西安地區(qū)主要糧食作物水分生產(chǎn)率時空分布特性研究①

李 濤，張建豐*，高景灝,2

西安地區(qū)主要糧食作物水分生產(chǎn)率時空分布特性研究①

李 濤1，張建豐1*，高景灝1,2

(1 西安理工大學水利水電學院，西安 710048；2 陜西水環(huán)境工程勘測設計研究院，西安 710016)

水分生產(chǎn)率是農(nóng)業(yè)水資源管理的一個重要指標。為了揭示陜西省西安市農(nóng)業(yè)水資源消耗與糧食生產(chǎn)的關系，采用空間分析方法，分析了2001—2014年西安市主要糧食作物(小麥、玉米)的灌溉水分生產(chǎn)率利用、作物水分生產(chǎn)率及總流入水分生產(chǎn)率的時空分布規(guī)律，并通過灰色關聯(lián)理論分析主影響因素對作物水分生產(chǎn)率的影響。結(jié)果表明：西安地區(qū)水分生產(chǎn)率在空間上呈現(xiàn)顯著聚集現(xiàn)象；各水分生產(chǎn)率指標均表現(xiàn)出空間分異性，同指標不同年份水分生產(chǎn)率空間分布類似；灌溉水分生產(chǎn)率值介于1.5 ~ 2.5 kg/m3，年際間波動較大，在2001—2010年隨著時間而逐漸增大，在2011—2014年有減小趨勢；作物水分生產(chǎn)率介于0.7 ~ 1.0 kg/m3，隨時間增長無明顯變化；年均氣溫、化肥施用量、有效灌溉面積、作物播種面積及農(nóng)業(yè)機械總動力依次是影響該地區(qū)作物水分生產(chǎn)率的主要因素。

水分生產(chǎn)率；節(jié)水灌溉；時空分布；影響因素；水資源管理

水分生產(chǎn)率被定義為單位水資源量所獲得的產(chǎn)量和產(chǎn)值[1]。由于中國人口、農(nóng)業(yè)水資源及氣候條件時空分布不均，糧食生產(chǎn)也出現(xiàn)空間錯位，糧食產(chǎn)量與耗水量隨時空變化分布不均，因此，水分生產(chǎn)率在時間空間上也呈現(xiàn)不均勻分布[2-3]。對區(qū)域水分生產(chǎn)率時空分布規(guī)律進行分析評價有助于探索農(nóng)業(yè)節(jié)水管理措施[4-5]。已有的關于水分生產(chǎn)率的研究主要集中在田間小尺度及灌區(qū)中等尺度水分生產(chǎn)率的對比分析，侯建偉等[6]在內(nèi)蒙古陰山北麓旱農(nóng)區(qū)的研究表明：間作模式可以顯著提高馬鈴薯水分利用效率。宋修超等[7]探究了水肥處理對基質(zhì)栽培西瓜水分利用效率的影響，灌溉量越多水分利用效率越低，在灌水量相同條件下，適量增肥可提高水分利用效率。地區(qū)間及流域等較大尺度水分生產(chǎn)率的研究更具有宏觀調(diào)控價值[8]。已有一些文獻在區(qū)域大尺度對水分生產(chǎn)率進行了時空分析：Abdullaev和Molden[9]對中亞一個流域的水分生產(chǎn)率進行了時空分析，發(fā)現(xiàn)干旱年水分生產(chǎn)率高于濕潤年，農(nóng)場類型和大小對水分生產(chǎn)率也有影響；Mainuddin和kirby[10]以省行政邊界為單元，分析了Mekong流域下游主要作物的水分生產(chǎn)率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)水分生產(chǎn)率有顯著的空間變異性，在時間上各種作物的水分生產(chǎn)率均有增加趨勢；Yan和Wu[11]對海河流域冬小麥的水分生產(chǎn)率進行的時空分析結(jié)果發(fā)現(xiàn)該地區(qū)水分生產(chǎn)率每年穩(wěn)定增加；Li等[12]對中國甘肅河西走廊灌溉水分生產(chǎn)率時空分布做了分析，得出該地區(qū)灌溉水分生產(chǎn)率有很大的提升空間。

