水稻灌溉制度的计算机模拟

自动化灌溉或称智能灌溉是当前农业灌水技术发展的方向,该文研究了自动化灌溉中的关键,即灌水量预报中的有关问题,提出了解决的方案。所建立的广西青狮潭灌区水稻灌溉制度的计算机模拟系统,能比较准确地进行灌水量的预报,并能根据高产节水的“薄、浅、湿、晒”的灌水经验,制定出符合当地实际的灌溉制度。     

宁夏引黄灌区春小麦微咸水灌溉管理的模拟

为探讨宁夏引黄灌区春小麦适宜的微咸水灌溉管理模式,该文根据2007年田间试验的实测资料,应用SWAP模型在田间尺度上对微咸水灌溉条件下春小麦田间土壤水盐运移规律和灌溉制度进行模拟,对拟定的各种灌溉方案进行评价分析。结果表明,率定与验证的SWAP模型可用于当地微咸水灌溉管理,在当地微咸水与引黄水为1︰1的混灌条件下,试验年份春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额为2 400 m3/hm2;在75%和50%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌4水（分蘖水、拔节水、抽穗水和灌浆水）,灌溉定额分别为3 000 m3/hm2和2 300 m3/hm2;在25%降雨年型下,春小麦优化灌溉方案为全生育期灌2水（拔节水和抽穗水）,灌溉定额为2 000 m3/hm2。该研究所提出的优化灌溉模式对于引黄灌区微咸水高效灌溉利用具有一定的指导意义。     

建立节水灌溉技术体系发展高产优质果园

在总结近年来试验研究和调查资料的基础上,提出了渭北旱塬高产优质果园建设的节水灌溉技术体系,即节水灌溉工程技术,合理的灌溉制度,以提高水分利用效率为中心的农业节水与生物节水灌溉以及建立节灌管理体系和推广体系,可作为该地区发展高产优质果园的依据。     

盐碱地水稻保苗控灌技术集成研究

为了改良并高效利用盐碱地、有效推动盐碱地水稻产业发展,进行水稻种子供氧剂包衣保苗、控制灌溉节水抑盐、施用土壤调理剂改良技术集成研究已成为宁夏引黄灌区盐碱地可持续发展的迫切需要。研究结果表明:控制灌溉+调理剂+供氧剂处理下,水稻生长发育较快较好、增产明显、收益较高。同时并未引起土壤盐分显著积聚,相反至水稻生长后期盐分降低,而且不同时期土壤养分含量及微生物含量较高。该技术集成的研究对于指导盐碱地水稻高产高效发展有重要意义。     

基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略

为了精确判断寒地水稻需水量并建立合适的智能灌溉策略,进行适时适量灌溉,实现寒地水稻优质高产,设计了基于调亏理论和模糊控制的寒地水稻智能灌溉策略。该智能灌溉策略主要包括模糊控制灌溉和预测灌溉两部分。其中,模糊灌溉模块是二级模糊控制过程,通过一级模糊控制确定当前土壤最佳湿度,二级模糊控制器以当前土壤湿度与最佳土壤湿度的差值和环境温度作为模糊控制器的输入量,建立多因素控制规则库,实现灌溉时间模糊控制。预测灌溉设计通过实时环境数据计算出农田蒸发蒸腾量和土壤渗透系数,建立土壤水分含量变化函数,预测何时需要灌溉。在黑龙江省方正县水稻研究院的田间试验发现,调亏灌溉节水率为20.5%,水稻的结实率和产量也高于人工灌溉,分别提高了4%和8%,说明该策略能有效防止水资源浪费,对降低农业生产成本、提高产量、改善寒地水稻品质有重要的意义。     

上海地区农田土壤有效硅含量状况及水稻施硅效应研究

本文应用控制灌溉理论研究了控制灌溉及淋洗条件下稻田土壤的盐分动态,分析了控灌 淋洗水的节水增产及抑盐效率。研究结果表明在宁夏引黄灌区进行控制灌溉的节水抑盐效果明显。应用控制灌溉技术进行该区灌溉将明显提高淡水资源的利用效率。     

设施蔬菜生产节水灌溉制度研究现状及发展趋势

该文论述了节水灌溉对蔬菜生长发育的影响，评价了目前设施蔬菜生产过程中各种灌溉方式的特点和存在的问题。文中分析了设施栽培的耗水特点，指出一个良好的适于设施栽培的灌溉系统应具备的条件，在此基础上提出了对建立蔬菜生产优化灌溉制度的途径，并进行了初步的可行性分析。     

中国节水灌溉产品质量现状分析及改善对策

在对中国节水灌溉产品质量现状进行评述基础上，指出节水灌溉产品存在的主要质量问题，分析了影响中国节水灌溉产品质量的主要成因，提出改善和提高节水灌溉产品质量的对策与建议。在国家和行业主管部门层面，应建立有效的节水灌溉产品质量监督机制，强化监督检测机构的职能，通过产品认证建立市场准入制度，健全和完善节水灌溉产品标准体系和质量监测与评价指标体系，使中国节水灌溉产品标准与检测水平尽快与国际接轨；在企业层面，应加大科技创新的力度，以技术进步促动产品质量的提高与改进，增强产品质量管理意识。     

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...     

