印度中部棉花生产的水足迹评估及水土流失机制研究

本研究针对印度中部雨养棉区水资源利用率低、水土流失严重的问题，通过2019-2022年田间试验量化了棉花生产的水足迹(WF)及水土流失特征。结果显示51%降雨通过径流损失，年均土壤流失达8.81 Mg ha-1，滴灌使WF降低13%且增产28%，为可持续棉花生产提供数据支撑。

　　

印度中部作为全球重要棉花产区，其产量占印度总产的65%，但长期面临降雨利用率低、水土流失严重等挑战。该地区棉花主要种植在Vertisols（变性土）上，依赖季风降雨，而高强度短历时降雨导致51%降水通过径流损失，年均土壤流失高达8.81 Mg ha^-1。更严峻的是，传统灌溉方式效率低下，农民常因过度灌溉反而导致减产。在此背景下，B. Bhargavi团队在《Cleaner Water》发表研究，首次基于实测数据系统评估了该地区棉花生产的水资源利用效率与环境影响。

研究采用多学科交叉方法：通过自动雨量计监测降雨参数，利用多槽分流器量化径流和土壤流失；结合涡度协方差系统和气候水平衡法计算实际作物蒸散发(AETc)；基于Chapgain和Hoekstra框架计算水足迹(WF)，涵盖绿(降水)、蓝(灌溉)和灰(污染物稀释)水组分；并运用主成分分析(PCA)和层次聚类解析降雨模式与水土流失的关系。

研究结果揭示：

1. 1.

   侵蚀性降雨特征：65次侵蚀事件中，11次高强度降雨(83.5 mm)造成54.6 mm径流和0.94 Mg ha^-1土壤流失，占年均流失量的主要部分。

2. 2.

   水分利用规律：雨养棉花日均耗水2.8 mm，滴灌棉花达3.1 mm；花铃期耗水占比最高(28%)，成熟期最低。

3. 3.

   水足迹构成：雨养棉WF_total为11,339 m³ Mg^-1，其中绿水(WF_green)占83%；滴灌棉WF_total降至9,959 m³ Mg^-1，蓝水(WF_blue)仅占8%。

4. 4.

   增产效应：非季风期50-120 mm滴灌使皮棉增产0.18 Mg ha^-1(28%)，印证了节水灌溉的可行性。

讨论指出，Vertisols的裂隙结构虽能缓解径流，但土壤钙质特性导致磷固定显著，使灰水足迹(WF_grey)仅考虑氮污染。与黄河流域相比，本研究WF值更高(9,959 vs 5,065 m³ Mg^-1)，主因是产量差异。该成果为优化印度棉区水资源管理提供了关键参数，证实通过覆盖和滴灌等措施，可在提升产量的同时实现环境可持续目标，对全球干旱区农业具有示范意义。