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《节水灌溉理论与新技术》教学大纲

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一、课程中文名称:节水灌溉理论与新技术

二、课程英文名称:Water saving irrigation theory and new technology

三、课程编码:ZX0611320

四、课程性质:专业选修课

五、学时数、学分数、开课学期:36学时,2学分,第七学期

六、课程目的与要求:

本课程通过对非充分灌溉的基本概念及理论依据、SPAC系统中的水分传输、缺水对作物的影响与水分亏缺的评价指标、作物—水模型、非充分灌溉最优水管理、非充分灌溉试验研究等内容的讲授,使学生基本掌握非充分灌溉的基本理论、SPAC系统中水分运移的力能关系;了解作物—水模型的基本概念及模型确认方法;掌握非充分灌溉试验的设计与成果分析方法。

 

七、本课程与其它课程的联系:

与本课程相关的专业基础课有《灌溉排水工程学》、《工程水文学》等。

 

八、教学方法:

以课堂教学为主,主要采用多媒体教学以提高课程的信息量。

 

九、考核方法:闭卷考试和作业

十、选用教材参考书目:

选用教材:史海滨主编. 灌溉排水工程学(第一版).北京:中国水利水电出版社,2006

参考书目:

汪志农主编. 灌溉排水工程学.北京:中国农业出版社,2000

罗金耀主编. 节水灌溉理论与技术.武汉:武汉大学出版社,2003

十一、教学进程安排表:

序号

章节教学内容

学时

理论

实践

合计

1

第一章 非充分灌溉的科学基础

2

 

 

2

第二章 土壤-植物-大气连续体中的水分传输

8

 

 

3

第三章 缺水对作物的影响与水分亏缺的评价指标

6

 

 

4

第四章 作物-水模型

10

 

 

5

第五章 非充分灌溉水管理的基本原理

6

 

 

6

第六章 非充分灌溉试验研究

4

 

 

7

 

 

 

 

合计

 

36学时

 

36学时

 

十二、主要教学内容、重点和难点

第一章 非充分灌溉的科学基础

一、学习目的

通过本章的讲解使学生对非充分灌溉的概念、背景及非充分灌溉的理论依据与研究进展有一个总体的认识和了解;着重掌握非充分灌溉的理论依据。本章计划2学时。

二、课程内容

第一节 非充分灌溉的背景

第二节 非充分灌溉的概念

第三节   非充分灌溉的理论依据

从作物对水分亏缺的适应机制、低灌溉定额的可能性、作物有效缺水效应等几个方面论述。

第四节 非充分灌溉研究进展与展望

三、重点、难点提示和教学手段

(一)教学重点及难点

非充分灌溉的概念及理论依据。

(二)教学手段及教学环节

采用多媒体教学,收集一些相关的数据及图片资料,帮助学生更形象深入地了解掌握讲解的内容。

四、思考与练习

1.论述非充分灌溉的理论依据。

 

第二章 土壤-植物-大气连续体中的水分传输

一、学习目的

通过本章的讲解,使学生理解土壤-植物-大气连续体的基本概念及SPAC中水流阻力和水流通量的变化规律;掌握植物根系吸水的微观模型、植物根系吸水的宏观模型;掌握缺水条件下作物实际蒸腾量与潜在蒸腾量的关系、水分不足条件下蒸发蒸腾总量的计算;了解SPAC水分传输动态的模拟模型。本章计划8学时。

