基于ORYZA＿V3模型的水稻水肥综合调控模式研究

[目的]探索赣抚平原灌区不同水文年型适宜的水稻水肥综合调控模式,为灌区水稻水肥管理提供决策依据。[方法]基于江西省灌溉试验中心站2012 2013年晚稻试验资料对ORYZA_V3模型进行了率定与验证,并以率定后的模型模拟分析了不同水文年组及水肥模式下晚稻灌溉定额、产量、氮肥利用率等指标。[结果]降低灌前水分下限能降低腾发量与灌溉定额。耕作层灌前土壤含水率大于饱和含水率的70%~75%时,降低灌前水分下限均能提高晚稻的产量与氮肥利用率。耕作层灌前土壤含水率低于饱和含水率的60%~65%时,晚稻产量、氮肥利用率均有所下降。施氮肥量增加会降低氮肥利用率,施氮肥次数增加能提高氮肥利用率,二者增加均能增加晚稻产量,但会导致晚稻耐旱能力降低。从节水、增产、增效的角度,推荐试验区采用的水肥综合调控模式:氮肥量135 kg/hm2,分3次施用(基肥∶分蘖肥∶穗肥为5∶3∶2),丰水年采用重旱节水灌溉模式(耕作层灌前土壤含水率下限占饱和含水率的60%~65%),平、枯水年采用中旱节水灌溉模式(耕作层灌前土壤含水率下限占饱和含水率的70%~75%)。[结论]与传统水肥模式相比,所推荐水肥模式在丰、平、枯水年能分别节水41.4%、30.0%、21.9%,增产7.5%、5.4%、3.4%,提高氮肥利用率57.3%、51.2%、44.9%,节省氮肥25%。     

草莓高架栽培中混合基质水分分布

搭建了高架无纺布栽培试验台,采用滴灌方式灌入10.0,22.5,45.0,90.0,120.0 mL的水,滴灌流量分别设定为1.30,0.95,0.50 L/h,并在滴灌点剖面的垂直和水平2个方向共选取了6个特征水分监测点,利用烘干法测量各个监测点的基质含水率,试验分析基质初始含水率、滴灌流量以及滴灌量对基质剖面水分的扩散规律影响.研究结果表明:高架栽培单株作物1次滴灌量需低于90.0 mL;滴灌结束后20 min是水分扩散的高峰期,20 min后,水分扩散速度减慢,60min时基质水分趋于稳定;滴灌基质初始含水率越大,水分水平扩散速度越快,最终的扩散距离也越大,湿润半径也更大;3个不同的滴灌流量处理,前20 min内基质水平扩散距离增量分别为3.70,3.80,4.00 cm,60 min后扩散距离分别6.61,6.72,6.90 cm,处理之间差异不具有统计学意义;距离滴灌滴头水平距离相同的10 cm深度处的基质含水率高于5 cm的基质含水率;栽培槽内水分分布均匀后,高架栽培槽内各监测点的基质含水率的最大差值为36%,而0.50 L/h时该值为24%,滴灌流量0.50 L/h栽培槽内基质含水率分布较为均匀.因此,草莓高架栽培水分监测点设计需根据基质水分空间与草莓根系的耦合,选择根系附近10 cm深处进行含水率监测;实际生产中,需要确定合适的灌水上下限,适宜进行高频灌溉,每次滴灌单株草莓滴灌量不宜高于90.0 mL.     

温室平地漫灌育苗系统泥炭基质吸水与持水特性

为了简化现有育苗系统结构,提高灌溉水利用率,基于植物生理设计了温室平地漫灌育苗系统;同时,测试计算了苗钵在不同浸水深度、不同浸水时间时泥炭基质的含水率。结果表明,泥炭具有良好的吸水性能,苗钵中泥炭吸水量随水深、浸水时间增加而增加,水深为10～15mm灌溉量适宜,此时浸水时间不宜大于2min;灌溉后含水率小于115％的泥炭水分随时间变化较小;初步确定温室平地漫灌育苗系统合理的灌溉水深为10～15mm,浸水时间为2min。泥炭具有良好的吸水特性与持水特性,是温室平地漫灌育苗系统的理想基质。     

