“关中—天水经济区”粮食作物水分生产力时空演变及其驱动力分析

基于2001~2020年粮食产量数据和土地覆盖、植被指数、地表温度、蒸散量等多种MODIS产品,通过对粮食产量空间化与MODIS数据重构,从而估算得到作物水分生产力,辅以趋势分析、Hurst指数分析、地理探测等方法,探讨了关—天经济区作物水分生产力时空变化特征、未来变化趋势以及其驱动力。结果如下:(1)2001~2020年关—天经济区粮食作物水分生产力呈现出明显的降低趋势,降低趋势为-0.59×10^(-2)kg/m^(3)/a,作物生长水分利用效率不断降低。(2)从粮食作物水分生产力未来变化特征可知,粮食作物水分生产力持续减小区面积比例达49.07%,主要分布于咸阳南部以东的中东部地区,集中于渭南大部分耕作区。关—天经济区中东部的粮食作物水分生产力将面临严峻考验,而经济区中西部区域粮食作物水分生产力将表现出较大的提升空间。(3)地表参数类因子对于粮食作物水分生产力分布的影响程度最高,其次为气象因子和地形因子,三类因子对粮食作物水分生产力分布的影响程度随时间变化均呈增加趋势,且地表参数影响程度增加趋势最为显著。因此,有效减少粮食作物蒸散量和地表温度,从而增加土壤贮水量是提高粮食作物水分生产力的直接途径,如施行秸秆还田、有机培肥、合理灌溉等措施。(4)从灌溉时间来看,第33~81天、第113~161天以及第193~209天q统计值均大于q均值,三个时段适当进行灌溉对提高粮食产量具有重要作用,其中在第65天(3月上旬)和第193天(7月中旬)土壤水分的变化对作物水分生产力的影响尤为显著。

亏缺灌溉对中国棉花产量和灌溉水分生产力影响的元分析

【目的】亏缺灌溉是节水农业的一种有效灌溉方式。定量分析亏缺灌溉对我国棉花产量及灌溉水分生产力的影响,为亏缺灌溉在我国进一步推广应用提供参考。【方法】整合2010―2022年已发表的53篇文献,采用元分析方法,定量评估亏缺灌溉条件下不同因素对中国棉花产量和灌溉水分生产力的影响特征。【结果】与充分灌溉相比,亏缺灌溉下籽棉产量平均降低16.2%,而灌溉水分生产力平均增加32.2%。亚组分析表明,在亏缺灌溉条件下我国西北内陆棉区的灌溉水分生产力提升最高,其中新疆地区的减产幅度较小效果最好;降水量相对较少的地区及大田栽培条件下能更有效地利用亏缺灌溉的水分;年平均气温≥10℃的地区,采用干播湿出,适当增加灌溉次数能够有效降低亏缺灌溉导致的减产风险;土壤容重<1.5 kg·cm-3的土壤条件下,亏缺灌溉棉花的减产风险低于高容重的土壤环境;在灌水量为充分灌溉的80%~100%,氮、磷和钾施用量分别为200~300 kg·hm^(-2)、150~200 kg·hm^(-2)和100~150 kg·hm^(-2)的条件下能够有效促进水分利用且降低减产风险。【结论】建议在我国温度相对较高的西北干旱地区,采用干播湿出的棉花种植方式以节水稳产,实施轻度亏缺灌溉,适当增加灌水次数,适量施肥,降低亏缺灌溉对棉花生产的影响。

黄土高原不同密度刺槐(Robinia pseudoacia)林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟研究了1957～2001年期间黄土高原半湿润区长武和半干旱区延安不同密度刺槐（Robinia pseudoacia）林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应。结果：（1）长武和延安高密度（6000株/hm2）、中高密度（4500株/hm2）、中低密度（3000株/hm2）和低密度（1500株/hm2）等4种处理刺槐林地逐年生物量模拟值均呈现快速增加、达到最大值后又逐年波动性降低的变化趋势,林地密度越高早期逐年生物量越高,后期逐年生物量差异缩小,两地均以低密度处理逐年生物量平均值和累积生物量模拟值最高;（2）4种密度处理45年生刺槐林地年均耗水量值基本相等,长武和延安分别为603mm和566mm,但生长前期年耗水量明显高于后期,并高于同期年降水量,林地密度越高前期耗水量越高,中期以后各密度处理耗水量基本接近且波动趋势基本一致,林地密度越高干旱胁迫程度越重;（3）模拟生长初期,4种密度处理刺槐林地0～10m土层逐月土壤有效含水量均呈现强烈的波动性降低趋势,长武各密度处理刺槐林地分别在7～23年生、延安分别在7～17年生之后逐月土壤有效含水量均在0～200mm较低水平上随降水量变化而波动;（4）4种密度处理林地0～10m土层土壤湿度剖面分布年度变化剧烈,土壤湿度逐年降低且土壤干层逐年加厚,密度越高土壤干层加厚速度越快,长武在26年生、延安在17年生时低密度处理刺槐林地土壤干层厚度均已超过10m,此后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;（5）长武和延安刺槐林地适宜种植密度分别以1500～3000株/hm2和1500株/hm2为宜,刺槐林地土壤水分可持续利用最大年限分别为26a和18a。

