Prediction of Maize Yield and Its Component Factors in Yellow River Irrigation Area of Ningxia under Climate Change

[Objective] The aim was to quantitatively predict the variation trend of maize yield in Yellow River irrigation area of Ningxia under future climate change scenarios.[Method] Based on the data of daily temperature,precipitation and radiation in 25 km × 25 km grid in Ningxia from 2010 to 2100 obtained by regional climate model,maize yield in Yellow River irrigation area of Ningxia in the 21st century was studied by means of corrected CERES-Maize model.[Result] With climate warming,maize yield in Yellow River irrigation area of Ningxia in 2020s and 2050s showed increase trend compared with base years（average in 1961-1990）when current adaptive maize variety and optimum production management measures were adopted,while maize yield went down in 2080s with the further increase of temperature.The grain number per spike and spike grain weight as the yield components of maize also showed the same trend with maize yield.In 2020s and 2050s,the increase of maize yield under B2 scenario was higher than that under A2 scenario,while the decrease of maize yield under B2 scenario was lower than that under A2 scenario in 2080s.[Conclusion] With the increase of temperature,maize yield in Yellow River irrigation area of Ningxia went up firstly and then went down.

THE RATIONAL UTILIZATION OF WATER RESOURCES IN IRRIGATED AREA OF THE YELLOW RIVER IN NINGXIA

The paper describes the water resources in the irrigated area of Ningxia, China, andthe methods for improving the utilization of the water resources, and puts forward somesuggestions so as to utilize the water resources rationally. The history of irrigation farming in Ningxia can be traced back to more than two thou-

Effects of muddy water irrigation with different sediment gradations on nitrogen transformation in agricultural soil of Yellow River Basin

Muddy water irrigation has been widely practiced in the Yellow River Basin for agricultural production and is an important method of economical and intensive utilization of water resources.In this study,the effects of sediment gradation,sand content,and soil moisture content on nitrogen(N)transformation were studied through a series of experimental tests.The results indicated that muddy water irrigation significantly affected agricultural soil physical and biological properties as well as N transformation.Soil bulk density,total porosity,pH,and microbial enzyme activities significantly correlated with N transformation as affected by the interaction between sediment and soil moisture.Sediment addition generally increased the soil bulk density and reduced the soil porosity and pH significantly,and the optimum moisture for promotion of the N transformation rate was 80%of the water-filled pore space.Therefore,muddy water irrigation has a potentially long-term influence on agricultural N cycles in semi-arid regions of northwestern China.This could provide a theoretical basis for scientific and rational use of muddy water for irrigation.

考虑生态耗水的干旱区绿洲灌溉用水效率评价指标与方法

针对现行干旱区绿洲尺度灌溉用水效率评价对生态服务效益考虑不足的问题,提出了在绿洲尺度上考虑生态耗水的灌溉用水效率评价指标和方法,并应用于宁夏引黄灌溉绿洲。结果表明:宁夏引黄灌溉绿洲农田蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达74.7%,生态系统蒸散消耗水量中的灌溉水量平均占比达39.8%,灌溉水对生态系统的支撑作用显著;考虑生态耗水前后的灌溉用水效率差为0.052~0.074,占未考虑生态耗水灌溉用水效率的13.9%~16.1%,灌溉水的生态服务效益明显;提出的评价指标与方法合理可行,能客观反映干旱区灌溉用水的综合效益。

宁夏引黄灌区果园生草处理对土壤理化性质的影响

本研究选用多年生黑麦草、紫花苜蓿、高羊茅、长柔毛野豌豆4种功能草种,以清耕和自然生草作为对照,探究不同生草处理对果园土壤理化性质的影响。结果表明,与多年生黑麦草生草处理相比,紫花苜蓿与长柔毛野豌豆生草处理可以显著提高0~20 cm土层土壤总孔隙度和0~20 cm、21~40 cm土层田间持水量(P<0.05),显著降低0~20 cm土层土壤容重(P<0.05)。与处理前相比,2022年10月紫花苜蓿与长柔毛野豌豆生草处理的土壤有机质含量、全盐含量、碱解氮含量(0~20 cm土层)、有效钾含量(0~20 cm土层)显著提高(P<0.05),土壤pH(0~20 cm土层)显著降低(P<0.05)。因此,在干旱和半干旱地区可以选择苜蓿和长柔毛野豌豆进行果园生草处理。本研究结果为改良果园土壤,提高水果产量提供了理论依据。

