怎样利用matlab软件编程模拟出农作物优化灌溉制度

为农作物高产、节水制定的灌水方案，包括灌水定额、灌溉定额、灌水时间和灌水次数等。灌水定额是指某一种作物单位面积上的一次灌水量。灌溉定额是指某一种作物单位面积上各次灌水定额的总和。二者均以水量(单位为m3/亩)或以水层深度(单位为mm)表示。灌水时间和灌水次数根据作物需水要求和土壤水分状况来确定，以达到适时适量灌溉。

灌溉制度是计算灌溉用水量和制定灌区引水、配水计划的基本依据，也是进行灌区水利规划，灌溉工程设计和灌区用水管理的依据。灌溉制度的制定是在全生育期内进行水量平衡计算，分析各时段农田水分状况，以确定何时需要灌溉和灌多少水量，以便保持最佳土壤水分条件。

根据作物生理和生态特点对水分要求的不同，灌溉制度主要可分为两大类，即水稻灌溉制度和旱作物灌溉制度。

水稻灌溉制度水稻具有喜水耐水特性，常采用淹灌方式，因此，渗漏损失水量大，灌水次数多，灌溉定额大。灌溉制度应以满足不同时期稻田淹灌水层的深度要求。通过水量平衡计算，可以确定所需要的水量。

某时段内水稻灌水定额为：

m＝H＋E－P－H0+C

式中m为时段内水稻灌水定额；H0、H分别为时段初和时段末的稻田水层深度；E为时段内田间耗水量(蒸发、蒸腾和渗漏量)；P为时段内降雨量；C为时段内排水量。单位均为mm。

水稻灌溉制度，随着水稻品种和栽培季节的不同而异，多采用浅-深-浅的灌水方法，即分蘖和分蘖以前采用浅灌,分蘖后期到乳熟前采用深灌,乳熟以后浅灌，黄熟以后落干(有时也在分蘖末期落干晒田一次)。灌溉定额南方一般为300～360m3/亩,北方常在500m3/亩以上。

旱作物灌溉制度根据旱作物的生理和生态特性，灌溉的作用在于补充土壤水分的不足，要求作物生长阶段土壤计划湿润层内土壤含水量维持在易被作物利用的范围内。其最大允许含水量为田间持水量，而最小允许含水量应保持在田间持水量的50％～60％。

旱作物灌溉制度可通过水量平衡计算来确定。当某一时段内尚未灌水时，时段末土壤储水量为W（m3/亩），则：

W＝W0＋P－E＋K

式中W0为时段初的土壤储水量;P为时段内的有效降雨量；E为时段内农田耗水量；K为时段内地下水补给量。单位均为m3/亩。若计算时段较长,计划湿润层加深，则在水量平衡方程式右端加上因计划湿润层增加而增加的水量WH。

当时段末土壤储水量W 小于或等于土壤允许最小含水量的土壤储水量时，则应进行灌水。其灌水定额等于土壤允许最大储水量（田间持水量）与时段末土壤储水量W的差值。旱作物灌溉制度也可用图解法来确定。

旱作物的灌溉制度随作物种类和地区不同而异。①北方半干旱地区、中等干旱或干旱年，几种主要农作物灌溉制度如下。冬小麦灌水4～5次，分别在播种前、分蘖期、 返青-拔节期、抽穗期、灌浆期。如遇后期干旱，在成熟期也可灌水一次。灌水定额40～50m3/亩。灌溉定额160～220m3/亩。②玉米灌水 3～4次，分别在拔节期、抽穗期、开花期、乳熟期进行灌溉。灌水定额约40m3/亩。灌溉定额120～160m3/亩。③棉花灌水2～4次,分别在现蕾期、开花期、花铃期、成熟期进行灌溉。灌水定额约40m3/亩。灌溉定额80～160m3/亩。

