全球主要农业生产国作物需水及缺水程度研究

发布时间：2020-11-22 01:27

　　 全球范围内的水资源短缺问题正在日益严峻,已成为全球性的危机。近些年,气候变化、社会经济发展和人口增长不仅影响着水资源的供给,同时也在很大程度上影响着水资源的需求。全球70%以上的取水用于农业生产,并且人类消耗的水足迹的90%是来自农产品,农业已成为耗水最高的一个产业。全球约80%的雨养农业区产出了约60%的世界粮食,而占耕地20%的灌溉农业区产出了约40%的世界粮食。水资源时空分布不均加上农业的高耗水特征,以及水资源的不合理利用等问题,使得农业水资源供给面临巨大压力。与此同时,气候变化和作物种植规模的变化势必会影响区域农业的需水格局,进而影响区域水平衡。因此,全面认识气候要素、种植规模变化背景下的作物需水格局及典型流域的缺水程度对于揭示农业水资源供需之间的矛盾、科学合理的水资源管理、农业种植规模调整及区域灌溉方案的制定具有重要意义。为评价气候要素和种植规模变化对全球主要作物需水量的影响,本文对日尺度作物系数进行修正后运用作物系数法计算了全球主要作物的需水强度,然后结合作物种植规模及气候要素的变化特点,定量分析了各主要农业国作物需水量的影响因素,最后通过主要农业生产国主要流域降水亏缺度的分析,明确了各主要流域农业缺水程度的时空变化特征,主要得出以下结论:1、从全球主要作物的需水强度特征来看,小麦需水强度大多在350mm-700mm间,冬小麦需水强度较高,一般大于450mm,春小麦需水强度较低,一般小于450mm;玉米需水强度在350mm-650mm间;大豆需水强度在350mm-550mm间,但巴西和阿根廷的大豆需水强度较高,一般在450mm以上。2、自1980年以来,全球作物需水量的时空分布发生了很大的变化。小麦主产国中,我国和美国小麦需水量明显减少,其中美国减少46%,我国在1997年以前波动不明显,但在1997年以后迅速减少,共减少23%。而印度麦区需水量增加量较大,约为40%。玉米主产国中,除法国和美国外其余各国玉米需水量均呈显著上升趋势,我国玉米需水量增加最多,增加量达91%,其次是巴西和印度,均增加40%左右。大豆主产国中,除中国以外的其余各国大豆需水量均大幅增加,其中印度大豆需水增加量高达15.8倍,其次是阿根廷和巴西,分别增加8倍和2.7倍,而我国则减少32%。3、种植规模和气候要素的变化是作物需水量变化的主要影响因素。小麦主产国中,种植规模变化是影响各国小麦需水量的主导因素,在气候条件不变的条件下,美国小麦种植规模从1980年到2017年减少1357万公顷,导致小麦需水量减少了637亿m~3。玉米主产国中,气候要素变化是法国玉米需水量的主要影响因素,而种植规模则为其余各国玉米需水量的主要影响因素,其中我国玉米种植规模从1980年到2017年增加了2200万公顷,导致玉米需水量增加了816亿m~3。大豆主产国中,除我国外其余各国均受种植规模影响较大,巴西、阿根廷、印度大豆种植规模分别增加2516公顷、1531公顷和999万公顷,导致大豆需水量分别增加1150亿m~3、795亿m~3和372亿m~3。4、从四个典型流域作物的降水亏缺度的变化分析发现,各流域作物缺水程度均在较高水平且呈现加重趋势。其中缺水最为严重的是印度河流域,三种作物的降水亏缺度在0.5-0.8之间,明显高于其他各流域,且大豆季水资源短缺现象最为严重,降水亏缺度最高可达0.79。其次是黄河流域,各作物平均降水亏缺度均在0.5以上;海河流域小麦季缺水程度最高,平均降水亏缺度高达0.51,玉米季和大豆季缺水程度波动较大,但降水亏缺度相对较低;密西西比河流域作物缺水程度整体较轻,降水亏缺度基本在0.2-0.5之间,但小麦季波动较大。近40年,各流域作物缺水程度也呈现升高的趋势。可见,全球农业水资源供需矛盾仍在加剧,水资源短缺正威胁着全球粮食安全。合理和适宜的种植规模和种结构调整以及节水农业是实现全球农业水资源可持续利用和保障粮食安全的重要措施。
【学位单位】：河北师范大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2020
【中图分类】：S311
【部分图文】：

