黄土丘陵区玉米集雨保苗及灌溉制度研究

针对黄土丘陵区降水少而时空分布不均等特点,以集雨技术及工程设施为基础,通过有限补充灌溉方式,研究了玉米不同座水量、不同补灌定额、不同生育期补灌对玉米出苗及其生长、产量和水分利用效率的影响.试验研究表明：①当土壤0～10cm的相对含水量低于24％时,不座水播种将不出苗;大于24％时,可出苗,但出苗率极低,仅为20％～21％.在不同土壤相对含水量条件下,座水100mL、200mL、300mL时,出苗率均可达到90％以上,且随着座水量的增加,其长势旺盛;②在当年的降水条件下,最为合理的补水量为5m3/667m2;③在水量有限情况下,玉米拔节期补水比灌浆期补水增产效果明显.     

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。     

非充分灌溉的研究进展及展望

介绍了非充分灌溉研究的概念理论基础,阐述了非充分灌溉研究中的有限水量在作物生育期内的最优分配、作物-水模型及其敏感指标和土壤水分不足条件下作物蒸发蒸腾量的计算方法,并提出了对非充分灌溉的研究展望。     

作物蒸发蒸腾量的人工神经网络模型研究

采用盆栽试验,利用BP-人工神经网络模拟作物的蒸发蒸腾量,分别构建ET1(气象因子)、ET2(气象因子与播种天数)、ET3(气象因子、播种天数和含水率)3种人工神经网络模型,并将预测结果与称重法得到的实际值ET进行比较,结果表明,所构建的ET3模型的计算精度较高,是一种最优的计算作物蒸发蒸腾量的BP-人工神经网络模型。     

SIMETAW模型在辽西北地区的验证与应用

 【目的】验证美国加州大学开发的作物蒸散量－SIMETAW（simulation of evapotranspiration of applied water）模型在中国辽西北地区应用的有效性。【方法】利用辽西北地区的作物、土壤和气候数据运行模型,将当地主要作物蒸散量的模型模拟值与田间实测值进行对比分析;同时,在模型验证的基础上模拟分析当地主要作物生育期内蒸散量和所需灌水量的多年平均情况。【结果】主要作物生育时期内模型模拟的蒸散强度曲线和实测曲线变化趋势基本一致,蒸散总量模拟值和实测值比较接近,相对误差均在10％之内。利用模型模拟当地玉米、大豆和谷子生育期内蒸散量多年平均值分别为514.15、449.64和389.12 mm,所需灌水量分别为208.4、220.93和116.17 mm。【结论】SIMETAW模型在辽西北地区对玉米、大豆和谷子蒸散量的模拟比较准确,模型有效,可以进一步应用该模型开展作物的水分管理研究和指导灌溉。     

不同水分梯度下玉米水分利用效率研究

对4种不同水分梯度下18个不同基因型玉米品种水分利用效率进行了二因素裂区设计试验研究,结果表明:在雨养条件下,农大108、丹玉86、中玉9号、东单60号、沈玉18号5个基因型品种抗旱性强、水分利用效率(WUE)高,经济系数亦高;在补灌60,100,160 mm条件下,先玉335号和郑单958两个基因型品种在各种补灌条件下均表现高产,而且WUE和经济系数均高;从补灌水增产值的WUE角度看,随补灌水量的增加,增产值的WUE在下降,说明实行节水灌溉(非充分灌溉)有利于提高水分利用效率;补灌水对产量构成因素影响最大的是每穗结实粒数。     

基于BP神经网络的灌区耗水量模拟预测模型

青铜峡灌区耗水量是一个复杂的非线性系统,受多种因素的影响,而农业耗水量是耗水大户.将影响灌区农业耗水量的主要因素:引水量、排水量、降雨量、蒸发量和地下水位埋深作为影响因子,建立青铜峡灌区灌溉耗水量的BP神经网络预测模型.结果表明,应用此网络,对2001-2003年灌区灌溉耗水量进行了预测,误差满足要求,精度较高,说明网络函数的选取和结构设计较为合理,该模型可用于灌区农业耗水量的预测.     

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅰ.参数率定和模拟验证

【目的】建立徒骇马颊河流域的分布式水文模型,为进行该地区灌溉制度优化提供支持。【方法】首先运用洗牌复形演化（SCE-UA）算法在禹城试验站和洪门试验站对分布式水文模型（SWAT）中的作物参数进行率定,接着以遥感监测的蒸散数据为目标,应用拉丁超立方-单次单因素（LH-OAT）方法对蒸散发（ET）相关的参数进行了敏感性分析,用序贯不确定性（SUFI-2）算法优化出一套参数范围并进行不确定性分析。在此基础上,在考虑模型不确定性的情况下对冬小麦－夏玉米轮作体系产量的长期模拟结果进行验证。【结果】作物参数率定结果表明,禹城试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为7.02%和16.60%,洪门试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为0.09%和0.10%。ET参数率定和统计年鉴产量验证结果：除了NS系数,P_factor、R_factor以及R2的模拟精度较高。【结论】依据徒骇马颊河流域的特点进行SWAT模型相关参数的率定,得到较好的模拟结果,为进一步深入研究该地区水分生产函数和优化灌溉制度打下了基础。     

黑龙江省西部半干旱区玉米水分生产函数建模与评价

通过盆栽试验,对玉米不同灌水处理下的耗水量和产量的试验资料进行回归分析,建立了Jensen模型、Minhas模型,Blank模型、Stewart模型和Singh模型,对上述5种水分生产函数模型求解结果进行比较分析与评价,确定适合黑龙江省西部半干旱区的玉米水分生产函数模型为Jensen模型和Stewart模型,可为该地区...     