二、课程内容

第一节 SPAC 水分运移力能关系

(一)土壤-植物-大气连续体的基本概念

(二)SPAC中的水势分布及与环境因素的关系

(三)SPAC中的水流阻力分布规律

(四)SPAC中的水流通量的变化规律

第二节 作物根系吸水模型

(一)植物根系吸水的微观模型

(二)植物根系吸水的宏观模型

(三)植物根系吸水的动态模拟

第三节 作物蒸发蒸腾量的计算

(一)作物蒸腾量的计算

1. 充分供水条件下作物潜在蒸腾量

2. 缺水条件下作物实际蒸腾量与潜在蒸腾量的关系

(二)棵间蒸发量的计算

(三)蒸发蒸腾总量的计算

1.充分供水条件下蒸发蒸腾总量的计算

2.水分不足条件下蒸发蒸腾总量的计算

3. 参考作物蒸发蒸腾量EToi 的计算

4. 作物系数Kci 的确定

5. 土壤水分修正系数Kθi 的确定

第四节 SPAC水分传输动态的计算机模拟

(一)SPAC水分传输动态的模拟模型

1.根区土壤水分动态模拟模型

2.根系吸水模拟模型

3.作物蒸腾与棵间土壤蒸发模拟模型

4. SPAC水分传输模型中有关参量的计算

(二)SPAC水分传输动态模拟模型求解及模拟软件设计

(三)SPAC水分传输动态模拟结果的检验

三、重点、难点提示和教学手段

(一)教学重点

土壤-植物-大气连续体的基本概念、SPAC中的水流阻力分布规律、SPAC中的水流通量的变化规律、植物根系吸水的微观模型和宏观模型。

(二)教学难点

植物根系吸水的微观模型和宏观模型。

四、思考与练习

1.解释SPAC系统的概念及植物根系吸水的微观模型和宏观模型。

 

第三章 缺水对作物的影响与水分亏缺的评价指标

一、学习目的

通过对本章的讲解,使学生了解水分亏缺的基本概念,掌握形成水分亏缺的原因;了解水分亏缺对植物生理过程、干物质积累和产量的影响;深刻理解作物对水分亏缺适应性的机理;重点掌握评价作物水分亏缺状况的水分生理指标和叶温指标;了解评价作物水分亏缺状况的气象指标和土壤水分指标。本章计划6学时。

二、课程内容

第一节 水分亏缺的概念及形成原因

(一)水分亏缺的基本概念

1.土壤水分亏缺

2.作物水分亏缺

(二)形成水分亏缺的原因

1.土壤水分亏缺的原因

2.作物水分亏缺的原因

第二节 水分亏缺对作物的影响与作物对干旱的适应性

(一)水分亏缺对植物生理过程的影响

1.水分亏缺对生长发育的影响

2.水分亏缺对光合和呼吸的影响

3.缺水对碳水化合物代谢与同化物运输的影响

4.水分亏缺对矿质吸收的影响

(二)水分胁迫对作物干物质积累和产量的影响

(三)作物对水分亏缺的适应性

1. 作物避旱性的生理机制

2. 作物的耐旱性机理

(四)水分亏缺对作物的某些有益作用

1. 促控结合对高产的作用

2. 对改善品质的作用

第三节 水分亏缺状况的评价指标

(一)作物水分亏缺状况的评价方法研究概况

(二)评价作物水分亏缺状况的气象指标

1.雨量指标法;

2.湿润度旱情指标法

(三)评价作物水分亏缺状况的土壤水分指标

1.土壤含水量指标法

2.土壤有效水含量指标法

3.土壤水分平衡指标法

(四)评价作物水分亏缺状况的水分生理指标

1.叶水势;

2.气孔导度 (阻力);

3.细胞液浓度

(五)评价作物水分状况的叶温指标

1.冠层温度变异法 CTV

2.温度胁迫法 TSD

3.日缺水度法SDD

4.相对温差法PWS

5.水分胁迫指数CWSI

三、重点、难点提示和教学手段

(一)教学重点及难点

形成水分亏缺的原因、水分亏缺状况的评价指标。

(二)教学手段及教学环节

多媒体教学及作业训练。

四、思考与练习

1.简述水分亏缺的原因。

 

第四章 作物-水模型

一、学习目的

通过本章的讲解,使学生重点掌握水分生产函数与建模的基本假设及全生育期和生育阶段缺水的线性模型;掌握阶段缺水的乘法模型与加法模型;理解掌握作物—水模型的确认;了解模型参数推求和敏感指标的模拟。本章计划10学时。

