渠井结合灌区农户灌溉用水模型的构建与应用

在水文模型中耦合准确模拟农户灌溉用水行为的模块可以构建更符合实际的灌区水循环模型,可以定量计算农户灌溉用水对渠井结合灌区水循环的影响。以典型渠井结合灌区——陕西省宝鸡峡灌区为研究区,采用问卷调查与访谈的方式收集了大量的农业生产和农户灌溉用水数据,在深入分析灌溉用水影响因素互馈关系和渠井结合灌区水循环特征的基础上,采用Python语言构建了渠井结合灌区农户灌溉用水模型（HCLU模型）,该模型由水文、作物、农户生计和灌溉行为4个模块组成,可以概化灌溉用水的各个环节并实现农户灌溉行为与水文物理过程之间的紧密耦合,定量计算灌溉水源、灌溉定额、灌水时间和灌溉方式等对灌区水循环的影响,模拟作物产量与灌溉量的关系,为灌区水资源可持续管理和农业种植结构的调整提供强有力的技术支撑。     

宁夏引黄灌区春小麦需水规律及水分指标的研究

采用农田土壤水分平衡方程和联合国粮农组织推荐计算作物蒸散量的方法 ,利用田间试验土壤含水量与气象条件和作物之间关系 ,研究确定宁夏灌区春小麦不同发育期水分指标及发育期需水规律 ,用曲线拟合方法计算出土壤含水量与春小麦生理、生态特征之间统计方程 ,建立了节水灌溉模型 ,并制定了灌区春小麦适宜灌溉量及灌溉时次     

中美主要农作物灌溉水分生产率分析

灌溉水分生产率反映了作物的灌溉用水效率,是衡量灌区的农业生产水平、灌溉工程状况、灌溉管理水平的关键指标。该文在大量的调查数据基础上,采用分类计算、加权平均方法分析了中国和美国主要农作物的灌溉水分生产率。结果表明:美国籽用粮食作物、块茎类作物、草类作物、絮状作物的平均灌溉水分生产率分别为1.98、8.90、2.54、0.26kg/m3。上述4类作物喷灌灌溉水分生产率分别为2.26、9.44、3.2和0.36kg/m3,而地面灌溉条件下的灌溉水分生产率则分别为1.55、6.96、2.15、0.23kg/m3;美国13个州玉米、小麦和水稻平均的灌溉水分生产率分别为2.94、1.24和1.39kg/m3,而中国10省市226个大中型灌区3种作物平均灌溉水分生产率分别为2.04、1.19和0.80kg/m3;灌溉技术落后、节水灌溉面积小造成的灌区灌溉水利用系数低,是导致中国灌溉水分生产率低的主要原因。     

灌区灌溉管理质量的综合评价指标研究

提出了用于评价灌区灌溉管理质量的8个指标,应用主成分分析原理建立了灌区灌溉管理质量评价的综合指标-综合主成分,并提出了综合主成分的评价标准,能较全面地反映灌区灌溉管理状况、较好地描述灌区灌溉管理水平,具有实用性和可操作性.     

基于根系层水分状态的旱区净灌溉需水量模型构建和应用

为更准确计算灌区净灌溉需水量,促进灌区水资源高效利用,针对降水过剩可能产生深层渗漏和地表径流,以及采用经验公式计算不同作物有效降水量可能错误估算净灌溉需水量的问题,该研究建立了基于根系层水分状态的净灌溉需水量模型。以景电灌区为例,计算了2000－2020年平均净灌溉需水量和有效降水量,并分析了各驱动因子对净灌溉需水量的影响,结果表明：不同作物年净灌溉需水量在319.4～732.3 mm之间,降水利用效率在39.2%～56.1%之间,夏秋作物的降水利用效率高于春夏作物。夏秋作物的年净灌溉需水量与年降水量相关性更强,春夏作物的年净灌溉需水量与作物需水量的相关性更强,所有作物的月净灌溉需水量仅与月作物需水量呈显著正相关。敏感性分析表明,净灌溉需水量与作物需水量呈正相关关系,与降水量和根系深度呈负相关关系。夏秋作物比春夏作物对降水量和作物需水量的敏感性更强。对净灌溉需水量贡献程度由大到小分别为作物需水量、降水量和根系深度,其中作物需水量贡献率占86.0%发挥主导作用,特定年份根系深度贡献率为12.0%,根系深度对净灌溉需水量的影响不容忽视。与传统净灌溉需水量模型相比,该研究所计算的净灌溉需水量充分考虑了不同作物降水利用效率的差异,计算结果可为灌区水资源管理提供参考。     

