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基于WEAP模型的丰乐河灌区渠系配水优化
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作者 邓建伟 张新民 +1 位作者 李昂 降亚楠 《排灌机械工程学报》 北大核心 2025年第5期505-514,共10页
以甘肃省酒泉市丰乐河灌区为研究区域,在选取典型水文年、概化灌区配水工程、精细识别灌区种植结构和确定不同渠道灌溉控制面积作物需水量的基础之上,以灌溉需水缺水量最小为目标函数,构建了基于WEAP模型的精细时空尺度灌区渠系配水优... 以甘肃省酒泉市丰乐河灌区为研究区域,在选取典型水文年、概化灌区配水工程、精细识别灌区种植结构和确定不同渠道灌溉控制面积作物需水量的基础之上,以灌溉需水缺水量最小为目标函数,构建了基于WEAP模型的精细时空尺度灌区渠系配水优化模型.在考虑了作物空间分布和各生育期需水的基础上,选取并对比了6种不同的渠道配水优先次序方案下灌区的配水过程以及产生的灌溉效益.研究结果表明:在极端干旱的典型水文年,灌区渠系经验配水方式与作物实际需水不匹配的问题十分突出,会造成配水次序靠后区域的作物减产;在保障河道内生态流量的前提下,给偏好作物优先配水的配水次序与对应作物需水的耦合度更高,配水结果更合理;考虑优先供给灌区玉米种植区域的配水次序方案能在保证灌区灌溉效益公平性的同时获取更高的作物产量和经济效益,产量高出其他方案均值的6.9%,经济效益高出其他方案均值的10.5%;考虑优先次序相同的方案渠道缺水率的偏差仅为0.067,优于灌区习惯配水单年次序的0.163和双年次序的0.164.研究结果为提高灌区水资源利用效率和效益等提供重要技术依据. 展开更多
关键词 渠系优化配水 WEAP模型 种植结构 配水优先级
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渭河流域主要作物对干旱胁迫的响应及关键期水分阈值 被引量:1
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作者 彭郅雯 畅建霞 +4 位作者 郭爱军 王义民 牛晨 黄梦迪 王振 《农业工程学报》 北大核心 2025年第13期163-172,共10页
干旱是造成干旱区农业减产的一个重要因素。为探究农业产量在干旱胁迫下的损失特性,该研究以渭河流域的泾惠渠灌区为研究区域,选择区域内主要农作物(夏玉米与冬小麦)为研究对象,以各农作物模拟产量与统计产量差值最小为目标对AquaCrop-O... 干旱是造成干旱区农业减产的一个重要因素。为探究农业产量在干旱胁迫下的损失特性,该研究以渭河流域的泾惠渠灌区为研究区域,选择区域内主要农作物(夏玉米与冬小麦)为研究对象,以各农作物模拟产量与统计产量差值最小为目标对AquaCrop-OSPy模型的敏感性参数进行率定;采用率定好的模型模拟2种农作物在不同干旱胁迫场景下的产量;采用“S”型增长曲线拟合缺水率与减产率的变化关系,同时使用方差分析方法量化不同月份缺水率对农作物减产率的影响。结果表明:当缺水率较小或较大时,减产率受限于供水总量,此时通过优化灌溉过程缩小减产率的效果不佳;“S”型曲线能够表示农业产量受旱胁迫时三阶段、多拐点的响应特征;当夏玉米与冬小麦生育期总缺水率分别为23%、25%时,两农作物的减产率开始增加,缺水率分别为32%、35%时,减产率增加速度达到最大,缺水率分别为41%、45%时,减产率趋于极值;6月与11月的缺水率分别对夏玉米和冬小麦的影响最大,且当6月与11月缺水率大于75%时,农作物的减产率趋于极大值的可能性变大。研究结果可为揭示干旱胁迫下农作物产量响应规律,优化农业抗旱减灾策略提供了科学依据。 展开更多
关键词 干旱胁迫 水分 作物生长模型 农业产量模拟 “S”型曲线
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基于多特征选择的鲜食玉米需水量预测及可解释性分析 被引量:1
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作者 李晶晶 张钟莉莉 +3 位作者 闫华 郑文刚 李腾 阚晓晴 《农业工程学报》 北大核心 2025年第10期101-108,共8页