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）。     

井渠结合灌区用水效率指标尺度效应研究框架

现有灌溉用水效率尺度效应的研究大部分集中在地表水灌区,而较少涉及地下水利用灌区,该文针对井渠结合灌区存在地下水回归利用的实际情况,以河北省石津灌区为背景,在国际水管理研究院（IWMI）提出的水收支方法的基础上引入回归水利用指标,提出了在井渠结合灌区进行用水效率指标尺度变化规律研究的工作框架。在所提出的框架中,评价指标选择IWMI体系,数据获取手段主要为资料收集和试验观测,尺度划分方式按照现有灌区管理模型分为灌区,干渠,分干,支渠和田间5个尺度。研究成果展现了灌溉用水效率尺度效应研究所涉及到的指标选取、尺度划分、水收支解析、水平衡要素数据获取方式、回归水分析5个方面的工作过程。该框架对于开展中国北方井渠结合灌区的节水灌溉尺度效应研究有着一定的参考价值和借鉴意义。     

虾稻共作灌溉定额确定方法研究

近年来,中国长江中下游流域大面积发展了虾稻共作适水农业,该种养模式改变了田块结构及用水模式,其灌溉定额计算有别于普通农作物且具有一定复杂性,目前还未见相关研究报道。该文在实地调研的基础上,根据虾稻共作田块结构与用水特点,将1个周年划分为水稻非生育期阶段、水稻生育期虾稻分养阶段、水稻生育期虾稻共养阶段3个阶段,基于水量平衡原理,提出虾稻共作灌溉定额确定方法。以湖北省潜江市为例,通过资料搜集和计算参数确定,采用该文提出的计算方法对虾稻共作灌溉定额进行了计算,虾稻共作灌溉定额多年平均12 945 m3/hm2。该研究成果为虾稻共作灌溉定额提供了理论依据,对指导虾稻共作灌溉用水及水资源管理具有重要意义。     

河网区灌溉水利用系数的尺度转换

大尺度灌区灌溉水利用系数的测定条件难以保障,而小尺度灌区的灌溉水利用系数可以通过试验测定,如何通过小尺度灌区的灌溉水利用系数来预测大尺度灌区的灌溉水利用系数,就有必要对灌溉水利用系数的尺度转换问题进行研究。河网灌区的特点是没有统一的水源引水口,通常是由若干个小灌区合并成一个大灌区,是一个典型的自相似系统。论文以地处里下河水网地区的盐城市水稻灌区作为研究对象,于2012-2013年对9个县区不同规模的样点灌区进行了灌溉水利用系数的试验观测,利用分形理论研究了河网灌区的分形特征,运用盒维数法计算了盐城市河网灌区和不同尺度灌区的盒维数,其盒维数介于1.703~1.996之间,并随着面积尺度的增加而增大。基于灌溉水利用系数与灌区面积、盒维数的相关性,建立了河网灌区灌溉水利用系数尺度转换模型,并通过验证,表明该尺度转换模型能够较好地预测河网灌区灌溉水利用系数,同时也能够很好地实现灌溉水利用系数的尺度转换,为分析河网灌区灌溉水利用系数及其尺度效应提供了新途径。     