影響水分生產(chǎn)率的因素眾多，從水分生產(chǎn)率的概念來看，它是影響作物產(chǎn)量提高與耗水量減少的因素綜合作用的結(jié)果。我國水分生產(chǎn)率偏低且時空差異較大，主要影響因素也不明確[13]。因此，有必要開展作物水分生產(chǎn)率影響因素的研究。Zwart和Bastiaanssen[14]研究發(fā)現(xiàn)全球作物水分生產(chǎn)率變化范圍較大，認為這是由于氣象、作物、土壤和管理等多種因素影響著土壤-植物-水分的關系造成的。縱觀國內(nèi)外學者對水分生產(chǎn)率影響因素的研究，多集中于影響因素的定性研究上，在眾多影響因素中進行定量計算篩選主影響因素的研究較少[15]。因此，有必要對水分生產(chǎn)率主要影響因素進行篩選并分析量化各主要影響因素的影響程度。

本文以陜西省西安市為對象，對2001—2014年水分生產(chǎn)率指標進行了時空變化及主影響因素分析。目的在于全面揭示西安市水分生產(chǎn)率在時間及空間上的變化規(guī)律，定量描述影響西安市水分生產(chǎn)率的因素，確定西安市限制水分生產(chǎn)率提高的主要影響因素。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

西安市(107.40°~ 109.49°E，33.42° ~ 34.45°N)地處關中平原中部，轄10區(qū)3縣，總面積10 108 km2(圖1)。西安氣候?qū)倥瘻貛О霛駶櫞箨懶约撅L氣候，具有豐富的土地資源和良好的光熱條件，但是氣候干旱、降水稀少、蒸發(fā)量大。年平均氣溫14 ℃左右，年最高氣溫40 ℃左右，年最低氣溫-8 ℃左右。多年平均降水量550.36 mm，降水年際變化很大，降水的季節(jié)分配也極不均勻，有78% 的雨量集中在5—10月，其中7—9月的雨量即占全年雨量的47%。研究區(qū)2001—2014年降水量年際間波動較大，豐水年降水高達883.2 mm，枯水年低至405.9 mm，多年平均降水量為566.7 mm。研究年份年均氣溫均在13.5 ~ 15.5 ℃范圍內(nèi)(圖2)。該區(qū)地勢平坦、土地肥沃，主要的糧食作物為小麥和玉米，是我國傳統(tǒng)的糧食主產(chǎn)區(qū)。

圖1 研究區(qū)示意圖

圖2 2001—2014年研究區(qū)年平均氣溫與年降水量

1.2 數(shù)據(jù)來源

本研究中所用的氣象數(shù)據(jù)主要來源于中國氣象數(shù)據(jù)網(wǎng)[16]；研究區(qū)灌溉用水量、作物產(chǎn)量以及影響水分生產(chǎn)率的眾多因素等農(nóng)業(yè)統(tǒng)計資料及用水資料來自于2001—2016年的《西安市統(tǒng)計年鑒》、《陜西省水利統(tǒng)計年鑒》、西安市水資源公報[17]、西安市年度用水資源報表[18]及西安地方志[19]等，一部分來源于實地調(diào)查與文獻資料，此外，還有少量數(shù)據(jù)來源于網(wǎng)絡共享數(shù)據(jù)庫，包括：寒區(qū)旱區(qū)科學數(shù)據(jù)中心[20]，中國經(jīng)濟與社會發(fā)展統(tǒng)計數(shù)據(jù)庫[21]。

1.3 水分生產(chǎn)率指標選取及其計算方法

水分生產(chǎn)率是指單位水資源量在一定的作物品種和耕作栽培條件下所獲得的產(chǎn)量或產(chǎn)值。水分生產(chǎn)率指標的計算方法存在差異，本文采用以下4種水分生產(chǎn)率計算指標。

1)灌溉水分生產(chǎn)率(irrigation water productivity，WPI)是指單位灌溉水量所獲得的作物產(chǎn)量。灌溉水分生產(chǎn)率能綜合反映當?shù)毓喔裙こ虪顩r和灌溉管理水平，直觀地顯示出灌溉水量投入的農(nóng)作物產(chǎn)出效果。計算式為：

