基于DSSAT模拟的冬小麦作物水分利用效率评价指标分析

作物水分利用效率,是农业节水研究的主要指标之一,为研究分析不同的华北地区冬小麦作物水分利用效率评价指标之间的相关性及其适应性,采用作物生长模型DSSAT,基于田间试验数据率定优选的参数,采用数值模拟的形式,模拟地面灌溉条件下不同水平年华北地区冬小麦生长过程及产量分布,获得不同灌溉制度情景方案下的作物模拟产量,基于模拟结果,分析评价作物水分生产率WP、灌溉水分生产率WUEti、广义水分利用效率WUEu、灌溉水利用效率WUEI等4个评价指标值.结果表明:WP、WUEti、WUEu数值都呈现随灌溉定额先增加再减少的趋势,较为全面地体现了产量与耗水量的关系,WP的计算较为复杂,数据指标获取难度及误差积累可能会影响结果可靠性,建议谨慎使用.WUEI不考虑自然降雨对产量的贡献,虚高计算了灌溉对产量的贡献,数值偏大,不推荐使用.从各指标之间的相关性分析,WUEti、WUEu相互之间及与其他指标之间的相关系数较好(P<0.05),并且其物理意义更符合灌溉定额和灌水定额对产量的影响关系,可以较为全面的反应作物水分利用效率,推荐作为评价灌溉制度的指标.     

灌区尺度作物水分利用效率指标研究

在对灌区来水、作物产量和作物需水量尺度分析的基础上,研究了灌区尺度作物水分利用效率指标,结果表明,冬小麦、夏玉米、棉花不同的生育期对采用哪种水分利用效率指标有直接影响;灌溉、降雨、地下水补给等资料较全时,3种作物都采用WUEET;无降雨资料时,冬小麦可选用WUEi近似代替WUEET;正常年份,夏玉米的WUEP0就是WUEET,干旱年份且需夏灌时,夏玉米WUEET由有效降雨量与灌溉量共同产生;棉花不能用WUEi或WUEP0中的任何一种指标反映其真实的水分利用效率,而只能用WUEET确定。     

基于稳定碳同位素的寒地黑土区玉米水分利用效率研究

为了进一步探究不同灌溉制度对寒地黑土区玉米水分利用效率(WUE)的影响,以玉米大田试验数据为基础,研究了玉米耗水规律以及叶片和产量水平的水分利用效率的变化规律,寻找符合东北地区玉米节水高产要求的灌水方案。同时研究了玉米叶片和籽粒碳同位素分辨率(Δ13C)与不同水平水分利用效率的关系,验证了玉米稳定碳同位素分辨率对作物不同水平水分利用效率的指示作用。研究结果表明,全生育期灌溉定额为800 m3/hm2,灌水4次时玉米产量最高为14 920.62 kg/hm2,但此时产量水平水分利用效率(WUEy)较低;全生育期灌溉定额为600 m3/hm2,灌水4次时玉米WUEy最大为3.74 kg/m3,但产量偏低,综合考虑产量和水分利用效率,得出符合该地区玉米节水高产要求的灌水方案为全生育期灌水800 m3/hm2,灌水3次(苗期、拔节期、抽雄期),此时玉米WUEy为3.65 kg/m3,产量较最大值未发生明显下降。拔节期玉米叶片碳同位素分辨率(ΔLB)、成熟期叶片碳同位素分辨率(ΔLC)和籽粒碳同位素分辨率(ΔF)变化范围分别为0.451%~0.542%、0.505%~0.598%、0.496%~0.526%。叶片碳同位素分辨率(ΔL)、ΔF与瞬时水分利用效率(WUEi)、内在水分利用效率(WUEn)、WUEy均呈负相关,ΔL与WUEn的相关性优于其与WUEi的相关性,ΔF对WUEy指示作用优于ΔL对WUEy的指示作用,玉米ΔL、ΔF可分别作为指示WUEn和WUEy的重要指标。研究结果可为东北地区玉米生产提供理论支持及数据参考。     