灌排控制措施结合沟塘湿地改善水稻灌区排水水质的模拟分析

针对水稻灌区农田排水氮素输出影响水环境的问题,该研究以大运河扬州段沿运灌区为例,在大田监测的基础上,运用田间水文模型--DRAINMOD模拟分析不同田间灌排控制措施的减排效果,并探讨利用农田周边沟塘湿地净化排水,达到灌区小流域不同水质目标的水管理方案。结果表明,在研究区目前常规灌溉（定额为9 600 m3/hm2,合水深960 mm）和常规排水（排水沟深0.6 m,等效间距50 m）模式下,农田单位面积上的年均排水总量高达1 162 mm,是灌溉量与降雨量之和的59%;其中地表径流占比51%,仅有25%是由降雨造成的不可控部分。采取理想的避免地表径流的干湿交替控制灌溉措施（年均灌溉量320 mm）可以显著降低排水量和氨氮的输出,相较于常规灌溉模式,可削减55%的排水量和59%的氨氮输出。研究区农田控制排水削减排水总量的效果较差,且在一定程度上增加了地表径流。由于地表排水中氨氮浓度（2.85 mg/L）高于地下排水（其浓度为1.80 mg/L）,地表排水比例的提高会增加排水对氨氮的输出。从研究区小流域范围内沟塘湿地分布考虑,目前灌溉与排水量均过高,现有沟塘湿地不足以发挥作用;只有通过控制灌溉措施显著减少排水量以后,才有可能利用现存的湿地面积将排水中的氨氮浓度降低到地表水水质标准Ⅴ类水。因此,该研究建议在合理控制灌排水量的基础上,通过整合、优化灌区现有沟塘湿地资源来有效改善研究区农田排水水质。研究可为类似地区农田排水污染控制提供理论依据。     

模糊控制在水稻节水自动灌溉中的应用

根据水稻需水规律实施适时适量的自动灌溉是节水节能、提高水稻产量和质量的重要方式,但水稻生长过程需要水层,使得水稻的自动灌溉实施非常困难。针对这一问题,该文通过水分传感器、测针分别获取田间含水率和水层深度作为水稻自动灌溉指标;并以田间含水率（或水层深度）及其变化率作为输入,灌溉时间为输出,建立模糊控制系统;驱动农用抽水泵,实现自动灌溉。仿真结果和初步试验表明系统自动控制过程稳定,与人工控制相比,在水稻分蘖期可节约水资源约10%,为水稻的适时适量自动灌溉提供了思路。     

华北典型区域农田耗水与节水灌溉研究

本文总结了中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心围绕华北典型地区冬小麦-夏玉米一年两熟开展的节水灌溉研究。在位于华北中北部的中国科学院栾城农业生态系统试验站的定点试验结果显示,从1980年到2017年,在充分灌溉条件下冬小麦产量增加55.7%、夏玉米产量增加59.7%。冬小麦生育期耗水(ET)从400 mm增加到465 mm;玉米耗水年平均稳定在375 mm左右;年耗水量从777.0 mm增加到834.4 mm;满足冬小麦、夏玉米生育期耗水条件下,年灌溉需水量平均300 mm,必须减少灌溉用水和田间耗水,才能解决区域地下水超采问题。研究发现在限水灌溉条件下,冬小麦拔节期1次灌溉可显著促进作物营养生长和根系生长,利于后期土壤水分高效利用,在维持作物稳产基础上,比充分灌溉年节水165.2 mm。研究发现进一步利用小定额灌溉技术,通过增加灌水频率、缩减次灌水量,可增加有限水对作物的有效性,实现作物根系、土壤水分和养分在空间上的耦合,进一步提升有限灌溉对作物的增产作用。只考虑维持播种时良好土壤水分条件、生育期不进行灌溉的最小灌溉模式,与充分灌溉模式相比,产量减少28%,但可节约灌溉水69%,田间耗水减少43%,水分利用效率提高13%,年耗水量维持在560 mm左右。相对于减熟制节约灌溉水措施,冬小麦-夏玉米一年两季最小灌溉模式总产量高于两年3作5.5%~12.0%,年耗水量低于两年3作10%~13%,可显著消减减熟制带来的休闲期土壤蒸发损失。因此,实施冬小麦、夏玉米生育期节水灌溉,如最小灌溉、关键期灌溉,可大幅度降低灌水量和作物生育期耗水量,同时又能维持一定的生产能力,是华北实施地下水限采措施下应优先考虑的技术选择。     

时间尺度对农田灌溉设计保证率的影响

设计保证率是灌溉系统设计的重要参数之一,以年尺度为计算时段选择的典型年,存在对降雨的年调节估计过高的可能。该文以河南省郑州市1951—2015年的气象数据为基础,对其年降雨量、月降雨量及旬降雨量等进行排频计算,分析了不同灌溉设计保证率下对应典型年的降雨分布。以冬小麦、夏玉米需水关键期对应的4月、7月和8月为典型时段,研究了同一保证率下降雨的变化情况,并按照不同的计算时间尺度制订出相应的灌溉制度,讨论了时间尺度对灌溉定额及降雨利用量的影响。结果表明:1)在相同灌溉设计保证率下,各典型年、月和旬的降雨量均相差较大,同一月份的降雨量相差5倍以上;降水量的极差由大到小依次为年尺度、月尺度、旬尺度。2)利用水量平衡法,制订了不同时间尺度下典型年冬小麦-夏玉米连作的灌溉制度,在25%灌溉设计保证率下,季尺度下的年灌溉定额显著高于日尺度;与季、月和旬尺度相比,日尺度下的年灌溉定额分别降低了34%、23%和3%;偏干旱年灌溉定额随降水计算尺度减小而减小,但差异不明显。考虑不同的时间尺度具有不同的节水潜力和效果,完善灌溉排水工程中相应标准及其选取方法,选择合适的计算时长,既有利于落实灌溉设计保证率,又能提高各种水资源的利用率。     

