作物水分与氮素生产函数的实验研究

在田间水肥耦合试验的基础上,对水分生产函数的概念加以拓宽,提出了水分、氮素生产函数的概念,并建立了最终产量模型和动态产量模型,进行了参数求解,模型模拟结果和田间试验结果符合较好.     

冬小麦水肥生产函数的Jensen模型和人工神经网络模型及其应用

作物水肥生产函数研究是非充分灌溉理论的重要内容,也是提高农田水、肥利用效率的基础.在作物水分生产函数Jensen模型的基础上,引入肥料因子构造了水肥生产函数的Jensen模型;同时构造了作物水肥生产函数的人工神经网络模型.利用北京地区冬小麦田间试验资料对以上2个模型进行了分析,表明以上模型均可用于描述水分、肥料等因素对作物产量的影响,进而可对作物产量进行预测,且模型都具备一定的精度.     

作物水分生产函数与农田非充分灌溉研究述评

介绍作物水分生产函数国内外研究现状,把目前通用的各类模型归纳为最终产量模型和动态产量模型两大类,分析评述两类模型的特点及适用条件.此外,对作物水分生产函数的试验方法和试验处理设计作了介绍.     

冬小麦水分生产函数Jensen模型敏感指数的研究

根据冬小麦返青后田间水量平衡估算出田间作物实际腾发量和最大腾发量,由此,对水分生产函数Jensen分阶段连乘模型中的敏感指数进行了拟合分析。研究表明,Jensen模型中的敏感指数与作物生长阶段以及该阶段长短占总生长期的比例有关,但冬小麦返青后各阶段的敏感指数的累计值可以表示为时间t的一元函数,且与阶段划分无关,由该函数可得到任一阶段的敏感指数值。分析结果还表明,Jensen模型可以较好地反映作物田间耗水量与产量的关系。     

遥感信息与作物生长模型的耦合应用研究进展

卫星遥感技术具有快速、宏观、准确、客观、及时、动态等特点,在大范围作物长势监测和产量预测等方面具有得天独厚的优势。但遥感监测常常受卫星遥感数据空间分辨率、时间分辨率等因素的影响,且遥感信息大多反映的是瞬间物理状况。作物生长模型是对作物生长、发育、产量形成过程中的一系列生理生化过程进行数学描述,是一种面向过程、机理性的动态模型。但是,当作物模拟从单点研究发展到区域应用时,由于随空间尺度的增大导致模型中一些宏观资料的获取和参数的区域化方面存在很多困难。
遥感信息与作物生长模型的耦合应用可以解决作物长势监测和产量预测等一系列农业问题,越来越受到相关研究人员的关注,已经逐渐成为一个重要的研究领域。因此,随着作物模型和遥感技术的迅速发展,如何将两者结合,进行互补性的研究是很有意义的。在查阅了相关资料的基础上,综述了遥感信息与作物生长模型的耦合应用以及发展历程,分别阐述了两种遥感数据与作物生长模型的结合方法——强迫法和同化法,总结了两类方法的应用情况。最后提出了该领域存在的问题,以及进一步解决的研究方向。     

作物模拟技术在气候变化对农业生产影响研究中的应用

近 2 0年来 ,作物模拟技术的高度发展为定量研究气候变化对农业生产的影响开辟了一条新途径。作物模拟模型分为经验模型 (又称 (统计 )回归模型、描述性模型 )和机理模型 (又称动力学模型、解释性模型 )。与利用回归分析、相关分析等统计学方法确定合适的指标来描述气候变化与作物产量或其他生育状况关系 (如温度与产量的关系 )的经验模型不同 ,机理模型是针对农作物生理生长特性发展起来的 ,能够动态地模拟作物的生长发育和产量形成过程 ,较准确地表达作物生长与气候因子变化之间的关系 ,并可以通过可控因子 (施肥、灌溉 )来调节作物的生长…     

非充分灌溉制度设计优化模型

研究了缺水地区冬小麦灌溉问题.分析了作物模型,作物水分影响函数,并以农作物产量最大为目标,提出了非充分灌溉制度优化设计二维动态规划模型和相应的动态规划逐次逼近(DPSA)求解方法.针对山东省临沂市小埠东灌区的实际情况进行研究,求得了冬小麦三个典型年不同供水水平的最优灌溉制度、排水过程及相应产量.实例表明,模型及方法是合理的.     

