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。

基于降水频率分析的旱直播水稻滴灌灌溉制度研究

为了推动旱直播水稻滴灌技术的大面积推广,选择位于吉林省中部地区的岔路河水田试验基地进行灌溉制度试验,分析旱直播水稻滴灌条件下耗水规律与耗水强度,首次制定适于吉林省自然条件下旱直播水稻滴灌灌溉制度。结果表明:旱直播水稻耗水规律大致相同,表现为前期较少、中期增加、后期又逐渐减少的“单峰式”变化规律,最大值出现在分蘖期;耗水强度呈先增强后减弱的“单峰式”变化规律,抽穗开花期为旱直播水稻的需水关键期。制定旱直播水稻滴灌优化灌溉制度,丰水年灌水6次,1次灌水时间2 h,灌水定额135 m^(3)/hm^(2),灌溉定额810 m^(3)/hm^(2);平水年灌7次,1次灌水时间2~3 h,灌水定额135~225m^(3)/hm^(2),灌溉定额1305 m^(3)/hm^(2);枯水年灌11次,1次灌水时间2~3 h,灌水定额135~225 m^(3)/hm^(2),灌溉定额2295 m^(3)/hm^(2);特枯水年灌12次,1次灌水时间2~3 h,灌水定额135~225 m^(3)/hm^(2),灌溉定额2340 m^(3)/hm^(2)。与常规水稻淹灌相比,不同的水文年型下的旱直播水稻滴灌栽培节水率均达到70%以上,节水效果显著,节水潜力巨大,适合在吉林省水田区尤其是水资源供需矛盾问题突出地区进行适度推广。

基于HYDRUS-1D模型的荒漠苜蓿农田滴灌灌溉制度制定

【目的】探究提高干旱区荒漠苜蓿农田滴灌水分利用效率的方法,制定适宜的节水灌溉制度。【方法】以苜蓿为研究对象,基于HYDRUS-1D模型设置4种灌溉水平(高强度大灌溉量(LH-I)、中强度大灌溉量(MH-I)、低强度中等灌溉量(SM-I)、无灌溉(CK))和5个0~20 cm土层初始土壤体积含水率梯度(4%、6%、8%、10%、12%,分别表示为S1、S2、S3、S4、S5),分析苜蓿根系土壤体积含水率降至土壤凋萎点的时间、峰值及维持在土壤凋萎点以上的时长,筛选0~20 cm土层不同土壤初始体积含水率下的最优灌溉水平。【结果】0~20 cm土层土壤体积含水率的变化对SM-I、CK灌溉水平具有显著影响;在无灌溉的情况下,体积含水率?10%的0~20 cm土层土壤会补给根系层水分;低含水率的0~20 cm土层土壤更有利于LH-I灌溉水平下的水分在根系层的留存,SM-I水平下根系层水分的留存时长与0~20cm土层土壤体积含水率呈正相关。LH-I灌溉水平下的深层土壤体积含水率峰值相比MH-I、SM-I、CK灌溉水平分别提高10.28%、27.91%、107.93%;MH-I灌溉水平下根系层土壤体积含水率维持在凋萎点之上的时长最久,平均为5.7 d。【结论】当0~20 cm土层土壤体积含水率≤4%时,可采用LH-I灌溉水平;当0~20 cm土层土壤体积含水率?4%时,MH-I灌溉水平为最优选择。

基于HYDRUS-2D南疆矮砧密植苹果滴灌灌溉制度优化

通过数值模拟和田间试验相结合的方法,以2019-2021年田间实测数据对模型水力特性参数进行率定和验证,并利用校准模型参数模拟了42组不同情景的滴灌苹果水分胁迫量和深层渗漏量变化规律,采用HYDRUS-2D模型优化了南疆地区5 a生矮砧密植苹果滴灌灌溉制度。结果表明,南疆5 a龄矮砧密植苹果树不同生育期滴灌适宜灌溉制度是开花坐果期、果实膨大期、果实成熟期的灌水次数和灌水定额分别为6次4.5 mm、19次13.5 mm、7次9 mm;灌水周期分别为3、4和3 d。

秸秆还田和灌溉制度对黑龙江省高粱产量及耗水规律的影响

为探究不同秸秆还田施用量和不同灌水量对高粱干物质积累量及耗水规律的影响,在黑龙江省哈尔滨市香坊区进行盆栽试验。本试验设置3个不同的秸秆还田施用量和3个不同灌溉下限,探究不同处理高粱干物质累积量、产量以及水分利用效率的差异。研究表明:在一定范围内,增加秸秆还田量、灌水量,能够促进高粱干物质积累,增加高粱的产量;当秸秆还田施用量为30g/盆,灌溉下限控制在70%最大田间持水量时,高粱干物质累积量、产量以及水分利用效率最高,该梯度水平是在秸秆还田管理模式下黑龙江省高粱生长发育的适宜梯度水平。

