基于AquaCrop模型的水稻多目标灌溉制度优化研究

【目的】优化现有水稻灌溉制度,节约灌溉用水量,减少稻田氮磷流失量以降低面源污染风险。【方法】构建了基于AquaCrop模型和NSGA-Ⅱ算法的水稻灌溉制度模拟优化模型,利用水稻田间试验数据,开展以产量最大、氮磷流失量最小、灌水次数最少的3种目标组合(产量-氮磷流失量(Y-TNP)、产量-灌水次数(Y-N)、产量-氮磷流失量-灌水次数(Y-TNP-N))下的灌溉制度优化模型研究,提出适应不同生育期降水年型的稳产-控污-提效灌溉制度。【结果】(1)与常规灌溉相比,Y-TNP灌溉制度优化水稻产量下降2.14%,氮磷流失量减少23.09%;Y-N灌溉制度优化水稻产量下降1.76%,灌水次数减少53%;Y-TNP-N灌溉制度优化水稻产量下降2.64%,氮磷流失量减少22.83%,灌水次数减少2次。(2)不同典型年以Y-TNP-N为目标优化的稳产-控污-提效灌溉制度水稻产量介于7.74~7.78 t/hm^(2),同时大幅度减少灌水量进而降低氮磷流失量。【结论】AquaCrop模型可模拟试验区水稻的生长发育过程,本文构建的模拟-优化耦合模型可用于优化不同生育期降水年型下稳产-控污-提效的灌溉制度。

农作物优化灌溉制度及水资源分配模型的研究进展

阐述了国内外优化灌溉制度及灌溉水资源在单一作物和多作物间优化分配模型的研究进展,分析 了目前水资源优化分配模型研究中存在的仅考虑经济效益而忽略生态环境效益、农业用水效率较低、模型中指数 取值研究不足等问题,提出了今后在农作物水资源优化分配模型的相应研究中,应考虑多目标规划模型及生态影 响目标,并运用决策支持系统来进行水资源优化,发展多作物优化组合及优化配水模型,从而为确定区域节水模式 和水资源承载能力及生态环境改良提供更有力的科学依据。

基于SWAP模型的桓台县主要农作物灌溉制度优化

为实现节水增产,以山东省桓台县冬小麦和夏玉米为例,运用SWAP模型模拟了不同灌溉方案组合下的土壤含水率以及作物产量,优化了灌溉制度。研究结果表明:SWAP模型能够较好地模拟桓台县冬小麦和夏玉米的生长过程,模拟效果理想;通过利用率定好的SWAP模型模拟3种ET_(c)条件下不同降雨年型的作物相对产量和水分利用效率,结果发现,小麦灌3水和玉米灌2水的模式能够提高作物产量,并且能明显提升水分利用效率;根据模拟结果获得最优灌溉制度为:80%ET_(c)下,不同生育期冬小麦平、枯水年的灌水额应为,拔节(87.3、92.9 mm)、抽穗(124.7、132.7 mm)和灌浆(62.4、66.4 mm);不同生育期夏玉米的灌水定额为,拔节(19.8、40.2 mm)和抽雄(29.8、60.6 mm)。优化后的方案可保证研究区冬小麦和夏玉米的产量,并且能提高作物灌溉水利用效率。

农业灌溉水资源优化配置研究进展

水资源短缺是制约农业可持续发展的关键因素,因此农业灌溉水资源的优化配置对于保障粮食安全和水安全具有重要意义。该研究基于农业灌溉水资源优化配置的主要类型,对单一作物灌溉优化决策、多作物水土资源优化配置和灌溉渠系水资源优化调度3个方面的研究进展进行了系统综述。同时指出了当前农业灌溉水资源优化配置中存在的主要问题和未来研究方向,研究认为当前的农业灌溉水资源优化配置应在如下4个方面进行完善:1)建立更具生理意义的作物水分-产量-品质模型;2)在气候变化和人类活动的情景下实现农业灌溉水资源的优化配置;3)构建全面考虑水源、渠系、灌区面积、作物配置以及生育阶段的系统性农业灌溉水资源优化配置模型;4)建立以棵间蒸发最小为目标的动态灌溉优化决策模型。研究可为中国的粮食安全和水安全提供理论指导。