基于水资源高效利用的农业种植结构及灌溉制度优化——以民勤灌区为例

在非充分灌溉条件下,为解决灌区内作物之间和单作物生育期内不同生育阶段的灌水配置问题,依据大系统递阶分析原理,建立了一个能同时优化作物灌溉制度、种植结构和灌溉定额的双层模型。模型第一层以作物相对产量最大为目标,采用动态规划,优化了作物灌溉制度;第二层以灌区内农业净效益最大为目标,采用非线性优化,优化了作物种植结构和灌溉定额。该模型应用范围较广,既能为政府部门提供宏观决策,又能为农民提供具体的灌水办法。以民勤灌区为例,优化结果表明,在75%保证率下比现状节水1.29亿m3,农业生产总值和净效益分别增加5.99,4.25亿元。     

基于遥感反演河套灌区土壤盐分分布及对作物生长的影响

土壤盐渍化信息是评价灌区节水的生态环境效应的重要指标。该文主要研究内蒙古河套灌区土壤盐分空间分布及对作物生长的影响。于2015年4—8月在全灌区布设了281个监测点,开展了灌区尺度的逐月土壤盐分、作物生长等野外系统的采样工作,并结合开展了基于Landsat OLI数据的土壤盐分反演,分析了土壤盐分的时空分布特征及其与灌溉、地下水埋深间的关系,探讨了土壤盐分含量对作物生长的影响。结果表明,基于遥感反演的土壤盐分空间分布与样点分析的土层含盐趋势基本一致,二者相关系数高达0.87;结合样点分析与遥感反演可得出重度盐化土和盐土占灌区面积的14%左右,呈零散的斑状分布,主要受灌溉、排水条件及地下水埋影响;当地下水埋深在2.0 m以下时,土壤表层及其主根区含盐量基本在0.20%以内;土壤含盐量对种植结构、作物叶面积指数、株高和产量均有明显影响,对叶面积指数和产量的影响更为明显;向日葵则因耐盐性强而广泛种植于高含盐区,而玉米高产田的根区盐分基本均在0.05%~0.20%之间。研究结果可为河套灌区的盐渍化防治、水土资源的科学管理及农业生产提供参考。     

节水灌溉管理与决策支持系统

基于灌区灌溉用水过程的复杂性和实时性，研制了节水灌溉管理与决策支持系统软件。系统根据采集到的气象、土壤水分、作物、水资源状况等信息，运用作物系数法进行作物需水量的计算，根据土壤墒情决策模型，作出灌溉预报，确定精确的灌溉时间和最佳灌溉水量，利用决策结果对灌溉设备进行自动控制与监测，从而达到高效、节水的目的。该系统不仅具有数据录入、编辑、查询、统计、输出等信息处理功能，而且能够根据采集到的信息为灌区管理和用水户提供灌溉优选和水资源优化分配的决策支持，制定精细灌溉的作业方案。该系统立足田间，面向农户，可以为用户提供节水灌溉模式咨询、具体方案优选、指导灌区优化灌溉等功能，具有较强的推广应用价值。     

灌区灌溉管理质量的综合评价指标研究

提出了用于评价灌区灌溉管理质量的8个指标，应用主成分分析原理建立了灌区灌溉管理质量评价的综合指标－综合主成分，并提出了综合主成分的评价标准，能较全面地反映灌区灌溉管理状况、较好地描述灌区灌溉管理水平，具有实用性和可操作性。     

产芝水库灌区农田水分转化及节水灌溉模式分析

在长期田间试验的基础上,建立了产芝水库灌区典型农田的土壤水分运动模型。结果表明,常规灌溉条件下灌区农田水分的无效渗漏量较大,降水和灌溉与土壤深层渗漏和农田蒸散量之间存在明显的正相关关系。基于作物的土壤水分调节标准,模拟得到灌区不同降水年型的节水灌溉模式,与常规灌溉相比,节水灌溉模式在丰水年可节省水240 mm,平水年140 mm,枯水年为90 mm,并且农田渗漏量显著低于常规灌溉,丰水年、平水年和枯水年的全年平均农田渗漏强度分别减少了0.66、0.35和0.27 mm/d。在作物关键生育期合理控制灌水量,能够保证作物正常需水的同时减少土壤水的无效渗漏,从而提高灌溉水的利用效率。     

