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基于APSIM模型的冬小麦、玉米和紫花苜蓿的生产潜力分析

杨轩  
【摘要】:黄土高原是我国最重要的旱作农业区,长久以来作物产量偏低而不稳定;在当前气候变化的背景下,更加需要进行作物生产评估,以采取适宜措施、规避产量损失。APSIM (Agricultural Production Systems Simulator)模型是澳大利亚科学家开发研制的、用于模拟农业系统各生物过程的土壤-作物模拟模型,也是用于模拟旱作农业系统中各主要组分的重要机理模型,适宜于对气候变化条件下的作物生产进行潜力预测和风险评估。本研究在APSIM模型于黄土高原本土化的基础上,对2003-2005年及2009-2010年冬小麦和紫花苜蓿的生产进行模拟验证,并在黄土高原未来可能产生的气候变化的前提下,基于1961-2010年的气象数据对冬小麦、玉米和紫花苜蓿的生产潜力进行分析。结果表明: (1) APSIM模型对紫花苜蓿和冬小麦生物量及冬小麦籽粒产量的模拟值与2003-2005年、2009-2010年间的实测值的相关系数分别达到了0.79、0.98和0.98。这表明,APSIM模型能很好地模拟气候因素对黄土高原紫花苜蓿和玉米生产可能造成的影响以及两种作物的生产特征。APSIM模型对土壤水分动态的模拟值与实测值的相关系数为0.72-0.83,模拟值也显示出了明显的浅层水的剧烈变化和深层水的相对平稳。这表明,该模型也很好地反映了降水、蒸发等对土壤水分的影响。此外,模拟结果也突出了紫花苜蓿的发达根系可利用更深层次土壤水分的特点。因此,在一般情况下,该模型十分适用于降水极不确定、气候较为干旱的黄土高原。 (2)冬小麦、玉米和紫花苜蓿的产量在1961-2010年间每日温度提高1℃与逐日降水增减10%的情形下,波动幅度平均达到了-14.4%-9.3%、-21.4%-11%和-23.9%-17%,表明温度与降水的变化是导致黄土高原冬小麦、玉米和紫花苜蓿产量波动的重要因素。在仅降水变化的情形下,三种作物的产量波动幅度平均为-13.9%-9.3%、-17.7%-11%和-16.9%-17%:温度提高1℃情形时,三种作物的产量分别减少1.4%、7.5%和8.3%。三种作物中,冬小麦产量最稳定,玉米产量最不稳定。作物的产量概率曲线的趋势线斜率大小为:增加10%逐日降水情形增加每日温度1℃+增加10%逐日降水情形历史气候情形增加每日温度1℃情形减少逐日降水10%情形每日温度增加1℃+减少逐日降水10%情形。这进一步表明,降水增加是保持作物产量更高更稳定的最关键因素,而温度升高对作物的生产具有不良影响,因此,作物生产的总体趋势需依据具体气候变化趋势来判断。冬小麦、玉米和紫花苜蓿的产量与生长季降水和均温之间的相关系数分别为0.59、0.24、0.28和0.30、0.08、0.34。这表明,冬小麦与生长季降水的关系最为密切,而生长季均温仅能在一定程度上描述冬小麦和紫花苜蓿的产量变化。 在APSIM模型于黄土高原本土化的基础上,模拟分析了黄土高原冬小麦、玉米和紫花苜蓿的生产潜力,证明了该模型在黄土高原旱作农业区降水不确定的背景下,可以敏锐地反映降水与温度变化对冬小麦、玉米和紫花苜蓿生产的影响。需要继续结合大田试验的数据对该模型进一步分析校准,为在黄土高原推广APSIM模型的应用提供丰富的数据基础,提高其适用性。


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