江淮丘陵塘坝灌区作物种植结构优化调整模型

分类：论文范文 发表时间：2020-02-03 09:09

　　摘要:鉴于江淮丘陵塘坝灌区作物种植结构优化调整问题的复杂性与重要性，依托肥东八斗灌溉试验站试验成果，通过塘坝灌区降雨径流模拟，进行农田灌溉水量平衡分析，构建了塘坝灌区多目标多变量作物种植结构优化调整模型，并运用加速遗传算法进行模型求解，优化确定了研究区现状9.32万m3/km2塘坝容量下合理的作物种植比例，具体为:就午季作物水稻而言，降雨频率为P≥90%时，适宜种植比例为0.11;降雨频率为75%≤P＜90%时，适宜种植比例为0.21;降雨频率为50%≤P＜75%时，适宜种植比例为0.36;降雨频率为20%≤P＜50%时，适宜种植比例为0.54;降雨频率为P＜20%时，适宜种植比例为0.65。研究成果可为江淮丘陵塘坝灌区种植结构调整与灌溉制度的制定提供科技支撑，具有重要的实际指导意义和推广应用价值。

　　关键词:作物种植结构;优化调整模型;江淮丘陵区;塘坝灌区

　　0引言

　　中国是农业大国，种植业占主导地位，农业经济是国民经济发展的重要基础和基本保障，合理的作物布局对粮食生产管理以及粮农安全评估具有重要的现实意义［1］。作物种植结构优化调整长期以来都是农业地理学和农业可持续发展的重要研究内容，受到国内外学者的高度关注［2－4］。20世纪七八十年代起，遥感技术在作物种植研究方面得到了广泛的应用，并取得丰硕的研究成果［5－7］。如美国通过LACIE计划的制定，建立了全球农情监测运行系统，对作物各个生育期的生长状况进行全面观察了解［8］。在我国，作物种植结构调整优化问题一直是农业结构研究的重点，20世纪90年代，杨光立等提出了我国种植业的总体发展方向，积极倡导利用现代科技技术与农机的有效结合，实现资源利用率最大化［9］。可见，作物种植结构的合理性不仅直接影响着农业的高产丰收和农民收入水平的提高，还对农业经济发展有决定性作用。

　　1塘坝灌区作物种植结构优化调整分析方法

　　1.1基于SCS模型的塘坝灌区降雨径流模拟方法

　　径流曲线模型(SoilConservationService，SCS)［15－17］是美国农业部水土保持局在20世纪50年代研制的小流域设计洪水模型，具有计算过程简单，所需参数较少，资料数据易获取，对观测数据要求不多等特点，尤其适用于无资料或缺资料地区。SCS以流域的实际入渗量与实际径流量之比等于流域该场降雨前的最大可能入渗量(或潜在入渗量S)与最大可能径流之比为假定基础，建立其降雨径流基本关系为［18－19］

　　1.2塘坝灌区灌溉水量平衡分析方法

　　1.2.1作物需水量计算作物各阶段的需水量ETc的计算利用同阶段的参考作物蒸发量ET0与相应阶段的作物系数的乘积求得［22－24］，即ETc=Kc×ET0(5)式中，ET0为参考作物某个生长阶段蒸发蒸腾量;Kc为参考作物作物系数。ET0采用彭曼－蒙蒂斯(Penman－Monteith)［21－23］公式计算ET0=0.408Δ(Ｒn－G)+γ900T+273U2(ea－ed)Δ+γ(1+0.34U2)(6)式中，ET0为参考作物蒸发蒸腾量;Δ为温度－饱和水汽压关系曲线在T处的切线斜率;Ｒn为净辐射;G为土壤热通量;γ为湿度表常数;T为平均气温;U2为2m高处风速;ea为饱和水汽压;ed为实际水汽压。

　　1.2.2农田有效降雨计算鉴于研究区内缺少完整的地表径流观测水文资料，本文选用生产实践中被广泛常采用的不同频率典型年降雨简化法计算有效降雨量，其计算公式为Pe=σP(7)式中，σ为降雨有效利用系数，其与降雨总量、强度及延续时间、土壤性质、作物生长、地面覆盖和计划湿润层深度等因素有关。

　　2实例研究

　　八斗镇位于安徽省肥东县北部，地处江淮分水岭岭脊，耕地1.00万hm2，总人口7.5万，其中农业人口7.1万人，是典型的农业大镇。该区地形破碎，植被稀少，调蓄性能很差，难以大规模拦蓄地表径流，主要依靠塘坝和小水库蓄水，存在大量的水利死角，灌溉保证率低。八斗镇塘坝蓄水灌溉区域(塘坝灌区)的塘坝容量为9.32万m3/km2，灌溉面积0.75万hm2，作物种植以水稻(中稻或一季晚稻)、玉米、油菜、小麦为主，轮作方式为水稻—小麦(油菜)或玉米—小麦(油菜)的两季轮作，秋季作物的水稻种植比例在0.5左右，缺水易旱，土壤瘠薄，属江淮丘陵低产区域，是江淮丘陵区典型塘坝灌溉系统。该区水稻种植主要分布于冲田和塝田内，据调查，冲田约占整个耕地面积的20%～25%，塝田约占35%～45%，岗地所占比例和冲田基本相同，小水库及塘坝约7%［2］。根据当地居民多年实际栽插水稻规模，冲田可为该区的水稻永久种植区，其比例应在耕地总面积的20%左右;下塝地土壤质地相对冲田区较好，可种植旱作物，为水稻的理想种植区，正常年份水稻栽插面积比达到40%～50%;高塝地土壤质地和肥力状况一般比较好，适宜种植各种作物，丰水年份水资源条件能够保证，水稻最大栽插面积比例可能达到60%～65%［2］。

　　3结论

　　(1)依托肥东八斗灌溉试验站试验成果，通过塘坝区降雨径流模拟，开展研究区农田灌溉水量平衡分析，以研究区内水资源与区域作物种植效益最大为基准原则，构建多目标多变量的作物种植结构优化调整模型，并运用加速遗传算法进行优化模型求解，优化确定研究区现状9.32万m3/km2塘坝容量下合理的作物种植比例，具有重要现实指导意义。

　　(2)基于SCS模型和多目标多变量作物种植结构优化调整模型结果表明:在现状9.32万m3/km2塘坝容量下合理的种植比例为:(1)降雨频率为P≥90%时，午季作物水稻适宜种植比例为0.11;(2)75%≤P＜90%时，适宜种植比例为0.21;(3)50%≤P＜75%时，适宜种植比例为0.36;(4)20%≤P＜50%时，适宜种植比例为0.54;(5)P＜20%时，适宜种植比例为0.65，在丰水年情均能满足水稻正常需水要求。可为该区产业结构调整与灌溉制度的制定提供理论依据，现实指导意义重大。

　　参考文献:

　　［1］顾海兵.中国农业地位、特征与对策［J］.经济学动态，1995(3):17-22.

　　［2］王友贞，叶乃杰.江淮丘陵易旱地区适宜水旱种植比的研究［J］.水土保持研究，2003，10(4):159-161.

　　［3］周惠成，彭慧，张弛，等.基于水资源合理利用的多目标农作物种植结构调整与评价［J］.农业工程学报，2007，23(9):45-49.

　　［4］LUH，WUY，LIY，etal.EffectsofmeteorologicaldroughtsonagriculturalwaterresourcesinsouthernChina［J］.Journalofhydrology，2017，548(3):419-435.

　　［5］刘海启.欧盟MAＲS计划简介与我国农业遥感应用思路［J］.中国农业资源与区划，1999，20(3):55-57

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