气候变化和灌溉方式对稻田需水量的影响

气候变化改变了水稻的耗水过程和灌溉需水。基于高邮灌区历史气象资料(1955—2013年),利用稻田水量平衡和MK检验方法,分析了不同灌溉模式下稻田耗水与灌溉需水量的变化。结果表明:高邮灌区水稻全生育期积温随时间序列显著增加,而降雨量略有减少,但趋势不明显;不同灌溉模式下水稻需水量ET_c和渗漏量均随时间序列缓慢增加;节水灌溉模式能有效降低稻田耗水量;节水灌溉稻田灌溉需水量随时间序列缓慢降低,而常规灌溉稻田呈增加趋势,但趋势均不明显;节水灌溉模式能够有效降低稻田灌溉需水量,提高降雨利用率。因此,节水灌溉能够有效缓解气候变化给水稻种植带来的不利影响,是变化环境下灌区可持续发展的重要技术措施。     

稻田灌排耦合的水稻需水规律研究

依据蒸渗仪试验资料,分析了稻田灌排耦合调控下水稻需水量变化规律。结果表明,灌排耦合模式的水稻全生育期需水量变化差异显著(p0.05)。与浅湿灌溉+大田地下水埋深模式相比较,控制灌溉+适宜地下水埋深的水稻需水量减少25.3%,控制灌溉+控制地下水埋深模式的水稻需水量减少34.4%;灌排耦合模式的水稻阶段需水强度均有不同程度下降,以拔节孕穗期和分蘖中期降低幅度较明显;需水量模比系数呈前期小、中期大、后期又小的变化规律。不同地下水埋深对水稻需水量变化的影响未达到显著水平,以控制灌溉+控制地下水埋深模式水稻全生育期需水量较小。     

基于 CＲOPWAT 模型的大豆需水量及灌溉制度研究

为了研究黑龙江省西部地区气候因素变化对大豆生育期需水量的影响及本地区不同水文年型下大豆灌溉制度,基于黑龙江省哈尔滨市 1956—2015 年逐日气象数据、实地土壤数据和大豆作物参数,采用 M － K 趋势检验法进行生育期内各气象因素的规律分析,并利用 CＲOPWAT 模型对得出的黑龙江省西部大豆各生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量进行分析,同时对不同水文年型下大豆需水量和有效降雨量进行耦合度对比,制定了黑龙江省西部地区不同水文年型下的大豆灌溉制度。结果表明: 整个生育期内,月平均最高气温和最低气温显著增加,月平均风速显著下降。生育期内大豆需水量以 9. 24 mm /10 年的速率下降,变化范围为 331. 5 ～ 495. 6 mm。哈尔滨地区特枯水年、枯水年、平水年和丰水年的大豆需水量分别为 440. 6、407. 9、377. 5 和 366. 6mm; 特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为 122. 5、105. 8 和 65. 8 mm。在气象因素变化情况下,该地区大豆全生育期作物需水量、有效降雨量和灌溉需水量均呈减小趋势,枯水年和平水年降雨量难以满足当地大豆高产的需求,应以不同水文年为基础在大豆开花期和结荚期进行适度灌溉。     

基于CROPWAT模型的大豆需水量及灌溉制度研究

为了研究黑龙江省西部地区气候因素变化对大豆生育期需水量的影响及本地区不同水文年型下大豆灌溉制度,基于黑龙江省哈尔滨市1956—2015年逐日气象数据、实地土壤数据和大豆作物参数,采用M-K趋势检验法进行生育期内各气象因素的规律分析,并利用CROPWAT模型对得出的黑龙江省西部大豆各生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量进行分析,同时对不同水文年型下大豆需水量和有效降雨量进行耦合度对比,制定了黑龙江省西部地区不同水文年型下的大豆灌溉制度。结果表明:整个生育期内,月平均最高气温和最低气温显著增加,月平均风速显著下降。生育期内大豆需水量以9. 24 mm/10年的速率下降,变化范围为331. 5～495. 6 mm。哈尔滨地区特枯水年、枯水年、平水年和丰水年的大豆需水量分别为440. 6、407. 9、377. 5和366. 6mm;特枯水年、枯水年和平水年的灌溉净定额分别为122. 5、105. 8和65. 8 mm。在气象因素变化情况下,该地区大豆全生育期作物需水量、有效降雨量和灌溉需水量均呈减小趋势,枯水年和平水年降雨量难以满足当地大豆高产的需求,应以不同水文年为基础在大豆开花期和结荚期进行适度灌溉。     

