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早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300～500 mm可增产约3000 kg/hm2;丰水年型灌溉定额为250 mm时可增产1000 kg/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50～60 mm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0.92～1.28 g/kg,受各年型降水量影响灌溉水水分利用效率变化在1.61～7.76 g/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98～239 mm之间,灌溉次数为2～5次.     

冬小麦高产咸水灌溉制度的田间试验研究

通过田间咸水灌溉试验,研究在不同咸水灌溉条件下,运城盆地湖区灌区土壤水盐运移规律及其对农作物产量的影响,进一步探讨咸水灌溉冬小麦适宜的灌溉制度。研究结果表明:灌区咸水适宜的灌溉定额为825～975³/hm²,灌区上游矿化度小于3g/L的微咸水适宜的灌水次数为4次;灌区中游矿化度3～5g/L的咸水适宜的灌水次数为2～3次;灌区下游矿化度5～7g/L的咸水灌水次数最多不能超过1次。该研究结果为灌区土壤盐渍化的防治和地下咸水的合理开发利用提供了依据。     

宁夏引黄灌区春小麦微咸水灌溉管理的模拟

为探讨宁夏引黄灌区春小麦适宜的微咸水灌溉管理模式,该文根据2007年田间试验的实测资料,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春小麦田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价分析。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理,在当地微咸水与引黄水为1︰1的混灌条件下,试验年份春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额为2 400 m3/hm2;在75%和50%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额分别为3 000 m3/hm2和2 300 m3/hm2;在25%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌2水（拔节水和抽穗水）,灌溉定额为2 000 m3/hm2。该研究所提出的优化灌溉模式对于引黄灌区微咸水高效灌溉利用具有一定的指导意义。     

微咸水混灌对土壤理化性质及冬小麦产量的影响

根据中科院南皮生态农业试验站2002～2005年的冬小麦微咸水混灌田间试验资料,以淡水为对照研究了矿化度分别为3、4、5 g/t,的微咸水混灌对土壤积盐率、土壤饱和浸提液钠吸附比(SAR)、冬小麦产量和产量构成因素以及水分利用效率的影响,从而确定适宜的灌溉水矿化度上限.结果表明,微咸水灌溉后土壤积盐程度与灌溉水矿化度呈正相关;微咸水灌溉会使土壤饱和浸提液的SAR升高,且影响深度因灌溉水矿化度而异.通过对冬小麦产量和产量构成因素的分析可得,在非偏早年利用微咸水灌溉的矿化度不宜超过3 g/L,偏旱年不宜采用微咸水进行灌溉,或灌溉后应采取措施缓解盐分胁迫,水分利用效率与灌溉水矿化度呈负相关,综合各种因素可以认为3 g/L是当地微咸水灌溉的矿化度的上限.     

亏缺灌溉对温室番茄产量与水分利用效率的影响

为了探讨西北旱区日光温室番茄节水高效灌溉模式,2008年进行了不同生育阶段水分亏缺对膜下沟灌番茄产量与水分利用效率的影响研究。结果表明,在番茄果实成熟与采收期亏水虽然可使果实早熟,增加收获期和市场高价位时期的重合度,但由于产量降低幅度较大,总体经济效益低,为不合理灌溉方案。相反,在对照处理灌水定额21 mm的基础上,苗期减少2/3灌水量、开花和果实膨大期减少1/3灌水量、果实成熟与采收期正常灌溉,是西北旱区日光温室番茄较适用的灌溉模式。即在番茄全生育期内灌水11～12次,灌溉定额为200～210 mm时,可实现市场产量170～180 t/hm2,毛效益31～34万元/hm2,水分利用效率和单方耗水毛效益分别为64～69 kg/m3和120～125元/m3,同时节约灌水量40～50 mm。     

