咸水非充分灌溉下制种玉米水分利用效率研究

为了制定制种玉米的灌溉制度,在甘肃省石羊河流域开展了咸水非充分灌溉田间试验,通过测定土壤含水量和制种玉米生长指标,研究了咸水非充分灌溉对制种玉米耗水规律、产量、水分利用效率和灌溉水分利用效率的影响。研究结果表明:制种玉米耗水量随着灌水量的减小而减小,随着灌水矿化度的增大而减小,适当降低灌溉水量和灌水矿化度,土壤水分能够得到充分利用;轻度缺水灌溉和微咸水灌溉对作物产量影响较小,与淡水充分灌溉相比,2ETc/3、3 g/L微咸水灌溉的制种玉米减产了10.3%。在研究区制定制种玉米灌溉制度时,灌溉水量采用370 mm左右的非充分灌溉和灌水矿化度采用3 g/L以下的咸水灌溉,制种玉米的产量减产幅度较小,并且能够提高水分利用效率和灌溉水分利用效率。     

华北轮作农田灌溉制度多目标优化模型及应用

针对华北地区冬小麦-夏玉米轮作种植模式,构建了轮作农田灌溉制度多目标模拟-优化模型,该模型利用水量平衡模型模拟不同灌溉制度下的农田耗水过程,利用水分生产函数估算不同耗水条件下的作物产量,以2种作物每次灌溉的灌水时间及灌水定额为决策变量,以两种作物产量最大为目标函数。引入动态罚函数对灌溉定额进行约束,采用改进非支配排序遗传算法进行求解,最终用理想点法对所得Pareto非劣解进行决策。不同灌溉定额下北京地区冬小麦-夏玉米轮作农田灌溉制度多目标优化结果表明:轮作模式下冬小麦的灌水关键时期为抽穗与灌浆期,与水分敏感期基本一致;夏玉米的灌水关键时期为拔节与抽穗期,受前期墒情及降水影响比水分敏感期有所提前。在最优灌溉制度下,随着灌水量的增加,两种作物产量均增加;产值呈抛物线增加,但边际产值递减;单位灌水量产值呈幂函数减小;同时作物耗水量呈对数增加,而土壤水利用量呈抛物线减少。     

石羊河流域咸水灌溉下土壤水盐动态及春玉米产量模拟

为了探究石羊河流域地下咸水资源的利用方式,利用春玉米咸水灌溉田间试验观测资料对SWAP(SoilWater-Atmosphere-Plant)模型参数进行了率定和检验,并利用率定参数后的SWAP模型模拟了较长时期咸水灌溉对土壤盐分动态及春玉米产量的影响。研究结果表明:土壤含水量、土壤含盐量和春玉米产量的实测值与模拟值吻合较好,均方误差(RMSE)和平均相对误差(MRE)均在允许的误差范围之内,经过率定和检验后的SWAP模型可以用于研究区春玉米咸水灌溉的模拟;较长时期咸水灌溉模拟结果表明,在模拟期内,矿化度在3. 0 mg/cm~3以下的微咸水灌溉土壤盐分累积量在2. 8 mg/cm~3以下,春玉米减产幅度在20%以内,矿化度在6. 0 mg/cm3以上的咸水灌溉土壤盐分累积量在4. 0 mg/cm~3以上,春玉米减产幅度在38%以上。在研究区可以较长时期利用灌水矿化度低于3. 0 mg/cm~3的微咸水进行灌溉,土壤积盐量较少,对春玉米产量影响较小,可以达到合理利用地下咸水资源的目的。     

基于支持向量机的微咸水灌溉下土壤盐分预测

土壤水盐运移过程是农田土壤水盐调控的重要基础,是一个极其复杂的物理化学过程。本文在室内微咸水灌溉试验的基础上,引入支持向量机(SVM)模型应用于咸淡水交替灌溉后对土壤溶液EC、pH值的预测研究,并对其预测效果进行了分析。研究表明,支持向量机回归模型能够有效地模拟预测咸淡水交替灌溉下土壤EC和pH值变化规律,模型平均相对误差均小于10%,具有较高的预测精度。本方法为土壤水盐运移研究提供了一条新的思路和途径,具有较大的实用价值。     

