华北地区主要粮食作物生长水足迹及适水种植研究

论文摘要

农业水资源短缺和水环境污染制约着我国粮食生产与社会发展。华北地区是我国重要粮食主产区,但农业用水需求量大且面源污染严重,让农业水资源的短缺情况呈现持续严重态势。提高农业水资源利用效率、控制面源污染,是有效缓解农业水资源短缺现状,保障我国粮食安全的重要举措。为此,须对作物生长对水资源的消耗与对水环境的污染情况进行估算与评价,探究作物适水种植现状,寻找减少灌溉需水量（蓝水）和稀释污染物所占用水资源量（灰水）的改进建议与措施,以期为农业水资源高效利用、面源污染防控和粮食作物合理布局提供技术支撑与决策参考。基于此,本文利用作物生长水足迹理论,以地级行政区为基本分析单元,核算了华北地区2000-2017年生长水足迹,重点分析生长灰水足迹时空变异规律及其与影响因素之间的关系;构建适水种植适宜性评价指标,基于蓝水需求分析模式,评价华北地区市际间小麦、玉米适水种植适宜性,提出种植布局优化方向;考虑灰水后,探究在现状农业用水总量约束条件下可承载的作物种植规模;最后提出减少蓝水和灰水的具体建议,以实现农业水资源高效利用和农业生产可持续发展。主要成果如下:1、主要粮食作物生长灰水足迹,小麦0.35m3/kg大于玉米0.32m3/kg,两作物均呈波动下降趋势,表明氮肥施用对水资源占用的影响逐渐减小。从减少施氮量、提高单产两个方面,提出以下改进建议:（1）施氮量。小麦应努力减少北京、天津、河北平原的施氮量,河北平原重点关注石家庄、秦皇岛和唐山;玉米建议减少江苏、天津、北京平原的施氮量,江苏平原重点关注连云港和徐州;（2）单产。小麦应提高北京、天津的单产;玉米需提高天津、河南平原的单产。2、小麦生长以灌溉水（蓝水）为主,玉米以天然降水（绿水）为主。小麦蓝水约为绿水的1.5倍,玉米绿水约为蓝水的1.8倍,同一作物不同地区之间,绿、蓝水足迹差别较大,对作物进行适水种植,合理规划种植布局,对于提高水资源利用效率具有重要意义。3、构建适水种植评价指标,综合考虑蓝水需求和蓝水比例指数,将种植区划分为高、中、低适宜区。小麦、玉米种植适宜性较高的区域均集中在河南南部、安徽和江苏,零星分布在山东南部,建议提高水资源利用效率,同时扩大作物种植规模。4、进一步考虑灰水占用后,种植适宜性下降的地区,小麦有河南的郑州、平顶山、周口、信阳和新乡,玉米有河南的漯河、商丘、周口、信阳和驻马店、安徽的淮北、蚌埠和淮南、江苏的宿迁,适宜性下降表明该地区灰水对种植适宜性产生较大的负面效应,需努力减少灰水足迹。5、以灌溉用水量不增长为原则,将现状灌溉用水量作为农业用水总量控制红线,基于蓝水需求、蓝水需求加灰水占用两种分析方式,探究华北地区各市小麦、玉米种植可承载力,结果显示:小麦播种面积由1448调减至835.3万公顷,减少了42%;玉米播种面积由1 177调减至635.2万公顷,减少了46%。本文的创新性表现在:1、以地级行政区为基本单元,探究灰水足迹与影响因素之间关系的区域性差异。2、构建适水种植适宜性评价指标,提出主粮作物适水种植的高、中、低适宜区,在蓝水需求、蓝水需求加灰水占用两种分析模式下,探究各地区作物种植适宜性变动情况及主粮种植可承载能力。3、在考虑蓝水需求的基础上,再加入灰水,讨论基于现状用水总量下的主粮作物种植面积下降情况和减缓措施。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景及意义
•     1.1.1 研究背景
•     1.1.2 研究意义
•   1.2 国内外研究进展
•     1.2.1 作物生长水足迹理论
•     1.2.2 作物生长水足迹研究进展
•     1.2.3 种植结构优化研究进展
•   1.3 研究内容及技术路线
•     1.3.1 研究目标
•     1.3.2 研究内容
•     1.3.3 研究技术路线
•   1.4 主要创新点
• 第二章 研究区概况、研究方法与数据来源
•   2.1 研究区概况
•     2.1.1 地理位置
•     2.1.2 粮食生产现状
•     2.1.3 水资源现状
•   2.2 研究方法
•     2.2.1 作物生长水足迹研究方法
•     2.2.2 GIS空间分析方法
•     2.2.3 适水种植评价指标构建与解释
•   2.3 数据来源
•     2.3.1 硝态氮淋溶率数据
•     2.3.2 单位面积施氮量数据
•     2.3.3 粮食生产数据
•   2.4 小结
• 第三章 主要粮食作物生长灰水足迹区域差异及影响因素分析
•   3.1 单位面积施氮量时空变化特征
•     3.1.1 小麦
•     3.1.2 玉米
•   3.2 生产灰水足迹时空变化特征
•     3.2.1 小麦
•     3.2.2 玉米
•   3.3 生长灰水足迹影响因素分析
•     3.3.1 小麦
•     3.3.2 玉米
•   3.4 小结
• 第四章 主要粮食作物生长总水足迹及构成区域差异
•   4.1 生长总水足迹及构成时间序列变化
•     4.1.1 小麦
•     4.1.2 玉米
•   4.2 生长总水足迹及构成空间分布特征
•     4.2.1 小麦
•     4.2.2 玉米
•   4.3 生长总水足迹空间演化趋势
•     4.3.1 小麦
•     4.3.2 玉米
•   4.4 小结
• 第五章 主要粮食作物适水种植评价
•   5.1 适水种植评价
•     5.1.1 小麦
•     5.1.2 玉米
•   5.2 基于蓝、灰水的小麦、玉米种植规模分析
•   5.3 减少蓝水需求与灰水占用建议
•   5.4 小结
• 第六章 主要结论与展望
•   6.1 主要结论
•   6.2 不足与展望
• 攻读硕士学位期间发表的论文及所取得的成果
• 致谢
• 参考文献

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张瑀桐

导师: 汪林

关键词: 生长水足迹,小麦,玉米,适水种植,适宜性评价,华北地区

来源: 中国水利水电科学研究院

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 地球物理学,农业工程

单位: 中国水利水电科学研究院

分类号: S271

总页数: 80

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