景电灌区玉米节水控盐灌溉制度探讨

为提高景电灌区灌溉水利用系数和高效节水灌溉技术的推广应用。采用调查分析法,在分析景电灌区玉米节水控盐灌溉制度研究意义的基础上,提出了玉米节水控盐灌溉制度研究方法,对景电灌区玉米节水控盐灌溉制度应用效果进行了探讨。结果表明,通过分析玉米作物各生育阶段耗水量,总结蓄水规律,根据模型建构制定的最佳节水控盐灌溉制度与实际状况较为符合,实现了有限水量在玉米作物生育期间的合理分配模式。通过玉米节水控盐灌溉制度的应用,灌区节水控盐灌溉项目稳步推进,农业生产技术实现优化升级,促使水资源实现集约精细化管理。综合考虑可以在景电灌区推广应用玉米节水控盐灌溉制度。

不同灌溉制度对冬小麦产量、水分利用效率及灌溉水利用效率影响的试验研究

以2016年—2017年冬小麦良星99为研究对象,设置6个灌水处理,对比不同灌水处理下冬小麦籽粒产量、产量构成要素、水分利用效率以及灌溉水利用效率,综合考虑产量和当地水资源状况等因素,研究冬小麦合理灌溉制度,为节约水资源、保障国家粮食安全提供技术支撑。

基于NPOI的辽宁省东港灌区水稻作物灌溉制度模块设计与实现

为提高灌区作物灌溉制度设计效率和精度,基于NET平台,采用C#语言集成NPOI插件开发了灌区规划设计中常用的灌溉制度制定模块。该模块可快速读取存储在Excel文件中的气象基础数据,以作物系数法结合彭曼-蒙特斯公式计算作物长系列逐时段需水过程,模拟作物灌排过程。模块可为作物灌溉制度设计重要工具,也可作为其他软件系统的组成部分,有较高的实用价值。

沃柑幼树灌溉制度关键参数研究

在桂林市农田灌溉试验中心站开展沃柑幼树单株耗水试验,用智墒仪ET100进行土壤体积含水率实时监测,采用水量平衡法计算耗水量和耗水强度。结果发现:①沃柑3年期幼树全年耗水量在542.6 m^(3)/亩,其中6月为耗水最大的月份,12月为耗水最小的月份。10~40 cm土层的耗水量占全年耗水量的71.8%,40 cm以下土层全年的耗水量占全年耗水量的28.2%。②10 cm土层灌水只能保持前4天沃柑3年幼树的耗水,20 cm土层一直在耗水中占主导地位,灌水后12 d内,主要受影响的土层深度只到30 cm。③沃柑3年期幼树的主要根系集中在20 cm深度,沃柑幼树的适宜灌溉深度应设定在20 cm。④沃柑3年期幼树的4个典型阶段的灌水间隔最大值10 d,最小值为5 d,中位数为8 d。

水稻田灌溉制度优化设计的技术经济研究

文章以灌区工程设计经济效益最大化为约束条件,为减少冻害与用水量,对比不同灌溉制度设计,提出了灌溉制度优化方案,成果在同条件地区推广应运,可起到节水、节资、增产的效果。

不同灌溉制度对设施番茄生长的影响

该试验选取蒸发皿、气象站、土壤水分、经验灌溉四种不同的灌水取值方法开展设施番茄膜下滴灌试验,综合研究表明:基于蒸发皿蒸发量、气象数据、土壤水分以及经验灌溉所确定灌水量的不同处理全生育期耗水量分别为143.41、154.11、114.34、195.86 mm;番茄产量分别为40842.89、19683.78、33191.33、17128 kg/hm^(2)。水分利用效率分别为28.48、12.77、29.03、8.75 kg/m^(3)。用TOPSIS综合评价法对有关指标进行评价得出,土壤水分处理水分利用效率高,耗水量小,产量较高,相对节水39.79%以上,对应的灌溉制度为试验的最优灌溉制度。

基于土壤含水量的灌溉制度对番茄生理、产量及水分利用效率的影响

为研究不同灌溉制度对番茄生理、产量及水分利用效率的影响,以盛丰5号为材料,开展50%田间持水量(FC)、60%FC、70%FC、80%FC为灌溉开启条件的灌水试验(T1~T4),对照(CK)依据当地常用滴灌灌溉制度。试验表明,番茄结果前期和转色期,与CK相比,70%FC为开启条件的灌溉制度可显著提高番茄叶片的光合参数。番茄采收期,叶片光合能力方面,T2表现最好,但与T1、T3、T4、CK无显著差异;果实品质方面,T1处理维生素C含量较T2、T3、T4、CK分别显著提高91.96%、55.46%、62.82%、29.26%,总糖含量分别显著提高22.43%、51.13%、76.98%、28.53%,大果占比50%,特小果占比为0;经济指标方面,T1的水分利用率分别较T2、T3、T4、CK提高12.42%、135.22%、106.59%、18.36%。综合番茄生理指标、果实品质和经济指标,以50%FC为灌溉开启条件可在设施番茄秋冬茬栽培中获得较高的果实品质和商品价值,有效实现节水增效目标。