黄河三角洲地区冬小麦微咸水灌溉制度模拟

合理开发浅埋区地下微咸水用于灌溉不仅可以解决水资源短缺的问题,而且可以通过降低地下水位减轻土壤次生盐碱化,改善作物生长的水土环境。选择淡水资源紧缺、地下水埋深浅、土壤水盐运动剧烈的黄河三角洲地区,基于FEFLOW软件建立了引黄灌区的水流与溶质运移数值模拟模型,并应用率定和验证后的模型对多种微咸水(矿化度为2~5 g/L)灌溉方案进行模拟,综合考虑地下水位临界深度和冬小麦生育期耐盐极限,确立了较优的微咸水灌溉制度,包括一次性灌足关键微咸水、微咸水与淡水混合灌溉、微咸水与淡水轮流灌溉三种灌溉方式。     

汾河三坝灌区的咸水灌溉

汾河三坝灌区，地处汾河灌区最下游，是一个缺水灌区，水源靠区间来水及地下水，但地下水矿化度较高，影响其开发利用，研究咸水灌溉是开发利用地下水的重要问题。咸水灌溉，在增加土壤水分的同时，增加了土壤盐分，既有利于作物生长，盐分多了又对作物产生危害。经试验，四种作物的耐盐能力：棉花＞高粱＞冬小麦＞春玉米＞绿豆。比较各生育阶段的耐盐能力：中后期＞前期。前期即拔节前，浇咸水对产量影响较大，后期即抽穗以后，浇咸水对作物产量影响较小，浇咸水土壤含盐量不超过作物耐盐度临界值。浇咸水应掌握不旱不浇，不宜早浇，即使天旱也宜迟浇（拔节以后）、少浇（灌水１～２次，灌水量４０～５０ｍ￣３／亩）。上述各种作物在大定额河水春灌的基础上，按各阶段土壤全盐量、土壤含水率、土壤相对溶液浓度控制指标，适当浇１～２次咸水，对作物生长，提高产量是有利的。     

庞庄水库灌区冬小麦灌溉配水优化

根据作物产量与作物耗水量的关系，考虑了某一次灌水时间提前或推后对产量的影响，不同灌水次数以及相同灌水次数因不同灌溉地块灌水时间有先有后使得产量不同等几个因素，以灌区全部灌溉地块综合平均产量最大为目标函数，建立了灌区灌溉配水优化模型。通过对庞庄水库灌区冬小麦生长期灌溉具体条件进行优化计算，获得了比较满意的结果。     

优化灌溉制度及经济灌溉制度的研究

在限额灌溉的条件下，灌溉水量在各个生育期的最优分配，可以在根据缺水灌溉试验得到的产量水分模型的基础上，以最大产量为目标，采用动态规划的方法求得。经济灌溉制度是在一定供水量的前提下，使灌溉净效益达到最高的灌溉制度。该文给出了数学模型，并依据民勤县的试验资料给出了结果。     

节水控盐灌溉制度的优化设计

本文根据作物水盐动态响应函数，分析了作物生长与土壤水盐运动关系，建立了节水、控盐、高产灌溉制度优化设计模型，为节水灌溉和微咸水利用提供了决策依据。实例分析表明，本文提供的模型及方法是合理的；实施节水、控盐灌溉制度能带来明显的经济效益和环境效益。     

咸水灌溉下的土壤水盐运动规律

土壤旱季自然积盐再加咸水灌溉，土壤呈明显积盐趋势，试验结果表明，小定额灌溉，砂壤土的积盐程度较中壤土高；大定额灌溉，砂壤土的脱盐效果较中壤土为好。随着灌水定额的增加，从咸水带入土中的盐分渗滤到作物根层以下的盐量越多。     

基于四水转化的灌区耗水量计算模型

针对以往灌区耗水量计算方法的不足和灌区水循环机制的特点,本文建立了基于四水(即大气水、地表水、地下水和土壤水)转化的灌区耗水量计算模型。该模型把灌区划分为农田、林草地、荒地、湖泊湿地和城镇用地五类水均衡模块,重点考虑了人类活动对灌区农业、工业、生活和生态耗水量的影响。以宁夏青铜峡引黄灌区为例,详细计算了各种耗水类型的耗水总量和耗用的黄河水总量,并定量分析了各水均衡要素间的相互转化关系。模拟计算结果与试验观测结果对比分析表明,该模型在平原灌区具有较好的模拟精度,能够应用于生产实践。     