基于县域尺度的中国农业水资源利用效率评价

基于县域尺度,选取降水产出率、灌溉水产出率、灌溉指数和总水分生产率4个指标,定量评价了中国不同地区(台湾省除外)的农业水资源利用效率,在此基础上,利用GIS空间分析技术,分析了各个指标的空间区域差异。结果表明,全国平均总水分生产率仅为0.61kg/m3,与发达国家的水生产效率相比,还有很大的潜力空间;黄淮海平原区、四川盆地、长江中下游区的农业水资源利用效率较高;在天然降水和灌溉水资源均较丰富的江南区和华南区,除灌溉指数较高外,其他3个指标都处于中等或中等偏低水平。总水分生产率和降水产出率的低值区空间分布基本一致,主要分布在大小兴安岭区、内蒙古高原区、黄土高原北部、横断山区一线;西北区的灌溉水资源浪费严重,亟待提高。     

膜下滴灌调亏对加工番茄产量和水分利用效率的影响

通过加工番茄不同生育期膜下滴灌水分调亏试验,研究了水分调亏对土壤水分、株高、干物质积累、经济产量及水分利用效率和灌溉水利用效率的影响。结果表明,在苗期占田间持水率55%的水分调亏滴灌,可以在降低灌溉水量、耗水量和移栽前后土壤水分的同时,显著(p<0.05)增加番茄单株果数、单株果质量、产量、灌溉水利用效率和水分利用效率,而花期和盛果期分别施以上述水分调亏则结果相反,其中以花期表现最为显著(p<0.05),其次为盛果期。全生育期不进行水分调亏和仅在采收期施以水分调亏,虽产量显著(p<0.05)增加,但水分利用效率和灌溉水利用效率却显著(p<0.05)降低。     

灌水处理对冬小麦生理生长特性等的影响研究

通过对冬小麦不同生育期进行有限灌溉的大田试验,研究不同水分处理对冬小麦的土壤水分变化、株高、叶面积指数、光合特性、产量以及水分利用效率的影响。结果表明:①灌水量越大,含水量变化的土层深度越大;并且土层深度越大,含水量的变化越小。②开花期灌水对缺水处理叶面积指数和株高的补偿效应明显。③各处理的光合特性日变化趋势一致,蒸腾速率和气孔导度日变化趋势均是双峰曲线,光合速率日变化趋势均是单峰曲线,均有"午休"现象。④开花水有利于籽粒的形成,只灌开花水也可获得较高产量。但产量与总灌水量之间呈抛物线关系。⑤单叶和产量水平的水分利用效率均随灌水量的不同而不同。总灌水量越大,叶片水分利用效率越大,灌溉水利用效率越低,水分利用效率越低。⑥综合考虑,全生育期只灌1次75 mm开花水的处理最合理。     

中国灌溉水资源利用效率的空间差异分析

水资源高效利用是现代化灌区建设重要目标。从衡量灌溉水资源有效利用程度和真实粮食产出能力出发,计算了1998-2010年中国各省区的灌溉效率IE和水分生产率WP指标,并分析二者空间分布格局。结果显示:IE与WP的全国值分别约为0.452和1.108kg/m~3,区域间差异程度前者小于后者,且均有随时间增大趋势;二者均呈显著的空间聚集现象,指标值高的省区位于黄淮海平原及其周边省区,低值则分散于西北、西南、东南及东北地区在;IE与WP在描述灌溉水资源利用效率空间相对大小上相互不可替代,但可以融合得到同时涵盖二者功能的灌溉用水效率IWE指标。IWE可以衡量灌溉水资源综合利用效率并作为区域灌溉发展方向的依据。根据省区IWE与耕地灌溉率现状对不同地区灌溉、粮食生产及水资源管理政策进行了初步探讨。     

非充分灌溉对冬小麦产量及水分利用效率影响研究

通过田间试验,研究冬小麦在不同生育期缺水以及不同程度的缺水对其生长发育及产量的影响,为半干旱区冬小麦建立优化灌溉制度提供理论依据。通过试验观测:枯水年份,冬小麦各生育期耗水比例相差较大,0~80cm土层的耗水量占总耗水量的绝大部分,总耗水量随灌水量的增加而增大,非充分灌溉对冬小麦叶面积、产量和水分利用率均会产生显著影响,灌水可显著提高植株叶面积,不灌水会显著降低作物产量与耗水量;灌1水的灌溉水利用效率明显高于灌2水和灌3水的灌溉水利用效率,其中以T2处理的灌溉水利用效率最高,边际效益最大;灌冬浇水与拔节水可获得较理想的产量和水分利用效率,在半干旱区水资源不足时,可作为冬小麦最佳灌水模式。     