引黄灌区夏玉米-冬小麦连作实时灌溉制度研究

为研究夏玉米-冬小麦连作模式下的节水灌溉制度,针对现有实时灌溉预报忽略了实际生产中复种连作的问题,统筹考虑复种连作时上下季作物生育期间隔时段内土壤水分的收支变化,建立了作物连作的实时灌溉预报模型,以三刘寨引黄灌区2014-2017年夏玉米-冬小麦连作为例进行模型的应用。结果表明:与传统灌溉制度相比,采用该模型所确定的实时灌溉制度其灌溉定额年均减少20.4%,灌区的灌溉用水量年均节省1470万m3,各年度夏玉米-冬小麦总产量分别增加2.4%、2.2%、0.8%,各年度水分利用效率分别提升13.6%、12.3%、18.3%。

基于熵权-逼近理想解法的设施番茄灌溉制度评价研究

为研究设施番茄优质、高产、高效的最优灌溉制度,以蒸发皿、气象站、土壤水分传感器等仪器设备测定土壤水分信息作为灌溉决策依据,设计5种灌溉处理,以番茄单果重、作物产量、灌水量、糖酸比、Vc含量以及可溶性糖含量作为评价指标,利用基于熵权的逼近理想解法对灌溉制度进行分析评价,以确定最优灌溉制度。结果表明:随着生育期的推进,不同灌溉制度对番茄的株高、茎粗、叶片数和叶面积指数变化趋势表现一致,其中株高、茎粗、叶片数在不同生育期表现为苗期生长较快,开花坐果期生长速度减缓,成熟期后基本无变化;叶面积指数则随着生育期逐渐加大,成熟时期趋于稳定。与其他处理相比,T3处理在生物量、水分利用效率与产量方面均表现为最优,其中水分利用效率与产量分别为12.62kg/m^(3)和40842.88kg/hm^(2)。且在番茄生育期内的总耗水量表现为T5>T2>T4>T3>T1,其中不同处理在开花坐果期的耗水量最大,苗期次之,成熟期最少。不同灌溉处理下,番茄单果重、糖酸比、Vc含量及可溶性糖含量分别表现为T5>T3>T2>T4>T1、T2>T1>T4>T3>T5、T1>T4>T3>T5>T2和T4>T1>T2>T3>T5。综合考虑糖酸比、Vc含量、可溶性糖含量、单果重、番茄产量和灌水量等6项指标,认为T3处理苗期灌水量37mm、开花坐果期灌水量44mm、果实成熟期灌水量17mm可作为推荐的设施番茄最优灌溉制度,评价结果与试验分析一致。该方法在评价指标选择时考虑了不同生育期水分亏缺的敏感性,避免了由于主观因素引起的误差,具有客观、准确、方法简单等优点,为设施番茄灌溉制度的优选和评价提供了新途径。

基于隶属函数法的宁夏滴灌玉米灌溉制度研究

在干旱半干旱地区制定合理的滴灌制度,能够有效提高作物产量和水分利用率。为了确定宁夏东麓灌区玉米滴灌制度,以灌水定额为变量(2 100、2 550、3 000、3 450、3 900 m^(3)/hm^(2)),探究不同灌水定额下玉米的生长指标、产量及构成要素、光合参数和水分利用效率的变化,运用相关性分析和隶属函数确定最佳灌溉量。结果表明:F4、F5处理下的全生育期土壤水分、株高、茎粗、叶面积、穗长、穗粗、籽粒质量、百粒质量、产量、WUE、Pn显著高于其他处理,秃尖长低于其他处理。相关性分析表明,WUE与株高、茎粗、叶面积、穗长、穗粗、籽粒质量、百粒质量、耗水量、产量、WUE、PAR、Pn呈正相关,与秃尖长呈负相关。利用隶属函数综合分析法对12个指标进行综合分析发现,F4处理时灌溉效果最为理想。综上所述,宁夏东麓灌区玉米滴灌定额为3 450 m^(3)/hm^(2),灌水12次能有效提高玉米生长指标、产量及构成要素、光合参数和水分利用效率,该灌溉制度适宜在宁夏东麓灌区滴灌玉米种植上推广。