甘肃黄土高原旱作区土壤贮水量对春小麦水分生产力的影响

选择甘肃黄土高原旱作区5个春小麦测站2m土层深度多年土壤贮水量与产量资料,从大气降水-土壤水-作物循环系统的理论出发,研究了土壤贮水量和农田耗水量对春小麦水分生产力的影响.结果表明:该区域是一个贮水和保水性能较好的天然土壤水库,干旱区、半干旱区、半湿润区2m土层最大贮水量分别达470mm、582mm和617mm,但实际贮水量只有190mm、230mm和370mm,实际贮水量只相当于最大贮水量的40%、40%和60%,总的趋势是随湿润度增加而增大.干旱区、半干旱区和半湿润区分别为春小麦全生育期2m土层农田实际耗水量153mm、175mm和323mm,有随湿润度增大而增加的趋势.土壤贮水量是该区域春小麦生产力最重要的因素,土壤水分籽粒生产力为0.24～1.0kg.mm-1,平均为0.67kg.mm-1,总生物产量生产力为1.41kg.mm-1,随干旱程度增加明显递减.对不同水分气候区要采取增加土壤水库库容的各种抗旱措施,以提高土壤贮水量的利用效率.

黄土高原3个不同降水量地点油松林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟

应用WinEPIC模型模拟1957—2001年期间黄土高原半湿润区洛川、半干旱区延安和半干旱偏旱区榆林油松林地水分生产力演变规律和深层土壤干燥化效应。模拟结果表明:洛川、延安和榆林油松林地逐年生物量模拟值在9～17年生达到最大值(平均值分别为4.29,3.62和2.73t.hm-2),之后随降水量年际波动呈现出明显的波动性降低趋势;1～22年生期间油松林地平均年耗水量高于同期年降水量,导致林地0～10m土层土壤强烈干燥化,逐月土壤有效含水量波动性降低,洛川14～20年生、延安9～20年生和榆林6～19年生期间是油松林地土壤强烈干燥化阶段,年均土壤干燥化速度分别为176,111和69mm,此后油松林地土壤有效含水量在0～150mm范围内的较低水平上随降水量变化而波动;洛川、延安和榆林油松林地0～10m土层土壤湿度剖面分布变化剧烈,土壤湿度逐年降低,土壤干层逐年加厚,分别从15,10,6年生开始土壤干层厚度超过3m,在19年生时均已超过10m,20年生以后2～10m土层土壤湿度保持相对稳定的干燥化状态;洛川、延安和榆林油松林地水分生产力和土壤干燥化效应区域差异显著,林地土壤水分可持续利用年限约30年。

延安油松人工林地水分生产力与土壤干燥化效应模拟研究

在EPIC模型模拟精度验证基础上,应用EPIC模型定量模拟研究了延安45年(1957～2001年)实时气象条件下,油松人工林地的水分生产力1、0 m土层土壤有效含水量的变化动态和土壤湿度剖面分布特征,以揭示较长时段内油松人工林地的水分生产力变化规律和土壤干燥化效应。模拟结果表明:(1)1～13年生(1957～1969年)油松人工林水分生产力变化受降水量的影响不大,土壤水分足够维持油松较高的生产力,生物量平均值为3.1 t/hm2;14～45年生(1970～2001年)油松人工林水分生产力呈波动性下降趋势,其波动与降水量波动呈相同的趋势,生物量平均值为2 t/hm2。(2)延安油松人工林地0～10 m土层逐月土壤有效含水量模拟值,模拟前期(1～8年生)在较高(1 300～1 490 mm)水平上波动,模拟中前期(9～15年生)呈现明显的逐年降低趋势,土壤干燥化趋势十分强烈,模拟中后期(16～43年生)在较低水平上(0～180.0 mm)波动,模拟后期(44～45年生)油松死亡后土壤有效含水量逐年上升。(3)随着油松生长年限的延长和根系扎深,油松林地土壤的干层逐年加深和加厚;14年生以后,1～10 m深层土壤湿度稳定维持在每米土层0.12 m左右的含水量状态,表明油松人工林地1～10 m土层已经全部干燥化。综上所述,延安油松人工林地水分持续利用的最大年限为15年左右。