技术路线图

9图2作物生育期长度((a)冬小麦(b)春小麦(c)玉米(d)大豆)2.1.8主要作物种植面积本文使用的全球作物种植面积数据集为MIRCA2000[39]，空间分辨率为5弧分。该数据集表示的是2000年左右全球26种作物每月的灌溉和雨养面积，其中包括21种主要作物以及豆类，柑橘类作物，草料作物，其他多年生作物和其他一年生作物。同时，MIRCA2000数据集还对灌溉和雨养作物区进行了全球月尺度的种植强度、作物持续时间和休耕土地面积的分析。2000年前后，全球耕地面积为1600万平方公里，其中440万平方公里(28%)处于休耕状态，耕地总面积的平均种植强度为0.82，不包括休耕土地的平均种植强度为1.13。南非(0.45)、中美洲(0.49)和中非(0.54)的种植强度最低，而东亚(1.04)和南亚(1.0)的种植强度最高。在实行轮作的偏远或干旱地区，休耕期为3-10年

16图4全球小麦分布图总体上，南半球小麦的种植面积低于北半球。由图4可以看出春小麦主要分布在我国东北-内蒙古一带、哈萨克斯坦、东欧平原南部的乌克兰、西西伯利亚平原南部、美国大平原的北部、加拿大平原中南部、南回归线以北太平洋东岸的南美洲西部地区、东非高原。冬小麦主要分布在我国的黄淮海平原、朝鲜半岛、日本群岛、印度的印度河流域及中部平原、阿拉伯半岛、伊朗高原、西欧平原、波德平原、南回归线以南的南美洲地区、澳大利亚墨累达令麦区及西南沿海、尼罗河流域、南非高原一带。本文结合MIRCA2000的作物分布数据集和FAOSTAT的统计数据将小麦主产国确定为中国、美国、印度、法国和俄罗斯，玉米主产国为中国、美国、巴西、印度、法国，大豆的主产国为中国、美国、巴西、阿根廷、印度。不同作物在不同地区的种植密度有所不同，根据MIRCA2000的作物分布数据集，可得三种主要作物在全球范围内基于栅格的种植密度分布图(图5)，栅格分辨率为0.083°×0.083°，栅格面积近似100km2。我国是世界上第一大小麦生产国，小麦的总产量和总消费量均居世界首位。我国小麦种植密度较高的地区主要分布在黄淮冬麦区、北部春麦区、西北春麦区、长江中下游冬麦区和西南冬麦区。其中以黄淮冬麦区种植密度最大，多数地区种植密度大于50%；美国作为仅次于中国的另一大小麦主产国，由种植密度可得其主产区可大致分布成3个三角地带：一是以北达科他州为主及其周边的南达科他州、明尼苏达州、蒙塔拿州；二是以堪萨斯州为主及其周边连带的俄克拉荷马州、科罗拉多州、内布拉斯加州和得克萨斯州形成的大三角地带；三是以华盛顿州为中心形成的小三角地带，其中种植密度最高的地区
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 李三平;徐强;;突变理论及PLS模型在城市缺水程度评价中的应用[J];中国新技术新产品;2012年21期

2 ;全球最大经济体面临缺水难题[J];治黄科技信息;2018年02期

3 王妍炜;;全球最大经济体面临缺水难题[J];水利水电快报;2016年05期

4 王明华;;世界上哪些国家最缺水[J];水资源研究;2011年03期

5 张世本,彭岳津,迟鹏超;用模糊理论评价松辽流域城市缺水状况[J];东北水利水电;1998年01期

6 陈亮;;浙江省水资源短缺状况多指标综合评价[J];安徽农业科学;2009年20期

7 ;以色列人与水[J];致富天地;1999年02期

8 李波;多指标模糊决策方法在云南省城市缺水评价中的应用[J];人民珠江;2001年06期

9 黄蕊;刘俊民;李燐楷;;基于系统动力学的咸阳市水资源承载力[J];排灌机械工程学报;2012年01期

10 李龙昌,吕宁江,于国平,刘肖军;山东省节水灌溉分区与节水途径浅见[J];灌溉排水;1997年03期

相关硕士学位论文 前7条

1 张雅芳;全球主要农业生产国作物需水及缺水程度研究[D];河北师范大学;2020年

2 朱玲燕;基于系统动力学的典型喀斯特地区水资源承载力评价研究[D];重庆师范大学;2016年

3 彭泽怡;缺水省份水资源利用效率及其影响因素分析[D];南京财经大学;2016年

4 李燐楷;咸阳市水资源承载力研究[D];西北农林科技大学;2011年

5 张丽萍;四川省水资源短缺程度及缺水类型综合研究[D];四川农业大学;2004年

6 孟斌;山东黄河水量优化调度方案研究[D];济南大学;2014年

7 王景艺;非传统能源开发对气藏区周边水系统的影响分析[D];华北电力大学(北京);2016年

本文编号：2893897