蔬菜水肥一体化研究进展分析

蔬菜属于需水、需肥较多的作物,合适的水肥协同配合可达到节水高产、增质的目的。为此,从水肥一体化对蔬菜生长、产量、品质、水分和养分利用效率等方面,就国内外已有研究成果进行了分析总结,基于目前的研究现状,提出我国有关蔬菜水肥一体化的研究一方面应向湿润地区发展,另一方面应向建立适合蔬菜的通用机理型模型、水肥一体化条件下需水需肥规律及区域蔬菜种植结构优化等方面深入研究和发展,并建议结合相关专业领域利用先进的技术手段建立水肥高效利用管理信息平台,以此来指导区域农业生产,这将会大大促进区域农业生产向高产、优质和高效方向发展。     

灌溉输配水系统明满流的全隐式耦合模拟及验证

准确合理地模拟具有自由表面的渠/管道明流和具有压力的管道满流运动过程,是设计、评价和管理灌区输配水系统的基础.为此,该文基于Preissmann窄缝法的概念,采用Saint-Venant方程组描述灌溉输配水系统的明满流过程,在交错空间离散单元格上,建立了基于全隐式标量耗散有限体积法的明满流耦合模拟模型.借助标准的室内物理模型观测数据和石家庄冶河灌区山尹村试验站野外原型观测数据,对模型的模拟效果进行了验证.结果表明,与基于显式向量耗散有限体积法建立的模型相比,该文建立的明满流耦合模拟模型具有类似的模拟精度,但水量平衡误差在室内和野外试验条件下仅为前者的13%和1.2%,且计算效率提高了约5.2倍;与基于四点偏心有限差分法建立的模型相比,模拟精度显著提高,水量平衡误差在室内和野外试验条件下仅为前者的7.6%和0.6%,且效率提高了1.3倍,故该文建立的模型有效克服了已有模型无法统一模拟精度和效率的缺陷,更适于实际工程问题,为灌区输配水系统的设计优化和管理评价提供了数值模拟方法.     

考虑灌溉参数空间变异的区域畦灌模拟与验证

精确评估区域畦田灌水质量有助于提高农田灌水管理水平,而具有空间变异性的灌溉参数如何有效表征是影响区域畦田灌水质量精确模拟评价的关键因素。为此,该研究的目的在于借助Monte-Carlo抽样,建立考虑畦灌参数空间变异性的区域畦灌模拟方法。采用Monte-Carlo抽样将具有空间变异性的区域灌溉参数(如入畦单宽流量、土壤砂粒含量、黏粒含量、土壤容重等)离散表征为若干个灌溉参数样本,依次输入田块尺度畦灌地表水流-土壤水动力学耦合模型,以模拟评价区域畦灌过程。基于3次区域畦灌试验的实测数据和1个对比的确定性畦灌模拟方法,验证建立的模型的模拟效果。结果表明,所建模拟方法与确定性模拟方法模拟计算的灌水效率和灌水均匀具一定差异,所建模型的模拟值与实测值间的灌溉定额和田间水利用系数相对误差分别为9.95%~12.23%和8.39%~10.21%,而基于现有模型的相对误差则分别为14.15%~16.78%和13.87%~15.88%,畦田平均土壤含水率实测值与所建模型模拟值的累积分布趋势表现出良好的一致性。上述指标表明所建模拟方法有效缩小了区域灌溉参数空间均化处理所带来的模拟误差范围较大等问题,为区域畦田灌溉优化设计和管理提供了技术支撑。     

基于标量有限体积法的灌溉末级渠系非恒定水流模型

通过区分明渠非恒定流中对流波与重力波属于不同的物理过程,把渠道非恒定流控制方程进行了变形处理,基于标量有限体积法构建了具备高精度和分辨率的灌溉末级渠系非恒定流数值模型。基于文献数据及野外实测数据,对模型的模拟性能进行了验证。结果表明,构建的模型模拟的斗渠和农渠水位值与实测值之间的平均相对误差为2.8%～4.1%,水量平衡误差不大于0.07%,具备良好的模拟性能,为开展末级渠系布置模式及管理研究提供了可靠的数值工具。     

基于SISM模型和畦灌技术的冬小麦最小灌水定额研究

为确定满足畦灌技术约束下的冬小麦最小灌水定额,采用地面灌溉水流运动模拟模型SISM,结合华北地区畦灌现状,考虑畦田长度、坡度、田面标准差、微地形空间分布差异及入畦单宽流量等要素,设计53.088种畦灌技术要素组合,以地面灌溉水流覆盖整个田块和最小灌水深度Zmin>0为控制条件,对不同技术要素组合下的灌水过程进行模拟,分析畦灌技术要素和灌水性能指标值的对应关系,结合畦灌数值模拟试验结果,提出3种代表性畦田长度（50、100、150 m）下田面标准差、坡度、入畦单宽流量等畦灌要素的建议范围。在不考虑畦田布置优化方案的条件下,3种代表性畦长畦灌最小灌水定额不宜低于84、117、148 mm;在地面灌溉技术及畦田布置方案优化的条件下,3种代表性畦长畦灌最小灌水定额不宜低于71、75、79 mm。     