基于MODIS和SEBAL模型的黄淮海平原冬小麦水分生产力研究

以2011年1月-2012年12月MODIS多时相遥感影像产品、气象数据和作物生育期为基础,借助SEBAL模型估算了黄淮海平原冬小麦实际蒸散量(ETa);通过MODIS NDVI光谱曲线特征与冬小麦单产数据的耦合,将县域尺度作物单产"降尺度"至基于像元的产量栅格图,实现冬小麦产量栅格化。在完成作物实际蒸散量模拟和产量栅格化的基础上,对黄淮海平原冬小麦水分生产力进行估算。结果表明,冬小麦水分生产力区域平均值为1.21kg·m^(-3),高值区主要位于北京、天津、山东北部和河北南部地区。在环渤海山东半岛滨海外向型二熟农渔区(一区)、海河低平原缺水水浇地二熟兼旱地一熟区(三区)和黄淮平原南阳盆地水浇地旱地二熟区(五区)冬小麦产量与水分生产力呈显著正相关,说明随着冬小麦产量的增加,其水分生产力增加;在燕山太行山山前平原水浇地二熟区(二区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈极显著负相关(P<0.01),与产量呈极显著正相关(P<0.01),表明水分生产力将随着实际蒸散量的减少和产量的增加而增大,同时产量增加对水分生产力提高的贡献大于实际蒸散量的减少;在江淮平原丘陵麦稻两熟区(六区)冬小麦水分生产力与实际蒸散量呈显著负相关,与产量相关关系不明显,说明在黄淮海平原南部水分生产力的提高主要依靠实际蒸散量的减少。

陇东旱塬旱作苹果园水分生产力与土壤干燥化效应模拟

【目的】揭示苹果园地土壤干燥化发生规律及土壤干燥化对果园生产力的长远影响。【方法】在WinEPIC模型模拟精确度验证的基础上,应用该模型模拟研究了19601999年期间陇东旱塬旱作苹果园地水分生产力变化动态和土壤干燥化效应。【结果】（1）19601999年模拟研究期间,果树产量在10龄达到最高值26.83t/hm2后,呈显著波动下降趋势;2340龄,低产果园（年产量小于18 t/hm2）占71%,且随降水量的变化呈不稳定波动趋势,平均值为16.47 t/hm2。（2）123龄苹果园地年耗水量均高于同期降水量,010 m土层土壤有效含水量呈显著降低趋势,其中,110龄与1123龄010 m土层土壤干燥化速率分别为94.42和22.6 mm/a;2440龄苹果园地年均耗水量与同期降水量基本相当,土壤有效含水量为70240 mm,随生长期与降水量的变化稳定波动。（3）苹果园地02 m土层土壤湿度随降水量的变化波动明显;210 m土层土壤湿度逐年降低,干层逐年加深和加厚,12龄果园干层已达10 m,此后各树龄土壤湿度逐渐趋于凋萎湿度直到24龄达到稳定。（4）土壤干燥化强度由无干燥化（16龄）-轻度干燥化（7龄）-中度干燥化（89龄）-严重干燥化（1011龄）-强烈干燥化（12龄以后）而逐渐加强,以至24龄以后形成稳定的强烈干燥化状态。【结论】陇东旱塬西峰地区旱作苹果园地土壤水分合理利用年限为2324年。

集水造林林分水分生产力研究

集水造林通过增加植树带汇流量改善了林地土壤水分环境 ,从而影响到林分物质生产水平。根据不同集水造林密度对林地土壤水分环境的改善程度与林分物质生产之间的关系 (水分生产力 ) ,以“双优”模式标准 ,可以确定出合理的集水造林密度。供试的 5年生和 1 0年生刺槐林 ,分别以小于 1 0 0 0株·hm-2 和不大于 840株·hm-2 为合理的集水造林密度 ,其林木水分生产力分别达到 6 71 4 4g·kg-1和 1 2 1 6 32g·kg-1,符合“丰产理想株型”模式标准 ;林分水分生产力分别达到 8 4 1 0 3kg·hm-2 ·mm-1和 2 1 6 6 46kg·hm-2 ·mm-1,实现了“最佳群体结构”模式标准。在发展“节水”型林业、提高水分利用效率中 ,这种以水分与林分物质生产的关系为理论依据 ,确定造林密度 。