其他灌溉制度当采用喷灌、滴灌、地下灌溉或进行某些特种灌溉（如施肥灌溉、 洗盐灌溉、 防冻灌溉、降温灌溉、引洪淤灌等）时，灌溉制度必须按不同要求另行制定。

对干旱缺水地区，可以制定关键时期的灌水、限额灌水或不充分灌水的灌溉制度，以求得单位水量的增产量最高或灌区总产值最高。

展望为了及时和合理调整灌溉制度，需要加强灌溉预报工作，重点是对降水、作物耗水及土壤水分变化进行预测预报。同时需要进一步研究主要作物的节水型灌溉制度，以适应日益紧张的农业水资源供需关系和发展灌溉的需要。

灌溉制度的简介

杨晓光，中国农业大学资源与环境学院农业气象系教授、博导，中国农学会农业气象分会常务理事，中国农学会耕作制度分会常务理事。 1994.9-1998.7 中国农业大学农学系耕作与栽培专业，获农学博士学位

1990.9-1993.7北京农业大学农业气象系农业气象专业，获理学硕士学位

1986.9-1990.7 北京农业大学农业气象系农业气象专业，获理学学士学位

2005.12-至今 中国农业大学资环学院，教授

2004.10-至今 中国农业大学资环学院，博士生导师

2000.1-2005.12 中国农业大学资环学院，副教授

1995.7-2000.1 中国农业大学资环学院，讲师

1993.7-1995.7 中国农业大学资环学院，助教

2010.4澳大利亚联邦科学工业组织 土地和水研究所，学术交流

2009.12墨西哥国际小麦玉米改良中心，学术交流

2007.9 美国UC-Daweis 大学,学术交流

2005.2 访问国际水稻研究所，学术交流

2004.11访问国际水稻研究所，学术交流

2003.9 访问印度国家农业研究中心，学术交流

2002.3 访问国际水稻研究所，学术交流

1995.1 访问日本东京农业大学，学术交流 博士研究生学位课《气候资源利用与农业减灾研究进展》

硕士研究生学位课《气象学研究进展》

本科生专业课《农业气象学原理与方法》 中国农学会农业气象分会 常务理事

中国农学会耕作制度分会 常务理事

中国农学会立体农业分会 常务理事 气候变化对耕作制度、作物生产体系的影响与适应

气候变化与农业气象减灾

农业气候资源利用与农业系统模拟 1.在研项目

全球变化研究重大科学研究计划（973）项目“气候变化对我国粮食生产系统的影响机理及适应机制研究”负责“气候变化对粮食作物种植界限与作物布局影响及适应机制（2010-2014）

国家高新技术项目（973）项目 “主要粮食作物高产栽培与资源高效利用的基础研究”负责“华北和东北区域作物高产高效资源限制因素研究”（2009-2013）

公益性行业（农业）科研专项“气候变化对农业生产的影响及应对技术研究”负责“种植制度对气候变化适应性研究”（2009-2013）

科技部基础性工作专项“农业气候资源数字化图籍”水分卷负责人（2008-2012）

2.已完成课题

公益性行业（农业）科研专项“现代农作制模式构建与配套技术研究与示范”负责“气候变化对种植制度影响”研究，（2008-2010）。

国家科技支撑计划重大项目“农业重大气象灾害监测预警与调控技术研究”中“南方季节性干旱防控技术研究”（2006-2010），课题副主持。

国家高新技术项目（863）重大课题“精准农业生产设计与管理决策模型技术研究”中负责“基于气候背景玉米优化灌溉决策模型”（2006-2010）。

国家高新技术项目（863）重点课题“基于作物生命健康需水的非充分灌溉技术”中负责“华北平原作物水分-经济-生态模型与非充分灌溉模式”专题（2006-2010）。

948项目“节水型农作制度关键技术引进与创新”中负责“北方节水型种植制度资源与水分利用基础参数研究”专题（2006-2010）。

国际合作项目“Developing System of (sub-) Tropical Aerobic Rice in Asia”（2005-2007）。

863重大专项“区域节水型农作制度与节水高效旱作保护性耕作技术研究”(2003-2005)

国家科技攻关项目“华北经济区现代化城郊农业发展模式与技术研究”（2001-2004）

跨越计划专题“苜蓿生态适应性和区划指标研究”（2001-2003）

北京市项目“北京市抗旱预案”（2001-2002）

国家防讯办“国家抗旱预预案”（2003）

国家科技攻关项目“河北藁城持续高效农业研究”（1998-2000）

国家自然基金重大项目“华北平原节水农业应用基础研究”（1993-1997）

国家自然基金项目“农田二氧化碳浓度倍增效应与水分耗散的抑制”

中国科学院重大项目“作物与水分关系研究” 著作

杨晓光、李茂松、霍治国，《农业气象灾害及其减灾技术》，化学工业出版社，2010.

