基于控制灌溉理论的水稻优化灌溉制度研究

结合田间试验研究成果及Jensen模型，建立了基于水稻控制灌溉理论的宁夏引黄灌区轻度盐碱地水稻优化灌溉制度。水稻全生育期灌溉水量为600 mm，灌水15次，主要分布在返青期、拔节孕穗期和抽穗开花期。该优化灌溉制度较常规漫灌节水69.2%。该灌溉制度的建立，对于提高宁夏引黄灌区水稻节水灌溉技术具有重要的实践参考价值。     

青铜峡银北灌区井灌井排水盐运动数值模拟

为了配合全国大型灌区的节水改造，给不同优化灌溉模式的推广提供科学依据，运用HYDRUS程序，对青铜峡银北灌区小麦套种玉米地的灌溉进行了多方案的一维水盐运动数值模拟。针对灌区土壤地下水位高、地下水矿化度高、潜水排泄以蒸发为主等原因，研究了基本灌溉模式、井渠结合灌溉模式的改变对不同程度盐碱地改良的效果，提出适合银北灌区不同盐碱地的灌溉制度。     

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。     

水稻优化灌溉田间耗水量研究

根据连续五年（１９８９－１９９３）的试验观测资料，对水稻的需水规律与产量进行定量分析，以优化灌溉模式进行土壤水分调节，与合理施肥相结合，得出一套因土、因苗、因时制宜，浅、湿、干灵活调节，促、控、养结合的优化灌溉技术，提高了水的利用率。     

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。     

考虑地面灌水技术制约的灌溉制度优化

制定作物灌溉制度不仅要考虑补充根层土壤水分以满足作物需求，还应考虑灌水方法对灌水量的限制。为研究我国华北地区地面灌溉条件下冬小麦－夏玉米连作的节水灌溉制度，在河北省雄县进行了连续3年不同灌水处理试验，用水量平衡模型ISAREG对各处理进行数值模拟，从而验证了选定的模型和参数。采用该模型模拟了不同水文年冬小麦－夏玉米连作的多种灌溉制度，对各方案的灌水次数、灌水量、降雨和灌溉水量损失以及作物产量等因素进行了对比，并对现行灌溉制度进行了评价。结果显示：雄县现行灌溉定额大大超过了灌溉需水量，主要原因是地面灌水技术的制约，如田面不平、进地流量过小或畦块过大等，造成难以控制小水量灌溉。为研究既能满足作物基本需水要求，又使灌溉水量损失最小的最佳灌水定额，用模拟地面灌溉水流运动的SRFR模型模拟不同生长阶段的灌溉，得到了每次灌溉时不同流量条件下的最小灌水量，以及灌水效率与灌水量的关系，据此提出了与灌水技术改进措施相结合的不同水文年的灌溉制度优化方案。     

大棚种植川贝母分区变量灌溉系统研制

名贵中药材川贝母喜湿、怕高湿特性成为人工灌溉的难点,智能化精准灌溉系统可实现川贝母按需节水灌溉。该研究开发了基于无线传感器网络的川贝母分区变量灌溉系统。在人工种植试验过程中,采用电容法和土壤水分测定仪获得了川贝母生长需水及灌溉用水数据,建立了川贝母生长含水率模型和灌溉含水率模型。为了实现川贝母分区变量灌溉,建立了灌溉模糊控制决策模型,该模糊控制器为双输入单输出结构,利用遗传算法优化模糊控制量化因子、比例因子、模糊控制规则和隶属函数,实现遗传算法优化的模糊控制对川贝母灌用水进行精确决策和川贝母分区变量灌溉。在川贝母种植大棚内应用了该分区变量灌溉技术和系统,结果表明,模糊控制决策的灌溉有一定节水效果,遗传算法优化后的模糊控制每次灌溉用水主要分布在5%～7%,灌溉用水有明显下降。特定种植密度下灌溉用水结果表明,优化后川贝母变量灌溉误差能控制在±5%附近,满足川贝母按需灌溉需求,分区变量灌溉效果明显;随川贝母种植密度增加,所需灌溉用水也增大,基本呈线性关系（R2=0.975）;川贝母分区变量灌溉节水率与种植密度比之间呈抛物线关系,最佳节水在标准种植密度附近,年节水率大于27.6%。该研究可为川贝母种植密度和灌溉节水提供参考和技术支持。     