式中：WPI：灌溉水分生產(chǎn)率(kg/m3)；：作物總產(chǎn)量(kg)或單位面積產(chǎn)量(kg/hm2)；t：總灌溉用水量(m3)或單位面積灌溉用水量(m3/hm2)，一般指毛灌溉用水量。

2)作物水分生產(chǎn)率(crop water productivity，WPC)是指作物消耗單位水量所獲得的產(chǎn)量。計算式為：

式中：WPC：作物水分生產(chǎn)率(kg/m3)；：作物產(chǎn)量(kg/hm2)；ET：作物蒸發(fā)蒸騰量(mm)。其中，作物蒸發(fā)蒸騰量采用單作物系數(shù)法，計算公式為：

式中：ET：作物蒸發(fā)蒸騰量(mm)；c：綜合作物系數(shù)；ET0：參考作物蒸發(fā)蒸騰量(mm)。

參考作物蒸發(fā)蒸騰量計算采用FAO推薦的Penman-Monteith公式，可表示為：

3)總流入水分生產(chǎn)率(total inflow water produc-tivity，WPT)是指消耗單位總流入水量(毛灌水量+降水量)所獲得的作物產(chǎn)量[22]。計算式為：

式中：WPT：總流入水分生產(chǎn)率(kg/m3)；：作物產(chǎn)量(kg/hm2)；W：毛灌溉用水量(m3/hm2)；P：年降水量(m3/hm2)。

1.4 灰色關聯(lián)度理論

影響作物水分生產(chǎn)率的因素眾多，涉及自然、人為、經(jīng)濟、技術(shù)及社會因素等方面。但是這些因素對水分生產(chǎn)率的影響程度都是灰色的，難以分清楚哪些是主導因素，哪些是非主導因素。本文利用灰色關聯(lián)度理論[23]定量分析影響主要糧食作物水分生產(chǎn)率的因素，找出其主導因素。

根據(jù)西安市2001—2014年作物實際生產(chǎn)情況，通過綜合分析判斷，選取化肥施用量(1)、農(nóng)膜用量(2)、農(nóng)藥用量(3)、有效灌溉面積(4)、農(nóng)業(yè)機械總動力(5)、農(nóng)業(yè)從業(yè)人員(8)、作物播種面積(9)和灌溉用水量(10)作為影響水分生產(chǎn)率的可控因素；選取年平均氣溫(6)、生育期降水量(7)及實際作物蒸發(fā)蒸騰量(11)作為不可控因素。作物水分生產(chǎn)率指標更能反映作物實際耗水規(guī)律，因此，選取作物水分生產(chǎn)率為分析指標計算其灰色關聯(lián)度，分析各因素對作物水分生產(chǎn)率的影響。作物水分生產(chǎn)率的各影響因素見表1。

2 結(jié)果與討論

2.1 水分投入與作物產(chǎn)出

2001—2014年研究區(qū)農(nóng)業(yè)灌溉用水量(圖3)隨年份逐漸減小，由2001年的81 456萬m3減少至2014年的54 098萬m3，減幅高達33.6%。近幾年(2011—2014年)灌溉用水量趨于平穩(wěn)態(tài)勢。參考作物蒸發(fā)蒸騰量主要受氣象因素影響，干旱年各氣象因子的綜合作用使參考作物蒸發(fā)蒸騰量較大，而濕潤年則相反。

糧食作物單位面積產(chǎn)量在4 000 ~ 5 500 kg/hm2范圍，單產(chǎn)水平較高，隨年份總體呈上升趨勢，個別年份波動較大。2010年出現(xiàn)峰值，2011年單位面積產(chǎn)量突然下降，隨后趨于平穩(wěn)，這可能是由于以下兩個方面綜合影響：一是較低氣溫會使作物受冷害影響減產(chǎn)，氣溫過高會對作物產(chǎn)量產(chǎn)生負效應[24]，2011年年均氣溫13.8 ℃，為西安市2001—2014年最低氣溫(圖2)；二是灌溉水量較低且有效灌溉面積驟減，2011年灌溉用水量52 377萬m3，為研究年份中最低值，2011年有效灌溉面積17.49萬hm2，較2010年減少1.26萬hm2(表1)。

