吐鲁番-哈密盆地葡萄树需水量计算与非充分灌溉研究

吐鲁番-哈密盆地属极端干旱，水资源严重短缺，人均占有水资源量不到1400m3，地下水位平均每年下降0.92m。其独特的光热资源优势，形成了以葡萄为主的林果业的特色支柱产业。葡萄灌溉仍然采用传统的大水漫灌形式，部分区域灌溉定额高达1800m3/亩，造成水资源不必要的浪费，葡萄耗水量占农业总耗水量的90％。工农业用水矛盾日益突出，加之农民节水意识较差，既浪费了水资源,又增加了农民的经济负担；水资源的不合理开发及利用，使生态环境遭到破坏。水资源短缺严重阻碍了农业及社会经济可持续发展。该区缺水问题要依靠节水予以解决。本研究采用地面滴灌节水灌溉技术，研究葡萄树全生育期的耗水特征及需水规律，计算出葡萄树需水量，确定葡萄树各物候阶段需水阈值，并根据葡萄树需水规律，制定葡萄树滴灌制度，提高葡萄树水分利用效率，通过最大限度地提高农业用水效率来推动农业发展、保护生态环境，为该区葡萄种植业节水高产提供科学依据。

围绕着吐鲁番-哈密盆地葡萄树需水量计算与非充分灌溉技术问题，开展了产学研研究与试验，进行了以问题驱动的应用数学研究，超额完成了研究计划，取得了一系列有特色创新性成果。项目组通过充分调查与分析鄯善县水资源现状、农田水利建设基本情况、无核白葡萄大水漫灌模式以及无核白葡萄滴灌实验模式现状,在研究节水灌溉农业基础理论的基础上，借助于高科技农业技术、土壤水动力学、植物生理学的理论和现代数学方法及计算机模拟交叉运用手段，定量描述了土壤-植物-大气连续体中水分和养分运移的转化过程，据此制定出科学的水、肥调控方案。采用了地面滴灌节水灌溉技术及BGA土壤激活剂、叶面肥，研究了葡萄树全生育期的耗水特征及需水规律，利用多元回归方程的方法修改并建立了光照、空气温度、空气相对湿度、风速与葡萄树所需灌溉量之间关系的数学模型，建立了吐鲁番-哈密盆地葡萄树生长水分数学模型，计算出了吐鲁番-哈密盆地葡萄树需水量，采用数值模拟的方法求出了数学模型的近似解。应用了该研究成果指导当地3.2亩地无核白葡萄试点滴灌工程，与鄯善县现行1000亩地无核白葡萄试点滴灌工程进行了对比分析，观察了该研究成果指导的滴灌工程与现行的滴灌工程的差异。在验证并完善该研究成果的基础上，提出了改善鄯善县无核白葡萄节水灌溉技术方案的建议。成果应用后，在节水50%的前提下，生产出的绿色无核白鲜葡萄售价为每公斤16元，绿色葡萄干售价为每公斤30元，是当地同类葡萄价格的8倍多，项目实施降低了试验区的水资源消耗，提高了葡萄的质量，增加了农民的经济收入，使其转变了农民的种植观念，提高了葡萄的经济价值，降低滴灌投资，从而达到葡萄滴灌技术推广的目的。四年来，共完成高水平论文4篇，1篇发表在国外刊物上，并被EI收录；1篇发表在国内中文核心期刊上；有1篇被邀请参加了国际学术会议，并作了大会报告；有1篇已录用待发表；出版专著1部；依托该项目创建校级重点实验室1个，并已列入到与武汉大学共建重点实验室；创建鄯善县葡萄滴灌节水试验、示范区3.2亩；生产出了绿色葡萄和葡萄干，获得了省部级科技计划科研项目1项；研究成果被当地政府1000亩无核白葡萄节水滴灌试验、示范、推广工程实践中应用；被应用的研究成果由鄯善县政府特推荐给新疆维吾尔自治区第十一届哲社奖经济类评奖参评；依托该项目开设了专业课程 “数学建模与课题学习”，已进行了3轮授课。