气候变化以及农业活动对黄河下游灌区水循环及作物水分生产力的影响

In the Irrigation Districts along the lower reaches of the Yellow River, the contradiction between the supply and demand of agricultural water resource is outstanding and the irrigation utilization efficiency is not high, climate change and agriculture activities have brought a series of ecological and environmental problems. In this study, based on the field irrigation experiment, the influences of different types of irrigation limit on the relation between crop and soil water will be studied. By collecting the data, the improved SWAT model will be established for the Irrigation Districts in the Lower Reach of Yellow River, and will be calibrated, validated and assessed by the field experiment data of crop growth parameters, crop yield and soil water, and regional evapotranspiration and soil water based on remote sensing data. Based on the simulation by the improved SWAT, the influences of climate change and different irrigation regimes on crop productivity and water balance of our study area will be discussed. Based on the simulation results, an economical and rational irrigation regime for main crops in the study area will be established. This study has a significant meaning for the improvement of effective utilization, the rational distribution and management of agricultural water resources.

黄河下游灌区农业用水供需矛盾突出，灌溉水利用率也不高，气候变化以及农业活动给下游灌区带来了一系列的生态环境问题。本研究以黄河下游灌区为对象，通过开展灌溉试验，在田间试验的基础上研究不同灌溉下限标准对作物水分关系的影响；利用田间实测的作物生长参数、作物产量、土壤水分动态数据，以及区域上的作物产量、遥感监测蒸散发数据、土壤水分动态数据等，对适用于灌区的SWAT模型进行站点上以及区域上的识别、验证和评价。基于适用于灌区的SWAT模型模拟，在灌区尺度上探讨在未来气候变化条件下，不同的灌溉方式对灌区水循环以及作物生产力的时空分布影响；并在分析未来气候变化条件包括极端气候对灌区的作物水分生产力影响的基础上，为灌区主要作物制定出经济合理的灌溉制度。本研究为提高灌区水资源的高效利用、探讨灌区农业水资源的合理调调配与管理方法等有积极意义。

气候变化已经成为直接影响粮食安全的关键因素。黄河下游灌区是我国的一个重要粮食生产区域，在未来气候变化情景下，黄河流域水资源的紧张态势将进一步加剧，势必加剧下游灌区的供需水矛盾，威胁到灌区的粮食安全。本研究在田间试验、区域遥感数据及灌区野外采样的基础上，主要开展了以下研究内容：（1）进行不同灌水下限标准对灌区作物水分关系的影响的田间试验；（2）构建适合于灌区的SWAT模型；（3）在田间试验、遥感监测和野外采样的基础上进行SWAT模型参数率定和验证；（4）在适合灌区的SWAT模型的基础上对未来气候及灌溉条件下灌区水文循环以及作物水分生产力特点进行分析。. 主要结论如下：（1）冬小麦在80%CWR灌溉条件下的产量最高，灌溉水分利用率也最大；（2）现状种植结构及土地利用情况下，RCP2.6、RCP4.5和RCP8.5三种排放情景下2010-2099年的年蒸散发量、年地表径流量以及冬小麦、夏玉米的水分利用效率均呈下降趋势，其中年蒸散发量在三种排放情景下分别较基准期增加21.6%、21.9%和21.1%；年灌溉水量较基准期分别增加0.3%、0.2%和0.4%，年地表径流量较基准期分别减少29.4%、19.5%和28.3%；冬小麦水分利用效率分别较基准期减少19.1%、22.2%和26.0%，夏玉米水分利用效率分别较基准期减少49.7%、52.3%和66.4%；年地表径流量及灌溉水量空间变异性非常明显，年蒸散发量和作物水分利用效率空间变异性不明显。（3）60%FC、80%FC、100%FC等三种灌溉下限标准下的实际蒸散发量、地表径流量、灌溉水量均较基准期现状灌溉条件下有所增加，且60%FC灌溉条件下冬小麦水分利用效率最高，80%FC灌溉条件下夏玉米水分利用效率最高。. 本研究对实现变化气候条件下农业水资源的高效利用、缓解灌区农业水资源的供需矛盾有积极意义。