不同灌水处理对灰枣产量、水分利用效率及品质的影响研究

研究不同灌水处理对灰枣产量、水分利用效率及品质的影响。以新疆阿克苏的灰枣为试验材料,考虑灌水定额和滴头流量两个因素,设置4个不同的灌水处理进行大田试验。滴头流量相同时,灰枣全生育期的耗水量随着灌水定额的增大呈先增大后趋于平缓的趋势,当灌水定额相同时,增大滴头流量会增加灰枣全生育期的耗水量;滴头流量相时,灰枣产量及枣果品质中除总酸含量及单果重外均随着灌水定额的增加呈现先增大后减小的趋势,灌溉水利用效率呈现逐渐减小的趋势,当灌水定额相同时,红枣产量与水分利用效率,总糖含量,商品率均随着滴头流量的增大而增加,但上述各指标除总糖含量外在a=0.05的显著水平下均无显著性差异。综合产量、品质及水分利用效率等指标,较优处理为灌水定额30mm,滴头流量为3.75L/h。     

日光温室芹菜适宜灌溉指标研究

研究了不同灌水控制下限条件下日光温室芹菜的外观形态,地上部分干物质积累,耗水规律,灌溉指标以及产量与耗水量的关系。根据芹菜的生理特性及耗水特性确定其适宜的土壤水分控制下限为T70(占田间持水率的70%),在T70条件下的芹菜植株生长健壮,地上部分干物质积累及产量最大,水分利用效率和灌溉水利用效率最高。此指标作为灌溉水分控制下限,利于温室栽培芹菜的发育,地上部分干物质积累,水分利用效率和灌溉水利用效率的提高。     

海河流域冬小麦水分生产率特征分析

以海河流域为研究对象,以农田总供水水分生产率(WUEa)和灌溉水分生产率(WUEi)为评价指标,运用对流域内典型灌区的调查资料,计算了海河流域主要作物冬小麦的用水效率并进行特征分析,得到了其水分生产率的分布和变化规律。结果表明,WUEa在田间尺度上均值为1.50 kg/m3、灌区尺度上均值为0.97kg/m3,WUE在...     

不同微灌方式下水分调控对猕猴桃光合特性及产量的影响

【目的】为了研究不同微灌方式下水分调控对猕猴桃叶片光合特性及产量的影响,以"翠玉"猕猴桃为研究试材。【方法】采用小管出流(X)、微喷灌(P)和滴灌(D)3种灌溉方式在猕猴桃全生育期实施85%灌水量的轻度亏水(LD)、70%灌水量的中度亏水(MD1)、55%灌水量的偏重度亏水(MD2)和40%灌水量的重度亏水(SD)处理,并设置100%灌水量的对照组(CK),研究了猕猴桃叶片胞间CO2摩尔分数(Ci)、净光合速率(Pn)、气孔导度(Gs)、蒸腾速率(Tr)、羧化速率(CE)、瞬时水分利用效率(WUEi)、产量及产量水分利用效率(WUEET)在不同水分亏缺下的变化。【结果】与CK相比,D-MD1处理的日均WUEi及CE分别提高了8.5%和2.7%。P-MD1处理的日均Pn与CE较CK分别提高了10.7%和10.4%,X-MD1处理的日均Ci、Pn、CE较CK分别提高了10.9%、12.2%和11.4%。D、P和X三个处理的WUEET均较CK有不同程度的提高,但D、P和X的产量随着水分的亏缺程度的加大而下降,而滴灌各处理间无显著性差异。与CK相比D-MD1、P-MD1、X-MD1处理的产量分别提高了1.4%、1.6%、2.3%,重度亏水处理的产量显著低于其余水分处理,且其他各处理间无显著性差异。MD1处理在不降低产量的情况下,可以节约灌水同时提高WUEET,重度亏水与偏中度亏水间在WUEET无显著性差异,同时X-MD1的产量均高于其他处理。【结论】X-MD1处理是"翠玉"猕猴桃较为合适的灌溉水分亏缺模式。     