灌水量对半干旱区土壤水盐分布特征及冬小麦产量的影响

通过冬小麦小区灌溉试验，研究了灌水量对水分利用效率、土壤水盐分布及冬小麦产量的影响。结果表明灌溉水量决定土壤水分含量高低，随着灌水量的增加，边际土壤含水率先增大后减小，水分利用效率递减，土壤表层含盐量先减小后增加。当表层土壤的含盐量在0.07%~0.09%范围内，产量随着表土含盐量的增加先增大后减小。综合节水、抑盐、高产等因素得出当地淡水灌溉的最优灌水量。     

苏北滩涂区水盐调控措施对土壤盐渍化的影响研究

苏北沿海滩涂区具有大面积存在盐渍化风险的可利用耕地。近年来不合理的开发利用使该地区土壤盐渍化程度加重。通过微区定位试验,对该区典型滩涂盐渍化土壤进行微咸水灌溉结合农艺处理的试验研究,探讨了利用水盐调控措施防控该地区土壤盐渍化程度的可能性。结果表明,在低矿化度(3 g/L左右)的微咸水灌溉条件下,石膏处理和秸秆覆盖处理均可以有效降低各层土壤SAR值,降低耕层土壤盐分含量,并且促进作物生长;当灌溉水矿化度达到6 g/L时,石膏处理仍具有一定控盐效果,但覆盖处理已不能控制土壤表层盐分含量的升高,作物的生长开始受到影响;当灌溉水矿化度达到10 g/L时,各处理耕层均显著积盐,作物生长受到显著影响。因此,6 g/L及以上矿化度的咸水不能用于该地区的灌溉,6 g/L以下浓度的咸水灌溉须配合石膏和秸秆覆盖处理使用。该研究为苏北滩涂区农田管理提供一定的参考依据。     

不同灌溉方式对猕猴桃园土壤团聚体结构和养分的影响

为探究不同灌溉方式对猕猴桃园土壤结构和养分的影响,2017—2019年在陕西杨凌猕猴桃种植园布设地面灌溉、微喷灌2种处理,测定0—50 cm土层的土壤团聚体结构和有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量,分析不同灌溉方式下土壤团聚体结构和养分的差异。结果表明:在0—50 cm土层,地面灌溉处理土壤中粒径分别为5.0,2.0～5.0,1.0～2.0,0.5～1.0,0.25～0.5,0.25 mm的颗粒在不同土层中的分布均匀程度高于微喷灌处理,2种灌溉方式下均以0.25 mm的土壤颗粒分布最为均匀;微喷灌处理土壤中粒径0.25 mm的水稳性大团聚体含量显著高于地面灌溉处理,土壤团聚体的平均质量直径(MWD)、几何平均直径(GMD)高于地面灌溉,而分形维数(D)低于地面灌溉,土壤氮磷钾总含量高于地面灌溉。微喷灌有利于保持猕猴桃园土壤结构的稳定性和土壤肥力,能促进土壤的可持续发展,是成龄猕猴桃园适宜的灌溉方式。     

辽宁省污灌区土壤重金属污染特征与生态风险评价

针对当前污灌区土壤污染研究中存在的问题,提出了一种模糊识别模型评价土壤综合环境质量,并对潜在生态风险指数法进行改进,用以计量重金属潜在生态风险。采用建立的方法对辽宁省污灌区土壤环境质量和重金属潜在生态风险进行了评价,结果显示:Cd是辽宁省污灌区首要重金属污染物,而Hg、Pb、Ni污染较为普遍;重金属的来源主要是灌溉污水和农田施肥;以工业废水为灌溉用水的灌区污染情况比以河水为灌溉用水的灌区污染严重;污灌区重金属元素污染程度大小依次为:Cd>Pb>Ni>Hg>Cu>Cr>As,而重金属潜在生态风险从大到小则依次为:Cd>Hg>Pb>Cu>Ni>As>Cr。总体来看,辽宁省污灌区存在一定程度的重金属污染,且具有较为明显的复合型污染特点,其潜在生态风险超出警戒水平,各灌区应根据各自污染特点和风险等级制定相应的污染防治对策。     

模拟沟灌条件下辽西褐土产流起始时间的影响因素

[目的]明确不同坡度、容重、含水率、灌水量对辽西褐土沟灌侵蚀产流起始时间的影响,以减少褐土沟灌侵蚀,指导农田灌溉。[方法]采用正交设计进行了室内模拟垄沟冲刷试验,采用4因素3水平的响应曲面分析法建立产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型。[结果]产流时间都在20.05s之内,最小的为3.03s;产流起始时间、侵蚀量的二次多项式数学模型决定系数R2分别为0.998 9和0.999 2。[结论]坡度、灌水量、土壤容重、土壤含水率与产流时间呈负相关关系,对产流时间有着显著影响,且灌水量坡度土壤含水率土壤容重;试验中建立的二次多项式数学模型拟合效果良好。通过数值计算,提出不同坡度下满足侵蚀量最小时的灌溉模式。     