微咸水膜下滴灌对沙漠温室黄瓜产量的影响研究

膜下滴灌技术在干旱地区得到了广泛的推广。黄瓜是目前种植面积最大的温室蔬菜之一。此外,水分是影响黄瓜生长和品质的重要因素。西北干旱地区淡水资源总量不足,但咸水资源丰富,因此,在我国西北找到适合黄瓜咸水灌溉方案至关重要。在沙漠温室膜下滴灌条件下,采用咸水灌溉黄瓜。本研究揭示了黄瓜产量及黄瓜水盐生产模型。本文研究了黄瓜产量与作物需水量、土壤电导率等生产函数的估算问题。利用田间试验数据估算作物水盐生产函数,为在我国西北干旱地区,特别是宁夏回族自治区推广咸水膜下滴灌技术提供了科学依据。     

考虑水分胁迫后效应的作物水模型

水分胁迫具有后效应,前期水分胁迫可以影响作物后期叶面积和需水量的增减。以Jensen作物 水模型为基础,引入了水分胁迫后效应影响系数,对原模型进行了修正。修正后的模型可以将阶段水分胁迫与前期胁迫后效应对产量的影响加以区分,避免了原模型中可能产生的虚缺水现象,并可对作物(以玉米为例)前期水分胁迫处理后,后期需水量增加以及苗期胁迫处理可维持较高产量的原因进行合理解释。通过田间试验结果分析,改进后模型的模拟结果符合实际,并具有较好的精度。对模型存在的问题和不足也进行了探讨。     

水稻水分生产函数时空变异规律研究

基于对水稻Jensen模型中敏感指数在全生育期变化规律的认识,以生长曲线函数建立了水稻敏感指数累积函数,分析了其特征,从而解决了不同长时段敏感指数转换计算问题。较全面地揭示了水稻水分生产函数及其敏感指数累积函数中主要参数随气象条件及土壤因子变化的规律。通过参照作物需水量及其频率以及不同地区土壤有效含水量为媒介,建立了对水分敏感指标在不同水文年份 (时间)和不同地区 (空间)进行预报的数学模型,据此提出了水稻水分生产函数在时、空两方面插补、延长、移用与扩展的理论与方法。借助于参照作物需水量等值线图及土壤分布图,探讨了绘制水分生产函数及其主要参数等值线图的原理和方法。     

应用农田水量平衡模型估算土壤水渗漏量

建立了一个农田水量平衡模型。并据于模型假设的条件,模拟计算了在冬小麦-夏玉米及冬小麦-裸地条件下历年1m土层土壤水渗漏量。结果表明,土壤水渗漏量与季节内降水量呈正相关,但在不同作物种植制度下有不同的相关关系式。不同水文频率年型下的渗漏量具有明显的差异,湿润年型下比干旱年型下的渗漏量多70～140mm,冬小麦-裸地比冬小麦～夏玉米种植条件下的渗漏量多30～50mm。     

再生水灌溉条件下氮磷运移转化实验与数值模拟

利用二维饱和-非饱和土壤氮磷运移转化模型nitrogen-2D对污水灌溉试验的实测数据进行了分析, 结果证明所提出的模型可以较好的描述土壤中的水分运动和氮的转化运移过程, 土壤含水量及铵态氮剖面模拟值与实测数据吻合程度较好.用检验过的数学模型模拟了不同污水灌溉方案下土壤及地下水中不同形态氮及磷的变化情况, 分析了不同灌溉方案下土壤的氮磷平衡和农田养分平衡状况, 结果表明: 适度的污水灌溉, 硝态氮和无机磷不会淋溶出1.5m土层, 不会对地下水造成氮磷污染; 施入土壤的铵态氮, 由于有较强的吸附性, 不易被作物直接吸收, 49%转化成硝态氮, 作物根系吸收以硝态氮为主, 氮肥当季利用率为23.3%;反硝化是进行污水灌溉时旱地土壤氮素的主要损失形式, 约占施入氮量的12.6%.      

节水条件下土壤氮素的环境影响效应研究

土壤无机氮素的损失主要是铵氮的挥发损失和硝氮的反硝化和淋失.土壤水分和氮素含量的增加,都将增加氮肥淋失的潜在威胁,如处置不当,获得高产可能需要以环境的污染为代价.节水条件下土壤无机氮素的损失量有所减少,但是氮素利用效率也同时受到了土壤水分状况的限制.探讨了作物产量、氮素损失和农业生产要素(水分、氮素)实际投入量之间的关系,建立了节水条件下土壤氮素损失和环境评价概念型模型,通过在北京水利科学研究所永乐店灌溉试验站3年的试验资料对模型进行了参数求解及校验.     

