应用农田水量平衡原理计算三种蔬菜的需水量和作物系数

根据田间水分和肥料最优控制下测定的土壤水分，利用农田水量平衡原理分别计算了花椰菜、苋菜和菠菜生长期内的作物需水量。根据作物需水量和气象资料计算的参考作物蒸散量，计算3种蔬菜在不同生育期内的作物系数。结果表明，花椰菜、苋菜和菠菜在整个生长期内的需水量分别为223．8mm,144.9mm和148.1mm；作物系数的平均值分别是0．68，0．94和0．65；除苋菜的作物系数与叶面积指数的拟合关系相关性不显著外，花椰菜和菠菜的作物系数与叶面积指数呈对数函数关系。     

基于FAO-56双作物系数法估算农田作物蒸腾和土壤蒸发研究——以西北干旱区黑河流域中游绿洲农田为例

【目的】确定中国西北干旱区黑河流域中游绿洲农田蒸散量并区分作物蒸腾和土壤蒸发,为制定合理的作物灌溉制度和提高区域水资源利用效率提供依据。【方法】本文利用中科院临泽内陆河流域研究站绿洲内部大田玉米地2009年的小气候和土壤蒸发等综合观测试验数据,运用FAO-56和ASCE推荐的两种时间步长的四种不同形式的Penman-Monteith模型估算了甘肃临泽绿洲玉米农田2009年参考蒸散量,并结合FAO-56双作物系数法估算了其实际蒸散量。【结果】4种P-M模型FAO-56-PM 24h、ASCE-PM 24h、FAO-56-PM 0.5h及ASCE-PM 0.5h和双作物系数法估算的实际蒸散量依次为672.1、766.2、991.2和805.6 mm。【结论】利用涡动相关数据及小型蒸渗仪实测数据对其进行了检验,结果表明,使用FAO-56-PM 24h模型估算参考作物蒸散量的参考作物蒸散-双作物系数法能够较好估算研究区的蒸散量并有效地区分农田作物蒸腾和土壤蒸发。2009年研究区域农田制种玉米的耗水量大约为671.2 mm,日均蒸散量为4.1 mm,其中作物蒸腾累积量为498.5 mm,土壤蒸发累积量为172.7 mm,分别占蒸散量的74.2%和25.8%。     

灌溉水-耕作土壤-化肥-作物生态系统中重金属镉的分布特征

以川中丘陵区内江市双桥乡为研究区域,调查分析镉(Cd)在研究区内灌溉水、水底泥、表层耕作土壤、剖面和当地常用化肥及不同作物根土、果实中的分布特征.结果表明,该地区灌溉水和水底泥中Cd含量分别符合国家农用灌溉水标准和农用污泥中污染物控制标准值(GB 4284-1984);表层耕作土壤和剖面各层中Cd平均含量均高于成都经济区土壤背景值44％,存在大面积污染风险;化肥中Cd元素平均值为1.81μg/g,高于国家土壤环境质量三级标准;作物根系土中平均Cd含量为0.410～0.439 μg/g,高于国家土壤环境质量二级标准,有一定累积;作物果实中Cd含量平均值则都小于国家土壤环境质量一级标准,生物富集系数排序CFCd花生＞CFCd柑橘＞CFCd水稻＞CFCd玉米;灌溉水对土壤Cd污染影响小,而化肥施用与研究区表层耕作土壤Cd污染存在密切联系,对作物中Cd不同程度累积有一定影响;作物根系土和果实对Cd的吸附与富集作用存在明显差异.     

基于SIMETAW模型的北京地区主要作物需水量估算

应用北京近56年气象数据对SIMETAW模型进行校正,并利用模型估算北京地区主要大田作物需水量。结果表明:SIMETAW模型对参考作物腾发量的模拟与彭曼-蒙特斯公式计算值较为接近,r>0.94,结果可靠。北京地区主要大田作物的需水量和作物系数在全生育期内均呈现单峰型曲线;果树类作物需水量相对较大,其次是粮经作物,其中春花生、棉花、春甘薯和冬小麦需水量较大,均在430 mm以上;蔬菜类作物由于生育期较短,单季耗水量小,均在400 mm以下。     

