河套灌区春小麦生产水足迹影响因子敏感性及贡献率分析

摘要

[目的]农业水资源高效利用是保障国家粮食和水资源安全的重要途径,作物用水评价是农业用水管理的主要研究课题之一.水足迹为农业用水评价提供了新的指标体系,研究旨在通过对作物生产水足迹影响因素进行定量评价,进而进行水足迹调控,以便实现农业水资源高效利用.[方法]以河套灌区为研究区域,基于水足迹概念体系,利用改进的水足迹量化方法对河套灌区春小麦生产水足迹进行量化并分析其在研究时段内的演变特征;利用单因素轮换(One-At-A-Time,OAT)敏感性分析方法和贡献率分析方法探究气候、农业生产投入因子和水资源利用效率对春小麦生产水足迹变化的驱动力.[结果]春小麦生产水足迹在研究时段内呈显著下降趋势,从1 981年的4.71 m3·kg-1,下降到201 0年的1.52 m3·kg-1;同时年际变化呈现出较为明显的阶段性特征,可划分为波动性下降期(1981-1987年)、快速下降期(1988-1995年)、缓慢下降期(1996-2010年),该变化规律与灌区农业生产和灌溉水平的发展特征基本一致;从水足迹的蓝、绿水构成来看,河套灌区春小麦生产水足迹中蓝水足迹比例超过90％,而绿水足迹比例不足10％,这与灌区农业生产用水特征相一致.敏感性分析显示,水足迹对各个因子的敏感性差别十分显著,日照时数、相对湿度、降水量、灌溉水利用系数和单位面积化肥用量在±20％波动的情况下,春小麦生产水足迹的波动范围分别为±30％、±24％、±2％、±63％和±4％,春小麦生产水足迹对灌溉水利用系数、日照时数和相对湿度的敏感性较高,对其余影响因子的敏感性较低.贡献率分析显示,研究时段内相对湿度的减少和降水量的增加促使春小麦生产水足迹的增加.而日照时数的下降、化肥使用量以及灌区用水效率的提高促使了春小麦生产水足迹的降低.定量分析结果显示,化肥和灌溉水利用系数对春小麦生产水足迹变化的贡献率分别为-36.89％和-39.42％,而气候因子的综合贡献率仅为2.80％,对研究时段内春小麦生产水足迹下降贡献率最大的是灌溉水利用系数,其次为单位面积化肥用量,而相对湿度、日照时数和降水量三者的贡献率相近,贡献率最小的是日照时数,这主要是因为日照时数在研究时段内的变率较小.[结论]气候、农业生产资料投入和水资源利用效率是影响作物生产水足迹的主要因素,就河套灌区而言,农业生产资料投入和水资源利用效率的提高是促使灌区春小麦生产水足迹下降的主要因素,而气候因子在研究时段内对春小麦生产水足迹的影响较小.