黑龙江西部农田水分利用效率时空特征及气候影响分析

生态水分利用效率是衡量植物生长状况尤其是农作物灌溉效果的重要指标。在全球变化背景下分析水分利用生产效率(WUE)时空分布及变化趋势,探讨其对气候变化的响应,对于更好地理解气候变化对农田生态系统的影响和优化配置水资源具有重要的意义。本文基于2000—2016年的气象数据和MODIS总初级生产力和蒸散发产品,采用趋势分析和偏相关分析等方法,研究黑龙江西部17年内农田WUE的时空变化特征,并对WUE与降水、平均温度、≥10℃活动积温和有效积温等气候因子的相关性和空间分布进行分析,揭示影响黑龙江西部农田WUE变化的主导因素。研究结果可为提高该地区的农田灌溉效率以及合理配置水资源提供重要参考。     

水账户方法及其在流域水分生产率分析中的应用

引入水账户理论和方法,以研究流域水资源的利用状况。介绍了水账户的概念体系、基本数学表述、尺度和平衡要素。该方法根据水平衡原理,对流域内不同用途的水进行分类。通过分析水资源在生态经济系统中的流向、流量和存量等的变化过程,完整地呈现研究区内的所有用户,以便分析提高可用水量的途径及节水的可能性。应用该方法对黑河流域中游张掖市水资源利用情况的分析表明,研究时间内田间尺度所有可用水均被损耗殆尽,导致土壤水储量减少,减少水分的无效损耗量是提高灌区水资源利用率的重要措施。从流域尺度上看总入境水量中92.6%被损耗利用,该市的水资源利用处于不可持续的极限状态。最后讨论了不同尺度水分生产率转化、农业节水措施选择、流域生态健康与水利用效率的关系等,指出仅提高渠系利用率和渠道衬砌率等措施不能从根本上提高水分生产率,水利用效率的提高应以全流域水利用效率为指标。     

作物生产水足迹量化方法与评价研究

农业用水效率评价是农业水资源管理的基础。作物生产水足迹有效的统一了旱作、灌溉农业以及不同尺度的水分利用效率评价指标,为农业水资源管理提供了新的评价指标与工具。本文在现有作物生产水足迹量化方法的基础上,提出了基于区域耗水量和区域用水量的作物生产水足迹量化方法,形成了三种适用于不同评价目标和尺度的量化方法。以中国大陆为研究对象,利用不同方法对小麦水足迹进行量化,探讨了三种方法的特点和适用性。研究表明三种量化方法具有各自的适用范围和科学内涵,基于田间作物蒸发蒸腾量所得到的作物生产水足迹能够反映田间尺度水分利用效率、农业资源禀赋;基于区域耗水量的计算方法能够反映区域尺度水分利用效率、农业资源禀赋和区域耗水特性;基于区域用水量的水足迹量化方法能够反映区域尺度水分利用效率、灌溉系统运行水平与农业生产用水量。鉴于三种作物生产水足迹量化方法的差异性,在进行水足迹量化评价时,需根据具体的研究尺度和评价目标确定作物生产水足迹量化方法,使量化和评价结果更为科学合理。     

冬小麦生长季蒸散与水分利用效率变化特征

利用中国科学院栾城农业生态系统试验站的涡度相关仪器观测数据,分析了2008年华北平原冬小麦的蒸散以及群体水分利用效率(WUE)的变化特征.分析结果表明,土壤含水量变化对蒸散量影响显著,冬小麦各生育期平均日蒸散量最大值为6.6 mm,出现在灌浆期,最小值出现在返青-起身期为0.3 mm.群体水分利用效率整个生育期内在0.1～12.3 g/kg之间变化,在灌浆初期达到最高值.蒸散量和群体水分利用效率的总体变化趋势一致,CO2通量的变化趋势与WUE相同.     

