气候变化背景下松嫩平原玉米灌溉需水量估算及预测

开展农作物需水规律研究对于干旱半干旱区域旱作物节水灌溉和水分管理实践具有重要意义。以松嫩平原玉米为研究对象,研究玉米生育期需水量规律及灌溉需水量。结果表明:(1)历史时期和未来气候变化情景下,松嫩平原玉米全生育期和L~(mid)时段灌溉需水量等值线沿西南—东北方向递减,其中全生育期和L~(mid)时段2000s灌溉需水量临界等势线(灌溉需水量为0的等势线)分别比1970s北移70.2km和53.4km,全生育期和L~(mid)时段2040s灌溉需水量临界等势线分别比2010s北移30.9km和55.2km。(2)历史时期和气候变化情景下玉米全生育期灌溉需水量随年代呈波动增加趋势,其中前者以29.1mm/(10a)速度增加,后者以17.5mm/(10a)速度增加。(3)未来温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为波动上升趋势,与1970s相比,2000s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为22.1%,增加6.8亿m~3灌溉水量;2040s温度和降雨量变化对玉米需水量的贡献率为38.3%,增加12.6亿m~3灌溉水量。     

湿地生态水文结构理论与分析

针对水土资源开发利用引发的湿地消退问题,通过研究湿地水分运动与补给规律,分析湿地和径流进退的关系、湿地生境和生物的扩展关系,分析湿地水文连接度下降引起的湿地消退效应.根据湿地水循环原理和湿地生境空间分布规律,建立湿地径流场与生物多样性场的概念,从而提出湿地生态水文结构理论.以维持湿地存在、保障湿地生物多样性为目标,通过湿地径流场与生物多样性场的耦合关系,将湿地划分为中心区和适宜活动区,以维持湿地生态水文结构所需要的水分条件定义为湿地生态需水.湿地生态需水问题的核心为确定湿地生态水文结构,并以湿地中心区和适宜活动区为边界条件,通过地表水地下水转化的水量平衡模型对湿地生态需水量进行分析计算.以维持中心区的水分条件作为最小生态需水;维持适宜活动区的水分条件作为适宜生态需水.湿地生态水文结构更对湿地管理提供生态安全阈值.根据湿地生态水文结构的稳定程度,建立湿地生态安全危机管理机制,进行不同级别的预警管理.     

水文变异下长江荆南三口河道内生态需水量变化及贡献因素

基于1951—2015年长江荆南三口5站实测原型年径流量序列,采用Mann-Kendall等方法检测其径流序列的突变年份.在此基础上,运用GEV概率密度最大流量法计算荆南三口河道内生态需水量,并从多时空尺度视角分析河道内生态需水量的时空差异及其贡献因素.结果表明: 研究期间,新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺水文站的第一次径流突变年份分别为1990、1959、1959、1972和1972年,并将第一次突变以前的月均流量序列作为水文变异前的水文序列.在水文变异条件下,长江荆南三口1—12月的各月生态需水量分别为69.63、26.15、55.65、452.65、2166.44、4660.83、10875.66、9966.49、7868.38、4773.60、1655.01和338.49 m³·s^-1.新江口、沙道观、康家岗、管家铺和弥陀寺5个水文站的年均生态需水量分别为901.57、507.00、221.30、1438.03和581.62 m³·s^-1.水文变异后,荆南三口满足河道内生态需水的频率大幅下降,由变异前的55%以上下降至变异后的20%以下,生态需水缺乏现象严重.影响荆南三口河道内生态需水时空变化的因素主要为不同时期水利工程、各行业用水量等人类活动.     

未来气候变化对河南省冬小麦需水量和缺水量的影响预估

采用美国农业部土壤保持局推荐的方法计算有效降水量,应用Penman-Monteith模型和作物系数法计算需水量,在对河南省1981—2010年冬小麦生育期内有效降水量、需水量和缺水量分析的基础上,结合《排放情景特别报告》的两种排放情景A2(强调经济发展)和B2(强调可持续发展)预估的未来气候情景,探讨了未来气候情景下河南省冬小麦的有效降水量、需水量和缺水量的时空演变规律及其主要气候影响因素.结果表明: 从整体上看,相对于基准时段(1981—2010年),A2和B2情景下,不同时段冬小麦全生育期的有效降水量、需水量和缺水量均表现出增加趋势,有效降水量均以2030s时段增加最多,分别增加33.5%和39.2%;需水量均以2010s时段增加最多,分别增加22.5%和17.5%,年代间呈现明显递减趋势;缺水量在A2情景下以2010s时段增加(23.6%)最多,B2情景下以2020s时段增加(13.0%)最多.偏相关分析表明,A2和B2情景下,太阳总辐射是影响河南省冬小麦需水量和缺水量变化的主要气候因素.由于地理环境和气候条件的差异,不同时段河南省冬小麦全生育期有效降水量、需水量和缺水量的距平百分率在空间分布上具有差异.未来河南省水资源可能更趋于短缺.     

