CropSyst 模型在区域冬小麦产量模拟中的应用

【目的】CropSyst是国际先进的作物生长模拟模型,文章应用欧盟最新开发的基于生物物理过程的作物模拟平台BioMa(Biophysical model application)中嵌入的改进型作物模型CropSyst,进行CropSyst模型中国北方冬小麦模拟适用性评价。【方法】CropSyst模型初始参数不适合中国冬小麦作物模拟,该研究基于冬小麦主产区河北省衡水市11个县(市)的实测作物、物候、生物量及产量等数据,对CropSyst模型在中国华北地区的使用进行了一系列参数的调试、修正和验证,获得了一套CropSyst模型中适合中国华北小区域范围内冬小麦生长过程模拟的模型参数,并运用调试的作物参数对2012—2014年衡水地区冬小麦产量进行了模型模拟。【结果】冬小麦模拟产量和实测产量线性回归的相关系数平均达到0.97,模拟性能指数(EF)为0.94,一致性系数(IOA)为0.98。【结论】改进的CropSyst模型对中国华北黄淮海平原区冬小麦产量模拟总体效果较好。     

基于Jensen模型的红枣水分生产函数及敏感指数研究

【目的】研究滴灌条件下红枣各生育期水分亏缺对产量的影响,明确红枣各生育期水分敏感指数和关键需水期。【方法】通过对红枣各生育期不同水分亏缺处理,分析红枣灌水量和耗水量、耗水量和产量的关系,分析各生育期内水分亏缺对产量的显著性影响。根据红枣产量和不同生育阶段的耗水量关系,建立基于Jensen模型的水分生产函数,利用转换方程组解出相关参数。【结果】红枣水分敏感指数(萌芽展叶期0.089;开花坐果期0.324;果实膨大期0.392;成熟期0.068)。【结论】果实膨大期为影响产量的需水关键期,萌芽展叶期和成熟期水分亏缺对产量影响小。     

不同灌水处理下CROPGRO-Tomato模型全局敏感性和不确定性分析

作物品种参数和土壤参数是作物生长过程模拟和产量预测过程中的基本输入参数,输出变量对输入参数的敏感性分析对提高作物模型的模拟精度具有重要作用。依据辽宁地区的温室番茄田间试验资料,进行了不同灌水水平下CROPGRO-Tomato模型的全局敏感性分析。在4个灌水处理(50%θ_f、60%θ_f、70%θ_f和80%θ_f为灌水下限,θ_f为田间持水率)条件下,利用SimLab软件,采用Morris法和EFAST法分析了CROPGRO-Tomato模型的5个输出变量(番茄的开花期、成熟期、产量、地上干物质量和最大叶面积指数)对作物品种参数和土壤参数的全局敏感性,并对两种方法的分析结果进行了比较,同时对EFAST法分析结果进行了不确定性分析。结果表明:两种方法分析得到的开花期天数、成熟期天数、地上干物质量和最大叶面积指数的分析结果相关性较高;产量方面,两种方法得到的XFRT(每日分配给果实的干物质量的最大比例)、EMFL(出苗到第一朵花出现的光热时间)、LFMAX(最适条件下叶片最大光和速率)等作物品种参数的敏感度排序基本一致。其中最敏感参数为XFRT,在EFAST法和Morris法中其值分别为0.505和1305;两种方法得到开花期、成熟期、地上干物质量和叶面积指数等输出变量的最敏感参数均为EMFL。其中EFAST法得到的上述各参数依次为0.999,0.615,0.463,0.690;Morris法得到的各参数依次为19.9,18.2,2450,5.13;不确定性分析结果表明:当土壤水分在70%θ_f和80%θ_f条件下,CROPGRO-Tomato模型对番茄生育期划分和地上干物质量的模拟精度比在50%θ_f和60%θ_f水分条件下平均高7.25%。研究结果为利用DSSAT-CROPGRO-Tomato模型模拟辽宁地区温室番茄生长过程中参数的优化和适用性的提高提供理论依据。     

