發(fā)布時(shí)間：2020-11-22 01:27

　　 全球范圍內(nèi)的水資源短缺問(wèn)題正在日益嚴(yán)峻,已成為全球性的危機(jī)。近些年,氣候變化、社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人口增長(zhǎng)不僅影響著水資源的供給,同時(shí)也在很大程度上影響著水資源的需求。全球70%以上的取水用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn),并且人類消耗的水足跡的90%是來(lái)自農(nóng)產(chǎn)品,農(nóng)業(yè)已成為耗水最高的一個(gè)產(chǎn)業(yè)。全球約80%的雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)產(chǎn)出了約60%的世界糧食,而占耕地20%的灌溉農(nóng)業(yè)區(qū)產(chǎn)出了約40%的世界糧食。水資源時(shí)空分布不均加上農(nóng)業(yè)的高耗水特征,以及水資源的不合理利用等問(wèn)題,使得農(nóng)業(yè)水資源供給面臨巨大壓力。與此同時(shí),氣候變化和作物種植規(guī)模的變化勢(shì)必會(huì)影響區(qū)域農(nóng)業(yè)的需水格局,進(jìn)而影響區(qū)域水平衡。因此,全面認(rèn)識(shí)氣候要素、種植規(guī)模變化背景下的作物需水格局及典型流域的缺水程度對(duì)于揭示農(nóng)業(yè)水資源供需之間的矛盾、科學(xué)合理的水資源管理、農(nóng)業(yè)種植規(guī)模調(diào)整及區(qū)域灌溉方案的制定具有重要意義。為評(píng)價(jià)氣候要素和種植規(guī)模變化對(duì)全球主要作物需水量的影響,本文對(duì)日尺度作物系數(shù)進(jìn)行修正后運(yùn)用作物系數(shù)法計(jì)算了全球主要作物的需水強(qiáng)度,然后結(jié)合作物種植規(guī)模及氣候要素的變化特點(diǎn),定量分析了各主要農(nóng)業(yè)國(guó)作物需水量的影響因素,最后通過(guò)主要農(nóng)業(yè)生產(chǎn)國(guó)主要流域降水虧缺度的分析,明確了各主要流域農(nóng)業(yè)缺水程度的時(shí)空變化特征,主要得出以下結(jié)論:1、從全球主要作物的需水強(qiáng)度特征來(lái)看,小麥需水強(qiáng)度大多在350mm-700mm間,冬小麥需水強(qiáng)度較高,一般大于450mm,春小麥需水強(qiáng)度較低,一般小于450mm;玉米需水強(qiáng)度在350mm-650mm間;大豆需水強(qiáng)度在350mm-550mm間,但巴西和阿根廷的大豆需水強(qiáng)度較高,一般在450mm以上。2、自1980年以來(lái),全球作物需水量的時(shí)空分布發(fā)生了很大的變化。小麥主產(chǎn)國(guó)中,我國(guó)和美國(guó)小麥需水量明顯減少,其中美國(guó)減少46%,我國(guó)在1997年以前波動(dòng)不明顯,但在1997年以后迅速減少,共減少23%。而印度麥區(qū)需水量增加量較大,約為40%。玉米主產(chǎn)國(guó)中,除法國(guó)和美國(guó)外其余各國(guó)玉米需水量均呈顯著上升趨勢(shì),我國(guó)玉米需水量增加最多,增加量達(dá)91%,其次是巴西和印度,均增加40%左右。大豆主產(chǎn)國(guó)中,除中國(guó)以外的其余各國(guó)大豆需水量均大幅增加,其中印度大豆需水增加量高達(dá)15.8倍,其次是阿根廷和巴西,分別增加8倍和2.7倍,而我國(guó)則減少32%。3、種植規(guī)模和氣候要素的變化是作物需水量變化的主要影響因素。小麥主產(chǎn)國(guó)中,種植規(guī)模變化是影響各國(guó)小麥需水量的主導(dǎo)因素,在氣候條件不變的條件下,美國(guó)小麥種植規(guī)模從1980年到2017年減少1357萬(wàn)公頃,導(dǎo)致小麥需水量減少了637億m~3。玉米主產(chǎn)國(guó)中,氣候要素變化是法國(guó)玉米需水量的主要影響因素,而種植規(guī)模則為其余各國(guó)玉米需水量的主要影響因素,其中我國(guó)玉米種植規(guī)模從1980年到2017年增加了2200萬(wàn)公頃,導(dǎo)致玉米需水量增加了816億m~3。大豆主產(chǎn)國(guó)中,除我國(guó)外其余各國(guó)均受種植規(guī)模影響較大,巴西、阿根廷、印度大豆種植規(guī)模分別增加2516公頃、1531公頃和999萬(wàn)公頃,導(dǎo)致大豆需水量分別增加1150億m~3、795億m~3和372億m~3。4、從四個(gè)典型流域作物的降水虧缺度的變化分析發(fā)現(xiàn),各流域作物缺水程度均在較高水平且呈現(xiàn)加重趨勢(shì)。其中缺水最為嚴(yán)重的是印度河流域,三種作物的降水虧缺度在0.5-0.8之間,明顯高于其他各流域,且大豆季水資源短缺現(xiàn)象最為嚴(yán)重,降水虧缺度最高可達(dá)0.79。其次是黃河流域,各作物平均降水虧缺度均在0.5以上;海河流域小麥季缺水程度最高,平均降水虧缺度高達(dá)0.51,玉米季和大豆季缺水程度波動(dòng)較大,但降水虧缺度相對(duì)較低;密西西比河流域作物缺水程度整體較輕,降水虧缺度基本在0.2-0.5之間,但小麥季波動(dòng)較大。近40年,各流域作物缺水程度也呈現(xiàn)升高的趨勢(shì)�？梢�(jiàn),全球農(nóng)業(yè)水資源供需矛盾仍在加劇,水資源短缺正威脅著全球糧食安全。合理和適宜的種植規(guī)模和種結(jié)構(gòu)調(diào)整以及節(jié)水農(nóng)業(yè)是實(shí)現(xiàn)全球農(nóng)業(yè)水資源可持續(xù)利用和保障糧食安全的重要措施。
【學(xué)位單位】：河北師范大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2020
【中圖分類】：S311
【部分圖文】：

