基于WSN和GSM的智能灌溉控制系统设计与实现

针对干旱区滴灌系统中智能灌溉和远程自动化的需求,基于无线传感器网络(WSN)和全球移动通信系统(GSM),设计并研发了一套可自动控制现场设备的智能灌溉控制系统。系统中的WSN将低功耗的现场控制单元和数据采集单元与节能型路由协议结合,延长了WSN农田信息采集的生命周期;基于GSM中的SMS(Short Messaging Service)技术,将需求命令下发到上位机控制平台;系统通过处理灌溉区的相关环境数据并进行分析,进行一定的自学习及再学习,可实现对现场设备自动控制。在新疆喀什市麦盖提县规模化节水灌溉增效示范基地的应用试验结果表明:该系统能适应恶劣的自然环境,操作简易,具有较好的鲁棒性,可进行广泛的推广应用。     

基于物联网的安徽省农田灌溉实时监测及自动灌溉系统研究

农田灌溉缺乏科学技术的指导,多存在大水漫灌等粗放式灌溉现象,水资源浪费问题突出。基于物联网技术,利用信息传感、实时监测和自动控制等科技手段,实现了土壤墒情及灌溉流量等信息的自动采集、数据的远程存储与分析以及灌溉的自动控制,该系统的研究对安徽省智能灌溉的发展具有重要意义。     

华北典型区冬小麦区域耗水模拟与灌溉制度优化

以经校验Aquacrop模型模拟了不同土壤条件下冬小麦水分与产量响应关系,结合北京大兴区土壤分布及其冬小麦实际种植情况,对模型模拟结果进行区域尺度拓展,以此为基础分析了研究区不同灌溉制度下冬小麦耗水量、产量及水分生产率的变化规律,并推荐了与华北地区水资源实际情况相适宜的冬小麦亏缺灌溉制度。结果表明:应用Aquacrop模型能较好模拟冬小麦生育期内土壤墒情和冠层覆盖度的动态变化过程及其生物量与产量情况,可利用经校验后的模型进行冬小麦水分与产量响应关系研究。灌溉定额在300 mm范围内,随着灌溉量增加,耗水量增大;在灌水次数相同条件下,灌溉日期不同,因蒸腾量变化导致耗水量差异显著。在相同处理下总体上降水多年份产量较高,而不同处理之间随着灌溉量增加产量增大;在灌水次数相同情况下,灌溉关键生育时段选择对冬小麦产量形成及水分生产率提高至关重要。以冬小麦增产提效为原则,在灌1水情况下重点保障拔节-抽穗阶段的需水;灌2水情况下重点保障返青-拔节、抽穗-乳熟阶段需水;灌3水情况下重点保障返青-拔节、拔节-抽穗、抽穗-乳熟阶段需水。针对华北水资源严重短缺实际,建议北京大兴区冬小麦采用灌2水的亏缺灌溉制度,较灌4水情况下的灌溉量与耗水量分别减少140、65 mm,能确保75%产量。可见,在与华北类似的资源性缺水区域,选择适宜亏缺灌溉制度,能大幅降低区域灌溉量与耗水量,在稳定区域冬小麦产量及涵养地下水源方面具有重要的现实意义。     

施氮对不同质地滴灌棉田土壤硝态氮分布及棉花产量的影响

为了探究施氮对不同质地滴灌棉田硝态氮分布及产量的影响,采用温室土柱模拟的方法,研究了滴灌条件下不同质地土壤硝态氮分布迁移特征,分析了施氮对NO_3-N和棉花产量的影响。结果表明,在灌水量一定的条件下,在砂土、壤土中施氮量分别为256.00、287.34 kg/hm~2时,相应的氮素积累量最大,皮棉产量最高,土壤硝态氮主要集中分布在30~40 cm土层,有利于棉花根系的吸收,且分别比不施氮增产43.87%和44.92%。一定施氮量下,壤土硝态氮分布的均匀性优于砂土,并且根层20~40 cm土层硝态氮量高于砂土,且比砂土平均增产6.16%。砂土、壤土中硝态氮量在各生育期总体呈现"降-增-降"的变化趋势,并且收获前期施纯氮340 kg/hm~2处理60cm土层砂土硝态氮量的第二个峰值较壤土提高15.98%,在生育期末端砂土在深层的氮素积累高于壤土,存在继续向下淋失的风险。     