不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响

通过中科院栾城农业生态试验站3种不同降水年型的田间灌水试验，研究了不同供水条件对冬小麦根系分布、产量及水分利用效率的影响，旨在为华北地区冬小麦建立优化灌溉制度，提高水分利用效率，达到节水增产目的提供理论依据。试验结果表明，冬小麦根系主要集中分布在80 cm以上土层，随土层深度的增加，根长密度呈指数下降；综合分析根系对不同土层的水分吸收、作物耗水组成及产量、水分利用效率与总耗水的关系，提出华北地区冬小麦最佳灌水方式是：丰水年灌0水、平水年灌1水(拔节水)、枯水年灌2水(拔节水和抽穗水)，次灌水量60～75 mm，具有明显的节水增产效益。     

咸水畦灌农田土壤水热盐动态及油葵生长的试验与模拟

为探究中国西北旱区咸水畦灌条件下农田土壤水热盐动态及其对作物生长的影响,采用大田试验和WASH-C模型(Layered Soil Water-Solute-Heat Transport and Crop Growth Model,土壤水热盐迁移和作物生长耦合的模拟模型)模拟相结合的方法,分析油葵全生育期内不同灌水量和矿化度处理下土壤剖面水盐分布特征、温度变化及油葵生长规律。试验设置包括2个灌水量水平(分别为油葵畦灌需水量的100%、50%)和3种畦灌水矿化度(分别为0.7、4.0、8.0 g/L)。结果表明,土壤剖面的水、盐、热分布在根区(0～40 cm)的变动幅度要大于深层(40～100 cm),灌水量越多,水分、盐分变幅越大。随着灌水次数的增加,土壤剖面在0.7 g/L矿化度下出现脱盐现象,4.0、8.0 g/L矿化度下出现积盐现象,并且灌水量越大,相应的脱、积盐率越高。试验前期各层地温变化幅度较后期大,温度变化幅度随土壤深度增加而减小。0.7g/L、100%油葵需水量下的作物LAI和产量最大,8g/L、50%油葵需水量下最小,两处理的LAI分别为8.41、3.80 cm~2/cm~2,产量分别为5.49、3.08t/hm~2,差异显著(P0.05)。模拟结果表明,WASH-C能够较好地模拟各时期土壤中根区、深层含水率的分布特征,所有模拟结果的R2不低于0.53。在咸水矿化度小于等于3g/L的情景模拟下,作物根区不会产生明显的积盐现象。合理的咸水畦灌制度有利于充分利用咸水资源并提高油葵的水分利用效率和产量。     

基于APSIM模型的灌溉降低冬小麦产量风险研究

华北平原是我国冬小麦主产区,干旱是影响该地区冬小麦产量稳定的最主要的灾害之一。进行产量风险评估以及如何通过灌溉降低干旱产量风险对于该地区冬小麦稳产高产具有重要的现实意义。该文利用澳大利亚的APSIM农业生产系统模拟模型,以华北平原北京和山东禹城为例,分析了不同降水年型条件下冬小麦的产量风险;通过不同灌溉方案的设计和模拟,分析了不同的灌溉方案在各种年型条件下对降低冬小麦产量风险的作用。结果表明：北京和禹城地区冬小麦生育期内绝大部分年份降水不能满足作物的需水,严重缺水年型出现的频率均在30%左右,两地该年型的平均产量仅为2 445和2 466 kg/hm2,产量风险较高。灌溉对于降低产量风险具有明显的作用,但需根据不同的缺水年型选择适宜的灌溉方案。在兼顾冬小麦稳产高产和提高水分利用效率的前提下,严重和中度缺水年型进行3次补充灌溉,分别为底墒水、拔节水和开花水,而在轻度缺水年型条件下,底墒水和拔节水两次灌溉即可大大降低干旱带来的产量风险,灌水定额为50～70 mm,且随缺水程度的降低和灌溉次数的增加,可以适当减小灌水定额。     

