甘肃省农田水分平衡及其时空分布规律

采用农田水量平衡模型,以县域为基本单元,对甘肃省1961～2001年10种作物逐月天然状态下农田水分平衡时空分布规律进行了研究。结果表明:天然状态下,甘肃省多年平均农田需水量为121.06×10⁸m3;亏水量为43.28×10⁸m3;盈水量为0.62×10⁸m3,降水不能满足作物生长需求。在25%、50%、75%三种降水保证率下,作物的亏水总量分为35.99×10⁸m3、42.93×10⁸m3、49.85×10⁸m3,盈水量分别为0.61×10⁸m3、0.11×10⁸m3、0.00×10⁸m3。农田水分亏缺是甘肃省农田水分平衡的主要特征。对大多数作物而言,亏水量集中于夏季,10种作物夏季亏水总量占全年亏水总量的60.2%。全生育期棉花水分盈亏的稳定性最强,水量盈亏变异系数为6.9%,麻类最差,变异系数高达43.6%。全省天然状态下,农田亏水量由东南向西北、高山向河谷递增,农田盈水量由东南向西北递减,农田水分满足率与农田水分盈亏波动性具有从东南向西北递减的趋势。     

西北地区县域农业水资源平衡问题研究

水土资源不匹配和水资源时空分布不均的自然本底,加之人口大量增加和经济高速发展的驱动,使得西北地区农业水资源供需矛盾十分突出。论文系统分析了县域单元农业水资源平衡的两个层次及其计算方法,并对西北地区314个县域单元进行了实证研究。天然状态下农田水量平衡模型计算结果表明:西北地区各个县域单元降水均不能满足各种作物的水分需求,亏水为水量平衡的首要特征。就各省而言,新疆为亏水量最高的省份,其多年平均作物亏水量达628.02mm,陕西最小,其值为87.51mm。人工状态下水土资源平衡模型结果表明:受灌溉水平的影响,西北地区各个县域单元水量平衡差异明显。各省份中,新疆水土资源利用处于水少地多的超量承载状态,其它各省灌水量略有盈余,灌溉面积的扩大尚有一定潜力。     

北京地区渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理的研究

根据对渗灌条件下冬小麦田间土壤水分、冬小麦生长发育状况及产量的观测 ,研究了渗灌条件下冬小麦田间土壤水分动态及节水机理。试验结果表明 ,渗灌条件下田间土壤水分动态变化与灌溉、冬小麦生长发育状况及气象条件密切相关 ;渗灌用于冬小麦灌溉可以明显起到节约灌溉用水的作用 ,并有利于冬小麦的生长发育及产量形成。在冬小麦的整个生育期 ,采用渗灌比喷灌田间耗水量减少了44 4mm ,灌溉用水节约了1200m3/hm₂ ,而最终产量提高了714kg/hm₂ ,渗灌条件下作物水分利用效率为21 11kg/(hm₂·mm) ,比喷灌条件下高4 49kg/(hm₂·mm)。渗灌用于冬小麦灌溉的节水机理主要表现为两个方面 :①每次灌溉后 ,地表湿度较喷灌条件下要小得多 ,减小了土壤水分的无效物理蒸发 ;②渗灌利于冬小麦根系向地中供水层 (20～120cm )延伸 ,提高了冬小麦根系对灌溉供水层的水分利用     

吉林西部植被生态环境需水量供需平衡研究

吉林西部地处半湿润、半干旱气候区,水资源的紧缺已成为制约生态环境修复和地区经济发展的重要因素.在对已往生态环境需水量研究成果进行总结,分析该区自然环境的基础上,提出了植被生态环境需水量的概念,即保证植物正常、健康生长,同时能够抑制土地沙化、碱化,乃至荒漠化发展所需的最小水资源量.采用统计年鉴资料,并利用TM卫星影像解译数据进行修正,计算出了农田、草地和林地面积.分别采用面积定额法、水量平衡法、潜在蒸散量法求得农田、草地和林地的生态环境需水量,分别为60.698亿,42.942亿和32.852亿m3.通过供需水平衡分析,得出该区植被生态环境需水量为136.492亿m3,尚缺水19.25亿m3.      