鲜食玉米是一种高附加值农产品,精确的需水量预测对于科学灌溉保障其产量和品质至关重要。该研究基于大型称重式蒸渗仪与气象采集设备在线获取连续2茬次的鲜食玉米需水量及气象数据,联合布尔塔算法(boruta algorithm,Boruta)与最小绝对... 鲜食玉米是一种高附加值农产品,精确的需水量预测对于科学灌溉保障其产量和品质至关重要。该研究基于大型称重式蒸渗仪与气象采集设备在线获取连续2茬次的鲜食玉米需水量及气象数据,联合布尔塔算法(boruta algorithm,Boruta)与最小绝对收缩和选择算法(least absolute shrinkage and selection operator,LASSO)筛选了影响鲜食玉米需水量变化的主要气象特征,并建立梯度提升决策树(categorical boosting,CatBoost)、长短期记忆网络(long short-term memory,LSTM)、随机森林(random forest,RF)3种鲜食玉米需水量预测模型,最后采用shapley additive explanations(SHAP)方法对预测模型进行全局和局部的事后可解释性分析。结果表明:通过Boruta与LASSO联合的特征选择方法,明确了日平均温度、日最高温度、日最低温度、日平均相对湿度、日平均风速、日平均气压、日累计日照时数是影响鲜食玉米需水量的潜在因子,CatBoost模型对鲜食玉米需水量的预测效果最佳,其平均绝对误差(0.018 9)、均方误差(0.000 6)和均方根误差(0.055 2)均最小,并且用时最短(23.93 s)。进一步根据可解释性分析发现,日最低温度、日平均温度、日累计日照时数是影响鲜食玉米需水量的关键因子,随着空气温度和日照时数的增加,鲜食玉米的需水量也随之升高。研究成果可为北京地区鲜食玉米的精确水分管理提供参考。 展开更多
关键词 特征选择 机器学习 模型 鲜食玉米 需水量预测 SHAP
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水位、水量、产量联控的华北平原地下水超采区节水灌溉多目标优化 被引量:2
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作者 井淼 张江江 +4 位作者 刘瑾 杨思敏 谢一凡 孙梦雅 鲁春辉 《水资源保护》 北大核心 2025年第2期184-192,共9页
为探索地下水位、灌溉水量、作物产量联控下华北平原农作物节水灌溉方案,通过耦合基于FloPy的地下水数值模型、作物需水模型和NSGA-Ⅱ多目标优化模型,研发了水位、水量、产量联控的节水灌溉多目标优化模拟框架irrigmoo。以华北平原中东... 为探索地下水位、灌溉水量、作物产量联控下华北平原农作物节水灌溉方案,通过耦合基于FloPy的地下水数值模型、作物需水模型和NSGA-Ⅱ多目标优化模型,研发了水位、水量、产量联控的节水灌溉多目标优化模拟框架irrigmoo。以华北平原中东部的沧州市作为研究区,通过收集实地资料,进行了地下水数值模型校正、作物需水模型构建以及NSGA-Ⅱ多目标优化模型配置,获得了限水灌溉条件下灌溉方案的帕累托非劣解集,并优选了代表性的地下水压采和水源置换方案。结果表明:若将灌溉用水中地下水的比例压减42.13%,并将15.28%的地下水置换为替代水源,可实现深层地下水位回升2.36 m,灌溉水量减少26.86%,冬小麦产量下降3.94%;若禁止开采地下水用于灌溉,且将现状开采量的37%置换为替代水源,有望实现深层地下水位回升8.95 m,灌溉水量减少62.87%,冬小麦减产12.70%,且产量仍在约束范围内。 展开更多
关键词 限水灌溉 地下水超采 地下水位 地下水数值模型 多目标优化 粮食产量 华北平原
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基于CROPWAT模型的玉米水分盈亏及灌溉制度研究 被引量:8
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作者 杜崇 王天倚 +2 位作者 聂堂哲 戴长雷 李铁成 《节水灌溉》 北大核心 2020年第8期91-97,共7页
为研究黑龙江省中部地区玉米生育期内需水量、水分盈亏指数(CWSDI)、干旱等级变化和不同水文年灌溉制度,基于哈尔滨市1955-2014年气象数据、土壤数据和玉米作物参数,利用CROPWAT模型计算玉米生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量,计... 为研究黑龙江省中部地区玉米生育期内需水量、水分盈亏指数(CWSDI)、干旱等级变化和不同水文年灌溉制度,基于哈尔滨市1955-2014年气象数据、土壤数据和玉米作物参数,利用CROPWAT模型计算玉米生育期内需水量、有效降雨量和灌溉需水量,计算水分盈亏指数并划分干旱等级,采用Mann-Kendall趋势检验分析以上因素变化趋势,针对不同典型水文年制定灌溉制度。结果表明,该地区1955-2014年生育期内玉米需水量以9.41 mm/10 a的速率下降;丰水年、平水年,枯水年和特枯水年需水量分别为407.80、423.80、452.00和485.60 mm;多年平均CWSDI没有明显变化,生育期内每月CWSDI变化较为明显,干旱等级分析表明在玉米生长初期和生长后期较干旱;不同水文年干旱情况不同,除丰水年外,有效降雨量均难以满足玉米生育期内需水量,不同典型水文年应建立不同的灌溉制度。特枯水年、枯水年和平水年的灌水净定额分别为151.30、117.10和39.70 mm。 展开更多
关键词 玉米 需水量 水分盈亏指数 cropWAT模型 灌溉制度