杨晓光、于沪宁，《中国气候资源与农业》，气象出版社，2009。

《20世纪中国自然科学回顾 农业卷》副主编，山东教育出版社出版，2001。

于沪宁、杨晓光，《珍惜自然资源》，广西教育出版社出版，1999。

论文

代姝玮, *杨晓光, 赵孟, 李勇, 王文峰, 刘志娟. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅱ.西南地区农业气候资源时空变化特征. 应用生态学报, 2011. 22(2), 442-452.

薛昌颖, *杨晓光, 陈怀亮, 冯利平, 王化琪, B.A.M Bouman. 基于ORYZA2000模型的北京地区旱稻适宜播种期分析. 生态学报, 2010. 30(24), 6970-6979.

李勇, *杨晓光, 代姝玮, 王文峰. 长江中下游地区农业气候资源时空变化特征. 应用生态学报, 2010. 21(11), 2912-2921.

李勇, *杨晓光, 王文峰, 刘志娟. 气候变化背景下中国农业气候资源变化Ⅰ.华南地区农业气候资源时空变化特征. 应用生态学报, 2010. 21(10), pp 2604-2614.

曲辉辉, *杨晓光, 张晓煜, 黄晚华, 李茂松, 李金云.基于作物需水与自然降水适配度的湖南省防旱避灾种植制度优化. 生态学报, 2010. 30(16), pp 4257-4265.

李勇, *杨晓光, 代姝玮, 王文峰. 气候变化背景下贵州省倒春寒灾害时空演变特征. 应用生态学报, 2010. 21(08), 2099-2108.

黄晚华, *杨晓光, 李茂松, 张晓煜, 王明田, 代姝玮, 马洁华. 基于标准化降水指数的中国南方季节性干旱近58a演变特征. 农业工程学报, 2010. 26(07), 50-59, (EI)

马洁华, 刘园, *杨晓光, 王文峰, 薛昌颖, 张晓煜. 全球气候变化背景下华北平原气候资源变化趋势. 生态学报, 2010. 30(14), 3818-3827.

李勇, *杨晓光, 王文峰, 陈阜. 全球气候变暖对中国种植制度可能影响 Ⅴ.气候变暖对中国热带作物种植北界和寒害风险的影响分析. 中国农业科学, 2010. 43(12),2477-2484.

刘志娟, *杨晓光, 王文峰, 赵俊芳, 张海林, 陈阜. 全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅳ.未来气候变暖对东北三省春玉米种植北界的可能影响. 中国农业科学, 2010. 43(11),2280-2291.

李克南, *杨晓光, 刘志娟, 王文峰, 陈阜. 全球气候变化对中国种植制度可能影响分析Ⅲ.中国北方地区气候资源变化特征及其对种植制度界限的可能影响. 中国农业科学, 2010. 43(10), 2088-2097,

赵锦, *杨晓光, 刘志娟, 成迪芳, 王文峰, 陈阜. 全球气候变暖对中国种植制度可能影响Ⅱ.南方地区气候要素变化特征及对种植制度界限可能影响. 中国农业科学, 2010. 43(09),1860-1867.

*杨晓光, 刘志娟, 陈阜.全球气候变暖对中国种植制度可能影响 Ⅰ.气候变暖对中国种植制度北界和粮食产量可能影响的分析. 中国农业科学, 2010. 43(02), 329-336.

刘园, 王颖, *杨晓光. 华北平原参考作物蒸散量变化特征及气候影响因素. 生态学报,2010. 30(04), 923-932.