半干旱区全膜玉米集雨补灌水分利用效率研究

会宁县属陇中半干旱黄土丘陵区,水资源严重缺乏,6月下旬至7月上旬正值玉米需水关键期的短期干旱,是玉米生产的主要不利气候因素,集雨补灌是应对短期干旱,保证玉米稳产高产的必要条件。玉米拔节与大喇叭口2个关键期补水与补水量试验表明:集雨补灌后较对照增产1791.36～4086.33kg/hm2,增产率34.3%～78.3%;补水时期以大喇叭口期最佳,产量可达8201.44～9316.55kg/hm2,较拔节期同水量增产19.6%～22.7%;增产率、水分生产效率随着补水量的增加而增加,补水生产效率随着补水量的增加而降低,补水量以225m3/hm2为好,大喇叭口期补水225m3/hm2较补灌112.5m3/hm2增产率提高21.4个百分点、水分生产效率提高0.31kg/m3、补水生产效率下降8.27kg/m3。     

基于天气预报的参考作物蒸发蒸腾量预测模型

参考作物蒸发蒸腾量(ET_0)是计算作物需水量和进行灌溉预报的基本要素。本文利用天气预报可测因子和Penman Monteith(PM)公式ET_0计算值作为基础数据,分别建立BP神经网络模型和ANFIS自适应模糊神经推理系统模型,两种模型的估算值与PM公式的计算值没有明显差异,均表现出显著的相关性以及整体吻合度。本文对两种模型取相同的数据样本进行比较,BP-ET_0预测结果的MRE值为32.13%,RMSE为0.134 mm,而R2达到了0.971,说明模型预测精度高,稳定性良好。相较于ANFIS-ET_0的检验结果,BP-ET_0模型的均方根误差更小(0.134mm/d0.188 mm/d),表明其预测精度更高;而ANFIS-ET_0模型估算值的平均相对误差明显小于BP-ET_0模型估算值(16.92%32.13%),显示出ANFIS-ET_0模型更高的稳定性。两种预测模型的输入项完全可以从当前短期天气预报因子中取得而不需要专用测量设备,程序操作简单,具有实用价值,为实时灌溉预报提供了理论基础。     

基于人工神经网络的作物水-盐响应初步研究

利用人工神经网络中最成熟的BP网络对内蒙古河套灌区的主要经济作物油葵的水-盐响应进行初步研究，以油葵的6个生育阶段的土壤溶液相对浓度为输入样本，油葵的相对产量为输出样本，训练并确定了具有6个输入向量，3个隐含结点，1个输出向量的3层BP网络。经检验，该模型能正确表达油葵的相对产量和各个生育阶段土壤溶液相对浓度之间的关系，模型的预测产量与实际产量具有较高的相关系数，是对传统的作物水-盐响应模型的补充。     

作物蒸发蒸腾量的人工神经网络模型研究

利用BP-人工神经网络考虑气象条件、土壤水分条件以及作物的生物学特性3方面因素，构建作物蒸发蒸腾量（ET）模型。     

华北农牧交错区覆膜沟作小南瓜的补灌效应

依据冀北高原2006年的集雨补灌试验,研究了不同生育期小南瓜补灌不同水量,对产量和耗水特征的影响。结果表明:开花期补水10.0 mm+果实膨大期补水15.0 mm处理的小南瓜经济产量比未补水对照增产28.0%。开花期一次补水15.0 mm处理比对照增产26.8%,两处理产量无明显差异;开花期补水15.0 mm处理的水分利用效率比对照提高16.2%。经济效益分析表明,开花期补水15.0 mm,补水纯收益最高可达57.4元/ m~3。本研究条件下,开花期补水的增产效果优于果实膨大期补水。通过集雨进行补灌,可以为半干旱区农田稳产提供一定的水分保障。     

Estimation of irrigation requirements for drip-irrigated maize in a sub-humid climate

