气候变化对黑河流域典型作物需水影响及综合应对措施

摘要

由于降雨、蒸发和土壤水之间存在水量平衡关系，全球气候变化势必会对未来作物灌溉格局造成一定影响。未来气候变化模式下，降雨、温度和辐射等气象因子的随机性、趋势性、周期性和时间节律发生改变。这些气象因子将直接影响作物的生长发育情况，进而对作物需水产生影响。需要特别指出的是温度的时间节律变化会直接影响作物发育期长度、开始（结束）时间，从而导致作物物候期改变。作物物候期作为表征气候变化对农业影响最为敏感的因子之一，是该领域研究的热点和前沿问题。开展气候变化下基于物候期的作物需水变化研究，可以为农业供需水的研究提供直接技术支持，对农业生产系统管理具有重要意义。
　　 以往物候期研究多以多年物候观测资料为基础，该方法对于缺资料地区受到了一定的限制，本文借助作物发育期积温阈值研究来弥补物候观测资料的不足。利用作物生长条件所需的最低活动积温值，计算出不同作物发育期的开始与结束时间，计算结果均在实测资料范围以内。利用气候倾向率，得到作物发育期的物候变化规律:其中小麦播种期提前了5～9d，出苗期提前了7～8d，分蘖期提前了5～6d，拔节期提前了3～4d，抽穗期提前了5～7d，腊熟期提前了14d;玉米播种期提前了4d，出苗期提前了2d，吐丝期提前了2d，腊熟期提前了5d。
　　 运用1961-2010年逐日气象资料，识别气温突变点，作为受气候变化影响强弱的拐点，结合物候期变化规律，系统辨识气候变化下基于作物物候期的需水量时空演变特征，对比性分析了考虑作物物候期与不考虑物候期影响的需水量变化。突破了以往研究多从农业气候因子与作物需水变化之间的关系、及温度增加情景下的需水变化两个方面的局限性。结果表明:气候变化影响下，不考虑作物物候变化，小麦需水量增加了6％，玉米需水量增加了0.7％;考虑作物物候变化，小麦需水日期提前了10d，需水天数缩短了7d，需水量降幅为11.5％;玉米需水日期提前了9d，需水天数缩短了7d，减幅为1.8％。
　　 依据已有的研究成果，本文选取了气温和物候期两个控制变化，建立了8种未来气候变化情景，对不同气候变化情景下中游作物需水量需水进行分析。结果表明，气温每升高1℃，小麦发育期开始时间提前2d，发育期长度缩短2d，需水量增加1.4mm;玉米发育期开始时间提前3d，发育期长度缩短4d，需水量减少0.9mm。
　　 分析黑河流域基本灌溉制度的基础上，基于上述研究成果，以流域社会、经济和生态可持续发展为目标，提出了流域农业灌溉应对气候变化影响的对策措施。

目录

声明

论文说明

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景、目的及意义

1．1．1 气候变化对作物需水研究背景

1．1．2 研究目的及意义

1．2 国内外研究进展

1．2．1 气候变化对作物需水总量的影响

1．2．2 气候变化对作物需水过程的影响

1．3 研究内容

1．4 论文技术路线

1．5 论文的创新点

第二章 研究区概况

2．1 自然地理概况

2．1．1 地理位置

2．1．2 地形地貌

2．1．3 河流水系

2．1．4 气候特征

2．1．6 土壤特征

2．2 社会经济概况

2．3 绿洲灌区情况

2．4 黑河流域水资源面临的主要问题

本章小结

第三章 黑河流域气象要素演变规律分析

3．1 数据来源

3．1．1 基本气象数据和地形数据

3．1．2 野外调研

3．2 分析方法

3．3 黑河流域气象要素特征分析

3．3．1 黑河流域降水量时间变化特征

3．3．2 平原区和山丘区降水质心移动特征

3．3．3 黑河流域平原区和山丘区不同降水量覆盖面积变化

3．3．4 黑河流域气温的变化规律分析

本章小结

第四章 黑河流域典型作物物候期演变特征

4．1 作物物候期演变研究技术框架

4．2 典型作物物候期计算方法

4．2．1 小麦发育期积温阈值确定

4．2．2 玉米发育期积温阈值确定

4．2．3 气候倾向率

4．3 积温阈值法适用性分析

4．4 典型作物物候期时空演变规律

4．4．1 小麦发育期物候变化的空间分布

4．4．2 小麦发育期物候时间变化规律

4．4．3 玉米发育期物候变化的空间分布

4．4．4 玉米发育期物候时间变化规律

4．5 黑河中游地区作物物候期变化及需水量分析——以张掖市为例

4．5．1 张掖市典型作物物候期变化规律

4．5．2 张掖市典型作物发育期有效降雨分析

4．5．3 张掖市典型作物发育期需水分析

本章小结

第五章 气候变化对黑河流域作物需水的影响评估

5．1 气候变化对作物需水影响研究总体思路

5．2 气候变化对作物需水影响研究方法

5．2．1 FAO Penman-Monteith方法

5．2．2 时段划分

5．2．3 作物需水的计算

5．3 气候变化对典型作物需水影响

5．3．1 气候变化对小麦需水的影响评估

5．3．2 气候变化对玉米需水的影响评估

本章小结

第六章 气候变化情景下黑河流域作物需水的影响预估

6．1 黑河中游气候变化情景设定

6．2 气候变化情景下黑河中游作物需水的影响分析

6．2．1 气候变化情景下小麦的需水影响分析

6．2．2 气候变化情景下玉米的需水影响分析

本章小结

第七章 面向气候变化的农业需水合理应对措施

7．1 综合应对措施

7．2 抑制非消耗需水量的不合理增长

7．3 提高流域水资源监测和服务能力

7．4 推行农业高效节水灌溉模式

7．5 灌区水利设施翻修重建与加固

7．6 灌区信息综合管理

7．7 加强水资源优化配置，实行灌溉用水总量控制和定额管理

7．7 加大宣传工作力度，提高对灌区水利工作的认识

本章小结

第八章 结论与展望

8．1 论文主要结论

8．2 待解决的问题与展望

参考文献

攻读硕士期间发表的论文

参加的科研项目

致谢