前言
为缓解海河流域水资源紧缺状况，本书结合面向流域发展节水高效农业的需求和认识农田尺度水循环过程与建立农业高效用水理论的目的，开展了海河流域内不同尺度主要作物水分利用效率的研究，以此为海河流域所在省（自治区、直辖市）科学、合理地制定作物灌溉制度提供借鉴和奠定基础；为农业用水、工业用水、生活用水等水量分配计划提供参考。
首先，在总结现阶段国内外水分利用效率研究成果的基础上，提出了存在的问题。同时指出，已有水分利用效率的相关研究，更多注意田间尺度，较少展开如灌区尺度、流域尺度等大尺度区域的水分利用效率研究，也少有多尺度区域间水分利用效率相互关系的研究。
其次，为实现流域内不同尺度区域主要作物水分利用效率的研究，根据海河流域的实际情况，结合已有研究成果，选取了以作物经济产量水平衡量的水分利用效率，即灌溉水水分利用效率、有效降水水分利用效率、农田总供水水分利用效率和田间水分利用效率。在研究区域进行概化分区的基础上，以行政单元计算分区进行水分利用效率的分析研究，并确定了不同尺度的样点区，即小尺度区域（河南省新乡、安阳地区）、中尺度区域（海河流域河北段）、大尺度区域（整个海河流域）。同时，根据这四种确定水分利用效率的方式，进一步从理论上细化了不同尺度区域的四个水分利用效率指标的计算方程。
在分别分析了小、中、大尺度历史数据来源的基础上，分别对不同尺度区域冬小麦和夏玉米的来水（主要为降水和灌溉）情况、播种面积、作物产量等进行了分析研究，进而确定了对应尺度冬小麦和夏玉米5年（2008—2012年）的实际消耗水量。
同时，为达到从宏观角度客观评估小、中、大尺度区域主要作物水分利用效率（WUE）的目的，对冬小麦，特分别选择了近似替代因有效降雨量、灌溉水量增加冬小麦产量的评估方法，以此实现有效水水分利用效率、灌溉水水分利用效率对冬小麦水分利用效率的评估；对农田总供水水分利用效率与田间水分利用效率，经研究分析，在海河流域可将二者相互等价，并以田间水分利用效率为准。由于暂时无法验证近似替代因有效降雨量和因灌溉量增加的冬小麦产量方法的准确性，最终用不同尺度区域的田间水分利用效率评估冬小麦的水分利用效率。研究表明，小尺度区域冬小麦水分利用效率为1.31～1.77kg/m3，中尺度区域0.77～2.33kg/m3，大尺度区域1.22kg/m3。与我国现阶段冬小麦水分利用效率0.8～1.6kg/m3相比，海河流域不同尺度区域处于中等水平。
若通过合理的灌溉制度和必要的耕作措施，可进一步提高该地区冬小麦的单位产量和总产量，为达到低灌溉、高产量和高水分利用效率的目的，需要对该区域各地区的灌溉制度进行优化调度，因地制宜地采取耕作措施，提高管理水平，并建议以石家庄、秦皇岛、邯郸、沧州地区的灌溉制度为参考。
对夏玉米，最终通过有效水水分利用效率的计算方式及以2008—2012年中、大尺度区域内低于200m3的亩均降雨量替换为亩均消耗水量最低标准233m3的原则，近似评估夏玉米水分利用效率，结果表明，小、中、大尺度区域夏玉米水分利用效率分别为1.54～1.84kg/m3、0.81～1.95kg/m3和1.43kg/m3。总体上冬小麦水分利用效率低于夏玉米水分利用效率。
研究进一步表明，2008—2012年在海河流域随尺度上推，冬小麦水分利用效率低于夏玉米，5年平均水平分别为1.21～1.22kg/m3和1.40～1.43kg/m3。与目前我国现阶段冬小麦、夏玉米的亩均产量相比，流域内的水平还可通过较为合理的耕作措施和科学的管理水平进一步提高。
作者
2014年5月