西藏高寒牧区燕麦作物系数的推求及验证

运用FAO-56推荐的单作物系数法和双作物系数法推求充分灌溉条件下西藏高寒牧区燕麦的作物系数,并通过灌溉试验数据验证所求作物系数的可靠性以及这2种方法在海拔4 000m以上地区的适用性。结果表明,基于单作物系数法,2011年和2012年作物系数Kcini、Kcmid、Kcend分别为1.06、1.18、0.28和1.09、1.17、0.28。2011年和2012年双作物系数法与单作物系数法计算的ETc拟合相关系数分别为0.743和0.894。理论计算的作物需水量与实测值接近,该2种作物系数法均适用于西藏高寒牧区。     

西藏高寒牧区燕麦耗水量与灌溉制度初步研究

依据田间试验,以西藏高寒牧区典型人工牧草(燕麦)为研究对象,对其耗水规律、灌溉制度进行研究。结果表明,燕麦不同处理耗水量在283.7～380.24mm之间变化,各生育期耗水量与耗水模数总体变化呈现先升高拔节后降低抽穗再小幅回升的变化趋势。适宜作物-水模型为Stewart模型,水分敏感程度顺序为拔节～抽穗、分蘖～拔节、抽穗～刈割、出苗～分蘖。得到的理论灌溉制度灌水次数为1～4次,灌溉定额为516～1 551m3/hm2。应用ISAREG模型对非灌溉制度进行了优化,模型模拟精度较高,与充分灌溉相比,优化灌溉制度灌水量减少7.2%,减产率仅3.7%。该成果可初步用于西藏高寒牧区牧草灌溉制度制定和用水管理。     

西藏高寒牧区草地灌溉工程综合效益评价初步研究

草地灌溉是促进牧区经济社会发展,保护草原生态的重要手段,对其效益的正确评价有利于牧区草地灌溉工程持续、健康发展。针对西藏高寒牧区草地灌溉工程效益评价的薄弱环节,以拉萨市当雄县为对象,运用层次分析法从生态、经济、社会效益入手,对其综合效益进行初步定量评价。结果表明,到2020年当雄县8 873hm2草地灌溉工程建成后综合效益达到60.29,较现状增加了18.91。各指标能够全面反映高寒牧区草地灌溉工程综合效益。当雄县案例分析表明,草地灌溉工程综合效益显著,在高寒牧区的推广建设前景广泛。     

作物水分与产量关系的综合模型

对描述作物耗水量与产量关系的二次函数关系模型和詹森模型 ,通过水量的当量变换 ,把描述同一生产过程的二个模型统一到一个模型内 ,这个模型具有二者的优点。该模型可以把对水量的优化转化为对土壤含水率的优化 ,而土壤含水率是一个可以随时监测和控制的因素 ,所以在应用上具有现实指导意义。     

时段划分对冬小麦作物水模型影响的研究

引入逻辑斯蒂函数描述水分敏感指数随时间的变化过程,对Jensen模型(模型一)进行了改进,使得改进后的作物水模型(模型二)的参数固定为4个,避免了模型一参数随时段数增加而增加的缺陷。采用山西水利职业技术学院试验基地2007年和2008年冬小麦田间试验资料,将冬小麦全生育期等间隔地划分为23、21、19、17、……、3共11个时段,利用非线性规划的方法求得了相应的模型参数,进行了比较分析。结果表明,采用模型一时,相对腾发量划分的时段数以5左右为宜,不宜超过7;采用模型二时,则不受时段数的限制;模型二的修正复相关系数Ra随时段数的增加略有增大的趋势,均在0.84以上,F值均在16以上,大于F0.001=12.56,达到极显著水平,能够用于模拟供水对产量的影响;模型二的标准误随时段数的增加上下波动,变化于0.100~0.108之间,小于模型一的标准误,模拟精度高于模型一;采用模型二模拟产量时宜尽量使用较大时段数的参数,且腾发量划分的时段数与参数的时段数应尽可能一致。     

时段划分对棉花作物水模型的影响与改进

为了改善时段划分对作物水模型模拟精度的影响，依据山西水利职业技术学院试验基地2006和2008年棉花田间试验资料，将棉花全生育期等间隔地划分为不同时段，用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的作物水模型参数，分析研究了模型参数与时段数的关系，据此在作物水模型的水分敏感指数累积函数中引入了时段数，并与现有的作物水模型进行了比较。结果表明，引入时段数的作物水模型模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小，当时段数大于11时，相对误差平均值和最大值分别减小到7%和15%以下，与现有的作物水模型比较，模拟精度有所提高，但参数个数未增加。该模型更多地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。     