气候变化下广东省参考作物蒸散量变化趋势及其影响因素分析

为探究气候变化下广东省参考作物蒸散量(ET₀)时空变化特征及其影响因子，基于1980—2020年广东省辖区内37个气象站点的地面观测资料，采用FAO—56 Penman-Monteith法计算各站点逐日ET₀,系统分析了广东省ET₀的时空变化特征，运用敏感性和贡献率分析方法定量研究了各气象要素变化对ET₀影响程度。结果表明：时间尺度上，广东省多年年平均ET₀为1 150 mm,整体上以14.84 mm/10a的速率显著上升，空间尺度上，ET₀从北到南呈上升趋势，变化范围为1 069～1 235 mm; ET₀对相对湿度和气温的敏感程度高于日照时数和风速。贡献率分析结果表明：气温是广东省ET₀变化的主导因子，其次是日照时数，相对湿度和风速的贡献率相对较小。气温的潜在升高与相对湿度的下降可能会导致未来更高的ET₀和干旱事件，研究可为广东省水资源规划和农业灌溉管理提供科学依据。     

近50 a滹沱河平原冬小麦灌溉需水时空特征研究

应用彭曼公式、反距离权重插值(IDW)及相关分析等方法,研究了气候变化对滹沱河平原冬小麦灌溉需水量时空变化的影响,主要得出以下几点结论:(1)近50a来滹沱河平原冬小麦灌溉需水量以18.5 mm/10 a的速率呈显著下降趋势(P0.01);(2)在空间特征上,冬小麦需水量以藁城、赵县和宁晋一线为界,分界线以东需水量在500~530 mm,分界线以西在530~600 mm;(3)降水量是冬小麦需水量变化的主控因素,降水量每增大100 mm,需水量将减少124 mm,日照时数和近地风速显著下降是造成该区需水量下降的主要原因。     

茶叶需水量与灌溉制度研究

作物需水量是作物进行科学灌溉以及制定作物灌溉制度的主要依据,通过试验,研究了茶叶需水量和需水规律,分析了茶叶灌溉制度,多年生的茶叶需水总量平均为1274. 60 mm,年平均日需水量为3. 49 mm,茶叶的灌水计划湿润层深度定在50 cm比较合适,年生长期各月的平均日耗水强度从1. 07～6. 51 mm/d不等,灌溉定额为307. 2 mm。     

原水pH和出厂水残余铝偏高调控技术研究与应用

河北某南水北调水厂夏季原水pH升高，影响混凝效果，同时造成出水残余铝升高，存在水质安全风险。针对此问题，利用CO₂调节原水pH,通过中试和生产实验对投加CO₂的参数和效能进行了探究和验证。结果证明投加1.5 mg/L CO₂后，能降低原水pH,改善混凝条件，混凝剂单耗从14 mg/L降低至2.5 mg/L,同时出水残余铝也下降至0.076 mg/L,显著提升水质安全性。投加CO₂调控过程也具有较好的经济性。     

河北省 5 个县域冬小麦-夏玉米连作灌溉需水特性分析

利用河北平原区5个县域及周边的雨量站、气象站和农气站资料,综合考虑降水、土壤和作物特性,提出修正的SCS-CN模型用于计算作物有效降水量,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式和作物系数法计算作物需水量,探讨研究区不同水文年份作物灌溉需水量的时空分布特性。结果表明,研究区冬小麦-夏玉米连作多年平均作物有效降水量、作物需水量和灌溉需水量分别为389、736和347mm,丰水年、平水年和枯水年冬小麦-夏玉米连作灌溉需水量分别为321、382和423mm。冬小麦生育期灌溉需水量271～350mm,返青-拔节期、拔节-抽穗期和抽穗-成熟期灌溉需水量各占全生育期的26%、26%和29%;夏玉米全生育期灌溉需水量0～49mm,抽雄期和成熟期分别占全生育期的52%和48%。作物有效降水量空间分布,石家庄3县西高东低,邯郸2县西低东高;作物需水量石家庄3县高于邯郸2县;研究区灌溉需水量空间分布不均,大致呈带状分布。     

