基于水土资源状况的中国粮食安全思考

粮食安全是当前国内外关注的焦点,尤其是近年来国内外粮食供需矛盾日益尖锐。该文基于影响粮食生产的两大刚性约束——水资源和耕地资源,在系统阐述中国农业水土资源状况及其对粮食生产影响的基础上,提出保障中国粮食安全应遵循“寓粮于源、保粮于墒”的基本策略。并以海河流域为例,分析了不同灌溉条件下典型作物需水量、农田需水量的构成,从定量上说明“寓粮于源、保粮于墒”在维持中国粮食生产中的重要性。     

节水灌溉体系的试验研究与实践

在大范围试验研究的基础上,提出了节水灌溉体系的基本概念和内容,对体系所包含的主要方面,包括有限水资源时空合理配置、涵养水源,在输、配、灌、耗各个环节减少无益水量损失,提高水的利用率和供水效益等方面,进行了全面、深入的研究,提出了系统的措施和实施技术。并在较大范围内推广应用,取得了显著的经济效益。     

21世纪初期三江平原北部土地利用时空特征分析

以2000年的ETM遥感影像和2009年中巴资源卫星影像为主要数据源,采用GIS方法分析三江平原北部地区土地利用变化情况,旨在为该区域水土资源优化配置和农业可持续发展提供依据。主要结论如下：耕地特别是水田大幅增加、城乡工矿用地小幅增加、其他各地类特别是未利用地减少。垦殖率由2000年的50.56%攀升至2009年的67.26%。沼泽地被人为排干（变为草地）再垦殖（变为耕地）以及毁林开荒、滩地开荒是最主要的土地利用变化形式。各地类变化具有显著的区域差异,东部地区以未利用地（主要是沼泽地）开荒垦殖、耕地及城乡工矿用地快速增加为显著特征,西北部地区以毁林开荒、草地开荒、滩涂开荒为显著特征;西南地区以全面开荒为特征。     

黑龙江省灌溉用水效率指标体系空间格局研究

针对黑龙江省灌溉用水效率低下等问题,基于地统计学理论,对黑龙江省灌溉用水效率指标体系及其影响因素的空间分布特征进行研究。结果表明:从全方向上看,田间水利用效率受空间结构的影响最大,其空间正相关范围最大为145 km;灌溉水利用效率受空间结构的影响次之,空间正相关范围为124 km;渠系水利用效率受随机因素影响较大,空间正相关范围最小,为73 km。大庆、哈尔滨、绥化3地交界处,灌溉水利用效率、渠系水利用效率与田间水利用效率均出现高值,鸡西的鸡东县3个指标值均出现低值。自然因素对灌溉用水效率的影响小于人为因素,其中降水量与灌溉水利用效率、田间水利用效率呈现负相关。     

基于遥感的农业用水效率评价方法研究进展

遥感技术的发展为区域尺度蒸散发计算、作物分布识别及估产提供了一条有效途径,为基于遥感信息的灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率定量评价奠定了基础。回顾总结了遥感蒸散发模型、瞬时蒸散发升尺度方法、日蒸散发插值方法、作物分布识别方法及作物估产模型的研究进展,评述了遥感蒸散发及作物估产结果在灌区灌溉水利用效率及作物水分利用效率评价中的应用情况。提出了相关领域需要进一步研究的问题,包括适合非均匀下垫面特点且具有较强物理基础的灌区遥感蒸散发模型、日蒸散发插值中灌溉或降雨引起土壤含水量突变情况的处理、农田蒸散发中灌溉水有效消耗量的准确估算、能适应复杂种植结构并且适用于多年的作物分布遥感识别模型以及精度较高且可操作性强的遥感估产模型等。     

灌溉效率与增长潜力

正确分析灌溉效率增长潜力是水资源科学管理、节水农业健康发展的基础,目前存在着是否“真实节水”的争论。本文分析了农田和流域尺度上的节水内涵,解释了工程节水倾向的经济原因,并在已有研究基础上估计了农田和流域尺度上灌溉效率增长潜力。真实节水技术对于解决资源型缺水比工程型节水技术可能更为重要,但节水外部效应和补偿机制缺失,未来依然会以工程型节水技术为主导。到2020年,灌溉效率能再提高10-15%就是极为不错的政策目标。今后需要加强节水的技术和经济评价,构建综合性节水技术推广的政策体系。     

青海省水安全现状分析及对策探讨

随着全球经济的飞速发展,全球生态环境安全已经成为人们日常&-D的问题,在这样的前提下,水安全已成为生态安全方面一个重要的核心问题.从水量、水质、水灾害和水工程安全4个方面分析了青海省水安全现状,提出青海省水安全分区战略,分析了可以保障青海省水安全问题的解决对策.     