干旱区绿洲水分生产力影响因素研究

根据干旱区绿洲——民勤绿洲1985—2007年的统计资料和相关试验资料,运用灰色关联分析理论,对影响绿洲农作物水分生产力的主要因素进行了排序研究,指出灌水量是提高作物水分生产力的关键因素。依据水分生产函数概念,建立了水分生产函数模型,在此基础上,运用边际效益理论得出经济合理的灌溉定额为5 690.55 m3/hm2(379.37 m3/亩),对应的作物水分生产力为1.26 kg/m3。

节点式渗灌的节水机理及其水分生产力

为了展示节点式渗灌管的优良性能和较高的水分生产力,对其做了出水性能检验和不同灌溉方法水分生产力的比较试验,结果表明:节点式渗灌管的灌水均匀度达到90%以上,比普通渗灌管灌水均匀度提高了15%,其节水原理是将土壤通体湿润转化为作物根区灌溉;铺设防渗层有效地阻止了灌溉水的下渗,计划湿润层的变浅和单次灌水量的减少是节点式渗灌能够大量节水的根本所在,节点式渗灌的水分生产力最高,达到70.37kg/m3,其次是普通渗灌54.55kg/m3,再次为膜下滴灌53.96kg/m3,最低为沟灌,仅为42.00kg/m3。

青海大通退耕还林地林分水分生产力研究

为了解青海东部黄土高原寒区退耕还林地人工林的水分生产力水平，2001～2003年对青海省大通县退耕还林的人工林进行了群落蒸散测算、标准地生物量调查和解析木分析。并研究了青杨灌木混交林、白桦紫果云杉混交林、华北落叶松纯林、紫果云杉纯林、白桦纯林等11种林分类型退耕还林人工林的林木水分生产力。结果表明：1）3000株／hm^2左右密度的林分是该区较为适宜的造林密度标准；2）在目前的技术经济水平条件下，2100～3333株／hm^2密度的青杨灌木混交林成林、白桦纯林、紫果云杉纯林和白桦紫果云杉混交林水：分生产效率居所有林分之首，其水分生产力指标可作为该地区常规造林技术条件下乔木成林的水分生产力标准；3）3000株／hm^2左右密度的青杨灌木混交林、白桦紫果云杉混交林、紫果云杉纯林和白桦纯林成林的水分生产潜力基本达到了目前当地林木的最大生产能力。表明上述林分类型的造林模式可作为今后退耕还林工程和林业生态工程建设的发展方向。

河南省农业灌溉水分生产力区域分异研究

农业灌溉水分生产力是提高区域灌溉效率、发展节水农业和调整产业结构的重要依据,对水资源管理和决策也具有重要意义。在计算2011年河南省18个地级市的灌溉水分生产力、分析其区域分异特征的基础上,将河南省灌溉水分生产力分为高值区、中值区和低值区三个分级区,并确定了灌溉水分生产力区域分异的影响指标,利用灰色关联度法分别对不同分级区灌溉水分生产力的影响因素进行了定量评价。结果表明:灌溉水分生产力不仅受作物产量和灌溉水量的影响,同时还与作物有效降水量、农业机械总动力等因素密切相关。

基于Meta分析的灌溉模式对温室番茄产量和水分生产力的影响

通过Meta分析研究温室番茄的灌溉量和灌溉方式对番茄产量和水分生产力的影响,试图找到提高番茄产量和水分生产力的关键因素。以2000-2015年间在中国知网和万方数据库发表的中国各地研究温室番茄种植的文献作为数据来源,对纳入研究的43篇文献进行Meta分析的结果表明:温室番茄高产和高水分生产力的灌溉量范围为3500~4500 m3/hm2,最佳灌溉方式为管灌。该结果与其他田间试验研究结论具有可比性,为区域温室番茄选择灌溉用水和灌溉方式,提高温室番茄的种植水平、提高水分利用效率、减少水资源浪费提供理论支持和实践指导。