氯化钙溶液对红黏土渗透系数变化的影响

为探究CaCl₂溶液对红黏土渗透系数的影响，通过X射线衍射(XRD)试验、渗透试验、热分析试验和扫描电镜(SEM),对红黏土试样受不同浓度(0.0、0.1、0.3、0.5、1.0 mol/L)的CaCl₂溶液饱和后的渗透性进行了试验分析。结果表明：当孔隙溶液浓度从0.0 mol/L增加到0.5 mol/L时，红黏土的渗透系数先降低后升高；此后随着孔隙溶液浓度的增加，渗透系数呈下降趋势；利用热分析试验，得到红黏土在加入不同浓度CaCl₂溶液后强结合水的含量，其强结合水含量的变化与红黏土渗透系数的变化有着紧密的联系；利用扫描电镜(SEM)观测了不同浓度CaCl₂溶液下土样的微观结构，Ca²⁺增大了红黏土矿物结合水膜厚度，导致土的有效孔隙减少，从而降低了土体的渗透性。该研究成果可为红黏土作为隔离墙隔离污染物提供数据参考。     

陆家坝水库灌区需水量计算方法

陆家坝水库灌溉面积496 hm~2(7 441亩),灌区P=80%典型年水稻和油菜净灌溉定额分别为4 605 m~3/hm~2(307m~3/亩)和1 335 m~3/hm~2(89m~3/亩)。P=80%典型年灌溉毛需水量为387万m~3,多年平均灌溉毛需水量为345万m~3,综合毛灌溉定额6 960 m~3/hm~2(464 m~3/亩)。     

多模式集合模拟未来气候变化对水稻需水量及水分利用效率的影响

在模拟水稻水分利用对未来气候变化响应的研究中,考虑气候模式以及降尺度方法的不确定性,有助于获取更加稳健的模拟结果。本文采用SDSM和BP神经网络两种统计降尺度模型分别对Had CM3和CGCM3两种大气环流模式的3种气候情景(A1B,A2和B2)进行统计降尺度模拟,再基于贝叶斯模型平均方法(BMA)集合降尺度结果,并由此驱动ORYZA2000水稻模型,模拟21世纪中后期(2050s和2080s)3种情景下水稻生长周期、产量、需水量及水分利用效率。结果表明:BMA相对于简单模型平均法(SA)可以更有效地减小气候模式的偏差;在未来的两个时期内,由于气温的不断升高以及辐射的下降,水稻产量显著下降,生长周期明显缩短;需水量随着辐射的降低而降低,但在2080s,气温的迅速上升带来了需水量的升高,但仍低于历史基准期水平,而需水量的下降并不能抵消产量下降对水分利用效率的负面影响。     

基于农业气象和农业种植结构的区域农业需水研究——以唐山市为例

农田需水量预测是农业灌溉需水量的关键,其合理利用与农业水资源高效利用、科学管理有极为重要作用。为合理分析区域农田需水量,本文在全面分析农田需水量计算方法的基础上提出了以区域水资源合理配置为基础,将优化作物布局,调整种植结构,和采取作物适时灌溉相结合条件下的经济灌溉需水量预测方法;并以唐山市为例,采用45年的水文气象资料对未来20年全市充分和经济灌溉条件下的农田灌溉需水定额和灌溉需水量作了预测。结果表明,唐山市2010年、2020年经济灌溉需水量较充分灌溉条件下的农田综合灌溉定额分别减少76.9mm、68.0 mm,对应的农田用水量分别下降了4.07×108m3和3.59×108m3。比较不同灌溉条件下的农业需水量变化发现在农业灌溉中采用经济灌溉方式将有利于缓减未来农业供需水不足的矛盾。     

