基于遗传算法的西北旱区灌溉效益决策模型研究

研究西北旱区在水资源严重短缺和粮食安全要求的前提下,如何将有限的灌溉水资源合理的在不同作物以及作物不同生长阶段进行分配,使灌溉效益最大化.为此建立了多区域多作物优化种植的灌溉效益决策模型,模型充分考虑了粮食的市场价格、投入的各种农业生产要素成本以及国家农业补贴政策等因素.通过对大同地区玉米和黄豆联合种植试验区灌溉收益模型建立,采用遗传算法对模型进行了求解,在特定的一组遗传算法参数设定下,得到了模型的最优解,即水资源最优分配、产量和种植收益.从模型计算结果来看,在非充分灌溉条件下,玉米与黄豆的产量都随着灌溉水量的增加而增加,黄豆分配的灌溉水量较多,玉米得到的灌溉水量较少,黄豆的净收益比玉米高.这对该区域种植结构的调整、农民增收以及指导灌溉过程具有重要的现实意义.     

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。     

遗传算法在节水高效灌溉制度优化中的应用——以冬小麦为例

利用遗传算法对非充分灌溉条件下冬小麦的最优灌溉制度设计进行求解,并提出了与之对应的约束条件及处理方法。以我国华北地区某试验站为例来说明该算法及处理方法的可行性。结果表明,该方法能够实现对冬小麦整个生育期灌溉水量进行合理分配,使冬小麦在缺水敏感期内得到充分灌溉,从而达到节约灌溉用水,提高水分利用效率的目的。     

石津灌区农业水资源利用效率的初步研究

采用灌溉水利用系数、灌溉效率和水分生产率3种指标,结合石津灌区2004~2005年冬小麦生育期内的耗水量和产量,从灌区管理与水资源利用的角度,评价了该灌区农业水资源的利用状况。同时运用地下水位观测资料分析计算了田间渗漏水量和垂向回归水量,定量分析了垂向回归水补给量对灌溉效率的影响。经计算,灌溉水利用系数为0.476、灌溉效率平均为0.667、灌溉水分生产率不同尺度分别为1.214、1.350、1.490、1.751 kg/m3。回归水的再利用使得灌溉效率值平均提高了18.8%。     

井灌区控制灌溉模式水稻灌水规律研究

在考虑降水蒸发蒸腾等影响一致的情况下,研究了常规灌溉、控制灌溉Ⅰ、控制灌溉Ⅱ、控制灌溉Ⅲ4种不同灌溉模式下水稻各生育期灌水量、产量性状,通过方差分析研究了不同灌溉模式对水稻产量的影响、灌溉水利用率并拟合得到灌水量与产量的回归方程。试验结果表明:各灌溉模式灌溉水利用率为控制灌溉Ⅰ控制灌溉Ⅲ控制灌溉Ⅱ常规灌溉,图表中看出返青到分蘖末为需水非敏感期、拔节孕穗期和抽穗开花期为需水敏感期,不同灌溉模式对产量影响显著。控Ⅰ灌溉水利用率最高,能够达到节水增产的目的,合理利用水资源。     

灌溉水资源优化调配的大系统模型

在分析了我国农业水资源现状的前提下,针对灌溉水资源的优化调配问题,应用系统优化法的基本原理,提出了对灌溉水资源优化调配的大系统分解协调模型,以确定农业最优种植模式及相应的灌溉水量.并举一实例,具体说明了模型的应用.     

干旱区绿洲用水效率模拟及分析—— 以策勒绿洲为例

水资源对干旱区绿洲的可持续发展起着至关重要的作用。为实现绿洲中灌溉用水的合理调配,以策勒绿洲为例,利用干旱区平原绿洲耗散型模型模拟了绿洲水循环的具体情况,并以腾发量占净输入量的比例作为灌溉水利用效率指标,研究了渠东和渠西灌溉水利用效率的尺度变化规律。研究结果表明:在研究区水平衡分量中,地块土壤水分输入主要依赖于渠道灌溉水量(约占96.02%),抽水灌溉量只占土壤水输入项的0.34%;由于回归水重复利用比例较低,用水效率随尺度的提升规律不明显,当地块数从一个变化到4个时渠西和渠东2个区域内用水效率分别提升了1.94%和1.11%;作物空间差异性对用水效率的尺度效应有削减作用,原因是粮食作物灌溉需水量比果树大,用水效率低。通过定量分析得到的绿洲水均衡结果,验证了水均衡模型在绿洲研究中的可行性,也为绿洲灌溉水高效利用提供了理论依据。     

