修正灌溉水利用效率指标体系的研究

建立科学的灌溉水利用效率指标体系有助于准确评价灌溉水的利用效率,从而为节水灌溉项目决策及灌溉管理提供科学的依据。本文分析了目前灌溉水利用效率指标体系存在的问题,并作了系统的修正,提出了由渠道水利用效率、渠系水利用效率、田间水利用效率、作物水利用效率和灌区灌溉水利用效率组成的灌溉水利用效率指标体系,并分别给出了这些指标的定义及计算方法。

两种覆盖方式下灌水定额对土壤温度变化、棉花产量及水分利用效率的影响

【目的】探究不同覆盖方式和灌水定额对棉花生产的影响。【方法】于2017―2019年在新疆阿拉尔市开展大田试验,其中,2017―2018年膜下滴灌试验以新陆中46号为供试材料,设置24 mm(M1)、30 mm(M2)和36 mm(M3)3个灌水定额;2018―2019年无膜滴灌试验以中棉619为供试材料,设置36 mm(W1)、45 mm(W2)和54 mm(W3)3个灌水定额;分析不同处理对10 cm、20 cm、40 cm土层土壤温度和土壤含水量、籽棉产量以及灌溉水利用效率的影响。【结果】2种模式下棉田10 cm、20 cm和40 cm土层土壤含水量和籽棉产量均随灌水定额的增大呈增加趋势。M2、M3处理的籽棉产量分别较M1处理显著增加8.82%~11.47%和14.24%~18.96%;W2、W3处理的籽棉产量分别较W1处理显著增加15.18%~22.61%和32.53%~46.29%。土壤温度和灌溉水利用效率均随灌水定额的增大呈降低趋势。M2、M3处理的灌溉水利用效率分别较M1处理显著降低10.82%~12.94%和20.70%~23.84%;W2、W3处理的灌溉水利用效率分别较W1处理降低1.91%~7.85%和2.47%~11.65%。2018年灌水定额相同时,M3处理的土壤含水量、0~40 cm土层土壤温度、籽棉产量和灌溉水利用效率均高于W1处理。基于逼近理想解排序法(technique for order preference by similarity to ideal solution, TOPSIS)的综合评价表明,膜下滴灌处理配套30 mm灌水定额,无膜滴灌处理配套54 mm灌水定额可取得较好的效果。【结论】提高灌水定额可以在一定程度上弥补无膜种植模式引起的籽棉产量降低,但会降低灌溉水利用效率。研究结果可为无膜滴灌植棉技术在当地的推广提供参考。

景电灌区不同滴灌量对春小麦产量和水分利用效率的影响

为了确定景电灌区春小麦最佳灌溉定额,在景电灌区开展了不同滴灌量对春小麦产量和水分利用效率的影响试验。结果表明,当滴灌量为3 461.1 m^(3)/hm^(2)时,可改善春小麦产量构成因子,其中有效穗数、穗粒数和千粒重分别较对照充分灌溉(滴灌量3 845.7 m^(3)/hm^(2))提高2.99%、2.14%、0.70%,并可提高春小麦产量和水分利用效率,使灌溉水利用效率保持较高水平,该滴灌量可作为景电灌区春小麦高效节水灌溉定额。

景电灌区调亏灌溉对马铃薯产量和水分利用效率的影响

水资源的充足与否直接关系到作物产量的高低,对于干旱缺水地区,如何合理利用水资源、打破水资源时空分布不均衡成为非常重要的课题。水资源关系农业的发展,是经济社会的命脉,对于提高农作物的产量具有非常重要的作用。因此,合理的灌溉模式不仅能够确保作物稳产,还能提高水分利用效率。为提高马铃薯产量和水分利用效率,于2021年4—10月在景电灌区开展了不同生育期调亏灌溉对马铃薯产量和水分利用效率的影响试验。结果表明,苗期调亏灌溉处理马铃薯产量较对照正常灌溉略微降低(降幅仅5.05%),而水分利用效率和灌溉水利用效率分别较对照正常灌溉显著提高15.29%和23.92%。因此,在马铃薯苗期进行轻度调亏灌溉、而在其他生育期进行充分灌水是景电灌区马铃薯种植最佳灌溉策略。