灌溉渠道轮灌配水优化模型与遗传算法求解

灌溉过程中的渠系配水实质上是配水渠道流量的时空分配问题。传统的人工调度难以做到统筹优化，且易导致大量的渠道弃水。因此，渠道优化配水技术是灌区现代化管理的重要内容之一，对于提高灌区灌溉管理技术水平和实施农业高效节水有着重要的意义。该文改进了“定流量，变历时”渠道运行方式的轮灌配水优化模型，应用遗传算法进行了配水渠道流量优化的0—1整数规划模型求解。遗传算法采用了锦标赛选择，算术交叉和交换变异算子，应用Matlab6.0编制了相应的求解程序，求解结果表明，该结果优于常规方法求解结果，说明该算法设计是可行的。     

华北平原高产粮区不同水氮管理下农田氮素的淋失特征

为了降低集约化种植制度下华北平原农田硝酸盐的淋失,该研究选择华北平原高产粮区,开展了为期2 a （2006－2008年）的田间试验,试验设计了2个灌溉处理（常规灌溉处理和基于土壤水分实时监控的优化灌溉处理）和2个施氮处理（传统施氮处理和优化施氮处理）,利用张力计结合土壤溶液提取器对土体2 m处的水分和硝酸盐通量进行了监测和计算。研究结果显示,在相同施氮条件下,优化灌溉能够有效降低农田水分的渗漏量,渗漏量仅为传统灌溉渗漏量的50%左右。优化施氮能够有效降低2.1 m土体硝态氮含量,在相同灌溉条件下2.1 m土体硝态氮的残留量都在传统施氮的60%以下,而灌溉方式对硝态氮累积的影响不大。优化水氮管理相比传统水氮管理氮素的淋失量下降了60%,淋失率也下降了50%左右,粮食产量略有提高。     

基于水资源高效利用的农业种植结构及灌溉制度优化——以民勤灌区为例

在非充分灌溉条件下,为解决灌区内作物之间和单作物生育期内不同生育阶段的灌水配置问题,依据大系统递阶分析原理,建立了一个能同时优化作物灌溉制度、种植结构和灌溉定额的双层模型。模型第一层以作物相对产量最大为目标,采用动态规划,优化了作物灌溉制度;第二层以灌区内农业净效益最大为目标,采用非线性优化,优化了作物种植结构和灌溉定额。该模型应用范围较广,既能为政府部门提供宏观决策,又能为农民提供具体的灌水办法。以民勤灌区为例,优化结果表明,在75%保证率下比现状节水1.29亿m³,农业生产总值和净效益分别增加5.99,4.25亿元。     

不同灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响

为了探究不同的节水灌溉方式对玉米植株生长参数及产量的影响,选择在内蒙古通辽市设计低压管灌、膜下滴灌和喷灌这3种节水灌溉方式的试验,并在整个生长期内毛灌溉定额相同的条件下,分别观测在3种灌溉方式下玉米整个生长期内的土壤水分变化及玉米的植株高度、茎粗、叶面积指数、叶绿素含量、生物量、株籽粒重等指标。结果表明:灌溉定额相同时,不同的灌水次数对土壤水分含量有较大影响,进而影响作物的生长发育。不同的节水灌溉方式对玉米植株生长、产量有显著影响:在整个生长期内,玉米生物量膜下滴灌高于喷灌,喷灌高于低压管灌,膜下滴灌高于喷灌46.74%,高于低压管灌98.81%,喷灌高于低压管灌35.49%;膜下滴灌实际产量大于喷灌2.85%,大于低压管灌7.83%,喷灌大于低压管灌4.84%。总体来说,3种灌溉方式中,膜下滴灌最好,喷灌次之,低压管灌最差。     

