基于水循環(huán)模擬的農(nóng)田土壤水效用評價方法與應用.pdf

1、當前，隨著經(jīng)濟社會的快速發(fā)展，人口的迅猛增長，農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的供用水矛盾日益凸顯。長期以來，糧食高產(chǎn)的壓力促使我國農(nóng)田形成了復種指數(shù)高、套種間種等耕作制度復雜、人工干預行為頻繁的特點，農(nóng)田水循環(huán)系統(tǒng)的“自然-人工”二元特征日益顯著。在二元水循環(huán)模式基本認知的基礎(chǔ)上，認識現(xiàn)代農(nóng)田水文循環(huán)，運用數(shù)學模型定量模擬農(nóng)田土壤水循環(huán)過程，并以此為依據(jù)評價農(nóng)田水分的有效利用程度對維持農(nóng)業(yè)高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)、實現(xiàn)農(nóng)業(yè)高效節(jié)水和應對水資源危機具有十分重要的意義。

2、　　 本文認為，緩解當前農(nóng)業(yè)供用水矛盾，需要開源和節(jié)流措施并重。在開源措施方面，應該充分挖掘土壤水資源的潛力，利用作物根系活動層土壤水庫的調(diào)蓄作用來改善區(qū)域農(nóng)田可供水量的時間不均勻性，可以在一定程度上緩解作物干旱缺水的程度。在節(jié)流措施方面，應充分提高農(nóng)業(yè)水資源的利用效率，通過對農(nóng)田土壤水循環(huán)過程的模擬和計算，解析土壤水循環(huán)過程中水分蓄量和通量的變化規(guī)律，辨識低效水分耗散過程，以采取相應措施，發(fā)掘土壤水資源潛力，進而提高農(nóng)田水分的有效利

3、用程度。同時，在農(nóng)田管理措施方面，應普及和推廣土壤測墑管理技術(shù)，而土壤水循環(huán)過程的模擬計算是制定灌溉措施、進行田間管理的基礎(chǔ)性工作，為科學制定灌溉措施，充分提高單位水資源的產(chǎn)出效益提供重要的參考依據(jù)。
　　 在理論上，論文參考了國內(nèi)外大量的相關(guān)研究，提出了農(nóng)田土壤水效用的概念，并構(gòu)建了土壤水效用評價定量指標體系;在應用上，論文以我國華北平原旱作農(nóng)田為研究對象，利用區(qū)域尺度農(nóng)田水循環(huán)模擬與土壤水效用評價模型—MODCYCLE1.5

4、，解析了半濕潤半干旱地區(qū)農(nóng)田水分循環(huán)過程，并對研究區(qū)土壤水的效用程度進行了定量評價。具體的研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　　 1、從農(nóng)田土壤水循環(huán)角度解析水分的運動路徑和耗散效率，提出了農(nóng)田水分高效利用評價的新方法。文章充分查閱和參考了國內(nèi)外的相關(guān)研究，從區(qū)域尺度審視農(nóng)田的水分循環(huán)過程，目的是實現(xiàn)農(nóng)田土壤水資源的高效利用，手段是以分布式水文模型為工具，建立一套基于土壤水循環(huán)過程模擬的土壤水高效利用評價的新思路。
　　 2、

5、本文嘗試利用分布式水文模型對農(nóng)田土壤水循環(huán)過程進行模擬研究。研究結(jié)合我國華北地區(qū)旱作農(nóng)田的水文過程特點，利用改進的分布式水文模型MODCYCLE1.5對邯鄲市農(nóng)田水循環(huán)過程進行了詳細的模擬。改進的水文模型充分考慮了研究區(qū)農(nóng)田耕作的基本特點，利用海河流域土壤巖性大面積采樣實測數(shù)據(jù)建立了模型土壤屬性數(shù)據(jù)庫，模型其他參數(shù)也經(jīng)過了充分有效的率定，確保了模型對研究區(qū)農(nóng)田水循環(huán)過程模擬結(jié)果的可靠性。
　　 3、文章從水循環(huán)過程的水量平衡效果

6、、區(qū)域出境流量的模擬結(jié)果、區(qū)域農(nóng)田土壤濕度的模擬結(jié)果以及農(nóng)田作物產(chǎn)量的模擬結(jié)果等4個方面對模型進行了全面的驗證，模擬結(jié)果與實測結(jié)果吻合效果較好，模型對研究區(qū)農(nóng)田水循環(huán)的模擬結(jié)果可靠有效。
　　 4、文章提出了農(nóng)田土壤水效用的新概念，土壤水效用指土壤水在開發(fā)利用過程中各個環(huán)節(jié)的資源屬性、時空位置屬性以及功能屬性所處的合理化狀態(tài)。本文提出了土壤水效用表征指標體系，表征指標包括:1）作物根區(qū)土壤水庫有效庫容;2）作物根區(qū)土壤水庫空庫容

7、變化指標，該指標包括土壤水庫空庫容年內(nèi)均值和空庫容年內(nèi)變差2個二級指標;3）作物根區(qū)土壤水庫供水與作物需水的時空匹配度指標，該指標包括土壤水庫供水與作物需水的時間匹配指數(shù)和空間匹配指數(shù)2個二級指標;4）作物根區(qū)土壤水庫的補給效率和有效利用效率指標。
　　 5、定量計算了不同水平年邯鄲市以縣級行政區(qū)為單位的農(nóng)田土壤水效用的各項表征指標。結(jié)果表明，研究區(qū)東部平原區(qū)較西部山區(qū)的土壤儲水能力大，但全區(qū)域農(nóng)田土壤水庫有效供水條件較差，作物

8、缺水和受旱程度較高。從土壤水供需的時間匹配程度來看，研究區(qū)冬小麥分蘗期、拔節(jié)期以孕穗期的土壤水供應明顯不足，灌溉補水十分重要;從土壤水供需的空間匹配程度來看，邯鄲市東中部農(nóng)田水分供需矛盾較為突出。區(qū)域土壤水補給效率計算結(jié)果顯示，邯鄲市各行政區(qū)農(nóng)田年均土壤水補給效率都很高，說明土壤水在補給環(huán)節(jié)中水量的無效損耗不大;區(qū)域土壤水有效利用效率分計算結(jié)果顯示，邯鄲市各行政區(qū)農(nóng)田年均土壤水有效利用效率均不高。
　　 6、文章以邯鄲市縣級行政