Drip-irrigation is increasingly applied in maize (Zea mays L.) production in sub-humid region. It is critical to quantify irrigation requirements during different growth stages under diverse climatic conditions. In this study, the Hybrid-Maize model was calibrated and applied in a sub-humid Heilongjiang Province in Northeast China to estimate irrigation requirements for drip-irrigated maize during different crop physiological development stages and under diverse agro-climatic conditions. Using dimensionless scales, the whole growing season of maize was divided into diverse development stages from planting to maturity. Drip-irrigation dates and irrigation amounts in each irrigation event were simulated and summarized in 30-year simulation from 1981 to 2010. The maize harvest area of Heilongjiang Province was divided into 10 agro-climatic zones based on growing degree days, arid index, and temperature seasonality. The simulated results indicated that seasonal irrigation requirements and water stress during different growth stages were highly related to initial soil water content and distribution of seasonal precipitation. In the experimental site, the average irrigation amounts and times ranged from 48 to 150 mm with initial soil water content decreasing from 100 to 20% of the maximum soil available water. Additionally, the earliest drip-irrigation event might occur during 3- to 8-leaf stage. The water stress could occur at any growth stages of maize, even in wet years with abundant total seasonal rainfall but poor distribution. And over 50% of grain yield loss could be caused by extended water stress during the kernel setting window and grain filling period. It is estimated that more than 94% of the maize harvested area in Heilongjiang Province needs to be irrigated although the yield increase varied (0 to 109%) in diverse agro-climatic zones. Consequently, at least 14% of more maize production could be achieved through drip-irrigation systems in Heilongjiang Province compared to rainfed conditions.     

不同灌溉制度对玉米生长过程中水分利用的影响

以玉米为试验材料,研究不同灌溉制度对玉米生长过程中水分利用情况的影响。结果表明,土壤水分是影响玉米根系分布的重要指标,早期缺水对玉米根系向土壤深层的延伸程度大于只在玉米生长中期缺水处理;玉米生长前期对水分需求非常旺盛,会直接影响玉米整体生长期,进而影响作物产量;后期水分亏缺,能够提高玉米对水分的利用率,对作物产量影响较小。     

漳卫河平原农业水资源高效利用的模拟研究Ⅱ.水分生产函数的建立及灌溉制度优化

优化漳卫河平原冬小麦夏玉米轮作体系的灌溉制度,对进一步深入研究水资源严重短缺的河南省可持续农业的发展具有一定的示范意义。本研究以经过参数率定与模拟验证的SWAT为工具,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Jensen模型水分生产函数,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。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16．13％,水分利用率平均提高3．05％;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．最优情景下全区轮作体系粮食平均增产30．76％和6．47％;与模拟的历史情景相比,优化情号下轮作体系的水分利用率平均提高23．94％。     

江西水稻需水规律和灌溉用水变化规律分析

分析了近30年来江西水稻参考作物蒸发蒸腾量和蒸发蒸腾量的资料,总结了近30年来江西水稻需水量变化规律,计算了作物需水系数,并分析作物需水系数年际和年内变化规律;同时,根据水稻蒸发蒸腾量、作物需水系数和有效降雨量等因素,计算了水稻灌溉用水定额,分析水稻灌溉用水定额近年来变化规律,指出应加强水稻适宜灌溉制度、耕作制度和土壤改良技术的研究和推广。     

Quantitative analysis of yield and soil water balance for summer maize on the piedmont of the North China Plain using AquaCrop

The North China Plain (NCP) is a major grain production area in China, but the current winter wheat-summer maize system has resulted in a large water deficit. This water-shortage necessitates the improvement of crop water productivity in the NCP. A crop water model, AquaCrop, was adopted to investigate yield and water productivity (WP) for rain-fed summer maize on the piedmont of the NCP. The data sets to calibrate and validate the model were obtained from a 3-year (2011–2013) field experiment conducted on the Yanshan piedmont of the NCP. The range of root mean square error (RMSE) between the simulated and measured biomass was 0.67–1.25 t·hm⁻², and that of relative error (RE) was 9.4%–15.4%, the coefficient of determination (R²) ranged from 0.992 to 0.994. The RMSE between the simulated and measured soil water storage at depth of 0–100 cm ranged from 4.09 to 4.39 mm; and RE and R² in the range of 1.07%–1.20% and 0.880–0.997, respectively. The WP as measured by crop yield per unit evapotranspiration was 2.50–2.66 kg·m⁻³. The simulated impact of long-term climate (i.e., 1980–2010) and groundwater depth on crop yield and WP revealed that the higher yield and WP could be obtained in dry years in areas with capillary recharge from groundwater, and much lower values elsewhere. The simulation also suggested that supplementary irrigation in areas without capillary groundwater would not result in groundwater over-tapping since the precipitation can meet the water required by both maize and ecosystem, thus a beneficial outcome for both food and ecosystem security can be assured.     

农田灌溉雨水集蓄系统设计研究

在分析雨水集蓄系统基本原理和计算方法的基础上,构建了包括降水序列分析子系统、集水量分析计算子系统、蓄水设施优化设计子系统、灌溉水量优化分配模型子系统和经济模型的农田灌溉雨水集蓄系统,并以陕西省礼泉县北部丘陵区为例,采用该系统对大田作物(小麦、玉米)雨水集蓄灌溉利用问题进行了分析,结果证明该系统具有一定的实用性。