赵俊芳, *杨晓光, 刘志娟. 气候变暖对东北三省春玉米严重低温冷害及种植布局的影响. 生态学报, 2009. 29(12), 6544-6551.

李艳, 薛昌颖, *杨晓光, 王靖, 刘园, Enli Wang. 基于APSIM模型的灌溉降低冬小麦产量风险研究. 农业工程学报, 2009. 25(10), 35-44, (EI)

Liu, Yuan, *Wang, Enli, *Yang, Xiaoguang, Wang, Jing. Contributions of climatic and crop varietal changes to crop production in the North China Plain, since 1980s. Global Change Biology, 2010. 16(8), 2287-2299. (SCI)

刘志娟, *杨晓光, 王文峰, 李克南, 张晓煜. 气候变化背景下我国东北三省农业气候资源变化特征. 应用生态学报, 2009. 20(09), 2199-2206.

黄晚华, *杨晓光, 曲辉辉, 冯利平, 黄彬香, 王靖, 施生锦, 武永峰, 张晓煜, 肖小平, 杨光立, 李茂松. 基于作物水分亏缺指数的春玉米季节性干旱时空特征分析. 农业工程学报, 2009. 25(08), 28-34.(EI)

张建平, 王春乙, *杨晓光, 赵艳霞, 刘志娟, 王靖, 陈艳英. 未来气候变化对中国东北三省玉米需水量的影响预测. 农业工程学报, 2009. 25(07), 50-55. (EI)

黄晚华, 薛昌颖, 李忠辉, *杨晓光. 基于作物生长模拟模型的产量预报方法研究进展. 中国农业气象, 2009. 30(S1), 140-143.

李金华, *杨晓光, 曹诗瑜, 马忠明, 肖金香, 陈阜, 李玉义, 邱建军, 逄焕成, 任天志. 甘肃张掖地区不同种植模式需水特征及作物系数分析. 江西农业学报, 2009. 21(04),17-20.

Changying Xue, *Xiaoguang Yang, Bas A. M. Bouman,Wei Weng,Qiuping Zhang, Weixiong Yan, Tianyi Zhang, Aji Rouzi, Huaqi Wang, Optimizing yield, water requirements, and water productivity of aerobic rice for the North China Plain, Irrigation Science, 2008,26:459–474 (SCI).

Changying Xue, *Xiaoguang Yang, Bouman B.A.M., Wei Deng, Qiuping Zhang, Jie Yang, Weixiong Yan, Tianyi Zhang, Aji Rouzi, Huaqi Wang,Pu Wang, Effects of irrigation on the performance of aerobic rice in northern China, Journal of Integrative Plant Biology, 2008 (SCI).

Tianyi Zhang,Jiang Zhu, Xiaoguang Yang,Non-stationary thermal time accumulation reduces the predictability of climate change effects on agriculture, Agricultural and Forest Meteorology, 2008,148:1412-1418 (SCI).

Tianyi Zhang, Jiang Zhu, Xiaoguang Yang, Xiaoyu Zhang, Correlation changes between rice yields in North and Northwest China and ENSO from 1960 to 2004, Agricultural and Forest Meteorology, 2008,148:1021-1033 (SCI).

崔晓军，薛昌颖，*杨晓光，杨婕，张秋平，王化琪，B.A.M.Bouman, 不同水分处理旱稻农田蒸散特征和水分利用效率,农业工程学报, 2008,Vol.24 (4): 49-54.

薛昌颖，*杨晓光，邓伟，张秋平，闫伟兄，王化琪，B.A.M.Bouman, 应用ORYZA2000 模型制定北京地区旱稻优化灌溉制度,农业工程学报, 2008,Vol.24 (4): 76-82.

刘志娟，*杨晓光，薛昌颖，张秋平，B.A.M.Bauman，王化琪, 华北地区旱稻产量适应性及耗水特征分析, 中国生态农业学报，2008,Vol.16 (5): 72-76.

