新疆生地所在干旱区作物需水量变化及归因研究方面取得进展

干旱区作为资源性缺水大区，水资源问题一直是大家关注的热点，如何合理利用水资源、提高水资源利用效率是众多科技人员和水资源管理者关注的焦点。前人对干旱区的参考作物蒸散发（ET0）和作物需水量（ETc）及其与气候因子的相关关系等进行了一系列的探讨，并得出了很多有益的结论。然而，很少有研究涉及干旱区的区域作物需水量（AWD）及其对气候变化和人类活动的响应。塔里木河流域属于内陆干旱区，生态环境极端脆弱，农业用水比重高，占总用水量的95％以上。全球变化背景下，区域作物需水量的变化趋势将对用需水产生重大影响。在气候变化和人类活动综合影响下，塔里木河流域绿洲作物需水量（AWD）的变化及其归因研究对这一高度缺水地区的灌溉管理，以及社会经济和自然生态系统间的水资源分配至关重要。

针对上述问题，中国科学院新疆生态与地理研究所研究员陈亚宁团队结合野外调研，利用塔里木河流域24个国家气象站的六种气象要素的日数据，通过Penman-Monteith方程和作物系数方法估算了不同作物的需水量，并利用加权平均方法估算了1960至2015年间塔里木河流域作物需水量（AWD）的变化（图1）。为了厘清气候变化和人类活动对作物需水量变化的影响，该研究基于传统方法和数值试验方法对气象因子和种植结构（即作物种植面积比例）对AWD变化的贡献进行量化。结果表明，AWD在1960至1988年期间以每年2.76mm的速度下降，在1989至2015年间则以每年9.47mm的速率快速增长。在第一阶段（1960至1988年），风速（uz）、最大湿度（RHmax）和日照时间（n）是导致AWD下降的最重要因素，而在第二阶段（1989至2015），种植结构改变，尤其是高耗水的棉花种植面积大幅扩张是导致AWD快速增长的最重要因素，其次是最低温度（Tmin）、风速（uz）和最大湿度（RHmax）。仅种植结构的改变将导致作物需水量的增加速率每年高达7.1mm，而所有六种气象要素导致作物需水量的增长率仅为每年1.9mm（图2）。研究结果可以为干旱区绿洲作物种植结构调整与农业节水灌溉、水资源优化配置提供科学依据。

相关研究以Variation of agricultural water demand and its attributions in the arid Tarim River Basin 为题发表于剑桥大学出版社的The Journal of Agricultural Sciences上。

图1（a）塔里木河流域基于气象观测站分布的Thiessen多边形划分和1960-2015年平均ET0的空间变化。其中，红色斑块表示农田分布，不同颜色代表不同地州。（b）1960-2015年间流域ET0的变化和（c）1960-2015年间流域作物需水量（AWD）的变化。

图2在不同的数值试验下，塔里木河流域作物需水量（AWD）变化