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黑河流域实施水量调度和近期综合治理工程项目之后，地处于流中游的张掖市引用黑河水量减少、地下水位下降，致使农业灌溉用水量降低，农业生产和粮食安全供给受到影响。如何用有限的水资源，生产更多的粮食?开展农业用水的有效性研究，显然成为绿洲节水农业关注的焦点。
本文以黑河中游甘州区、临泽县、高台县绿洲为例，以2000年和2005年美国LandsatTM卫星影像为信息源，利用先进的GIS、GPS技术，结合地面调查结果和年鉴年报资料，研究了黑河水量调度前后三县(区)土地利用动态变化，农作物水分生产力分布格局，农作物水分生产力影响因素等科学问题。目的是探索绿洲灌区水资源高效利用和粮食稳产高产途径，为绿洲农业发展模式开发、农作制度制定、产业结构调整提供理论依据。本文研究得出的主要结论有：
(1)土地利用作为自然和人文过程相互作用的主要表现形式，随着区域社会经济的快速发展，人口增长以及工业化、城镇化过程的广泛推进，土地利用格局发生了深刻变化。黑河水量调度后，三县(区)的各种土地利用类型均发生了不同程度的转移，耕地面积呈增加趋势，其中甘州区增加了49.885km2，年变化率为0.986％；临泽县增加了32.004km2，年变化率为1.505％；高台县增加52.468km2，年变化率为12.684％
(2)植被是地表自然景观的直接反映，同时指示着一个地区水资源的丰缺及其利用状况。归一化植被指数(NDVI)作为植被变化研究的主要手段之一，能较好的反映地表植被的长势和覆盖度变化。黑河调水后(2005年)三县(区)的农作物NDVI均较调水前(2000年)发生了很大变化。NDVI为0.65～0.84的区域面积，甘州区增大了57.59％，临泽县增大了40.36％，高台县增大了56.73％；NDVI为0.55～0.65的区域面积，甘州区减小了48.66％，临泽县减小了40.61％，高台县增大了40.99％；NDVI为0.45～0.55的区域面积，甘州区减小了48.04％，临泽县减小了33.23％，高台县增大了22.86％；NDVI为0.35～0.45的区域面积，甘州区减小了45.52％，临泽县减小了24.78％，高台县增大了78.70％；NDVI为0.25～0.35的区域面积，甘州区减小了39.04％，临泽县减小了12.94％，高台县减小了29.50％。NDVI增减变化，说明因水资源利用格局改变，三县(区)的农业产业结构也发生了明显变化。
(3)农作物水分生产力是衡量农业生产水平和农业用水科学性与合理性的综合指标。利用实测的主要农作物(小麦、玉米)NDVI～生物量关系，结合野外生物量调查数据和绿洲农田NDVI空间分布，研究了农作物水分生产力空间分布格局。黑河水量调度后，三县(区)农作物水分生产力空间分布格局的特点是低值区的范围缩小，高值区的范围扩大。不同NDVI区域对应的农作物水分生产力，2005年较2000年有所增大，甘州区由0.730～1.790kg·m-3增大到0.815～1.987kg·m-3；临泽县由0.711～1.742kg·m-3增大到0.755～1.853kg·m-3；高台县由0.743～1.821kg·m-3增大到0.747～1.833kg·m-3。
(4)由于地处黑河中游的不同区段，区域地理位置、气候、农业耕作制度、农作物种植结构、黑河水资源利用程度、社会经济发展水平等存在差异，决定了黑河水量调度前后三县(区)不同种植方式的农作物水分生产力、灌溉水分生产力在年际间差异较大。1995～2007年三县(区)平均的农作物水分生产力：大田小麦的甘州区1.111kg·m-3，临泽县1.055kg·m-3，高台县1.019kg·m-3；大田玉米的甘州区1.313kg·m-3，高台县1.097kg·m-3，临泽县1.044kg·m-3；带田作物的甘州区0.863kg·m-3，临泽县0.842kg·m-3，高台县0.833kg·m-3；制种玉米的甘州区1.118kg·m-3，高台县0.803kg·m-3，临泽县0.788kg·m-3。1995～2007年三县(区)农作物平均的灌溉水分生产力：大田小麦的甘州区1.313kg·m-3，临泽县1.289kg·m-3，高台县1.251kg·m-3；大田玉米的甘州区1.492kg·m-3，高台县1.378kg·m-3，临泽县1.299kg·m-3；带田作物的临泽县1.059kg·m-3，高台县1.045kg·m-3，甘州区1.006kg·m-3；制种玉米的甘州区1.333kg·m-3，高台县1.186kg·m-3，临泽县1.082kg·m-3。
(5)影响农作物水分生产力的因素较多，有的是可控的(如水量、种子、肥料、管理等)，有的是不可控的(如温度、降水、沙尘天气等)，但对水分生产力大小的影响是众多因素综合作用的结果。选取劳动力投入、农业机械总动力、化肥施用量、农药施用量、生产用种籽、水费、灌溉用水量作为影响水分生产力的可控因素；选取每年农作物生长期间的沙尘天气出现次数、≥10℃积温、降水量作为影响水分生产力的不可控影响因素。对10个影响因素进行灰色关联分析，结果表明：三县(区)农作物水分生产力影响因素的灰色关联度及排序结果差异较大：1995-2007年影响因素排序前5位的甘州区是生长期降水>沙尘天数>劳动力投入>水费>化肥施用量；临泽县是化肥施用量>农药施用量>水费>农业机械总动力>劳动力投入；高台县的是农药施用量>沙尘天数>农业机械总动力>生产用种籽>劳动力投入。劳动力投入因素在三县(区)排序均在前5位，其投入的多少对农作物水分生产力的影响明显。甘州区灰色关联度排序前5位的因素中不可控因素2个，可控因素3个；临泽县5个都是可控因素：高台县不可控因素1个，可控因素4个。表明干旱区农作物水分生产力受可控因素的影响明显大于不可控因素，在水资源有限的前提下，合理高效配置农业生产的投入要素，才是干旱区农业提高水分生产力的根本策略。