根系分区交替滴灌对棉花产量和水分利用效率的影响

为了探讨旱区农业节水新途径,在甘肃省石羊河流域下游荒漠绿洲区采用常规滴灌和分根区交替滴灌方式研究不同灌溉方式对大田棉花生长发育、产量、水分利用效率以及土壤水分分布的影响。结果表明,交替滴灌处理棉花叶片气孔开度减小,减少了奢侈的蒸腾损失,灌溉定额较小时根系分区交替滴灌对棉花的株高抑制作用较明显,灌水定额较大时限制作用不显著。根系分区交替滴灌技术在大田条件下可使籽棉产量比常规滴灌处理提高21.1%,总水分利用效率和灌溉水利用效率分别提高17.9%和20.9%。同等产量水平下与常规滴灌相比,交替滴灌可节省30.8%的灌水量。本研究表明根系分区交替滴灌是一种切实可行的节水灌溉技术,可在干旱缺水的棉花生产地区进一步研究和推广应用。

不同灌溉施肥模式对菠萝产量及水肥利用效率的影响

为了明确灌溉施肥模式在季节性干旱期对菠萝产量及水肥利用效率的影响,开展了等量灌水和施肥条件下不同灌溉施肥模式的田间小区比较试验。结果表明:滴灌灌水较传统施肥处理显著促进菠萝植株总干物质的累积,增幅达20.29%,产量提高9.33%。与传统施肥相比,滴灌肥水一体化、微喷带肥水一体化和喷灌肥水一体化处理的菠萝产量分别增加26.27%、23.11%和6.72%,肥料贡献率分别增加16.31%、14.71%和4.93%,农学效率分别增加了18.05 kg/kg、15.88 kg/kg和4.62 kg/kg。在施肥量和灌水量相同的条件下,滴灌肥水一体化处理的菠萝总干物量比微喷带和喷灌肥水一体化分别提高7.35%和21.63%,产量分别增加2.57%和18.32%,肥料贡献率分别提高了1.60%和11.38%。滴灌肥水一体化、微喷带肥水一体化和喷灌肥水一体化处理的灌溉水利用效率均达到37 kg/m3以上。经济效益分析表明,滴灌肥水一体化处理的净收益较传统施肥、微喷带和喷灌肥水一体化分别提高96.30%、5.24%和67.19%。因此,滴灌肥水一体化模式是在季节性干旱期给菠萝灌水施肥的最优水肥耦合方式。

干旱灌区灌溉水利用效率若干问题分析

灌溉水利用系数是表征农业灌区灌溉工程基础和运行管理水平重要的综合性技术指标,本文基于干旱新疆农业灌区灌溉工程和用水管理生产实践,采用投入产出模型农田灌溉用水测验等方法,在分析研究灌区投入与目标产出影响效应,田间灌溉用水定额适宜尺度等技术问题的基础上,提出了改进式灌区灌溉水利用系数测算方法,为进一步探究改进农田灌溉水利用系数测算方式,促进灌溉水资源利用效率评估分析水平提供技术参考。The irrigation water utilization coefficient is an important comprehensive technical indicator that characterizes the foundation and operational management level of agricultural irrigation engineering. Based on the irrigation engineering and water management production practice in arid Xinjiang agricultural irrigation areas, this article uses input-output models and agricultural irrigation water testing methods to analyze and study the impact of input and target output in irrigation areas, the appropriate scale of field irrigation water quota, and other technical issues. Based on this, an improved calculation method for irrigation water utilization coefficient in irrigation areas is proposed, providing technical reference for further exploring and improving the calculation method of irrigation water utilization coefficient in farmland, and promoting the evaluation and analysis level of irrigation water resource utilization efficiency.