控制灌溉条件下增氧对超级稻根系生长及水分利用效率的影响

以超级稻“陵两优268”为试验材料,采用控制灌溉与增氧灌溉技术相结合,设置4组处理,分别为机械控制灌溉增氧(JX)、超微泡控制灌溉增氧(WP)、控制灌溉(CK)、淹水灌溉(YS),研究控制灌溉条件下增氧对水稻根系生长特征及水分利用效率的影响.结果表明:控制灌溉条件下增氧与淹水灌溉条件相比,有效节约用水最大达15.3%,有利于促进根系生长,增大了水稻的根部干物质质量,降低了水稻的茎叶干物质质量;提高了水稻根体积、根粗及干物质的质量,能显著增强水稻的根系活力,延缓水稻根系的衰老;产量上,控制灌溉增氧处理基本与淹灌处理接近,但结实率、千粒重、水分利用效率都优于淹灌处理.     

农业节水措施对地下水涵养的作用及其敏感性分析

以北京市大兴区为研究区,利用经校验的水平衡模型,通过调整灌溉满足率和灌溉水利用系数,探讨了不同农业节水措施对增加地下水补给量和减少地下水开采量的作用及其敏感性。结果表明,不同水文年型下,降低灌溉满足率及提高灌溉水利用系数都能减少地下水开采量,且降低灌溉满足率对减少地下净开采量的作用更为显著,有利于区域地下水涵养。在参数取值范围内,地下水净开采量对灌溉满足率的敏感性较大,而地下水补给量对灌溉水利用系数的敏感性较高。与提高灌溉水利用系数相比,对资源性缺水区域,采用先进节水技术,适度降低区域灌溉满足率,对促进水资源持续有效利用及加大地下水涵养具有更显著的效果。     

漳河灌区灌溉用水量及水分生产率变化分析

根据湖北省漳河灌区长系列灌溉用水量、作物产量及灌溉面积等资料 ,从田间、灌溉系统及整个灌区3个不同尺度分析了漳河灌区历年来灌溉用水量及灌溉水分生产率变化情况。结果表明 ,漳河水库农业灌溉供水从第一阶段的 8.5亿 m3减少到第三阶段的 3.94亿 m3 ,单位面积灌溉供水量从第一阶段的 5 94 6m3 /hm2减少到第三阶段的 30 91 m3 /hm2 ,灌溉水分生产率从第一阶段的 0 .6 5 kg/m3提高到第三阶段的 2 .37kg/m3。相应的在灌溉系统和田间尺度 ,单位面积灌溉供水量及灌溉水分生产率呈现同样变化规律。由于灌溉系统和灌区尺度水的重复利用程度逐渐提高 ,使从田间、灌溉系统到灌区灌溉水分生产率逐渐提高。分析灌溉水利用率及水分生产率提高的原因表明 ,节水灌溉技术的推广应用以及通过各类调蓄设施提高水的重复利用率等占一半 ,农业结构的调整及作物品种改进使粮食单产提高等占另一半。     

基于数据包络分析的灌区农业生产综合效率评价与分析

为评价中国灌区农业生产综合效率的空间差异性,采用数据包络分析(Data envelopment analysis,DEA)方法对全国440个灌区2010年的农业生产综合相对效率进行评估,并基于不同区域灌区农业生产投入及其冗余状况对生产效率提升途径进行探索。结果表明,8个灌区的相对效率为1.000,达到DEA有效;灌区间农业生产效率差异显著,绝大部分(327个)不足0.300,省区尺度生产效率无明显空间分布规律;各投入指标对应存在冗余灌区个数分别为319(有效灌溉面积)、369(绿水)、155(蓝水)、298(化肥)及207(农业机械);非DEA有效灌区5个投入指标的可减少量占所有评价单元投入总量的比例分别为23.8%、39.2%、18.1%、29.0%以及19.9%。综上可知,各非DEA有效灌区应根据自身投入指标冗余状况优化配置和管理资源以提高区域综合农业生产效率,其中绿水资源高效利用是全国范围内广泛面临的问题;东北和西北地区需注重水土资源配置效率提升,而南方粮食主产区应注重水肥高效利用机制的研究与实践。     