黄河流域秦岭主要林分凋落物的水文生态功能

用水量平衡场和收获法研究了秦岭松栎林带主要林型凋落物在生态系统水分循环和营养循环中的功能。26龄锐齿栎林、24龄油松林和24龄华山松林凋落物现存量平均值为17.475t/hm₂,排序为华山松林>油松林>锐齿栎林。3种林分年凋落物平均值为4.179t/hm₂,前者是后二者的1.4倍,但凋落物现存量不及后二者一半。生长季节,3种林分凋落物层蓄留量平均值为44.81mm,占同期大气降水量的4.47%,阔叶林较针叶林高。地面蒸发量及其蒸发率为:无林裸地>阔叶林地>针叶林地,无凋落物覆盖>凋落物覆盖;针叶林地表蒸发季节变化相对稳定,阔叶树的变化较大。3种林分凋落物N、P、K、Ca和Mg含量平均值分别为1.08%、0.07%、0.37%、1.37%和0.21%,锐齿栎林较大,油松林和华山松林则差异不大。凋落物主要营养元素积累量平均值为502.5kg/hm₂,排序为:油松林>华山松林>锐齿栎林。锐齿栎林、油松林和华山松林5种营养元素年吸收量、归还量分别为334.4kg/hm₂和147.2kg/hm₂,195.5kg/hm₂和66.9kg/hm₂及138.8kg/hm₂和80.4kg/hm₂,不同林分营养元素的年吸收量和归还量也存在一定差异。锐齿栎林不仅对林地营养元素要求较高,而且循环较快。     

大渡河上游干旱河谷区生态需水研究

为了预测南水北调西线一期工程实施对下游干旱河谷演变的影响,开展了对泸定县城以上大渡河流域干旱河谷区生态需水的研究,结果表明:①干旱河谷生态需水量为能够维系干旱河谷生态功能的基本环境目标、恢复干旱河谷生态景观的生态系统所需求的水量;②研究区干旱河谷总面积1185.00km₂,其中干暖河谷250.11km₂,干温河谷934.89km₂;③考虑输沙需水时,维持研究区干旱河谷的最小生态需水量为156.3×108m3,其中干暖河谷最小为58.8×108m3,干温河谷最小为97.4×108m3,不考虑输沙需水时,最小生态需水量仅为58.3×108m3;④河道外需水量占总生态需水量的5.7%;⑤考虑输沙需水时,研究区干旱河谷的最小生态需水量占总地表水量的68.84%,不考虑输沙需水时其只占总地表水量的25.68%,对生态脆弱区生态需水进行计算时需考虑输沙需水。     

全国及区域性人均耕地阈值的探讨

论文首先指出并不存在联合国粮农组织提出的人均耕地面积阈值;继而认为人均耕地面积阈值具有鲜明的时间和空间特征,需要有明确的前提条件。为此按1995年的耕地实际生产力(在耕地面积中扣除菜地和经济作物用地面积),以人均400kg、450kg、500kg粮食需求量的生活标准,提出就全国平均而言,人均耕地面积不应小于0.092hm₂、0.104hm₂、0.115hm₂(可以看作当前的人均耕地面积阈值)。根据2010、2030、2050年我国的预期耕地面积以及可能达到的生产能力,按人均400kg、450kg、500kg粮食需求量的生活标准,就全国平均而言,2010年人均耕地面积不应小于0.059hm₂、0.067hm₂、0.074hm₂(可以看作近期的人均耕地面积阈值);2030年人均耕地面积不应小于0.052hm₂、0.058hm₂、0.064hm₂(可以作为中期的人均耕地面积阈值);2050年人均耕地面积不应小于0.046hm₂、0.052hm₂、0.058hm₂(可以作为远期的人均耕地面积阈值)。     

