为了把握全球节水灌溉工程技术的专利研发态势,为我国节水灌溉工程技术的技术研发和专利布局提供参考,利用专利分析的方法,采用智慧芽专利分析平台,结合人工标引和统计,利用EXCEL等工具对中外节水灌溉工程技术专利进行系统分析。重点分析了全球节水灌溉工程技术专利的年度申请态势、专利类型和法律状态、国家和区域布局、研发活跃的国家、技术布局、研发活跃的机构,最后分析了国外节水灌溉重点公司的专利布局和重点专利,并结合专利分析总结了节水灌溉工程技术的发展趋势。结果表明,节水灌溉工程技术是未来中外研发机构重点关注的领域,中国在该领域的专利申请量排第 1,但中国专利的质量有待提升; 美国的 RAIN BIRD、HUNTER INDUSTRIES、以色列的 NETAFIM 是全球节水灌溉工程技术领域的佼佼者,国内节水灌溉工程技术研发机构应重视这些机构的研发动向,剖析其核心技术专利,并进行再创新,同时建议加强与这些机构的合作; 研究发现未来在基于互联网、无线网实时获得作物生长环境状况基础上进行自动灌溉控制的精准灌溉技术是未来发展的热点和趋势; 污水处理用于灌溉的技术也受到业内研发机构的重视,建议国内相关研发机构关注这几个领域,加大研发力度。

针对农户水权分配研究较少,且分配方案不易被农户接受的问题,构建了基于用户满意度的综合加权模型。首先确定确权水量,然后根据综合定额、人口、土地、产出量等单一原则确定水权分配方案,并计算对应的用户满意度,构造基于公平感的权重函数,最终得到多原则综合加权后的分配方案。以沈乌干渠上的直口渠牧业( 4) 队为例进行水权分配,得出以下结论: 基于用户满意度的分配方案能满足个体公平感的要求,平衡后的分配结果能够与确权水量相衔接。该方法兼顾个体公平与整体公平,提高了农户对分配方案的接受度。

引黄灌区在我国经济社会发展中占有不可替代战略地位与作用。然而,黄灌区用水矛盾加剧、水肥利用效率普遍低以及面源污染问题突出,必须大力发展滴灌技术,提高对作物供水保障程度,促进绿色高效农业发展。黄灌区发展滴灌面临水源调控、泥沙过滤以及滴头抗堵技术难题,从而引发滴灌工程投资加大。以内蒙古科技与水利重大专项技术成果为基础,分析了上述几项因素对滴灌工程投资影响,并分析了降低滴灌投资途径,论述了黄灌区发展滴灌所产生经济、社会以及生态效益,可为黄灌区大面积推广滴灌提供参考。

为了探明分蘖期不同淹水深度和淹水历时对早稻生长发育和产量形成的影响,于 2018 年 4-7 月,以陆两优 996 为试验材料采用盆栽模拟受淹的方法,开展了早稻分蘖期不同淹水深度和淹水历时的试验研究,设定 CK( 不受淹处理) 、H1( 20 cm) 、H2( 30 cm) 、H3( 40 cm) 3 种不同淹水深度和 D1( 1 d) 、D3( 3 d) 、D5( 5 d) 、D7( 7 d) 4 种不同淹水历时处理,每处理重复 3 次。结果显示,分蘖期受到淹水胁迫后会抑制早稻分蘖数的增长和促进株高的增长,且随着淹水深度和历时增加水稻分蘖增长受到抑制更严重,株高较对照间的差异会越显著; 淹水胁迫对早稻剑叶 SPAD 值影响表现为受淹开始前 1 d 处理间差异均不显著,水稻受淹结束后剑叶中 SPAD 值会显著降低,等到受淹结束后 7 d时,剑叶中 SPAD 值逐渐恢复到正常水平; 早稻分蘖期受到淹水胁迫后地上部分干物质积累量会降低,随着淹水深度和淹水历时增加与 CK 间差异越显著,且不同部位中对穗部位干物质积累影响最大; 在产量构成方面表现为早稻分蘖期受到淹水胁迫后有效穗数、结实率和实际产量的显著降低,与 SFW( 淹水累计深度) 之间相关系数分别达到-0．914＊＊ 、-0．983＊＊ 和-0．942＊＊ 。受淹水胁迫影响最大的为实际产量,所有处理与 CK 间实际产量差异均达到显著水平( p＜0．05) ,并且随着淹水深度和历时增加与 CK 间差异越大,回归分析表明可以以 SFW( 淹水累计深度) 为自变量构建早稻分蘖期淹水胁迫后实际产量预测模型。