灌排方案对避雨番茄需水特性与产量的影响

为了实现南方地区番茄节水、优质、高效生产,在避雨栽培条件下,研究了不同灌排方式对番茄需水特性与产量的影响.研究结果表明:各亏缺灌溉处理土壤含水率随时间总体呈下降趋势,暗管埋深08 m的处理较埋深06 m处理,土壤含水量下降更快但不明显.番茄不同生育阶段的蒸发蒸腾量差别较大,表现为始花坐果期>果实成熟与采收期>苗期.随着番茄的生长,其日蒸发蒸腾量大体呈逐渐上升的趋势.在不同灌排模式和避雨措施条件下,苗期的日蒸发蒸腾量变化范围为107～271 mm／d,始花坐果期日蒸发蒸腾量变化范围为160～309 mm／d,果实成熟与采收期日蒸发蒸腾量变化范围为178～335 mm／d.在相同的排水措施,不同灌溉条件下,番茄果实产量随着灌水量的减少而减少,水分利用率和灌溉水利用率却随着灌水量的减少而增大.研究可为南方避雨栽培下番茄灌排方式的选择及其节水、优质、高产提供参考.     

宁夏贺兰山东麓酿酒葡萄耗水规律及灌溉制度优化研究

以宁夏贺兰山东麓大田滴灌酿酒葡萄为研究对象,分析不同灌水处理条件下土壤含水率、耗水规律、品质、产量及水分生产效率的变化,基于多因素提出优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度。主要结论有:不同生育期土壤含水率随土层深度呈下降趋势,生育期内果实膨大期土壤含水率最高。阶段耗水量呈现开花期、初果期小,萌芽期、果实膨大期、着色成熟期大的"下开口抛物线"分布,果实膨大期为耗水高峰期,日均耗水量2.26~4.48 mm/d。3 600 m3/hm~2时滴灌酿酒葡萄的可溶性固形物、总酸等含量较优,品质较好,产量、水分生产效率最高。(4)推荐优化酿酒葡萄滴灌灌溉制度为:灌溉定额3 600 m3/hm~2,灌水次数13次,其中萌芽期3次,开花期1次,初果期2次,果实膨大期4次,着色成熟期3次。     

节水灌溉技术在农田水利工程中的应用

节水灌溉技术是对水资源进行优化配置和提高利用率的一种有效途径。总结了农田水利与节水灌溉的发展状况,分析了制约节水灌溉发展的因素,介绍了节水灌溉技术的种类,并提出了节水灌溉的应用策略。      

基于基质含水率的作物蒸腾量估算与预测模型研究

作物蒸腾作用是基质水分传输的主要驱动力,建立了基于基质含水率变化量的温室番茄作物蒸腾量估算模型和预测模型,并进行对比分析。使用校准后的EC5基质含水率传感器,记录第1次灌溉后与第2次灌溉前基质实时含水率变化量,使用称量法测量作物实时蒸腾量。通过基质含水率变化量与基质栽培槽体积的多元线性回归运算,建立番茄单株日蒸腾量估算模型;将基质含水率变化量、空气温度、空气湿度和光照强度作为输入,利用GABP神经网络算法,建立番茄单株日蒸腾量预测模型。将试验所得温室作物日蒸腾量估算模型和预测模型分别与温室作物实际日蒸腾量进行线性回归分析,结果表明,基于基质含水率变化量建立的估算模型在苗期、花期的预测精度分别为0. 972 9、0. 979 6,预测模型的预测精度分别为0. 991 5、0. 989 0,两者之间差异不大,但估算模型运算速度远高于预测模型的运算速度,估算模型对于温室灌溉管理具有推广应用价值。     

日光温室油桃节水灌溉试验研究

临夏州降水量稀少,水资源匮乏,为了提高水资源利用率,实行节水灌溉,在该地区进行了日光温室油桃节水灌溉试验研究,研究了滴灌与沟灌技术在生育期内对土壤含水率、作物的生育动态以及产量的影响。结果表明,滴灌比沟灌平均节水1251 m3/hm2,"92-1"品种在滴灌条件下比沟灌每株增产5.9 kg,每公顷增产29475 kg,日光温室反季节油桃栽培应选择滴灌节水技术。为了取得较好的经济效益,应采用滴灌最优灌溉制度。     