北方旱农区玉米自然降水生产潜力研究

针对我国北方水资源匮乏日益严重的状况,利用CERES-Maize作物模型模拟分析了北方旱区玉米自然降水生产潜力及其时空分布规律。研究表明,我国北方旱区玉米的水分生产潜力大小排序依次是半湿润区>半干旱区>干旱区,半湿润区的玉米自然降水生产潜力大约为11000kg/hm₂,干旱区大约在5000kg/hm₂,但同时半湿润区潜力的年际间波动性也最显著,干旱区则相对较为稳定。我国北方旱区东部的玉米生产潜力高于西部,但南北方向潜力差异不明显。     

20世纪70年代以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域的湿地演变

基于LandsatMSS和TM影像,在GIS技术支持下分析了20世纪70年代中期以来松嫩平原乌裕尔河中下游流域湿地的时空变化。研究表明1976-2000年间研究区湿地变化十分显著,沼泽湿地净减少7.47×104hm₂,分别有约5.58×104hm₂和3.40×104hm₂的沼泽湿地被开垦为旱地和水田。湿地水资源短缺,约8097.70hm₂沼泽变为干草地,1039.58hm₂退化成为盐碱地。因洪水淹没,草地沼泽化面积达到2.74×104hm₂。耕地总面积净增加12.97×104hm₂,8.10×104hm₂的旱地转变为水田。草地面积锐减16.93×104hm₂,其中44.4%被开发为耕地,约22.3%变为盐碱地,中覆盖度草地退化面积达到2.26×104hm₂,但低覆盖度草地退化的速度快。湿地景观斑块数量减少,平均规模缩小,景观更破碎。天然湿地的萎缩和退化与区域气候暖干化趋势和高强度人类活动密切相关。     

乌苏里江国家森林公园生态旅游适宜度评价

论文根据生态旅游的理念,提出生态旅游适宜度评价的概念和原则,并以乌苏里江国家森林公园为例,在确定公园生态旅游适宜度的评价因子的基础上,利用层次分析法对各因子的权重进行赋值,并运用GIS技术,对公园的生态旅游适宜度进行了计算,经分类统计,最适宜开展生态旅游的面积为1814.76hm₂(7.9%)、中等适宜的面积为623.44hm₂(2.7%)、一般适宜的面积为12209hm₂(53.05%)。文章最后针对不同适宜程度对公园开发提出了建议。     

海河流域水量平衡与水资源安全问题研究

海河流域的水资源问题十分严重,但是水量平衡问题尚未很好地解决。水量平衡有三层含义,第一是降雨径流平衡;第二是水资源的供用耗排平衡;第三是水资源的供需平衡。目前海河流域水资源供用耗排平衡不明确的主要原因是非用水消耗量的定量不明确,论文对海河流域的现状水量平衡问题进行了分析和计算,得出了一般平水偏枯年份下的各平衡要素是定量值,其中海河流域年用水量为410×10⁸m³,入海水量为50×10⁸～100×10⁸m³,非用水消耗量为59×10⁸～71×10⁸m³,并对缺水量进行估算。论文还分析了近年来海河流域的用水特点,对水资源供需平衡进行研究和探讨,按照有关方法对过去几年中海河水安全状况进行评价,得出了1994～1996年海河流域供水安全而1997～2001年不安全的结论,并提出了今后要达到水资源供需平衡需要的条件以及应采取的对策和建议。     