基于时序Sentinel-2影像的引黄灌区作物结构提取和供需水分析

在黄河流域用水指标严格控制的背景下,以山东省东营市垦利区引黄灌区为例,利用2022年时序Sentinel-2遥感影像构建作物生育期的NDVI时间序列,采用决策树分类方法提取灌区作物种植结构,基于垦利站气象资料和Penman-Monteith公式,分析了1973—2022年各作物的需水特性,利用遥感影像解译的各作物种植面积,计算了2022年灌区作物在不同降水保证率(5%、25%、50%、75%、95%)条件下的灌溉总需水量,结合2023年分配给灌区作物的灌溉水指标探究了灌溉水资源供需之间的平衡。结果表明:基于NDVI时间序列构建决策树分类方法可有效提取作物的种植结构,总体分类精度为85.07%,Kappa系数为0.819,能够满足作物灌溉需水量的研究。作物净灌溉需水量年际波动较大,水稻和冬小麦补充灌溉水量在所有作物中位列前两位,均值分别为913 mm和410 mm;处于雨季生长的夏玉米、夏大豆补充灌溉水量较小且灌溉需求均值较小。研究区2023年分配的灌溉水指标在降水保证率为50%时研究区灌溉水亏缺量为235.5万m^(3),在降水保证率为75%和95%时灌溉水亏缺量分别为1 754.5万m^(3)和2 261.5万m^(3)。

宁夏区域黄河水文化的三种形态及多元价值表现

宁夏区域黄河水文化涵盖物质、制度、精神三种形态,是一个内涵极其丰富的文化体系,新时代条件下表现出对于宁夏地域文化、中华民族、世界文明,以及对于人与自然关系的独特作用和价值。系统梳理和挖掘宁夏境内黄河水文化内涵及其价值,是对区域黄河文化研究的一种补充,可为深度探究将这一优势文化资源转化为地区发展实力奠定学术基础,有助于传播和发展优秀的黄河水文化,进一步传承和弘扬黄河文化,推进新时代宁夏黄河流域生态保护和高质量发展先行区建设。

稻田控制排水对高邮灌区河道洪水过程的影响

以高邮灌区为例,采用水文-水动力模型,研究稻田控制排水措施对河道洪峰流量、水位和洪水过程的影响。结果表明,雨前通过控制灌溉适当降低田间水位可减轻稻田出流峰值,随着稻田控制水位的增加,稻田径流峰值逐渐降低。通过稻田控制排水,可降低田间出口峰值流量,改变灌区河道洪水过程,降低河道洪峰流量和水位,减轻灌区内部以及附近河道的防洪压力。

黄河流域河套灌区农业面源污染模拟的难点与重点分析

黄河流域河套灌区农业面源污染问题突出,使用模型模拟是对河套灌区农业面源精准溯源、准确预测、评估治理措施治理效果和生态环境影响的有效途径,也是全面应用“监测-溯源-核算-治理-管理”农业面源污染全链条防控技术体系的关键核心步骤.经梳理发现,目前河套灌区农业面源污染模型由于缺乏对“源-汇”关系的精准表述和输移转化机制的阐明,导致存在一定的“假拟合”现象,致使后续使用模型模拟得到的结论存在较大的误差和不确定性,其结果在溯源、核算、评估等方面均无法完全成为具有实际指导意义的工具;除此之外,目前河套灌区现有的水文水质数据监测网络一定程度上难以满足日益增长的农业面源模型建立、率定和验证的需要,因此率定与模拟的结果很难具有更高的时空分辨率,导致对月尺度以下发生的面源污染行为和相应的环境危害评估与实际情况具有较大偏差.因此,建议建立流域层面农业面源污染监测网和数据分享平台以获取来自河套灌区具有更高时空精度的实测数据,并通过实地实验的方式阐明在河套灌区这一特殊“农业-环境”系统中面源污染物的输移转化机制,并在此基础上开发新的可以复现并模拟该机制的机理-大数据耦合模型来为区域内的科学研究与政策决定提供帮助.