用于田间作物-水分关系研究的ThuSPAC模型

田间作物水分关系是土壤植物大气连续体(Soil Plant Atmosphere Continuum，简称SPAC)理论的重要研究内容。本研究介绍的ThuSPAC(Tsinghua University SPAC)模型，包含土壤水热运移(Soil)模型、冠层(Canopy)模型、土壤-植物-大气连续体(SPAC)模型、冬小麦生长模拟(Wheat)模型、冬小麦生长与SPAC水热运移耦合的WheatSPAC模型5个独立的模型。利用ThuS-PAC模型，可以根据土壤条件、冬小麦品种参数、气象条件及灌溉条件等，动态模拟土壤、冠层中水分温度的分布规律、冬小麦生长过程及最终产量。模型的开发语言为Visual Basic，界面友好，在相关领域的研究中具有广泛的应用前景。     

基于水量平衡原理的畦灌下渗水形状系数变化规律研究

以往水量平衡模型应用中,通常认为在同一次灌水过程中的下渗水形状系数为恒定值,使模型精度受到一定影响。基于此,本试验以水量平衡原理为基础,结合量纲分析,研究了畦灌过程中的下渗水形状系数变化规律并提出了估算其值的经验计算式。结果表明,同一次畦灌过程中下渗水形状系数并非恒定值,而是随灌水时间和水流推进距离等因素变化的。结合已有文献资料验证,结果表明采用水量平衡模型模拟畦灌水流运动过程,同时考虑动态的地表储水形状系数和下渗水形状系数取值,可有效提高模型的计算精度。同时也表明采用本文所建经验计算式估算畦灌下渗水形状系数值是可靠的。     

基于双区间规划的武威市民勤县3种作物灌溉水量优化模型研究

针对农业水资源优化配置中降雨量的不确定性问题,在传统区间规划的基础上,引入双区间规划理论进行描述,以农民种植净效益最大为目标函数,建立地表水和地下水联合灌溉的作物灌溉水量优化模型。实例应用于武威市民勤县红崖山灌区,对灌区农业水资源优化配置进行研究,模型计算结果表明:利用双区间规划对作物进行灌溉水量的优化,春小麦、春玉米、籽瓜的灌溉定额分别为:[[179.81,191.81],[353.89,365.89]]、[[119.46,141.46],[270.57,292.57]]、[[180.04,213.04],[267.49,290.49]],相比于现状,节水量分别为3%、27%、4%。利用双区间规划不仅能够更好的解决灌区多作物灌溉水量优化问题,而且能够给决策者提供更大的决策空间。     

基于模糊优选BP神经网络模型的作物-水盐响应关系模拟研究

棉花在诸多影响因素下,生长过程表现为复杂的非线性,使其水-盐的响应关系难以用传统的数学模型进行精确描述。本研究基于大田棉花膜下咸淡水滴灌试验成果,采用模糊优选BP神经网络模型,对籽棉产量与灌溉水量和灌溉水矿化度的响应关系进行了模拟。结果表明：该模型的模拟结果精度良好。模拟得到的连接权重矩阵可良好地表达籽棉产量与各生长阶段微咸水处理水平之间的响应关系,在微咸水灌溉技术中具有一定的指导意义。     

农作物土壤中镉含量分析及作物镉富集系数评价研究

基于农产地土壤、农作物中的镉含量分析,进行二者的相关性研究,以及不同作物对土壤镉富集吸收能力的表征与比较分析。结果表明,土壤中镉含量平均值为0.21mg/kg,农作物含镉量在0.004~0.73mg/kg;在蔬菜中镉含量高低的次序为:薯芋类叶菜类茄果类豆类瓜类水生类。作物镉富集系数的对数值概率分布服从正态性,富集系数对数值的平均数可用来表征比较作物对镉的富集能力。     

一个稻麦作物氮肥利用率的统计模型

通过对中国近 15年 385组稻麦作物田间试验数据的统计分析, 建立了与施氮量 (Ninput, kg·hm-2 ) 相关的氮肥利用率 (NUE) 统计模型: NUE=144 1×N-0 27input (R2 =0 627, P<0 001)。模型分析表明, 中国的氮肥利用率存在明显的区域差异, 经济发达地区 (江苏) 要比欠发达地区 (黑龙江) 低 10%左右。     

秸秆覆盖对旱地作物水分利用效率的影响

 根据多年田间定位试验资料，研究分析了秸秆覆盖对土壤蓄水、保水和供水的影响。结果表明，在秸秆覆盖下土壤蓄水比对照多45.2～69.3mm，土壤蒸发量比对照减少21.5%～63.2%。而且秸秆覆盖所增加的蓄水量的60%～83%集中在0～50cm土层内；秸秆覆盖有调控土壤供水的作用，使作物苗期耗水减少，需水关键期耗水增加，农田水分供需状况趋于协调。在秸秆覆盖下作物耗水系数比对照减少15.5%～16.7%,作物水分利用效率比对照提高0.11～0.31kg·mm#--1·亩#--1。秸秆覆盖技术大面积推广后，可能会大量节约农业用水，使北方旱区有限的水资源得到高效利用。     

