基于区域水平衡的农业旱灾风险防范初探 ——以邢台市为例

论文摘要

旱灾指因气候严酷或者不正常的干旱而对人类生产生活产生危害的一种气象灾害。旱灾孕发过程缓慢,易被忽视,但成灾后所带来的损失已不容小觑,其中农业是最容易受到旱灾直接影响的行业。农业旱灾是土壤水分不足导致农作物无法正常生长,造成大面积减产或绝产的灾害,是由自然因素、社会因素、生态因素共同作用的结果,严重制约河北省农业经济的发展。农业旱灾直接后果会造成农作物减产、粮食短缺,而长期的干旱会导致土地资源退化,生态环境恶化,最终制约人类正常的生产生活以及社会经济的可持续发展。可以通过多源水资源综合开发利用、降低灌溉定额、提高灌溉水利用系数、优化农作物种植结构等方式改善农业旱灾。挑选出自然降水条件下适水性高的作物,优化种植结构,提高自然降水利用率,减少农业用水,维持农业生态系统的良性循环,预防和减轻旱灾对人类生活的影响,对社会有重大现实意义。基于邢台市1994~2015年统计年鉴数据和1981~2015年累年值日值降水数据,建立邢台市17个县(市)的农业生产数据库;在实际播种面积和单产条件下估算了冬小麦、夏玉米、棉花的总产理论需水量,分析邢台市在自然降水条件下农作物缺水的空间情况;根据1966~2015年自然降水数据划分降水年型,选取枯水年(2001年)、偏枯水年(2005年)、丰水年(2009年)、偏丰水年(2013年)、平水年(2015年),利用温度植被指数模型,对生育期缺水量较大的作物进行旱情解译,确定旱情的空间分布;对邢台市9种主要农作物进行自然降水条件下的水分生态适宜性评价,确定基于自然降水条件下最适宜的作物,在地下水禁采、限采的政策下,按照“社会—经济—生态”共同发展的原则进行邢台市农业布局调整。研究结果表明:(1)邢台市冬小麦、玉米、棉花在生长期内,就多年平均状况来看,无论是单产条件下还是总产条件下都是冬小麦缺水量最大,玉米和棉花在大多数年份的自然降水条件下生育期水分可达到平衡,但实际年降水不均,有少部分年份缺水,缺水量较小。从空间角度来看,西部山区中邢台县冬小麦生育期需水量相对自然降水来说多年平均缺水0.49亿m3;中部山麓平原带的宁晋县、隆尧县冬小麦播种面积较大,生育期需水量相对自然降水来说多年平均缺水1.5亿m3;东部平原区的威县和临西县冬小麦生育期需水量和自然降水量相比缺水量相对较大,多年平均缺水0.69亿m3。(2)冬小麦旱情和降水年型有关系,干旱年和偏干旱年的冬小麦旱情比丰水年、偏丰水年和平水年严重;空间呈西部山区和东部低平原区旱情等级较高,中部山麓平原带由于浅层地下水资源相对丰富,地表温度较低,显示出实际旱情等级较低。(3)根据水分生态适应性指数对邢台市9种农作物在不同降水年型下进行适水性评价。在丰水年型下农作物适水性排序为:高粱>谷子>大豆、玉米>花生>棉花>红薯>油菜>向日葵;偏丰水年型下农作物适水性排序为:高粱、大豆>玉米>谷子>棉花>花生>红薯>油菜>小麦>向日葵;平水年型下农作物适水性排序为:高粱>大豆>玉米>谷子>花生>棉花>红薯>油菜>向日葵;偏枯水年型下农作物适水性排序为:高粱>大豆、玉米>谷子>棉花>花生、红薯>油菜>向日葵;枯水年型下农作物适水性排序为:高粱>大豆>玉米>谷子>花生>红薯>棉花>油菜>向日葵。总体看来高粱、大豆、玉米、谷子、棉花、花生、红薯适水性较好。(4)以水资源总量平衡、粮油安全、播种面积等为约束条件,制定邢台市各县的种植结构调整方案。模拟结果为全市冬小麦播种面积可以减少25826 hm~2;为弥补减少冬小麦播种面积所降低的粮食产量,全市适水性好的作物如玉米、大豆播种面积可以大幅度增加,在水资源紧缺的宁晋县、隆尧县、威县适水性好的作物播种面积可以明显增加,减少灌溉水用量;在西部山区和东部平原区可适当增加红薯的播种面积,全市共计增加11684 hm~2;为保证粮食安全,在粮食作物需要扩大播种面积的威县、南宫市等县棉花的播种面积可以适当减小;花生适合在西部山区的砂土中种植,可适当增大西部山区花生的播种面。该设计方案保证了每个县粮食产量以及经济效益,全市可节约9.15亿m3的水资源,在缺水量较大的地区如隆尧县、宁晋县、威县等可节约水量较大,模拟种植结构优化效果明显。(5)综合考虑全市空间缺水情况、种植结构优化方案和土壤条件得到邢台市种植结构设计空间优化方案。(1)西部山区可以在林果业基础上发展生态旅游等项目,形成特色农业体系,缺水量较大的内丘县、邢台县、沙河市砂土资源丰富,可以减少冬小麦播种面积,适当扩大红薯、花生等根茎类作物的播种面积;(2)中部山麓平原带位于浅层地下水超采区,应合理利用现有水资源,缺水量较大的宁晋县和隆尧县减少冬小麦的播种面积,适当扩大棉花、花生、红薯的播种面积,实现水资源的高效利用;(3)东部平原区位于深层地下水禁采区,地下水资源匮乏,在缺水量较大的南宫市、威县、临西县减少冬小麦播种面积,播种玉米、大豆等土壤适应性和适水性均好的作物代替冬小麦,其余县可以在砂土多的地方如清河县、威县扩大红薯、花生的种植面积,在粘壤土粘性适中的地方扩大玉米、大豆等适水性高的作物,提高自然降水利用率,促进雨养农业的发展。

