【正文】 .................. 7 自然概況 ..................................................... 7 地形地貌 ............................................... 7 自然資源 ............................................... 7 水利工程概況 ................................................. 8 渠灌工程概況 ........................................... 8 井灌工程概況 ........................................... 9 排水工程概況 ........................................... 9 節(jié)水工程概況 ........................................... 9 灌溉用水概況 .......................................... 10 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)及社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況 ..................................... 10 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)概況 .......................................... 10 社會(huì)經(jīng)濟(jì)概況 .......................................... 11 水資源可持續(xù)利用與節(jié)水增產(chǎn)方略概況 .......................... 12 水資源可持續(xù)利用概況 .................................. 12 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)發(fā)展方向與對(duì)策概況 ........................ 13 提高糧食產(chǎn)量途徑概況 .................................. 15 太原理工大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 VI 第三章 項(xiàng)目區(qū)節(jié)水農(nóng)業(yè)試驗(yàn)研究 ...................................... 17 節(jié)水抗旱作物新品種的篩選 .................................... 17 作物水肥耦合關(guān)系及合理灌溉制度研究 .......................... 18 冬小麥農(nóng)田水量平衡與消耗規(guī)律分析 ...................... 18 冬小麥水分生產(chǎn)函數(shù)研究 ................................ 25 冬小麥水肥耦合關(guān)系分析 ................................ 30 灌溉水資源優(yōu)化配置中幾個(gè)基本問題的探討 ................ 34 作物非充分灌溉制度優(yōu)化的模擬模型 ...................... 38 示范區(qū)主要作物節(jié)水灌溉制度 ............................ 41 作物高效用水集成模式研究 ................................... 42 冬小麥玉米組合種植管灌高效用水 模式 .................... 42 大棚蔬菜滴灌高效用水模式 .............................. 43 大田作物管灌高效用水模式 .............................. 44 大田蔬菜覆蓋微噴高效用水技術(shù) .......................... 45 第四章 井渠結(jié)合節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系及其評(píng)價(jià)體系 ........................ 47 現(xiàn)代節(jié)水農(nóng)業(yè) 技術(shù)的內(nèi)涵與目標(biāo) ................................ 