基于作物水分生产函数下的限额灌溉制度优化研究

通过对小麦、玉米、棉花等主要农作物的分阶段受旱试验，获得了三年的限额灌溉试验观测数据；采用非充分灌溉条件下的土壤水分运动理论分析试验数据，建立了限额灌溉条件下的作物蒸发蒸腾模型。结合试验数据分析水分亏缺对作物产量的影响，采用多元回归分析法求解水分生产函数模型参数。采用动态规划法研究了水资源不足条件下的限额灌溉制度的多阶段优化法。研究成果表明，在产量能达到充分灌溉条件下产量的90％的情况下，可节约灌溉用水40％，能为水资源极其短缺地区的农业高效用水提供有力的技术支撑。     

节水灌溉的水资源评价体系

在分析我国目前采用的节水效果考核指标存在缺陷的基础上，从水资源的角度提出了评价节水灌溉新的指标体系，即灌溉水资源利用系数的提出，为计算实际节水量及区域节水潜力提供技术支持。     

咸水灌溉下制种玉米水分利用效率的研究

为了探究石羊河流域地下咸水资源的利用方式,在西北干旱区的石羊河流域开展了咸水灌溉田间试验,通过测定土壤含水率和制种玉米产量指标,研究咸水灌溉对制种玉米耗水量、产量、水分利用效率和灌溉水分利用效率的影响.研究结果表明:在相同灌溉水量条件下,不同灌水矿化度对制种玉米的耗水量影响不明显;随着灌水矿化度的增加,制种玉米的产量逐渐降低,3 g/L的微咸水灌溉与淡水灌溉相比,减产幅度在20%以下,而9 g/L的高矿化度的咸水灌溉减产幅度在30%以上;水分利用效率和灌溉水分利用效率具有与产量类似的规律.因此,在研究区短时期采用3 g/L以下的微咸水进行灌溉,对制种玉米减产幅度、水分利用效率和灌溉水分利用效率的影响较小.     

灌区井灌效率研究

灌区灌溉采用井灌井排，开发利用地下水资源，不但能有效降低地下水位，防止土壤次生盐碱化，还可以通过井渠互补，使农作物得到适时灌溉。针对目前井灌工程效率低下的问题，通过抽水试验，经过理论分析，推导出了井灌低压管道输水灌溉系统的最优出水量、最佳扬程和经济管径计算方法，从而可提高机井灌溉效率。     

水稻灌区基于多过程耦合的分布式水转化模型

水稻灌区灌溉-排水过程频繁,定量表征灌区水转化过程对于灌区水资源管理具有重要的意义。针对水稻灌区供-耗-排过程的时空复杂性以及灌区水转化对地下水补排过程的影响,本研究建立了灌区尺度基于灌排过程-农田土壤水分运动与作物生长过程-地下水运动过程耦合的分布式水转化模型,实现了对灌区的供-耗-排动态过程的定量表征。采用黑龙江省和平灌区水稻生长指标、灌区蒸散发量、地下水位变化以及排水沟流量等数据对模型进行了率定验证,结果表明模型具有较高精度。相对于传统灌区水转化模拟方法,该模型有效表征了灌区水转化所涉及的灌排过程、土壤水及地下水运动过程、作物生长过程的时空动态耦合,实现了灌区水转化的分布式动态模拟。同时,模型所需参数较少,避免了以往灌区水转化过程计算复杂的难点。该模型为水稻灌区多环节水转化过程模拟及用水效率评估提供了重要方法。     

现代灌溉水肥调控原理与技术研究进展

我国一般年份农业缺水约300亿m3,农业水肥利用率主要指标相当于国际先进水平的60％～70％,农业缺水和面源污染问题日益突出,严重影响国家粮食安全和生态安全.本文综述了创新团队在现代灌溉水肥调控原理、技术与模式等方面所开展的研究工作进展.通过多年的研究,发展了现代灌溉施肥变量调控理论方法,提出了精量滴灌水肥高效调控技术...     

北方井灌区井群无线自动控制系统的开发研制

利用计算机技术、单片机技术和通讯技术,结合地下水位预报模型,开发研制了井灌区井群无线自动控制系统。系统可根据区域水资源状况、机井工程布局及灌溉配水计划,设定系统运行参数,自动对井群系统运行进行控制、监视、计时计费和事故处理,以实现对地下水限量开采。应用表明,该系统可实现灌区地下水资源的集中统一管理,降低灌区运行管理费用,提高灌区管理水平,为井灌区灌溉管理的信息化奠定了基础。