作物水模型参数与时段数关系的研究

时段划分是影响作物水模型参数求解和应用的一个重要因素。依据山西水利职业技术学院试验基地2007和2008年度冬小麦田间试验资料,将冬小麦全生育期等间隔地划分为不同时段,用非线性优化方法求得了不同时段数条件下的模型参数,分析研究了模型参数与时段数的关系,据此在水分敏感指数累积函数中引入了时段数,并与模型1(未引入时段数)进行了比较分析。结果表明,模型2(引入时段数)模拟产量的相对误差随时段数的增加而减小,当时段数大于13时,相对误差平均值和最大值即分别减小到11%和20%以下;与模型1比较,参数个数未增加,模拟精度未降低;可用于任意时段数条件下的产量模拟计算,更精确地反映了水分胁迫时间对作物产量影响的信息。     

干旱区玉米的作物水分响应模型

通过在位于我国干旱区的河套灌区进行的玉米非充分灌溉试验,选择国际上具有代表性的作物水分响应模型分析了玉米产量与各生育阶段水分的关系,选择出了适合于河套灌区玉米的作物水分响应模型,并确定了其敏感指标和水分敏感生育阶段,以为河套灌区节水灌溉管理提供科学依据。     

不同水肥作用下西藏青稞生长动力学机制与模拟研究

【目的】构建西藏高原地区多因子作用下的青稞动态生长模型。【方法】于2016─2017年在西藏农牧学院农田水利试验场,监测了不同水分和氮素状态下的青稞动态生长过程,基于方差分析法研究了水分和氮素对青稞动态过程的交互作用,在此基础上构建了包括4个自由度、描述土壤水分和氮素对春青稞干物质形成以及累积过程函数关系,构建了多因子作用条件下的青稞动态关系模型,分别采用2016年和2017年的试验资料对模型进行了参数率定和验证。【结果】西藏高原地区青稞动态生长过程受到了多种因素的影响,青稞的干物质增量和累积量与土壤水分和氮素投入量表现出非线性响应关系;采用偏相关系数能够有效地反映青稞的产量与干物质指标关系。模拟不同水分和氮素条件下的青稞生长过程与实测结果相比,全生育内Nash-Sutcliffe系数平均值为0.873;5%的显著水平下,不存在系统性偏差。【结论】构建的青稞动态生长关系模型能够描述西藏地区气候和土壤条件对青稞生长动态过程影响机理,具有较高的模拟精度。     

三种作物水分生产函数模型的适用性比较

通过幂级数展开等代数变换发现,3种作物水分生产函数Jensen模型、Rao模型和Stewart模型可以近似相互转化,其各自水分敏感指数近似等价。通过在各阶段均匀受旱的特殊情况下对模型模拟的相对产量随相对蒸散发量变化过程的对比,从理论上分析了3个模型的适用性。研究发现,当作物受旱较轻微时,Rao模型和Stewart模型与Jensen模型统一具有较好模拟效果,但是当作物受旱较严重时,Rao模型和Stewart模型的模拟效果不好。通过不同气候区域不同作物田间试验的数据进行了验证计算,由于水分亏缺不十分严重,参数优化后3个模型都具有较好模拟效果,而Jensen模型模拟效果更好一些,优化得到的3种模型水分敏感指数近似相同,而采用Jensen模型水分敏感指数后,Rao模型和Stewart模型的模拟效果稍有降低。     

作物水、肥动态生产函数-修正Morgan模型

根据作物生长的特点及影响作物产量的主要因素,采用相对腾发量作为水分亏缺影响函数,并引入肥料效应函数,建立了修正Morgan模型.该模型可模拟干物质的积累过程对水、肥的响应,跟踪作物生长过程,动态仿真性强,可进行实时操作,为科学节水、合理施肥提供依据;且该模型所用参数相对较少,易于使用.     

作物-水-盐的联合胁迫与响应模型的研究评估

将节水灌溉理论用于盐渍土和劣质水资源的利用 ,在论述土壤水盐联合胁迫过程对作物响应原理的基础上 ,对作物水盐响应模型 (MCRWS)的建模假定、建模方法及一些代表性模型的特征和应用效果进行了较系统评估 ;将 2 0世纪末期相关研究中学科前沿出现的新概念、新方法、对某些传统假设和理论提出的挑战作了重点介绍 ;并对今后有关 MCRWS的深入研究提出一些初步构想。     

作物水、肥动态生产函数—修正Morgan模型

根据作物生长的特点及影响作物产量的主要因素，采用相对腾发量作为水分亏缺影响函数并引入肥料效应函数，建立了修正Morgan模型。该模型可模拟干物质的积累过程对水、肥的响应，跟踪作物生长过程，动态仿真性强，可进行实时操作，为科学节水，合理施肥提供依据；且该模型所用参数相对较少，易于使用。     

高斯-牛顿法及其在作物水分生产函数模型参数求解中的应用

对于作物水分生产函数的非线性模型,现有参数求解方法是先采用变量代换使模型线性化后再用最小二乘法求解。用这种方法得到的参数估计值并不是无偏估计,因而回归方程也不是最优的,相应相关系数也不能很好地反映拟合的显著性水平。介绍了高斯-牛顿法,并把它用于作物水分生产函数Jensen模型参数求解,该方法可使拟合结果逼近无偏估计,从而提高拟合的精度。同时,给出的未经线性化模型的相关系数更能反映拟合的显著性水平。     

