网络技术在非充分灌溉制度优化中的应用

该文应用动态优化和线性规划方法分别建立了灌区单一作物的基于Jensen和Blank水分生产函数的非充分灌溉制度优化模型。在模型求解过程中,根据网络技术的原理,选择TCP/IP协议组建网络,采用传统的C/S(Client/Server)二层架构,运用ASP技术,使用VBScript、Visual Basic 6.0等语言编程,实现了网上灌区单一作物灌溉制度的实时优化计算。其计算方法为网上通用的应用程序,不受地域和时间等的限制,可节约人力、物力资源。     

基于模拟技术及遗传算法的作物灌溉制度优化方法

通过土壤水量平衡模型对作物生育期内的土壤含水率及田间腾发过程进行动态模拟,并利用作物水分生产函数的Jensen模型估算作物产量,建立了以灌溉日期为决策变量、最大相对产量为决策目标的灌溉制度优化模型,并采用保留最佳个体的遗传算法求解作物最优灌溉制度。结合山西潇河灌区2003年冬小麦返青后的实际气象状况,用上述模型对冬小麦灌溉制度进行了优化与分析。对动态规划、单纯形搜索法及遗传算法的求解结果进行了比较,表明保留最佳个体的遗传算法能搜索到全局最优解,且结果稳定。不同情况下的灌溉制度优化结果表明抽穗初期是冬小麦的生长关键期,其次是拨节期。随着灌溉水量的增加,最优灌溉制度下的田间腾发量及冬小麦产量也相应增加,但增加幅度逐渐减小。     

宁夏灌区甜菜优化灌溉制度的研究

以Ｂｌａｎｋ作物模型为基础,采用动态规划方法确定甜菜优化灌溉制度,以期达到节水高产的目的。根据宁夏灌区平罗试验区的试验结果表明,除苗期、完熟期不需灌溉外,其余５个生育阶段均需灌溉,灌水量分别为５０ｍ３／（６６６．７ｍ２）,全生育期灌溉定额为２５０ｍ３／（６６６．７ｍ２）,实际根产量为３５６７．２ｋｇ／（６６６．７ｍ２）。     

水资源约束条件下的县域冬小麦节水灌溉制度

在高效节水灌溉工程技术难以在大田作物中推广应用的形势下,优化制定节水灌溉制度是提高灌溉水利用效率的可行途径.该研究以河南省新郑市为研究区,在对冬小麦全生育期及不同生育阶段的作物需水量、天然供水量、灌溉需水量进行估算的基础上,针对农田灌溉水源不足的条件约束,以冬小麦产量最大化为目标,采用Jensen模型反向求解法,将现有...     

基于非充分灌溉理论的水稻田间水利用效率的计算方法

传统的田间水利用效率计算方法是以充分灌溉理论为基础的,据此计算的有效灌溉水量还包含有无效耗水,不能反映田间节水灌溉情况下的水分转化利用情况,存在着明显缺陷。针对这一缺陷,该文基于作物水分生产函数对作物腾发量的有效性进行了分析,进而提出了基于非充分灌溉理论的田间水利用效率的计算方法。采用该方法对水稻常规淹灌及薄露灌溉的田间水利用效率进行了分析,水稻常规淹灌的田间水利用效率为0.768,薄露灌溉为0.915,其结果也更能反映田间水分转化利用的实际情况。     

优化灌溉决策模型研究综述

人类进入21世纪,可利用淡水资源变得日益短缺,节水成为人类的共识,世界各国都在寻求节水的新思路、新方法。各国的用水情况尽管互不相同,但农业用水都是用水大户,而在农业用水中灌溉用水约占60%。随着社会其他部门用水的增加,以及人口增长对粮食增长的需求,农业节水灌溉新技术的研究,成为了世界各国急需研究和解决的新课题。农业节水是庞大的系统工程,需要多学科的融合,但如何对有限的灌水资源优化分配,使灌溉总效益最大是一个极其重要的研究分支。在查阅大量文献基础上,解析国内外学者对灌水量优化分配的研究现状,为国内相关领域研究人员借鉴。     