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宁夏引黄灌区玉米吸收水分溯源及水分利用效率研究 被引量:1
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作者 王雨欣 毛舒月 +4 位作者 马国荣 马永成 庄淏然 许德浩 冯克鹏 《节水灌溉》 北大核心 2025年第1期9-20,共12页
研究干旱区作物水分供应与利用效率问题对优化农田灌溉制度和提升水资源的高效利用具有重要意义。本文以宁夏青铜峡引黄灌区玉米为研究对象,采用稳定氢氧同位素技术定量化追踪大气降水、土壤水和玉米木质部水的同位素特征,综合运用直接... 研究干旱区作物水分供应与利用效率问题对优化农田灌溉制度和提升水资源的高效利用具有重要意义。本文以宁夏青铜峡引黄灌区玉米为研究对象,采用稳定氢氧同位素技术定量化追踪大气降水、土壤水和玉米木质部水的同位素特征,综合运用直接对比法、MixSIAR模型和蒸散分离技术,深入剖析了玉米在其生育期内的主要吸水深度、各阶段的相对贡献率以及水分利用效率(WUE)及其受环境因素的影响。结果表明:玉米主要吸收0~30 cm的浅层土壤水分,其在不同生育阶段的平均贡献率分别为:44.10%(出苗期)、35.44%(拔节期)、41.54%(抽穗期)、41.66%(灌浆期)和48.10%(成熟期);在整个生育期,WUE呈现波动上升趋势,受到饱和水汽压差、土壤温度和空气温度等环境因素的显著影响。结果揭示了该地区玉米生长发育过程中,对浅层土壤水分的高度依赖性和随着生育期发展水分利用效率显著提升的特性。 展开更多
关键词 氢氧稳定同位素 蒸散分离 TG模型 总初级生产力 作物蒸腾 根系水分来源 吸水深度
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膜下滴灌水源矿化度对棉花生长的影响及AquaCrop模拟 被引量:9
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作者 杨广 雷杰 +6 位作者 孔春贤 何新林 李鹏飞 王春霞 李小龙 李毅 李发东 《农业工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第21期83-92,共10页
利用微咸水灌溉是缓解干旱区灌溉淡水资源短缺的有效途径。为探讨膜下滴灌水源矿化度对棉花植株体内盐分累积、生长及产量的影响,该研究开展了2 a(2020-2021年)测坑试验,共设置6个灌溉水矿化度,分别为1、2、3、4、5和6 g/L,分析了棉花... 利用微咸水灌溉是缓解干旱区灌溉淡水资源短缺的有效途径。为探讨膜下滴灌水源矿化度对棉花植株体内盐分累积、生长及产量的影响,该研究开展了2 a(2020-2021年)测坑试验,共设置6个灌溉水矿化度,分别为1、2、3、4、5和6 g/L,分析了棉花生育期内不同土层盐分累积规律,构建了不同矿化度水源膜下滴灌棉花的AquaCrop作物生长模型。结果表明:1)不同矿化度水源膜下滴灌棉花土壤盐分在40~60 cm土层积累量达到峰值,80~100 cm土层盐分积累较少。不同矿化度水源膜下滴灌棉花2 a末40~60 cm土层盐分分别累积44.29%、42.68%、43.40%、34.92%、35.69%、39.32%。2)灌溉水源矿化度为3~4 g/L时棉花生长指标和产量优于其他处理,且不会造成盐分累积过高,灌溉水源矿化度为4 g/L与1 g/L相比棉花各生长指标和产量受到影响较小,综合考虑棉花适宜灌溉水源为3~4 g/L之间。3)通过构建AquaCrop作物生长模型模拟冠层覆盖度、地上干物质量模拟值与实测值的决定系数大于等于0.812,标准均方根误差不大于24.1,一致性指数不小于0.984,模拟效果较好。棉花产量模拟值与实测值的相对误差RE小于9.28%,可见AquaCrop作物生长模型能较好地模拟不同矿化度水源膜下滴灌棉花生长发育过程,可用于产量预测和农业水资源优化管理。研究结果可为干旱区咸水资源膜下滴灌技术可持续利用提供依据。 展开更多
关键词 盐分 灌溉 棉花 咸水 矿化度 膜下滴灌 作物生长模型
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生育期划分下的粮食作物水分供需空间匹配方法
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作者 赵金玲 董春 杨妍 《遥感信息》 北大核心 2025年第4期52-59,共8页
