绿洲农业系统对农业用水变化的响应与机理研究：以新疆渭干河流域为例

渭干河流域是干旱区典型的绿洲农业生产区域，近年来农业开发与水资源利用的矛盾日益锐化，本项目拟从生态经济学的角度研究这一区域绿洲农业系统对农业用水变化的响应特征及其机理，以揭示绿洲农业发展与水资源利用的本质关系。基于能值理论与方法，构建绿洲农业系统对农业用水变化的敏感性响应模型与趋势性响应模型，分析该流域"不同农业系统对相同水资源投入变化"的响应特征与机理，揭示多种农业系统对相同的水资源投入变化是否存在不同的响应结果；分析"同一农业系统对水资源逐渐变化"的响应特征与机理，揭示同一农业系统对不同程度的水资源投入变化的响应趋势是否稳定。对渭干河流域不同尺度、不同类型、不同区域的农业系统进行实证分析，总结多种情况下农业系统对农业用水变化的响应特征与规律，并探讨形成这些特征或规律的本质机理，据此提出绿洲农业发展与水资源可持续利用的优化调控建议与对策。

本研究基于干旱区维持绿洲稳定性和应对水资源稀缺问题的迫切需求，按照“发生的问题－产生的机理－调控的标准－过程模拟－情景预测－响应对策”这一逻辑思路，首先构建了研究区能值评价指标体系，以2000-2009年的历史统计数据和实地调研数据为基础，在流域空间尺度和农户微观尺度两个层面上开展研究，研究发现：.（1）渭干河流域种植业生产投入主要取自自然无偿供给的资源环境能，是典型的传统农业生产模式，但系统可持续发展指数显示系统经济发展潜力较大。其中，流域中游种植业系统产能效率最高；下游依赖投入大量工业辅助能消除资源禀赋劣势，是一种较为脆弱的高产农业系统；上游有较大发展潜力。.（2）水资源对系统产能起主导作用，贡献率最高；其次为化肥和耕地。水资源投入持续增加对种植业增产和改善系统环境状态有益，但水资源利用已进入无效阶段，种植业生产发展已经不能仅仅依靠增加水资源投入。.（3）剔除其他生产要素的作用，当灌溉用水持续增加时，系统产能增长递减。中游种植业系统单方水带来的产能增长最大，下游种植业系统对灌溉用水变化更为敏感，水资源生态效益最高。.（4）生产要素配合度减弱是系统对灌溉用水变化趋势性响应的直接原因。调整生产要素投入比例和农作物种植结构、提高水资源管理和技术水平，将有利于灌溉用水生产效率，从而突破系统对单纯增加灌溉用水的效益递减响应趋势。.（5）流域种植业系统经济和生态双赢的最大有效用水量为：上游8.67×108m3，中游27.08×108m3，下游12.19×108m3；综合考虑系统可持续发展性能的全流域最大有效用水量为34.5×108m3；用水效率最大化的种植结构安排为：上游以油料、蔬菜、小麦为主，中游以蔬菜、棉花为主，下游以棉花和小麦为主。.（6）系统运行仿真模拟结果显示，流域种植业系统可持续发展的最优用水方案为综合考虑生产要素组合最优、作物种植结构最优、边际效益最大化和空间分水比例最优的灌溉用水增长模式。该模式下流域灌溉用水量为25.16×108m3，灌溉用水年增长率自上游至下游依次为0.99、1.01、1.03，空间分水比例为25.77:44.33:29.9，全流域最大可节约用水9.65×108m3，节约了27.72%，且流域种植业自2015年开始进入生产有活力的阶段，直到2050年，系统状态维持良好，不会出现超负荷的情况。