有限供水条件下旱地春小麦水分的高效利用

全球气候变化最令人担忧的问题是干旱,而水分又是影响小麦产量的重要因素之一,农田水分的管理与有效利用已经受到人们的高度重视。作者以春小麦为实验材料,采用盆栽和小区试验相结合的方法,针对黄土高原半干旱地区的有限水分环境,研究了有限供水的高效利用问题。盆栽条件下,采用3种肥力水平与拔节期、孕穗期和灌浆期有限供水组合处理。对生长发育、产量构成和水分利用效率等指标测定的结果表明,施肥可以显著增大叶面积,促进根系生长,提高子粒产量;而施肥条件下,拔节期有限供水能够显著增加穗粒数和粒重。小区试验结果表明,满足春小麦最大产量所需的灌水量约为200mm,获得作物水分利用效率最高时的适宜灌水量约为100mm,而拔节期60mm的灌水量可以使灌水利用效率接近最大值。拔节期60mm灌水条件下,耗水量、作物水分利用效率和灌水利用效率同步增长,同时土壤的贮存水也得到了有效利用。根据以上结果可得出:在黄土高原缺水地区,春小麦有限灌溉的适宜灌水量下限应不低于60mm,一次性补充灌溉的最佳时期为拔节期     

微咸水灌溉对土壤水盐动态与春小麦产量的影响

为了探究合理的微咸水灌溉利用模式,分别于2007年和2008年在宁夏银北惠农引黄灌区开展微咸水灌溉试验,研究了该地区微咸水灌溉对土壤水盐动态、春小麦产量的影响。研究结果表明：表层（0～30 cm）土壤含水率和含盐量变化较大,而30 cm以下土层的含水率和含盐量变化相对较小。渠灌条件下,春小麦全生育期内土壤根区（0～90 cm）处于明显的脱盐状态,而井渠混灌处理即使在相对干旱的年份也可保持根区土壤的盐分平衡,但井灌处理根区则出现明显积盐现象。春小麦耗水量和水分利用效率均随着灌水矿化度的增加而降低。与渠灌相比,井渠混灌模式的春小麦减产较小,而井灌处理的减产为20%～30%。在银北惠农地区,采用井渠1︰1的混灌模式是春小麦的适宜微咸水灌溉利用 模式。     

基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

灌区灌溉渠系分形特征研究

灌溉渠系是一种分形体，渠系的某部分渠段在某种程度上包含了整个渠系的信息。该文将分形理论引入到灌溉渠系的研究中，对其分形特征和分维数进行了分析，并运用盒计数法计算了漳河灌区灌溉渠系的分形维数。在此基础上，论证了渠系分形维数与其灌水模数的相关性，为灌区渠系布置优化设计提供了一定的理论依据。     

河西绿洲灌区春小麦调亏灌溉试验研究

试验对北方干旱内陆河流域(张掖)春小麦调亏灌溉进行研究,设计了8个不同土壤水分亏缺处理,以探索调亏灌溉对该区春小麦耗水特征、地上部生物量、收获指数、供水效率等指标的影响.结果表明:在调亏灌溉条件下,不同水分调亏处理、不同产量水平下春小麦0～120 cm土层阶段耗水量和日耗水强度差异较小,小麦耗水模系数全生育期变化趋势也较为一致,且在播种～分蘖期和分蘖～拔节期最小,而拔节～孕穗期和抽穗～灌浆期最大;与未调亏的对照(全生育期充分供水,FFF)相比,干旱环境下调亏灌溉能显著提高春小麦地上部生物量和供水效率,而收获指数除2004年LLM(拔节、孕穗和抽穗轻度水分亏缺而灌浆～生理成熟中度亏缺)和MFL(拔节中度水分亏缺、孕穗和抽穗充分供水而灌浆～生理成熟轻度亏缺)调亏处理与未调亏的对照无显著差异外,其他调亏处理收获指数均比对照显著降低.小麦地上部生物量和供水效率分析表明,全生育期最优水分调亏模式为HFF(拔节重度水分亏缺、孕穗和抽穗及灌浆～生理成熟充分供水)处理,即春小麦孕穗和抽穗期及灌浆～生理成熟期均高水分处理(65%～70%田间持水量)而拔节期重度水分调亏(45%～50%田间持水量),灌溉定额为440 mm左右(包括晚秋季储水灌100 mm).     