协同提升黄淮海平原作物生产力与农田水分利用效率途径

黄淮海平原是中国重要的粮食生产基地,也是水资源严重短缺地区。提高农田水分利用效率,在维持高产的前提下大幅度减少农业用水量,对缓解地区水资源危机、保障国家粮食安全具有重要意义。本文针对黄淮海平原现状,结合相关领域的国内外研究进展,分析提出了实现地区农田节水增产增效的对策及当前需要重点突破的理论与技术难点,主要包括4个方面：控制作物群体奢侈蒸腾耗水量的理论基础与方法;降低农田非生产性耗水的理论与途径;缓解地区淡水资源危机的非常规水安全持续利用机理与途径;基于区域水资源供需平衡的水分生产力均衡提升的机理与途径。最后提出黄淮海平原农田高效用水基础研究的主要挑战并展望了未来可能取得重大突破的领域。     

作物水分利用率影响因素及其研究进展

综述了作物水分利用率的研究进展。在探讨水分利用率内涵的基础上,阐述了作物水分利用率的影响因素如作物,环境因素,化学制剂,栽培措施和耕作制度等人类活动等影响因素,重点分析了作物种间和品种间、土壤因素和化学制剂对作物水分利用率的影响。     

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅱ.水分生产函数的建立和灌溉制度的优化

【目的】优化徒骇马颊河流域冬小麦-夏玉米轮作体系的灌溉制度。【方法】以经过参数率定与模拟验证的SWAT为手段,设置了1种充分灌溉和9种非充分灌溉情形,拟合得到冬小麦和夏玉米的水分生产函数,在此基础上,以不考虑氮磷胁迫的历史灌溉情景为基本情形,设置了3种优化灌溉方案。【结果】模拟结果表明,与基本情景相比,轮作体系粮食稳产,平均节约灌溉用水29.00%,水分利用效率平均提高6.58%;与相应时段的年鉴统计值和模拟的历史情景下的产量相比,情景三下全区轮作体系粮食平均增产8.32%和11.24%;与模拟的历史情景相比,优化情景下轮作体系的水分利用率平均提高36.33%。【结论】优化灌溉方案能够在保证徒骇马颊河流域冬小麦－夏玉米轮作体系粮食稳产的前提下,有效地节约灌溉用水,提高水分利用率。     

小麦不同灌水组合模式优化研究

试验设4种不同灌水组合模式,研究其对小麦产量、群体动态、穗粒数、千粒重的影响以及水分利用效率。结果表明:潍坊地区产量最高的灌水组合模式为抢墒+冬水+拔节水+开花水,单产达到9 222.0kg/hm2;水分利用效率最高模式为:蒙头水+拔节水+开花水,达到24.8 kg/(mm·hm2);不同时期灌水对小麦生育状态影响显著,造墒水对小麦苗全效果明显,越冬水则可增加最大分蘖数,拔节到挑旗之间灌水可以增加单位面积穗数,开花和籽粒形成期灌水可增加穗粒数,花后10~20天内灌水可提高千粒重。     

水稻光合-蒸散耦合模型与不同株型的水分利用效率

在前人研究的基础上 ,建立了水稻光合 蒸散耦合模型 (PE模型 ) ,其主要特点是 :①改进了Monteith的蒸散模型 ,使之由“大叶”模型成为群体分层结构模型 ;②通过提出阻风系数概念 ,建立了一系列可模拟群体中各叶层风速、边界层厚度、边界层阻抗、湍流交换系数、群体动力阻抗等要素的子模型 ;③应用群体光合作用模型和改进的Ball公式 ,将以上各要素连接起来 ,实现了光合模型与蒸散模型的耦合。利用PE模型 ,分别模拟了水稻前中期与后期不同株型的群体光合量、蒸散量以及水分利用效率。结果表明 :不论在前中期或后期 ,都以“上挺下披”株型的水分利用效率为最高 ,因为这种株型不仅光合量最高 ,而且蒸散量较小。PE模型模拟出的水稻蒸散的作物系数与实测值之间有良好的一致性     

