【正文】 作物水肥耦合關系及合理灌溉制度研究以節(jié)水增產(chǎn)、增效為目標，進行坑測水肥生產(chǎn)函數(shù)試驗及模型研究；在此基礎上，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，比選主要作物的復播、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合灌溉類型區(qū)的多種節(jié)水技術，以節(jié)水高效為目標進行技術集成組合，對所選定的典型組合進行田間示范，對產(chǎn)量、投入、效益等進行測試。本文的技術路線如下：1. 調(diào)查、篩選國內(nèi)外與本課題技術集成有關的先進成熟技術，以農(nóng)業(yè)高效用水和水環(huán)境改善為最終目標，擬定技術上可行，經(jīng)濟上合理、實用、簡單而又具有超前性的技術集成方案、試驗方案等；以既定的技術指標為目標，按試驗方案對重點技術進行小區(qū)試驗，實現(xiàn)各項技術達標或優(yōu)化，為總體技術集成提供具體的技術支持；按照所擬定的技術集成方案，組合裝配，進行技術集成試驗和效果觀測，實現(xiàn)技術集成。形成可實施的、成龍配套的綜合集成技術。第二章 項目區(qū)基本情況 地形地貌該項目區(qū)位于太行山脈西麓，屬洪積傾斜平原地貌和沖積平原地貌，由瀟河洪沖積物堆積而成。區(qū)內(nèi)地形平坦，起伏不大。地勢東高西低，由東北向西南傾斜，平均地面坡度1/1000，東西向坡降略緩于1/1000。經(jīng)實測，耕地南北向地面坡度在1/350～1/1500之間變化?？偟臍夂蛱卣鳛椋憾韭L，干冷晴朗；春季升溫快，日溫差大，干旱多風；夏季多雨；秋季短暫，天高氣爽?！?， 0℃以上，積溫3988℃，10℃℃。作物生長季節(jié)太陽輻射的日照相當充足，且與高溫多雨相結合，為農(nóng)作物進行光合作用提供大量能源，光能利用潛力很大。2）土壤該項目區(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。主要分布有草甸土和褐土兩種主要類型的土壤。代表性土種為耕沖重壤質(zhì)淺色草甸土，全剖面質(zhì)地多為重壤或粘土，有時底土可出現(xiàn)壤質(zhì)層次，出現(xiàn)部位較深。耕層土壤肥力好，典型剖面土壤（0～20cm）%，%，%。人均占有水資源量為290萬m3，%，%。此外，還有榆次城區(qū)經(jīng)處理的污水500萬m3。瀟河系汾河的第二大支流，發(fā)源于昔陽縣沾尚鄉(xiāng)馬道嶺，流經(jīng)壽陽、榆次、太原的小店、清徐等市縣，在太原市小店區(qū)洛陽、南馬村間匯入汾河，全長137km，流域面積3720km2。樞紐之上流域面積3090km2。該灌區(qū)渠道引水樞紐工程興建于1951年，1962年又修復改造。南、北沖沙閘各5孔，,總設計泄洪量500m3/s。南岸灌區(qū)為民生灌區(qū)，北岸灌區(qū)為民豐灌區(qū)。、梯形斷面、%（）。斗農(nóng)渠全部為土渠。斗農(nóng)渠建筑物293座。由于骨干渠系建筑物多數(shù)修建于20世紀50年代，部分年久失修，老化嚴重，設備破損，在行水過程中常出現(xiàn)阻水、啟閉不靈等現(xiàn)象，影響了灌區(qū)的正常輸水，造成水資源的浪費。日提水估計可達20萬m3。有40～50%的井需要更新改造。但其布置服從洪灌渠系等框架。但由于凍脹、維修跟不上等方面的原因，防滲損害嚴重。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。地面澇災威脅較小，致使區(qū)內(nèi)地面排水系統(tǒng)維修跟不上，退排水溝道淤積較為嚴重，存在著一定的隱患。 。表面上看，項目區(qū)節(jié)水灌溉面積較大，但由于工程建設標準低，管理不善等方面的原因，實際的節(jié)水灌溉水平還很低，離國家6～10m/畝的要求尚有較大差距。另外，管灌面積上的畦長仍與洪灌條件下的畦長一致，一般長度在150～220m之間。瀟河灌區(qū)的水源工程為無調(diào)節(jié)引洪灌溉工程，多年平均引洪量2800萬m3，畝均洪灌水量84m3/畝，項目區(qū)地面水年用水量（洪水+污水）為1100萬m3，畝灌水定額按150m3/畝計。