A model for regional optimal allocation of irrigation water resources under deficit irrigation and its applications

It is important to promote efficient use of water through better management of water resources, for social and economical sustainability in arid and semi-arid areas, under the conditions of severe water shortage. Based on the developments in deficit irrigation research, a recurrence control model for regional optimal allocation of irrigation water resources, aiming at overall maximum efficiency, is presented, with decomposition-harmonization principles of large systems. The model consists of three levels (layers). The first level involves dynamic programming (DP) for optimization of crop irrigation scheduling. The second level deals with optimal allocation of water resources among various crops. The last level concerns optimal allocation of water resources among different sub-regions. As a test, this model was applied to the combined optimal allocation of multiple water resources (surface, ground and in-take from the Weihe river) of Yangling, a semi-arid region on the Loess Plateau, China. Exemplary computation showed that not only are the results rational, but the method can also effectively overcome possible “dimensional obstacles” in dynamic programming of multiple dimensions. Furthermore, each sub-model is relatively independent by using various optimization methods. The model represents a new approach for improving irrigation efficiency, implementing water-saving irrigation, and solving the problem of water shortage in the region studied. The model can be extended in arid and semi-arid areas for better water management.     

灌溉水利用系数综合测定法实例分析

灌溉水利用系数是衡量农业节水效果的关键指标。目前各地区统计出的灌溉水利用系数差异极大。很多数据明显的存在错误，难以作为比较与衡量的标准。影响灌溉水利用系数正常测定的主要原因是传统测定方法存在测定工作量巨大、测定条件难以保证等。通过开展对灌溉水利用系数资料的搜集、整理并对灌区进行实地调研，在了解目前灌区灌溉水利用系数测量中存在问题及原因的基础上，对灌区灌溉水利用系数测量计算方法进行了分析研究，提出了测定灌溉水利用系数的综合测定计算方法。该方法既克服了传统测量方法中工作量大，需要大量人力、物力才能完成的缺点，又弥补了只测量典型渠段而引起较大误差的不足，而且能反映出灌区渠系用水情况、灌溉工程质量及灌溉用水管理水平等。以漳河灌区为例进行了应用分析。     

灌水量及灌水频率对玉米生长和水分利用的影响

利用遮雨棚蒸渗桶栽试验,研究灌水量和灌水频率对夏玉米生长、产量和水分利用的影响.试验以“郑单958”为研究材料,设置3个灌水量水平W1(120%ETc),W2(100%ETc)和W3(80%ETc)和3个灌水频率D1(3 d),D2(6 d)和D3(9 d)共9个处理,在生育期内对桶栽玉米的各项生长指标进行观测,分析不同处理对玉米的影响.结果表明:玉米的株高、叶面积、干物质量和产量随着灌水量的增大,均呈现出增加趋势;随着灌水频率的增大,均呈现出下降趋势.显著性分析表明,灌水量对夏玉米生长特性和产量的影响程度大于灌水频率.单株玉米产量在W₁D3处理下达到最大值,在W₃D1处理下玉米产量最小,差异具有统计学意义.水分利用效率和灌溉水利用效率则随灌水量的增大呈现先增大后减小趋势,且随灌水频率的增加逐渐降低.W₂D3处理的水分利用效率和灌溉水利用率最高,分别为1.83和1.61 kg/m3.基于各处理水分利用效率和产量变化,W₁D3(120%ETc,9 d)可作为基于试验条件下较适宜的灌水技术.     

基于博弈论-云模型的金华市用水效率综合评价

用水效率综合评价是评估区域用水水平和节水成效的基础工作,对贯彻落实"节水优先"方针具有重要意义。为了科学评估区域用水效率水平、克服评价过程中的模糊性和随机性,构建了基于博弈论思想组合赋权的云模型,从综合、生活、工业和农业用水效率4个方面选取评价指标,以金华市为研究对象,对其2018年用水效率水平进行综合评价。结果表明:2018年金华市全市和下辖9个县(市、区)的用水效率均处于"效率较高"状态,与物元分析法的评价结果相一致,说明模型具有较好的适用性和可行性,评价结果可为金华市推进国家节水型社会创新试点工作和相关规划研究提供参考依据。