灌溉方式对设施土壤总有机碳及其腐殖质组分的影响

通过13年连续的番茄栽培灌溉试验,分析了沟灌、滴灌和渗灌3种灌溉处理0—80cm土层土壤有机碳及其腐殖质组分(胡敏酸、富里酸、胡敏素等)含量,探讨了不同灌溉方法对温室土壤有机质变化的影响。结果表明:3种灌溉处理土壤总有机碳、腐殖质各组分含量剖面变化特征一致,均随土层加深而降低,且这一变化主要集中在0—50cm土层,50—80cm土层变化较小。土壤总有机碳及其组分各灌溉处理间差异明显,将土壤剖面分为0—20,20—80cm上、下2个层次,总体上总有机碳含量上层为渗灌沟灌滴灌,下层滴灌沟灌渗灌;腐殖酸含量上层滴灌沟灌渗灌,下层为渗灌滴灌沟灌;胡敏素上层为沟灌滴灌渗灌,下层为渗灌滴灌沟灌。滴灌处理既能使0—40cm土层土壤有机碳含量保持较高水平,土壤腐殖质含量又高于沟灌、渗灌处理,这对于提升设施土壤肥力水平、保证番茄养分供应是有利的。     

滴灌模式对农田土壤水氮空间分布及冬小麦产量的影响

大田作物最优滴灌模式的研究是滴灌技术深入推广应用过程中的重要研究内容,通过田间试验,选取地表滴灌和地下滴灌两种滴灌类型,研究其在4种不同灌溉制度下农田水、氮空间分布规律以及冬小麦产量的差异。试验结果表明,在土壤水分控制范围相同时,不同滴灌类型下冬小麦生育期内所需的灌水总量和灌水频率不存在显著差异;在施肥量和灌水定额基本相同时,地下滴灌较地表滴灌促使硝态氮向深层土壤运移的几率更大。但总体而言,不同滴灌类型相同灌溉制度下,硝态氮运移规律基本相似;同种滴灌类型不同滴灌制度下的各处理冬小麦产量存在显著差异。而且,在充分灌时,不同滴灌模式下的冬小麦产量差异性不显著;非充分灌时,滴灌模式对冬小麦产量存在显著影响。     

控制性交替灌溉对玉米根系层水分再分布与产量的影响

以玉米为试验材料,在蒸渗仪测坑中,对控制性交替灌溉水分再分布规律和产量进行了研究。结果表明,跟均匀灌溉相比,交替灌水方式有助于减少土壤水分的深层渗漏和蒸发,水分利用效率明显提高;因灌水量小,降低了盐害。与均匀灌溉相比,交替灌溉在适宜的灌水量水平下,产量构成因素显示出优势性,产量增加显著,说明交替灌溉在沈阳地区是一种经济可行的灌溉方式。     

控制性分根区灌溉对玉米根区水氮迁移和利用的影响

为探索灌水方式对根区水氮迁移和利用的影响,对盆栽玉米采用3种灌水方式（常规、交替、固定）和4个氮素水平,研究了不同根区湿润方式对玉米根区水氮迁移动态和利用的影响。结果表明：施氮后盆内土壤硝态氮含量和施氮量呈正相关,交替灌溉根区两侧土壤硝态氮分布均匀,固定灌溉根区干燥侧土壤硝态氮累积量明显大于湿润侧。交替灌溉上层土壤硝态氮残留量和常规灌溉同一层次上的残留量相当,下层的残留量比常规灌溉的大。交替灌溉的根冠比最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。交替灌溉的水分利用效率是常规灌溉的0.99～1.11倍,而灌水量是常规灌溉的0.75倍,节水效果明显。同一氮肥水平下,交替灌溉的单位干物质全氮吸收量最大,固定灌溉的次之,常规灌溉的最小。     