基于土壤入渗变异性的畦灌单宽流量优化

农田土壤入渗变异性给畦灌系统的设计和管理带来了困难.为进一步提高畦灌灌水质量,该研究利用已有考虑土壤变异条件下的畦灌灌水质量计算模型,采用数值模拟与理论分析相结合的方法,扩展了模型的使用范围,并结合畦灌试验资料对其进行了验证;在此基础上分析了土壤入渗变异性对畦灌灌水质量的影响,提出了考虑农田土壤入渗变异条件下入畦单宽流量的确定方法.结果表明,文中扩展后的模型可用于计算异质土壤和均质土壤情景模式下的畦灌灌水质量指标,其计算值与田间实测值和WinSRFR软件模拟值一致性较好,相对误差均值分别为10％;土壤入渗变异对畦灌灌水质量的影响显著,贡献度高达56.71％～95.68％,其对灌水均匀度的影响最为敏感,其次为灌水效率和储水效率;基于均质土壤入渗条件下优化的入畦单宽流量,可用于异质土壤畦灌灌水流量设计,两者符合1∶1的线性关系.研究结果可为考虑农田土壤变异性的畦灌系统设计和管理提供理论依据和技术支撑.     

不同灌溉方式对设施番茄土壤剖面硝态氮分布及灌溉水分效率的影响

为了弄清不同灌溉方式对日光温室番茄水分利用效率及硝态氮在土壤剖面中迁移的影响,选择山东寿光日光温室,以当地主栽品种"齐达利"为试材,研究了沟灌、小水勤灌和滴灌3种灌溉条件下设施番茄的产量,水分利用效率及硝态氮在0—90cm土壤剖面中的分配规律。结果表明,与传统沟灌相比,小水勤灌、滴灌均能够显著提高设施番茄经济产量,增产率分别为15.5%,11.3%,同时节水率分别为16.7%,36.0%,而相应产量水分效率则分别提高了38.7%,74.0%;同时,两种灌溉方式还显著改变了硝态氮在土壤剖面的分布,将更多的硝态氮保留在作物所能再利用的土层中,减少了硝态氮的淋失,对保护地下水环境具有重要意义。     

不同微咸水组合灌溉对土壤水盐分布和冬小麦产量影响的田间试验研究

为了研究不同组合灌溉顺序对土壤水盐分布状况和冬小麦产量的影响,2003年-2005年在河北省中科院南皮生态试验站进行了冬小麦田间微咸水灌溉试验。通过对冬小麦主根区和100 cm深度土壤的水、盐分布状况和冬小麦产量进行分析,结果表明3 g/L的微咸水可以作为冬小麦的灌溉用水,但连续使用会导致土壤发生积盐;拔节期应尽量避免使用微咸水,且不宜连续使用微咸水进行灌溉,组合灌溉最好采用咸淡交替的方式;综合土壤的积盐状况和冬小麦产量分析,淡（拔节水）淡（抽穗水）咸（灌浆水）的组合灌溉顺序为最优方案,该研究为合理开发利用灌区地下微咸水提供了依据。     

宁夏农田土壤耕层养分含量的时空变化特征

根据土壤普查资料和实际采样测定结果,探讨了宁夏山区和灌区农田土壤耕层有机质和氮磷钾养分含量的时空变化特征。结果表明,在1970年、1985年和2000年3个时段内,土壤有机质、有效磷和碱解氮含量呈显著或较显著增长态势,土壤速效钾含量近15年在灌区明显下降,土壤氮磷钾全量养分在30年间没有明显变化。从两个地区比较来看,除土壤全磷量外,土壤有机质和其它养分含量都是灌区显著高于山区,而变异系数除土壤全钾外都是山区显著大于灌区。     

浙东固废拆解区污水灌溉对土壤多氯联苯含量的影响研究

在对浙东沿海某典型固废拆解区的水-土壤-农作物系统进行系统调查和分析的基础上,重点探讨了污水灌溉对土壤多氯联苯（PCBs）含量的影响程度,并通过建立数学模型,对污灌区土壤PCBs含量进行了预测。结果表明,研究区土壤、水体、底泥乃至农作物均检测出相当水平的PCBs,对当地的生态安全影响较大;经因子分析和对比分析发现,约有67.3%的土壤PCBs污染是由污水灌溉引起,污水灌溉对土壤污染的影响显著;在现有农田灌溉模式不变的情况下,污灌区的土壤PCBs含量将呈上升趋势,50a后含量将增加1倍。