玛纳斯河流域种植业用水结构时空演变与种植结构关系研究

以有限的水资源保证农业可持续发展是干旱地区农业生产的难题。玛纳斯河是新疆内陆河流域的典型代表，作物种植类型单一，结构不合理，水资源供需矛盾十分突出。通过全面收集历史资料和灌区参与式调查及补充定点试验，利用GIS等技术，研究流域种植业用水结构的时空演变过程，分析河流来水与作物生长需水的耦合程度；按照自然地理类型将流域分为上中下游三个区域，研究不同区域种植结构对用水结构的影响，探索二者之间的关系。针对不同区域自然条件，以节水为目标提出相应的种植结构，进而建立整个流域的种植结构；再以流域水分综合利用效益最大为约束，结合不同水文年，分析评价种植结构的地区适应性，最终为流域构建适宜的节水型种植结构模式。研究结果将为玛纳斯河流域农业种植结构调整与优化提供理论依据和技术支持，对干旱地区内陆河流域农业水资源高效利用具有重要意义。

项目以玛纳斯河流域为背景，研究河道来水与灌溉用水的关系，种植业结构与用水结构的时空演变过程；针对上、中、下游区域以粮食安全、水资源安全和生态保护为约束，建立种植结构评价和优化模型，提出种植方案。主要结论如下：. 1.利用小波分析法分析发现河流年径流序列呈增加趋势。多年平均灌溉用水量占河道来水量的59.63%。流域耕地面积总体呈扩张趋势，近20年来，平均年增加109.02km2。耕地面积的增加加剧了水资源的矛盾。流域农业用水矛盾主要集中于6-8月。. 2.分析1980-2009年种植结构时空变化，1980-1989年粮食作物在流域内均有分布，总体比例为40.25%。此后，种植比例开始减小，在2000-2007年间比例下降最快，其中2007年种植比例不足10%。粮食比例下降速度依次为下游＞中游＞上游。种植区集中在上游和中游。在1980-1989年棉花种植集中在中、下游灌区，总体比例较小，到2000-2009年在各灌区均有分布，整体种植比例开始增大，尤其以下游莫索湾和下野地灌区为主，2000-2009年平均比例达到83.36%和82.31%。灌区用水结构与种植结构变化过程相似，用水矛盾容易集中在同一时段，但在不同地区产生的结果不同。在用水保证程度方面上游＞中游＞下游；用水紧张程度方面上游＜中游＜下游。. 3.运用水足迹理论（Water footprint）分析目前的种植结构发现，作物绿水平均消耗量占19.34%，蓝水平均消耗量占80.66%。年均调出水量为5.30×108m3，占水资源总量的46.54%，占斗口水量的62.37%，对于流域水资源安全非常不利。为充分利用绿水需增加冬小麦种植比例。. 4.从水资源、环境、社会、经济四个方面，采用Bossel星图(Orientor stars)法，建立了种植结构评价模型和具有协调性功能的多目标体系，在均衡粮食安全、水资源安全、生态安全和经济效益的基础上建立了种植结构协调性优化模型，对种植结构进行优化调整，得到在50%和75%来水保证率条件下，不同灌区的作物种植结构，其中粮食平均比例为21.38%和21.15%，棉花平均比例为40.79%和40.38%，牧草平均比例为21.04%和19.90%，防护林平均比例为8%；在中游地区种植7.61%的经济林果，下游地区种植3.70%的梭梭和柽柳。