基于AquaCrop模型的河南省冬小麦灌溉制度优化研究

为验证AquaCrop模型在河南省的适用性,并探讨冬小麦最优灌溉制度,分别于2016—2018年和2019—2020年,在河南周口进行冬小麦不同灌水频次田间试验,先后校准AquaCrop模型参数和独立验证模型模拟效果,并利用验证后的AquaCrop模型,分析不同降雨年型条件下16种灌溉情景对冬小麦耗水量、蒸腾量、籽粒产量、水分利用效率和灌溉水利用效率的影响。结果表明,冬小麦冠层覆盖度模拟值与实测值的决定系数(R^(2))介于0.84~0.94,一致性指数(d)介于0.93~0.98,均方根误差(RMSE)介于4.7%~9.4%。冬小麦生物量模拟值与实测值的R^(2)介于0.94~0.95,d介于0.93~0.98,RMSE介于2.1~2.2 t/hm^(2)。冬小麦籽粒产量、水分利用效率模拟值与实测值的相对误差(RE)均在10%以内。以籽粒产量和水分利用效率最高为目标,冬小麦的最优灌溉方案为:于干旱年拔节期、开花期和灌浆期,每次灌水75 mm;于平水年拔节期和开花期,每次灌水75 mm;于丰水年拔节期灌水75 mm。

基于产量与品质的宁夏引黄灌区小黑麦灌溉制度研究

以小黑麦冬牧70为试验材料,研究不同灌溉定额对小黑麦产量与品质的影响。结果表明,小黑麦株高、绿叶数与灌溉定额之间符合开口向下的一元二次函数关系,在灌溉定额为3960m^(3)/hm^(2)时两者均最大。鲜草量、干物质量和干物质消化率随着灌溉定额的增加逐渐增加。不同灌溉定额对小黑麦生长指标、产量和营养品质影响显著。灌溉定额为3960m^(3)/hm^(2)时,小黑麦粗蛋白、脂肪、粗灰分含量最高,酸性洗涤纤维、中性洗涤纤维含量较低,适口性和相对饲喂价值较好。

甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状与发展趋势探析

制定合理的灌溉制度和控制适宜的土壤水分条件是节约水资源、促进农业可持续发展的重要途径之一。甘肃省属于小麦主产省份,但该地区自然降雨分布不均,而小麦属于高耗水作物,水资源缺乏成为甘肃引黄灌区小麦生产的主要限制因子。基于此,课题组围绕甘肃引黄灌区小麦灌溉制度研究现状,分析了小麦需水规律及高效节水灌溉制度,并从小麦生长发育需水量及需水时间控制机制研究、小麦干旱发生发展情况与致灾临界气象条件研究、极端干旱情况下小麦脆弱性诊断及适应性管理三个方面阐述了小麦灌溉制度研究发展趋势,以期为农业水管理精准化提供参考。研究结果表明,为实现小麦高产及节约用水,应科学制定小麦的灌溉制度,进行适时、适量灌溉,为小麦生产创造合理的群体结构,提高水资源利用效率,从而达到节水、高产、高效、稳产的目标。

甘肃引黄灌区玉米灌溉制度研究现状与发展趋势探析

【目的】甘肃地区玉米种植面积较大,是当地最主要的农作物之一,但是由于甘肃地区气候与地理环境的影响,当地整体降雨量较低且缺乏灌溉水源,甘肃引黄灌区的水资源供需矛盾日渐尖锐,枯水年份在玉米用水高峰时间段的供水总量严重不足,做好灌溉制度的优化设计工作刻不容缓。【方法】课题组简要阐述了甘肃引黄灌区玉米灌溉制度优化研究的重要性,并对当前甘肃引黄灌区玉米灌溉制度的现状进行了分析,分析了目前玉米生育期不同阶段的需水情况和灌溉水量阶段分配次序。【结果】得出并汇总了甘肃引黄灌区玉米各剩余阶段敏感指数和甘肃引黄灌区主要作物适合的净灌水定额,同时总结了当前甘肃引黄灌区玉米灌溉制度存在灌溉制度不够科学、灌溉设施存在问题等弊端。【结论】灌溉制度的优化对于甘肃引黄灌区玉米种植具有重要的作用,是影响玉米产量与质量的关键所在。据此提出了甘肃引黄灌区灌溉制度的发展趋势与一些优化措施,希望能够为甘肃引黄灌区玉米种植提供一定的借鉴与帮助,实现农业现代化与可持续发展目标。

富西灌区灌溉制度分析

富西灌区设计灌溉水田面积2113.3hm ^(2),灌区灌溉制度是否完善,影响灌区效益和农民的增产增收,如何充分利用水资源,发挥耕地产能,是灌区发展的一个要素,文章分析了适宜该灌区的灌溉制度。