基于高效节水模式下的永济市水量供需平衡分析

重点实施高效节水,能有效地改善农业灌溉条件,从根本上解决灌溉水利用率低的现状,提高农业用水效率,达到农业增产、农民增收的目的.本文以永济市为例,在采用引黄灌区水灌溉与高效节水灌溉方式下拟定灌溉水利用系数,利用灌溉定额进行水量计算,并且进行水量平衡分析,结果满足灌区的用水需要.本文研究可为拟定合理的节水灌溉措施与水资源的高效利用提供科学的理论依据.     

基于熵理论和遗传算法的作物灌溉决策的优化研究

为了优化作物灌溉的决策,在综合考虑了灌溉水量、作物水分需求、降雨量、土壤水分含量和作物不同生育阶段缺水对产量的敏感指数等因素的基础上,建立了基于熵理论和遗传算法的优化模型。通过实例试验,结果表明:提出的模型用于作物灌溉决策优化比基本遗传算法计算精度有了明显提高。     

关于灌溉水的重复利用问题

开发利用灌溉回归水，是灌溉水重复利用的重要方式，像工业用水的重复利用一样，灌溉水的重复利用也是节约用水的一条重要途径。灌溉回归水是灌溉过程中难以完全避免的深层渗漏水，又回归到水资源循环系统中去的那部分水量。搞清楚这部分水量的来龙去脉及其质和量，对于提高水的重复利用率和保护生态环境都具有重要意义。但是要切实把它搞清楚，必须在较大范围内开展长期、细致的观测研究，需要有较多的投入，所以目前这方面的研究成果还不多。然而在我们的现实生活中，灌溉回归水的利用比比皆是，不管你是不是研究它、认识它，只要地面灌溉…     

水氮耦合对菘蓝耗水和土壤水分的影响

水氮耦合是菘蓝节水减氮高效的关键技术,研究水氮耦合对菘蓝耗水量和土壤水分动态变化的影响,为高效水肥管理提供理论指导。于2018和2019年在河西走廊中部张掖市民乐县益民灌溉试验站开展了菘蓝水氮耦合的试验研究。结果表明,菘蓝生长发育期内0～160 cm土层土壤贮水量呈锯齿状降低趋势。增加灌水量时土层土壤贮水量递减;适当增施氮肥可以减小土壤贮水消耗量,过量施氮增加了土壤贮水消耗量,灌水和施氮间存在明显的交互效应。高水低氮（W3N1）处理总耗水量最高,值为442.2～442.8 mm,低水中氮（W1N2）处理总耗水量最低,中水中氮（W2N2）较高水高氮（W3N3）总耗水量降幅达13.7%～14.8%。节水减氮可以降低土壤贮水消耗量、降低菘蓝生育期的耗水量,有利于水和氮在作物-土壤水分系统中良性循环。      

水分调控与种植模式对枸杞生长和水分利用效率的影响

探究适于引黄灌区枸杞的水分调控和种植模式,以解决水土资源紧缺的生产实际问题。采用两因素随机区组设计进行大田试验,设置4个水分梯度（充分灌溉W0,75%～85%;轻度亏缺W1,65%～75%;中度亏缺W2,55%～65%;重度亏缺W3,45%～55%）和2种种植模式（枸杞单作D、枸杞间作苜蓿J）,研究不同灌水种植模式对土壤水分含量,以及枸杞耗水特征、生长、产量和水分利用效率的影响。研究结果表明,枸杞总耗水量随水分亏缺程度加重而减小,间作较单作增加了耗水量,但同时提高了灌水利用比例。枸杞生长随水分亏缺程度加重而减缓,间作苜蓿抑制枸杞生长。轻度亏缺W1提高了枸杞干果百粒质量,充分灌溉枸杞产量最大,轻度亏缺枸杞水分利用效率最高,DW1处理水分利用效率为3.83 kg/（hm2·mm）。间作苜蓿对枸杞产量影响不显著,降低了枸杞水分利用效率,但因苜蓿的产出而提升了综合效益。综合考虑,轻度水分调控W1的枸杞生长与水分利用效率均较优,间作会一定程度上影响枸杞生长,但能提高水土资源利用效率。      

