基于DSSAT模型制定华北平原冬小麦在不同年型下的灌溉方案研究

摘要

华北平原适宜的光热匹配模式和深厚的土壤耕层条件较好地满足了冬小麦生长需求，是我国重要的冬小麦生产基地。由于本区地处典型的温带大陆性干旱半干旱季风气候区，降水的时空分布不均且年际间变异显著。降水主要集中在夏季对于秋种夏收且耗水量较大的冬小麦来说降水根本不能满足冬小麦的生长季的需水要求，因此本区的冬小麦生产一直依赖灌溉。 本文以中国科学院栾城农业生态系统试验站作为代表样点，选取“41851”冬小麦品种，利用1997-2016年的气象数据、田间管理数据等，设计了不同灌溉时间（设定可选灌溉分别在越冬、拔节、抽穗、灌浆4个发育期）和不同灌水次数（0-4次）的16种灌溉方案组合（灌水量60mm/次），应用DSSAT（Decision Support System for Agrotechnology Transfer）模型进行试验模拟，根据对不同年型下产量和水分利用效率的模拟结果，制定华北平原冬小麦在不同年型下的优化灌溉方案。 本文得到如下结论： （1）DSSAT作物生长模型可以较好的模拟本区的冬小麦生长状况，可以应用DSSAT模型来对本区的冬小麦进行模拟实验。基于DSSAT模型得出本区冬小麦的光温生产潜力值主要分布在7000kg?hm-2至9000kg?hm-2之间，光温潜力的均值为7526.6kg?hm-2；冬小麦的光温生产潜力值年际变化显著。 （2）冬小麦雨养条件下产量与生长季降水的关系为： YR=1780.487+14.752*PCPG（YR:雨养条件下的产量；PCPG:生长季降水量） （3）应用DSSAT模型对不同灌溉方案的模拟发现：冬小麦平均产量随灌溉次数的增加而增加；各灌溉方案平均产量的排序为：4-WJSF(四个生长发育期均有灌水，6870.6kg?hm-2)＞3-WJS(越冬+拔节+抽穗水，6741.8kg?hm-2)＞2-JS(拔节抽穗水，6392.1kg?hm-2)＞1-J(拔节水，5313.4 kg?hm-2)＞R(无灌溉，720.3kg?hm-2)。冬小麦的水分利用效率（WUE）在2-JS(拔节+抽穗水)方案中获得最高值，平均WUE排序为:2-JS(15.79kg?hm-2?mm-1)＞3-WJS(15.11kg?hm-2?mm-1)＞1-J(拔节水，14.94 kg?hm-2?mm-1)＞4-WJSF(14.06kg?hm-2?mm-1)＞R(WUE为12.33 g?hm-2?mm-1)。在平均产量最高和WUE均值最优的原则下，建议本地区优化灌溉方案为灌两水的2-JS方案，2-JS方案WUE显著最高的同时也能够收获较高产量，在水分较充裕地区可以采用灌三水的3-WJS方案以获取较高且稳定的产量。 （4）对于一些特殊年份，通过对DSSAT模型模拟结果的分析，确定最优灌溉方案的选择方法，如1997-1998年，冬小麦生长季降水量较多但冬小麦播种前期的10月上旬至11月下旬降水较少的年份，经过模拟对比，选用2-WJ方案为考虑产量和水分利用效率（Water Use Efficiency,WUE）的最优方案。 （5）2012-2013和2015-2016年，冬小麦播种初期至越冬期冬小麦播种初期至越冬期的10月中旬至12月上旬降水较多，生长后期降水波动大分布不均且土壤水分有明显减少，这样的年型的最优灌溉方案为3-JSF。

目录

声明

1 绪论

1.1 研究目的和意义

1.2 国内外研究进展

1.3 课题来源

2 资料来源与研究方法

2.1 研究区概况

2.2 资料来源

2.3 研究方法

2.4 研究技术路线

2.5 软件环境

3 基于DSSAT模型的模拟

3.1 DSSAT模型的适用性分析

3.2 基于DSSAT模型的冬小麦光温生产潜力潜力模拟

3.3 基于DSSAT模型的冬小麦雨养条件下产量模拟

3.4 基于DSSAT模型冬小麦产不同灌溉方案的模拟

4 2-JS中产量、WUE较低年分析及最优灌溉方案的制定

4.1 基于DSSAT模型2-JS方案下产量、WUE过低年份分析

4.2 2-JS中产量、WUE较低年最优灌溉方案的制定

4.3 小节

5 结论与讨论

参考文献

附录

致谢