新疆玛纳斯河流域灌溉水资源保证程度及提升策略

从供需两方面,构建了区域灌溉水资源保证程度分析模型,利用该模型对玛纳斯河流域灌溉水资源保证程度进行了分析。结果表明,现状年玛纳斯河流域灌溉水资源保证程度为79.21%,各灌区存在较大的差异,下野地、莫索湾、金安、玛纳斯等灌区灌溉水资源保证程度较低,分别为69.09%、78.76%、78.25%、71.24%,明显处于亏缺状态,而石河子灌区达115.06%,处于相对盈余状态。在各灌区灌溉总面积维持现有数量以及保证灌区水资源安全的前提下,随着加大部分灌区(金安、玛纳斯和石河子灌区)地下水资源开发力度,大力发展高新节水技术以及调整种植结构,近期流域灌溉水资源保证程度总体可接近100%,但流域内除石河子灌区外,下野地、莫索湾、金安、玛纳斯等灌区灌溉水资源仍处于亏缺状态。2020年随着各种综合措施的进一步实施,全流域灌溉保证程度将增加至113.19%,各灌区将实现灌溉水资源供需平衡。最后,针对3类不同灌溉水资源保证程度地区的水资源利用状况,提出了差别化的提升策略。     

耕地结构变化下水土资源匹配时空特征效应分析——以黑龙江省为例

基于耕地利用水资源的供需视角,在综合考虑耕地利用类型、作物种植结构、作物生长期等条件的基础上,结合黑龙江省的国家气象站数据,对耕地利用需水量与有效供水量从微观尺度上进行分析,并以此对1990—2018年内不同生长期耕地利用水土资源匹配的时空动态进行分析。结果表明：1990—2018年间黑龙江省耕地结构不断变化,旱改水现象在2010— 2018年间最为普遍;作物生育前期与中期需水量较多,后期需水量较少,需水量逐年上涨,与水田占比变化保持较为一致,并且空间上需水量高值地区偏移规律与同时段内的旱地水田化现象保持高度一致;1990—2018年间,作物各生育期水土资源匹配程度均先降后升,大部分的水土资源匹配高值地区分布在有效降水量的高值地区与旱地地区的交接地带,可见天然降水仍是满足耕地作物用水的主要来源;近年来三江平原南部地区水土资源匹配程度严重下降,粮食单产下滑,建议该部分地区减少旱改水工程量,同时,松嫩平原西部地区水土资源匹配水平与粮食单产逐年上升,可适当进行旱改水工程。     

气候变化对莱州湾地区水资源脆弱性的影响

论文首先分析了在现状年(1993年)供水能力和需水条件下,1960～1993年的气候波动对莱州湾地区水资源供需平衡和脆弱性的影响。然后根据未来气候情景分析了在2000规划年和2020规划年供水能力和需水要求下,未来气候变化(2000～2042年)对水资源供需平衡及脆弱性的影响。在农业需水保证率50%时,2000～2019年水资源供需基本平衡,但2020～2042年水资源短缺20～57亿m³。若考虑未来气温的上升,则水资源短缺进一步加大。因此,2020年以后需在调入56亿m³客水资源基础上,从区外调入更多稳定的水量以保证该地区社会经济的可持续发展。     

Climate change impact, mitigation and adaptation strategies for agricultural and water resources, in Ganga Plain (India)

Agriculture consumes more than two-thirds of global fresh water out of which 90 % is used by developing countries. Freshwater consumption worldwide is expected to rise another 25 %by 2030 due to increase in population from 6.6 billion currently to about 8 billion by 2030 and over 9 billion by 2050. Worldwide climate change and variability are affecting water resources and agricultural production and in India Ganga Plain region is one of them. Hydroclimatic changes are very prominent in all the regions of Ganga Plain. Climate change and variability impacts are further drying the semi-arid areas and may cause serious problem of water and food scarcity for about 250 million people of the area. About 80 million ha out of total 141 million ha net cultivated area of India is rainfed, which contributes approximately 44 % of total food production has been severely affected by climate change. Further changing climatic conditions are causing prominent hydrological variations like change in drainage density, river morphology (tectonic control) & geometry, water quality and precipitation. Majority of the river channels seen today in the Ganga Plain has migrated from their historic positions. Large scale changes in land use and land cover pattern, cropping pattern, drainage pattern and over exploitation of water resources are modifying the hydrological cycle in Ganga basin. The frequency of floods and drought and its intensity has increased manifold. Ganga Plain rivers has changed their course with time and the regional hydrological conditions shows full control over the rates and processes by which environments geomorphically evolve. Approximately 47 % of total irrigated area of the country is located in Ganga Plain, which is severely affected by changing climatic conditions. In long run climate change will affect the quantity and quality of the crops and the crop yield is going to be down. This will increase the already high food inflation in the country. The warmer atmospheric temperatures and drought conditions will increase soil salinization, desertification and drying-up of aquifer, while flooding conditions will escalate soil erosion, soil degradation and sedimentation. The aim of this study is to understand the impact of different hydrological changes due to climatic conditions and come up with easily and economically feasible solutions effective in addressing the problem of water and food scarcity in future.     