2007—2020年黄河流域农业灌溉用水效率——基于3阶段DEA模型和Malmquist指数

为使黄河流域农业灌溉水资源得到合理利用,采用3阶段DEA模型和Malmquist指数方法,分析2007—2020年黄河流域各省区在剔除外部环境影响因素下的实际农业灌溉用水效率。结果表明:1)黄河流域农业灌溉用水效率低下主要受制于经济水平和水资源禀赋,尽管政府的重视对其效率具有一定的促进作用,但效果不显著。2)在消除外部影响因素后,2007—2020年黄河流域灌溉用水的纯技术效率平均值被低估(0.931),综合技术效率平均值(0.733)和规模效率平均值(0.792)被高估。在省域尺度上,除河南省农业灌溉用水效率位于有效前沿面外,其余省区的农业灌溉用水投入均未得到有效利用。3)通过Malmquist指数分析发现,2007—2020年黄河流域农业灌溉用水效率整体呈波动上升趋势,平均增长率为10.3%。其中,技术进步变化>1,规模效率变化与Mamquist指数变化趋势相似。综上,黄河流域应在灌溉技术水平较高的基础上高度重视农业灌溉用水中规模效率的潜力,以进一步提升灌溉用水效率。

引黄灌区连续减施化肥对春小麦产量稳定性的影响

【目的】探索宁夏引黄灌区连续减施化肥对土壤氮、磷、钾养分供应及春小麦产量的影响,并分析影响产量稳定性的因素,为化肥合理减施、春小麦高产稳产提供理论依据。【方法】以宁春4号春小麦为供试作物,2019-2022年连续4年开展化肥减施田间定位试验,试验设置常规施肥(CF,N 270 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5)150 kg·hm^(-2)、K_(2)O 75 kg·hm^(-2))、减量施肥下限(RF1,N 180 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5)45 kg·hm^(-2)、K_(2)O 30 kg·hm^(-2),与传统施肥相比减N 33.3%、减P_(2)O_(5)70.0%、减K_(2)O 60.0%)、减量施肥上限(RF2,N 225 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5)75 kg·hm^(-2)、K_(2)O 45 kg·hm^(-2),与传统施肥相比减N 17.0%、减P_(2)O_(5)50.0%、减K_(2)O 40.0%)及不施肥(CK)处理,分析春小麦生育期间气候因素,播前土壤水分含量,播前和收获期土壤矿质态氮、速效磷、速效钾含量,收获期春小麦地上部干物质累积量、籽粒产量及产量构成因素的差异及相互关系。【结果】2019-2022年播前土壤水分含量存在年际差异,其中2022年的较低,平均值仅为19.5%;除2020年受施肥处理显著影响外,其余年份各施肥处理之间无显著差异。播前和收获期土壤矿质态氮、速效钾和速效磷含量均以常规施肥(CF)处理较高,RF2处理次之,且两者之间无显著差异,而RF1处理的趋于降低。2019年,地上部干物质累积量和产量均以CF处理最高,分别为23261.7和9449.0 kg·hm^(-2),较RF2处理增幅分别为2.8%-4.5%和3.2%-16.0%,而2020-2022年均以RF2处理较高,但与CF处理之间无显著差异,且4年籽粒产量表现最稳定;从年际变化来看,所有施肥处理的公顷穗数、千粒重、产量均呈逐年下降的趋势,因此施肥量并不是造成产量年际差异的主要原因,而是与播前土壤水分、降水量、气温、湿度和风速有密切关系,其中2022年产量的降低主要与较低的播前土壤水分、灌浆期的干热风现象及氮肥基追比的改变有关。【结论】宁夏引黄灌区连续适量减施化肥(N225 kg·hm^(-2)、P_(2)O_(5)75 kg·hm^(-2)、K_(2)O 45 kg·hm^(-2),相对常规施肥减N 17.0%,减P_(2)O_(5)50.0%,减K_(2)O 40.0%)不会显著降低土壤氮、磷、钾的供应能力,且一定程度上提高了春小麦公顷穗数、穗粒数和千粒重,促进地上部干物质量向籽粒的转移和积累,从而趋于提高春小麦的籽粒产量。但是,春小麦产量受降雨、风速、湿度等气候因素和土壤墒情、连作障碍、氮肥追施比等的影响而存在年际差异,其中,气温、相对湿度和风速是影响小麦产量差异的主要因素,其对施肥效果的影响需做进一步研究。