有限灌溉对绿洲春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响

为了探究有限灌溉对绿洲沙地春玉米农田耗水特征及水分利用效率的影响,利用中子仪结合烘干秤重法连续监测了河西走廊荒漠绿洲沙地春玉米不同生育期农田土壤水分动态,分析了玉米农田日耗水量动态与土壤蒸散及作物水分利用效率。结果表明,整个生育期除播种-五叶期和拔节-孕穗期外,所有有限灌溉处理及充分供水对照间日耗水量均无显著差异（P〉0.05）,各生育时段内日耗水量随生育过程呈由小到大再由大到小的变化趋势,其峰值出现在吐丝—灌浆中期且高达6.8~10.0mm/d。灌水最少但产量最高的有限灌溉处理MI1全生育期蒸散量仅次于灌水较多的处理MI5。对照CK全生育期蒸散量远高于MI5,增幅达16.0%,而以MI3最低。水分利用效率以MI1和MI3最高,且与其他处理及对照间差异显著（P〈0.05）。水分利用效率以MI4最低,MI1和MI3水分利用效率均比MI2、MI4、MI5和CK显著提高19.3%,34.1%,15.3%和25.4%。MI1与其他所有处理及对照间、MI3与其他所有处理及对照间灌溉水利用效率差异显著,且以灌水最少但产量最高的MI1最高,以MI4最低。处理MI1灌溉水利用效率分别比MI2、MI3、MI4、MI5及CK显著提高35.1%,14.6%,61.0%,36.7%,48.4%,而MI3比MI2、MI4、MI5、CK分别显著提高17.9%,40.4%,19.3%,29.4%,MI5比MI4则显著提高17.7%。因此,有限灌溉能提高绿洲玉米水分利用效率和灌溉水利用效率,但有限灌溉对作物水分利用效率和灌溉水利用效率提高的促进作用并不具有稳定性。

不同生育期补灌对覆膜马铃薯土壤水及水分利用效率的影响

以马铃薯为试验材料,研究了不同生育期补灌对马铃薯土壤水及水分利用效率的影响。试验共设计5种处理模式(T1、T2、T3、T4、T5):T1平地种植,全生育期不灌水;T2到T5处理为沟垄覆膜栽培模式,补灌时间依次为播种期、苗期、发棵期和薯块膨大期。试验结果表明,T4和T5处理中40～80cm剖面段的水分消耗显著,分别为25.6mm和27.4mm;从产量及其构成来看,T4处理的产量为24 984kg/hm2,其大薯和中薯的产量为14 490.7kg/hm2,商品率最高;从水分利用效率和灌溉水利用效率来看,T4和T5处理最优。总体而言,在发棵期实施补灌的T4处理是一种能有效节水增产的限额补灌模式。

灌溉方式及生物质炭对冬小麦产量及水肥利用效率的影响

【目的】研究不同灌溉方式下适宜的生物质炭添加量。【方法】采用田间小区试验,研究了不同灌溉方式(漫灌、滴灌、微喷灌、喷灌)与生物质炭不同添加量(0、10 t/hm2和20 t/hm2)对冬小麦产量及其构成要素、灌溉水利用效率及氮肥表观利用效率的影响。【结果】与漫灌处理相比,滴灌、喷灌和微喷灌处理在节水约50%的条件下,其籽粒产量均有所降低,但未达到显著水平(p>0.05)。滴灌降低了秸秆产量,并增加了小麦收获指数。喷灌降低了每穗的实粒数,提高了空瘪率。生物质炭添加对冬小麦氮肥表观利用效率和灌溉水利用效率均没有显著影响(p>0.05)。节水灌溉处理的氮肥表观利用效率较漫灌处理有所降低,但差异不显著(p>0.05)。与漫灌处理相比,滴灌、喷灌、微喷灌处理均显著提高了灌溉水利用效率(p<0.05),增幅分别为42.79%、39.09%和47.71%,且滴灌、喷灌和微喷灌条件下添加生物质炭处理的灌溉水利用效率也显著高于漫灌条件下的生物质炭处理(p<0.05)。【结论】滴灌、喷灌和微喷灌在不明显降低作物产量的条件下可节水约50%。生物质炭添加量对不同灌溉方式下的小麦产量及水肥利用效率均没有显著影响。综合考虑作物生长、产量、灌溉水利用效率等因素,初步认为滴灌为华北地区冬小麦较为适宜的灌溉方式。

微咸水滴灌对黄瓜产量及灌溉水利用效率的影响

试验主要研究了华北半湿润地区微咸水滴灌条件下,滴头正下方0.2 m深度土壤基质势分别控制在-10^-50kPa时,不同盐分浓度微咸水(2.2~4.9 dS/m)对黄瓜产量、灌水量及灌溉水利用效率(IWUE)的影响。研究发现当灌溉水电导率(EC)大于1.1 dS/m时,黄瓜的产量随着EC的增大而降低。当滴头下0.2 m深度土壤基质势控制在-25^-35kPa时,黄瓜表现出来的耐盐性最强,EC每升高1 dS/m产量大约降低3%。总的趋势是土壤基质势控制越高(-10 kPa)处理的灌溉量越多,IWUE越低,而土壤基质势控制越低(-50 kPa)处理的灌溉量越少,IWUE越高。通过研究,在年降雨量大约为600 mm的半湿润地区,当没有足够的淡水用于作物灌溉时,可以在采用一系列灌溉与栽培管理措施条件下,利用2.2~4.9 dS/m的微咸水来灌溉黄瓜等对盐分中等敏感的作物。