为解决水资源短缺威胁粮食生产的问题,提出了基于粮食作物类别,结合作物水分亏缺指数与水资源短缺评估综合指数描述农业水资源短缺评估的方法。以湖北省的水稻、玉米和冬小麦为例,利用遥感数据构建水资源短缺评估综合指数量化全年农业... 为解决水资源短缺威胁粮食生产的问题,提出了基于粮食作物类别,结合作物水分亏缺指数与水资源短缺评估综合指数描述农业水资源短缺评估的方法。以湖北省的水稻、玉米和冬小麦为例,利用遥感数据构建水资源短缺评估综合指数量化全年农业水资源供需关系,采用作物水分亏缺指数按作物生育期对水资源短缺情况进行时空分析。结果表明:湖北省冬小麦全生育期内水分供需平衡,水稻和玉米水资源短缺,其中水稻孕穗、抽穗期重旱面积占比分别为38.11%、74.09%,乳熟期特旱面积占比37.25%,玉米抽雄吐丝期重旱面积占比57.27%;鄂中部、鄂北部地区农业水资源受外部环境影响较大,应合理配置种植结构以及水土资源。基于此分析农业干旱的时空分布和发生规律,可以为提高粮食生产效率与合理布局提供技术支持。 展开更多
关键词 粮食作物 农业水资源 作物需水量 农业干旱 作物水分亏缺指数
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基于降水及作物需水的粮烟种植制度优化分析
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作者 汪福松 高明博 +6 位作者 王林虹 付玮 杨照 胡舒婷 郭军康 海江波 白银萍 《西南农业学报》 北大核心 2025年第3期469-478,共10页
[目的]分析陕西省不同粮烟种植模式下的作物需水量及水分亏缺指数,筛选出高水分利用、免/低灌溉需水的粮烟种植模式。[方法]基于联合国粮食和农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)推荐的作物系数法,... [目的]分析陕西省不同粮烟种植模式下的作物需水量及水分亏缺指数,筛选出高水分利用、免/低灌溉需水的粮烟种植模式。[方法]基于联合国粮食和农业组织(Food and Agriculture Organization of the United Nations,FAO)推荐的作物系数法,并运用水分亏缺指数模型(Crop water deficit index,CWDI),结合2014—2023年的气象、土壤数据和区域作物种植生育资料,分析陕北、关中和陕南地区烤烟、夏播大豆、甘薯和夏玉米单作及与烤烟间套作的作物系数、需水特性、水分亏缺及空间分布规律。[结果]生长初期作物系数(K_(cini))表现为陕南>关中>陕北,生长中期作物系数(K_(cmid))和生长末期作物系数(K_(cend))则相反。烤烟需水量最高,夏玉米最低;烤烟单作较烤烟间套作夏播大豆、夏玉米需水量增加,陕北分别增加10.63%、23.85%,关中分别增加9.38%、22.18%,陕南分别增加9.24%、19.85%。间套作模式可降低夏玉米和夏播大豆的水分亏缺(陕北夏玉米CWDI降低9.89%),但增加甘薯的亏缺(陕北甘薯CWDI增加4.28%)。[结论]陕西省粮烟复合种植制度的优化能够改善降水利用效率,减少农业灌溉用水。陕南适宜烟—薯间套作,陕北和关中地区均建议优先采用烤烟与夏玉米间套作,其次为烤烟与夏播大豆间套作。烤烟与夏玉米间套作较烤烟单作可减少约20%需水量,减少灌溉需求,有效缓解区域水资源短缺,为农业节水和气候变化背景下的可持续种植提供科学依据。 展开更多
关键词 陕西省 粮烟 需水量 水分亏缺指数 种植制度
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基于CROPWAT-DSSAT关中地区冬小麦需水规律及灌溉制度研究 被引量:28
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作者 王文佳 冯浩 《中国生态农业学报》 CAS CSCD 北大核心 2012年第6期795-802,共8页
明确关中地区作物需水规律可为合理制定灌溉制度提供理论前提,从而为合理开发和高效利用农业水资源提供帮助。该文基于CROPWAT-DSSAT模型模拟分析了关中地区近30年来冬小麦生长季期间的有效降水量、作物需水量等季节变化特征,并模拟不... 明确关中地区作物需水规律可为合理制定灌溉制度提供理论前提,从而为合理开发和高效利用农业水资源提供帮助。该文基于CROPWAT-DSSAT模型模拟分析了关中地区近30年来冬小麦生长季期间的有效降水量、作物需水量等季节变化特征,并模拟不同降水年型不同灌溉制度下作物产量的变化趋势,分析了多次灌水对产量及经济效益的影响,以确定不同降水年型下的最优灌溉方案。结果表明:关中地区冬小麦生长季期间有效降水量不足其需水量的50%,不同降水年型的季节特征有所不同,总体表现为越冬及返青拔节期缺水较为严重。冬小麦生长期间,越冬水、返青水、拔节水及灌浆水4水中以返青水最为关键,其次为拔节水,灌浆水对产量的贡献作用最小;丰水年、平水年、枯水年冬小麦最佳灌溉定额分别为75 mm、125 mm及150 mm;枯水年需在越冬期、返青期和拔节期分别灌水25 mm、75 mm和50 mm,此时冬小麦产量和经济收益均最高;平水年需在越冬期、返青期、拔节期分别灌水50 mm、50 mm和25 mm,此时冬小麦产量最高,越冬水灌溉量减半后经济效益最高;丰水年则需在越冬期、返青期和拔节期均灌溉25 mm为宜,此时冬小麦产量和经济效益均最高。 展开更多