作物水分利用率的影响因素及其提高途径探讨

综述了作物水分利用率的研究进展。在探讨水分利用率内涵的基础上,阐述了作物水分利用率的影响因素如作物,环境因素,化学制剂,栽培措施和耕作制度等人类活动等影响因素,重点分析了土壤因素和化学制剂对作物水分利用率的影响,探讨了作物水分利用率的提高途径,包括优化种植结构;选用节水高产型品种;农田覆盖保水技术;水肥耦合技术;化学调控节水技术和节水灌溉技术等。     

灌溉方式对大棚黄瓜灌溉水分配和水分生产效率的影响

为了探索北京郊区塑料大棚黄瓜适宜的灌溉方式,以黄瓜中农16为试材,研究不同灌溉方式对春茬塑料大棚黄瓜灌溉水水分分配和水分生产效率的影响.结果表明,在灌溉量相同条件下,与传统灌溉相比,膜上沟灌和膜下沟灌处理深层渗漏量和土壤贮水量增加;耗水量分别降低10.5％和5.9％;产量分别提高8.6％和7.5％,水分生产效率分别提高18.7％和15.4％.塑料灌水带与传统灌溉相比提高产量和水分生产效率,但与膜上沟灌和膜下沟灌相比,产量和水分生产效率均有所降低.因此,在该试验条件下,膜上沟灌和膜下沟灌是京郊塑料大棚黄瓜适宜的灌溉方式.     

基于AquaCrop模型的北京地区冬小麦水分利用效率

【目的】作物水分利用效率(water use efficiency,WUE)是农业水分管理与决策的重要指标。北京是严重缺水的城市,其主要种植作物冬小麦灌溉用水占比高,开展冬小麦产量水分利用效率的分析研究,可为北京地区的冬小麦节水灌溉与增产平衡提供决策信息支持。【方法】利用2011—2012、2012—2013和2013—2014年国家精准农业示范研究基地冬小麦不同生育期不同灌溉处理下的田间实测数据,对AquaCrop作物模型进行参数本地化。统计北京地区2004—2014年冬小麦生育期的日降雨量数据,利用Pearson-Ⅲ型分布划分了3种降雨年型:湿润年(2012—2013年生育期)、平水年(2009—2010年生育期)和干旱年(2005—2006年生育期)。应用AquaCrop研究分析了3种不同降雨年型、14种灌溉情景下冬小麦籽粒产量水平和产量水分利用效率特征变化。【结果】基于AquaCrop模型的产量模拟值和实测值的R 2、RMSE和d分别为0.99、0.3 t·hm~(-2)、0.99。模型模拟的冬小麦产量水分利用效率:2011—2012年正常灌溉条件下为1.72 kg·m~(-3),2012—2013年正常灌溉条件下为1.67 kg·m~(-3),2013—2014年雨养、正常灌溉和过量灌溉条件下分别为1.27、1.74和1.64 kg·m~(-3),正常灌溉条件下产量水分利用效率最高,其次是过量灌溉,雨养条件下产量水分利用效率最低。在此基础上应用AquaCrop模型模拟分析了3种不同降雨年型冬小麦籽粒产量和产量水分利用效率随灌溉量变化的响应特征,其中,湿润年产量水分利用效率和籽粒产量达到最大值时所需的灌溉量分别为35和50 mm;平水年达到最大值所需的灌溉量分别为35和40 mm;干旱年达到最大值所需的灌溉量均为65 mm。【结论】AquaCrop模型可以很好预测北京地区不同年份不同灌溉条件下冬小麦的籽粒产量和产量水分利用效率。冬小麦产量与产量水分利用效率均随着灌溉量的增加逐渐增大,至最大值后开始减小,在干旱的情况下,植物通过自身适应策略会提高水分利用效率,随着水分的增加,水分利用率将降低,因此3种不同年型的产量水分利用效率的大小顺序依次为干旱年、平水年和湿润年。因此,在制定冬小麦灌溉策略时,要做到产量和产量水分利用效率兼顾。以上研究结果表明,利用Aqua Crop模型可以为北京地区冬小麦田间灌溉和决策提供指导。关于降雨年型本研究仅对湿润年、平水年和干旱年3种年型在越冬期、返青期、拔节期、开花期和灌浆期不同灌溉量和籽粒产量和产量水分利用效率之间的关系进行模拟,对于不同时期不同灌溉量对籽粒产量和产量水分利用效率的影响没有考虑,需要进一步研究验证。