实时灌溉模型中作物根区土壤含水率计算方法及应用

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1、灌溉排水学报２０１５年４月第３４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０４－００１９－０５实时灌溉模型中作物根区土壤含水率计算方法及应用马建琴ａ，何胜ｂ，宋智睿ｂ（华北水利水电大学ａ．人事处；ｂ．水利学院，郑州４５００１１）摘要：为了改进作物实时灌溉模型中土壤墒情的取值方法、提高实时灌溉预报的精度，针对已有研究模型中土壤墒情的取值方法不符合作物生长规律的问题，在充分考虑冬小麦根系随土壤深度分布规律和吸收水分特点的情况下，采用变异系数法计算了冬小麦计划湿润层内各土层土壤含水率的权重，并应用在郑州地

2、区不同水分处理的冬小麦实时灌溉模型中。结果表明，权重法计算的日土壤含水率和灌水总量更符合试验区冬小麦生长规律和灌溉定额标准。关键词：实时灌溉；土壤含水率；变异系数法；计划湿润层；权重中图分类号：Ｓ２７４．１文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０４．００５马建琴，何胜，宋智睿．实时灌溉模型中作物根区土壤含水率计算方法及应用［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（４）：１９－２３．０引言随着水资源紧缺和农业供水形势的日益严峻，在灌溉管理水平比较低的情况下，结合未来时段的天气预报，根据当前土壤墒情进行农田灌溉用水动态管理具有重要意义。

3、实时灌溉预报就是对灌区内作物短期甚至逐日的水分变化作出准确预报，通过作物生长期内田间土壤水分的逐日模拟，以规定的土壤含水率（或水层）允许上下限作为发布灌溉的阈值，遭遇突然的降水或灌溉补水则及时调整预报结果，并对土壤水分变化［１－２］曲线进行修正。对于旱作物，实时灌溉预报是依靠土壤墒情监测技术获得每一时刻的土壤水分状况，根［３］据其变化趋势提前作出灌水预报。根据田间水量平衡原理，建立的以天为时段的作物在线实时灌溉模型，并对计划湿润层深度、作物系数进行修正，提高了模型预报精度，但对土壤墒情的取值只是提出了一个计算［４］方法，并没有具体计算和验证。为此，以冬小麦作为试验

4、对象，由于算术平均法计算的日土壤含水率不符［５］合冬小麦生长规律，根据冬小麦的根系随土壤深度的分布规律和吸收水分的特点，采用变异系数法计算冬小麦计划湿润层内各土层土壤含水率权重，研究冬小麦根系分布和不同水分处理条件下日土壤含水率、灌水量、灌水时间和灌水次数，验证模型中土壤墒情的取值方法，为冬小麦的节水高产、实时灌溉制度的制定提供基础数据与决策依据。１基本原理１．１根区分层土壤含水率的测定和计算试验在华北水利水电大学龙子湖校区（河南郑州）农业节水高效试验场进行，以２０１２—２０１４年２个全生育期的冬小麦为试验对象，试验区土壤质地为沙壤土，土壤孔隙率为４０％，田间体积

5、持水率（θ田）为４２％。根据理论研究与实际情况，冬小麦生育期间共设Ａ、Ｂ、Ｃ三种处理方案，土壤水分上、下限控制区间分别为５０％θ田～９０％θ田、６０％θ田～９０％θ田和８０％θ田～１００％θ田。试验采用从澳大利亚引进的土壤水环境测定系统收稿日期：２０１４－０９－０３基金项目：水利部９４８项目（２０１０４７）；国家自然科学基金项目（４１０７１０２５）；河南省２００６年骨干教师资助项目；华北水利水电大学高层次人才启动项目（２００５１４）；２００９年度河南省教育厅自然科学研究资助项目（２００９Ａ１７０００４）作者简介：马建琴（１９７３－），女，河南郑州人。教授，硕士生导

6、师，博士，主要从事农业水资源可持续利用、区域水资源优化配置、水环境等方面的研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｍａｊｉａｎｑｉｎ＠ｎｃｗｕ．ｅｄｕ．ｃｎ１９［６］ＥｎｖｉｒｏＳｃａｎ监测冬小麦根区土壤含水率，考虑到冬小麦根系生长特点和根深范围，每个探测器在０～１ｍ土层内平均设１０个传感器，于每天０２：００、０８：００、１４：００和２０：００测定土壤含水率。试验将冬小麦根系活动区域以上土层视为一个整体系统，取冬小麦所处计划湿润层深度以上所有传感器不同时刻所测土壤含水率的均值作为当天的土壤水分实测值。故采用算术平均法计算第ｉ天计划湿润层ｎθｉ，ｈｌｌ＝１的土壤水分（值θｉ），θｉ＝

7、，式中：θｉ，ｈ为第ｉ天给定土层深ｈｌ处的土壤水分值；ｎ为土层个数。４ｎｌ算术平均法计算的日土壤含水率，没有考虑到作物根系随土壤深度的分布规律和吸收水分的特点，不符合作物自身生长规律，计算的日土壤含水率误差较大，不利于实际应用。１．２基于变异系数法的分层土壤含水率计算方法变异系数法是根据指标数据求指标权重，反映了指标数据变化的客观信息，是一种客观的求权重的方［７］法。由于评价指标体系中的各项指标的量纲不同，不宜直接比较其差别程度。为了消除各项评价指标的量纲不同的影响，需要用各项指标的变异系数来衡量各项指标取值的差异程度。各项指标的变异系数公式为：ｎσｉ＝１（ｘ）２

8、，（１）