灌水量、种植密度和行距对河西地区春玉米产量的影响

为确定河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水量和配套栽培技术,2020年在中国农业大学石羊河流域农业与生态节水试验站开展大田试验,设置2个灌水量(W₁,W₂)、2个种植密度(D₁,D₂)和3种行距(L₁,L₂,L₃),共12个处理,3次重复.通过测定株高、叶面积指数(LAI)、干物质累积及分配等指标,研究灌水量、种植密度与行距对春玉米生长、产量和水肥利用效率的影响.结果表明,在相同灌水量下,处理D₂的株高和LAI显著高于D₁,增加种植密度提高了玉米群体干物质积累量、产量及水分利用效率(WUE).处理W₂D₂L₃的干物质累积量和产量最高,分别为96.45和17.72 t/hm²;处理W₁D₂L₃的水分利用效率最大,为3.57 kg/m³.灌水量与种植密度两者交互作用对产量及其构成因素的影响具有统计学意义(P<0.05);灌水量、种植密度与和行距三者交互作用对收获指数的影响具有统计学意义(P<0.05),对作物耗水量(ET)和WUE的影响具有统计学意义(P<0.01).灌水量、种植密度与行距均对河西地区春玉米群体结构、耗水量、产量及水分利用效率存在一定的调控效应:由大到小为种植密度、行距和灌水量.综合分析,“80%ET_c+10.0万株/hm²+宽窄行”为河西地区膜下滴灌春玉米适宜的灌水和种植模式.     

河西绿洲不同生育期调亏灌溉对马铃薯生长、产量及品质的影响

在河西走廊张掖市甘州区党寨镇田家闸灌溉试验站开展了马铃薯不同生育期调亏灌溉的试验研究.在保持其他生育期土壤水分为正常灌溉(土壤含水率65％～ 75％)的情况下,在马铃薯的幼苗期、块茎形成期、块茎膨大期和淀粉积累期分别进行轻度(土壤含水率55％ ～ 65％)的调亏处理,以全生育期的正常灌溉作为对照,进行马铃薯生长指标、产...     

HydroLOGIC: An irrigation management system for Australian cotton

The worldwide need to improve water use efficiency within irrigated agriculture has been recognised in response to environmental concerns and conflicts in resource use. Within the Australian cotton industry, the imperative to reduce water use and optimise irrigation management through the understanding of risk, using information generated by computerised decision aids was identified and subsequently developed into the HydroLOGIC irrigation management software. This paper summarises the attributes of the HydroLOGIC irrigation management software, with particular emphasis on functionality and its application to irrigation decisions within the Australian cotton industry. The software development process is documented to provide direction for future software application initiatives, with particular emphasis on a process of user feedback, evaluation and support requirements providing direction to software development. On-farm experiments throughout the development period allowed the validation of internal software logic, irrigator decision processes, and the OZCOT cotton growth model. The software demonstrated the ability to improve yield and water use efficiency by optimising strategic and tactical irrigation decisions in the Australian furrow irrigation cotton production system. In 7 of the 11 on-farm experiments conducted, the use of HydroLOGIC helped improve overall field water use efficiency by optimising the timing of irrigation events or by indicating further irrigations would not provide yield or maturity benefits. The paper also presents useful insights into the development of software targeted for irrigation utilising in-field measurements of soil water, crop growth and a crop growth simulation model.     