为提出新型沼液复合微生物肥合理的灌溉施肥方案,采用二因素三水平完全组合设计,研究了不同水肥供应水平对露地西瓜生长发育及产量品质的影响。结果表明: 中水高肥有利于提高西瓜叶片叶绿素 SPAD 值和叶片净光合速率,进而显著提升了叶片水分利用效率; 低水显著抑制了西瓜的产量,中水供应后西瓜产量随施肥量的增加而增加,高水明显降低了水分利用效率; 中低水量供应条件下,西瓜可溶性固形物升高,而高水量供应条件下西瓜可溶性固形物显著降低。综合分析,甘城子砾质淡灰钙土沼液复合微生物肥最佳灌溉施肥方案为: 灌水量 3 150 m3 /hm2,施肥量 3 000 kg / hm2。

为了提高引黄灌区灌溉用水效率,针对引黄灌区属性值和属性权重均未知的多属性灌溉用水效率评价问题,提出了一种基于四参数区间数的评价方法,并选取工程、环境和管理三方面进行评价。通过改进熵值法和群决策相对熵集结模型计算组合权重,通过 VIKOR 算法计算待评价对象的排名,然后将算法应用到三义寨灌区引黄灌区灌溉用水效率的评价中,通过评价结果发现在不能人为的影响环境指标的情况下,为了提高引黄灌区灌溉用水效率,应尽量提高管理的投入。

为探求秸秆还田量对土壤持水特性影响,在室内将扰动土和玉米秸秆以一定比例混合后测定土壤水分特征曲线。试验以秸秆不还田处理为对照( CK) ,其他秸秆还田量处理分别为干土质量的 1．0%、3．0%、5．0%、7．0%。结果表明: 相同土壤水吸力下,土壤含水量随着秸秆还田量增大而增大,尤其在低、高吸力段范围内; 秸秆还田使得土壤中的多余水量、难有效水量增加,但减小了易有效水量; 秸秆还田没有改变比水容量随土壤水吸力的变化规律,但使得其比水容量的数值大小降低。试验研究结果可以为秸秆还田下合理地利用土壤水分、改善灌溉措施提供依据。

以泾惠渠灌区为研究对象,基于灌区地下水观测数据,运用 FEFLOW 建立泾惠渠灌区地下水三维模拟模型。在满足模拟规范要求的精度要求下,模拟 11 种不同节水水平情景,研究了地下水位对不同影响因素条件下的响应情况。得到地下水位对本次研究的三种主要影响因素条件下的响应情况为: 斗口以下灌溉水利用系数＞灌溉定额＞干支渠水有效利用系数。模拟最终得到灌区最优渠井节水水平配置: 干支渠水有效利用系数 0．71,斗口及以下灌溉水有效利用系数 0．90。在生产实际中应优先考虑提高斗口以下灌溉水有效利用系数,并以此为依据确定灌区渠系防渗衬砌标准。

针对我国新疆地区土地干旱,水分下渗和蒸发比较严重导致灌溉过程中水分流失的问题,研制出一款根据土壤湿度传感器数据和作物需水量进行决策,实现智能灌溉的阀门控制器。该控制器以STM32单片机为控制核心,采用太阳能供电的方式,控制器包括单片机控制电路、土壤湿度采集电路、太阳能充电控制电路、阀门驱动电路、无线通信电路、阀门状态反馈电路。控制器通过土壤湿度传感器采集的数据进行灌溉决策,在土壤含水率低于作物最适宜生长值下限时开启阀门,当土壤含水率达到田间持水量时关闭阀门。农民能通过手机 APP 远程获取土壤湿度数据和阀门开关状态信息,并能远程控制阀门进行灌溉。经实验分析论证,该控制器运行稳定,能将土壤含水量控制在合适的范围。