表1 作物水分生產(chǎn)率的各影響因素

圖3 水分投入與作物產(chǎn)出

2.2 水分生產(chǎn)率時空變化分析

2.2.1 水分生產(chǎn)率指標的空間分布 根據(jù)年降水量，選取3個代表年，分別為干旱年(2001年)、濕潤年(2003年)和水平年(2006年)。表2展示了代表年各水分生產(chǎn)率指標全局Moran’s I指數(shù)及檢驗值。結(jié)果顯示，代表年各水分生產(chǎn)率指標全局Moran’s I指數(shù)均大于零，且顯著性檢驗值均小于給定的顯著性水平0.05，說明代表年各水分生產(chǎn)率指標在空間上存在正自相關性，總體上表現(xiàn)為相似的空間顯著聚集性，即水分生產(chǎn)率相似的區(qū)縣在空間上成片聚集[2,25]。水分生產(chǎn)率受地區(qū)間自然因素及社會經(jīng)濟條件綜合影響，而這些因素在地理空間上表現(xiàn)出區(qū)域聚集性，這是水分生產(chǎn)率在空間上聚集的主要原因。

多年平均灌溉水生產(chǎn)率的空間分布(圖4)表現(xiàn)為東高西低，南高北低的空間分異，藍田縣多年平均灌溉水生產(chǎn)率最高，為4.19 kg/m3，其他各區(qū)均在0.92 ~ 2.35 kg/m3范圍。這是由于藍田縣地貌多為黃土臺塬、黃土丘陵及秦嶺山地，大部分地區(qū)沒有灌溉條件，作物供水來源僅為天然降水，即便是去除掉這部分雨養(yǎng)作物的產(chǎn)量，其補充灌溉作物的多年平均灌溉水分生產(chǎn)率依然高達4.19 kg/m3。低值主要為周至地區(qū)，周至縣有多個中小型灌區(qū)，因地域的優(yōu)勢，當?shù)夭⒉蝗狈喔人Y源，忽略了對灌溉水合理利用的重視，多年來周至縣平均灌溉用水量高達14 485萬m3，是西安市灌溉用水量最大的區(qū)縣。為了提高未來西安市整體灌溉水生產(chǎn)率，需要進一步合理分配東西部灌溉水資源，加大對西部地區(qū)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、灌溉工程及田間管理措施的投入，使灌溉水合理高效地利用，同時加大對東南部降水資源的高效利用，使單位灌溉水資源與降水資源的消耗產(chǎn)出更多的產(chǎn)量。

表2 各指標Moran’s I指數(shù)及檢驗

圖4 多年平均灌溉水分生產(chǎn)率空間分布圖

總流入水分生產(chǎn)率是以毛灌溉用水量與降水量之和作為水分投入。圖5展示了多年平均總流入水分生產(chǎn)率空間分布。結(jié)果顯示整體總流入水分生產(chǎn)率值均較低，最大值為東北部的高陵縣0.995 kg/m3，最低值為東南部藍田縣0.284 kg/m3，除高陵縣與藍田縣出現(xiàn)極大極小值外，其他區(qū)域水分生產(chǎn)率值分布于0.4 ~ 0.7 kg/m3，空間分布較為均勻。查閱相關資料，高陵縣多年平均降水量為493.2 mm，遠小于其他區(qū)縣年均降水量，導致高陵縣總流入水分生產(chǎn)率出現(xiàn)高值。

對比圖4與圖5，藍田縣多年平均灌溉水分生產(chǎn)率為4.19 kg/m3，為各區(qū)縣最大值，而多年平均總流入水分生產(chǎn)率僅為0.284 kg/m3，為各區(qū)縣最小值。出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因可能是藍田縣降水資源投入量大，年均降水量為671.0 mm，遠高于西安市多年平均降水量566.7 mm。另外，藍田縣雨養(yǎng)作物占比較大，占總耕地面積的65%，灌溉作物占比較小，且多年平均灌溉水投入為974萬m3，僅占總水分投入的2%，而作物生產(chǎn)過程中，不能充分利用降水資源，造成大量降水資源浪費，使藍田縣總流入水分生產(chǎn)率出現(xiàn)極小值。為進一步研究西安市主要糧食作物水分生產(chǎn)率的空間分布格局，選取2001年(干旱年)、2003年(濕潤年)及2006年(水平年)為代表年，對主要糧食作物水分生產(chǎn)率運用局部多項式插值法進行空間插值，得到空間分布圖如圖6所示。