灌区尺度作物水分利用效率指标研究

在对灌区来水、作物产量和作物需水量尺度分析的基础上,研究了灌区尺度作物水分利用效率指标,结果表明,冬小麦、夏玉米、棉花不同的生育期对采用哪种水分利用效率指标有直接影响;灌溉、降雨、地下水补给等资料较全时,3种作物都采用WUEET;无降雨资料时,冬小麦可选用WUEi近似代替WUEET;正常年份,夏玉米的WUEP0就是WUEET,干旱年份且需夏灌时,夏玉米WUEET由有效降雨量与灌溉量共同产生;棉花不能用WUEi或WUEP0中的任何一种指标反映其真实的水分利用效率,而只能用WUEET确定。     

Influence of single and multiple water application timings on yield and water use efficiency in tomato (var. First power)

A greenhouse experiment was conducted at Japan International Research Center for Agriculture Science (JIRCAS), Okinawa Subtropical Station, Ishigaki, Japan with three multiple water application and two single water applications to study the effects of them on tomato yield, soil water content and water use efficiency. Multiple water application is a technique use to add the required amount of water during irrigation in multiple equal parts a day instead of one complete set (single water application) during the irrigation event. The multiple water application treatments were the day time (DT), day-night time (DNT) and night time (NT) while the single water application treatments were morning time (MT) and evening time (ET). In multiple water irrigation treatments the water was added to the soil into three equal parts. The supplied irrigation water was the same for all treatments and gradually increased with plant age to cover the crop water requirement during the growing season.The results revealed that multiple water application increased tomato yield by 5% over the highest yield of single water application. The DT treatment increased tomato yield by 5% and 15% compared to ET and MT treatments, respectively. For multiple water application, the DT was the best irrigation timing because it increases the tomato yield by 8% and 12% compared to DNT and NT, respectively. ET irrigation was better than MT irrigation for single water application. Multiple water application led to an increased in soil water content compared to single water application. By applying the same amount of water for all treatments, the DT treatment increased water use efficiency by 5-15% compared to ET and MT treatments of single water application. In conclusion, multiple water application is better than single water application and by choosing the proper irrigation timing, higher tomato yield resulting from efficient water management can be obtained.     

中国省区虚拟水流动及对农业用水的影响

模拟省区间粮食虚拟水流动格局的基础上,从节水效应和对区域用水效率的改变2方面评价虚拟水流动对中国农业用水的影响.粮食虚拟水呈由北向南流动的总体格局,其中黑龙江与吉林贡献了虚拟水输出量的69.1%,广东、浙江、福建及上海占流入总量的56.2%;虚拟水在全国范围内节约了199.4亿m³的水资源;虚拟水流动提高了全部输入区的单位产品耗水(WFP)和用水量(WUP)和主要输入区的WFP,降低了除黑龙江、吉林之外所有输出区的WUP和WFP.各省区应根据自身状况和在虚拟水流动中的地位制定水资源高效利用与管理策略.其中,东北粮食主产区应从区域视角发展节水农业,提高农业的水资源利用效率.     

冬小麦节水增产灌溉模式试验研究

针对华北高产粮区进行了冬小麦节水增产试验研究 ,随着灌水次数和灌溉水量的增加 ,冬小麦总耗水量也增加 ,冬小麦消耗土壤水的份额逐渐减少 ,主要以消耗灌溉水为主。 2 0 0～ 30 0 cm土层的土壤水随着灌溉水量的增加 ,利用率逐渐减小 ,最佳灌水模式为春季 2水 (试验年份为偏旱年型 )。冬小麦产量为 771 6.7kg/hm2 ,水分利用效率为 1 5 .92 kg/hm2·mm,灌溉水利用效率为 34 .3kg/hm2·mm。     

不同水分调亏下冬小麦适宜灌水定额研究

通过测坑试验,对比研究了不同灌水控制下限和灌水定额下冬小麦的生长发育、耗水及产量形成的差异。结果表明,分蘖数倍增是拔节以前冬小麦LAI增加的主要动力;各轻旱和中旱处理间的总耗水量差值以及冬小麦苗期耗水量均随灌水定额增加而增大;冬小麦的茎粗和千粒质量受土壤水分及灌水定额影响均不大;各受旱处理的总耗水量和籽粒产量分别较适宜水分处理下降了约11.98%~35.32%和8.87%~31.12%。综合考虑籽粒产量和WUE,选择灌水定额105 mm作为冬小麦受旱条件下的适宜灌水定额。     