新型炭基肥料研发及应用对设施蔬菜高产优质及农业节水均具有重要意义。通过田间试验考察了两种炭基尿素产品( B2: 1 和 B1: 1) 、灌水量及炭基尿素水肥耦合效应对设施番茄产量与品质的影响。结果表明: 与传统速效尿素处理相比,炭基尿素肥料 B2: 1 和 B1: 1 的应用可使番茄分别增产 38% ～ 42%和 11% ～ 27%,果实可溶糖分别增加 0．69% ～ 1．39%和 0．7% ～ 2．15%,糖酸比分别增加 2．66 ～ 7．66 和 2．83 ～ 8．76,Vc 分别增加 6 ～ 11．3 mg /100 g 和 3．6 ～ 4．4mg /100 g,硝酸盐分别降低 4 ～ 11 mg / kg 和 4．3 ～ 17 mg / kg。与 B1: 1 型炭基尿素相比,应用 B2: 1 型炭基尿素增加了番茄产量及 Vc 含量,同时降低了番茄可溶糖含量。灌水量由 HW( 1 658 m3 / hm2) 降至 LW( 1 365 m3 / hm2) 降低了施氮处理番茄的产量,应用两种炭基尿素处理能降低减水对番茄产量的不利影响,B2: 1 型炭基尿素的这一作用更明显; 减少灌水量降低了番茄品质。氮肥类型对番茄产量的影响大于灌水量,灌水量对番茄品质的影响大于氮肥类型。氮肥类型和灌水量对番茄可溶糖、Vc 和硝酸盐含量的影响存在显著的交互效应。综合考虑,HW+B2: 1、HW+B1: 1 和 LW+B2: 1 在设施番茄生产中均有可推广价值。

研究旱作条件下不同覆盖处理对梨园土壤水热状况的影响,揭示幼龄玉露香梨树生长状况对土壤水热的响应,为果园覆盖栽培技术提供理论依据。试验共设置4个覆盖处理:全年地布覆盖(T1)、4-9月地布覆盖(T2)、10-翌年3月地布覆盖(T3)、全年秸秆覆盖(T4),并与对照组无覆盖(CK)进行对比。结果表明:不同覆盖处理对梨园土壤水分和土壤温度的影响不同,对梨树生长状况的影响也不同,并且各处理的新梢和树干直径累计生长均可用Logistic作物生长模型极好的拟合。其中秸秆覆盖处理能够使土壤体积含水率始终保持较高水平,具有较好的保温隔热作用,相比其他处理可明显促进梨树的生长发育,增加梨树的新梢累计增长量和树干直径累计增长量; 与对照组无覆盖处理,覆盖能够明显改善土壤水热状况,促进梨树的生长发育。

研究调亏灌溉对滴灌核桃树叶片光合特性及产量的影响,找到核桃树最适宜调亏的生育期,对发展核桃产业具有科学指导意义。本试验分别在萌芽期(Ⅰ)、开花坐果期(Ⅱ)和萌芽期+开花坐果期(Ⅰ+Ⅱ)进行调亏,分析不同调亏程度及复水后核桃树叶片的净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度(Ci)指标及产量变化情况。调亏灌溉下,与正常灌水相比,开花坐果期调亏的叶片Tr和Gs显著降低(P＜0．05)。与充分灌水相比,萌芽期亏水于开花坐果期复水的叶片Tr、Gs和Ci显著降低(P＜0．05);果实膨大期复水的叶片光合特性都增大,随着调亏度的增大而减小。调亏灌溉对果实产量均起到正作用,开花坐果期轻度调亏和萌芽期+开花坐果期轻度调亏的单株产量较高。综合试验分析表明,确定开花坐果期轻度调亏为核桃树最适宜的调亏处理。

为探索长期连作膜下滴灌棉田盐分高值区土壤盐分空间分布特征,采用经典统计学方法,根据北疆连作膜下滴灌棉田生育期内 2016、2017、2018 年土壤盐分监测数据,分析了膜下滴灌棉田土壤盐分不同土壤剖面的积累及变化特征。结果证明该研究区域内土壤含盐率逐年增大,且随时间推移,由非盐渍化土或轻度盐渍化土逐渐转化为中度盐渍化土,部分区域转化为重度盐渍化土,连续三年内各剖面土壤盐分均由北向南呈增大趋势; 在水平方向上,盐分主要聚积在 6、7、8 剖面,垂直方向,0 ～ 20 cm 土层土壤含盐率变化较大,土壤含盐率随土层的增加而增加,主要积累在 80 cm 以下土层。

