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測地所在中國節水灌溉綜合效益及應用潛力研究方面取得進展
2019-04-01| 【 】|閱讀次數: |文章來源:

  作為世界水稻生產大國,中國以占全球19%的種植面積生產了占全球32%的水稻。目前水稻種植仍然以大水大肥模式為主。大量施肥造成了較為嚴重的稻田氮磷面源污染;同時,在常規淹水灌溉(FI)模式下,水稻灌溉需水量大,約占全國年灌溉用水總量的65%。在當前人口增長和水環境退化的大背景下,水稻生產不僅需要保證產量,同時還需應對水資源短缺以及水稻生產引發的各種環境問題。 

  中國科學院測量與地球物理研究所環境災害評估團隊副研究員莊艷華、研究員張亮、中級  李思思等與中國農業科學院農業資源與農業區劃研究所、北京大學等單位合作,從國家尺度分析了中國節水灌溉的綜合效益及應用潛力。目前淺濕(SWI)、間歇(II)、控制(CI)和蓄雨灌溉(RGI)是中國常見的稻田節水灌溉模式。淺濕灌溉的主要特點是,除曬田和人工排水外,田間建立淺水層;間歇灌溉主要表現為淺水層和無水層交替;控制灌溉是除返青期和分蘗初期田間建立水層外,其余生育期處于無水層狀態;蓄雨灌溉是在不影響水稻生長的前提下,最大程度利用雨水灌溉,且常與其他節水灌溉模式結合應用。該研究基于多點田間研究數據重點從節水、增產和氮素徑流流失負荷削減3個方面對比分析了不同模式的綜合效益。 

  控制灌溉具有最佳的節水效果和氮素徑流流失減排效果,平均節水率和污染負荷削減率可達35.12%54.97%;其次是蓄雨灌溉、淺濕灌溉和間歇灌溉。整體而言,節水率和污染負荷削減率呈顯著正相關(圖1a)。由于田埂的存在,長期低水位或無水位運行使節水灌溉在面源污染控制方面具有“控源增匯”的雙重功能,一方面,可大大降低徑流排水幾率、延緩暴雨后田間排水時間、削減高濃度田面水排放量,起到“控源”作用;另一方面,可增加田間水儲存“空間”,從而提高稻田容納雨水、灌溉來水甚至消納生活污水的潛力,起到“增匯”作用。從增產效果看,蓄雨灌溉增產效果最佳,平均增產率可達11.82%,其次是淺濕灌溉(8.12%)和間歇灌溉(5.40%);控制灌溉增產效果不太顯著,平均增產率為0.79%。整體而言,增產率隨節水率增加呈“先增后減”趨勢(圖1b)。相比于淹水灌溉,適度的節水灌溉可改善土壤透氣性、促進根部發育并提高水肥利用效率等,從而增加水稻產量;但當節水率增加到一定程度,會因缺水型水分脅迫導致增產效率降低、甚至減產。 

  

  1 常見節水灌溉模式不同效率之間的變化關系: 

  a. 污染負荷削減率與節水率;b. 增產率與節水率 

  節水灌溉普遍適宜于水肥保持能力強、氣候濕潤、地下水位較高以及地勢平坦等區域。通過分析不同節水灌溉模式的適用條件和特點,本研究構建了中國節水灌溉模式識別指標體系,共包括土壤、氣候水文、地形和目標效率4類及土壤質地、土壤肥力、土壤鹽堿度、降水、地下水位、地類/坡度和綜合效益7項指標。基于指標體系和GIS空間分析技術,繪制了4種節水灌溉模式潛在的應用空間分布圖(圖2)。中國約94.19%的稻田區域適宜實施節水灌溉,應用潛力大。其中,淺濕灌溉分布最為廣泛,適宜于約90.03%的稻田區域;其次是控制灌溉和間歇灌溉,適宜于約23.33%的稻田區域;蓄雨灌溉的適宜范圍約占4.16%5.81%的稻田區域因土壤鹽堿化和肥力低下等因素不適宜實施節水灌溉。在中國全面實施節水灌溉的情況下,在國家尺度上可節水約22.06-26.41%、削減氮素徑流流失負荷約31.11-39.11%、增產約5.39-6.87% 

  

  2 中國稻田節水灌溉模式潛在的應用空間分布圖 

  稻田節水灌溉的多功能符合《2030年可持續發展議程》多項發展標準,在確保水稻穩產增產的同時,可有效緩解水資源短缺、控制面源污染;同時,還被證實有利于控制稻田溫室氣體排放、降低病蟲害風險等,值得在全國推廣應用。 上述研究成果以Effects and potential of water-saving irrigation for rice production in China201935日正式發表于國際學術期刊Agricultural Water Managementhttps://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0378377418315737)。該研究得到國家重點研發計劃、中國科學院青年創新促進會和農業部面源污染控制重點實驗室等資助。

 
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