APSIM-Sugar模型在云南半湿润半干旱蔗区的适应性研究

【目的】本研究对APSIM-Sugar模型在云南半湿润半干旱蔗区的适应性进行评价。【方法】从研究地区2个代表站点甘蔗大田试验获取调参验证数据集,基于标准品种Q117模型参数,采用试错法对8个关键品种参数进行优化和模拟精度评价。【结果】确定了Q208和ROC22两个甘蔗新品种的模型参数优化值,评估了模型在云南蔗区的产量糖分模拟误差范围。结果显示蔗糖产量实测值与模型模拟值显著相关,绝对误差小于2 t/hm~2,斜率在0. 8～1. 26,R~2大于0. 8。【结论】经过校验的APSIM-Sugar模型能较好模拟云南半湿润半干旱蔗区甘蔗的生长发育过程,并响应环境变化造成的产量和糖分差异,但是在多年宿根和极端环境条件下的模拟精度仍有待提高。模型品种参数和输入数据的不确定性是造成模型模拟结果不确定性的重要原因。     

分布式水文模型在徒骇马颊河流域灌溉管理中的应用Ⅰ.参数率定和模拟验证

【目的】建立徒骇马颊河流域的分布式水文模型,为进行该地区灌溉制度优化提供支持。【方法】首先运用洗牌复形演化（SCE-UA）算法在禹城试验站和洪门试验站对分布式水文模型（SWAT）中的作物参数进行率定,接着以遥感监测的蒸散数据为目标,应用拉丁超立方-单次单因素（LH-OAT）方法对蒸散发（ET）相关的参数进行了敏感性分析,用序贯不确定性（SUFI-2）算法优化出一套参数范围并进行不确定性分析。在此基础上,在考虑模型不确定性的情况下对冬小麦－夏玉米轮作体系产量的长期模拟结果进行验证。【结果】作物参数率定结果表明,禹城试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为7.02%和16.60%,洪门试验站上冬小麦和夏玉米产量的相对误差分别为0.09%和0.10%。ET参数率定和统计年鉴产量验证结果：除了NS系数,P_factor、R_factor以及R2的模拟精度较高。【结论】依据徒骇马颊河流域的特点进行SWAT模型相关参数的率定,得到较好的模拟结果,为进一步深入研究该地区水分生产函数和优化灌溉制度打下了基础。     

作物生长模型的研究进展

作物模型是指通过数学方程把植物生长过程在计算机上表达出来，其可以帮助科学家概化和联系复杂的作物生长现象、理解耕作系统的过程、预测产量、预报气候变化对作物的影响，以及优化、利用、管理土地和水资源，是农业研究的强有力工具。但在实际模拟应用中作物模型仍存在一些不足，如作物模型参数获取与校准难、受气候变化影响严重、模型结构和模型输入存在较大的不确定性等。该文简要地对作物模型的发展历程进行了综述，总结了作物模型研究方面的不足，并对作物模型未来的发展方向进行了展望，为今后的模型研究和应用提供参考。     

基于EFAST方法的AquaCrop作物模型参数全局敏感性分析

【目的】敏感性分析是作物模型本地化过程中的重要环节,对作物模型的校正与应用有重要的意义。【方法】本研究以国家精准农业示范研究基地2012—2013、2013—2014和2014—2015年冬小麦试验为研究对象,采用全局敏感性分析方法扩展傅里叶幅度检验法(Extended Fourier Amplitude Sensitivity Test,EFAST)对AquaCrop模型42个作物参数进行敏感性分析,以评估模型在北京地区的敏感参数。【结果】(1)对干生物量敏感作物参数是:水分和温度胁迫参数(生物量生产的最小生长度(stbio),引起冠层早衰的土壤水分消耗上限(psen))、生物量和产量参数(归一化水分生产力(wp))、蒸散参数(作物冠层形成后到衰老之前的作物系数(kcb))、作物冠层和物候发展参数(冠层生长系数(cgc),从播种到出苗时长(eme),最大冠层覆盖度(mcc),冠层衰老系数(cdc),从播种到成熟的时长(mat),产量形成过程中收获指数的建立长度(hilen))。其中stbio,kcb,wp和cgc 4个作物参数敏感性指数最大;(2)对冠层覆盖度最敏感的参数是:作物冠层和物候发展参数(cgc,mcc,每公顷株数(den),出苗率达到90%时的土壤覆盖度(ccs),mat和cdc)、根区发展参数(最大有效根深(rtx))、水分和温度胁迫参数(psen)、蒸散参数(kcb);(3)对产量最敏感的参数是作物冠层和物候发展参数(从播种到开花时长(flo),mat,cdc,hilen和从播种到开始衰老时长(sen))、水分和温度胁迫参数(psen)、生物量和产量参数(参考收获指数(hi)和wp)、蒸散参数(kcb)。【结论】利用EFAST方法对AquaCrop模型中的作物参数进行一阶和全局敏感分析,最大干物量的敏感性分析结果以及干生物量随时间变化的敏感性分析结果显示,敏感性参数的选择上差异不大,但排序上存在较大的差异,最大干生物量的敏感性分析不能分析作物参数对干生物量在整个生育期的影响,结果不全面;冠层覆盖度随时间变化的一阶和全局敏感性分析结果显示,在敏感参数的选择和排序上均有较好的一致性,全局敏感性分析中作物参数的敏感性指数更高,对冠层覆盖度的影响表现得更明显。本研究结果用于AquaCrop模型本地化,可提高该模型在北京地区的模拟效率和模拟精度。     

