第1章 绪论
1.1 研究背景
随着可利用淡水资源日益短缺，我国人均水资源总量已不足世界平均水平的1/3，全国干旱缺水地区约占国土面积的52.5%，旱灾造成的歉收绝收已经成为我国损失最严重的自然灾害。水不仅关系到可持续发展的问题，也是可持续生存的问题，节水成为人类的共识，世界各国都在寻求节水的新思路、新方法。各国的用水情况尽管互不相同，但农业用水都是用水大户，我国农业用水占全社会用水的70%，其中灌溉用水占农业用水90%以上。我国能以占世界8%的耕地养活占世界22%的人口，其根本条件之一就是40%的耕地是灌溉农田。1984年联合国粮农组织估计在无水利投入的情况下，中国土地最多能养活4.12亿人口。所以要解决中国的粮食问题，尤其是我国即将到来的16亿人口高峰期对粮食增加的需求，就必须有足够的灌溉面积，要扩大灌溉面积就必须有足够的农业水资源。然而，我国是一个发展中国家，随着工业用水、生活用水的增加，农业用水量是不能增加的。因此，唯一的选择是提高水的利用率和水的生产效率，减少水的浪费，应用节水灌溉新技术、新方法来达到农业节水，从而达到扩大灌溉面积，提高粮食总产量的目的。目前，随着社会其他部门用水的增加，以及人口增长对粮食增长的需求，农业节水灌溉新技术是世界各国急需研究和解决的新课题。
农业节水是庞大的系统工程，需要多学科的融合，从单一的工程节水、生物节水到管理节水逐步向多种节水技术的综合应用发展。而随着人们对保护资源、生态环境意识的逐渐增强，以及其他学科（如计算机、控制理论、智能技术等）的快速发展，发展精细农业已经成为时代的要求。灌溉作为作物生长的必备条件，在作物干物质形成的过程中起着非常重要的作用，而传统的大水漫灌导致一季作物每亩实际灌水量达到450～500m3，连同降雨超过作物需水量的1倍，有的甚至2倍，浪费极为严重，灌溉水的实际利用率仅为33%，全国平均每立方米灌溉水仅生产0.8kg粮食。精细农业的发展就要求转变“灌溉是浇地”的传统观念，树立“灌溉是浇作物而不是浇地”的新理念，对作物进行精量灌溉。
多数国内外学者认为精量灌溉主要包括两个方面，即确定对作物何时灌溉以及灌水量。因此本课题在基于大量田间对比实验的基础上，研究有限的灌水量在不同作物以及作物的不同生长期内优化分配模型，实现对灌溉水的高效利用，以及利用当前先进的智能技术研究作物在一定的天气环境、作物生长状况等条件下的需水量预测模型，进而根据作物需水量以及天气环境、土壤水分等多因素来构建作物灌水时间和灌水量模型，对作物进行适时适量的灌溉，然后把这几个模型用知识工程表达成一个大系统，并应用当前流行的面向对象的可视化编程软件进行系统的集成、推广应用，具有重要的理论意义和巨大的应用价值。