AquaCrop模型在华北地区夏玉米生产中的应用研究

摘要

目前，作物水分生产力预测已成为干旱、半干旱地区发展非充分灌溉、实现水资源优化配置的重要环节，对指导农业生产、合理开发利用水资源、实现区域可持续发展具有重要的指导意义。随着科技的不断发展，国内外专家学者已建立了许多该方面的模型和系统，但大多只限于科研阶段，能够大范围推广的模型较少，真正面向用户、简洁实用的模型少之又少，而且大多数模型所需数据较多且较为详细，因此限制了模型在实际生产中的推广应用。FAO针对上述存在的问题研发了AquaCrop模型，实现了以较少数据作物生长模拟、作物蒸腾和土壤蒸发的分离、生产力预测、优化灌溉制度等多种目标，直观性较强，应用对象范围较广，是一个真正面向用户、简洁实用的模型。 国外对该模型的开发和应用研究较多，但国内对该模型的研究尚属起步阶段，特别是能否在中国使用，目前尚未见有此类研究的相关文献。因此，本文就上述问题以河北省农林科学院旱作农业研究所衡水试验站农田灌溉试验为基础，以FAO领导研发的AquaCrop模型为工具，以试验站2008年大田试验为数据来源，对AquaCrop模型进行调试，运用参数化的AquaCrop模型模拟了作物蒸腾与土壤蒸发过程，并以2007年夏玉米的生产力情况对该模型进行验证，了解AquaCrop模型在华北地区的适用情况。研究成果如下： 1.模型调试结果为：衡水2008年大田试验四个水分处理的冠层生长、土壤水分含量模拟结果与实测结果较为吻合；农田土壤水分平衡参数的模拟误差(RMSE)为0～0.058；作物生产力的模拟误差为0.034～0.065；水分利用效率的模拟误差为0.004～0.099。结果表明AquaCrop模型在模拟夏玉米冠层生长、土壤水分平衡、夏玉米生产力及水分利用效率方面具有较好的准确性，因此将其应用于华北地区夏玉米生产力模拟是可行的。 2.通过调试获得了适宜衡水地区的模型参数：最大冠层覆盖CCx为90％；根系最大可能膨胀速率为2.8 cm/day；水分胁迫对根区膨胀的影响因子为-5；作物衰老对最大作物系数Kcbx的影响因子为0.13；叶片开始衰老时土壤水分损耗临界点p(sen)的降低比率为12％；参考土壤损耗影响因子p为0.5；ET0对土壤损耗影响因子的调整Ca为1.3；参考收获指数HI0为48％；HI的存在周期为48d；收获指数开始出现时冠层的最小覆盖度为11％。 3.通过对模型输入参数的敏感性分析，得出作物参数中HI存在周期、叶片衰老日期对模拟产量、生物量的影响显著；土壤参数中土壤厚度、田间持水量和径流曲线数对模拟产量、生物量的影响显著。 4.利用参数化的AquaCrop模型对2008年夏玉米的作物蒸腾与土壤蒸发进行了模拟，真正实现了利用较少的参数达到作物蒸腾与土壤蒸发分离的目的。 5.运用参数化的AquaCrop模型模拟了2007年夏玉米生产力。结果显示模拟效果较好，在衡水地区具有一定的适用性。 6.2007年、2008年夏玉米不同水分处理间的增产幅度表明，郑单958在接近正常年份灌1水较为合理。

目录

文摘

英文文摘

声明

1前言

1.1研究目的与意义

1.2国内外研究现状

1.2.1作物模型

1.2.2作物-水模型

1.2.3作物生产力预测研究

1.3 AquaCrop模型研究进展

1.3.1模型研究背景

1.3.2 AquaCrop模型简介

1.3.3模型应用

1.4存在问题

1.5研究内容、技术路线及拟解决问题

1.5.1研究内容

1.5.2技术路线

1.5.3拟解决问题

2试验材料与方法

2.1观测数据与方法

2.1.1气象资料

2.1.2土壤资料

2.1.3作物资料

2.2试验地概况

2.3试验设计

3 AquaCrop模型数据库的建立与参数调试

3.1模型运行初始参数

3.1.1模型输入参数

3.1.2模型输出数据

3.2模型数据库的建立

3.2.1气象参数数据库

3.2.2作物参数数据库

3.2.3土壤参数数据库

3.2.4管理参数数据库

3.3检验AquaCrop模型有效性的方法和指标

3.4模型参数的调试

4 AquaCrop模型夏玉米生产力模拟分析

4.1降雨年型的确定

4.2模型作物生长过程模拟

4.2.1冠层生长

4.2.2根系生长

4.2.3模拟结果分析

4.3模型产量过程模拟

4.3.1作物水分生产率

4.3.2地上部生物量

4.3.3收获指数

4.3.4作物产量及生物量模拟结果分析

4.3.5水分利用效率模拟结果分析

4.4土壤水分平衡模拟

4.4.1土壤含水量模拟结果分析

4.4.2农田水分动态平衡模拟结果分析

4.4.3作物蒸腾与土壤蒸发的模拟

4.5小结

5夏玉米生产力模拟验证

5.1夏玉米生产力模拟

5.2夏玉米冠层生长模拟

5.3小结

6结论与讨论

6.1主要结论

6.2存在问题与展望

参考文献

附录

致谢

攻读硕士学位期间发表论文情况