基于CiteSpace的农业节水研究进展与发展趋势

借助Cite Space可视化软件,对无形的科学知识进行了可视化计量研究。利用共引共词分析、多元统计分析、社会网络分析等方法,绘制了农业节水研究领域的科技文献共引网络图谱、高被引文献的热点词图谱以及前沿进展时区图谱。分析可知国内外有关农业节水的高被引文献多数是关于实验方法和技术应用,目前国内比较侧重于节水灌溉、水资源、节水型社会、农业节水技术方面的研究;国外有关农业节水研究热点主要集中在灌溉水利用效率、灌溉水资源、虚拟水、农业产量及种植结构等。国内在基于作物水分高效利用的遗传育种学及分子生物学方面研究相对薄弱,作物抗旱及水分高效利用机理、水分养分耦合及高产协调机理等生物节水方面有待进一步研究;在多种农业节水技术联合运用方面研究有待加强;农业节水的生态环境效应评价方面研究是未来农业节水研究的发展趋势。     

春播蚕豆水分利用效率研究

设计4个水平的调亏灌溉试验处理,对临蚕5号蚕豆的产量水平、群体水平和叶片水平3个层次水分利用效率进行了研究。结果表明:籽粒产量水平的WUE为1.24 kg/m3,最大籽粒产量时的耗水量为4 988.9 m3/hm2;各个处理的群体水分利用效率均在开花期较高,苗期及成熟期则较低;叶片的水分利用效率和气孔阻抗呈二次关系曲线,而气孔阻抗随土壤含水量增大而减小,取得最大WUE时的土壤含水量应控制在田间持水量的62%左右。因此,通过控制土壤含水量来调节气孔阻抗是提高蚕豆水分利用效率的可行措施之一。     

基于DEA和Tobit模型的河南省水资源利用效率评价及影响因素

水资源是基础性自然资源和战略性经济资源,水资源利用效率有效反映了水资源开发使用情况,提高水资源利用效率可以促进经济可持续发展。将河南省18个地市2009—2018年劳动力、固定资产投资、用水量作为投入指标,GDP和污水排放量作为产出指标,分别利用SBM-DEA模型和Malmquist指数对18个地市水资源利用效率进行分析,并采用Tobit模型系统分析了影响因素。研究可得:从相对效率分析看,郑州市水资源利用效率最优,豫中和豫西地区水资源用水效率次之,各区域间水资源利用效率差距随时间推移呈逐步缩小趋势;从绝对效率分析看,河南省水资源利用效率年均增长2.7%,技术进步变化指数年均增长3.1%,技术水平的提高是河南省水资源利用效率增长的主要因素;用水效率影响因素分析结果显示,第一产业比重和农业用水比重是影响河南省水资源利用效率的主要因素,其中第一产业比重增大会提升水资源利用效率,农业用水比重增大则会降低水资源利用效率。研究成果可为河南省实现高效用水提供依据。     

基于提高农田水分利用效率的途径

我国自古以来就是世界上的农业大国,进入21世纪以来,伴随着我国经济的迅速发展,农业也取得了进一步的发展。然而,我国却面临着水资源分布不均,部分地区干旱少雨,水资源匮乏,水利工程设施不配套,农田基本建设规划不完整等问题。这就要求当地政府和相关部门要深入群众,关注农业的发展态势,提高农田水分利用效率,促进农业的进一步发展。通过分析目前我国农田水分利用效率的现状,就其原因重点提出提高农田水分利用效率的措施和途径。     

河南省农业灌溉系统中的水土环境问题及其解决途径

水资源短缺﹑土体和水体环境污染等生态问题已成为制约河南农业可持续发展的重要因素。本文从河南省农业灌溉的用水现状出发,指出了河南省农业灌溉系统中的水土环境问题。对解决该问题的途径进行了探讨性研究,提出了如下策略:推广高效用水的灌溉技术,提高水分的利用效率;使污水资源化,合理利用再生水,减少污染物立体运移的途径;改革农田灌溉用水管理体制,形成高效用水的激励机制。     

改进SEBS 模型评价黑河中游灌溉水资源利用效率

我国西北干旱半干旱地区内陆河流域农业耗水是水资源消耗的主要部分,准确估算干旱半干旱区绿洲蒸散发(ET)对合理配置和有效利用水资源非常重要。针对干旱半干旱区作物蒸散受土壤水分胁迫的特点,将土壤水分信息引入到SEBS模型中,利用MODIS影像,结合WRF模式输出的格网和地面观测的气象数据估算2012年黑河中游绿洲蒸散发。与涡动观测结果对比:改进的SEBS模型更适用于灌溉作物在水分胁迫下的蒸散发估算。进而分别在灌区和黑河中游整个绿洲尺度上评价2012年作物水资源利用效率,结果显示:在灌区尺度上水资源利用效率是57%;以整个黑河中游为对象,由于考虑了地表水地下水的转换和重复利用,绿洲作物水资源利用效率可达到66%,但抽取地下水重复利用消耗大量的能源,为此需要提升单方水的利用效率,减少对地下水的过度开采,做到既节约水资源,又节约能源。     

