CN110264101A - 一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，包括以下步骤：1：结合作物蒸散量，设置不少于3组的灌溉淋洗水量，计算淋洗比例；2：测定灌溉水的电导、作物的耐盐阈值与减产系数，结合淋洗比例确定减产程度；3：根据淋洗比例、蒸散量、减产程度分析盐渍农田作物的单位水分生产力；4：确定多组淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系，获取三个拟合系数；5：根据拟合系数确定盐渍农田作物的单位水分生产力最大值和最佳淋洗比例；6：根据最佳淋洗比例确定最优的灌溉量。本发明降低了农田作物水分生产力优化的难度，所需参数较少且简单易测定，从而可以有效节约单位面积盐渍农田的灌溉量同时提高作物产量。

Description

一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法

技术领域

本发明属于农业水土工程技术领域，涉及一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法。

背景技术

随着我国经济和社会的快速发展，全社会对水资源的需求量不断提升，导致灌溉水资源被挤占。灌溉水资源短缺已成为制约盐渍地区农业可持续发展的瓶颈。通过各种节水措施提高作物水分生产力是高效节水技术和农业可持续发展的最终目标，优化作物水分生产力对盐渍化地区的水资源利用、管理和决策具有重要意义。明确盐渍农田的作物水分生产力变化特征，可针对性的制定水资源分配决策和优化方案以及指导农业生产。

在盐渍地区，农业灌溉承担着淋洗农田根区土壤盐分、保障作物生长及高产，尤其是提高作物水分生产力的功能。不合理的灌溉，不仅造成作物减产，加重了农田的次生盐渍化，而且降低了作物水分生产力，造成大量的人力物力浪费。作物水分生产力通常被定义为作物的经济产量与其蒸散量二者的比值。目前，有关作物水分生产力的研究较多，大多在田间通过设置多个灌溉量处理及采用田间灌溉试验的研究方法，来探讨不同灌溉量对作物水分生产力的影响；田间灌溉试验的周期较长，且影响作物生长及产量的因素(如：土壤质地、气象条件、灌溉制度等)较多，试验观测的工作量大(需要定期观测土壤含水量、含盐量、蒸发量、径流量、深层水分渗漏量等)，部分观测指标(如：深层水分渗漏量)的测定过程较为复杂或者难以直接测定，限制了该方法在大尺度及长时段的应用。此外，考虑到田间试验的影响因素较多且不易控制且测定过程耗财费时，部分研究也利用数值模拟模型方法研究不同灌溉量条件下的作物产量和作物蒸散量，分析作物水分生产力指标和评价田间用水管理策略。在田间尺度，CERES、Aqucrop等数值模型被广泛应用于研究作物水分生产力的变化特点。但是这些数值模拟模型通常需要输入大量的模型参数和精确测量的基本试验数据才能运行，部分参数(如：同化物分配等)无法实测或者需要根据经验进行设定，更重要的是这些数值模拟模型在使用时通常要求使用者具备较高的专业知识水平，这些都严重限制了该方法的大面积推广和应用。如何根据田间简单易于测定的数据来判断作物的产量及水分生产力，同时又省工省力适宜农民使用，以便于及时调整灌溉制度并优化作物水分生产力成为当前现代化农业生产中迫切需要解决的问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，解决了现有技术中存在的因田间试验的测定过程较为复杂或者难以直接测定、数值模拟模型对使用者的专业基础知识要求较高而造成的难以分析和优化作物水分生产力的问题。

本发明所采用的技术方案是，一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，具体按照以下步骤实施：

步骤1：结合盐渍灌区常规种植条件下作物全生育期的蒸散量，设置不少于3组的灌溉淋洗水量，计算淋洗比例；

步骤2：测定灌溉水的电导率、作物的耐盐阈值与减产系数，结合淋洗比例，确定盐渍农田作物的减产程度；

步骤3：根据淋洗比例、作物全生育期的蒸散量、减产程度分析盐渍农田作物的单位水分生产力；

步骤4：通过二次曲线确定步骤1的多组淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系，获取三个拟合系数；

