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干旱区作物需水量变化及归因研究方面取得进展
        干旱区作为资源性缺水大区,水资源问题一直是大家关注的热点,如何合理利用水资源、提高水资源利用效率是众多科技人员和水资源管理者关注的焦点。前人对干旱区的参考作物蒸散发(ET0)和作物需水量(ETc)及其与气候因子的相关关系等进行了一系列的探讨,并得出了很多有益的结论。然而,很少有研究涉及干旱区的区域作物需水量(AWD)及其对气候变化和人类活动的响应。塔里木河流域属于内陆干旱区,生态环境极端脆弱,农业用水比重高,占总用水量的95%以上。全球变化背景下,区域作物需水量的变化趋势将对用需水产生重大影响。在气候变化和人类活动综合影响下,塔里木河流域绿洲作物需水量(AWD)的变化及其归因研究对这一高度缺水地区的灌溉管理,以及社会经济和自然生态系统间的水资源分配至关重要。
        针对上述问题,实验室陈亚宁研究员团队结合野外调研,利用塔里木河流域24个国家气象站的六种气象要素的日数据,通过Penman-Monteith方程和作物系数方法估算了不同作物的作物需水量,并利用加权平均方法估算了1960-2015年间塔里木河流域作物需水量(AWD)的变化(图1)。为了厘清气候变化和人类活动对作物需水量变化的影响,本研究基于传统方法和数值试验方法对气象因子和种植结构(即作物种植面积比例)对AWD变化的贡献进行量化。结果表明,AWD在1960-1988年期间以每年2.76mm的速度下降,在1989-2015年间则以每年9.47mm的速率快速增长。在第一阶段(1960 - 1988年),风速(uz),最大湿度(RHmax)和日照时间(n)是导致AWD下降的最重要因素,而在第二阶段(1989-2015),种植结构改变,尤其是高耗水的棉花种植面积大幅扩张是导致AWD快速增长的最重要因素,其次是最低温度(Tmin),风速(uz)和最大湿度(RHmax)。仅种植结构的改变将导致作物需水量的增加速率每年高达7.1mm,而所有六种气象要素导致作物需水量的增长率仅为每年1.9mm(图2)。研究结果可以为干旱区绿洲作物种植结构调整与农业节水灌溉、水资源优化配置提供科学依据。
        相关研究以Variation of agricultural water demand and its attributions in the arid Tarim River Basin为题发表于剑桥大学出版社的The Journal of Agricultural Sciences上。详见:https://www.cambridge.org/core/journals/journal-of-agricultural-science/article/variation-in-agricultural-water-demand-and-its-attributions-in-the-arid-tarim-riverbasin/B64B2436BA9A01D7DA55BCDAD719873A  



图 1 (a)塔里木河流域基于气象观测站分布的Thiessen多边形划分和1960-2015年平均ET0的空间变化。其中,红色斑块表示农田分布,不同颜色代表不同地州。(b)1960-2015年间流域ET0的变化和(c)1960-2015年间流域作物需水量(AWD)的变化。
 
图 2 在不同的数值试验下,塔里木河流域作物需水量(AWD)变化


 
 

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