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作物水分诊断及灌溉预警关键技术与应用

文献类型： 获奖成果

作者：

获奖名称： 科技进步奖

获奖等级： 三等奖

关键词： 诊断;关键;预警;作物;技术;关键技术;水分;灌溉;水;水分诊断;作物水分

第一完成单位： 中国农业科学院农田灌溉研究所

获奖时间： 2015

摘要： ①课题来源与背景 本项成果由国家自然科学基金项目（50609030）和小麦产业技术体系岗位专家项目(CARS-3-1-30)共同资助完成。 在作物水分诊断过程中，采用多源信息无疑可以综合考虑作物本身和外部环境的影响。但是，由于各种传感器所提供信息的空间、时间、表达方式不同，可信度、不确定程度不同，侧重点和用途也不同，如何采用一定的方法将各决策因子及时、有效地进行融合和处理，以及如何解决融合过程中出现的一系列不确定性问题，以提高灌溉管理与决策的可靠性，是目前农田灌溉领域中多源信息融合所面临的难题。 进行精细的灌溉管理往往需要诸多信息，甚至需要较多的灌溉专业知识才能决定，然而要掌握这些科学理论知识，并且要对这些信息进行必要的处理，无论对于广大农民用水户，还是基层水利工作者都是相当困难且费时耗力的，有时甚至是根本无法办到的。常常导致现阶段一些基层单位和上级决策部门缺乏应有的灌溉管理信息，往往等旱情发展到一定程度才组织抗旱灌“救命水”，贻误了适时灌溉的良机；也有的是灌后遇雨加重了涝渍灾害，不仅增加了灌溉投入，而且导致农作物不同程度地减产，达不到应有的投入和资源效应。 无论是根据采样信息进行实时的作物水分诊断，还是根据一定的土壤水分信息和作物生长状况进行区域的灌溉预警，都必须将诊断结果和预警信息及时发布出去才能起到应有的效果。网络和信息技术的快速发展、快速监测传感器的普及以及天气预报精度的提高为水分诊断和灌溉预警技术的广泛推广应用提供了良好的基础。另外在土地规模化流转加快、生态环境日趋重视、高效智慧型现代灌溉需求渐盛等趋势的的形势下，研究作物水分快速诊断和灌溉预警关键技术不仅对于促进我国节水灌溉的可持续发展，而且对于资源节约型和环境友好性社会的建立都具有十分重要的意义。 ②技术原理及性能指标 本成果针对灌溉用水管理中作物水分诊断可靠性差和灌溉预警精度低及诊断和预警结果实时发布存在的主要问题，以提高灌区水资源利用效率为主要目标，研发作物水分诊断及灌溉预警系统，本成果主要应用于灌区的灌溉用水管理，主要包括三项主导技术： 1）提出了一种基于模糊粗糙集和D-S证据理论的多源信息的作物水分诊断方法； 2）构建了基于天气（预报）信息的作物需水量预测方法及灌溉预警模式； 3）研发了基于WEBGIS的灌溉预警远程服务系统，该系统可实现天气预报信息的在线抓取、作物水分诊断及灌溉预警结果的可视化表达和网络发布。 ③技术的创造性与先进性 将模糊粗糙集和D-S证据理论相结合，完成了多源信息在决策层级的融合，解决了作物水分诊断结果的不确定性，提高了诊断结果的可靠性和实用性；综合考虑作物自身生长发育状况以及气象、土壤水分等外部环境因素的影响，筛选出了基于天气预报信息参考作物需水量（ET0）的预测模型及其主要参数的率定、对基于有效积温冬小麦作物系数估算模型和土壤水分修正因子估算模型进行了改进，将基于天气预报信息的作物耗水量预测模型和水量平衡方程有机耦合，提出了基于天气预报信息的墒情预测和灌溉预警技术体系。系统基于.NET开发，实现了作物水分诊断与灌溉预警结果的可视化表达和网络发布，提高了系统的实用性。 ④技术的成熟程度、适用范围和安全性 本成果已经进入推广应用阶段，适用范围为灌区的工作人员，系统安全适用，可操作性强。 ⑤应用情况及存在的问题 灌溉预警系统虽然已具备基本功能，但在实际应用中还存在不足之处，为了进一步提高系统查询和检索的效率，需要对数据库中各属性数据之间的关系以及数据表结构进行优化，使其相互之间紧密联系，尽量减少数据冗余。

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