应用ORYZA2000模型制定北京地区旱稻优化灌溉制度

通过优化灌溉提高水分利用效率,使有限的水资源发挥最大的效益,是推行节水农业的一个重要方面。在模型验证的基础上,利用ORYZA2000模型和多年气象资料,分析了北京地区不同降水年型条件下旱稻产量和水分利用效率与灌溉定额之间的关系,在此基础上制定不同降水年型和产量水平的北京地区旱稻优化灌溉制度。结果表明:当灌溉定额达到一定水平后,最高产量趋于不变。干旱和平水年型条件下旱稻均有较大的增产潜力,灌溉定额为300～500mm可增产约3000kg/hm2;丰水年型灌溉定额为250mm时可增产1000kg/hm2。70%、80%和90%产量潜力3个产量水平的最优灌溉制度分别需要保持根层土壤相对含水率在67%、73%和83%左右,灌水定额不宜过高,以50～60mm为宜。灌溉次数和灌溉定额随产量水平的提高而增加,并取决于实际的降水情况:干旱年型3个产量水平的灌溉次数为3～8次;平水年型为2～5次;丰水年型为1～5次。水分利用效率变化范围为0.92～1.28g/kg,受各年型降水量影响灌溉水水分利用效率变化在1.61～7.76g/kg之间,丰水年型的灌溉水水分利用效率高于平水年型和干旱年型。80%产量潜力水平时的水分利用效率最高,不同年型灌溉定额在98～239mm之间,灌溉次数为2～5次。

基于AquaCrop模型的有机稻灌溉制度优化

随着人们对提高农业生产效率方法的不断探索,水稻生产模式正发生很大变化,并由化肥农药高投入的传统农业向生态环保的有机农业转变,但有机稻需耗水特性及其适宜的灌溉制度研究较少。为揭示有机稻耗水规律及不同降水年型下的灌水与产量关系,2015-2016年在湖北省漳河灌区开展了有机稻灌溉试验研究,统计分析了有机稻与普通稻的需耗水差异,获得了有机稻耗水及其产量特性,提出了基于Aqua Crop模型与熵值法耦合的有机稻灌溉制度多目标多情景优化方法。结果表明:1)有机稻与普通稻需水量无显著差异,但前者的排水量显著高于后者,且前者排水中的氮磷浓度均显著降低。有机稻产量为普通稻产量的84%,但单方灌水产值高28.5%(P<0.05),具有显著的经济效益。2)优化后中国南方灌区有机稻适宜的优化灌溉制度为:枯水年,108%(以RAW计,下同)的土壤含水率控制下限、30 mm的灌水定额、灌水8~9次,平水年113.85%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水6~7次;丰水年,116.92%的土壤含水率控制下限、32.31 mm的灌水定额、灌水3~4次。该文为选择节水、高产的有机稻灌溉方案提供参考。

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。

基于ISAREG模型的小麦间作玉米优化灌溉制度研究

以内蒙古河套灌区农业综合节水示范区小麦间作玉米实测资料为基础,运用Penman-Monteith法确定了参考作物蒸发蒸腾量。考虑间作条件的立体种植特征,确定了小麦间作玉米的综合作物系数。同时利用ISAREG模型对小麦间作玉米灌溉制度进行了评价,得到连续中旱处理关键生育期97mm处理在全生育期深层渗漏量为2.67%,灌水效率为99.42%,产量下降11.50%,较其他7个处理合理。根据作物在不同时期作物需水强度运用ISAREG模型模拟优化灌溉制度,获得适合当地的优选灌溉制度,即全生育期灌水5次,灌水时间分别为5月10日、5月24日、6月17日、7月10日、7月30日,灌水定额分别为75、80、90、90、80mm,为灌区节水优化管理提供了技术支持。

