基于复杂种植结构多情景分析的灌区多目标多水源优化配置

为改善多水源灌区农业用水供需矛盾,通过合理调整种植结构,优化灌区水资源配置,该研究以河北省邯郸市漳滏河灌区为研究对象,将农业灌溉缺水量最小和农作物经济效益最大作为目标函数,兼顾灌区生态安全约束,构建了基于种植结构优化的多目标多水源优化配置模型,针对作物熟制、作物种类、种植制度以及灌溉方式设置了8种不同的种植结构优化情景,通过自主改进的基于精英策略并协遗传算法（NSGAⅡ-S）对模型求解,获得不同情景下的水资源优化配置方案。结果表明：应用模型进行水资源配置后,各情景配水总量均有所减少,其中水库配水量高于其他水源的配水量,水库水、引黄水和引江水均达到用水总量控制目标,民有分区的各计算单元间的配水量变化明显,总配水量高于滏阳河分区;适当压减主要依靠抽取地下水灌溉的冬小麦的播种面积,变灌溉农业为旱作雨养农业,可以极大地减少地下水用量,增加灌区经济效益;最佳的种植结构优化方案为CS₄（削减冬小麦的种植面积,种植苜蓿,灌溉方式采取管灌或喷灌）,该方案冬小麦播种面积压减17.10%,地下水开采量减少了16.42%,灌区的经济效益增加了26.41%,在保证配水总量最小的同时,具有更高的经济效益。该研究所构建的多目标多水源优化配置模型和作物配水结果可为类似地区的水资源配置提供参考。     

基于称量反馈的设施番茄灌溉系统的构建与应用

为提高设施番茄灌溉的精准性,该研究设计了一种基于称量反馈的灌溉系统,该系统包括称量反馈模块、多源信息采集传输模块、灌溉决策模块与水肥执行模块。称量反馈灌溉决策首先利用卫星定位模组获取灌溉地经纬度信息自动计算当天的日出时刻、日落时刻、日中时刻,结合椰糠条吸水特性与番茄植株日需水量变化规律,把1 d自动划分为4个不同的动态灌溉阶段;根据温室内温湿度信息及排液电导率（electrical conductivity,EC）值反馈的番茄植株根部信息,制定了一般模式灌溉肥液或洗盐模式灌溉清水（或低浓度营养液）。设计试验以基于辐射累积控制灌溉、定时灌溉作为对照,分别从栽培效果、灌溉效果、应用效益方面验证该灌溉系统的应用效果。结果显示使用该称量反馈灌溉系统比基于辐射累积控制灌溉系统灌溉量增加1.8%,用肥量减少7.3%,排液比降低7.9%,排液EC值降低9.3%;与定时灌溉方式相比灌溉量减少11.3%,用肥量减少20.0%,排液比降低17.9%,排液EC值降低4.9%。栽培效果显示,使用该称量反馈灌溉系统的椰糠条栽培番茄在茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量和基于辐射累积的控制灌溉相比无显著性差异（P>0.05）,但株高增加4.8%;与定时灌溉相比在株高、茎粗、叶片叶绿素相对含量、糖度值、单穗质量均无显著性差异（P>0.05）。预计使用该称量反馈灌溉系统,园区15栋日光温室（1.22 hm²）相比基于辐射累积控制灌溉,应用效益月节约0.276万元,与定时灌溉方式相比,园区月节约2.247万元。该系统简化了番茄植株需水量的计算过程,实现了番茄栽培水分的精准感知与按需精量灌溉。     

水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置设计与试验

为解决南方水稻工厂化田间育秧水肥药人工管理作业中存在的灌溉均匀性差、化肥和农药浪费以及劳动强度大等问题,该研究设计了一种水稻田间育秧水肥药变量喷灌装置,阐述了水肥药变量喷灌装置总体结构和工作原理,进行了关键部件设计与试验;以可编程逻辑控制器（programmable logic controller,PLC）为控制核心,构建了注肥量在线调控及整机变量喷灌控制系统。采用Box-Behnken试验设计方法,对装置喷灌均匀性与主要影响因素进行试验研究,应用单目标优化方法对喷灌关键参数进行优化,并通过验证试验,得到最优参数组合为：干管入口水压0.20 MPa、球阀开度90°、喷头喷角80°,此时装置的喷灌均匀性为92.69%;构建了氯化钾肥液质量浓度与电导率（electrical conductance,EC）值的线性模型,开展了装置变量灌溉施肥性能试验,3种喷灌等级下各作业区的肥液EC值分别为1.65、1.66和1.68 mS/cm,平均喷灌强度分别为900.85、1092.04和1263.67 mm/h,施肥均匀系数分别为85.21%、87.86%和91.62%。采用水肥药变量喷灌装置开展水稻育秧田间管理试验,华航51常规稻和广8优165杂交稻的秧苗长势均匀度均高于95%,成毯性良好,各项素质指标满足机插作业要求。所设计的水肥药变量喷灌装置能够满足水稻田间育秧水肥药变量喷灌作业要求,对提高水稻工厂化田间育秧机械化水平、保证秧苗质量具有实际应用价值。     