步骤5：根据拟合系数确定盐渍农田作物的单位水分生产力最大值S和最佳淋洗比例；

步骤6：根据最佳淋洗比例和蒸散量确定盐渍农田最优的灌溉量。

本发明的特点还在于：

步骤1中，农田盐分的淋洗比例的计算公式为：

式中，LF是农田盐分的淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量，I是灌溉淋洗水量。

步骤2中，盐渍灌区作物的减产程度通过如下公式计算：

式中，RY为盐渍灌区作物的减产程度，EC_w为灌溉水的电导率，a为耐盐阈值，b为减产系数，LF为淋洗比例。

作物的耐盐阈值和减产系数可通过查阅联合国粮农组织灌溉排水丛书第56分册或农田的灌溉试验获得。

步骤3中，盐渍农田作物的单位水分生产力的计算公式为：

其中RET的计算公式为：

式中，RWP为盐渍农田作物的单位水分生产力，RY为盐渍灌区作物的减产程度，LF为淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量。

步骤4中，将不少于3组的淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系通过二次曲线进行描述：

RWP＝e*LF*LF+f*LF+g

式中，RWPI为单位水分生产力，LF为淋洗比例，e、f、g为拟合系数；

通过将多组(不少于3组)的淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力，进而获取拟合系数。

步骤5中，农田的作物单位水分生产力最大值通过如下公式获取：

最佳淋洗比例通过如下公式获取：

式中，S为农田的作物单位水分生产力最大值，e、f、g为拟合系数，SLF为最佳淋洗比例。

步骤6中，盐渍农田最优的灌溉量通过如下公式获取：

式中，SI为盐渍农田最优的灌溉量，ET是作物全生育期的蒸散量，SLF为最佳淋洗比例。

本发明的有益效果是，降低了农田作物水分生产力优化的难度，所需参数较少且简单易测定，从而可以有效节约单位面积盐渍农田的灌溉量同时提高作物产量，节约的灌溉水资源可用于扩大灌溉面积和改善盐渍地区的生态环境，对实现智能灌溉及高效节水灌溉提供了新方法。

附图说明

图1是本发明一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。

本发明一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，如图1所示。本实施例在新疆库尔勒地区包头湖农场的盐渍棉田进行，主要步骤如下：

步骤1：农田盐分的淋洗比例LF：新疆库尔勒地区的淡水资源缺乏而浅层的微咸水丰富，土壤含盐量较高，光热资源充足，适宜种植耐盐碱性较强的棉花等作物。库尔勒地区包头湖农场的棉田蒸散量多年平均值为500mm，当地棉田常用的灌溉淋洗水量为526-588mm。棉田盐分的淋洗比例通过如下公式计算：

式中，LF是农田盐分的淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量，I是灌溉淋洗水量。

进而可以确定当地常用的盐分淋洗比例为0.05-0.20。本实施例中淋洗比例分别选取三组，为：0.06、0.10、0.16。

步骤2：作物的耐盐阈值及减产系数：棉田的耐盐碱性较强，通过查阅联合国粮农组织(FAO)灌溉排水丛书第56分册可知棉田的耐盐阈值及减产系数分别为7.7dS/m和5.2％，详见表1。

表1棉田的耐盐参数

确定盐渍灌区的减产程度：首先确定灌溉水的电导率，经现场测定新疆石河子地区安集海灌区的灌溉水电导率为4dS/m，结合给定的盐分淋洗比例及棉田的耐盐阈值及减产系数，通过如下公式：

式中，RY为盐渍灌区作物的减产程度，EC_w为灌溉水的电导率，a为耐盐阈值，b为减产系数，LF为淋洗比例。

进而可以获得盐渍灌区的棉田减产程度，如表2所示。

表2棉田的减产程度

淋洗比例	0.06	0.10	0.16
				灌溉水电导率(dS/m)	4	4	4
减产程度(％)	82.45	36.23	10.23

步骤3：盐渍农田作物的单位水分生产力：通过如下公式：

其中RET的计算公式为：

式中，RWP为盐渍农田作物的单位水分生产力，RY为盐渍灌区作物的减产程度，LF为淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量。

进而获取盐渍农田作物的单位水分生产力，具体如表3所示。

表3盐渍农田的单位水分生产力

淋洗比例	0.06	0.10	0.16
				灌溉水电导率(dS/m)	4	4	4
盐渍农田的单位水分生产力(％)	17.55	63.77	89.77

步骤4：将得到的盐分淋洗比例数据及相应的盐渍农田作物的单位水分生产力数据输入到OFFICE办公软件EXCEL表格中，多组(不少于3组)淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系可通过二次曲线进行描述：

RWP＝e×LF×LF+f×LF+g

式中，RWPI为单位水分生产力，LF为淋洗比例，e、f、g为拟合系数。

具体为通过二次项拟合功能可以快速获得拟合参数e、f、g的值及方程，即确定多组(不少于3组)淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系，获取三个拟合系数。