鲁北地区秸杆覆盖对冬小麦需水量、作物系数及水分利用效率的影响

作物系数和需水量是制定作物灌溉制度和计算区域水资源平衡的重要参数,不同气候和不同栽培条件下作物系数和需水量会发生变化。通过大田试验,以Penman-Monteith公式计算小麦播种~成熟期间参照作物蒸散量,并利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算作物实际蒸发蒸散量,进而对小麦秸杆覆盖和露地栽培条件下各生育阶段的作物系数进行计算。结果表明,鲁北地区小麦秸杆覆盖栽培比露地栽培生育期内作物需水量减少40.3 mm,作物系数降低9.1%,水分利用效率增加18.0%。冬小麦产量提高10%左右。     

鲁北地区麦秸盖田对夏玉米需水量、作物系数及水分利用效率的影响

作物系数和需水量是制定作物灌溉制度和计算水资源平衡的重要参数,不同气候和栽培条件下作物系数和需水量会发生变化,试验旨在明确鲁北地区麦秸盖田对夏玉米作物系数和需水量的影响。通过大田试验以水量平衡法计算作物需水量,以Penman-Monteith公式计算参照作物蒸散量和作物系数。结果表明麦秸盖田比露地栽培生育期内作物需水量减少30.4 mm,作物系数降低7.2%,水分利用效率增加21.0%。     

Policy Options to Improve Water Allocation Efficiency: Analysis on Egypt and Morocco

Abstract

Because of political risk, economic feasibility, and cultural concerns, it has been a great challenge for economists to provide palatable remedies to governments to promote water allocation efficiency. Considering the limitation of water pricing to irrigation water, this research addresses questions of which strategic policy alternatives to water pricing might improve irrigation water allocation efficiency. An empirical framework is provided to compare irrigation policies for allocating scarce water to agricultural production in Egypt and Morocco. Partial-equilibrium agricultural sector models specific to Egypt and Morocco were employed for policy tests. Consumer and producer surplus from agricultural based commodities is maximized subject to various resources, technical, and policy constraints. Positive Mathematical Programming (PMP) was used to calibrate the model. Water pricing policy, water complementary input factor tax policy, and output tax policy are tested using these two agricultural sector models. Results suggest that effective policy depends on the social, economic, and environmental contexts of specific regions. For countries like Egypt where most agricultural land is irrigated, taxes on Nitrogen (N) fertilizer and energy and output tax on water-intensive and low profit crop production may be more effective than others. For the Moroccan case, taxation on crop inputs and outputs not only affect water use in the public irrigation sector, but also private irrigation sector and rain-fed as a whole. Water pricing and output tax policies are better suited and effective than water complementary input factor taxation. Findings from Morocco might be generalized to other countries with similar irrigation characteristics and diversity in irrigated (public and private) and rain-fed land. The results for both countries demonstrate that some of the strategic irrigation policies can work towards directing cropping decisions to less water intensive crops and also generating revenues for governments in situations where governments choose not to price water.     

基于AquaGIS模型的盈科灌区制种玉米农业用水效率分析

盈科灌区是黑河流域中游绿洲典型灌区之一,该灌区农业用水效率较低,农业用水矛盾十分突出。制种玉米是灌区主要种植作物,研究制种玉米的优化灌溉制度对实现该区域农业用水可持续发展具有十分重要的意义。利用分布式作物模型AquaGIS模型,基于盈科灌区土壤质地的空间变异性对该灌区制种玉米灌溉制度进行了优化,提出了适合灌区实际配水情况的最佳灌溉制度。通过灌溉制度优化,灌区制种玉米蒸散发量减少36~53mm,水分生产率WPET增加5%左右,灌溉水生产率WPI增加25%~48%,极大地提高了灌区农业用水效率。同时,对该灌区不同水文年灌溉制度进行优化,综合对比灌区制种玉米WPET、WPI和产量,其中丰水年灌溉3次、平水年灌溉4次、枯水年灌溉5次可以实现农业用水效率最高,为灌区高效节水灌溉提供理论指导。     