关键词 DSSAT-cropWAT模型 节水灌溉 冬小麦 关中地区 降水年型 需水规律 灌溉制度
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基于LMDI模型的四川盆地作物水足迹时空演变及驱动因素分析 被引量:2
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作者 阳君 肖作林 徐伟峰 《水资源保护》 北大核心 2025年第1期160-169,共10页
为探究四川盆地农业水足迹演变特征及驱动因素,分析了2001—2021年四川盆地主要农作物蓝水、绿水、灰水和白水足迹时空演变特征。利用LMDI模型从技术、环境和社会维度识别了作物水足迹变化的驱动因素,并从全局与局部视角探讨了不同驱动... 为探究四川盆地农业水足迹演变特征及驱动因素,分析了2001—2021年四川盆地主要农作物蓝水、绿水、灰水和白水足迹时空演变特征。利用LMDI模型从技术、环境和社会维度识别了作物水足迹变化的驱动因素,并从全局与局部视角探讨了不同驱动因素的差异性。结果表明:2001—2021年四川盆地作物水足迹呈现先上升后下降的趋势;各市作物水足迹在空间上表现为北高南低的分布特征;从全局看,不同驱动因素对作物水足迹变化的影响程度由大到小依次为经济效应、人口变化效应、技术效应、水足迹强度效应、节水效应、生产效应,经济效应和人口变化效应是最强的促进和抑制因素,贡献值分别为82.90亿m^(3)和-51.55亿m^(3);从局部看,技术效应与人口变化效应在空间上存在错位现象,生产效应、节水效应和水足迹强度效应在空间上表现为双向驱动作用。 展开更多
关键词 农业水足迹 作物水足迹 LMDI模型 四川盆地
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气候变化背景下宁夏春小麦灌溉需水量模拟与预测
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作者 李鑫龙 谭军利 +1 位作者 王西娜 杨程雅 《节水灌溉》 北大核心 2025年第6期106-114,121,共10页
探讨气候变化对宁夏引黄灌区春小麦灌溉需水量的影响。利用本地化处理后的WOFOST模型及优化后的CMIP6数据建立未来宁夏引黄灌区春小麦生长模型,通过模型模拟结果和气候土壤条件分析灌溉用水需求变化并对影响因素进行分析。降水量在研究... 探讨气候变化对宁夏引黄灌区春小麦灌溉需水量的影响。利用本地化处理后的WOFOST模型及优化后的CMIP6数据建立未来宁夏引黄灌区春小麦生长模型,通过模型模拟结果和气候土壤条件分析灌溉用水需求变化并对影响因素进行分析。降水量在研究区有明显的南高北低、东高西低的空间分布,在SSP126、SSP245和SSP585模式下平均月净降水量分别为惠农、惠农和银川最高,分别为0.025、0.351和0.410 mm;由于蒸发量的增加导致降低了未来夏季有效降水量;春小麦生育期所需的灌溉量随碳排放量的增加而增大,在SSP126、SSP245和SSP585情景下,分别为460~520、480~560和410~590 mm;各试验站春小麦生育期灌溉需水量整体波动幅度随碳排放量的增加而增大;预计宁夏引黄灌区SSP585春小麦未来总灌溉需水量为2.05~2.69亿m^(3);春小麦灌溉需水量与生育期内平均风速、平均最高温、平均辐射量、土表总蒸发和作物总蒸腾呈显著正相关关系,与生育期内降水量呈显著负相关关系,其中受作物总蒸腾影响最大,相关性指数达0.81。气候变化导致的气象因素变化将对春小麦生育期灌溉需水量变化起较大影响,远期有增加趋势且总体随碳排放量的增加而增加。 展开更多
关键词 春小麦 灌溉需水量 气候变化 M-K检验 预测模型 碳排放情景
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基于PSR模型的宁夏清水河流域生态系统健康评价
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作者 魏怡敏 李金燕 +1 位作者 武佳维 马占存 《人民黄河》 北大核心 2025年第5期114-118,共5页
流域生态系统健康评价研究在水污染防治和生态环境保护等方面具有重要意义。根据清水河流域实际情况,基于PSR模型构建清水河流域生态系统健康评价指标体系,采用层次分析法确定各评价指标权重,并采用综合评价指数法对清水河流域生态系统... 流域生态系统健康评价研究在水污染防治和生态环境保护等方面具有重要意义。根据清水河流域实际情况,基于PSR模型构建清水河流域生态系统健康评价指标体系,采用层次分析法确定各评价指标权重,并采用综合评价指数法对清水河流域生态系统健康进行评价,结果表明:2000年至2020年,清水河流域生态系统健康综合指数由0.2450上升至0.5933,流域整体健康等级由一般病态演变为亚健康;2010年流域生态系统健康综合指数较2000年小幅增大,2020年流域生态系统健康综合指数较2010年显著增大,表明流域生态环境得到明显改善,且生态系统结构、功能较为完善,受人类活动干扰后具有一定恢复能力;植被生态需水量对流域生态系统健康所产生的影响仅次于水资源总量。 展开更多