據(jù)調(diào)查統(tǒng)計，項目區(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。項目區(qū)目前屬于井渠結合灌溉類型，但它是在純引洪灌區(qū)的基礎上發(fā)展起來的，從灌溉工程的布局上看，以洪灌渠系為骨架；從微地形變化上來看，項目區(qū)大多數(shù)地塊洪灌渠道雙向控制，渠道所在地地形高，向兩側(cè)傾斜；從田面工程看，畦埂高大，畦寬4～6m居多，更有甚者畦寬可達10m以上，畦長在150～220m之間。作為太原市和晉中市兩大城市的菜籃子基地，近年來，設施農(nóng)業(yè)得到了長足的發(fā)展，大棚、溫室集中連片已經(jīng)成為當?shù)剞r(nóng)業(yè)的支柱性產(chǎn)業(yè)，是當?shù)剞r(nóng)業(yè)的一大特色。瀟河灌區(qū)始建于20世紀50年代，沒有調(diào)蓄能力，一般集中在汛期，屬于比較典型的洪水灌區(qū)，灌區(qū)多年平均引水量為4545萬m3。%；，年均遞增18%；農(nóng)村經(jīng)濟總收入達到63億元，年均遞增20%以上；農(nóng)民人均純收入達到3000元，為全區(qū)第一；，人均產(chǎn)糧660公斤；；綜合經(jīng)濟實力在全省排名第三。在城郊鄉(xiāng)農(nóng)業(yè)開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化建設進程中，堅持因地制宜，發(fā)揮優(yōu)勢，大搞開發(fā)性項目，先后建成國家商品糧基地、北方旱作農(nóng)業(yè)示范基地、北方淡水養(yǎng)魚基地、高新技術示范基地、省級多樣化果品生產(chǎn)基地、瘦肉型豬生產(chǎn)基地、無公害蔬菜生產(chǎn)基地、日光節(jié)能溫室基地，有力地促進了農(nóng)業(yè)產(chǎn)業(yè)化和農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展。鄉(xiāng)鎮(zhèn)企業(yè)營業(yè)收入、農(nóng)村經(jīng)濟總收入、農(nóng)民人均純收入、農(nóng)村經(jīng)濟綜合實力等主要指標均排名全省十強之中，被省委、省政府命名為全省首達小康市。表21 示范區(qū)基本情況表Table 21 Demonstration area in Table 村名人口耕地（畝）其中水地（畝）糧田面積（畝）經(jīng)濟作物面積（畝）總產(chǎn)（萬kg）畝產(chǎn)（kg）農(nóng)村經(jīng)濟總收入（萬元）人均收入（元）合計6823102471024770995240488183583448演武1905335433541599226576848043323197王村2688423042304200117547459462797近城2230266326631300180051080803467 水資源可持續(xù)利用概況水資源持續(xù)利用強調(diào)的是水資源持久地利用，不僅要滿足當代人的用水需求，而且又要為后代人繼續(xù)利用創(chuàng)造條件，維持世世代代的持續(xù)利用。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、保護和管理綜合一體化的總稱。項目區(qū)多年平均降水量為436mm，降水量少且年際及年內(nèi)分布極不均勻，具有夏秋多、冬春少、豐枯年懸殊的特點。絕大多數(shù)作物都需要不同程度的灌溉。項目區(qū)干旱缺水的現(xiàn)狀決定了農(nóng)業(yè)發(fā)展必須走節(jié)水的道路。農(nóng)田灌溉用水是農(nóng)業(yè)的主要耗水對象，農(nóng)田灌溉用水占農(nóng)業(yè)總用水的比例始終保持在90%以上的水平。節(jié)水灌溉是本區(qū)水資源持續(xù)利用的基礎，也是影響本區(qū)經(jīng)濟持續(xù)發(fā)展的關鍵因素。2)實現(xiàn)井渠結合、地表水地下水聯(lián)合利用的灌溉方式。隨著國家經(jīng)濟建設的發(fā)展，對水資源的開發(fā)利用強度發(fā)生了較大的變化，加之降雨量的減少和上游水土保持工作的深入開展等，灌區(qū)的地表水資源量銳減，供需矛盾日趨嚴重。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。