基于水足迹的河套灌区多目标种植结构优化调整与评价

针对黄河水量逐年减少和农业面源污染日趋严重等因素导致内蒙古河套灌区农业用水短缺、生态环境不断恶化的问题,本文将水足迹概念（蓝水足迹、绿水足迹、灰水足迹）引入多目标优化模型和多目标决策评价模型,对灌区有限的水资源进行合理配置。以河套灌区为例,本文选取小麦、玉米、葵花、瓜类、番茄5种典型作物,从经济、社会、资源以及生态4个角度对作物的种植结构进行优化,并耦合模糊层次分析和TOPSIS法对多种优化方案（多目标优化方案、单目标优化方案、现状情景方案）进行评估优选。结果表明,在保障粮食作物产量的基本需求下,减少粮食作物小麦、玉米的种植面积,增加经济作物葵花、番茄和瓜类的种植面积,可以达到增加经济收入、保证社会公平性、提高水资源利用效率及减少粮食生产过程中给环境带来负面效应的目的。并且,评价结果表明多目标优化方案兼顾经济、社会、资源和生态多方面,优化结果优于单目标优化结果和现状情景。研究可为河套灌区及类似地区作物种植结构调整提供相应的理论依据和决策支持,助力灌区可持续发展。     

河西地区滴灌春玉米对不同灌溉决策方法的响应

基于3种灌溉决策方法(土壤水分、蒸散量、土水势),设置10个灌溉处理(CK,W₁,W₂,E_P100,E_P80,E_F100,E_F80,P₂₅,P₄₅,P₆₅),研究不同灌溉决策方法对河西地区春玉米生长、产量及水分利用效率WUE的影响.结果表明:基于土壤水分、蒸散量、土水势调控灌溉下产量最高的处理分别为CK,E_P100和P₂₅;处理CK的产量比E_P100和P₂₅分别增大6.90%和8.28%.CK的春玉米生长和干物质积累最优,但是耗水量最大,为718.54 mm,比E_P100增大26.13%和11.57%.处理E_P100的产量显著低于CK,但WUE显著高于CK.处理P₂₅较CK和E _P100灌水次数多,产量和水分利用效率表现均不突出.处理E_P80和E_P100的产量和WUE差异不具有统计学意义.综合考虑产量、水分利用效率和灌溉决策方法的适用性,基于过去蒸散量调控灌溉,每周灌水定额为80%ET₀(E_P80)是最适合河西地区春玉米高效稳产的灌溉决策方法.     

基于Meta分析的黑龙江省水稻水土肥资源协同优化调配

水稻灌溉水量、氮肥和种植面积的高效管理有助于提升农业经济效益,提高资源利用效率和改善生态环境。以黑龙江省13个市（区）为研究区域,利用Meta分析量化不同灌溉方式和施氮量对水稻产量和温室气体（CO2、CH4、N2O）排放的影响,并建立水肥生产函数。在此基础上,以经济效益、温室气体排放量、水肥利用效率为目标函数构建多目标优化模型,以优化分配各地区的水肥资源,调整水稻种植面积。优化结果表明：控制灌溉和施加氮肥不同程度影响产量和温室气体排放,优化后水稻种植面积减少3.76%,水利用效率提高18.4%,灌溉水量均值为4513.54m3/hm2,氮肥施用量减少11%,氮肥利用效率提高32%,氮肥施用量均值为100kg/hm2;经济效益增加8.1%,温室气体排放降低10.6%。本模型可以量化表征区域尺度基于控制灌溉的水肥施用与产量及温室气体排放的响应关系,协同优化稻田水土肥资源最佳配比,平衡经济、温室气体排放和资源利用效率,有助于黑龙江省水稻不同目标间的水肥资源优化和种植面积调整,促进农业可持续发展,可为水稻水土肥资源优化与管理提供参考。     

玉米灌溉模型及遗传算法的优化求解

在综合考虑了灌溉水量、作物水分需求、水分生产函数、降雨量、土壤水分平衡、不同生育阶段缺水对产量的敏感指数、粮食市场价格、农田灌溉用水价格、最低产量需求和灌溉成本等因素的基础上,建立了基于灌水收益最大的多约束非线性灌溉模型,同时应用遗传算法对模型的实数编码解空间进行搜索。求解结果显示该模型很好地解决了玉米的优化灌溉问题,遗传算法能在很短时间内搜寻到模型的最优解。