畦灌撒施与液施硫酸铵地表水流和土壤中氮素时空分布特征

分析不同灌溉施肥方式下氮素时空分布特征可为改进畦灌施肥技术与方法提供科学依据。该研究基于冬小麦返青灌溉开展的不同入畦流量下撒施和液施硫酸铵时获得的畦灌试验观测结果,分析2种不同施肥方式下地表水流和土壤中氮素时空分布规律,讨论不同施肥方式下影响灌后土壤氮素空间分布均匀性的要素。结果表明,施肥方式对地表水流和土壤中氮素分布影响显著,入畦流量对其影响不显著。液施下地表水流中氮素时空分布差异不显著,撒施下具有明显时空变异性;液施能明显改善灌后土壤氮素空间分布均匀性,灌后1 d 1m土层内氮素空间变异系数为0.07,明显小于撒施。土壤氮素增量分布均匀性在液施下主要与灌水量分布有关,撒施下则与地表水流中氮素分布和灌水量分布有关。液施在提高施肥均匀性和减小灌溉期间肥的损失方面优于撒施,且更易于水肥联合管理。     

基于信息扩散理论的中国粮食主产区水旱灾害风险评估

水旱灾害频发是影响中国粮食安全供给的主要制约因素。该文基于信息扩散理论的风险分析模型,根据1986－2008年期间检索得到的共享数据平台资料,对中国13个粮食主产省（区）的水旱灾害开展风险评估,综合对比分析粮食主产区的水旱灾害风险状况及其空间分布特点。结果表明,中国13个粮食主产省份面临的水旱灾害风险压力均较大,且旱灾风险要大于水灾风险。粮食主产区的水灾风险空间分布格局为南部长江中下游省份多以中度风险为主,东北部和中部黄淮海地区主要为低风险区,而旱灾风险则是东北部和中部黄淮海地区以高、中风险为主,南部长江中下游省份的风险相对较低。     

联合收割机生产率计算模型与适宜作业路线分析

提高农业机械生产率可大大节约农业生产成本。本文将田间试验与数值模拟相结合,首先在综合分析收割机作业时间构成的基础上,构建了不同作业路线下收割机生产率计算模型;其次实测了3种型号收割机在不同田块条件下整个收割过程中各个作业环节的时间及其工作特性参数;最后基于计算模型和实测参数,采用MATLAB进行编程,模拟分析了不同型号收割机、作业路线和田块面积下收割机生产率的变化规律。结果表明,收割机生产率随田块长宽比、田块面积和割台幅宽的增大而增大;采用"回"形和"U"形相结合的收割机作业路线,可提高收割机生产率8%以上。该结果可为农机实际作业路线选择和农田系统优化布局提供参考。     

畦田灌溉模拟中田面微地形空间分布插值方法改进

田面微地形是影响灌溉过程及灌溉性能的重要因素之一。针对灌溉模型中田面微地形的插值问题,该文在比较Kriging插值、三次样条插值和反距离加权插值的插值精度和程序运行时间的基础上,进一步分析了不同规格畦田下Kriging插值程序运行时间随插值网格数的变化趋势,提出了利用Kriging插值和三次样条插值及反距离加权插值进行组合插值的方法,并将不同中间插值网格数经组合插值所得田面高程数据用于灌溉模拟。结果表明,Kriging插值所得田面高程的精度最高,程序所需运行时间最长;而三次样条插值和反距离加权插值所需运行时间非常短,但精度较低。为了同时满足田面高程的插值精度和模型计算效率的要求,选用Kriging插值和三次样条插值组合的方式进行灌溉模型中田面高程的插值计算最为适宜。中间插值网格数为1/4及1/8灌溉模型剖分网格数经组合插值的田面高程及Kriging插值数据用于灌溉模型所得水流推进过程与实测水流推进过程基本一致。因此,在实际应用中,中间插值网格数的确定,可根据对插值精度和运行时间的不同要求在灌溉模型剖分网格数的1/4或1/8之间选取。该研究可为灌溉模型的应用提供依据。     

二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型:Ⅱ验证

基于撒施施肥方式下畦灌试验数据,从传统平均相对误差和马尔科夫随机过程两个角度,对二维撒施畦灌地表水流溶质运移模型进行了验证.基于传统平均相对误差的结果表明,模型模拟的水流推进与消退的平均相对误差分别为4.98%和9.37%,水量平衡误差为0.28%,模拟各测点的溶质质量浓度变化过程平均相对误差为8.64%～14.22%,溶质平衡误差0.58%,构建的模型不仅具有较好的模拟二维撒施畦灌地表水流运动和溶质质量浓度变化过程的能力,还具备较佳的水量与溶质质量守恒性.基于马尔科夫随机过程的计算结果表明,地形项的随机性对模拟效果的影响为88.68%～96.21%,而畦面土壤物理属性等模型未能考虑因素的随机性对各测点溶质质量浓度变化的影响为3.79%～11.32%,因此仅考虑畦面微地形分布随机性的模型,具备优良的二维撒施畦灌地表水流和溶质运移过程的模拟性能.构建的模型为评价撒施施肥方式下的畦灌施肥系统性能,提供了合理完备的实用性数值模拟工具.