热泵-循环水余热利用的火用效率分析

采用火用效率,对某亚临界330 MW间接空冷抽汽供热机组热泵回收循环水余热的节能效果进行了试验及分析。结果表明:热泵供热方式性能主要受热泵热网进水温度及余热出水温度影响;在主蒸汽流量与供热负荷基本一致的情况下,热泵供热方式下的总抽汽流量明显小于单热网供热方式;该机组热泵制热系数为1.631,热泵供热方式比单热网供热方式火用效率增加8%;发电机功率增加10.729 MW,按机组年平均发电标煤耗量330g/(kW·h)、年供热时间3 816h计算,该机组节标煤量为13 512t/a。

灌溉水利用效率指标研究进展

回顾了灌溉水利用效率评价指标的发展历史,分析了现有灌溉水利用效率评价指标的不足,总结了其适用条件。结果表明,目前还没有一套在任何条件均适用的灌溉水利用效率评价的量化指标,原因在于:一是不同灌溉水利用效率指标术语内涵不明确,导致在不同条件下很多指标被混用;二是部分指标即使理论框架比较清晰,但在实际运用时,许多计算要素难以确定或是无法确定,不利于在灌区水管理中推广。指出对现有灌溉水利用效率指标进行科学的界定和评价,规范不同指标的使用范围,研究它们之间的相互关联规律、影响因素,探讨节水潜力评价方法的重要性。

地下滴灌不同土壤水分调控对马铃薯产量和灌溉水利用效率的影响

为了探索地下滴灌作物适宜的土壤水分调控方法,以马铃薯为研究对象,大田试验地下滴灌在滴灌带埋深为30cm的条件下,控制地下20cm处4个不同土壤基质势下限(-10、-30、-40、-50kPa)对马铃薯产量、块茎质量分级占比和灌溉水利用效率等的影响。结果表明,马铃薯的株高随着土壤基质势的降低而降低;土壤基质势分别控制在-10、-30和-40kPa以上时,马铃薯产量在处理间不存在显著差异,当土壤基质势降低到-50kPa之下时,马铃薯产量较-40kPa处理降低46.8%;-50kPa处理的灌溉水利用效率最高,其次是-30和-40kPa处理;-30kPa处理的马铃薯块茎高质量占比大幅高于其他处理。因此,当滴灌带埋设于地下30cm时,控制地下20cm深度处的土壤基质势下限为-30kPa时,可以取得最佳效果。该研究可为指导地下滴灌灌溉计划制订方法提供参考。

苗期水肥耦合对温室冬草莓光合特性、产量及水分利用效率的影响

为探讨苗期不同水肥耦合模式对冬草莓光合特性、产量和灌溉水利用效率的影响,寻找适合温室冬草莓的水肥耦合模式,以‘丰香’草莓为试材,设置3个灌水水平（低水、中水和高水的灌水量分别为2.4mm、3.6mm和4.8mm）和2个施肥水平（低肥、高肥的单次施肥量分别为45kg/hm^2、90kg/hm^2）,同时设置对照处理（CK,灌水量为6.0mm、单次施肥量为75kg/hm^2）。结果表明：与CK相比,低肥水平下不同灌水处理的冬草莓Pn、Tr和Gs分别降低9.9%～40.8%、15.2%～35.7%和14.0%～27.9%,高肥中水、高肥高水处理的Pn、Tr和Gs分别提高4.0%、2.4%、4.7%和13.3%、5.2%、2.3%;不同施肥水平下高水处理草莓的WUEi提高6.3%～7.6%;高肥中水、高肥高水处理的产量提高3.2%、3.5%,灌溉水利用率提高7.5%、11.8%。综合比较苗期冬草莓光合特性以及产量和灌溉水利用率,高肥高水（施肥90kg/hm^2,灌水16mm）是温室冬草莓苗期较适宜的水肥耦合模式。