宁夏扬黄灌区玉米膜下滴灌水肥一体化技术研究

[目的]分析膜下滴灌施肥对玉米产量及水分利用效率的影响,阐明膜下滴灌水肥一体化的技术优势,解决宁夏扬黄灌区玉米水肥利用效率低的问题。[方法]在相同施肥水平条件下,以常规大水漫灌(6 000 m^(3)/hm^(2))为对照,在滴灌定额为3 750m^(3)/hm^(2)的基础上设置不覆膜滴灌和膜下滴灌2个处理,研究不同灌水处理对玉米光合特性、产量、水肥利用效率及经济效益的影响。[结果]膜下滴灌水肥一体化技术在玉米抽雄期净光合速率、水分利用效率最高,比漫灌处理分别提高1.5%、11.0%,比不覆膜滴灌处理分别提高6.1%、3.2%。膜下滴灌水肥一体化技术通过提高玉米收获穗数、穗粒数和百粒重从而提高玉米产量,比漫灌处理增产8.6%,比不覆膜滴灌处理增产8.2%。膜下滴灌水肥一体化技术降低玉米耗水量,比漫灌处理降低28.4%,灌水利用效率提高73.6%,水分利用效率提高52.0%;同时提高了玉米氮磷钾肥偏生产力,比漫灌处理分别提高8.5%、8.6%、8.5%。与漫灌处理相比,膜下滴灌水肥一体化技术在成本投入增加26.9%的基础上获得了最高的经济效益,比漫灌处理增加808.4元/hm^(2),收入提高8.1%,比滴灌不覆膜处理增收787.5元/hm^(2),收入提高7.8%。[结论]在滴灌定额为3 750m^(3)/hm^(2)基础上采用膜下滴灌施肥可在节水37.5%的基础上实现增产和增收,该技术在宁夏扬黄灌区表现出一定的优势,可以应用于该地区的玉米生产。

不同水分调控对沿黄灌区向日葵水分利用影响研究

为探究达拉特旗黄河南岸灌区向日葵根系吸水来源及其利用策略,通过测定达拉特旗黄河南岸灌区向日葵木质部水及其各种潜在水源(降水、土壤水和地下水)的氢氧同位素组成(δD和δ18O),利用直接对比法和MixSIAR模型研究对比不同灌溉制度下向日葵不同生育期水分来源及各水源利用差异。结果表明,向日葵在苗期、拔节期、灌浆期和成熟期的吸水深度分别在0~30、0~50、0~70和30~90 cm土层。不同灌溉量下,向日葵的主要吸水层具有一定的差异。0~10、10~30、30~50、50~70、70~90 cm深度土壤水和地下水对向日葵平均贡献比例分别为22.17%、17.99%、18.74%、14.68%、15.97%和10.45%。通过相关性分析,50 cm以下土层水分贡献对产量提高有利,0~10 cm土壤水、30~50 cm土壤水和地下水利用对灌溉水利用效率具有正相关关系。设置灌溉定额为187.5 mm时能显著提高产量,灌溉定额为100 mm时,能显著提升灌溉水利用效率。

潘庄引黄灌区土壤盐分空间变异特征及影响因素

针对引黄灌区土壤次生盐渍化等问题,以山东省潘庄引黄灌区为例,通过野外分层取样与室内实验获取研究区土壤盐分数据,运用地理信息系统和地统计学相结合的方法分析研究区土壤含盐量的空间变异特征,研究土壤盐分空间分布的规律,采用地理探测器分析影响研究区土壤盐分分布的主要因素。结果表明:从剖面尺度来看,研究区土壤盐分整体呈现两端聚集型的分布特征,表层、中层和底层土壤的盐分含量均处于中等变异水平,其中底层土壤含盐量的变异系数为0.811,变异性最强;在空间尺度上,研究区土壤含盐量呈现从东北、西南区域向中部区域明显增加的趋势;研究区土壤盐分分布与高程、含水率和酸碱度的相关性较强,各影响因素交互作用后对研究区土壤盐分空间分布解释力均有不同程度的增强。

浅谈引黄灌区农业水价综合改革

以山西省尊村引黄灌区为例,通过对灌区农业水价改革项目实施、经验做法和主要成效三个方面进行分析。扎实推进了灌区农业水价综合改革,逐步建立农田水利良性运行机制,进而促进农业节水、减轻农民负担、保证灌溉工程良性运行。

熵权模糊改进法在宁夏黄河水质评价中的应用

为了解宁夏境内黄河流域的水质状况,选取银古公路桥、平罗黄河大桥、中卫香山湖、吴忠金沙湾、固原沟圈5个监测断面在2021年4月、6月、8月、12月4个时期的溶解氧、高锰酸盐指数、氨氮、总磷、总氮5项评价指标,共获得80组水样。针对熵权模糊评价法在权重趋于1时其微小变化会引起熵权成倍变化的病态问题和由于最大隶属度原则不能普遍适用而导致评价失效的问题,提出了一种熵权模糊改进的评价方法,通过改进熵权法确定权重和加权等级,建立改进的模糊综合评价模型,对水质样品进行水质分析和综合评价。结果表明,在权重分配方面,相比于隶属度法和传统的熵值法,改进熵权法分配的权重更为合理;在水质评价方面,加权等级法评定出的结果更符合研究区域的真实水质状况;宁夏境内黄河流域Ⅰ类和Ⅱ类水质占比超过90%,水质状况良好,5个断面4个时期的水质综合评价结果显示,12月份的水质最优,Ⅰ类水质占比85%;对水质的时空分析显示氨氮为全局性污染因子,溶解氧为区域性污染因子。改进的模糊综合评价模型对宁夏黄河水质的评价结果更为客观合理。