The impact of climate change mitigation on water demand for energy and food: An integrated analysis based on the Shared Socioeconomic Pathways

Climate change mitigation, in the context of growing population and ever increasing economic activity, will require a transformation of energy and agricultural systems, posing significant challenges to global water resources. We use an integrated modelling framework of the water-energy-land-climate systems to assess how changes in electricity and land use, induced by climate change mitigation, impact on water demand under alternative socioeconomic (Shared Socioeconomic Pathways) and water policy assumptions (irrigation of bioenergy crops, cooling technologies for electricity generation). The impacts of climate change mitigation on cumulated global water demand across the century are highly uncertain, and depending on socioeconomic and water policy conditions, they range from a reduction of 15,000 km³ to an increase of more than 160,000 km³. The impact of irrigation of bioenergy crops is the most prominent factor, leading to significantly higher water requirements under climate change mitigation if bioenergy crops are irrigated. Differences in socioeconomic drivers and fossil fuel availability result in significant differences in electricity and bioenergy demands, in the associated electricity and primary energy mixes, and consequently in water demand. Economic affluence and abundance of fossil fuels aggravate pressures on water resources due to higher energy demand and greater deployment of water intensive technologies such as bioenergy and nuclear power. The evolution of future cooling systems is also identified as an important determinant of electricity water demand. Climate policy can result in a reduction of water demand if combined with policies on irrigation of bioenergy, and the deployment of non-water-intensive electricity sources and cooling types.     

集约化农区土地利用变化对水资源的影响——以河北省曲周县为例

根据曲周县统计资料和水利观测资料,分析了近30年来土地投入变化及其对粮食作物单产变化的贡献率,并对区域水资源平衡变化的情况进行了计算和分析。研究结果表明,作为集约化农区的曲周,30年来土地利用集约化程度不断提高,表现为土地的复种指数、化肥投入和灌溉率不断提高;播种作物面积单产的生产函数模拟表明,灌溉保障率的提高对作物播种面积单产的贡献率最大,达到了0.546;作物播种面积单产提高对水资源的高度依赖性,导致了对水资源的过度开采,使区域水资源失衡。这种趋势持续下去,将对区域的资源持续利用产生不利影响。要促进集约化农区水土资源的可持续利用,只有降低复种指数,减少耗水作物,特别是小麦的播种面积。     

黑河流域地域系统的下游绿洲带资源-环境安全

额济纳绿洲是我国西北干旱区中心的一道生态防线。20世纪后半叶绿洲生态系统严重受损,景观结构急剧恶化,黑河的供水量逐年下降,由50年代的12.25×108m3下降到90年代的7.24×108m3。地下水位也相应降低,土地盐化也在加剧。各种禾草草甸严重退化,并多已演替成为苦豆子群落。为了维护我国西北的这一生态屏障,论文认为必须坚持以恢复与保护自然绿洲为主,恢复胡杨林、沙枣林、红柳灌丛与梭梭林的覆盖率;建立人工草地,改善土地覆盖,建设自然-人工复合绿洲。在绿洲建设与保育工程中必须保证供水,保持地下水位的临界高度,调控水盐动态,发挥生物-景观多样性的系统耦合效应,实现绿洲生态系统健康与资源-环境安全。