Xue Changying, *Yang Xiaoguang, Deng Wei et al. Study on yield potential and water requirement of aerobic rice in Beijing area based on ORYZA2000 model. In: Proceedings of the International Specialty Conference on Science and Technology for Desertification Control. 14-16 October, 2006, Beijing, China. China Meteorological Press, pp 435-451 (ISTP).

薛昌颖，*杨晓光，邓伟，张天一，闫伟兄，张秋平，肉孜阿基，赵俊芳，杨婕，Bouman BAM，利用ORYZA2000 模型分析北京地区旱稻产量潜力及需水特征，作物学报，2007,Vol.33(4):625-631.

张秋平, *杨晓光, 薛昌颖, 闫伟兄杨婕,张天一, B. A. M. Baum an, 王化琪，北京地区旱稻作物需水与降水的耦合分析，农业工程学报，2007,Vol.23 (10): 51-56.

B.A.M. Bouman, Yang Xiaoguang, Wang Huaqi,Wang Zhimin, Zhao Junfang, Chen Bin, Performance of aerobic rice varieties under irrigated conditions in North China, Field Crops Research,2006,97: 53–65(SCI).

Li Ju, Liu Yunfen,Yang Xiaoguang, Li Jun, online English edition of the Chinese language journal, Ecological Society of China, 2006,Vol.26 (8): 2449-2456.

杨晓光， B.A.M. Bouman， 张秋平， 薛昌颖，张天一，许剑勇，王璞，王化琪, 华北平原旱稻作物系数试验研究，农业工程学报，2006,Vol.22 (2): 37-41.

Yang Xiaoguang, B.A.M.Bouman, Wang Huaqi, Wang Zhimin, Zhao Junfang, and Chen Bin, Performance of temperate aerobic rice different water regimes in North China, Journal of Agricultural water management, 2005, 74:107-122(SCI).

薛昌颖,*杨晓光, B.A.M. Bouman,冯利平,Gon van Laar, 王化琪,王璞, 王志敏,ORYZA2000模型模拟北京地区旱稻的适应性初探. 作物学报, 2005, 31(12): 1567-1571.

张秋平, *杨晓光,杨婕,王化琪,王璞,王志敏,B.A.M. Bouman,不同灌溉处理下旱稻光合生理特征及水分利用效率的研究,旱地农业研究, 2005,Vol.23 (6): 67-72.

杨婕，*杨晓光，王化琪，王璞，B.A.M.Bouman，旱稻农田土壤水分变化特征研究，中国农业生态学报，2005.Vol.13 (3)

易鹏，*杨晓光，冯利平，肉孜阿基，胡耀高，北京地区引种国外紫花苜蓿品种生态适应性的研究，中国农业生态学报，2004. Vol.12 (4)。

赵俊芳，*杨晓光，陈斌、王化琪，王志敏，B.A.M.Bouman，不同灌溉处理对旱稻根系生长及水分利用效率的影响，中国农业气象，2004.Vol.25 (4)。

Yang Xiaoguang, B.A.M.Bouman, Wang Huaqi, Wang Zhimin, Zhao Junfang, and Chen, Water use efficiency of aerobic rice in North China, International Symposium on Transitions in Agriculture for Enhancing Water Productivity, 23-25 September,2003, Tamil Nadu,India.

Yang Xiaoguang, B.A.M.Bouman, Wang Huaqi, Wang Zhimin, Zhao Junfang, and Chen, Water use efficiency of aerobic rice in North China plain, Journal of Experimental Botany,2003,Vol.54.

刘海隆，杨晓光，王玲，重庆三峡库区农业气候变化研究，中国农业生态学报，2003，Vol.11(4)。

赵俊芳，*杨晓光，王志敏，王化琪，B.A.M Bouman，不同水分条件下旱稻水分利用效率的研究，中国农业生态学报，2003，Vol.11(4)。

杨婕，*杨晓光，旱稻耗水特征及水分利用效率研究进展，中国农业生态学报，2003， Vol.11(4)。

杨晓光，刘海隆，王玉林，于沪宁，华北平原夏玉米农田生态系统蒸散规律研究，中国农业生态学报，2003，Vol.11(4)。

杨晓光，刘海隆，于沪宁，夏玉米农田SPAC水分传输势能及其变化规律研究，中国农业生态学报，2003，Vol.11(1)。

刘海隆，杨晓光，夏玉米水分胁迫判别指标研究，中国农业气象，2002，Vol.23(3):22-26.