关键词 生态需水量 PSR模型 生态系统健康评价 清水河流域
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经济-水足迹-碳汇目标下不同水文年农作物种植结构的优化——以山西省和顺县为例
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作者 陆晓蓝 李永强 +4 位作者 郭青霞 申永恒 贾一堃 韦月涵 张浚哲 《生态学报》 北大核心 2025年第13期6194-6206,共13页
气候变化、水资源短缺及耕地分配不合理对粮食生产影响显著。调整作物种植结构对增强区域粮食安全、生态保护和促进农业可持续发展至关重要。以山西省和顺县为例,构建基于经济、作物水足迹和农田碳汇的多目标优化模型,旨在实现最小化作... 气候变化、水资源短缺及耕地分配不合理对粮食生产影响显著。调整作物种植结构对增强区域粮食安全、生态保护和促进农业可持续发展至关重要。以山西省和顺县为例,构建基于经济、作物水足迹和农田碳汇的多目标优化模型,旨在实现最小化作物水足迹、最大化净经济收益和农田净碳汇,使用遗传算法Ⅱ求解获得不同水文年份的种植面积优化方案。研究结果显示,优化后三种水文年(丰水年、平水年和枯水年)区域净收益均有所增加,总净收益分别增长了17.76%、44.06%和87.79%;农田净碳汇分别提升5.85%、9.74%和12.46%。具体而言,在丰水年,玉米和高粱的种植面积显著增加;在枯水年,玉米和谷子的种植面积增加最多;在平水年,则是豆类和其他谷物的种植面积增加最大;薯类作物经过优化后的种植面积均有所减少。因此,降水量大区域可适当降低旱作物种植比例,降雨量小区域则适当增加旱作物种植比例。模型结果表明,可以在保持经济效益的同时,提高土壤碳储量和减少水资源消耗,从而提升耕地的综合效益。通过优化作物种植面积,旨在提高粮食安全和生态安全,保障山西省和顺县的农业向更加可持续的方向发展,为对未来进一步探讨作物种植优化研究奠定基础。 展开更多
关键词 作物水足迹 农田碳汇 优化模型 NSGAⅡ 种植结构优化
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基于校正WOFOST模型的枣树生长模拟与水分利用评价 被引量:5
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作者 白铁成 王涛 张楠楠 《智慧农业(中英文)》 2021年第2期55-67,共13页
为实现定量化分析温、光和水资源对果树生长的影响,本研究以成龄骏枣树为研究对象,提出了基于校正WOFOST模型的枣树生长和水分运移模拟方法。利用2016和2017年的田间试验观测数据,重点校正WOFOST模型的物候学发育、初始化、绿叶、CO_(2... 为实现定量化分析温、光和水资源对果树生长的影响,本研究以成龄骏枣树为研究对象,提出了基于校正WOFOST模型的枣树生长和水分运移模拟方法。利用2016和2017年的田间试验观测数据,重点校正WOFOST模型的物候学发育、初始化、绿叶、CO_(2)同化、干物质分配、呼吸作用和水分利用参数。在田间尺度,完成总地上生物量(TAGP)、叶面积指数(LAI)和土壤水分含量的动态模拟和精度验证;在县域尺度,使用55个果园的最大LAI、单产、实际蒸散量(ET_(a))和水分利用效率(WUE)数据评价模型区域尺度的模拟性能。结果表明,在田间尺度,校正模型模拟不同灌溉梯度TAGP的决定系数R^(2)范围为0.92~0.98,归一化均方根误差NRMSE为8.7%~20.5%;模拟LAI的R^(2)范围为0.79~0.97,NRMSE为8.3%~21.1%;模拟土壤水分含量的决定系数R^(2)范围为0.29~0.75,NRMSE为4.1%~6.1%。在县域尺度,两年模拟最大LAI与实测LAI的R^(2)分别为0.64和0.78,NRMSE分别为13.3%和10.7%;模拟单产的R^(2)分别为0.48和0.60,NRMSE分别是12.1%和11.9%;模拟ET_(a)均方根误差分别为36.1 mm(7.9%)和30.8 mm(7.4%);模型也表现了较高的WUE模拟精度(10%<NRMSE<20%),均方根误差RMSE值分别为0.23和0.28 kg/m³。WOFOST模型在田间和县域尺度都取得了较高的枣树生长和水分运移模拟精度,可为土壤、气象、灌溉管理和枣树生长耦合影响的定量化分析提供新思路。 展开更多
关键词 作物生长模型 参数校正 WofOST 枣树 水分利用效率
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基于水量平衡的澳洲坚果灌溉制度研究