基于MaxEnt模型的新疆红枣生态适宜性与区划分析

【目的】 结合种植区资源分布现状,利用最大熵模型(MaxEnt)预测新疆红枣潜在适生区,为新疆红枣区域布局和种植结构调整提供有效的理论指导和依据。【方法】 以年降水量、花期降水量(5~6月)、成熟期降水量(9~10月)、年有效积温(≥10℃)、年极端最低气温和平均气温6个气候因子和绿洲灌溉区、沙漠敏感区2个土地因子及高程因子为环境变量,利用GIS空间分析技术获取新疆红枣地理分布数据,采用MaxEnt模型进行建模并预测新疆红枣潜在适生区,使用百分比贡献率分析其主要环境因子及生态位参数。【结果】 (1)ROC评价(Receiver Operating Characteristic,ROC)显示MaxEnt模型预测新疆红枣潜在适生区的训练数据集和测试数据集的AUC值分别为0.921和0.904,模拟效果优秀。(2)新疆红枣潜在适生区总面积2 365.939 7×10⁴ hm²,其中最适生区429.350 1×10⁴ hm²,主要分布于新疆南疆的喀什地区、阿克苏地区、和田地区、克孜勒苏柯尔克孜自治州和巴音郭楞蒙古自治州,东疆的吐鲁番市、哈密市。(3)影响新疆红枣生长的主要环境因子是年极端最低气温(35.15%)、绿洲灌溉区(20.77%)、年有效积温(19%)和成熟期降水量(13.27%)。新疆红枣适宜生长在年极端最低气温≥-24.65℃,年有效积温≥3 595℃,成熟期降水量为0.54~7.64 mm,且绿洲灌溉区有助于提高其适生程度。【结论】 新疆红枣潜在适生区呈现环塔里木盆地聚集,低温是其最主要的影响因子。     

温室网纹甜瓜干物质分配、产量形成与采收期模拟研究

 【目的】建立一个可以预测温室网纹甜瓜产量与采收期的模拟模型，为温室网纹甜瓜生产管理和环境调控的优化提供决策支持。【方法】本研究据温室网纹甜瓜器官生长与温度和辐射的关系，建立了基于分配指数的温室网纹甜瓜干物质分配、产量形成与采收期模拟模型，并利用不同基质的试验资料对模型进行了检验。【结果】模型对地上部分干重、根干重、茎干重、叶干重、果实干重的模拟结果与1∶1直线之间的R2分别为0.99、0.65、0.97、0.98和0.98；预测相对误差分别为0.88%、70.21%、7.44%、9.33%和5.28%。模型对网纹甜瓜果实鲜重的模拟结果与1∶1直线之间的R2为0.94，预测相对误差为8.13%，对网纹甜瓜直径的模拟结果与1∶1直线之间的R2为0.95，预测相对误差为9.23%，对网纹甜瓜采收期的预测误差在 1 d内。【结论】与已有的温室作物生长模型相比，本研究建立的模型不仅预测精度较高和功能全面，而且模型参数易获取，具有较强实用性。     