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。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

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.     

滴灌轮灌分组优化模型与算法

传统的轮灌组划分计算方式效率较低且难以获得较好方案。该研究首次采用智能算法来求解轮灌组划分问题,依据《微灌工程技术标准》及轮灌组划分原则,提出了基于流量均衡的数学模型及其约束条件。通过分析支管空间分布,确定了滴灌问题的邻域特征,在半径阈值范围内给出了最大限度查找关键路径的邻域搜索策略和不可行解修复算法,并采用传统遗传算法(Genetic Algorithm,GA)、贪心遗传算法(Greedy-GA)、泰森多边形遗传算法(Voronoi-GA)和网格遗传算法(Grid-GA)算法分别求解模型,探索适应轮灌分组问题的初始化方法。对标准差、组内路程、连通性和运行时间4项指标对比分析,结果表明:Grid-GA算法表现优异,采用的邻域策略可有效避免支管分布过于分散,有利于日常管理与维护。取半径阈值280 m条件下,算法在300代左右达到收敛,最小标准差10.9 m3/h,组内路程8 105.2 m,连通性指标25,与一种冒泡+贪心的近似算法相比最小标准差小59.1%。该研究对提高滴灌工程设计效率和促进轮灌工作制度有效运行有着重要研究意义。     

滴灌与沟灌马铃薯覆膜效应研究

田间对照试验研究薄膜覆盖对滴灌土壤水分分布与消散过程及滴灌和沟灌马铃薯生长的影响结果表明 ,马铃薯生长前期覆膜能明显减少表层土壤蒸发 ,并使表层土壤维持较高的含水量。马铃薯生长中后期蒸腾作用占主导地位 ,覆膜对减少表层土壤蒸发作用较小。气温较高时覆膜对马铃薯生长产生明显抑制作用     

大范围灌溉及不同灌溉水源对蒸发皿蒸发量的影响

基于山东省济宁市6个典型气象站20 cm蒸发皿逐月蒸发量、逐年降水量和气象站所在区域的灌溉面积发展资料,研究中国中纬度地区大面积人工灌溉对蒸发皿蒸发量的影响,以揭示人工灌溉发展与蒸发皿蒸发量减少之间的内在关系。分析结果表明：不同时段的蒸发皿蒸发量变化与灌溉面积发展呈现极显著的相关关系,且灌溉期相关程度高于全年和非灌溉期相关程度;地下水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅大于地表水为主要灌溉水源区域的蒸发皿蒸发量降幅。大面积、高强度的农田灌溉引起近地表面的气象因子变化是导致所在区域蒸发皿蒸发量减少的重要原因。     

河网区灌溉水利用系数的尺度转换

大尺度灌区灌溉水利用系数的测定条件难以保障,而小尺度灌区的灌溉水利用系数可以通过试验测定,如何通过小尺度灌区的灌溉水利用系数来预测大尺度灌区的灌溉水利用系数,就有必要对灌溉水利用系数的尺度转换问题进行研究。河网灌区的特点是没有统一的水源引水口,通常是由若干个小灌区合并成一个大灌区,是一个典型的自相似系统。论文以地处里下河水网地区的盐城市水稻灌区作为研究对象,于2012-2013年对9个县区不同规模的样点灌区进行了灌溉水利用系数的试验观测,利用分形理论研究了河网灌区的分形特征,运用盒维数法计算了盐城市河网灌区和不同尺度灌区的盒维数,其盒维数介于1.703~1.996之间,并随着面积尺度的增加而增大。基于灌溉水利用系数与灌区面积、盒维数的相关性,建立了河网灌区灌溉水利用系数尺度转换模型,并通过验证,表明该尺度转换模型能够较好地预测河网灌区灌溉水利用系数,同时也能够很好地实现灌溉水利用系数的尺度转换,为分析河网灌区灌溉水利用系数及其尺度效应提供了新途径。