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基于APSIM模型的黄土高原玉米—小麦—大豆轮作系统产量、土壤水分动态

周少平  
【摘要】: APSIM(Agricultural Production Systems Simulator)模型是澳大利亚联邦科工组织自1955来倾力开发的一个作物机理模型,是世界各地得到了广泛应用。为进一步确定APSIM模型在我国黄土高原的适用性,在初步实现其土壤、气候和物候本土化的基础上,本论文在甘肃庆阳黄土高原,以春玉米-冬小麦-夏大豆轮作系统定位试验结果进行了拟合检验,该系统开始于2001年,实施传统耕作、免耕、秸秆覆盖等4个不同的耕作措施。应用APSIM模型对该论作系统对2001年至2005年间的作物产量和0-200 cm土壤水分动态的模拟结果表明: 1.在对土壤相关参数本土化和对小麦物候特征修正的支持下,实现了APSIM小麦模块对小麦(西峰24)物候的准确模拟,小麦籽粒产量的模拟值与实测值的决定系数高达0.9667,对总生物量模拟结果与实测值的决定系数为0.8467。模型还敏锐的捕捉到了2003年秋季降水和推迟播种对小麦产量降低的影响。都表明对当地小麦品种各生育期各阶段的积温、光能利用效率、春化作用、最大灌浆速率、辐射利用效率、水分利用效率、地表留茬等方面的参数制定基本合理。 2.APSIM玉米模块对玉米总生物量的模拟结果决定系数达到了0.8319,对籽粒产量的模拟拟合度为0.7023,输出的总生物量模拟值和籽粒产量模拟值大都低于实测值,其在干旱年的适应性优于湿润年,APSIM玉米模块已经可以大致反映黄土高原地区玉米产量的动态变化,但其精确性仍有待改进。 3.APSIM模型对大豆总生物量模拟值与实测值的决定系数为0.6217,籽粒产量与实测值间决定系数仅为0.4824,APSIM模型大豆模块在庆阳地区的适用性需要更深入的研究,进一步完善参数本土化,当地品种物候特征的参数设置。 4.APSIM模拟的土壤水分趋势与实测值基本上相符,传统耕作(t)和传统耕作+秸秆覆盖(ts)的模拟结果与实测值比较吻合,拟合度分别为R~2=0.8249,R~2=0.8326,对免耕(nt)和免耕+秸秆覆盖(nts)差,与实测值的拟合度分别为R~2=0.8066,R~2=0.768。模拟值总体上略低于实测值,还需要调整相关参数来进一步提高和改善模型的性能。 目前对模型的验证与评价还不够完善,尚需要进一步长期、精细的验证,并需要整理运用多年气象、试验数据,以便分析保护性耕作的长期效应。 论文以结合保护性耕作试验的数据来分析校对或者修正相应模块的参数,为推广APSIM模型的应用提供了丰富的数据基础。通过逐步对土壤、根系、作物等参数进行更精确的实际测定,将会使模型运行结果更加可靠。APSIM模型其他作物模块在陇东地区的适用性仍有待进一步验证。


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