在干旱年份加大地下水的開采量，增加井灌供水量；豐水年份通過降水或地面灌溉系統(tǒng)引用多余的水量回補地下水，便可實現(xiàn)區(qū)域水資源的多年調(diào)節(jié)，同時也提高了作物的供水保證率。根據(jù)資料分析，項目區(qū)在現(xiàn)狀引水和依靠本區(qū)大氣降水條件下，將不能夠達到回補地下水的目的，地下水位將持續(xù)下降?；匮a方式以引洪田面灌溉為主，同時輔以渠道蓄存下滲和坑塘洼地回補。4)要重視土壤水的利用。要有意識地調(diào)節(jié)土壤水，提高土壤水的有效利用率，建立和完善土壤內(nèi)外水分循環(huán)體系，采取促進降水入滲的措施，促使降水盡可能多地滲入土壤之中，充分發(fā)揮土壤水庫的蓄水作用，做到蓄水于土、取水于土。可采用深松耕、秸稈覆蓋、免耕等土壤水調(diào)節(jié)與利用措施。1)重視井渠結合灌溉山西省有許多灌區(qū)采用井渠并用的灌溉方式，但并未合理地利用地表水和地下水。如年度內(nèi)可在河水枯季利用井水灌溉騰空地下庫容，在汛期則引洪灌溉，補充地下水；在年際間的枯水年份可超采地下水，在豐水年份則需補足超采部分，實現(xiàn)多年均衡調(diào)節(jié)。降雨少的地區(qū)，通過人工集流場，把雨水集蓄于水窖中，作為春播點澆水源，有條件的可配上簡易微噴、滴灌。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、肥相結合的綜合農(nóng)業(yè)節(jié)水技術研究與應用。4)把渠灌區(qū)高效節(jié)水改造作為發(fā)展節(jié)水農(nóng)業(yè)的重點灌溉水損失總量中的80%以上發(fā)生在從水源到田間的輸水過程。因此在繼續(xù)抓好井灌區(qū)的節(jié)水高效建設的同時，應將渠灌區(qū)的高效節(jié)水改造作為農(nóng)業(yè)節(jié)水建設的主戰(zhàn)場，要采取渠道防滲、渠系配水、量水建筑物配套等工程技術措施。但要因地制宜，例如，有回灌補源任務的末級渠道就不能防滲。5)把改進提高地面灌水技術作為節(jié)水農(nóng)業(yè)田間建設的主攻方向和噴灌、微灌等灌溉方式相比，傳統(tǒng)的地面灌溉在現(xiàn)在和將來一段時期內(nèi)仍將是我省水澆地灌溉的主要形式。常規(guī)的園田化小畦灌溉、溝灌、隔溝灌、長畦改短畦、寬畦改窄畦以及水平畦田灌等行之有效的田間灌水技術仍應予以推廣；先進的激光平地技術、間歇灌溉、閘管灌溉等技術應引進、試點、推廣。6)噴微灌在現(xiàn)有基礎上有條件地穩(wěn)步發(fā)展首先應鞏固現(xiàn)有的噴、微灌工程設施，使之盡快充分發(fā)揮節(jié)水高效的作用。隨著農(nóng)村經(jīng)濟的發(fā)展、農(nóng)業(yè)種植耕作制度的調(diào)整改變以及噴微灌技術的進步，這些灌溉形式將日益居于重要地位。在農(nóng)藝節(jié)水方面要注意調(diào)整作物種植結構、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)。有條件的地方要采用計算機遙感、遙測技術，土壤墑情和灌區(qū)用水的監(jiān)、測預報系統(tǒng)，灌區(qū)用水自動化管理操作系統(tǒng)。為保證高效用水的執(zhí)行，應制定嚴密的節(jié)水政策法規(guī)，實行嚴格的配水定額制和超額用水大幅度加價的水價調(diào)控政策。今后應加快推廣，加快組建用水戶協(xié)會的步伐。同時，要建立各個灌區(qū)的宏觀可用水量分配指標和不同作物、不同地區(qū)灌溉定額，以此作為控制用水、推行節(jié)水的科學依據(jù)。本項目區(qū)在全省具有一定的代表性。為了進一步提高糧食產(chǎn)量、提升農(nóng)業(yè)生產(chǎn)水平，在以下幾個方面必須給予足夠的重視：1)解決好水資源不足的問題。地下水是目前項目區(qū)的主要灌溉水源，但由于地下水補給量不足，致使地下水位逐年下降，地下水環(huán)境漸趨惡化。近年來，項目區(qū)節(jié)水灌溉工程有了明顯進展，低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等節(jié)水灌溉技術逐步應用。因此，只有通過全方位的采取多種水源的聯(lián)合調(diào)配利用，充分解決好水資源不足問題，才能夠從根本上達到提高糧食產(chǎn)量的目的。