基于SWAP模型的春小麦咸水非充分灌溉制度优化

为探讨石羊河流域春小麦适宜的咸水非充分灌溉制度,该文利用2008年、2009年的田间试验资料对SWAP模型进行了率定和验证,并应用模型模拟了不同水文年型、不同灌水方案对土壤水盐平衡、作物产量和水分利用效率的影响。结果表明:咸水灌溉时,适宜的非充分灌溉能够提高作物产量和水分利用效率,土体盐分增加量明显降低;而咸水灌溉时最大产量及对应的灌水量随灌水矿化度的增大而降低。春小麦最优灌水方案为:1)25%降水年型(丰水年),灌水矿化度0.7、3、6 g/L的最优方案均为灌3次水,灌溉定额322 mm;2)50%降水年型(平水年),灌水矿化度0.7、3、6 g/L的最优方案均为灌3次水,灌溉定额分别为328、287、246 mm;3)75%降水年型(枯水年),灌水矿化度0.7和3 g/L的最优方案为灌4次水,灌溉定额分别为440和396 mm,灌水矿化度6g/L对应的最优方案为灌3次水,灌溉定额352mm。该文提出的灌溉方案对于该地区咸水资源的高效利用具有一定的指导意义。     

全程与阶段性非充分灌溉条件下水稻的生长及部分生理反应

有关水分胁迫改变水稻生长形态、组织结构与生理代谢方面的研究已有不少报道，但试验结果间颇有差异。在以往水分胁迫的植物效应研究中，往往只讨论水分胁迫处理本身对试验结果的影响，较少涉及处理前水稻生长环境的影响。至今尚未见有作物对全程和阶段性非充分灌溉反应差异的试验报道。本研究拟通过作物体对水分胁迫较为敏感的叶片水分含量、叶绿素含量和丙二醛(MDA)含量、根系活力、叶片气孔阻抗和光合速率等指标进行测定，探讨抽穗后(即阶段性)与全程非充分灌溉影响水稻产量形成的差异及其生理机制，为发展水稻节水栽培技术提供理论依据。     

非充分灌溉下柑橘相关酶体系变化的研究

本试验以W·默科特盆栽苗为试材进行5个土壤相对含水量(SRWC)梯度(85%、65%、45%、25%、5%)的非充分灌溉处理,研究柑橘叶片保护酶活性和丙二醛(MDA)含量等指标随土壤和植株水分变化的规律.试验表明,随着SRWC减少过氧化氢酶(CAT)活性下降,过氧化物酶(POD)和超氧化物歧化酶(SOD)活性上升,而MDA含量变化不明显,当RWC=45%(中度胁迫)时保护酶活性达最高.因此,非充分灌溉能显著提高水分利用率,也能为柑橘节水抗旱的生理机制研究提供理论依据.     

非充分灌溉条件下多目标整数规划配水模型构建

农业用水面临可用水资源匮乏、面源污染严重的现状,通过综合考虑非充分灌溉对经济效益、作物品质和环境效应的影响从而实现农业水资源合理配置具有重要的现实意义。该研究基于非充分灌溉和灰水足迹理论,建立不确定性下经济-品质-环境多目标整数规划模型,对河套灌区作物生育期内的灌溉水量进行分配,得出了经济、品质和环境3种不同偏好水平下的决策方案。结果表明：偏好于环境目标的情景灌溉程度主要为33%,67%的灌溉程度次之,亏缺灌溉的程度更大;偏好于经济目标的灌溉程度大部分为100%,亏缺灌溉的程度较小;偏好于品质目标时则介于前述两种情况之间。通过与仅包括经济、品质和环境单目标的模型对比可见,多目标模型更兼顾品质指标、经济效益和灰水足迹,可以使得各项指标均处于总体较好的情况,其中番茄品质-经济-环境多目标模型品质指标为8.7,经济效益为21.3×108元,灰水足迹为1.62×104 m3,灌溉水量为3.51×107 m3,瓜类品质-经济-环境多目标模型品质指标为[25.3,32.7],经济效益为[9.2×108,24.8×108]元,灰水足迹为[1.94×104,3.15×104] m3,灌溉水量为[6.32×107,7.62×107] m3,各指标表现更佳。模拟结果可为不同情景下灌溉水合理配置提供参考。     