连云港市“十二五”农业灌溉用水有效利用系数测算与评价

利用首尾测算法,以21个典型样点灌区实测资料为基础,测算出连云港市"十二五"农业灌溉用水有效利用系数,并进行了分析与评价,筛选出影响灌溉水有效利用系数的3个最主要因素,提出了提高灌溉水有效利用系数的建议。     

Evaluation of relative water use efficiency (RWUE) at a regional scale: a case study of Tuhai-Majia Basin, China

Enhancing water use efficiency (WUE) is the key approach to maintain sustainable water resource supply. Due to the complexity of the water cycle, accurate estimation of WUE at the regional scale is a challenging task. Here we presented a framework of relative water use efficiency (RWUE). According to the linkage between RWUE and land use types, assessment of WUE at a regional scale could be performed operationally. This approach was evaluated in a study area, Tuhai-Majia Basin, North China. Based on remote sensing-derived evapotranspiration (ET) and land use data, regional WUE were assessed accordingly. The mean RWUE of agriculture, ecosystem and total basin in 2005 was 60.12, 30.07 and 62.5%, respectively. Spatial analysis showed that the agricultural WUE played the dominant role in water-saving of the study area; water management of unused land (RWUE of 2005 was 5.46%), especially wetland protection and other unused land development, will contribute significantly to ecological RWUE improvement. Temporal analysis indicated that there was considerable inter-annual variability in RWUE time series profiles. The agricultural interlude period might be important for enhancing WUE in the Tuhai-Majia Basin. In general, the results indicated that the RWUE-based method was an efficient and simple method to evaluate WUE at regional scale.     

去区域气候变异的农业水资源利用效率研究

农业水资源利用效率可用作物耗水量与总供水量(包括灌溉输水量和降水量)的比值表示。气象因子直接影响着作物耗水量和总供水量,但是气象因子对两者的影响程度不同,因此区域的气候差异造成的作物耗水量和总供水量的差异,在一定程度上影响着农业水资源利用效率。提出了一种去区域气候变异的农业水资源利用效率指标,以2004年为基准年,计算了全国的农业水资源利用效率,并分析了其主要影响因素。研究结果显示全国的水资源利用效率总体上从北至南呈下降的趋势。水资源利用效率随着农业水资源亏缺度和节水灌溉面积的增加而增加,随着灌溉水量的增加而降低。     

农业用水效率影响因素及机理分析

高效利用水资源已成为农业生产亟待解决的问题。为此,根据农业生态系统组成分析,影响农业用水效率的主要因素可以归纳为灌区的自然条件(气候、水资源条件、土壤质地)、灌区条件(包括类型和规模)、作物种植结构、灌溉工程措施、灌水技术、灌区基础设施和节水配套状况、灌区管理水平、经济政策和供水水价等几个方面。不同因素的影响机理是不同的,有些因素是可调控的,有些因素则短期内难以改变。重点分析了各因素对农田灌溉水有效利用系数的影响机理,同时从设施、制度、结构、技术等方面提出了提高农业用水效率的对策措施。     

长江中游地区用水效率评价及时空差异分析

为科学评估长江中游地区的用水效率,从综合、工业、农业、生活和生态用水5个方面遴选出13个评价指标,构建基于MCW-灰色TOPSIS的用水效率评价模型,采用G1法、熵权法和变异系数法交叉融合的混合交叉赋权法求得指标权重,将TOPSIS法与灰色关联度分析相结合评价2015-2019年长江中游地区3省用水效率情况,并从5个方面分析长江中游地区3省用水效率的时空差异。结果表明：长江中游地区用水效率在时间序列上呈现较稳定上升的趋势,在空间序列上,湖南、湖北两省在评价期内的用水效率较高,江西省用水效率偏低,且3个省份在5个方面的相对贴近度表现差异很大,通过分析其原因揭示了长江中游地区存在的主要用水问题,可为区域用水效率研究及节水工作提供理论依据。