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摘要

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1 引言

1.1 研究背景

1.2 国内外研究进展

1.2.1 国外研究进展

1.2.2 国内研究现状

2 研究区概况

2.1 自然条件

2.1.1 地理位置

2.1.2 地形地貌

2.1.3 气候

2.1.4 水文水资源

2.1.5 土地资源

2.2 社会经济状况

2.2.1 人口和经济

2.2.2 种植结构

2.3 数据来源

3 基于历史产量的农业水资源供需状况估算

3.1 有效降水量

3.1.1 作物生长期有效降水量的估算模型

3.1.2 邢台市各县（市）作物有效降水量

3.2 基于单产的农作物需水量估算模型

3.2.1 基于单产的冬小麦生育期水分供需状况

3.2.2 基于单产的玉米生育期水分供需情况

3.2.3 基于单产的棉花生育期水分供需情况

3.3 基于总产的农作物需水量估算模型

3.3.1 基于总产的冬小麦生育期水分供需情况

3.3.2 基于总产的玉米生育期水分供需情况

3.3.3 基于总产的棉花生育期水分供需情况

3.4 邢台市各县冬小麦缺水情况

3.4.1 西部山区冬小麦缺水情况

3.4.2 中部山麓平原区冬小麦缺水情况

3.4.3 东部平原区冬小麦总产理论缺水情况

4 冬小麦旱情空间分布的遥感验证

4.1 降水年型的确定

4.1.1 降水距平百分率

4.1.2 根据降水距平百分率划分降水年型

4.2 温度植被干旱指数

4.2.1 温度植被干旱指数计算模型

4.2.2 温度植被干旱指数分级标准

4.3 邢台市冬小麦旱情动态空间分布

5 基于自然降水量的适宜性作物选择

5.1 水分生态适应指数计算模型

5.2 作物水分生态适应性评价

5.2.1 丰水年农作物水分生态适应性评价

5.2.2 偏丰水年农作物水分生态适应性评价

5.2.3 平水年农作物水分生态适应性评价

5.2.4 偏枯水年农作物水分生态适应性评价

5.2.5 枯水年农作物水分生态适应性评价

5.3 不同降水年型下邢台市作物适宜性状况

6 邢台市种植结构调整初探

6.1 规划模型的确定

6.1.1 目标函数

6.1.2 约束条件

6.2 模型求解

6.2.1 西部山区种植结构优化方案

6.2.2 中部山麓平原带种植结构优化方案

6.2.3 东部平原区种植结构优化方案

6.3 邢台市种植结构调整情况

6.3.1 作物土壤适宜性

6.3.2 西部山区种植结构调整情况

6.3.3 中部山麓平原带种植结构调整情况

6.3.4 东部平原区种植结构调整情况

7 结论与讨论

7.1 结论

7.2 讨论

参考文献

后记

攻读学位期间取得的科研成果清单

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 张瀚文

导师: 商彦蕊

关键词: 邢台市,干旱,作物耗水,作物水分生态适宜性,种植结构调整

来源: 河北师范大学

年度: 2019

分类: 基础科学,农业科技

专业: 气象学,农业基础科学,植物保护

单位: 河北师范大学

分类号: S423

总页数: 73

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