基于田间试验和Aquacrop模型的覆膜冬小麦生长动态和土壤水分模拟分析

摘要

覆盖栽培可以有效地改善土壤水热状况，促进作物生长发育，提高作物产量和水分利用效率，已经成为旱地农业的一项重要的栽培技术，在我国旱作区得到了广泛的应用。本研究于2013-2016年在西北农林科技大学节水灌溉试验站设置不同覆盖试验，对比研究了平作不覆盖(CK)、秸秆覆盖平作种植(SM)、地膜覆盖平作种植(PM)和垄覆地膜沟覆秸秆(SPM)4种覆盖方式对冬小麦土壤水分、温度、作物生长、产量和水分利用效率的影响。并利用田间试验数据校准验证了AquaCrop模型在陕西关中地区的适用性。通过分析得到的主要结论如下:
　　(1)土壤贮水量的变化趋势与降雨量的变化趋势基本一致，覆盖处理具有良好的蓄水保墒作用，能显著提高0-260cm土壤贮水量。3年成熟期SM、PM和SPM土壤贮水量平均值较CK处理分别增加13.6％、8.2％和8.7％。对典型降雨后不同覆盖条件对土壤含水率的影响发现:降雨量较大时，深层土壤含水率出现增加趋势，降雨量较小增加土壤表层土壤含水率，对深层土壤含水率影响较小。降雨量为42.4mm，降雨前后CK、SM、PM和SPM15cm土层土壤含水率分别增加1.5％、1.6％、0.6％和3.8％。CK、SM、PM和SPM30cm土层土壤含水率分别增加2.0％、2.9％、1.0％和4.8％。可见，SPM能够更好地聚集降雨量。
　　(2)不同覆盖方式对土壤温度的影响趋势大体一致。地膜覆盖、秸秆覆盖和垄覆地膜沟覆秸秆处理能够在温度较低时（冬小麦生长前期，即苗期、越冬期等）增加土壤温度，在温度较高时，可以降低土壤温度。不同覆盖处理在后期主要表现为降温效应。在冬小麦生长后期,SM、PM和SPM处理15cm土层土壤温度较CK处理分别降低了2.4℃、2.1℃和1℃（4月1日之后到成熟期）。前期温度高促进冬小麦生长，降低越冬期小麦苗的死亡率，提高穗数。后期的降温效应有利于在开花-灌浆-成熟期避免高温危害，提高粒重。
　　(3)冬小麦在返青期后，随着大气温度的升高，株高开始出现明显增加趋势，开花期之后，各处理的植株高度变化较小。各覆盖处理能显著增加植株高度，3年生育期内平均高度表现为PM＞SPM＞SM＞CK。各覆盖处理能显著提高冬小麦产量，2014-2015和2015-2016年SM、PM和SPM处理冬小麦产量平均值较CK提高32.0％、49.0％和56.9％。垄覆地膜沟覆秸秆能够促进冬小麦生长，提高土壤贮水量，为作物生长创造适宜的水热条件，并提高作物产量，是本试验最适宜的覆盖方式。
　　(4)利用三年冬小麦数据对AquaCrop模型在覆膜条件下进衍模拟和验证，根据实测数据对模型参数进行率定，并模拟了覆膜和裸地2种覆盖方式对旱作冬小麦冠层覆盖度、地上部生物量、贮水量的影响，计算分析了2013-2016年冬小麦的产量和水分利用效率。结果表明AquaCrop模型在关中地区覆膜冬小麦生长发育和产量形成过程中，具有较高的模拟精度，可以应用AquaCrop模型对地膜覆盖的生产力进行简单的预测和初步的评估。

目录

论文说明

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景、目的及意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 选题目的与意义

1．2 国内外研究进展

1．2．2 不同覆盖方式对土壤水分的影响

1．2．3 不同覆盖方式对土壤温度的影响

1．2．4 不同覆盖方式对作物生长和产量的影响

1．2．5 AquaCrop模型的研究进展

1．2．6 需要进—步研究的问题

1．3 研究内容与技术路线

1．3．2 技术路

第二章 材料与方法

2．1 试验地概况

2．3．1 土壤水分和盐分

2．3．2 作物生长指标

2．3．3 产量

2．3．4 水分利用效率

2．4 统计方法

第三章 不同覆盖方式对土壤水分动态变化及利用特征

3．1 不同覆盖方式对土壤生育期内贮水量的影响

3．2 降水后不同覆盖方式下各个土层土壤水分特征

3．3 降水后不同覆盖方式下土壤含水率随时间的变化

3．3．1 降雨后15cm层不同覆盖方式下土壤含水率的变化

3．3．2 降雨后30cm层不同覆盖方式下土壤含水率的变化

3．4 讨论

3．5 小结

第四章 不同覆盖方式对土壤温度的影响

4．1 不同覆盖方式对15cm、30cm土壤温度影响

4．2 不同覆盖对冬小麦生长后期土壤温度的影响

4．3 讨论

4．4 小结

第五章 不同覆盖方式对冬小麦生长动态、产量及其构成要素分析

5．1 不同覆盖方式对冬小麦生长的影响

5．2 作物产量及其构成要素分析

5．3 小结

第六章 基于AquaCrop模型覆膜条件下冬小麦生长动态和土壤水分模拟效果的评价分析

6．1 材料与方法

6．1．1 AquaCrop模型数据输入

6．1．2 模型的校准、验证与评价

6．2 结果与分析

6．2．1 冬小麦冠层覆盖度摸拟结果

6．2．2 冬小麦生物量模拟结果

6．2．3 冬小麦土壤贮水量模拟结果

6．2．4 产量和水分利用效率

6．3 讨论

6．3．1 参数的设定

6．3．2 冠层覆盖度和生物量的模拟和验证

6．3．3 土壤贮永量的模拟和验证

6．3．4 产量和水分利用效率的模拟和验证

6．4 小结

第七章 总结与展望

7．1 主要结论

7．2 创新点

7．3 进一步研究建议

参考文献

致谢

作者简介