洪水过程下双峰寺水库水动力特征及污染物迁移规律研究

为有效控制水体污染提供理论依据,同时为水库水动力-水质联合模拟及调控提供技术支撑。以双峰寺水库为研究对象,借助MIKE21构建了水动力-水质耦合模型,模拟在1962年典型洪水过程的工况条件下水动力特征及污染物迁移规律,输出结果表明：在典型洪水过程的工况下,库区内流场变化导致污染物浓度波动剧烈,随洪水过程的进行,其中BOD和DO浓度变化曲线相似,在洪水初期污染物浓度迅速下降,降低为某一数值时,下降坡度突然变缓直至过程结束;NH₄和PO₄浓度变化曲线相似,在洪水初期,三点浓度成上升趋势,并且越远离入库位置的点,浓度增加越迅速且时间越长,并随着浓度上升至最高点后迅速下降;NO₃浓度变化曲线较为特殊,在洪水来临时呈短暂的平稳趋势,随后猛然增加到最大值2.5 mg/L左右,并在其附近上下波动。可见在洪水作用下,库区各污染物的运移规律会随着洪水过程而呈现一定的变化。     

气候变化下黑龙江省水稻灌溉需水量变化特征

基于黑龙江省8个典型站点60年(1956-2015)的历史气象资料,利用Penman-Monteith公式和水量平衡模型计算了黑龙江省水稻全生育期内,两种灌溉模式下(淹水和控制灌溉)的作物需水量(ETC)及灌溉需水量,并结合气象因素的变化特征,借助Mann-Kendall检验方法分析了ETC及灌溉需水量对气象因子的响应。结果表明:ETC方面,不同灌溉模式下同一站点ETC的变化趋势基本一致,其中安达和绥化站的ETC呈下降趋势,出现"蒸发悖论"现象,嫩江、尚志和孙吴站的ETC显著上升,其余各站无明显变化。灌溉需水量方面,只有尚志站点在两种灌溉模式下均显著增加,孙吴、富锦和嫩江站仅在控制灌溉模式下呈明显上升趋势,而其余站点并没有一致性规律。总体上,相对于淹水灌溉,控制灌溉模式下有效降雨量提高了20%,灌溉需水量降幅为44.9%~52.9%,有效减少了农业生产在气候变化条件下受到的不利影响。     

1958—2017年江西省水稻需水量与有效降雨量耦合关系分析

基于江西省15个气象站点1958—2017年逐日气象数据,利用Penman-Monteith方法、Mann-Kendall趋势检验、气候倾向率和ArGIS空间插值分析等方法,分析了早稻和晚稻生育期内有效降雨量（P_e）、需水量（ET_c）及需水量与有效降雨量耦合度（λ）时空分布特征。结果表明：江西省早稻和晚稻生育期内平均有效降雨量分别为186.69和119.26 mm,早稻和晚稻有效降雨量分别以1.00和1.31 mm/10a的平均速度增加,赣北有效降雨量及其上升趋势均大于赣南;早稻和晚稻生育期多年平均需水量分别为335.77和381.20 mm,早稻和晚稻需水量最大值均出现在赣州、吉安站附近区域,最小值均出现在庐山、修水站附近区域,早稻需水量和晚稻需水量变化趋势分别为-3.09和-7.95 mm/10a;早稻和晚稻需水量与有效降雨量耦合度多年平均值分别为0.57和0.33,早稻和晚稻耦合度均以0.01/10a呈不显著增加趋势。早稻和晚稻耦合度最大值均出现在庐山站,早稻和晚稻耦合度较小值均在赣州、吉安、南昌和波阳站,总体上,早、晚稻耦合度及耦合度倾向率均为赣北大于赣南,赣南地区水稻缺水情况比赣北更严重,尤其要关注赣南地区晚稻缺水情况,并做好水资源规划及制定灌溉措施。     