区域气候模型数据修订方法及其在作物模拟中的应用

【目的】建立一种修订区域气候模型所生成数据的方法,为作物模型在未来气候情景下的应用研究提供技术支持。【方法】 选取徐州、淮安、郑州、潍坊、石家庄5个生态点,利用各地点1960—1993年的历史气象数据,对区域气候模型RegCM3所生成的1994—2010年降雨频率、逐日降雨量、太阳辐射、最高气温、最低气温等气象要素进行修订。【结果】与修订前的RegCM3数据相比,修订后的RegCM3月平均降雨量、温度、太阳辐射等气象要素与实际观测数据更加一致;修订后5个生态点1994—2010年的逐月降雨量、温度、太阳辐射等气象要素参数以及逐日降雨量、温度、太阳辐射等数据的概率分布,与实际观测数据更加吻合,尤其是RegCM3生成数据中的极端高温和高频率降水得到了较好的修正,反映降雨频率的连续干旱天数与实测数据也更趋一致。基于修订后RegCM3逐日气象数据在5个生态点的WheatGrow模型模拟产量与实测产量之间的决定系数和标准根均方差分别达0.72和10.5%,比修订前分别增加了0.35、降低8.2%左右。【结论】采用本研究所构建的方法来修订RegCM3生成的未来气象数据,并将修订后的气象数据输入作物模型,可以提高未来情景下作物模型预测的可靠性。     

DNDC模型在曲周试验站的参数灵敏度分析及率定

【目的】基于河北省曲周试验站的试验数据,对DNDC模型的参数进行详尽的灵敏度分析和标定。【方法】采用独立参数扰动法进行参数的灵敏度分析,运用试错法对参数进行标定。【结果】在曲周试验站,标定模拟的土壤剖面体积含水量动态的精度较高,平均归一化均方根误差（NRMSE）为22.41%。对于土壤氧化亚氮释放量的模拟,则呈现出明显的季节变化趋势并有效地捕捉到其峰值所在。模型标定模拟的冬小麦叶面积指数、地上部分生物量和产量的NRMSE分别为27.04%、30.46%和28.10%;标定模拟的夏玉米叶面积指数、地上部分生物量和产量的NRMSE分别为28.49%、25.15%和26.92%。【结论】以上标定模拟的精度就田间实际情况而言,总体是可以接受的。经过详细参数标定后的DNDC模型将为深入探讨不同农田管理措施下,实现作物增产和农业减排双赢局面提供科学有效的途径。     

滴灌条件下枣园蒸散量的显著气象因子分析

【目的】研究不同参考作物蒸散量(ET₀)与显著气象因子的相关性,分析各显著气象因子对滴灌枣园实际蒸散量(ET_c)的贡献率。【方法】在阿克苏地区枣树滴灌试验,选取Penman-Monteith(PM)、Hargreaves-Samani(HS)、Priestley-Taylo(PT)模型,采用多元线性回归分析不同ET₀的显著气象因子,以及各显著气象因子对枣园ET_c的贡献率。【结果】平均相对湿度(RH)与ET₀呈负相关,太阳辐射(R_n)、天顶辐射(R_a)、最高温度(T_max)、最低温度(T_min)、平均温度(T)、风速(U)与ET₀呈正相关;各模型的显著气象因子对ET_c贡献率为:PM-R_n(62.6%)、U(19.9%)、T(11.8%)和RH(5.7%);HS-T_max(55.1%)、T_min(30.1%)、R_a(11.6%)和T(3.2%);PT-R_n(84.1%)、T(12%)和T_min(3.9%)。【结论】T_max及R_n对滴灌枣园ET_c贡献率最大。     