圖5 多年平均總流入水分生產(chǎn)率空間分布

結(jié)果顯示，各代表年及多年平均作物水分生產(chǎn)率介于0.5 ~ 1.4 kg/m3，空間分布差異明顯，且空間分布規(guī)律趨于一致，總體上均表現(xiàn)為北高南低、西高東低的規(guī)律，展現(xiàn)出由西北地區(qū)向東南地區(qū)逐漸減小的趨勢。最高可達1.33 kg/m3，位于東北部地區(qū)，但仍遠低于世界先進水平，以色列糧食水分生產(chǎn)率可達2.35 kg/m3[25]。不同代表年之間的分布規(guī)律極為相似，說明造成這種空間分布差異的原因主要是有著地理空間相似性的降水、氣溫、輻射等氣象因素，土壤、作物類型等自然因素，生產(chǎn)投入及農(nóng)業(yè)管理方式等社會經(jīng)濟因素共同作用，這與全局空間自相關Moran’s I指數(shù)分析結(jié)果一致。

2.2.2 水分生產(chǎn)率指標隨時間變化 2001—2014年西安市平均灌溉水生產(chǎn)率年際間波動較大，如圖7所示。各年灌溉水分生產(chǎn)率值的范圍1.5 ~ 2.5 kg/m3，作物水分生產(chǎn)率值的范圍0.7 ~ 1.0 kg/m3，前者遠大于后者，說明降水資源在糧食生產(chǎn)中的重要作用。作物水分生產(chǎn)率隨時間增長無明顯變化，總流入水分生產(chǎn)率值在3種指標中最低，介于0.3 ~ 0.8 kg/m3，年際間波動較大，且隨時間并沒有發(fā)現(xiàn)明顯的變化規(guī)律。灌溉水分生產(chǎn)率值隨年際間變化主要分為3個階段，分別為2001—2006年緩慢增長階段、2007—2010年快速增長階段及2011—2014年下降階段。2001—2006年灌溉水分生產(chǎn)率增長較緩慢，漲幅為7.6%，且年際間波動較大，這主要是因為經(jīng)濟發(fā)展相對滯后，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、灌溉工程及田間管理措施的投入薄弱而忽略了對灌溉水合理利用的重視，浪費了大量的水資源；2007—2010年灌溉水分生產(chǎn)率快速增長，從2007年的1.83 kg/m3增長至2010年的2.49 kg/m3，漲幅高達36.1%，這是因為地區(qū)經(jīng)濟發(fā)展快速增長，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)技術(shù)及田間管理措施的投入加大，使灌溉水用量急劇減少而作物產(chǎn)量依然保持平穩(wěn)增長；2011—2014年灌溉水分生產(chǎn)率出現(xiàn)緩慢下降的趨勢，作物單位面積產(chǎn)量也逐漸下降，而灌溉用水量保持平穩(wěn)，分析其原因可能是由于2010年之后西安市有效灌溉面積的大幅減少(表1)，造成糧食作物單位面積產(chǎn)量減少。對比圖7與圖3灌溉用水量曲線，不難看出，有限的灌溉水對于減小有效灌溉面積比單位面積增加灌溉用水量對產(chǎn)量的影響更小，因此，對于西安市灌溉農(nóng)業(yè)，可以采取適當壓縮灌溉量，不壓縮有效灌溉面積的政策。同時，也可以看出西安市灌溉水分生產(chǎn)率還存在較大的提升空間，有著較大的節(jié)水潛力。

