作物生产水足迹遥感量化方法研究 ——以宝鸡峡灌区为例

来源 :西北农林科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:xianglikai
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西北干旱地区农业用水匮乏,灌区是农业用水的主要部分,必须大力发展农业节水研究,挖掘农业节水潜力。目前,要提高农业水资源管理水平和用水效率,必须建立一套科学合理的农业用水评价体系。作物生产水足迹的提出和应用为农业用水资源的科学管理开拓一个新的视角,作物生产水足迹统一了雨养农业和灌溉农业,为水资源的科学合理且高效地使用提供了理论基础。本研究立足于宝鸡峡灌区,基于遥感的方法精准识别灌区的作物种植结构并实现作物产量的空间展布,构建了灌区尺度作物水足迹量化方法和模型,实现了灌区尺度蓝水和绿水足迹的准确、快速量化。本研究结果可以为宝鸡峡灌区农业水资源高效利用和调控提供依据和保障。本研究主要取得了以下成果:(1)基于遥感的方法可以实现灌区作物的识别和估产。结合灌区物候信息,下载关键生育期的Sentinel-2A遥感影像,对比最大似然法和支持向量机分类方法,支持向量机分类法识别精度更高,误分、错分的现象较少;因此,采用支持向量机分类方法对灌区2017-2020年小麦和玉米的种植区域进行识别提取。基于关键生育期NDVI与作物产量建立估产模型,模型的模拟结果与调研产量的相关系数R2均大于0.6,可以实现灌区产量的空间展布。灌区2017-2020年小麦产量主要集中在5.6-6.8 t/hm2,玉米产量主要集中在6.8-8.0 t/hm2。(2)构建了适用于灌区尺度作物耗水模拟的WFAT模型。基于双源蒸散发原理,加入SCS曲线,对土壤进行分层处理,改进了土壤蒸发入渗模块,根据灌区灌溉定额和灌溉制度,加入灌溉模块,分情景模拟雨养和雨养+灌溉情景下的作物耗水情况。通过实测数据对模拟结果进行校准和验证,小麦和玉米校准期和验证期的相关系数R2均大于0.6,模型可以实现灌区的耗水模拟。灌区作物的实际蒸散发ET主要表现为植被蒸腾T,ET在1-10月呈现先增加后减少的趋势。(3)基于遥感水足迹量化方法实现了灌区蓝水和绿水足迹的精准量化。灌区小麦生产绿水足迹年平均值为0.386 m3/kg,年平均蓝水足迹为0.456 m3/kg,蓝水足迹占总水足迹的54.16%;玉米年平均绿水足迹为0.507 m3/kg,年平均蓝水足迹为0.345 m3/kg,蓝水足迹占总水足迹的40.53%。受降水资源影响,小麦绿水足迹呈现中部偏高,周边偏低分布,玉米绿水足迹呈现中部偏低,东南部偏高的分布;受灌溉水资源和渠道输水损失影响,小麦和玉米蓝水足迹均呈现中部偏低,周边偏高的分布。(4)为宝鸡峡灌区的水资源高效利用提供建议。对比分析小麦和玉米生育期降雨、灌溉水量和总水足迹发现,为进一步提高作物用水效率,需通过节水技术减少春季小麦灌溉损失水量,提高灌溉水利用效率;同时调整玉米的种植结构,增加种植面积,提高绿水资源消耗,并同时适当减少玉米灌溉用水,降低灌溉损失。合理分配管理灌区灌溉用水,达到水资源高效利用和灌区粮食安全的长远发展的目的。
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