摘 要: 非充分灌溉条件下作物灌溉制度优化可以(2)
2013-09-01 01:01
导读：根系层底部水分交换量Q 可采用不同的方法进行估计,如简化法(近似认为Q= 0)、零通量面法、经验方法等。在水量平衡模拟中采用经验方法比较合适,本文采
根系层底部水分交换量Q 可采用不同的方法进行估计,如简化法(近似认为Q= 0)、零通量面法、经验方法等。在水量平衡模拟中采用经验方法比较合适,本文采用文[5]的公式计算。
式中: a、d 为经验参数; Wf 为根系层田间持水量为根系层底部水分交换的临界贮水量,与土壤持水能力、地下水埋深等因素有关,在地下水位变化不大时,可近似视为常数。
根据土壤特性及实测的土壤水分动态变化过程,可以确定以上公式中的参数,然后即可进行不同灌溉制度下土壤水分的动态模拟,得到相应的田间腾发过程E T t。
作物水分生产函数与水分敏感指数累积函数作物水分生产函数反映了田间水分消耗与作物产量之间的关系,常用的作物水分生产函数模型包括最终产量模型和动态产量模型两大类。其中最常用的模型是最终产量模型中的Jensen 模型Πλ式中: y 为相对产量, Y、E T i 分别为实际产量与第阶段腾发量, Ym 、E T m , i分别为充分供水条件下的最大产量与第i 阶段腾发量, n 为作物生育阶段数λ为第i 阶段的水分敏感指数。
根据有关研究结果,作物水分敏感指数具有生育期始末较小而中间较大的特点,可以用曲线来描述其累积函数式中A、B、C为经验系数。从ti- 1 到ti 时段的水分敏感指数可以表示为λ根据农田水量平衡模拟中得到田间腾发过程利用作物水分生产函数模型即可估算出一定灌溉制度下的作物相对产量。
以灌水日期为决策变量的作物灌溉制度优化模型及其求解方法在给定的气象条件下,作物相对产量y 是灌溉制度(包括灌水次数k、每次的灌水日期Ti 和定额、灌溉定额M)的函数,即式中: T、m分别为k 维灌溉日期向量、灌水定额向量。
灌水定额mi 与作物、土质、灌水方法等有关系可以根据实际情况确定; 灌水次数k 取决于可利用的灌溉水量(灌溉定额)。因此在一定的灌溉水量下,一种作物的优化灌溉制度主要是确定合理的灌水日期,使得作物相对产量达到最大。因此可以建立以灌水日期为决策变量的灌溉制度优化模型,即… + mk ≤由于灌溉定额与作物产量间的关系很难用一个简单的函数关系来表示,只能通过农田水量平衡模拟和作物水分生产函数模型估算出一定灌溉制度下的作物相对产量。以上模型的优化可以利用非线性规划的搜索方法来进行,由于灌水定额可以根据实际情况确定,因此只对灌水日期进行优化,共有k 个变量。本文中采用单纯形搜索法进行优化求解,该方法是由N elder 和M ead 提出的一种求解非线性规划的直接搜索法,具体方法见文[7]。
（转载自中国科教评价网http://www.nseac.com）
模型应用根据北京永乐店试验站1999 年冬小麦返青后的有关试验资料,应用以上模型对不同灌溉定额下的优化灌溉制度进行了模拟与分析。永乐店试验站位于北京市东南郊(116.8°E 、39.7°N ), 试验地共有30 个试验小区,每个小区面积为50 m 2, 土壤为砂壤土,主要观测项目包括气象、土壤水分、作物生长状况等。研究时段为冬小麦返青以后,可以分为个生育期: 返青期(3 月15 日—4 月10 日)、拔节期月11 日—4 月30 日)、抽穗期(5 月1 日—5 月日)、灌浆期(5 月26 日—6 月12 日)。
期间降水总量为85. 5 m m , 接近多年平均水平; 根据P enm an -M onteith 公式[ 4 ] 计算得到的参考作物腾发量E T 0 为308. 0 m m , 日均3.42 m m /d。
土壤水量平衡模拟考虑1 m 土层深度,根据实测土壤含水量资料,返青期初1 m 土层贮水量的均值为标准差为28 m m 。
根据有关研究成果[ 5 ] 及1999 年田间试验资料确定了土壤水量平衡模型中的有关参数[ 6 ] 。式(3)中作物系数Kc 的参数为根据Kc 和逐日E T 0 计算出返青以后冬小麦最大腾发量为319.2 m m , 日均3.55 m m /d。式(4)中土壤水分胁迫系数Ks 的参数为。式(5)中根系层底部水分交换量的参数为: Wf= 365 m m , a= 0.013, d= 2。
作物水分敏感指数累积函数采用文[5]中根据北京永乐店和山西鼓水两个试验站资料分析的结果,式(7)中的参数为。根据这些参数,可以计算出逐日的水分敏感指数,其中抽穗期、灌浆期水分敏感指数较大,灌浆初期(5 月底)达到最大值0.014 6。