圖6 代表年及多年平均作物水分生產(chǎn)率空間分布

圖7 各指標水分生產(chǎn)率隨時間變化

為分析各區(qū)縣水分生產(chǎn)率指標的變化情況并對比變化幅度的空間差異，計算了各指標年均變化率并繪制了指標年均變化率空間分布圖。圖8展示了研究區(qū)2001—2014年灌溉水生產(chǎn)率年均變化率空間分布。大部分地區(qū)灌溉水分生產(chǎn)率隨時間呈現(xiàn)增加趨勢，少部分地區(qū)呈減少趨勢，但增減趨勢大小在空間分布上存在地區(qū)差異。總體上自南向北逐漸減少，減少幅度極大，由南部地區(qū)10.59% 的年均增長率減小至東北部地區(qū)的-3.17%，說明東北部及東部的高陵縣、臨潼區(qū)及藍田縣灌溉水分生產(chǎn)率年際間較穩(wěn)定，隨時間變化增長不明顯，西南部地區(qū)隨時間增長明顯。作物水分生產(chǎn)率年均變化率空間分布(圖9)表現(xiàn)出由東南部地區(qū)向西北部地區(qū)減小的趨勢，且變化幅度較小，最高與最低年均增長率分別為2.6% 與-0.6%。

圖8 灌溉水分生產(chǎn)率年均變化率空間分布

2.3 主影響因素分析

為使計算結(jié)果更加精確，灰色關聯(lián)度的計算采用分梯度計算方法，即根據(jù)研究年份序列由水分生產(chǎn)率隨時間變化的3個階段并設置重疊年份將各影響因素序列分為4部分(2001—2014年階段、2001—2008年階段、2004—2011年階段、2007—2014年階段)分別計算其灰色關聯(lián)度值，綜合分析每部分關聯(lián)度排序情況。

表3是作物水分生產(chǎn)率影響因素的灰色關聯(lián)度及其排序結(jié)果。從分階段排序結(jié)果可以看出，2001—2014年排名前五位的是化肥施用量>年平均氣溫>作物播種面積>有效灌溉面積>農(nóng)業(yè)機械總動力；2001—2008年排名前五位的是有效灌溉面積>農(nóng)藥用量>灌溉用水量>農(nóng)業(yè)從業(yè)人員>作物播種面積；2004—2011年排名前五位的是農(nóng)業(yè)機械總動力>化肥施用量>作物播種面積>有效灌溉面積>年平均氣溫；2007—2014年排名前五位的是農(nóng)業(yè)機械總動力>化肥施用量>農(nóng)膜用量>年平均氣溫>作物播種面積。

圖9 作物水分生產(chǎn)率年均變化率空間分布

表3 作物水分生產(chǎn)率影響因素的灰色關聯(lián)度分析

注：S表示強關聯(lián)；M表示中關聯(lián)。

排序結(jié)果表明，化肥施用量、農(nóng)業(yè)機械總動力、有效灌溉面積、作物播種面積等可控因素和不可控因素中的年均氣溫對作物水分生產(chǎn)率的影響較為顯著，這與胡廣錄等[26]的研究結(jié)果一致。在干旱半干旱地區(qū)，養(yǎng)分限制顯著影響產(chǎn)量上限，化肥用量低會限制水生產(chǎn)率提高[27]，因此，化肥用量在各階段中顯著性排名均居于前列。農(nóng)業(yè)機械總動力是反映農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機械化水平的重要指標，從2001—2008年第九位上升至2004—2011年及2007—2014年階段的第一位，說明隨著西安市農(nóng)業(yè)機械化水平的顯著提高，逐漸成為影響作物水分生產(chǎn)率的主要因素。土地和灌溉是糧食生產(chǎn)不可或缺的要素，作物播種面積與有效灌溉面積反映了作物生產(chǎn)和灌溉的情況，成為影響糧食產(chǎn)量和水生產(chǎn)率的重要因素。年均氣溫也直接影響了植物的新陳代謝和蒸騰的強度，同時也影響作物土壤溫度，而土溫影響植物根系的生長發(fā)育，因此，年均氣溫成為影響作物水分生產(chǎn)率的主要不可控因素。灌溉用水量在2001—2008年階段排第三位，2004—2011年及2007—2014年階段分別排第十一位和第九位，說明隨著節(jié)水灌溉工作取得一定的成果，灌溉用水量不斷減少，近幾年趨于穩(wěn)定，已不再成為影響作物水分生產(chǎn)率的主要因素。不可控因素中的年降水量和蒸發(fā)蒸騰量排名均靠后，對作物水分生產(chǎn)率的影響不顯著。