基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型研究

畦灌水流推进过程计算模型对确定灌水技术要素、田间平均入渗率和糙率有十分重要的作用。该文依据水量平衡模型,分析畦灌下渗水形状系数、地表储水形状系数的变化规律,结果表明下渗水形状系数受地表水推进过程中的推进距离和时间的幂指数影响很小,可用一个稳定值代替,由此建立了基于水量平衡原理的畦灌水流推进简化解析模型。结合已有文献资料和田间试验对模型进行检验,表明该模型具有计算求解方便、精度较高的优点,可用于畦灌合理灌水技术指标的确定。     

均匀坡度下滴灌系统流量偏差率的计算方法

为了精确地模拟滴灌系统流量偏差率,该文从水力学的基本原理出发,通过对不同坡度毛管水头损失变化规律的分析,确定了不同坡度条件下滴灌系统最大、最小工作压力滴头的分布情况,在此基础上推导出了考虑地面坡度及水力偏差的单毛管流量偏差率计算公式,进而推导了小区流量偏差率的计算方法。与规范算法相比,该文的计算结果更接近于实际情况,为准确设计滴灌系统工程提供技术指导,使滴灌系统实际运行指标与系统设计指标基本保持一致。     

测量水技术在宁夏灌区的应用与发展

为实现灌区测量水规范化、标准化和自动化提供参考依据,保证灌区有限水资源科学管理与合理配置,达到公平和高效的利用目的,针对宁夏灌区测量水技术的发展现状进行了综合阐述.总结宁夏目前所采用的量水方法和在生产实际应用中存在的问题,提出灌区量水技术的发展趋势,通过提高灌区测量水的技术装备和测试手段,旨在提高灌区测量水技术水平和精度的有效保证.     

井灌水稻池内水温分布规律与灌水方法的研究

井灌水稻池内温度分布特征是靠近进水口处形成一低温区 ;灌水过程中温度变化是一个降温过程 ,停止灌水后水温迅速上升 ;采用单排单灌、间歇灌水、并且更换进水口的灌水方法 ,有利于降低因灌水造成池口附近低温区的不利影响 ;护胎水的管理以日间补水为宜     

交替灌溉下不同水氮供给对番茄产量和品质的影响

为探明交替灌溉条件下蔬菜的最佳水氮供给模式,采用盆栽试验,以常规充分灌水为对照,研究交替灌溉条件下不同水氮供给对番茄产量、水分利用效率和品质的影响.结果表明:和常规充分灌水相比,交替持续高水、交替开花坐果期低水、交替结果期低水和交替持续低水的产量分别下降5.08％,13.31％,21.28％和28.22％,而灌溉水分利用效率分别增加11.90％,7.36％,10.30％和6.74％.中氮处理的产量和灌溉水分利用效率最大.和常规充分灌水相比,交替持续高水、交替开花坐果期低水、交替结果期低水和交替持续低水处理可提高番茄可溶性固形物、可溶性糖、番茄红素、维生素C和硝酸盐含量,而减少有机酸含量.交替灌水条件下,高氮处理的番茄可溶性固形物、有机酸和硝酸盐含量最高,而中氮处理的番茄可溶性糖、番茄红素、维生素C含量最高.综合考虑产量、水分利用和品质的因素,交替灌溉条件下番茄的最佳水氮供给模式为开花结果期低水中氮处理.     

基于HYDRUS-1D模型的河套灌区典型夹砂层耕地水分利用分析

为研究夹砂层耕地水分利用规律,以河套灌区典型夹砂层土壤耕地为研究对象,利用在春玉米生育期田间监测数据,应用土壤水分运动数值模型,探究对夹砂层土壤田间蒸散发、作物耗水及深层土壤水分的补给与深层渗漏规律。选择2种土壤的夹砂层埋深梯度S1（40～95 cm）、S2（60～110 cm）,设置了3个灌水水平W1（252.5 mm）、W2（315.85 mm）、W3（378.75 mm）开展田间试验,同不含夹砂层处理B作对照,并应用HYDRUS-1D模型模拟春玉米生育期田间蒸散发,土壤水分深层渗漏及地下水补给耕层水量与根系吸水量,与不含夹砂层处理对比分析夹砂层对田间水分利用影响。结果表明：随着砂层埋深增加,棵间蒸发损失减小,叶面蒸腾水量增加;不含夹砂层处理玉米田间毛管向上补给水量较浅埋砂层与深埋砂层处理分别大57.01%、118.53%,灌水量为315.85 mm时含夹砂层处理的土壤水分深层渗漏最小;玉米生育期内根系吸水量随砂层埋深的增加而减少,不含夹砂层处理根系吸水量最大。浅埋砂层与深埋砂层处理分别为蒸散量的55.51%、61.31%,不含夹砂层处理为66.69%;暂时性亏缺水量从大到小依次为：S2、S1、B,水分从大到小依次为：B、S2、S1。综合考虑夹砂层土壤水分迁移、作物水分利用规律,建议在夹砂层耕地春玉米灌溉根据砂层分布因地制宜定灌溉制度,当夹砂层埋深在40～110 cm范围时,推荐春玉米在生育期灌溉定额为315.85 mm。该研究结果可为河套灌区含有夹砂层农田灌溉制度的制定提供理论指导。     

麦棉套种膜上灌溉节水增产机理研究

试验研究采用麦棉套膜上灌——土壤水分——作物——农田小气候理论体系，测定膜上灌灌水条件下的水流特征和土壤水分循环特点，麦棉共生期作物生育特性和农田小气候的相互关系。揭示出麦棉套膜上灌和棉花膜上灌分别节水２９％和４７％，小麦增产３．８％及棉花增产１１．８％的节水增产机理