施肥量对温室滴灌番茄干物质累积、产量及水肥利用的影响

为研究日光温室秋冬茬番茄生育时期干物质生产动态规律,探索高产高效的科学施肥模式,以标准冲施肥(含N量16%,含P_2O_5量5%,含K_2O量19%)为施肥种类,施肥量以N素为基准分为4个肥料处理水平,即F1(高肥)、F2(中肥)、F3(低肥)、F4(不追肥),分析了不同施肥量对日光温室番茄干物质累积、产量和水肥利用的影响。结果表明,番茄产量和水分利用效率(WUE)与施肥量呈"抛物线"关系,当N施量为290.6 kg/hm2(F2)时达到最高值,分别为67 776.93 kg/hm2和49.27 kg/m3,说明适量施肥可提高产量及水分利用效率。但肥料生产效率(PFP)在施肥量为(N)41.4~539.9 kg/hm2范围内呈现负指数降低趋势。植株干物质累积量表现出F2处理F1处理F3处理F4处理。果实干物质累积进程符合logistic函数轨迹,中肥处理比高肥、低肥处理提前进入快速累积期,使快速累积期持续时间比其他处理长1~8 d。全株总干物质转移量对果实贡献率为1.97%~6.96%,说明果实干物质高达90%以上依靠株体自身光合作用填充。因此,番茄结果期加强水肥的供给是必要的。     

滴灌紫花苜蓿根层水分稳定同位素特征分析

为了明确滴灌紫花苜蓿根层水分运移,进一步阐明滴灌节水机理,采用液态水稳定氢氧同位素技术,分析了滴灌紫花苜蓿根层水分稳定氢氧同位素分布特征。结果表明,紫花苜蓿根层水分稳定氢氧同位素在下层富集,且随土壤剖面深度的增加同位素富集量有增加的趋势。滴灌条件下,紫花苜蓿根层发育有较多细根,可迅速而高效地利用灌溉水,灌溉后紫花苜蓿对灌溉水的利用不明确偏向于某一深度土层,根层内各土层土壤水均有利用。灌溉前土壤干旱时,滴灌紫花苜蓿以30 cm上下土层土壤水作为主要水分来源的概率较高。     

引黄灌区不同肥料类型和施肥技术对稻田氮磷流失的影响

为减少引黄灌区稻田退水导致的农业面源污染,寻找水稻稳产和环境友好的最佳结合点,研究了大田示范条件下不同肥料类型和施肥技术对稻田田面水和排水沟退水氮磷变化特征的影响。结果表明,与常规施肥处理比较,优化施肥和侧条施肥均可以显著降低稻田田面水和排水沟中TN质量浓度,其中以侧条施肥处理效果最好,田面水和排水沟中TN质量浓度仅为常规施肥的47.4%和34.3%,各施肥处理间田面水和排水沟中TP质量浓度变化差异不显著。优化施肥和侧条施肥处理在肥料减量的条件下水稻产量并没有降低,其中有机种植处理产量最低,相对产量仅为常规处理的73.5%。综合考虑水稻产量和环境因素,优化施肥和侧条施肥技术可以作为环境友好型施肥技术在引黄灌区进行推广。     

不同生育期调亏灌溉对荒漠绿洲区葡萄生长、产量和品质的影响

适宜土壤水分状态是决定葡萄营养生长、产量和品质的重要因素。为了探讨不同水分条件下,酿酒葡萄梅鹿辄(Merlot)生理响应机制,取13 a生酿酒葡萄梅鹿辄为试验材料,分别在抽蔓期、开花坐果期、果实膨大期、着色成熟期进行水分亏缺处理(土壤含水率下限为田间持水率的55%~60%),并监测了相关植株形态,果实品质和产量指标。结果表明,单个生育期进行水分亏缺处理,对植株形态指标(葡萄株高、新梢长度、新梢粗度等)和果实品质指标(葡萄总糖量、可溶性固形物量、单宁量、总酚量、花色苷量等)无显著性影响。就产量而言,果实膨大期的亏水处理降低产量40.2%,是其需水关键期。而抽蔓期进行亏水处理,增产10.3%。     

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。     

棉花支持政策对新疆节水灌溉发展的影响

新疆农业用水占到全社会用水量的95%,面对水资源的紧缺,大力发展节水灌溉至关重要。棉花作为新疆种植面积最大的农作物有义务承担节水灌溉的重任。从棉花支持政策入手,运用最小二乘法,分析棉花支持政策对新疆节水灌溉发展的影响,结果发现财政支农投入和信贷支农投入的增加都对新疆节水灌溉发展有一定的促进作用。因此提出加大财政支农和信贷支农的相关对策,以加快新疆节水灌溉发展。