基于模拟技术及遗传算法的作物灌溉制度优化方法

通过土壤水量平衡模型对作物生育期内的土壤含水率及田间腾发过程进行动态模拟,并利用作物水分生产函数的Jensen模型估算作物产量,建立了以灌溉日期为决策变量、最大相对产量为决策目标的灌溉制度优化模型,并采用保留最佳个体的遗传算法求解作物最优灌溉制度。结合山西潇河灌区2003年冬小麦返青后的实际气象状况,用上述模型对冬小麦灌溉制度进行了优化与分析。对动态规划、单纯形搜索法及遗传算法的求解结果进行了比较,表明保留最佳个体的遗传算法能搜索到全局最优解,且结果稳定。不同情况下的灌溉制度优化结果表明抽穗初期是冬小麦的生长关键期,其次是拨节期。随着灌溉水量的增加,最优灌溉制度下的田间腾发量及冬小麦产量也相应增加,但增加幅度逐渐减小。

作物水分生产函数及灌溉制度优化的研究进展

阐述了作物水分生产函数的基本原理和一些典型模型,并对其在灌溉方面及不同阶段缺水对作物生物量累积的后效性影响等方面的研究,以及可行性分析及地区移用性研究加以探讨。对作物灌溉制度优化模型以及作物优化灌溉制度设计方法研究加以探讨,分析了目前模型中指数取值研究不足等问题。为合理利用有限水资源,达到最大的作物产量或产值,实现有限水量在作物生长期及作物间的合理配置提供依据。

基于CROPWAT模型的拉萨地区燕麦优化灌溉制度研究

针对西藏高海拔地区灌溉人工草地发展面临牧草灌溉基础理论研究薄弱的现实,以拉萨市为研究区,依托田间试验和CROPWAT模型模拟预测,对燕麦需水量、耗水量、优化灌溉制度等进行研究。结果表明,拉萨地区燕麦全生育期需水量为570 mm,不同水分条件下耗水量在464∽570 mm之间,分蘖、拔节初期为燕麦灌水关键期。通过CROPWAT模型模拟,确定当地燕麦灌水2∽4次较适宜。最优非充分灌溉制度的灌水时间为播种前、分蘖期和拔节初期,净灌水量分别为37、43、30 mm。

冬小麦节水高效优化灌溉制度模型应用研究

根据霍泉灌区田间试验资料,考虑水分亏缺的后效性,以冠层叶面积指数修正后的作物-水模型作为目标函数,建立二雏动态规划模型,计算冬小麦节水高效优化灌溉制度。结果显示,该模型充分反映了灌水时间、灌水定额和灌溉水量产生的冬小麦的产量效应,所建模型和参数确定较合理,在实践中更有实用性。

基于作物-水模型的不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度研究

以不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度为研究目标,以地下滴灌不同土壤含水量下限控制试验为基础,通过对不同降雨年型苜蓿生长、水分利用及产量指标的系统分析,建立产量-耗水量-水分生产效率的作物-水模型,推求各茬苜蓿最优耗水量,结合典型年降雨在苜蓿生产各茬内的分布特点,提出宁夏引黄灌区苜蓿草田不同降雨年型地下滴灌灌溉制度。结果表明:不同降雨年型下,地下滴灌苜蓿土壤含水量≥50田间持水率时,各茬株高呈现先升高再下降的2段式变化过程;分枝数随收获茬次的延续逐步下降,茎叶比在丰水年型随灌溉定额增加而升高,在平水年型随收获茬次延续逐步下降;各处理干草产量在不同降雨年型均随收获茬次的延续逐步下降,且土壤含水量下限高于60田间持水率的各处理间产量差异达不到显著水平;苜蓿草田各茬灌水量通过影响耗水量而影响苜蓿茎叶比、株高和分枝数,进而影响干草产量,并据此建立了苜蓿草田产量-耗水量-水分生产效率间的作物水模型,计算苜蓿草田各茬兼顾产量和水分生产效率的最优耗水量,结合自然降雨分布特征,提出宁夏引黄灌区不同降雨年型苜蓿草田生长季地下滴灌灌溉制度:枯水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为5000 m^3/hm^2,灌水20次;平水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4600 m^3/hm^2,灌水19次;丰水年苜蓿地下滴灌灌溉定额为4132 m^3/hm^2,灌水17次。