Increasing productivity in irrigated agriculture: Agronomic constraints and hydrological realities

Irrigation is widely criticised as a profligate and wasteful user of water, especially in watershort areas. Improvements to irrigation management are proposed as a way of increasing agricultural production and reducing the demand for water. The terminology for this debate is often flawed, failing to clarify the actual disposition of water used in irrigation into evaporation, transpiration, and return flows that may, depending on local conditions, be recoverable. Once the various flows are properly identified, the existing literature suggests that the scope for saving consumptive use of water through advanced irrigation technologies is often limited. Further, the interactions between evaporation and transpiration, and transpiration and crop yield are, once reasonable levels of agricultural practices are in place, largely linear—so that increases in yield are directly and linearly correlated with increases in the consumption of water. Opportunities to improve the performance of irrigation systems undoubtedly exist, but are increasingly difficult to achieve, and rarely of the magnitude suggested in popular debate.     

灌区优化调度的节水作用浅析

以 1个水库灌区为例 ,从节水的 3个作用分析了灌溉水资源在时间和空间上优化调度的 2个模型。优化调度不仅能减少灌区水量损失 ,提高水分生产效率 ,还能在提高灌区水分生产效率方面起明显的作用。这类节水技术对于缓解我国农业供水危机具有重要的现实意义 ,是节水技术的一个发展方向     

Field water supply:yield relationships of grain sorghum grown in three USA Southern Great Plains soils

Field water supply (FWS) combines the three sources of water used by a crop for evapotranspiration (ET), and consists of available soil water at planting (ASWP), rainfall, and irrigation. Examining the grain yield and FWS relationship (Y_g:FWS) may provide insight into the reported variability in crop water production functions such as water productivity (WP) and irrigation water productivity (IWP). Since water is most productive when entirely consumed in ET, diversion of FWS into non-ET losses such as drainage and excessive soil water evaporation results in declines in WP and IWP. The objective of this experiment was to examine the Y_g:FWS and Y_g:ET relationships of grain sorghum grown under a range of irrigation treatments (0, 25, 50, and 100% replacement of ET), beginning soil water contents, evaporative demands, in the Amarillo, Pullman, and Ulysses soils of the Great Plains. The purpose was to determine the amount of FWS beyond which declines in WP and IWP began to occur due to non-ET losses as indicated by a change in the slope and intercept of the Y_g:FWS and Y_g:ET relationships. Large amounts of non-ET irrigation application losses occurred in the finer-textured soils in the T-100 irrigation treatment. In both years, the T-100 irrigation application amounts and ASWP resulted in a FWS ranging from 750 to 870 mm which exceeded the maximum ET requirement of 530-630 mm and which reduced WP and IWP. Piecewise regression analysis of the Y_g:FWS and Y_g:ET relationships for the crops in the Pullman and Ulysses soils identified the knot point, or change in slope and intercept, in the FWS where both WP and IWP tended to be optimized. This was about 500 mm in both soils, and involved the utilization of about 250 mm in ASWP, irrigation applications averaging about 250 mm, and about 60-130 mm remaining in the soil at harvest. For the coarser-textured Amarillo soil, the yield response to increasing FWS was linear, because non-ET application losses such as drainage gradually increased with the irrigation application amount. The linear Y_g response in the sandy Amarillo soil and the piecewise Y_g responses in the clay and silt loams of the Pullman and Ulysses soils to FWS also reflected the difference in water-holding capacities of the soils that affected the amount of available water as irrigation increased. Irrigating without considering FWS resulted in non-ET irrigation application losses and declines in WP and IWP.     

保水剂和灌水对小粒咖啡苗木的节水调控效应

为探讨热带特色作物小粒咖啡的高效节水模式,研究3个保水剂水平(高保、低保和无保)和3个灌水水平(高水、中水和低水)对小粒咖啡苗木生理、生长、干物质及水分利用的影响。结果表明:与无保相比,低保分别提高叶绿素、类胡萝卜素和根系活力11.8%、13.4%和52.2%,而分别降低可溶性糖、丙二醛和脯氨酸24.9%、24.3%和55.8%,同时提高总干物质和水分利用效率31.0%和35.9%;而高保分别降低叶绿素、类胡萝卜素、丙二醛和根系活力3.1%、2.4%、13.5%和6.3%,提高叶片可溶性糖和脯氨酸3.7%和75.1%,降低总干物质21.3%,提高水分利用效率8.6%。与低水相比,中水分别提高总干物质、耗水量和水分利用效率89.8%、44.5%和33.2%,高水分别提高总干物质、耗水量和水分利用效率172.8%、104.8%和34.0%。和无保低水相比,低保中水的水分利用效率增幅最大为112.7%,同时提高总干物质158.9%,分别提高叶片相对含水率、叶绿素、类胡萝卜素和根系活力24.4%、19.5%、25.8%和149.9%,分别降低可溶性糖、丙二醛和脯氨酸38.3%、36.4%和68.7%。从高效节水的角度考虑,低保中水为最适宜的搭配方式。     