為更進一步說明各影響因素對作物水分生產(chǎn)率的影響程度，對2001—2014年每年關聯(lián)系數(shù)排序前五位的影響因素進行頻次統(tǒng)計分析。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，頻次排名前五位的是年均氣溫>化肥施用量>有效灌溉面積>作物播種面積>農(nóng)業(yè)機械總動力。這與分階段關聯(lián)度排序結(jié)果相似，說明影響作物水分生產(chǎn)率的主要因素大多是可控因素與不可控因素中的年均氣溫。因此，提高作物水分生產(chǎn)率主要是依靠增加可控因素中化肥施用量、作物播種面積、農(nóng)業(yè)機械總動力及有效灌溉面積等的投入。雖然結(jié)果表明增加這些因素的投入對作物水分生產(chǎn)率提高有積極作用，但是從農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的角度應該避免盲目增加各要素投入，應該進一步對各生產(chǎn)要素綜合評價來決策最優(yōu)的投入比例以制定科學有效的提升方法。

3 結(jié)論

1)西安市水分生產(chǎn)率在空間上呈現(xiàn)顯著聚集現(xiàn)象，相鄰區(qū)縣水分生產(chǎn)率值相似。

2)西安市各水分生產(chǎn)率指標均表現(xiàn)出空間分異性。

3)西安市灌溉水分生產(chǎn)率年際間變化較大，有限的灌溉水對于減小有效灌溉面積比單位面積增加灌溉用水量對產(chǎn)量的影響更小，

4)作物水分生產(chǎn)率的主要因素是可控因素與不可控因素中的年均氣溫。在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，可以通過合理投入化肥、農(nóng)業(yè)機械等要素，優(yōu)化要素投入比例，適當增加作物播種面積及有效灌溉面積來提高該地區(qū)的糧食生產(chǎn)能力和水分生產(chǎn)率。

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Spatio-temporal Distribution of Crop Water Productivity in Xi’an Region

LI Tao1, ZHANG Jianfeng1*, GAO Jinghao1,2

(1 Institute of Water Resources and Hydropower, Xi’an University of Technology, Xi’an 710048, China; 2 Shaanxi Reconnaissance and Research Institure of Water Environmental Engineering, Xi’an 710016, China)

Water productivity is an important index of agricultural water management. In order to reveal the relationship between agricultural water consumption and grain production in Xi’an region, the temporal and spatial distribution of irrigation water productivity, crop water productivity and total inflow water productivity for main grain crops (wheat and corn) from 2001 to 2014 were analyzed using the method of spatial analysis, and the influence factors of main crop water productivity were studied by the grey correlation theory. The results showed that the spatial distribution of crop water productivity had significant aggregation phenomenon in Xi'an region. All the indexes of water productivity showed spatial variability, and to the same index, the spatial distribution of water productivity was similar in different years. Irrigation water productivity ranged from 1.5 to 2.5 kg/m3with large variation in different years, increased from 2001 to 2010 but decreased from 2011 to 2014; Crop water productivity ranged from 0.7 to 1.0 kg/m3, changed little with time. The average annual temperature, chemical fertilizer applied amount, effective irrigation area, crop planting area and the total power of agricultural machinery were the main factors affecting crop water productivity in Xi’an region.

Water productivity; Water-saving irrigation; Spatio-temporal distribution; Influencing factors; Water resources management

S271

A

10.13758/j.cnki.tr.2020.06.024

李濤, 張建豐, 高景灝. 西安地區(qū)主要糧食作物水分生產(chǎn)率時空分布特性研究. 土壤, 2020, 52(6): 1281–1289.

國家自然科學基金項目(51379172)和陜西省教育廳重點實驗室科研計劃項目(16Js084)資助。

(jfzhang@mail.xaut.edu.cn)

李濤(1984—)，男，陜西延安人，博士，講師，主要研究方向為節(jié)水灌溉理論與新技術(shù)。E-mail: litao4891@163.com