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利用作物模拟模型辅助冬小麦限水灌溉决策的研究

刘占锋  
【摘要】:本文在田间试验的基础上,针对河北冬小麦产区,以CERES-Wheat 2.0模型为研究工具,以我国的主要作物小麦为研究材料,探讨了CERES-Wheat模型在麦田水分管理和灌溉决策方面的潜在应用。目的在于应用CERES-Wheat模型的动态性和预测性功能,通过利用品种遗传参数、气象资料、土壤资料,对限水灌溉条件下小麦的生长发育、产量形成、土壤水分、作物蒸腾、土壤蒸发进行逐日动态模拟,通过适时地做出土壤水分预报来辅助冬小麦的水分管理和灌溉决策。 CERES-Wheat模型对灌溉措施有较高的敏感性,它可以较好地反映不同灌溉处理对冬小麦生长发育的影响。本文利用该模型对限水条件下冬小麦的叶面积指数、地上部分生物量、茎蘖数、物候期和生育期进行了逐日动态模拟,并将模拟结果与实测数据进行了比较。结果表明,在水分胁迫条件下,CERES-Wheat模型明显低估了冬小麦的叶面积指数和地上部分生物量,模拟的准确度不够高。CERES-Wheat模型对限水条件下小麦的茎蘖动态模拟较好,模拟值与实测值拟合较好,模拟的准确度较高。CERES-Wheat模型可以准确地预测充分灌溉条件下小麦的物候期和生育期,由于模型本身没有考虑水分胁迫对小麦生育进程的影响,因此,它不能客观地反映水分胁迫对小麦物候期的影响。 CERES-Wheat模型可以反映灌溉措施对小麦产量的影响,模拟结果表明产量随着灌水量的增加而增加,符合小麦产量与水分的关系。但是,模型低估了限水条件下小麦的产量,与实测值相比,模拟值偏低,两者拟合得不够好。为了解释模拟产量偏低的原因,本文对分析了模型地上部分生物量在叶、茎和籽粒间的分配进行了分析,并把三者的模拟值与实测值进行了比较,分析结果表明,在限水条件下,CERES-Wheat模型明显高估了同化产物向叶部的分配,低估了茎部和子粒的生物量。 CERES-Wheat模型可以对土壤中的水分进行逐日分层动态模拟,而且能反映出不同灌溉处理对各层土壤含水量的影响,模拟值与实测值拟合得较好,模拟的精度也可以接受。此外CERES-Wheat模型还可以逐日动态模拟土壤中可利用水分的储量、潜在蒸散量、作物蒸腾、土壤蒸发模拟,由于缺乏实测数据,不能对其进行客观地评价,但是,模型对以上各项指标的模拟可以反映出灌溉措施对其影响。 CERES-Wheat模型通过计算各阶段的水分胁迫因子CSD1和CSD2来描述水分状况对冬小麦各阶段的影响程度。CSD1和CSD2可以很好地描述由于灌溉处理的差异而引起水分对各阶段胁迫程度的差异。 CERES-Wheat模型可以通过逐日模拟不同灌溉处理下冬小麦的叶面积系数、茎蘖数、物候期、生育期和产量,来反映不同灌溉处理下冬小麦的生长发育状况和产量形成的影响,这可以为评价不同灌溉措施对作物生长发育和产量的影响和优化灌溉计划提供科学依据和辅助决策。 CERES-Wheat模型可以对土壤中的水分和土壤中可利用水分的储量进行逐日分层动态模拟,而且能反映出不同灌溉处理对它们的影响,这可为动态监测土壤水分状 况和科学制定节水灌溉计划提供科学依据,进一步辅助灌溉决策和农田水分管理。 本文利用CERES~认飞eat模型对土壤水分的模拟结果和前人的研究结果,进一步 对小麦生长期内的需水量,缺水量和阶段缺水量(以10天位单位)进行了计算。 2002一2003年生长季在保定地区冬小麦的需水量为440mrn,缺水量220~。阶段缺 水量的研究结果表明,在播种后180、210、240天,阶段缺水量先后达到三个高峰, 缺水量分别为23.8幻。n以、40.2rorn、sl.Zrnrn,上述阶段正值冬小麦灌浆期、拔节期、 抽穗期和灌浆期,均是冬小麦需水的敏感期。因此,CE旺5.认飞eat模型可在灌溉时 期和灌水量确定方面为冬小麦灌溉提供辅助决策。 此外,本文利用CERES.认飞eat模型对不同灌溉处理下冬小麦的蒸腾量、麦田蒸 散量和土壤中作物可利用水分的模拟结果对不同灌溉处理的水分管理反应指标 WM犯s进行了计算,结果表明,通过水分管理反应指数可以很好地理解不同灌溉处 理对灌溉表现的影响,对水分管理反应指数的评价可以作为一种技术来优化灌溉计 划。


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