技術(shù)路線圖

9圖2作物生育期長(zhǎng)度((a)冬小麥(b)春小麥(c)玉米(d)大豆)2.1.8主要作物種植面積本文使用的全球作物種植面積數(shù)據(jù)集為MIRCA2000[39]，空間分辨率為5弧分。該數(shù)據(jù)集表示的是2000年左右全球26種作物每月的灌溉和雨養(yǎng)面積，其中包括21種主要作物以及豆類，柑橘類作物，草料作物，其他多年生作物和其他一年生作物。同時(shí)，MIRCA2000數(shù)據(jù)集還對(duì)灌溉和雨養(yǎng)作物區(qū)進(jìn)行了全球月尺度的種植強(qiáng)度、作物持續(xù)時(shí)間和休耕土地面積的分析。2000年前后，全球耕地面積為1600萬(wàn)平方公里，其中440萬(wàn)平方公里(28%)處于休耕狀態(tài)，耕地總面積的平均種植強(qiáng)度為0.82，不包括休耕土地的平均種植強(qiáng)度為1.13。南非(0.45)、中美洲(0.49)和中非(0.54)的種植強(qiáng)度最低，而東亞(1.04)和南亞(1.0)的種植強(qiáng)度最高。在實(shí)行輪作的偏遠(yuǎn)或干旱地區(qū)，休耕期為3-10年

16圖4全球小麥分布圖總體上，南半球小麥的種植面積低于北半球。由圖4可以看出春小麥主要分布在我國(guó)東北-內(nèi)蒙古一帶、哈薩克斯坦、東歐平原南部的烏克蘭、西西伯利亞平原南部、美國(guó)大平原的北部、加拿大平原中南部、南回歸線以北太平洋東岸的南美洲西部地區(qū)、東非高原。冬小麥主要分布在我國(guó)的黃淮海平原、朝鮮半島、日本群島、印度的印度河流域及中部平原、阿拉伯半島、伊朗高原、西歐平原、波德平原、南回歸線以南的南美洲地區(qū)、澳大利亞墨累達(dá)令麥區(qū)及西南沿海、尼羅河流域、南非高原一帶。本文結(jié)合MIRCA2000的作物分布數(shù)據(jù)集和FAOSTAT的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)將小麥主產(chǎn)國(guó)確定為中國(guó)、美國(guó)、印度、法國(guó)和俄羅斯，玉米主產(chǎn)國(guó)為中國(guó)、美國(guó)、巴西、印度、法國(guó)，大豆的主產(chǎn)國(guó)為中國(guó)、美國(guó)、巴西、阿根廷、印度。不同作物在不同地區(qū)的種植密度有所不同，根據(jù)MIRCA2000的作物分布數(shù)據(jù)集，可得三種主要作物在全球范圍內(nèi)基于柵格的種植密度分布圖(圖5)，柵格分辨率為0.083°×0.083°，柵格面積近似100km2。我國(guó)是世界上第一大小麥生產(chǎn)國(guó)，小麥的總產(chǎn)量和總消費(fèi)量均居世界首位。我國(guó)小麥種植密度較高的地區(qū)主要分布在黃淮冬麥區(qū)、北部春麥區(qū)、西北春麥區(qū)、長(zhǎng)江中下游冬麥區(qū)和西南冬麥區(qū)。其中以黃淮冬麥區(qū)種植密度最大，多數(shù)地區(qū)種植密度大于50%；美國(guó)作為僅次于中國(guó)的另一大小麥主產(chǎn)國(guó)，由種植密度可得其主產(chǎn)區(qū)可大致分布成3個(gè)三角地帶：一是以北達(dá)科他州為主及其周邊的南達(dá)科他州、明尼蘇達(dá)州、蒙塔拿州；二是以堪薩斯州為主及其周邊連帶的俄克拉荷馬州、科羅拉多州、內(nèi)布拉斯加州和得克薩斯州形成的大三角地帶；三是以華盛頓州為中心形成的小三角地帶，其中種植密度最高的地區(qū)
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