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近50年来河套灌区作物生产水足迹时空演变过程研究

孙世坤  
【摘要】:河套灌区是我国3个特大型灌区之一,近年来由于引黄水配额下降,加之用水效率较低,造成灌区农业用水面临巨大压力。为实现灌区水资源高效、可持续利用,必须提高灌区的农业用水管理水平。水足迹作为目前水科学研究的热点与前沿课题,为灌区用水管理提供了一个有效工具。以河套灌区为研究对象,通过分析作物生产水足迹时空演变过程及影响因素,可为灌区农业用水管理及制定节水农业发展规划等提供理论依据与基础。本研究在现有水足迹理论的基础上,探讨了作物生产水足迹作为农业用水评价指标的内涵;其后,针对目前作物生产水足迹量化方法的不足,构建了灌区尺度作物生产水足迹计算方法,并利用该方法量化了灌区近50年10种作物生产水足迹(包括蓝、绿水足迹),分析了河套灌区作物生产水足迹及其蓝、绿水足迹构成的时空演变过程及特征;最后,采用定性分析与定量分析相结合,初步探讨了了河套灌区作物生产水足迹的主要影响因素。本研究获得的主要成果如下: (1)构建了灌区尺度作物生产水足迹计算方法。 针对现有基于作物需水量的作物生产水足迹计算方法存在的不足,根据水足迹理论和灌区作物耗水特征,提出了适用于灌区尺度的作物生产水足迹计算方法;该方法从灌区尺度出发,考虑作物生产过程中的水资源利用过程,在作物生产水足迹量化过程中,将灌溉水在输、配水以及田间灌水过程中的损失量考虑在内,因而能够较为真实的反映灌区作物生产过程中的水资源利用情况和灌区农业用水水平。 (2)明确了近50年河套灌区作物生产水足迹及蓝、绿水足迹构成的时空演变过程和特征。 基于所构建的灌区尺度作物生产水足迹计算方法,对灌区近50年来10种作物的生产水足迹进行量化,并分析了其时间演变过程和特征。结果表明:灌区多数作物的生产水足迹、蓝水足迹和绿水足迹在研究时段内都呈现出明显的下降趋势。由于20世纪60年代灌区农业生产水平和灌溉条件都处于较低水平,作物单位面积产量较低,从而导致灌区各作物生产水足迹均较高。随着灌区农业生产水平和水资源利用效率的提高,作物生产水足迹呈下降趋势,其中20世纪80和90年代是灌区作物生产水足迹下降幅度最大的时段。同时,M-K趋势检验显示:作物生产蓝水足迹的下降趋势要比绿水足迹显著。从作物生产水足迹蓝、绿水构成来看,灌区作物生产水足迹中绿水足迹比例较小,大多数作物生产水足迹中绿水足迹比例小于15%。 以旗(县)为空间分析单元,计算并分析了灌区5个旗(县)10种作物生产水足迹及其蓝、绿水足迹构成的空间分布特征。结果显示:受灌区各地气候及生产条件差异的影响,灌区各旗(县)作物生产水足迹及蓝、绿水足迹构成存在较为明显的空间分布差异;农业生产水平较高的临河区作物生产水足迹较低,而生产水平较低的磴口县作物生产水足迹较高;作物生产水足迹中绿水足迹所占比例的空间分布特征与灌区降水量分布特征基本一致,降水量较大的乌拉特前旗作物生产水足迹中绿水足迹比例较高;各个旗(县)农业生产和灌溉水平发展的差异性是导致作物生产水足迹(蓝、绿水足迹)的空间分布发生变化的原因。 (3)探讨了作物生产水足迹的影响因素,定量分析了农业生产水平、灌溉水平以及气候因素对作物生产水足迹的影响。 采用定性分析与定量分析相结合,对影响灌区作物生产水足迹的相关因子进行统计分析,结果显示:气候因素对作物生产水足迹的影响较小,其对作物生产水足迹下降的综合贡献率仅为6.90%;而农业生产水平和灌溉水平的提高是驱动灌区作物生产水足迹下降的主要因素,其综合贡献率达84.31%,其中化肥的贡献率为34.89%,机械动力的贡献率为17.55%,灌溉水利用系数的贡献率为31.87%。因此,就河套灌区而言,灌溉和农业生产水平的提高是驱动作物生产水足迹下降的主要因素。 本研究以河套灌区为研究区域,在建立灌区尺度作物生产水足迹计算方法的基础上,量化并分析了灌区作物生产水足迹的时空演变过程和特征,初步探讨了作物生产水足迹的影响因素,本研究可为建立区域水足迹控制标准提供基础,并随着后期研究的深入,最终为灌区实施最严格的水资源管理制度提供定量化管理的可靠指标体系。


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