干旱区棉花水氮最优调控模型及调控方案

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1、灌溉排水学报２０１５年７月第３４卷第７期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＩｒｒｉｇａｔｉｏｎａｎｄＤｒａｉｎａｇｅ文章编号：１６７２－３３１７（２０１５）０７－００４０－０５干旱区棉花水氮最优调控模型及调控方案邓忠，宗洁，翟国亮，李迎，蔡九茂，吕谋超，冯俊杰（中国农业科学院农田灌溉研究所／河南省节水农业重点实验室，河南新乡４５３００２）摘要：以灌溉定额和施氮量为影响因素，选择了３个灌溉定额和４个施氮量为试验水平，组合形成了１２组田间试验方案。根据田间试验数据，建立了棉花产量与灌溉定额、施氮量之间的二次项量化关系式，其反映了水氮对产量的耦合效应，且相关性较高。在此

2、基础上，将灌溉定额和施氮量作为优化变量，以净效益最大为目标函数，以试验因素上、下限为约束条件，构建棉花膜下滴灌水氮优化调控二次规划模型。求解这个二次规划模型，可获得净效益最大的水氮最优调控方案。灌溉水价、肥料价格和籽棉价格分别做为自变量进行了净效益对三者变化的敏感性分析，净效益对籽棉价格的变动最敏感。关键词：水氮调控；棉花；二次规划模型；优化中图分类号：Ｓ５６２文献标志码：Ａｄｏｉ：１０．１３５２２／ｊ．ｃｎｋｉ．ｇｇｐｓ．２０１５．０７．００８邓忠，宗洁，翟国亮，等．干旱区棉花水氮最优调控模型及调控方案［Ｊ］．灌溉排水学报，２０１５，３４（７）：

3、４０－４４．０引言［１－３］水分和养分对于作物生长的作用是相互影响和相互制约的，众多研究结果表明，适宜的水肥调控对作物有增产作用，过量的水肥用量不利于作物的生长和增产。在北方干旱地区，灌水和施肥等因素对大田作［４－５］物产量及经济效益起着决定性的作用。以新疆棉花生产为典型，由于其特殊的地理位置、气候条件、水资源的短缺及土壤肥力低下等因素，决定了灌溉与施肥是当地作物健康生长必需的二大要素。关于适宜的水氮用量问题，国内学者已从不同的角度进行了灌水、施肥对棉花生长的影响研究，或把二者结合起来构建水［６－７］氮耦合效应方程，为棉花的水肥高效管理提供了科学依

4、据。在此基础上，一些学者进一步研究了棉花膜［８］下滴灌最大产量与灌水定额和施肥量的关系，柴付军通过对试验数据的分析得出膜下滴灌棉花产量最大［９］的灌溉定额和全生育期纯氮施量，龚江构建了棉花膜下滴灌灌水量、施氮量与产量的回归方程，通过方程计算得到棉花的理论最高产量为５９９９．９８ｋｇ／ｈｍ２，全生育期总灌水量和施氮量分别为４１１２．８ｍ３／ｈｍ２和２［１０］２７０．４７ｋｇ／ｈｍ。李发永在微咸水灌溉条件下研究了膜下滴灌棉花水肥耦合规律，建立了水、肥与产量的二次回归模型，得出了灌溉定额与施肥量２个因素对产量具有显著的影响，水肥之间具有一定的协同作用。分

5、析以上研究成果，可以看出国内外学者目前的研究侧重于水肥耦合效应对棉花生理机制、产量形成和品质［１１－１３］等方面的影响或水肥利用效率，通过回归模型建立了方程，提出作物产量最高（或品质最优）的水肥用量。但是最大产量并不一定意味着效益最大。在新疆干旱区水资源短缺，如何在考虑水肥耦合效应的基础上，获得经济效益最大化的水肥最优调控方案，对提高灌灌水的利用率，降低化肥使用量，减少农业面源污染具有重要意义，但目前对这一问题研究较少，以下将着重研究这一问题，为新疆干旱区棉花膜下滴灌水氮管理提供理论参考和依据。收稿日期：２０１５－０１－２６基金项目：公益性行业（农

6、业）科研专项资助项目（２０１２０３０３１－０３，２０１２０３００３）作者简介：邓忠（１９７６－），男，甘肃武威人。副研究员，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：ｄｅｎｇｚｈｏｎｇ１９７６＠１２６．ｃｏｍ通讯作者：吕谋超（１９６８－），男，河南柘城人。研究员，博士，主要从事节水灌溉理论与技术研究。Ｅ－ｍａｉｌ：１３９３７３８１５８５＠１６３．ｃｏｍ４０１材料与方法１．１试验区概况试验在新疆巴音郭楞蒙古自治州水利管理处重点灌溉试验站进行。该试验区位于库尔勒市尉犁县，海拔８９２ｍ，年降水量２０～８０ｍｍ，年蒸发量２０００～２５００ｍｍ；≥１０℃

7、积温３９５０～４５００℃，无霜期１８０～２１５ｄ；［１４］湿润度小于０．３３，为纯灌溉农业。作物生长季节干旱少雨；光热资源丰富，主要种植棉花、香梨、葡萄等经济作物。土壤为沙壤土，ｐＨ值８．５０左右，有机质质量分数１２．５２ｇ／ｋｇ，全氮、碱解氮、速效磷、速效钾质量分数分别为８４０、５８．６９、９．６７、１３８．７４ｍｇ／ｋｇ。１．２试验方案供试棉花品种为“新陆中２６号”。宽、窄行播种，１膜４行，膜宽１２５ｃｍ，行距为２０ｃｍ＋４０ｃｍ＋２０ｃｍ，株距１５ｃｍ，滴灌带铺在膜中间，膜间行距６０ｃｍ。试验采用二因素完全随机设计，设３个灌溉定额和４个施氮量

8、，根据棉花生育期需水规律共灌水１３次，每次灌水量根据水表控制。播种前磷、钾肥（３００ｋｇ／ｈｍ２）全部作为基肥一次性施入土