基于WIN ISAREG模型的辣椒沟灌灌溉制度优化研究

为研究河套灌区经济作物辣椒的节水灌溉制度,进行了连续两年的田间灌溉试验。根据辣椒"水涝易死秧"的特点,采用沟灌对辣椒的灌溉制度进行研究。在田间试验的基础上,利用ISAREG模型对实际灌溉制度进行了评价,并模拟了多种组合方案,得到了受黄河来水时间约束和井渠结合不受来水限制的优选方案。优化结果表明辣椒生育期内共灌水4次,总灌水量在220mm左右,产量下降率为5%左右。在不严重减产条件下水分利用率提高了12.73%。因此制定合理的灌溉制度,有利于为当地充分和有效的利用水资源提供依据。

安徽省淮北地区旱作物灌溉制度优化的研究

通过对安徽省淮北地区冬小麦、油菜、夏玉米、大豆等主要农作物的分阶段受旱试验,获得了连续5年的非充分灌溉试验资料,用多元回归分析法得到了这几种作物水分生产函数模型参数。运用动态规划法研究了供水不足条件下的非充分灌溉制度,得到了冬小麦、油菜、夏玉米和大豆这4种作物的优化灌溉制度。研究结果表明,在产量相同或相近时,采用优化灌溉制度进行灌溉,可明显减少作物的耗水量和灌溉用水量,提高水分生产率。

高产省水灌溉制度优化模型研究

本文针对我国干旱、半干旱地区农业水资源短缺的特点,提出了建立在非充分灌溉理论基础上的灌溉制度优化模型.该模型是一个两维状态及两维决策变量的多维动态规划模型,可利用动态规划逐次渐近法(DPSA)求解.以黑龙港地区为背景的实例研究结果说明了所建模型及求解方法的合理性和有效性,为节省缺水地区的农业水资源开辟了一条新的途径.

基于WIN ISAREG模型的青贮玉米灌溉制度优化研究

为了探索锡林河流域青贮玉米高效节水的最优灌溉制度,进行了连续2年的田间灌溉试验,研究了滴灌条件下青贮玉米的灌溉制度。研究表明,青贮玉米在拔节期-抽雄期土壤水消耗比率最低,作物系数、产量反应系数和腾发量在整个生育期内均达到最大,为青贮玉米的需水关键期;在田间试验的基础上,利用WIN ISAREG模型对实际灌溉制度进行了评价,并模拟了多种组合方案,得到了青贮玉米优选的灌溉制度,青贮玉米生育期内共灌水8次,灌水量200 mm,产量下降率为5.6%,灌水效率达到100%。研究结果可为流域内的青贮玉米灌溉预报,以及有效的利用当地水资源提供参考。

基于混合PSO算法的西北干旱区作物灌溉制度优化设计

在西北干旱地区,由于水资源不足,所以在非充分灌溉条件下研究作物灌溉制度优化设计显得尤为关键。为了得到灌溉制度优化模型的最优解,提出了应用基于自然选择的混合粒子群算法(SELPSO)进行求解,并结合实例,对甘肃省景泰川一期灌区春小麦灌溉制度进行优化设计,优化结果验证了该算法的有效性与可行性。

作物灌溉制度的模糊优化设计

针对农业水资源短缺问题 ,提出在非充分灌溉条件下对作物的灌溉制度进行模糊优化设计 ,寻求最优灌溉策略 ,使有限的水量在作物生育期内发挥最大的效率 ,从而有效地提高农业用水效率 .实例研究结果说明 。

基于优化灌溉制度模拟的作物对地下水利用研究进展

一、引言 “节水优先、空间均衡、系统治理、两手发力”的治水思路赋予了新时期治水的新内涵、新要求、新任务.节水优先是新时期治水工作必须始终遵循的根本方针.这是在吸取世界各国发展经验和教训,对我国国情水情深刻分析研究后作出的科学选择.为推进实行最严格水资源管理制度,确保实现水资源开发利用和节约保护的主要目标,严格用水总量控制、用水效率控制、水功能区限制纳污“三条红线”,着力挖掘农业节水潜力,迫切需要改变传统农业灌溉方式.