农作物需水量随气候变化的响应研究

利用甘肃省近80个气象站1961~2000年的常规气象观测资料以及夏秋主要粮食作物平均生育期资料,采用FAO推荐的Penm an-M on te ith公式结合作物系数,计算了各站夏秋主要粮食作物的需水量,分析作物需水量随时间和空间的变化特点以及对气候变化的响应.结果表明:农作物需水量与种植区的气候类型关系十分密切,从干旱-半干旱-半湿润-湿润地区其需水量呈现减小的趋势,越是干旱的地区作物需水量越大,越是湿润的地区作物需水量越小.作物需水量随气候变化的响应比较明显,在干旱、半干旱地区表现尤为突出.不同作物品种需水量相差较大,对气候的响应机制也有差异,一般来说夏粮的需水量小于秋粮,夏粮需水量对气候变化的响应比秋粮敏感.     

雅砻江干流河道内生态需水量生境模拟法研究

生态需水的研究已成为国内外地球科学领域普遍关注的一个热点问题。在现场调查的基础上,根据雅砻江干流独特的生态环境特点与保护目标,选择了包括水文和生物两方面信息的方法一生境模拟法,以达到满足保护水生生物的生境目标,维持调水河流良好的生态功能的目的。结果表明,生境模拟法计算的各站各年的河道内生态需水量基本上处于或接近Tennant法所设定的最小和适宜生态需水量之间,而Tennant法设定的计算标准主要考虑当地的水生生物生活习性及气候特点,符合当地的河流生态与环境条件。可见应用生境模拟法来计算河道内生态需水量是可行的。     

河南省冬小麦需水量的时空变化及影响因素

基于河南省17个气象监测站点1961—2012年逐旬气象数据,采用FAO推荐的Penman-Monteith公式计算参考作物需水量,结合"全国灌溉试验资料数据库"中冬小麦生育期、作物系数等数据计算冬小麦生育期需水量,利用时间序列分析法和灰色关联分析法,分析河南省冬小麦需水量近51年来的时空分布特征、变化规律及其主要影响因素.结果表明:1961—2011年,河南省冬小麦平均需水量在345~492 mm,卢氏站冬小麦平均需水量最低,孟津站最高.大部分站点1980—1989年冬小麦平均需水量最低,1961—1969年冬小麦平均需水量最高.17个站点中,新乡、栾川、开封、西峡、南阳、信阳、固始7站冬小麦需水量随年份呈上升趋势,其余10个站点需水量均呈下降趋势;豫北需水量高于豫南,豫西地区需水量跨度较大.河南省17站冬小麦生育期日平均高温、日平均低温均随年份呈上升趋势,生育期日平均风速、日平均相对湿度、日照时数基本呈下降趋势.河南省冬小麦生育期日平均高温、日照时数是影响冬小麦需水量的主要因素,日平均相对湿度对其影响最小.     

沙地葡萄需水规律研究

利用土壤水动力学原理和水量平衡计算方法,在5年生沙地葡萄园,通过建立观测场,在群体条件下研究葡萄需水规律。观测场埋设中子管和负压计,监测水分动态和水势变化,求出地下水位值。得出了群体条件葡萄需水量为644.5mm。春季（3－5月)需水量为126.5mm,夏季（6－8月）为343.8mm,秋季（9－11月）为142.7mm,冬季（12月、1月、2月）为31.5mm。埋土防寒期需水量最小为0.5mm/d,6月需水量最大为4.2mm/d。生长期平均需水量为2.6mm/d。     

1963-2012年新疆棉花需水量时空分布特征

研究基于新疆地区54个国家基本气象站1963-2012年的逐日气象资料,采用联合国粮食与农业组织FAO推荐的Penman-Monteith公式及作物系数法,计算了近50年来新疆棉花全育期和各生长阶段需水量。并利用线性趋势估计、MK检验、空间插值法对农作物全育期及各生长阶段需水量年际变化趋势和空间分布特征进行分析。结果表明：1）1963-2012年,新疆54个气象站棉花全育期平均需水量为759 mm,各站变化范围为555-1205 mm,差异明显。其空间分布整体呈现西北向东南递增、南疆大于北疆、东部大于西部的趋势。2）1963-2012年,在棉花的生长初期与发育期,全疆需水量空间分布总体由北向南增大并呈带状。在棉花的生长中期与生长末期,需水量空间分布表现为由西向东增大的格局。3）近50年棉花不同生长阶段需水量总体呈现下降趋势,并且除了生长中期下降趋势较显著外其他都不太明显。其中,生长中期下降速率最大为6.1 mm/10a,发育期及生长末期下降速率次之分别为2 mm/10a和1.3 mm/10a,生长初期下降速率最小,需水量以0.6 mm/10a的速率递减。4）新疆1963-2012年棉花全育期需水量总体呈下降趋势,递减速率平均约为5.3 mm/10a,并在1981年开始发生突变。5）全育期年需水量下降倾向率总体呈现与全育期平均需水量相同的空间分布特征,总体呈现北疆小于南疆、东部大于西部、由西北向东南递增的空间分布特征。     

生态环境需水量研究进展

主要从概念、分类以及计算方法等方面论述了生态环境需水量的国内外研究动态．目前．国外对生态环境需水量的研究主要集中在河流方面,并已形成一套比较成熟的计算方法体系;国内则主要集中于水资源缺乏的西北内陆河流域和黄河、海滦河流域的陆地和河流方面的研究．总的来说,国内外对生态环境需水量的研究已经取得了一定的成果,但仍然存在着许多尚待进一步研究的问题：(1)强化生态环境需水量的基础理论(概念、分类和计算方法等)研究;(2)加强对生态环境需水量的内在与外在影响因素及保障生态环境需水量的途径与措施等方面的研究;(3)拓展生态需水量的应用性研究等。