设施草莓智慧生产管控系统设计与实现

针对设施草莓生产过程中环境参数采集和控制可靠性差、水肥调控粗放等问题，设计开发一种设施草莓智慧生产管控系统，包括生长环境信息感知系统和设施内的环境调控系统2个部分。结合多传感器数据融合算法和专家决策控制系统模型，提高环境参数采集的准确性和真实性，保证草莓各生长阶段对生长环境和水肥需求的精准控制。目前系统在示范园区内的草莓玻璃温室运行良好，水肥利用率与环境调控能力分别提高82.1%和35.5%，草莓产量、品质也有大幅度提高。     

不同水肥供应水平对设施无土栽培草莓生长及水分利用率的影响

为了探索适宜陕西关中气候特点的立体草莓栽培苗期水肥供给最佳浓度组合,以“A”字型3层槽装填无土栽培基质（草炭∶蛭石∶无机盐=1∶2∶1）为栽培体系,以2个基质含水量（W1、W2）,3个水溶肥浓度（F1、F2、F3）组成的W1F1、W1F2、W1F3、W2F1、W2F2、W2F3及CK（清水,基质水分含量100%）处理,研究在草莓立体栽培槽架中,不同梯度处理水肥供给对植株生长、干物质积累及水分利用率的影响。研究结果表明,W1F2（基质含水量30%,水溶肥浓度0.1%）在保障植株正常营养生长情况下,未造成植株徒长,地下部分干物质积累较多,根冠比大于高水肥灌溉模式。      

温室灌溉控制策略研究进展

灌溉是温室生产中的一个重要环节,不合理的灌溉控制方法会造成水资源的浪费。通过对温室灌溉控制策略的发展和应用情况进行综述,从基于蒸腾模型、土壤/基质湿度传感器、作物特性3个方面阐述当前温室生产中灌溉控制策略的研究进展。针对用于制定灌溉控制策略的不同蒸腾模型分析对比各自优缺点和适用条件;针对常见湿度传感器,分析其测量原理并讨论具体应用;从形态学和生理两个角度对基于作物特性的灌溉控制测量进行分类讨论。最后,对当前温室灌溉控制策略从控制策略融合度、灌溉控制策略与灌溉控制装备匹配度和泛化性以及普适性方面进行总结和展望,通过分析展望发现土壤水分传感器和植物信息传感器很有发展前景。在未来的发展中,灌溉控制策略与灌溉控制装备的发展将会不断交互融合,温室节水灌溉控制技术的发展趋势必定向着更高效、更简便以及更智能化的方向发展。     

基于RF-GRU的温室番茄结果前期蒸腾量预测方法

针对温室番茄无法按需灌溉问题,提出了随机森林(Random forest,RF)结合门控循环单元(Gated recurrent unit,GRU)神经网络的温室番茄结果前期蒸腾量预测方法,并开发了一套基于番茄蒸腾量的智慧灌溉系统.基于物联网实时获取数据,采用RF算法对影响温室番茄蒸腾量的变量进行特征重要性排序,选取作...     

水肥一体化下不同滴灌带配置对玉米产量的影响

针对水肥一体化下不同滴灌带配置方式对作物产量的影响,结合实际探究了当铺设50 m长滴灌带、设置6种不同首部压力时,毛管首、中、尾部的土壤含水率、干物质质量积累量对作物产量的影响。结果表明:滴灌带类型差异使得土壤的平均含水率在生育期内变化规律有所差异,滴头采用内镶贴片式(N0. 30)时土壤含水率变化规律呈较明显的先下降后上升趋势,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越平缓;滴头采用侧翼迷宫式(L0. 15)时土壤含水率变化趋势平缓,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越显著。L0. 15下全生育期土壤含水率均满足作物生长的需求,可以为作物提供充足水分;流入滴灌带的肥液流速越低、长度越长,附着在管壁的肥料质量越多,尾部作物的肥料利用率越低,致使养分吸收少,作物产量降低。对不同处理下毛管的首、中、尾部产量均匀性进行分析表明,随着滴灌带长度的增加,N0. 30的作物产量均匀性逐渐降低,L0. 15的作物产量均匀性逐渐上升,故不同滴头流量对沿滴灌带长度方向的产量均匀性有一定影响。     