RWP＝-7223.3×N×N+2178.2×N-88.19

本例中e为-7223.3、f为2178.2、g为-88.19。

本步骤中也可以通过联立方程组的方式进行求解。

步骤5：盐渍农田的作物单位水分生产力最大值通过如下公式获取：

最佳淋洗比例通过如下公式获取：

式中，S为农田的作物单位水分生产力最大值，e、f、g为拟合系数，SLF为最佳淋洗比例。

因此，对应的盐渍农田的盐分最佳淋洗比例为0.16，盐渍农田的作物单位水分生产力最大值为76.02％。

步骤6：已知盐渍农田盐分的最佳淋洗比例为0.16和棉花蒸散量为500mm，则盐渍农田最优的灌溉量SI可通过如下公式获取：

因此盐渍农田最优的灌溉量SI通过计算可调整为588mm，此时对应的盐渍农田的作物单位水分生产力最大值为76.02％。

通过采用这种方法，将棉田的灌溉量优化调整到588mm，既提高了棉田的产量又兼顾优化了棉田的水分生产力，还节约了宝贵的灌溉水资源，达到节水、高产、高效的目的。同时，又节省了人力物力，避免过量灌溉进一步加重盐碱农田的次生盐渍化问题。本发明的方法步骤简单，监测指标少，灵活易操作，具有广阔的应用前景。

本发明相比现有技术具有如下优点：

1.农田作物水分生产力是盐渍化农田制定水资源合理分配决策方案的重要指标。本发明通过监测盐渍农田的作物全生育期的蒸散量数据和灌溉量以及灌溉水的电导率资料，即可计算农田的作物的减产程度及分析作物的单位水分生产力，计算过程的理论基础明确，可重复进行，可信度较高。

2.本发明提供的优化方法，所需的参数较少且简单易测定，降低了农田作物水分生产力优化的难度，便于大面积推广应用。

3.利用本发明优化盐渍农田的作物单位水分生产力，可以有效节约单位面积盐渍农田的灌溉量同时提高作物产量，节约的灌溉水资源可用于扩大灌溉面积和改善盐渍地区的生态环境。

Claims (8)

1.一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：

步骤1：结合盐渍灌区常规种植条件下作物全生育期的蒸散量，设置不少于3组的灌溉淋洗水量，计算淋洗比例；

步骤2：测定灌溉水的电导率、作物的耐盐阈值与减产系数，结合淋洗比例，确定盐渍农田作物的减产程度；

步骤3：根据淋洗比例、作物全生育期的蒸散量、减产程度分析盐渍农田作物的单位水分生产力；

步骤4：通过二次曲线确定淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系，获取三个拟合系数；

步骤5：根据拟合系数确定盐渍农田作物的单位水分生产力最大值和最佳淋洗比例；

步骤6：根据最佳淋洗比例和蒸散量确定盐渍农田最优的灌溉量。

2.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤1中，农田盐分的淋洗比例的计算公式为：

式中，LF是农田盐分的淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量，I是灌溉淋洗水量。

3.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤2中，盐渍灌区作物的减产程度通过如下公式计算：

式中，RY为盐渍灌区作物的减产程度，EC_w为灌溉水的电导率，a为耐盐阈值，b为减产系数，LF为淋洗比例。

4.根据权利要求3所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述作物的耐盐阈值和减产系数可通过查阅联合国粮农组织灌溉排水丛书第56分册或农田的灌溉试验获得。

5.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤3中，盐渍农田作物的单位水分生产力的计算公式为：

其中RET的计算公式为：

式中，RWP为盐渍农田作物的单位水分生产力，RY为盐渍灌区作物的减产程度，LF为淋洗比例，ET是作物全生育期的蒸散量。

6.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤4中，将不少于3组的淋洗比例与相应的盐渍农田作物的单位水分生产力的关系通过二次曲线进行描述，获取拟合系数：

RWP＝e*LF*LF+f*LF+g

式中，RWPI为单位水分生产力，LF为淋洗比例，e、f、g为拟合系数。

7.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤5中，农田的作物单位水分生产力最大值通过如下公式获取：

最佳淋洗比例通过如下公式获取：

式中，S为农田的作物单位水分生产力最大值，e、f、g为拟合系数，SLF为最佳淋洗比例。

8.根据权利要求1所述的一种盐渍农田的作物水分生产力的优化方法，其特征在于，所述步骤6中，盐渍农田最优的灌溉量通过如下公式获取：

式中，SI为盐渍农田最优的灌溉量，ET是作物全生育期的蒸散量，SLF为最佳淋洗比例。