为探究蓄水坑灌条件下苹果树冠层导度的日变化规律,使用茎流计法计算冠层导度,运用方差分析、相关分析、回归分析对蓄水坑灌和地面灌溉不同处理下苹果树冠层导度的日变化特征及对气象因子( 空气温度、太阳辐射、空气相对湿度、风速) 的响应进行了研究。结果表明: 不同处理苹果树冠层导度均为单峰曲线,峰值出现在上午10:00到 11:00 左右; 灌水上下限越高,冠层导度越大; 相同灌水条件下,蓄水坑灌处理苹果树冠层导度高于地面灌溉处理; 空气温度、太阳辐射、风速与冠层导度呈正相关关系,相对湿度与冠层导度呈负相关关系,各气象因子对冠层导度影响显著,均达到显著以上水平。

为分析不同植被下黏质红壤的持水、释水及孔隙特性,用离心机法测定了鄂南一个典型红壤坡地的 8 种植被地块( 3 种树龄的杉树、茶树、红叶石楠、无患子、油菜、桂花树) 4 个深度( 20、40、60、90 cm) 的土壤水分特征曲线,进而计算了土壤不同孔隙度,用 Van Genuchten 模型( VG 模型) 拟合水分特征曲线数据,同时获得土壤比水容量曲线。结果表明: ①VG 模型能够较好地拟合黏质红壤的水分特征曲线,决定系数 R2 在 0．981 4 ～ 0．999 4 之间; ②土壤持水能力的变化主要出现在低于 500 kPa 的土壤水吸力范围内,土壤释水过程大多发生在低吸力范围内( 0 ～ 500 kPa) 。试验坡地的土壤总孔隙度是 40．4% ～ 47．0%,其中毛管孔隙度约为 39．2%,而有效孔隙度仅为 15．0%左右,因此土壤水分有效性整体较差;③持水能力最好的是茶树、大杉树和小杉树3个地块,多数地块的表层土壤较深层土壤有更好的排水能力,但深层土壤的持水能力强于表层土壤。研究坡地的土壤虽然属于同一种类型土壤,但不同植被、不同深度的土壤持水能力、释水特性及水分有效性存在一定差异,在分析红壤坡地水分动态分布规律时应考虑在内。

为探究蓄水坑灌条件下苹果树冠层导度的日变化规律,使用茎流计法计算冠层导度,运用方差分析、相关分析、回归分析对蓄水坑灌和地面灌溉不同处理下苹果树冠层导度的日变化特征及对气象因子( 空气温度、太阳辐射、空气相对湿度、风速) 的响应进行了研究。结果表明: 不同处理苹果树冠层导度均为单峰曲线,峰值出现在上午10 ∶ 00到 11 ∶ 00 左右; 灌水上下限越高,冠层导度越大; 相同灌水条件下,蓄水坑灌处理苹果树冠层导度高于地面灌溉处理; 空气温度、太阳辐射、风速与冠层导度呈正相关关系,相对湿度与冠层导度呈负相关关系,各气象因子对冠层导度影响显著,均达到显著以上水平。

针对传统单一赋权方法的缺陷,将 AHM 主观权重和 CRITIC 客观权重相结合,构建 AHM-CRITIC 耦合权重; 采用 TOPSIS 排序方法,量化样本与评价标准之间的相对关系,建立水质评价模型。选取 CODMn、TN、TP、NH3 -N、DO、pH 6 项指标作为评价因子,将该模型应用于小兴凯湖进行水质评价。AHM-CRITIC 评价结果中Ⅱ类水占 20%,Ⅲ类水、Ⅳ类水各占 10%,Ⅴ类水占 60%,表明湖水水质整体较差; 且由于水体富营养化现象严重,当地居民应科学排灌、文明发展旅游业以改善水环境。将 AHM-CRITIC、AHM 和 CRITIC 三种赋权方法进行对比,可得优化后模型能够有效避免主观权重极值和客观权重“不灵敏”的问题,提升整体评价精度与适应性,具有一定的应用价值。