47 井渠結(jié)合的節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)體系 .................................. 47 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)評(píng)價(jià)體系研究 .................................... 49 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)效益評(píng)價(jià)指標(biāo) .............................. 49 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)評(píng)價(jià)指標(biāo)體系 .............................. 51 節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)評(píng)價(jià) 結(jié)果與分析 ............................ 52 第五章 結(jié)論 ........................................................ 55 參考文獻(xiàn) ........................................................... 57 致 謝 .............................................................. 59 攻讀碩士期間發(fā)表的主要論文 ......................................... 60 太原理工大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 1 第一章 緒論 選題的背景及意義 水資源問題是全世界普遍關(guān)注的問題，它不僅影響、制約現(xiàn)代社會(huì)的 可持續(xù)發(fā)展，而且將成為本世紀(jì)全球資源環(huán)境的首要問題。 本論文的主要研究?jī)?nèi)容如下： (1) 主要作物節(jié)水抗旱品種的篩選 針對(duì) 項(xiàng)目 區(qū)的主導(dǎo)作物玉米和冬小麥，通過文獻(xiàn)調(diào)研、小區(qū)試驗(yàn)、產(chǎn)量調(diào)查，對(duì)不同品種的產(chǎn)量、水分利用率進(jìn)行分析，篩選適合于本 項(xiàng)太原理工大學(xué)工程碩士研究生學(xué)位論文 II 目 區(qū)的冬小麥、玉米抗旱品種； (2) 主要作物水肥耦合關(guān)系及合理灌溉制度研究 以節(jié)水增產(chǎn)、增效為目 標(biāo)，進(jìn)行坑測(cè)水肥生產(chǎn)函數(shù)試驗(yàn)及模型研究；在此基礎(chǔ)上，制定主要作物的合理灌溉制度； (3) 作物種植模式研究 通過小區(qū)試驗(yàn)，比選主要作物的復(fù)播、間作、套種農(nóng)作制度與種植模式； (4) 選擇適合 晉中市 井渠結(jié)合灌溉類型區(qū)的多種節(jié)水技術(shù)，以節(jié)水高效為目標(biāo)進(jìn)行技術(shù)集成組合 ， 對(duì)所選定的典型組合進(jìn)行田間示范，對(duì)產(chǎn)量、投入、效益等進(jìn)行測(cè)試。而到那時(shí)，我國(guó)人口將達(dá)到 16 億，人均水資源的占有量卻將僅為 1700m3，接近世界公認(rèn)的缺水警戒線 [3]。井灌區(qū)出現(xiàn)大面積的地下水位下降漏斗區(qū)，全國(guó)已經(jīng)出現(xiàn)了 56 個(gè)地下水區(qū)域性下降漏斗，總面積大于 萬 km2。 國(guó)內(nèi)節(jié)水灌溉發(fā)展概述 我國(guó)農(nóng)業(yè)灌溉歷史悠久，但旱田是大水漫灌，水田是串畦淹灌的傳統(tǒng)灌水方法，不但浪費(fèi)了大量水資源，同時(shí)，還嚴(yán)重影響著農(nóng)作物產(chǎn)量。因此，大力 發(fā)展 節(jié)水灌溉，提高灌溉水的利用效率是緩解我國(guó)水資源緊缺狀況、促進(jìn)社會(huì)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的最有效、最根本的途徑。由于長(zhǎng)期引洪淤灌的結(jié)果，區(qū)內(nèi)微地形起伏較大，多數(shù)地帶形成了洪灌渠道地形高、向南兩側(cè)微傾斜的微地形。 