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作者 裴鼎 余航 +3 位作者 潘梦楠 何洋 唐红燕 王丽 《江西农业学报》 2025年第1期84-91,共8页
基于澜沧气象站1958-2017年的实测气象资料,采用作物系数法和水量平衡法计算澳洲坚果各生育期的作物需水量及不同典型年的灌溉定额,利用灌水上、下限的差值制定了适宜的灌溉制度。澳洲坚果在丰水年、平水年、中等干旱年及特枯年的需水... 基于澜沧气象站1958-2017年的实测气象资料,采用作物系数法和水量平衡法计算澳洲坚果各生育期的作物需水量及不同典型年的灌溉定额,利用灌水上、下限的差值制定了适宜的灌溉制度。澳洲坚果在丰水年、平水年、中等干旱年及特枯年的需水量分别为829.55、844.99、875.24、915.07 mm,各生育期的需水量由大到小依次为:成熟期—采摘期>果实膨大期>萌芽期—花期>休眠期。各典型年的作物系数基本不变,萌芽期—花期(休眠期)、果实膨大期、成熟期—采摘期的作物系数分别为0.33、0.91、0.76。不同灌水上、下限的差值会影响灌溉定额和灌溉制度,当差值大于6.0%时,灌溉定额保持不变,约为237.5 mm;当差值小于6.0%时,灌溉定额随差值减小而减小,当差值较小时,灌溉次数增多,灌水规律不一致;而当差值为3.3%时,制定的灌溉制度更为合理,即分别取灌水上限(19.8%)、下限(16.5%),在灌溉保证率分别为25%、50%、75%、95%时,灌溉定额分别为1921.65、2149.35、2317.50、2652.30 m^(3)/hm^(2),灌溉次数分别为16、18、19、21次。最适宜的灌水上、下限的差值为3.3%,在此条件下制定的灌溉制度科学合理且能够提高水资源的利用效率。研究结果可为目前缺少试验资料的澳洲坚果灌溉管理、灌溉工程规模确定和农业水资源高效利用提供科学依据。 展开更多
关键词 澳洲坚果 作物需水量 灌水上下限 灌溉制度
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覆土浅埋滴灌玉米分阶段亏水条件下AquaCrop与Dual Crop Coefficient模型精度对比研究 被引量:3
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作者 戚迎龙 赵举 +3 位作者 宁小莉 李彬 李敏 史海滨 《东北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期64-77,共14页
近年来,西辽河流域地下水超采问题日益突出,改进灌溉技术降低农业用水可有效解决这一问题,但该技术缺乏科学的水分管理方法及适宜的理论模型。基于单阶段及多阶段亏水情形试验,对比同类农田水分模型精度,优选阶段性亏水管理辅助模型。... 近年来,西辽河流域地下水超采问题日益突出,改进灌溉技术降低农业用水可有效解决这一问题,但该技术缺乏科学的水分管理方法及适宜的理论模型。基于单阶段及多阶段亏水情形试验,对比同类农田水分模型精度,优选阶段性亏水管理辅助模型。研究设置7个玉米分阶段亏水调控处理,于2018、2019年进行田间小区试验,取得2个同类模型的本地化参数并比较其模拟精度。结果表明,AquaCrop和双作物系数模型可相近表达玉米冠层发育到最大而未开始衰减期间土壤水分的消耗过程,而对快速生长期与后期1m土层贮水量的模拟差异大。AquaCrop模型在土壤贮水量偏低时高估其实测值,其他情形正负偏差分布相对均匀,双作物系数模型多数情形低估其实测值。AquaCrop模型描述玉米各阶段蒸散量因亏水情形而变化能力优于双作物系数模型。AquaCrop模型和双作物系数模型的标准均方根误差平均值在模拟1 m土层贮水量时分别为4.494%~8.443%、6.017%~8.626%,在模拟蒸散量时分别为8.158%~9.510%、5.980%~15.022%。综合来看,AquaCrop模型表现更好,推荐作为适宜西辽河流域覆土浅埋滴灌玉米水分管理模型。研究可为该区域覆土浅埋滴灌种植玉米选出适宜的水分管理模型,理解新技术条件下玉米分阶段亏水调控机制及田间灌溉管理优化提供参考。 展开更多
关键词 模型精度 Aquacrop模型 双作物系数模型 覆土浅埋滴灌 玉米分阶段亏水
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基于AquaCrop模型的玉米需水和降水匹配度变化特征研究 被引量:4
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作者 高爽 丁一民 +4 位作者 朱磊 万愉快 柴明堂 丁朋朋 邹业斌 《节水灌溉》 北大核心 2023年第6期51-59,共9页
