建三江垦区灌溉用水量测算及关键驱动因子识别

来源 :东北农业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:Q529801428
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我国作为一个水资源极度短缺的农业大国,农业用水占水资源消耗的60%以上,且农业用水量中有90%以上用于农业灌溉,因此,对灌溉用水量进行测算并分析其变化趋势以及驱动因子,并对各驱动因子的影响效能进行定量分析,识别关键影响因子,并根据各驱动因子对灌溉用水量的影响程度,提出节约灌溉水的可行性建议,对提高灌溉节水水平和保障水资源可持续发展具有重要意义。本文以建三江垦区15个农场为研究对象,通过1995-2018年的气象数据、作物生育数据、各农场作物种植数据及灌溉水利用数据,基于Penman-Monteith公式计算垦区参考作物蒸发量,并结合单作物系数法计算建三江垦区种植作物(水稻、玉米、大豆、小麦、麻类、青饲料、甜菜)在生育期的需水量,通过有效降雨和净灌溉定额相关公式估算不同作物的有效降雨量及作物灌溉需水量,而后进一步测算出各农场灌溉用水量。并通过对数平均迪式指数分解模型(Logarithmic Mean Divisia Index,LMDI)定量分析建三江垦区各农场作物的种植面积变化、种植结构变化、气候变化和节水措施改进对各农场灌溉用水量的效应,确定影响灌溉用水量的关键驱动因子。本文研究所得主要结论如下:(1)建三江垦区1995-2018年参考作物年蒸发量变化范围为549.86mm~670.60mm,多年平均的参考作物年蒸发量为606.68mm。不同作物在生育期内的作物需水量、有效降雨量和作物灌溉需水量存在显著差异,同种作物在生育期内的作物需水量、有效降雨量和作物灌溉需水量年际变化呈波动趋势且较为平缓。水稻、玉米、大豆、小麦、麻类、青饲料、甜菜生育期内多年平均需水量分别为484.88mm、427.14mm、319.11mm、288.45mm、296.14mm、305.62mm、362.9mm,有效降雨量分别为298.4mm、295.76mm、263.52mm、203.44mm、181.01mm、184.01mm、225.34mm,灌溉需水量分别为186.49mm、131.38mm、55.58mm、85mm、115.13mm、121.6mm、168.67mm。(2)建三江垦区各农场在1995-2018年种植面积及垦区总种植面积均呈现明显增加情势,且各农场种植面积在2007年均出现大幅增长现象;种植结构出现大规模的变化,从1995年以小麦、大豆为主要作物的种植结构到2018年以水稻为主要作物;用来反映气候变化的作物净灌溉定额,在1995年、2007年、2008年2017年和2018年较大,反映这几年气候条件有利于作物生长,而1997年、2006年、2012年2013年和2016年较小则说明这几年气候对作物生长不利;灌溉水利用系数从1995年的0.362到2018年提高至0.462,提高了0.1,提高幅度为27.62%,年均提高1.15%。1995-2018年建三江垦区各农场及整体灌溉用水量呈增加趋势,自1995年到2010年随时间推移,每年灌溉用水量呈逐步上升趋势,且在2007各农场的灌溉用水量均出现大幅增长,自2011年到2018年,年灌溉用水量趋于稳定。(3)灌溉用水量LMDI加法分解的结果表明大兴农场、前锋农场和洪河农场表现出种植面积效应对灌溉用水量影响最大,表明种植面积效应是大兴农场、前锋农场、洪河农场灌溉用水量增长的关键驱动因素;八五九农场、胜利农场、七星农场、勤得利农场、青龙山农场、前进农场、创业农场、红卫农场、前哨农场、鸭绿河农场、二道河农场以及浓江农场均表现为种植结构效应对灌溉用水量影响最大,说明在以上各农场种植结构效应是灌溉用水量增长的关键驱动因素;气候变化效应对灌溉用水量的增长有一定促进作用,但影响较小,节水措施效应在各农场均表现为抑制灌溉用水量增长,表明节水措施效应是抑制灌溉用水量增长的关键驱动因素。(4)灌溉用水量LMDI乘法分解中表明建三江垦区各农场在1995-2000年、2001-2006年、2007-2012年、2013-2018年四个时间段中,种植面积和种植结构对各农场作物的效应值均大于1,气候变化效应值在各农场不同时期表现不一致且对灌溉用水量影响相对较小,各时期各农场节水措施的效应值均小于1,这说明种植面积变化和种植结构变化是促进灌溉用水量增加的主要因素、气候变化对灌溉用水量的影响较小。近年来节水措施效应在2007-2012年和2013-2018年两个时间段内表现较为明显,也从侧面反映出国家大力倡导的“节水增粮行动”取得较大成效。(5)通过对建三江垦区各农场灌溉用水量及灌溉用水量驱动因子分析研究,为保障垦区农业健康可持续发展,建议在作物快速生育期及结实期,根据不同作物的缺水情况对作物进行灌溉,能够有效缓解作物在当前生育阶段的缺水状况,提高作物产量;水稻种植面积和种植结构的增大时建三江垦区各农场灌溉用水量增大的主要影响因素。玉米种植面积和种植结构对各农场灌溉用水量的增加有一定的促进作用。大豆、小麦、麻类、青饲料和甜菜的种植结构增大对灌溉用水量降低的作用比种植面积增大对灌溉用水量促进的作用更大,因此减小水稻种植面积并适当增加种植大豆、小麦、麻类、青饲料和甜菜等作物对灌溉用水量的降低有一定促进作用;控制灌溉技术及“节水增粮行动”对降低灌溉用水量取得较大成效,今后垦区应当继续大力发展节水措施并提高用水管理水平,以实现垦区农业健康可持续发展。
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