水资源短缺使得灌溉用水普遍不能满足作物生长要求,因此,必须实施限量供水灌溉。限量供水灌溉是指将有限的水量灌溉到对作物产量形成最敏感的时期,以获得最大产量和效益。鉴于此,本文以山西省临汾市霍泉灌溉试验站冬小麦复播玉米和原平市阳武河灌溉试验站春玉米为研究对象,选取土壤水、热、氮运移转化模型,对土壤含水率、土壤温度和土壤氮素进行了模拟。通过不同典型年的灌溉制度优化,建立了动态灌水下限模型,利用动态灌水下限值进行灌溉预报并与经验灌水的增产效益进行了比较,主要结果如下:(1)利用冬小麦复播玉米和春玉米2015-2016年度的灌溉试验资料,对选取的土壤水分动态模型和土壤氮素运移转化模型进行了参数的率定和检验。冬小麦复播玉米和春玉米生育期内的土壤含水率模拟值和实测值具有较好的相关性,相关系数R~2均达到了0.7以上。对土壤氮素运移转化模型,0-60cm土层范围内硝态氮实测值和模拟值相关关系较好,达到0.6以上,且沿土壤深度方向的0-60cm硝态氮的含量分布与实测值相吻合。以上结果表明,本文选取的土壤水分和氮素运移转化模型具有很好的适用性。(2)利用作物生长模型对冬小麦复播玉米和春玉米的产量进行了模拟计算,结果表明,模拟的籽粒产量与实测产量具有很好的相关性,相关系数R~2达到了0.9以上,由此说明所选用的P123作物生长模型对模拟作物产量具有很好的适用性。(3)以霍泉灌溉试验站和阳武河灌溉试验站长系列(1954-2015年)降雨资料为依据,确定了不同典型年,进行了不同典型年的划分,并对不同典型年进行了限量供水灌溉制度的优化,据此建立了动态灌水下限模型。结果表明,随灌水量的增加,增产效益明显增加,并且,随降水量的增大,对应增产效益最大值的灌溉供水量明显减小。对75%和95%的典型年,随灌水次数的增加,增产效益明显增加。在较干旱的条件下,无论是处于干旱时期的冬小麦还是处于降雨量相对丰沛期的玉米,灌水均有较大的增产作用。(4)利用动态灌水下限值进行灌水预报,并与经验灌水进行了比较,在有限灌溉供水量条件下,预报灌水的效益普遍高于经验灌水。冬小麦复播玉米最大增产率为8.9%,最大效益率可达9.74%,春玉米最大增产率为9%,最大效益率可达13.03%。由此表明,由动态灌水下限值作为灌水下限进行灌溉可以增产增收。(5)分析结果表明,相邻时段的参考作物蒸发蒸腾量具有非常好的相关性,均可以达到极显著水平,时段为旬时,其相关系数R~2可以达到0.9以上。鉴于此,灌溉预报过程中充分利用实时监测的气象要素变化值,采用相邻时段的参考作物蒸发蒸腾量的相关关系预测未来10天的参考作物腾发量,用于预测作物实际腾发量;由于降水量变化的强烈随机性,灌水预报过程中采用了近十年日降雨量的平均值作为降水量预测值。(6)对农田土壤含水率预报误差进行了分析,冬小麦复播玉米两个年度土壤含水率最大相对误差为21.65%,最小值为0.06%,平均相对误差为7.95%;春玉米两个年度土壤含水率最大相对误差为34.71%,最小值为0.037%,平均相对误差为6.25%。均达到了甲等预报水平,表明本研究建议的预报方法合理可行。