雨热同期为我国大部分地区农业生产提供了充足的水热资源,但从需水机理的角度评估作物生长和降水过程匹配度的变化特征还有待深入。基于AquaCrop模型模拟了关中地区1978-2017年夏玉米生育期内需水量、灌溉需水量、有效降水量和产量的变... 雨热同期为我国大部分地区农业生产提供了充足的水热资源,但从需水机理的角度评估作物生长和降水过程匹配度的变化特征还有待深入。基于AquaCrop模型模拟了关中地区1978-2017年夏玉米生育期内需水量、灌溉需水量、有效降水量和产量的变化特征,并在充分考虑玉米不同生育阶段对水分需求程度差异的基础上,分析了作物需水与降水匹配度的变化特征。结果表明:关中地区玉米生育期内累积降雨量变化幅度相对较小,但降水过程明显后移,且更多的以暴雨的形式发生;玉米生育期内需水量和灌溉需水量均呈现明显的增加趋势,增加幅度分别为4.10 mm/10a和13.38 mm/10a,而有效降水量则以-10.28 mm/10a的速率减小;玉米生育期内需水与降水的平均匹配度为58%,且整体以-2.7%/10a的速率下降。上述结果表明关中地区降水模式越来越难以满足夏玉米的水分需求,延迟播种可作为提高作物需水与降水匹配度的应对措施之一。 展开更多
关键词 关中地区 玉米 作物模型 降水模式 需水量 匹配度 有效降水量
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基于CROPWAT模型水稻需水量及灌溉制度研究 被引量:12
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作者 王忠波 王欣亮 聂堂哲 《东北农业大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期87-96,共10页
为研究黑龙江松嫩平原南部地区气候变化对水稻需水量影响及水稻不同灌溉制度,基于黑龙江省庆安县1966~2015年气象、土壤数据和水稻作物参数,采用Mann-Kendall趋势检验法分析水稻生育期内需水量变化规律,利用CROPWAT 模型计算水稻各生育... 为研究黑龙江松嫩平原南部地区气候变化对水稻需水量影响及水稻不同灌溉制度,基于黑龙江省庆安县1966~2015年气象、土壤数据和水稻作物参数,采用Mann-Kendall趋势检验法分析水稻生育期内需水量变化规律,利用CROPWAT 模型计算水稻各生育期需水量、有效降雨和灌溉需水量,对不同典型年份水稻需水量和有效降雨作耦合度分析,制定水稻灌溉制度。结果表明,生育期内水稻需水量在气象因素共同作用下以13.68 mm·10年-1速率下降,变化范围为410.8~574.6 mm;该地区特枯水年、枯水年、平水年和丰水年水稻需水量分别为521.0、484.9、451.8、410.8 mm;水稻在拔节和抽穗期需水量较大,两个时期需水量在不同水文年下差异明显;不同水文年下6、7、8月主要需水时期,需水量与有效降雨耦合度均小于1;同一水文年下灌溉定额均为淹水灌溉>“浅、湿”灌溉>干湿交替灌溉>控制灌溉,淹水灌溉灌溉次数最多,干湿交替灌溉模式灌溉次数最少;不同水文年下与淹水灌溉灌溉定额相比水稻“浅、湿”灌溉、干湿交替灌溉和控制灌溉节水效果明显,分别可节水6.3%~13.4%、29.1%~39.4%、30.6%~42.6%。有效降雨量难以满足水稻需水要求,在水稻生育期内应根据不同典型年选择合适灌溉制度灌溉,并在拔节孕穗、抽穗开花两个高耗水时期加强灌溉。 展开更多
关键词 水稻 需水量 cropWAT模型 灌溉模式 灌溉制度
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基于CROPWAT的昆明主要农作物虚拟水分析 被引量:3
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作者 赵福民 王新华 +1 位作者 万大红 马泽宇 《安徽农业科学》 CAS 2017年第25期218-220,共3页
人类对水资源的需求量随着人口数量的增长而增长,水资源保护与合理开发对国民经济的发展有着重要影响。云南省2001—2015年水资源总量由2 561.94亿m3降低到1 872.00亿m^3;其中昆明市2015年水资源总量为66.43亿m^3,农业用水只占总量的12... 人类对水资源的需求量随着人口数量的增长而增长,水资源保护与合理开发对国民经济的发展有着重要影响。云南省2001—2015年水资源总量由2 561.94亿m3降低到1 872.00亿m^3;其中昆明市2015年水资源总量为66.43亿m^3,农业用水只占总量的12%。为解决水资源短缺和区域水资源安全问题,从而引入虚拟水的研究。结合气象资料,利用CROPWAT软件对昆明主要农作物需水量和灌溉用水量进行计算分析,在满足保证率的情况下,确定不同作物的灌溉用水量。通过研究计算,甘蔗、水稻、马铃薯、花生等作物的多年平均需水量分别为1 174.50、701.75、488.10和434.00 mm,灌溉需水量为717.30、715.20、170.50、119.35 mm。该研究可根据昆明的水资源实际情况为农作物种植和制订相应的节水灌溉制度提供一些理论依据。 展开更多
关键词 虚拟水 cropWAT软件 昆明 作物需水量
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