3）水資源 該 項(xiàng)目 區(qū)所處瀟河灌區(qū)，流域共有大小河流 12 條，分別是瀟河、涂河、龍門河、圪塔河、牛耕河、麻海河、澗河、黑河、白龍河、泉子河、河口河、涑水河，據(jù)榆次市水資源管理委員會(huì)的資料，該井灌區(qū)所在地榆次區(qū)水資源總量為 13118 萬 m3，其中地表水資源總量為 5400 萬 m3，地下水資源總量為 9416 萬 m3，重復(fù)量為 1698 萬 m3。北干 渠長(zhǎng) 、設(shè)計(jì)引水流量 、梯形斷面、防滲長(zhǎng)度 ，防滲段完好率 %（ ）。骨干排水溝道有榆次區(qū)一退、榆次區(qū)二退、使趙退 水、主干退水。作為太原市和晉中市兩大城市的菜籃子基地，近年來，設(shè)施農(nóng)業(yè)得到了長(zhǎng)足的發(fā)展，大棚、溫室集中連片已經(jīng)成為當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)，是當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的一大特色。絕大多數(shù)作物都需要不同程度的灌溉。根據(jù)資料分析，項(xiàng)目區(qū)在現(xiàn)狀引水和依靠本區(qū)大氣降水條件下，將不能夠達(dá)到回補(bǔ)地下水的目的，地下水位將持續(xù)下降。從 “八五 ”以后逐漸開始轉(zhuǎn)入以節(jié)水灌溉工程為中心，農(nóng)、水、土、肥相結(jié)合的綜合農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)研究與應(yīng)用。在農(nóng)藝節(jié)水方面要注意調(diào)整作物種植結(jié)構(gòu)、采用節(jié)水耐旱品種、利用秸桿覆蓋地面保墑、培肥改土等措施減少無效地面蒸發(fā)。近年來，項(xiàng)目區(qū)節(jié)水灌溉工程有了明顯進(jìn)展，低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術(shù)逐步應(yīng)用。應(yīng)在單項(xiàng)技術(shù)成熟之后，向綜合方向發(fā)展。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，分析了冬小麥田間水分轉(zhuǎn)化與消耗規(guī)律以及水分、肥料對(duì)冬小麥產(chǎn)量的影響，建立了冬小麥水分生產(chǎn)函數(shù)的 Jensen 模型和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)（ ANN）模型、冬小麥水肥生產(chǎn)函數(shù)的 ANN 模型，為冬小麥節(jié)水高效灌溉制度的制訂提供了基本依據(jù)。概括的說， sK 同時(shí)決定于兩方面的因素：一方面是土壤供給作物水分的能力， pW 、 fW 、 W 正是反映這方面的因素；另一方面是作物潛在騰發(fā)量 mET 的大小，作物因素和氣象因素是反映這方面的因素。E，176。 以上建立的 農(nóng)田水量平衡模型中，土壤水分脅迫系數(shù)可以利用式 (35)或式 (39)來確定，相應(yīng)的水量平衡模型分別稱為指數(shù)模型和 FAO 模型。當(dāng) jWW? 時(shí)， 1?sK ，即作物不受水分脅迫；當(dāng) jp WWW ?? 時(shí)， 10 ?? sK ，作物受到一定程度的水分脅迫。以當(dāng)?shù)噩F(xiàn)行品種京 411 為對(duì)照，抗旱節(jié)水新品種（系）的增產(chǎn)效果及水分利用效率（ WUE）提高幅度如表 32。同時(shí)，要加強(qiáng)節(jié)水農(nóng)業(yè)技術(shù)的應(yīng)用 ，包括蓄水保墑的耕作技術(shù)、適雨種植的作物合理布局、提高作物抗旱能力的栽培技術(shù)、秸稈或地膜覆蓋的保墑技術(shù)、限額灌溉及節(jié)水抗旱作物品種選育等。為了進(jìn)一步提高糧食產(chǎn)量、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，在以下幾個(gè)方面必須給予足夠的重視： 1)解決好水資源不足的問題。 6)噴微灌在現(xiàn)有基礎(chǔ)上有條件地穩(wěn)步發(fā)展 首先應(yīng)鞏固現(xiàn)有的噴、微 灌工程設(shè)施，使之盡快充分發(fā)揮節(jié)水高效的作用。如年度內(nèi)可在河水枯季利用井水灌溉騰空地下庫(kù)容，在汛期則引洪灌溉，補(bǔ)充地下水；在年際間的枯水年份可超采地下水，在豐水年份則需補(bǔ)足超采部分，實(shí)現(xiàn)多年均衡調(diào)節(jié) 。在瀟河灌區(qū)早年興建的井片，凡是忽略河水灌溉或興井廢渠的地方，都已經(jīng)形成了區(qū)域性的地下水位下降。因此，水資源持續(xù)利用是區(qū)別于傳統(tǒng)資源利用的一種改革和新模式，是可 持續(xù)的水資源開發(fā)、利用、保護(hù)和管理綜合一體化的總稱。