不同灌水量对南疆棉花墒情及长势的影响研究

通过棉花膜下滴灌大田试验,研究了不同灌水量情况下作物长势与产量影响及土壤墒情变化与分布规律的影响。试验共设了3 300、3 000、2 700、2 400m3/hm2等不同灌溉定额的处理,在各处理试验小区内装土壤墒情传感,并其传感器探头埋在地下10、20、40cm处实时监测不同层面土壤含水量和温度变化,以及同时在相应处取土样采用烘干法测土壤含水率和田间持水量。结果表明:3 300、3 000m3/hm2灌溉定额下,作物长势、土壤含水率和温度变化规律比较好,并与产量的相关性显著最佳状态,灌溉定额对土壤水分与温度灌水前后和灌水周期内变化的影响有明显显著。     

大棚茄子滴灌试验需水量研究

通过对大棚茄子滴灌条件下室内外气温、地温、蒸发量和土壤含水量等进行的试验研究取得的大量现场观测数据分析,结果表明,大棚不仅具有良好的保温效果,能保证作物在冬季的正常生长;而且大棚外日平均气温累计值与作物需水量存在良好的关系,可作为指导大棚滴灌的依据。     

陇东地区灌水对番茄无土栽培影响的研究

针对陇东地区的特点,对日光温室内无土栽培番茄进行了探索性的研究,结果表明,秋茬温室番茄中后期适宜灌水量为700～900 mL/(株.d),基质适宜含水量为69.3%～80%。春茬温室番茄适宜灌水量为前期500～600 mL/(株.d),中期800～900 mL/(株.d),后期1 400 mL/(株.d),基质含水量应大于70%。不同灌水量对春茬番茄影响比秋茬大。秋茬可适当控水,春茬番茄随着植株的生长和温度升高及时调整灌水量。     

基于嵌入式Linux内核移植设备驱动的微喷自动装置

为了实现精准灌溉和节约用水的理念,提出了基于嵌入式Linux内核移植设备驱动的温室微喷自动装置。通过分析温室参数和作物生产信息,利用传感器网络采集温室内温、湿度等环境因子,采用微喷灌调节和控制温室内环境,为农作物生长提供最有利的条件。文中重点研究了嵌入式内核系统、传感检测网络、数据处理单元及水泵送水管道组件的微喷自动控制装置,并搭建了试验平台。试验表明:该系统能实现对温室环境实施实时监测,可通过电磁阀控制执行器进行微喷灌水,有效控制环境因子,可靠性强、稳定性高,对微喷灌溉应用于农业种植具有重要指导意义。     

基于冠层温度和土壤墒情的实时监测与灌溉决策系统

设计了一个可以在线连续监测田间作物冠层温度、环境信息和土壤墒情的实时灌溉决策系统,并将其安装于农田进行了1 a实际运行和观测。系统采用太阳能供电和微处理器进行数据采集和管理,为野外的实际应用提供了保障。系统配置了红外温度、空气温/湿度、土壤水分/水势等传感器,能够及时采集田间全面的同步数据,排除了异地观测所形成的数据误差。采用悬臂式多点采集下垫面红外温度检测方法,可以快速采集更多和更高精度的数据,避免单点测量的人为误差。系统配备的快速锁紧装置,能够根据下垫面作物的生长情况进行传感器位置高度调节,使检测数据更符合田间实际情况。通过运行管理和监测数据分析可见,所监测数据能够很精细的刻画田间作物实际生长状况,可以用于灌区综合灌溉决策,实现田间精量灌溉管理和控制,为灌溉管理的精量化和智能化提供数据支持。     

温室膜下滴灌条件下黄瓜经济灌溉制度及其下限值的研究

以温室黄瓜为试验材料,采用膜下滴灌,对最适宜作物生长的温度、水分胁迫指数和干物质转化因子3个作物生长模型参数进行了率定,并以此为依据分析确定了膜下滴灌黄瓜的经济灌溉制度。结果表明:采用经济灌溉制度比实际灌水有显著的增产增收效果,产量和效益分别增加2.54t/hm~2和2.36万元/hm~2,节约灌溉水量7.59%;在经济灌溉条件下灌水前土壤含水率(0~60cm)随时间的变化幅度较作物生长期土壤含水率的变化幅度小得多,取各次灌水前土壤含水率的平均值作为作物经济灌溉的灌水下限值,对于本研究中的黄瓜,其值为0.240。按照该灌水下限值灌水,可使温室膜下滴灌黄瓜单位面积的灌溉效益最大。