《Agricultural Water Management》：Water and energy savings using variable rate sprinkler irrigation on a large maize farm in northern Italy
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本研究针对意大利北部玉米农场水资源短缺问题，开发了一种结合土壤电磁感应测绘、实时监测与SWAP模型的变量灌溉(VRI)框架。结果表明，该方案在15公顷中心支轴式喷灌区实现节水20%，且产量保持稳定。研究为旱区农业水资源高效管理提供了可推广的技术路径。
在意大利波河流域，玉米作为畜牧业核心饲料作物，种植面积达50万公顷，但其传统畦灌方式用水效率仅30%-60%。随着气候变迁导致干旱频发，如2022年波河历史性枯水事件，发展高效灌溉技术已成为保障粮食安全的关键。本研究通过多学科交叉创新，将精准农业理念引入灌溉管理，为应对水资源危机提供了科学方案。
研究人员构建了融合土壤空间变异表征、实时监测与预报决策的精准灌溉体系。首先采用电磁感应(EMI)传感器扫描农场，通过聚类分析划定10个土壤均质区(HSZ)，结合区域土壤数据库确定“粗质”与“细质”两大土壤类型。在15公顷示范田布置无线土壤水分传感器网络(WSN)，基于SWAP农业水文模型模拟根系层水分动态，结合7天气象预报优化灌溉决策。变量灌溉通过控制中心支轴喷灌机行进速度(VSI技术)实现，最终将模型推广至300公顷农场进行多年(2016-2021)模拟验证。
2.1 土壤空间异质性解析
电磁感应测绘揭示农场存在显著土壤变异，其中DAM1、DAM2等4个区域为细质土（黏壤土为主），其余6区为粗质土（砂壤土为主）。通过聚类分析生成土壤管理分区图，为变量灌溉奠定基础。
2.2 精准灌溉系统实现
示范田划分四个管理区（粗/细质土×变量灌溉/对照），SWAP模型校准后模拟精度提升（20cm深处MedAE≤1.24%）。通过整合土壤含水量阈值与天气预报，动态计算灌溉量，使粗质土区灌溉量由500mm降至399mm，细质土区从509mm降至364mm。
2.3 多尺度节水效益评估
农场尺度模拟显示：2016-2021年间变量灌溉平均节水19%，干旱年份（如2019）节水达27%，丰水年（2018）仍实现6%节水。能量消耗与灌溉水量同步下降，且变量灌溉区谷物含水量降低，进一步减少干燥能耗。
2.4 遥感驱动的作物参数反演
利用Sentinel-2影像生成MSAVI2时间序列，通过Sen2rts工具包提取物候参数（SOS、开花期、成熟期等），为SWAP模型提供空间化作物生长参数。
本研究证实变量灌溉技术可在保证玉米产量前提下实现显著节水，为大型农场水资源精细管理提供完整技术框架。通过土壤-气象-作物系统联动模拟，突破传统灌溉的时空均一性限制，尤其适用于土壤异质性高的地区。研究建立的“监测-模拟-决策-执行”闭环体系，为智慧农业在水资源约束下的推广应用提供了重要范例。