根系分区交替灌溉对苹果根系活力、树干液流和果实的影响

为了实现节水增效并不断改进苹果灌溉方式,在太行山片麻岩山区山地果园,以长富2号苹果为试材,通过3/4、1/2、1/4根系体积交替灌溉、1/2根系体积固定灌溉、常规畦灌和全根系干旱6个处理,研究了不同灌溉方式对苹果根系活力、树干液流和果实产量、品质的影响。结果表明,根系分区交替灌溉的灌溉区根系活力在各时期均高于常规畦灌,3/4交替灌溉的平均根系活力最高,与1/2交替灌溉和常规畦灌无显著差异;树干液流通量随灌溉体积的减少逐渐降低,1/2根系体积为保证液流的最小灌溉体积;1/2交替灌溉的产量比常规畦灌降低了7.10%,与3/4交替灌溉无显著差异,但糖酸比却最高。综上表明1/2根系分区交替灌溉可以作为片麻岩山地果园的有效节水灌溉方式。     

保护地不同灌溉方法表层土壤pH小尺度的空间变异

基于保护地定位灌溉试验,采用经典统计学和地统计学的方法,以网格取样方式采集不同灌溉方法(沟灌、滴灌、渗灌)表层土壤,研究微尺度下土壤pH值的空间变异特征及空间分布。结果表明:经6年灌溉,沟灌处理pH显著降低,沟灌和滴灌0～5cm土层土壤pH表现为中等空间自相关,而其5～10cm和渗灌0～5cm和5~10cm的土壤pH表现为弱空间相关,水分的供给方式和数量影响土壤pH的空间变异。     

区域灌溉水利用效率测算分析

在对内蒙古通辽市科尔沁左翼中旗水资源利用现状和农业灌区用水现状进行实际调查与分析的基础上,根据首尾测算分析法的计算原理,选择代表不同灌溉方式的典型样点灌区,开展相关的田间测试试验,分别用水量平衡法和田间测试法对典型样点灌区灌溉水利用效率进行客观、科学的计算,从而得出科尔沁左翼中旗灌溉水利用效率。通过测试与评估农业灌溉中不同类型田块及不同灌溉技术下的灌溉水有效利用系数,得出样点灌区主要灌溉方式低压管灌、喷灌和膜下滴灌的灌溉水利用系数分别为0.865,0.874,0.906。在2014年的水文气象条件、灌区灌溉系统状况以及灌区的管理等综合因素条件下,科尔沁左翼中旗的灌溉水有效利用系数为0.880。计算结果符合灌区实际情况,为进一步提高灌区灌溉水有效利用效率、更好的发展灌区节水灌溉提供决策依据。     

渠灌区节水灌溉技术的筛选组装和集成

渠灌类型区是我国灌区的主要组成部分,地面灌溉是渠灌区的主要灌水方式,发展渠灌区节水型地面灌溉对我国的农业节水有着重要作用。以陕西关中西部的宝鸡峡引渭灌区为例,对现行的节水型地面灌水技术进行了分析和筛选,结合灌区的现状和灌溉特点,提出了适宜于本灌区目前应用和推广的节水型地面灌水技术主要是畦田“三改”,并结合增大入畦单宽流量等技术措施进行组装和集成,实现提高灌水效率和灌水均匀度,减小灌溉用水量,节约用水的目的。     

根灌和滴灌对三种典型荒漠植物生长的影响

根灌是一种能将水直接灌到植物根部的高效节水农业新技术,具有抗旱、保水的功能。利用根灌和滴灌对人工栽植于退耕地上的柽柳、沙枣、柠条锦鸡儿进行了灌溉试验,通过研究不同灌溉方式下植物生长量和土壤含水率及其变化规律,探讨了两种灌溉方式对土壤水分的补给和保持作用以及对植物生长的促进作用。结果表明:（1）根灌和滴灌对土壤水分补给的范围和深度不一致,滴灌主要集中在土壤表面,而根灌主要集中在20 cm以下区域,而且与灌水时间和灌水量密切相关。（2）根灌能够更好地保存土壤水分,而滴灌表层土壤水分散失较快。（3）根灌灌溉的三种植物生长量均大于滴灌灌溉的,根灌能够更好地促进植物生长,是三种典型沙生植物理想的灌溉方式。