引黄滴灌不同含沙率对灌水器堵塞影响和试验研究

灌水器堵塞是影响黄河水滴灌灌水质量的关键因素。对8种不同灌水器与1‰(1 kg/t)、2‰(2 kg/t)、4‰(4 kg/t)3种含沙率进行模拟试验,重点研究了引黄滴灌不同类型滴灌灌水器的流量变化规律和堵塞效应。试验结果表明:灌水器的流量衰减率随着灌水历时的增加而增大,灌水300 h后衰减率整体达到43%~72%;流量衰减率随着含沙率的增加而增大,低泥沙含量时(1‰),75%的灌水器呈现中度堵塞情况,高泥沙含量时(4‰),100%的灌水器呈现重度堵塞。灌水器N-1.6与N-2.0B在3种不同含沙率下的灌水均匀度均达到80%以上,可以满足作物的灌溉需求。灌水器的流量衰减与灌水器的流道长度呈正相关,随着流道长度的增加,灌水器抗堵塞性能降低,流量衰减率增大。流道内沉积泥沙的中值粒径与灌水器设计流速呈负相关,随着设计流速的增加而减小。灌水器流道内0~30μm粒径的沉积泥沙体积比随含沙率的增加而不断降低。研究成果可为解决引黄滴灌灌水器堵塞问题提供参考。

引黄灌区水资源承载力多目标决策模型

开展灌区水资源承载力多目标决策研究,探究灌区水资源、社会经济以及生态环境三者之间的互动关系,对可持续性灌区建设具有重要意义。以赵口引黄灌区二期工程为研究对象,以灌区经济效益最大、缺水率最小、承载人口总量最多、污染物排放量最小以及粮食产量最大为目标,综合考虑灌区供需水能力、灌溉面积、污染物排放等多维临界约束,构建了赵口引黄灌区二期工程水资源承载力多目标决策模型,运用第3代非支配排序遗传算法(NSGA-Ⅲ)进行求解,获得Pareto最优解集,并依据不同的目标偏好和熵权法从中选取多套决策方案。研究结果表明:文中经济效益最大、社会效益最大、生态效益最大、人口总量最大以及粮食产量最大5个目标相互制约,Pareto非劣解侧重于追求其中一方效益最优的同时,必然会引起其他目标值(至少一个)变劣。因此,文中得到的多种决策方案可为灌区未来水资源承载力的提升提供科学理论指导。

新疆三屯河灌区水利信息化应用研究

以新疆维吾尔自治区(简称新疆)昌吉回族自治州(以下简称昌吉州)三屯河灌区为研究区域,利用ArcGIS的水文分析模块对GDEMV3 30 m分辨率数字高程模型(digital elevation model,DEM)进行河网水系的提取,从而得出水流方向、汇流累计量、分级河网和子流域边界等河网信息,利用AI Earth深度学习算法对Sentinel-1 SAR GRD遥感影像进行水体分类提取。不同于用遥感影像处理软件(environment for visualizing images,ENVI)对研究区影像进行地物识别分类的传统操作,该研究更倾向于通过AI Earth使用监督分类算法对Sentinel-2 L2A影像数据进行地物分类,进而绘制出渠系一张图,清晰生动地展现研究区域复杂的水系结构,对GDEMV3 30 m分辨率数字高程数据、野外采样点数据、天地图所选区域0.862 m/像素与672瓦片数量的17级Tiff数据进行处理制作采样点的渠系地形三维图,从立体的角度深入探索了水系地貌的特征,为研究提供更全面的视角,并探讨在试验过程中遇到的难点及解决办法。

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程

河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程从黄河小浪底水利枢纽的配套工程西霞院水库引水,自西向东新建1条输水总干渠,为温孟武滩区2.18万hm^(2[2])灌区提供水源,并向武嘉灌区、人民胜利渠灌区及大功灌区补水,是国务院确定的172项节水供水重大水利工程之一,同时也是河南省委、省政府实施“四水同治”战略首批推进的10项重大水利工程之一。从工程建设的必要性、工程总体布局、工程主要建设内容和规模、工程地质、工程设计以及建成后的工程效益6个方面对河南省西霞院水利枢纽输水及灌区工程进行分析。