Yang Xiaoguang, B.A.M.Bouman, Wang Zhimin,Wang Huaqi, Crop-water relations in aerobic rice in North China. Water-Wise Rice Production 8-11,April,2002,Los Banos, Philippines.

B.A.M.Bouman, Yang Xiaoguang, Wang Huaqi, Aerobic rice :a new way of growing rice in water-short areas.12th International soil Conservation Organization Conference, 26-31,May,Beijing,China.

Yang Xiaoguang, B.A.M.Bouman, Wang Zhimin,Wang Huaqi, Analysis of water use efficiency and effecting factors of aerobic rice (Han Dao) under different water regimes in North China, International Rice Congress, 16-20,September,2002,Beijing,China.

B.A.M.Bouman, Peng Shaobin, Yang Xiaoguang, Wang Huaqi, The price of water-reducing water requirements in rice production through aerobic systems, International Rice Congress,16-20,September,2002,Beijing,China.

杨晓光，沈彦俊，张录达，麦田水热传输的控制效应及非线性特征分析，中国农业大学学报，2000，Vol.5（1）。

杨晓光，于沪宁，冬小麦、夏玉米水分胁迫监测系统，生态农业研究，2000，Vol.8（1）。

杨晓光，陈阜，宫飞，喷灌条件下冬小麦生理特征及生态环境特点的试验研究，农业工程学报，2000，Vol.16（2）。

杨晓光，陈阜，宋冬梅，华北平原农业节水实用措施试验研究，地理科学进展，2000，Vol.18(3)。

杨晓光，李明等，夏玉米农田蒸散模型研究，持续农业理论与实践，气象出版社，2000。

杨晓光，李明等，华北平原优化灌溉决策系统研究，西北植物学报，2000，Vol.20(6)。

杨晓光，沈彦俊，于沪宁，夏玉米群体水分利用效率影响因素分析，西北植物学报，1999，Vol.19（6）。

杨晓光，于沪宁，土壤水分对夏玉米农田CO2通量和群体水分利用率的影响，农业工程学报，1999，Vol.15（3）。

杨晓光，于沪宁，夏玉米水分胁迫与反冲机制及其应用，生态农业研究，1999，Vol.7（3）。

杨晓光，沈彦俊，李俊，冬小麦农田群体水分利用率影响因素分析，旱地农业理论与实践，中国农业科技出版社，1999。

杨晓光，于沪宁，农田生态系统二氧化碳通量与群体水分利用率研究，地理科学进展，1998，Vol.17（4）。 2010届 中国农业大学十佳博士论文指导教师奖

2008届 中国农业大学本科生“百篇优秀毕业（设计）”优秀指导教师奖

2007年 中国农业大学优秀班主任标兵

2006年 中国农业大学师德标兵

2006年 中国农业大学优秀***员标兵

2006年 中国农业大学优秀班主任

2005年 中国农业大学优秀班主任

2004届 中国农业大学本科生“百篇优秀毕业论文（设计）”优秀指导教师奖

2004年 中国农业大学优秀班主任

2004年 河北省科技进步三等奖

2003年 中国农业大学校级优秀教师

2000年 中国农业大学优秀教师

1999年 中国农业大学教学一等奖

1998年 中国农业大学优秀班主任

农作物的灌溉制度是指作物播种前（或水稻栽秧前）及全生育期内的灌水次数、每次的灌水日期和灌水定额。灌水定额是指一次灌水单位灌溉面积上的灌水量，各次灌水定额之和，叫灌溉定额。灌水定额和灌溉定额常以m3 /亩或mm表示，它是灌区规划及管理的重要依据。充分灌溉条件下的灌溉制度，是指灌溉供水能够充分满足作物各生育阶段的需水量要求而设计制定的灌溉制度。