基于SIMDualKc模型估算非充分灌水条件下温室番茄蒸发蒸腾量

为了探讨SIMDual Kc模型在西北地区温室环境不同水分处理的适用性,以番茄为材料,于2013-2015年在陕西省杨凌区温室内进行亏水处理试验,设置全生育期充分灌水处理、仅发育期亏水50%处理、发育期中期连续亏水50%和全部亏水50%共4种水分处理,通过2013-2014年试验数据对SIMDual Kc模型进行率定,采用2014-2015年试验数据对模型进行验证,并通过模型将土壤蒸发量和番茄蒸腾量分开,利用模拟结果分析不同水分处理对土壤蒸发量和番茄蒸腾量的影响。结果表明:模型模拟不同水分处理蒸发蒸腾量与实测值有较好的一致性,其绝对误差为0.22~0.33 mm/d,均方根误差为0.26~0.48 mm/d、决定系数为0.51~0.81。该模型可以准确的将不同水分处理土壤蒸发量和作物蒸腾量分开,且土壤蒸发量模拟值与实测值有较好的一致性,其绝对误差为0.016~0.024 mm/d,均方根误差为0.013~0.034 mm/d和决定系数为0.63~0.84;通过模拟得到的番茄蒸腾量计算不同水分处理的水分亏缺系数,研究表明水分亏缺系数随亏水时间的增加而降低,复水后水分亏缺系数有不同程度的增加,且发育期、中期和后期连续亏水50%时,后期时水分亏缺系数降到最低,为0.63。因此该模型在西北地区温室环境下非充分灌溉条件下有一定的适用性。除此之外,研究通过模拟结果分析非充分灌水下番茄的响应及复水后的补偿机制,为非充分灌水条件下番茄栽培提供理论依据。     

基于超平面实码遗传算法的灌溉制度优化设计

针对传统实码遗传算法(RGA)在求解等式约束的优化问题时,存在精度低、易早熟的缺点,该文提出了超平面实码遗传算法(HRGA),在超平面内进行各种遗传操作的运算,并将改进后的遗传算法应用于作物最优灌溉制度问题之中。计算结果表明：应用超平面遗传算法解决等式约束的优化问题,不但方法简单、计算速度快,而且寻优精度明显高于传统实码遗传算法,大大提高了算法的性能,有较高的推广应用价值。     

基于改进双链量子遗传算法的投影寻踪调亏灌溉综合评价

针对调亏灌溉方案优选过程中存在单项指标的灌溉优劣评估结果单一和难以客观评价灌溉综合效益等问题,该文提出了基于双链量子遗传算法的投影寻踪综合评价模型。该模型利用双链量子遗传算法优化投影指标函数寻求最佳投影方向,同时通过矢量距浓度筛选进入搜索空间的量子染色体,以及在进化过程中逐步优化、压缩搜索空间对双链量子遗传算法进行改进。将改进双链量子遗传算法的投影寻踪模型对玉米各调亏灌溉方案进行综合评价,评价结果表明苗期水分亏缺程度为田间持水量50%～60%的处理是最佳调亏灌溉方案,产量与水分利用效率比正常灌溉处理分别提高了6.4%、10.8%。改进后的模型全局搜索能力与优化效率得到了显著提高。     

多年生人工牧草高效用水灌溉制度的研究

以内蒙古浑善达克沙地东南缘——正蓝旗人工草地多年生人工牧草——老芒麦、披碱草、冰草和苜蓿的灌溉试验资料,应用FAO-56双作物系数法模拟计算了不同试验处理的多年生人工牧草实际需水量(蒸散量)。研究了需水量与多年生人工牧草干草产量、水分利用效率和边际产量之间的关系,并用水分利用效率最高为原则确定了干旱地区人工草地多年生人工牧草不同水文年的灌溉制度。     