以水稻为研究对象,品种选取津稻 919,研究其全生育期; 单苗期、分蘖期; 单孕穗期、单乳熟期盐分胁迫下的产量对比与变化。灌溉水矿化度选取为 0( CK) 、2、3、4、5、6、7 g /L 共 7 组处理,水稻测量指标选取穗粒数、千粒重、产量。结果表明: 在全生育期盐分胁迫处理下,水稻产量整体随着盐分浓度的增加呈现下降趋势。其中 5、6、7 g /L盐分浓度灌溉下,对水稻影响最为严重,其中在 S6、S7 处理下水稻产量下降 45．48%、44．97%,且稻米色泽出现异样。在单苗期、分蘖期盐分胁迫下,水稻性状指标虽有不同程度的下降,但孕穗及抽穗过程未受到盐离子的毒害,产量相比全生育期盐分胁迫下略有提高。但在单苗期、分蘖期 6、7 g /L 处理下,稻米色泽仍然出现淡黄现象。在孕穗期及乳熟期单阶段盐分胁迫处理下,随着耐盐性的增强,水稻各处理之间差异性逐渐变小。在乳熟期单阶段盐分胁迫下,水稻产量与 0( CK) 处理组无明显差异。水资源短缺条件下,使用含盐量不大于 4 g /L 的微咸水,在孕穗期及乳熟期单阶段进行灌溉对产量的影响很小,只有 9．2%,可实现替代淡水 25%。

试验探究不同压力下微喷带水量分布均匀系数的变化规律,通过公式计算了垂直于微喷带、沿微喷带方向和总面积的水量分布均匀系数,分析不同水头工作压力对不同类型微喷带在水量分布均匀性上的影响。试验对常见的机械打孔的 Ф28,Ф32 和 Ф40 微喷带,通过改变微喷带的工作压力值,设置 6 种不同的微喷带首部工作压力,探究不同结构类型的微喷带在不同的首部工作压力下的水量分布均匀系数。微喷带的水量分布均匀系数与首部工作水头及管径均匀性密切相关,在一定的工作压力范围内,微喷带的灌溉效果能达到最好; 随着工作压力的变化,Ф28 与Ф40 微喷带的水量分布均匀系数变化较平缓,而 Ф32 微喷带的水量分布均匀系数变化波动大,3 种结构类型微喷带的水量分布均匀系数均在工作压力值为 32 ～ 36 kPa 的范围内出现最大值。为保证较好的灌溉均匀度,一定作用压力条件下微喷带存在极限铺设长度; 实际使用中,应根据微喷带的具体结构形式设定铺设长度与首部工作压力。

以甘肃省玉门市为典型案例区,基于水足迹理论和 CROPWAT 模型,利用气象和农业数据,对 1981-2017年该地区小麦、大麦和玉米 3 种主要粮食作物生产水足迹进行核算,并分析其变化特征与影响因素。结果表明: 水足迹总量整体呈下降趋势,蓝水所占比重最大( 78%) ,灰水次之( 16%) ,绿水最少( 6%) ; 从各粮食作物水足迹整体变化趋势来看,蓝水与绿水呈互补关系,灰水与蓝水变化相一致; 从单位产量水足迹来看,玉米是粮食作物中单位产量水足迹最低,单产最高的作物,在主要粮食作物种植中占有绝对优势。影响因素分析结果显示: 经济因素是影响粮食作物水足迹的首要因素,其次是农业生产因素、气象因素和人口因素。其中,蓝水足迹主要受经济因素和农业生产因素影响; 绿水足迹主要受气象因素中的风速和降水的影响; 灰水足迹主要受氮肥施肥量影响。

设置痕量灌、逐日地下滴灌、膜下滴灌、常规地下滴灌和棉花地面灌( 对照) 等 5 种灌溉方式,研究不同灌溉条件下棉花根系的空间分布规律。结果表明: 逐日地下滴灌、痕量灌对棉花根系干物质量积累的影响显著高于膜下滴灌、常规地下滴灌等滴灌方式,其中逐日地下滴灌处理根系干物质累积量大,水平分布均匀,更有利于根系生长。各处理棉花根系垂向分布范围在 0 ～ 50 cm,主要聚集范围为 0 ～ 20 cm、占总根重 73．80% ～ 76．91%,土层 30 ～ 50 cm 随着深度的增加根重占比逐渐减小,逐日灌水处理土壤横向剖面含水率相对其他处理变幅较小。根系水平方向范围在0～ 70 cm,各处理呈显著的向水性分布,且集中分布于膜下窄行与膜间,窄行根重占比相对膜间更大,但逐日地下滴灌处理水平方向分布较为均匀。综上所述采用逐日地下滴灌节水方式对棉花根系干物质积累更有利,根系水平分布更为均匀。