄瓜等对盐分中等敏感的作物。     

冬小麦微咸水灌溉制度的研究

通过中科院南皮生态试验站冬小麦微咸水灌溉试验,研究不同灌溉定额对土壤水分利用效率、盐分运移规律以及作物产量的影响,并进一步探讨灌区适宜的灌溉制度。研究结果表明,从水分利用效率大小、年内盐分平衡以及作物需水规律综合考虑,小麦生育期适宜灌溉定额为120 m³/667 m²。该研究结果为灌区地下微咸水的合理开发利用提供了依据。     

有限灌溉对绿洲春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响

为了探究有限灌溉对绿洲沙地春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响,利用中子仪结合烘干秤重法连续监测了河西走廊荒漠绿洲沙地春玉米不同生育期农田土壤水分动态,分析了玉米农田日耗水量动态与土壤蒸散及作物水分利用效率。结果表明,整个生育期除播种-五叶期和拔节-孕穗期外,所有有限灌溉处理及充分供水对照间日耗水量均无显著差异(P0.05),各生育时段内日耗水量随生育过程呈由小到大再由大到小的变化趋势,其峰值出现在吐丝—灌浆中期且高达6.8~10.0mm/d。灌水最少但产量最高的有限灌溉处理MI1全生育期蒸散量仅次于灌水较多的处理MI5。对照CK全生育期蒸散量远高于MI5,增幅达16.0%,而以MI3最低。水分利用效率以MI1和MI3最高,且与其他处理及对照间差异显著(P0.05)。水分利用效率以MI4最低,MI1和MI3水分利用效率均比MI2、MI4、MI5和CK显著提高19.3%,34.1%,15.3%和25.4%。MI1与其他所有处理及对照间、MI3与其他所有处理及对照间灌溉水利用效率差异显著,且以灌水最少但产量最高的MI1最高,以MI4最低。处理MI1灌溉水利用效率分别比MI2、MI3、MI4、MI5及CK显著提高35.1%,14.6%,61.0%,36.7%,48.4%,而MI3比MI2、MI4、MI5、CK分别显著提高17.9%,40.4%,19.3%,29.4%,MI5比MI4则显著提高17.7%。因此,有限灌溉能提高绿洲玉米水分利用效率和灌溉水利用效率,但有限灌溉对作物水分利用效率和灌溉水利用效率提高的促进作用并不具有稳定性。     

华北半湿润地区微咸水滴灌番茄耗水量和土壤盐分变化

该文利用3 a试验资料研究了华北半湿润地区滴灌条件下,不同盐分浓度微咸水和土壤基质势对番茄耗水量、水分利用效率和土壤盐分的影响。研究发现总体上番茄整个生育期累计耗水量随着灌溉水盐分浓度的增大而降低,随着土壤基质势控制的降低而降低;而水分利用效率随着灌溉水盐分浓度的增大略微有增大的趋势,随着土壤基质势控制的降低明显升高;3 a微咸水灌溉后,整个土体0～90 cm深度土壤盐分没有明显增加。     

兼顾农业生产与环境保护的农田控制排水研究进展

农田控制排水(又称地下水位管理)是一种通过调控农田排水量以达到减少污染物输出并保证农业生产的环境友好型水管理措施。该措施的发展经历了不同的阶段,从最早的保墒增产到后来的污染物削减以及节约灌溉用水等功能,对其研究和应用的不断深入,对于变化环境下农田排水的设计和管理都具有重要意义。该文回顾了农田控制排水发展的历史,阐述了该措施的各项功能及其研究方法和应用特点。结果认为,农田控制排水是新形势下农田排水的必要手段,通过对排水出口水位的调控可以达到调节农田水分,减少营养物流失,节约灌溉用水,增加雨水资源利用等多重目的,是存在排水问题地区农业生产可持续发展的最佳水管理措施。目前各地对于控制排水研究的热点问题是寻求一种适合当地农业生产形式的排水水位调控方案,使其具有可操作性、易于推广。     

作物调亏灌溉的适宜时间与调亏程度的研究

作物调亏灌溉是建立在作物与水分关系基础上的一种节水高产灌溉技术。根据陕西长武、甘肃民勤等地的田间试验资料分析了适度缺水对作物产量的有益效应,表明调亏灌溉的适宜时段应该在作物的早期生长阶段。陕西长武和甘肃民勤小麦和棉花的试验结果表明,其水分亏缺程度可达到田间持水量的45%～50%,而对作物的产量没有不利影响,但可明显提高作物水分利用效率。并且讨论了调亏灌溉目前存在的一些问题。     

交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响

以玉米为试验材料,通过大田灌水技术和灌溉制度试验对交替隔沟灌溉水分入渗规律及其对作物水分利用的影响进行了研究。结果表明,交替隔沟灌溉与常规灌溉相比,水分的侧向入渗比较明显,由于其湿润锋到达深度小于常规灌溉,因此,交替隔沟灌溉可以减少土壤水分的深层渗漏;交替隔沟灌溉不降低光合速率而蒸腾速率有所下降,并有利于提高蒸腾效率;在同等灌水量水平下,交替隔沟灌溉因为其低蒸腾和较高产量总水分利用率和灌溉水利用效率均高于常规灌溉;在同等灌水量水平下,采用交替隔沟灌溉不降低玉米产量;收获等产量的玉米,交替隔沟灌溉比常规灌溉省水33.3%。     

黄土高原地区的山坡地降雨径流利用与节水灌溉技术

黄土高原地区年降雨量大多在350～450mm,干旱是限制山坡地农业生产的主要因子之一,该区群众在多年实践中总结出一套行之有效的雨水利用与节水灌溉技术措施,有效地保护了山坡地土壤资源,提高了水资源利用率,总结分析这些措施的技术特点、条件、效益及应用前景,对黄土高原地区山坡地水资源利用和生态农业建设具有十分重要的意义.     

控制灌溉水稻叶片水平的水分利用效率试验研究

根据现场试验资料,分析了晚稻叶片水平的水分利用效率的日变化与全生育期变化,叶片的水分利用效率与气孔导度及外界影响因子包括光合有效辐射、土壤水分、叶气温差等的相互关系。结果表明：控制灌溉水稻叶片的水分利用效率在较高土壤水分时与对照处理差别不明显,适度土壤水分调控可以获得较高的水分利用效率;全生育期水稻叶片的水分利用效率随土壤水分变化而波动,过高过低的土壤水分均不利于水分利用效率的提高;叶片的光合速率、蒸腾速率与水分利用效率均随气孔导度的增加表现出先增后减的变化规律。水稻叶片的水分利用效率影响因素分析显示：水分利用效率随叶气温差、二氧化碳浓度和空气湿度的增加而增加;有利于获得较高水分利用效率的气孔导度、光合有效辐射、空气温度和土壤水分范围分别是200～350 μmol·m^-2·s^-1、400～900 μmol·m^-2·s^-1、28～34℃和85%～90%的土壤饱和含水率。