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，項(xiàng)目區(qū)年地下水灌溉用量在 1000 萬 m3左右，畝均 160～ 170m3/畝，灌水次數(shù) 2～ 3 次。但其布置服從洪灌渠系等框架。南北進(jìn)水閘設(shè)計(jì)引水流量分別為 和 。 土壤耕作層深度一般為 20～ 25cm，質(zhì)地粘壤到中壤。其東部邊界與洪積傾斜平原相連。 2020 年全國(guó)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值為 ，大型、中型、小型和純井灌 區(qū)灌溉用水有效利用系數(shù)平均值分別為 、 、 和 ，分別提高了 、 、 和 。 20 世紀(jì) 50 年代末期，以色列研制長(zhǎng)流道滴頭成功，使得滴灌系統(tǒng)在技術(shù)上有了顯著的進(jìn)展。根據(jù)聯(lián)合國(guó)糧農(nóng)組織發(fā)布的《生產(chǎn)年鑒》分析，雖然中國(guó)耕地面積只占世界總耕地的 7%，人均耕地也不足世界平均水平的 1/3，但是中國(guó)灌溉面積卻占了全球灌溉面積的 21%，人均灌溉面積與世界平均水準(zhǔn)相平。 我國(guó)水資源現(xiàn)狀 我國(guó)是一個(gè)缺水國(guó)家，水資源短缺正在日益成為制約我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、人民生活提高及生態(tài)環(huán)境改善的重要因素。一些先進(jìn)的農(nóng)業(yè)節(jié)水技術(shù)和現(xiàn)代化的管理措施得不到大面積推廣，大部分灌區(qū)灌溉水利用率低、灌水定額偏大，造成水資源的大量浪費(fèi)；二是對(duì)農(nóng)業(yè)生態(tài)環(huán)境重視不夠。 從古至今，人類的各項(xiàng)活動(dòng)都離不開水，水作為一種不可替代的自然資源，為人類的基本生存提供了必不可少的條件。按人均每年 400～440kg 糧食計(jì)算，人口高峰時(shí)的糧食需求量為 ～ 7 億 t。 第二次 世界大戰(zhàn)以后，西方國(guó)家經(jīng)濟(jì)恢復(fù)很快，噴灌技術(shù)和機(jī)具設(shè)備的研制也得到了迅速發(fā)展。萬畝以上灌區(qū)固定渠道防滲長(zhǎng)度所占比例 %，其中干支渠道防滲長(zhǎng)度所占比例 %。形成可實(shí)施的、成龍配套的綜合集成技術(shù) 。 2）土壤 該 項(xiàng)目 區(qū)位于太行山西側(cè)河流瀟河、黑河和澗河下游的傾斜平原和沖積平原地帶，土壤物質(zhì)為河流洪積和沉積物及黃土狀堆積物。 該灌區(qū)渠道引水樞紐工程興建于 1951 年， 1962 年又修復(fù)改造。現(xiàn)有井中有約 50%為 20 世紀(jì) 50～ 70 年代成井的大鍋井，成井技術(shù)落后，井深小，單井出水量小，尚有近 20%的井由于成井技術(shù)等方面的原因，出現(xiàn)大量引沙問題。 灌溉用水概況 項(xiàng)目區(qū)灌溉水源有洪水、城市污水和地下水三種水源。 示范區(qū)選擇在張慶鄉(xiāng)演武村和郭家堡王村、近城，其社經(jīng)情況見表 21。項(xiàng)目區(qū)所在的瀟河灌區(qū)是 20世紀(jì) 60 年代建設(shè)的，其建設(shè)規(guī)模都是以當(dāng)時(shí)的水資源條件決定的。 通過多種水資源的科學(xué)調(diào)配利用，在工程措施方面做到河、井、渠、坑并用，排、灌、蓄、滯結(jié)合，各項(xiàng)工程和措施相互聯(lián)合運(yùn)用，就可達(dá)到最佳水量平衡與可持續(xù)利用。目前全省噴微灌面積僅占水澆地面積的 12%，其余 88%的面積仍為普通的地面灌溉面積，節(jié)水潛力很大。 提高糧食 產(chǎn)量途徑概況 項(xiàng)目區(qū)所在區(qū)域是晉中市及全省糧、棉、蔬菜及農(nóng)副產(chǎn)品的主要生產(chǎn)基地之一，財(cái)政情況良好，農(nóng)民收入較高，對(duì)于節(jié)水灌溉技術(shù)的應(yīng)用具有較強(qiáng)的意識(shí)和積極性，并具有一定的運(yùn)行管理經(jīng)驗(yàn)。另外，項(xiàng)目區(qū)為井渠結(jié)合區(qū)，田間工程的布局要滿足洪水灌溉和井水灌溉兩者的需要，通過本項(xiàng)目的實(shí)施，認(rèn)真研究解決井渠結(jié)合的田間工程問題。玉米生育期內(nèi)降水較多，灌水相應(yīng)較少，主要試驗(yàn)結(jié)果見表 31。對(duì)于一定的作物， cK 與作物生育階段和生長(zhǎng)狀況有關(guān)，為