2)節(jié)水灌溉工程的標準要提高。雖然看起來節(jié)水灌溉面積比例較大，但實際節(jié)水灌溉水平還很低。因此，進一步提高田間管網(wǎng)密度、實行小畦灌溉，是實現(xiàn)井水集約灌溉的關鍵。3)研究節(jié)水高產(chǎn)灌溉制度。同時，要加強節(jié)水農(nóng)業(yè)技術的應用，包括蓄水保墑的耕作技術、適雨種植的作物合理布局、提高作物抗旱能力的栽培技術、秸稈或地膜覆蓋的保墑技術、限額灌溉及節(jié)水抗旱作物品種選育等。目前，在項目區(qū)采用的節(jié)水灌溉技術主要是低壓管道灌溉、噴灌、滴灌等。應在單項技術成熟之后，向綜合方向發(fā)展。5)建立農(nóng)業(yè)高效用水管理制度。節(jié)水管理技術應按對地表水、地下水資源進行統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一管理、統(tǒng)一調(diào)配并根據(jù)作物的需水規(guī)律控制、調(diào)配水源，以最大限度地滿足作物對水分的需求，實現(xiàn)區(qū)域效益最佳的農(nóng)田水分調(diào)控管理。迫切需要開展農(nóng)業(yè)高效用水投入機制、政策、法規(guī)及管理服務體系研究,以節(jié)約灌溉用水,實現(xiàn)灌區(qū)水資源的合理調(diào)配。在調(diào)研的基礎上選取了適合當?shù)氐挠衩灼贩N6個（晉單35號、晉單42號、農(nóng)大10農(nóng)大313沈單10號、沈單16號），并進行了相應的灌溉試驗。最終確定在項目區(qū)推廣的玉米品種為晉單35號、沈單16號、晉單42號及沈單10號。以當?shù)噩F(xiàn)行品種京411為對照，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。主要觀測項目包括氣象、土壤水、土壤養(yǎng)分、作物生育狀況（生育期、干物質(zhì)）、測產(chǎn)與考種等。根據(jù)試驗結果，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（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)。田間水量平衡要素主要包括降雨（P）、灌溉（I）、騰發(fā)（ET）、根系層底部水分交換量（Q，以滲漏為正）、地面徑流（R）等，如圖31所示。在水量平衡要素中，階段降水量可根據(jù)氣象觀測得到；灌水量是人工控制與可測量的；其它各項則需要根據(jù)一定的方法進行估算。因此進行農(nóng)田水量平衡模擬的關鍵是估算騰發(fā)量與根系層底部的水分交換量。與氣象因素有關，可根據(jù)FAO推薦的PenmanMonteith公式計算。水分脅迫系數(shù)是計算作物騰發(fā)量和模擬土壤水分狀況的一個關鍵因素。當時，即作物不受水分脅迫；當時，作物受到一定程度的水分脅迫。這樣，被表達成、的函數(shù)，其中一個常用的指數(shù)經(jīng)驗公式為 (35)實際上，作為一個反映作物所受水分脅迫的綜合性指標，其大小是由多方面的因素決定的。概括的說，同時決定于兩方面的因素：一方面是土壤供給作物水分的能力，、正是反映這方面的因素；另一方面是作物潛在騰發(fā)量的大小，作物因素和氣象因素是反映這方面的因素。首先建立與、之間的關系，由于，所以可以表示為兩者的加權平均，即： (36)上式表達了與土壤因素的關系。其次為了使能夠體現(xiàn)與作物因素及氣象因素的關系，F(xiàn)AO56提出了通過作物潛在騰發(fā)量計算權系數(shù)的公式： (37)式中是一種標準狀況（）時的值，其值主要由作物種類決定，可查閱FAO56表22。從式(37)可知，作物潛在騰發(fā)量越大，越小，越大，越接近田間持水量，從而作物在土壤水分消退過程中越容易受到水分脅迫的影響。最后建立與之間的關系。根系層底部水分交換量可以采用不同的方法進行估計，如簡化法（近似認為）、零通量面法、經(jīng)驗方法等。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，相應的水量平衡模型分別稱為指數(shù)模型和FAO模型。2) 冬小麥農(nóng)田水量平衡模型參數(shù)的確定和模型檢驗