二、课程内容

第一节 水分生产函数

(一)生产函数的基本概念

(二)生产函数的数学模型

(三)单因子(水分)生产函数

(四)多因子(水分与其他)生产函数

第二节 作物一水模型的基本概念与建模假设

(一)作物—水模型的基本概念

(二)建模的基本假设

第三节全生育期或生育阶段缺水的线性模型

(一)研究背景

(二)线性模型

(三)线性模型的应用与改进

第四节 阶段缺水的乘法模型

(一)M.E.Jensen模型

(二)Minhas模型

(三)Rao模型

(四)其他模型

第五节 阶段缺水的加法模型

(一)Blank 模型

(二)Stewart 模型

(三)Singh模型

(四)其他模型

第六节 作物-盐分反映模型

(一)生理干旱的缺水反应(势)函数

(二)盐溃度—产量关系

第七节 作物—水模型的确认

(一)模型确认的步骤

(二)模型确认的基础工作

(三)模型确认的准则

第八节 作物一水模型的建模

(一)模型建立和应用

(二)模型参数推求

(三)敏感指标的模拟

(四)作物一水模型建模实例

(五)与建模有关的问题

三、重点、难点提示、教学手段及教学环节

(一)重点、难点

水分生产函数、阶段缺水的乘法模型、阶段缺水的加法模型及作物—水模型的确认。

(二)教学手段及教学环节

以课堂教学为主,主要采用多媒体教学以提高课程的信息量,辅助采用课下辅导的方式。

四、思考与练习

1.简述乘法模型及加法模型及作物—水模型的确认。

 

第五章 非充分灌溉最优水管理

一、学习目的

通过对本章的讲解,使学生掌握非充分灌溉的最佳灌水周期及经济灌溉定额的确定方法。掌握最优灌溉面积及优化灌溉制度。掌握非充分灌溉管理的目标规划。本章计划6学时。

二、课程内容

第一节 非充分灌溉水管理的基本原理及经济灌溉定额

(一)充分灌溉条件下的最佳灌水周期及经济灌溉定额

(二)非充分灌溉的最佳灌水周期及经济灌溉定额

(三) 非充分灌溉存贮模型的应用

(四)Y-ET呈线性关系

(五)Y-ET呈非线性关系

第二节 最优灌溉面积及优化灌溉制度

(一)非线性模型的线性变换

(二)构成新目标

(三)多阶段缺水目标函数的修正

(四)建立线性规划模型

(五)确立灌水决策

第三节 动态用水计划

(一)动态用水计划编制与执行

(二)应用实例

第四节 非充分灌溉管理的目标规划

(一)目标规划原理

(二)多目标模型

(三)应用实例

三、重点、难点提示

经济灌溉定额、最优灌溉面积、优化灌溉制度。

四、思考与练习

1.论述经济灌溉定额、最优灌溉面积、优化灌溉制度的概念及适用条件。

 

第六章 非充分灌溉试验研究

一、学习目的

通过对本章的讲解,使学生掌握试验处理与试验观测方法;掌握试验成果分析的主要内容与分析方法。本章计划4学时。

二、课程内容

第一节 试验处理与设计方法

(一)试验场地选择

(二)试验处理

1.单阶段一水平受旱的土壤含水量下限控制处理

2.单阶段多水平受旱的土壤含水量下限控制处理

3.按灌水次数设计受旱处理

4.多阶段受旱的处理

(三)试验观测方法

第二节 试验成果的整理与分析方法

(一)试验成果分析的主要内容

1. 分析水分亏缺对作物生长状况的影响

2. 分析水分亏缺对作物水分生理指标的影响

3. 分析水分亏缺对作物蒸发蒸腾量的影响

4. 分析水分亏缺对作物干物质积累和产量构成的影响

(二)相对产量与相对蒸发蒸腾量的关系

(三)分析确定各阶段缺水敏感指数及其变化规律实例

三、重点、难点提示

试验处理的设计、试验成果分析的主要内容与分析方法。

四、思考与练习

1.简述试验成果分析的主要内容与分析方法。

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