非充分灌溉条件下农田水分转化SWAP模拟

非充分灌溉改变了农田水分转化过程,以往的研究较少讨论作物根系层以下的土壤水分转化动态及其对作物耗水的影响。该文在北京市典型农田开展了冬小麦-夏玉米非充分灌溉试验,在对SWAP模型率定与验证基础上,模拟分析了非充分灌溉农田耗水规律与水分转化过程,并应用模型得到了研究区不同降水年型的最优非充分灌溉模式。结果表明:非充分灌溉的实施促使作物消耗大量土壤贮水,当降雨或灌溉量较小时,土壤水可占作物耗水量的46.1%;根区和储水区之间土壤水分交换明显,转化通量变化范围为-2.67～0.45mm/d,而储水区底部水分通量较小且无明显变化,根区土壤水分渗漏出现在灌溉或较大的降雨之后,储水区水分向上补给主要发生在作物需水关键期;与常规灌溉相比,最优非充分灌溉模式在丰水年、平水年和枯水年分别节水375、225和225mm,储水区底部深层水分渗漏量分别减少了89%、17%和2%。     

A model to predict the dry matter and yield of rapeseed under salinity and deficit irrigation

In this investigation, a model was developed to predict dry matter, seed yield and other crop parameters of rapeseed under deficit irrigation and salinity by using soil water and salt budget and other simple plant physiological relationships. Two-year experimental data were used. In calibration and validation of the presented model, results indicated that the model was able to estimate evapotranspiration, soil water content, leaf area index, evaporation, crop transpiration, dry matter and seed yield of rapeseed properly. The advantage of this model is its simplicity and easy calibration in other areas and climate conditions and it can be used to estimate yield and other crop parameters with common measurable data in the field. Prediction of crop yield by this model can be used for better management of agronomic systems to reduce administrative costs and in different environmental conditions. Finally, under scarce data, arid and semi-arid environments, this model is proposed to be used by irrigation managers and agricultural advisors.     

调亏灌溉合理滴灌频率提高大棚西瓜产量及品质

在调亏灌溉条件下,该试验研究了不同膜下滴灌频率对早春大棚西瓜植株生长、果实产量、品质及水分利用效率的影响,从而确定西瓜整个生育期的最佳灌溉频率方案。试验在各生育期设置3个不同的灌溉频率水平,分别为高频(每2 d灌溉1次)、中频(每4 d灌溉1次)和低频(每6 d灌溉1次),并做4因素3水平正交实验设计,共9个处理,各处理总灌水量相等。结果表明:各处理中,苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉处理植株在生长势上表现最好,该处理植株的叶绿素含量、净光合速率、气孔导度、蒸腾速率以及叶片水分利用效率在全生育期中均能保持较高水平,且该处理植株具有较高的坐果率、单果质量,果实总产量和灌溉水分利用效率最高,分别达到63.72 t/hm2和303.64 kg/(hm2·mm)。品质方面,苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉处理的果皮最薄,仅有8.30 mm,且具有较高含量的总维生素C和最高含量的可溶性蛋白质和中心边可溶性固形物。综合考虑生长势、产量、品质和灌溉水分利用效率,适用于西北地区早春大棚西瓜调亏灌溉的最佳灌溉频率方案为苗期中频、开花坐果期高频、果实膨大期中频、成熟期低频灌溉。该研究可为实现西北地区早春设施西瓜栽培高效节水灌溉提供理论与技术参考。     

Estimation of yield and dry matter of rapeseed using logistic model under water salinity and deficit irrigation

The inadequacy of most models to simulate crop growth and yield is due to complexity, difficulty to understand, and lack of input data. Therefore, several simple crop growth models are presented to reduce these failures. In this investigation, yield and aboveground dry matter (DM_above) of rapeseed were simulated by two logistic growth models that were based on days after planting (DAP) and growing degree days (GDD) under water salinity and deficit irrigation, in a 2-year experiment. Data of first and second year were used for calibration and validation of the model, respectively. The coefficients of logistic function were determined as a function of irrigation water salinity and sum of applied water and rainfall in spring of the first year. Results indicated that logistic function based on GDD-predicted DM_above during growing season more accurately than logistic function based on DAP. Furthermore, seed yield of rapeseed was estimated based on harvest index with a good accuracy. Therefore, logistic function based on GDD that is based on the cumulative heat units can be used for different weather conditions and planting dates to determine rapeseed DM_above and yield under water salinity and deficit irrigation.