水肥供应对番茄产量和水分利用效率的影响

研究灌水量和氮、磷、钾肥用量对番茄产量和水分利用效率的影响,为番茄的高效生产提供依据。以"金鹏1号"番茄为试验材料,采用盆栽试验,对不同灌水量和氮、磷、钾肥用量条件下的番茄产量和水分利用效率进行分析。结果表明,灌水量增加,番茄产量和灌溉水利用效率先增后降。增施氮肥或钾肥,番茄产量和灌溉水利用效率呈先增加后降低趋势,当施氮量或施钾量达最高水平(分别为0.96g N/kg土、0.84g K2O/kg土)时,番茄产量和灌溉水利用效率均最低。施磷量增加,番茄灌溉水利用效率明显增大。增加灌水量能显著提高番茄产量,灌水过多导致减产,且灌溉水利用效率下降,造成水分的浪费。合理施用氮、磷、钾肥不仅能起到增产的效果,在一定程度上还能改善番茄水分状况,提高番茄灌溉水利用效率。

不同灌溉方式对紫花苜蓿产量及灌溉水利用效率的影响

通过监测不同灌溉方式灌溉后水分的运动变化规律,调查不同土层中紫花苜蓿(Medicago sativa)根系的分布特征。结果表明:地下滴灌的水分主要集中于10~35 cm的土层,喷灌集中分布于10~40 cm的土层,漫灌水分可以渗透至60 cm以下。地下滴灌、喷灌和漫灌处理的苜蓿干草产量依次为21030,19035和17295 kg·hm^(-2);在0~30 cm土层中的根量为总根量分别为87.86%,85.72%和80.96%。地下滴灌、喷灌和漫灌处理灌溉水利用效率分别为33.0,23.3和13.3 kg·mm^(-1)·hm^(-2)。与漫灌相比,地下滴灌和喷灌的节水率分别达到了50.8%和37.5%。

灌溉水利用效率随尺度变化规律分布式模拟

为评价农田灌溉水利用状况并揭示灌溉水利用效率的尺度变化规律,应用改进的分布式水文模型(SWAT)模拟了漳河灌区三干渠灌域的水循环过程和作物产量。以子流域嵌套方式将研究区划分为9个尺度来计算灌溉水利用效率指标,并分析其随尺度变化的特征及原因。结果表明,灌溉水分生产率受降雨、气候条件的时空分布特征影响较大,而且随尺度增大明显,其尺度关系可以近似应用幂函数描述,函数的形式和参数与分形思想接近。排水率在中等尺度上的数值最大,但随尺度变化不显著。因此,在一定精度条件下,灌溉水分生产率的尺度转换模式可以尝试应用幂函数形式。漳河灌区在中等尺度上的节水潜力最大。

灌溉水利用效率的空间分布特征及等值线图研究

基于全国各行政区的现状灌溉水利用效率数据,采用地质统计学及空间自相关分析方法对灌溉水利用效率的空间分布特性进行分析。结果表明:空间自相关法得到现状灌溉水利用效率在1500 km范围内各方向上存在着较明显的自相关关系,总体上没有较显著的方向性,但在ES-WN方向上的自相关性起主要作用。灌溉水利用效率各向同性条件下变异函数可用指数模型描述,在1900 km空间范围内存在着显著的相关性,除ES-WN方向外,并未体现明显的各向异性,与空间自相关分析结论基本一致。理论变异参数的分析结果表明,灌溉水利用效率的空间变异主要是结构性因素起决定作用,结构性变异达到91%左右。对比灌溉水利用效率及代表影响指标的空间分布格局可知,ET0均值、年均降水量对于灌溉水利用效率的影响是间接的,灌溉水利用效率与节水灌溉工程面积比存在显著正相关关系。

区域灌溉水利用效率测算分析

在对内蒙古通辽市科尔沁左翼中旗水资源利用现状和农业灌区用水现状进行实际调查与分析的基础上,根据首尾测算分析法的计算原理,选择代表不同灌溉方式的典型样点灌区,开展相关的田间测试试验,分别用水量平衡法和田间测试法对典型样点灌区灌溉水利用效率进行客观、科学的计算,从而得出科尔沁左翼中旗灌溉水利用效率。通过测试与评估农业灌溉中不同类型田块及不同灌溉技术下的灌溉水有效利用系数,得出样点灌区主要灌溉方式低压管灌、喷灌和膜下滴灌的灌溉水利用系数分别为0.865,0.874,0.906。在2014年的水文气象条件、灌区灌溉系统状况以及灌区的管理等综合因素条件下,科尔沁左翼中旗的灌溉水有效利用系数为0.880。计算结果符合灌区实际情况,为进一步提高灌区灌溉水有效利用效率、更好的发展灌区节水灌溉提供决策依据。