利用作物模拟模型辅助冬小麦限水灌溉决策的研究

摘要

该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,以中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.该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.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.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.该文利用CERES-Wheat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.此外,该文利用CERES-Wheat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WMRIs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.

目录

文摘

英文文摘

独创性声明和关于论文使用授权的说明

1引言

2研究思路与方法

3试验材料与方法

4结果与分析

4.1利用CERES-Wheat模型模拟限水条件下小麦的生长和发育

4.1.1对限水条件下小麦的叶面积指数动态的模拟

4.1.2对限水条件下冬小麦地上部生物量的模拟

4.1.3对限水条件下小麦的茎蘖动态的模拟

4.1.4对限水条件下小麦生育期和物候期的模拟

4.2对限水条件下小麦的产量构成因素及产量的模拟

4.2.1对产量构成因素的模拟

4.2.2对产量的模拟

4.3对土壤水分状况的模拟

4.3.1 2002-2003年冬小麦生育期内降水状况

4.3.2 CERES Wheat模型对限水条件下各层土壤水分含量动态模拟

4.3.3生育期内土壤中作物可利用的水分(PESW)变化动态

4.3.4不同灌溉处理对小麦生长发育的胁迫程度

4.3.5对土壤累积蒸散量(CET)的模拟

4.3.6限水灌溉对作物蒸腾(EP Average Plant Transpiration)的影响

4.3.7限水灌溉对麦田日均蒸散量(ET Average Evapo-Transpiration)的影响

4.3.8潜在蒸散量(EO)

4.4 CERES Wheat模型在冬小麦灌溉决策方面的潜在应用

4.4.1评价灌溉措施对作物的影响

4.4.2动态预测各层土壤的水分状况

4.4.3确定作物需水量

4.4.4冬小麦缺水量的确定

4.4.5评价灌溉效率

5讨论与结论

5.1本研究的特点

5.1.1 CERES-WHEAT模型对限水条件下小麦的生长发育和产量的模拟

5.1.2 CERES Wheat模型对土壤水分状况的模拟

5.1.3 CERES Wheat模型在冬小麦灌溉决策方面的潜在应用

5.2本研究的差距与不足

5.3今后研究的设想与展望

参考文献

在读期间发表的学术论文

作者简历

致谢