喷灌条件下冬小麦田间水分运移数学模拟及灌溉模式的研究

为探讨节水高产喷灌模式,用数学模拟和田间试验相结合方法,研究了冬小麦在喷灌条件下田间水分运移规律。数学模拟结果与田间实测土壤含水率吻合良好。在此基础上模拟计算出不同喷灌定额下,消耗于作物蒸腾、表土蒸发和深层渗漏的水量,结果表明40～60mm喷灌定额下的农田水分无效消耗(表土蒸发+深层渗漏)最小,从而得出节水高产的冬小麦喷灌灌溉模式。经田间试验对比,获得相同产量条件下,本文提出的模式比现行喷灌模式节约灌溉水45%。     

既地下水采补平衡又冬小麦稳产的探讨

河北省太行山山前平原浅层地下水位持续下降,问题十分突出,然而,该区域又是我国优质冬小麦的重要产区。能否实现在浅层地下水采补平衡的同时做到冬小麦稳产,是该区域水资源保护和农业生产管理工作中亟待回答的重要问题。基于分布式水文模型的模拟结果表明:在该区域若要实现地下水位止降回升这一压采目标,仅利用浅层地下水进行灌溉,冬小麦的产量会减少40%以上。考虑到南水北调中线工程的引水线路自南向北贯穿河北省太行山山前平原,建议在冬小麦关键需水期的灌溉中采用“一水用浅层地下水另一水用南水北调水”的“修改的春浇两水”模式。基于模拟结果的估算表明:在这种限水灌溉模式下有望实现浅层地下水采补基本平衡且冬小麦基本稳产。值得注意的是,这种“修改的春浇两水”模式,需要南水北调中线引水工程每年提供的灌溉水量大约为8.6×108 m3,灌溉成本较纯井灌至少增加562.5～1282.5元/hm2。本研究可为我国最典型的浅层地下水超采区——河北省太行山山前平原探索保产量与节水并举的新路径提供定量化的参考。     

地下水埋深对作物产量与水分利用效率的影响及作物系数变化

采用排水式蒸渗仪试验,研究不同地下水埋深对冬小麦和春玉米产量和水分利用效率的影响及其作物系数的变化,表明冬小麦和春玉米生育期的地下水位分别控制在1.5 m和1.0 m以下时产量和水分利用效率最为适宜,作物系数随地下水埋深的变化而变化,幅度可达到0.5～0.6,作物系数最大值处于1.2 m埋深处。研究结果可为地下水埋深较...     

冬小麦遥感冠层温度监测土壤含水量的试验研究

在冬小麦主要生育期(2002年4月初到5月底),对不灌溉的冬小麦测定了冠层温度、地温、气温以及土壤含水量,计算了冠气温差且分析了冠层温度和冠气温差与不同土层厚度的土壤含水量相关关系。结果表明:14:00的冠层温度能较好地反映20cm土层的土壤含水量变化,但与其它各土层相关性有较大的波动性;14:00的冠气温差能较好地反映40cm以上土层的土壤含水量变化,二者的相关性很高,在20cm、40cm土层,两者相关系数R2分别为0.98866、0.99389,这为用区域遥感数据反演主要生育期冬小麦的冠气温差进而监测区域40cm土壤含水量提供了实验性的依据;拔节期和灌浆期,用14:00冠气温差来拟合各土壤层的土壤含水量有较高的精度,从而为用区域遥感数据监测区域土壤含水量提供了经验性的模型。     

对既保冬小麦产量又防承压水耗竭的灌溉策略之探讨

我国深层地下水超采最严重的区域当属华北平原的河北省黑龙港地区,该区域的深层承压含水层面临枯竭的安全风险。然而,黑龙港地区作为我国优质冬小麦的重要产区和河北省冬小麦的主产区,肩负着河北省确保冬小麦这一重要口粮稳产的责任。因此,冬小麦生育期的灌溉策略必须在区域尺度上兼顾深层地下水的禁采和冬小麦产量的稳定,这也是当前黑龙港地...