基于RAGA-DP的饲草料作物非充分灌溉制度优化模型

中国北方牧区水资源极其匮乏,灌溉饲草料基地优化配水时,通过对非充分灌溉条件下饲草料作物进行灌溉制度优化可以有效地提高水分利用率及作物产量。该文采用基于实数编码的加速遗传算法（RAGA）与多维动态规划法（DP）相结合,建立了遗传动态规划（RAGA-DP）模型,对内蒙古锡林郭勒典型草原区灌溉饲草料地非充分灌溉条件下青贮玉米、披碱草和苜蓿进行了灌溉制度优化,试验验证结果较好,有效地解决了有限水量条件下不同生育期进行优化配水的问题,并通过相对产量与供水量、水分生产率函数和边际产量的关系得到了3种作物的适宜供水量范围。该模型解决了多维动态规划法在作物非充分灌溉条件下灌溉制度优化过程中的早熟现象及易陷入局部最优而难于求得真正最优解的问题。     

鄂北地区水稻适宜节水模式与节水潜力

研究作物需水规律、探寻适宜节水模式对缓解农业用水短缺十分重要。该文基于长渠灌溉试验站2009-2013年的水稻灌溉试验数据,分析了浅灌、中蓄、湿润3种传统灌溉模式下水稻的需水规律;运用率定后的ORYZA_V3模型模拟了30 a(1981-2010年)不同灌溉模式、不同灌溉下限以及不同灌水定额等多种情景下的水稻生长,对比分析了水稻各生育阶段腾发量、耗水量、灌溉定额、灌水次数、产量以及水分生产率在不同情景下的差异;通过模拟典型年不同受旱情景下的水稻生长,对比分析了各生育阶段不同受旱程度对水稻腾发量和产量的影响。结果表明:与浅灌模式相比,湿润模式下水稻年均产量增加2.7%、灌溉用水量减少4.2%;中蓄模式下水稻产量减少2.3%、灌溉用水量减少1.1%;湿润模式优于浅灌、中蓄模式。分蘖期的灌溉下限低于90%能减少水稻腾发量47%以上,其他阶段的灌溉下限低于70%时能减少水稻腾发量10%以上;拔节孕穗期和抽穗开花期受旱对产量的影响最大;综合考虑节水、降低田间管理难度、确保粮食产量等因素,提出了鄂北地区的适宜灌溉模式:蓄水深度为60 mm,返青期保持薄水层,黄熟期水层自然落干,拔节孕穗期、乳熟期可中度受旱(灌溉下限为饱和含水率的70%~80%),分蘖、抽穗开花期可轻度受旱(灌溉下限不能低于饱和含水率的80%);灌水定额为30~40 mm。该适宜灌溉模式可为鄂北地区至少可节水1.68亿m~3,具有巨大的节水潜力。研究结果对指导鄂北地区水稻灌溉用水和明晰节水重点具有重要意义。     

不同灌溉方式对精量穴直播超级稻生产的影响

为了探明精量穴直播超级稻湿润灌溉的需水量和不同灌水量对超级稻产量构成因素的影响,以指导精量穴直播超级稻节水灌溉,通过大田试验,研究了不同灌溉方式对精量穴直播和常规移栽水稻培杂泰丰（超级杂交稻）和玉香油占（超级常规稻）2个超级稻品种生产的影响。结果表明：精量穴直播湿润灌溉处理的灌水量相对于精量穴直播常规灌溉少23.51%,相对于移栽常规灌溉少30.46%,精量穴直播湿润灌溉处理和精量穴直播常规灌溉处理的产量没有明显差异,而这2个处理的理论产量分别比移栽常规灌溉处理高7.75%和9.62%,实际产量分别高9.18%和8.09%;精量穴直播湿润灌溉处理的干物质量和叶面积指数显著高于其他2个处理。说明湿润灌溉有利于精量穴直播超级稻高产的形成。