川中丘陵区节水栽培技术对冬小麦水分利用效率的影响

水分不足是限制川中丘陵区冬小麦生长发育及产量的重要因子。通过不同节水栽培措施条件下耗水特性、潜在蒸散量与作物系数的研究成果,对冬小麦的产量与水分利用效率进行了分析。试验结果表明：①在冬小麦全生育期,常规灌溉（保证田间持水量75%）耗水量最高,达到421mm ;依赖于降雨耗水量最低,仅为348mm 。②川中丘陵区冬小麦生育期逐日的潜在蒸散量（ET₀）的平均值在0.93～3.81mm/d 幅度内变动,并呈现出前期平稳、中后期逐渐增加的特征。③在冬小麦全生育期,各处理措施的K_c值幅0.23～1.92之间,并呈现一抛物线特征。在拔节期达到最大值,成熟期达到最低值;且秸秆覆盖+常规灌溉栽培措施平均K_c值最大,对照平均K_c值最小。④冬小麦产量以秸秆覆盖+常规灌溉处理最高,达到 6 222.53 kg/hm²,而以对照（A）最低,仅为3 852.00kg/hm²;冬小麦的水分生产率与灌水生产率则均表现为秸秆覆盖+节水灌溉处理最高,分别达到0.55kg/m³和3.62kg/m³。     

南方地区水肥调控下水稻灌区节水减污效果研究

本文以南方水稻灌区作为研究对象,将水肥调控作为研究载体,研究了不同水肥调控下稻田节水减排效果。研究表明:水稻需水量受灌溉模式影响较大,节水灌溉可显著减少稻田需水量,提高水稻产量及水分生产效率,但蓄雨模式与原有节水模式差异不显著。节水灌溉通过降低排水浓度(排水量)和渗漏水浓度(渗漏量),降低面源污染物排放负荷。通过不同施肥方式比较,3次施肥方式节水减排效果最佳。     

不同年型控灌中蓄稻田水分变化特征分析研究

控灌中蓄是在控制灌溉(排水)技术和蓄雨型节水灌溉技术的基础上,依据南方地区稻植期雨量多而发展起来的一种节水灌溉制度。本文从不同年型稻田各水分要素在田间的分布和变化情况入手,通过比较控灌中蓄和常规灌溉模式下有效降雨量、灌溉用水量、水稻需水量、田间耗水量、稻田排水量之间的差异,掌握不同年型水稻生育期田间水分分布和变化规律。通过对水稻不同年型田间灌溉以及对降雨的利用情况进行分析,比较水稻控灌中蓄和常规灌排模式下水稻需水量之间的差异,探索水分利用效率之间差异的根源,阐明控灌中蓄生态节水灌溉模式的节水机理,旨在为节水灌溉技术下土壤水分管理和调控提供依据。     

三义寨引黄灌区主要作物需水量计算及趋势分析

针对三义寨引黄灌区主要作物需水量、有效降水量和净灌溉需水量的计算问题,采用参考作物法构建模型,采用联合国粮农组织推荐的彭曼-蒙特斯(Penman-Monteith)公式的修正公式进行计算。以惠北水利科学试验站观测数据为基础,得出冬小麦全生育期(10月中旬至第二年5月下旬)的作物需水量2000—2019年年际变化范围为395.494～796.776 mm,均值为579.425 mm,有效降水量均值为160.090 mm,净灌溉需水量均值为453.291 mm,灌溉需求指数均值为0.773,对灌溉的依赖程度较高;夏玉米全生育期(6月中旬至9月中旬)的作物需水量在1999—2019年年际变化范围为187.581～716.762 mm,均值为359.310 mm,有效降水量均值为295.776 mm,净灌溉需水量均值为149.768 mm,灌溉需求指数均值为0.371,对灌溉的依赖程度较低;棉花全生育期(4月上旬至10月下旬)的作物需水量1999—2019年年际变化范围为366.985～1 049.358 mm,均值为580.561 mm,有效降水量均值为433.519 mm,净灌溉需水量均值为266.470 mm,灌溉需求指数均值为0.421,对灌溉的依赖程度为中等。将3种作物需水量按生育期叠加,灌区净灌溉需水量最大的月份为3月,原因是冬小麦在拔节抽穗期对水量需求较大。4月、5月冬小麦处于关键的灌浆成熟期,棉花处于苗期和成长期,因此净灌溉需水量在各月中分别位于第3、2位。3种作物的生育期需水量、净灌溉需水量均为增加趋势,有效降水量均呈减少趋势,夏玉米和棉花的净灌溉需水量增加倾向率较大,主要原因是夏玉米和棉花的生育期与降水量较大的7—8月重合,因此受到降水量和气候的影响较显著。