华北平原与美国高平原粮食生产时空特征及其对地下水的影响

摘要

本研究比较了中国华北平原和美国高平原两例不同农业强化水平下的粮食生产情况,并分析了两地农业生产对于区域水资源的影响.研究发现近10年(2002-2011年)华北平原小麦玉米两季轮作农田的粮食年产量仅比美国高平原一季春玉米的产量高15％,而华北平原小麦玉米两季轮作农田消耗的化肥强度则是美国高平原一季春玉米的2倍,华北平原整体的农田灌溉率也约为美国高平原的2倍.1980年以来,华北平原的小麦、玉米单产分别增加了125％和105％,小麦和玉米的总产量分别增加了114％和325％;美国高平原的小麦、玉米单产则分别增加了1％和45％,小麦总产量减少27％的同时玉米的总产量增加了124％.在此期间,华北平原地下水净消耗速率约为2.9km3/a(20mm/a),美国高平原地下水净消耗速率约为5.5km3/a(12mm/a).灌溉和化肥施用在两地都造成了相当程度的地下水超采和污染,两地均有15％的地下水硝酸盐浓度超出世界卫生组织规定的健康标准.华北平原和美国高平原之间的比较研究说明今后要探讨优化的灌溉和施肥方式来获得粮食的稳产高产,同时减少农业生产对地下水资源的负面影响.