东北粮食主产区高效节水灌溉技术与集成应用

2019-02-12

  【项目类别】国家重点研发计划“水资源高效开发利用”专项

  【项目编号】2016YFC0400100

  【起止年限】2016.07~2020.12

  【项目负责人】龚时宏

  【牵头单位】中国水利水电科学研究院

  【参与单位】武汉大学、中国农业科学院农田灌溉研究所、中国灌溉排水发展中心、中国农业大学、黑龙江水利科学研究院等18家单位

  ● 背景

  东北地区是我国粮食主产区,粮食商品化率超过80%,但亩均水资源量仅为全国平均的38%,农业用水供需失衡、灌溉效率与效益不高、地下水位持续下降等水问题十分突出,发展高效节水灌溉对挖掘粮食增产潜力、保障国家粮食安全具有重要战略意义。

  东北粮食主产区节水灌溉已得到长足发展,但尚不能适应“适度规模化、全程机械化、高度集约化”现代农业发展新常态的迫切需求。现阶段偏重于田块尺度节水灌溉技术的推广应用虽实现了灌溉效率的提升,却带来区域尺度耗水失衡及严重的衍生水问题,如何实现多尺度作物耗水与灌溉供水的协同均衡调控是当前面临的重大科技问题,亟需创新多尺度作物耗水协同调控理论,重点突破作物高效耗水耦合调控、多水源优化调配等区域尺度关键技术,攻克水田生态灌排、旱田绿色喷微灌、灌溉智能监控等田块尺度关键技术,构建东北粮食主产区高效节水灌溉技术集成应用模式,开展示范应用,支撑国家粮食安全和水安全。

  ● 拟解决的关键问题

  (1)在基础理论创新层面,重点突破多尺度作物高效耗水协同调控理论与方法;

  (2)在共性关键技术层面,重点研发作物高效耗水耦合调控、水田生态灌排、长毛管低压滴灌、高效低耗喷灌水肥药调控、互联网+灌溉智能水管理等关键技术与产品;

  (3)在示范集成应用层面,建立适应规模化水田、集约化旱田的高效节水灌溉关键技术体系与应用模式,示范推广应用实现节水灌溉技术、农艺与农机技术与相关政策机制的有机融合,达到节水、高效、绿色、生态的目标。

  ● 研究内容

  (1)多尺度作物高效耗水理论及灌溉制度优化;

  (2)灌溉多水源优化调度配置技术与方法;

  (3)规模化水田高效节水灌溉技术与产品;

  (4)集约化农田多功能喷灌技术与设备;

  (5)精量化高效滴灌技术与产品;

  (6)灌溉系统智能调控技术与产品;

  (7)节水灌溉效率与生境效应评价技术与方法;

  (8)水田高效节水灌溉技术集成应用;

  (9)旱田高效节水灌溉技术集成应用。

  ● 研究进展

  (一)多尺度作物高效耗水理论

  在黑龙江和平灌区庆安灌溉试验站和吉林水科院长春市朝阳区灌溉试验站分别开展水田和旱田的多尺度作物耗水试验,初步掌握了水稻和玉米的需耗水量、不同水稻种植模式的水分利用效率、灌排渠系的水位流量关系以及模型估算的玉米日蒸散量等成果,初步构建基于公共天气预报的区域旱情监测与灌溉需水预测模型。

  (二)灌溉多水源均衡调控模式

  以黑龙江和平灌区为研究对象,在灌区一支、二支、三支、四支、五支、六支、庆胜支、姜文海支、二排、三排、四五排等安装13个监控系统,22个水位监测点,初步开发了渠系量控一体化设备,收集了灌区水位、流速、气象等基础数据,为提出灌溉输配水系统水力控制方法与梯级循环利用技术及建实时调配与应用系统提供支持。

  (三)水田生态型节水灌溉模式

  开展了测桶试验、小区试验、大田试验3种尺度的水稻灌溉试验,观测稻田全生育期灌水信息、地下水位、土壤水分和作物生理等数据,初步构建稻田灌溉模拟模型,提出稻田全生育期灌溉信息监测装置和田间量控设施的开发思路,初步提出与规模化水田农机农艺相配套的改进地面灌溉方法。

  (四)旱田精量高效节水灌溉模式上

  开展了用于旱田滴灌、喷灌的水肥一体化灌溉设备和远程自动控制装置的研发,试制了网关和电子阀产品、长毛管低压滴灌灌水器、滴灌水肥一体化施肥机等一系列产量,初步提出了旱田滴灌水肥气热多过程调控技术模式和高效低耗的旱田作物喷灌水肥药综合施用技术模式,初步构建了玉米生长性状、产量与水肥气热多要素协同响应模型。

  (五)灌区节水生境评价及调控模式

  对和平灌区的土壤质地、土壤有机质、氮磷等本底质进行了取样测定,初步开发了渠系水流动态模拟方法,初步搭建灌区尺度用水效率与生态环境效应评价方法体系,建立了作物水肥优化管理模型,初步发展了灌区可持续灌溉水优化配置模型。

  (六)灌区高效节水灌溉系统技术解决方案

  水田节水示范区综合解决方案主要开展了灌区用水需求预测技术、多水源保障技术、输配水监控技术、水田生态节水灌溉技术和灌区节水生态效益评价及阈值调控技术的研究,初步形成了“需水预测—水源保障—输配水监控—间高效节水—生态效益评价及调控”的系统技术解决方案;旱田节水示范区综合解决方案主要开展了灌区用水需求预测技术、水肥一体化管理技术、远程自动监控技术和精量高效节水优化灌溉制度的研究,初步形成了“需水预测—水肥一体化管理—远程自动控制—高效节水灌溉制度”的系统技术解决方案。