灌溉渠系优化配水模型研究

灌溉渠系的优化配水问题可分为两类:一是以某种指标最优为目标的灌溉水量分配;二是以水量损失最小为目标的灌区各级渠道流量的优化调度。在非充分灌溉试验的基础上,做出了西北干旱灌区棉花膜下滴灌水分生产函数。根据作物水分生产函数,以农业效益和灌溉管理部门总体的经济效益最高为目标,建立了灌溉渠系优化配水模型。在提高灌区经济效益的同时,建立了配水渠道流量优化调度0-1线性整数规划模型,模型适用于支渠以下各级配水渠道在来水流量确定,分水渠道流量彼此相同且按"定流量,变历时"方式轮灌时的优化配水决策,通过实例对模型进行了求解。     

BP神经网络的春小麦作物水模型的初步研究

用内蒙古河套灌区春小麦非充分灌溉试验资料 ,建立了 BP神经网络的春小麦作物水模型。经模拟分析认为该模型能正确表达春小麦的产量与水分的关系并有某些独特的优点。与当地拟合效果较好的Minhas模型的比较表明 ,二个模型所表达的春小麦各生育阶段对水分的敏感性一致 ,产量预测结果接近。初步说明 BP神经网络方法是一种可用于作物水模型新的模拟方法     

作物─水模型及其敏感指标的确认

本文用三步确认法较系统地研究了非充分灌溉作物─—水模型（ＭＣＲＷ）及其敏感指标的确认方法。对三种国外代表性ＭＣＲＷ即线性模型、乘法和加法模型及其敏感指标，在我国北方灌区的应用效果，应用中常遇到的某些重要问题及解决途径、各种代表性模型敏感指标的理论对应关系作了重点分析评估，有助于ＭＣＲＷ确认方法的完善及非充分灌溉模拟技术在水资源管理中应用。     

稻田土壤-作物系统模型参数敏感性分析与模型验证

为提高稻田土壤-作物模型校准过程的效率和精度,以长江中游地区两年的稻田试验数据为基础,采用Morris和Sobol’两种方法对WHCNS_Rice模型参数进行了全局敏感性分析,并在此基础上进行模型校准和验证。结果表明,两种方法得到的模型主要敏感性参数基本一致,与Sobol’方法相比,Morris方法具有计算量小和筛选快速的优势。土壤水力学参数和作物参数对模型输出项均有较大的影响,尤其是土壤水力学参数中的饱和含水率、田间持水率以及犁底层饱和导水率;作物参数中生育期总有效积温、最大比叶面积和作物系数对作物生长过程影响较大;氮素转化参数中仅氨挥发一阶动力学系数和反硝化经验系数分别对氨挥发和氮反硝化有一定的影响,其余参数均不敏感。在此基础上,固定非敏感参数,重点校准上述敏感参数。模型校验结果表明,模型模拟的地上部干物质质量、作物吸氮量、蒸散量和田面水高度均与实测值吻合较好,模拟值与实测值线性回归方程的斜率和相关系数均接近于1,P小于0. 01,说明校验后的模型可用于模拟该地区的水稻生长过程及稻田水分动态和氮素去向。采用Morris方法对筛选出的模型敏感性参数进行模型校准和验证,可以大大提高模型校验的效率和精度。本研究可为稻田土壤-作物系统WHCNS_Rice模型参数的校准和模型的推广应用提供技术支持。     

干旱地区春小麦作物水分——环境——产量模型的分析研究

本文在对作物水分生产函数分析的基础上,通过试验对Jensen模型进行了修正,提出了适合研究区的作物水分环境生产函数,同时,建立了缺水敏感指数ε_i预报模型     

基于水分利用率与光合速率的温室作物需水模型研究

提出一种融合水分利用率（Water use efficiency, WUE）和光合速率的温室作物需水模型构建方法。在获取不同温度、光量子通量密度、CO2浓度和土壤含水率嵌套条件下番茄净光合速率和WUE的基础上,基于径向基神经网络（Radial basis function, RBF）构建光合速率和WUE预测模型;继而获取不同环境嵌套条件下的光合速率对土壤含水率的响应曲线,利用 U弦长曲率法获取光合速率约束下的土壤含水率调控适宜区间;在此区间内,基于WUE预测模型,以水分利用率最大为目标,利用粒子群算法(Particle swarm optimization, PSO)获取土壤含水率调控目标值;最后,利用支持向量机回归算法（Support vector regression, SVR）建立作物需水模型。结果表明,需水模型的训练精度为0.9969,测试精度为0.9788,均方根误差为0.23%,拟合效果良好。与单一考虑光合效率最优的模型相比,本模型WUE平均提高15.22%,土壤含水率平均下降12.76%,光合速率平均下降4.05%。说明融合WUE-光合速率的需水模型能兼顾作物需求和经济效益,可为温室土壤含水率的精准调控提供理论依据。