雨养农业区气象条件和农艺措施对粮食作物水分生产力的影响研究

为明确雨养农业区粮食作物水分生产力的主要影响因素,为雨养农业区农业水资源的高效利用提供参考依据。以豫南地区为例利用P-M模型计算豫南地区主要粮食作物的参考作物蒸发蒸腾量,进而求出主要粮食作物的需水量,由作物水分生产力公式求出豫南地区2010-2019年主要粮食作物的水分生产力。通过对所选取的影响因素进行共线性分析,确定采用偏最小二乘回归分析的方法计算各影响因素对粮食作物水分生产力的贡献率,从而找到豫南地区水分生产力的主要影响因素。结果表明:豫南地区2010-2019年水分生产力介于1.01~1.11 kg/m3,均值为1.06 kg/m3;冠层表面净辐射、平均气温、纯氮施用量、纯钾施用量、纯磷施用量为研究区主要粮食作物水分生产力的主要影响因素,其贡献率分别为17.80%、15.79%、11.83%、10.89%、10.86%。雨养农业区,气象因素贡献率为43.96%,管理因素为41.95%,其他未考虑的因素贡献率为14.09%,气象因素对粮食作物水分生产力的贡献略大于化肥和农药的施用。

高台县农作物灌溉水分生产力年际变化

灌溉水分生产力可直接显示出在灌区投入单位灌溉水量的农作物产出效果。根据高台县1995—2007年水利年报、统计年鉴等资料,分析了不同种植方式的农作物灌溉水分生产力。结果表明:黑河水量调度后,不同种植方式的农作物灌溉水分生产力大田玉米由1.271kg·m-3增加到1.470kg·m-3;大田小麦由1.224kg·m-3增加到1.275kg·m-3;带田作物由1.012kg·m-3增加到1.050kg·m-3;制种玉米为1.186kg·m-3。干旱区绿洲灌溉水分生产力的年际变化除与农业产业政策、农作物种植结构调整、社会经济状况等变化有关外,也与区域气候变化有关。

农作物水分生产力影响因素的灰色关联分析

在影响农作物水分生产力的众多因素中,有的是可控的,有的是不可控的。采用灰色关联分析方法对所选取的10个影响因素进行灰色关联分析,结果表明,张掖市甘州区1995—2007年关联度排序前5位的因素是:生长期降水>沙尘天数>劳动力投入>水费>化肥施用量。干旱区绿洲农作物生产需要适宜的气候来保证,生长发育期的降水、沙尘天气会影响作物的正常生长和产量形成;在水资源有限的前提下,合理高效配置农业生产的投入要素,才是干旱区农业提高水分生产力的根本策略。

绿洲灌区农作物水分生产力影响因素灰色关联分析——以张掖市高台县为例

在影响农作物水分生产力的众多因素中,有的是可控的,有的是不可控的。采用灰色关联分析方法对所选取的10个影响因素进行灰色关联分析,结果表明,张掖市高台县1995～2007年灰色关联度排序前5位的影响因素是:农药施用量>沙尘天数>农业机械总动力>生产用种籽>劳动力投入。干旱区绿洲农作物生产需要适宜的气候来保证,生长发育期的沙尘天气会影响作物的正常生长和产量形成;在水资源有限的前提下,合理高效配置农业生产的投入要素,才是干旱区农业提高水分生产力的根本策略。

高塑料大棚甜樱桃的生理生态响应、水分生产力和果实品质

据《Scientia Horticulturae》的一篇研究报道(https://doi.org/10.1016/j.scienta.2021.110180),来自西班牙卡塔赫纳理工大学农艺工程系的研究人员研究了高塑料大棚里种植的甜樱桃树的生理生态响应、水分生产力和果实品质。高塑料大棚改变了甜樱桃的生理和农艺反应,但灌溉等园艺实践通常不适用于这种栽培系统,因为没有关于在这种受控环境下种植甜樱桃对果树水分关系、水分生产力和节水可能性影响的信息。

绿洲农作物灌溉水分生产力年际变化——以张掖市甘州区为例

灌溉水分生产力可以直接显示出在灌区投入单位灌溉水量的农作物产出效果。根据甘州区1995～2007年水利年报、统计年鉴等资料,分析了不同种植方式的农作物灌溉水分生产力。结果表明:黑河水量调度后,不同种植方式的农作物灌溉水分生产力大田玉米由1.466 kg/m3增加到1.528 kg/m3;大田小麦由1.357 kg/m3减小到1.311 kg/m3;带田作物由0.936 kg/m3增加到1.016 kg/m3;制种玉米为1.333 kg/m3。干旱区绿洲灌溉水分生产力的年际变化除与农业产业政策、农作物种植结构调整、社会经济状况等变化有关外,也与区域气候变化有关。