乳熟后灌溉对夏玉米水分利用效率及干物质转运的影响

于2011—2012年玉米生长季节,采用3个高产玉米品种,在乳熟后期分期(设9月20日、9月25日、9月30日3水平,不灌水为对照,分别用I9.20、I9.25、I9.30和CK表示)进行灌溉单因素试验。结果表明:各灌水处理与CK相比,成熟期1 m土体土壤含水率提高2.92%~14.14%。不同灌水处理农田蒸散量变幅为380.67~434.91 mm,处理间由小到大为I9.25、I9.20、I9.30、CK。不同处理影响干物质积累转移,CK和I9.30处理提高了吐丝前营养器官同化物向籽粒的转化效率,I9.20与I9.25处理则提高了吐丝后营养器官同化物的转化效率,而最终产量以I9.20与I9.25处理较高。不同处理籽粒水分生产率为21.94~26.53 kg/m3,以CK最高或较高。这表明,乳熟后适期灌溉,虽然降低了水分利用率,但提高了籽粒产量。结合本研究地区小麦-玉米一体化生产,乳熟后灌水建议在9月20~25日期间进行。     

河套灌区春小麦与向日葵套种模式下水分利用效率评估

以河套灌区春小麦套种向日葵田间实测资料为基础,讨论了灌水与小麦套种向日葵总产量的关系,根据实测数据,拟合了春小麦套种向日葵水分生产函数模型,通过对耗水资料的分析整理,揭示了春小麦与向日葵套种模式下需水规律及水分利用效率。通过对河套灌区春小麦套种向日葵水分生产函数及灌水边际效益的分析表明,水资源投入的最佳效益点并非产量最高点和水分利用效率的最高点。合理利用小麦套种向日葵水分生产函数及其规律,可以实现小麦套种向日葵节水、高产、高效的较好统一。     

土壤水基质势膜下滴灌春玉米生长和耗水特性研究

为缓解内蒙古河套灌区水资源短缺并实现农业节水,在河套灌区连续开展2 a(2016年和2017年)的田间试验,采用膜下滴灌种植春玉米,设置5个基于土壤水基质势的灌水下限水平,分别为-10(S1)、-20(S2)、-30(S3)、-40(S4)、-50 kPa(S5),研究不同灌溉处理下的土壤水分分布与春玉米生长及耗水特性。研究结果表明2个生长季内不同基质势水平下土壤含水率差异明显,基质势越高土壤剖面平均体积含水率越高。不同土壤水基质势下限控制的灌水水平显著影响玉米生长,随着生育期内土壤水基质势控制下限的降低,玉米株高与叶面积指数显著降低(p0.05),其中基质势下限为-50 kPa的处理玉米发生早衰现象。地上部分干物质积累量、百粒质量、穗粒数等产量构成指标都随土壤水基质势下限的升高而增加。土壤水基质势水平越高,玉米产量越高,其中S1、S2和S3处理玉米产量显著高于S4和S5,但是前三者之间不存在显著差异(p0.05)。随着土壤水基质势的降低水分利用效率先增大后减小,-30 kPa时水分利用效率最高。综合考虑作物产量和水分利用效率,建议将河套灌区玉米膜下滴灌土壤水基质势下限控制在-30 kPa。     

灌区用水效率与效益评价——以天津市里自沽灌区为例

以天津市宝坻区里自沽大型灌区的基本资料为基础.选取灌溉水利用系数、渠系水利用系数、田间水利用系数、灌溉水生产效率、耕地有效灌溉率、节水灌溉工程面积率6个指标,构建了模糊综合评价模型,对影响灌区用水综合效益的因素进行了分析.结果表明,2004-2008年,里自沽大型灌区综合评价指数分别为3.299、3.423、3.624、3.679、3.687整体上呈现明显的上升趋势,其用水效率状况处于较好阶段.利用模糊综合评价法,对灌区用水效率与效益进行了评价.结果表明,工程状况与管理水平对于灌区用水系数的影响较显著.必须加大灌区节水改造以及灌区管理体制改革力度,进一步提高农业灌溉水的利用效率和效益,促进水资源的可持续发展.