基于冠气温差的阿克苏成龄红枣缺水诊断及预测

【目的】研究基于冠气温差的阿克苏地区红枣水分亏缺诊断及预测,提出以冠气温差作为水分亏缺指标,指导阿克苏地区红枣的精准灌溉。【方法】采用红外测温仪测得枣树各生育阶段冠气温差,结合采集的土壤相对含水量RSW、冠层净辐射值R_n、风速V、空气温度T_a和湿度RH,以彭曼公式为理论模型,分析红枣冠气温差与土壤墒情及气象因子的关系,并以红枣各生育期适宜的土壤相对含水量上限值对应的冠气温差作为水分亏缺的判断指标。【结果】红枣各生育期晴天ΔT随时间表现出单峰抛物线关系,阴天ΔT随时间表现出多峰曲线关系,阴天日ΔT绝对值明显低于晴天日,ΔT峰值均出现在13:00~14:00;ΔT与RSW、R_n、V、Ta及RH的多元线性回归分析表明,RSW和Rn与ΔT有明显的相关关系,其他因素不显著;考虑RSW和R_n的ΔT回归模型表达式为ΔT=4.8-11.7RSW+0.003R_n,只考虑RSW的ΔT回归模型表达式为ΔT=5.5-12.2RSW。【结论】阿克苏地区红枣萌芽期和展叶期临界冠气温差为-2.43℃,开花期和幼果膨大期临界-3.04℃,果实成熟期临界冠气温差为-1.82℃,当晴天日14∶00实测冠气温差高于对应生育期的临界冠气温差时,需灌溉,否则不需要灌溉。     

模式改造对灰枣树个体和群体冠层特性及机械适应性的影响

【目的】研究枣树不同栽培模式的冠层特征,分析不同模式之间枣树个体和群体冠层特性差异及其相关性,寻找适合枣树集约化、机械化和标准化生产的栽培模式。【方法】以3～4 a灰枣树为试材,将株行距为1.0×1.5(m),树形为疏散分层形的原栽培模式(CK),将其一部分改造为株行距1.0×4.5(m)的篱壁形、主干形和“Y”形,冠高控制在2.5 m左右的3种新型模式,即M₁、M₂、M₃。将改造完成后的新模式作为试验组,原种植模式作为对照(CK)。对各模式枣树5～7月的株高、冠幅、作业间距以及个体和群体冠层特性进行了分析研究。【结果】M₂株高最高,M₁株高最低,6、7月时M₁与M₃和CK差异不显著,各模式的株高均在2.5 m左右且生长良好;5～7月,M₁冠幅显著最小,M₁为89.1 cm,较CK小13.1%;M₂冠幅与CK无显著差异,M₂为99.0 cm; M<...     

基于TPA法枣酸枣杂交F1果实质地与裂果对比分析

【目的】评价枣和酸枣杂交F₁代果实质地多样性,分析不同质地果实与裂果的关系。【方法】采用相关性分析、主成分和聚类分析等方法,研究枣雄性不育JMS2(Z.jujuba)×酸枣邢16(Z.acidojujuba)的F₁代及其亲本果实,基于TPA分析并对比果实裂果率。运用应力曲线得出硬度、粘附性、内聚性、弹性、破裂力、胶粘性和咀嚼性7个果实质地参数。【结果】各果实质地指标均有不同程度的分离,变异系数分布17.79%～52.43%。弹性、破裂力、胶粘性和咀嚼性呈极显著正相关,相关性系数分布在0.33～0.94,硬度、胶粘性和咀嚼性与其他指标相关性较强,内聚性与硬度、破裂力呈极显著负相关,与粘附性呈显著性负相关,应用主成分分析,把7个质地参数,转化为累计贡献率为96.47%的4个主成分分别为硬度因子、内聚因子、粘附因子和弹性因子,杂交群体不同果实质地分成3个群体,分别为绵密软质群、高弹硬质母本群和中值父本群。中值父本群是3个类群中最大的,占总数的76.56%。【结论】硬度、胶粘性和弹性参数高或果肉内聚性高的类群裂果率更低。     

不同浓度叶面肥处理对设施冬枣光合特性和果实品质的影响

[目的]研究拱棚栽培条件下喷施不同浓度的叶面肥对冬枣光合特性及品质的影响.[方法]采用小区试验,供试品种为拱棚栽培冬枣.设置4个处理,分别为"双吉儿-GGR"处理浓度0.01、0.005、0.0025 g/L,清水喷施为对照,对冬枣进行不同浓度叶面肥喷施处理.[结果](1)叶面肥喷施较低浓度均能使冬枣叶片净光合速率(P...     

一种侵染红枣叶片和果实的病原真菌鉴定

【目的】研究新疆地区近年发生的一种与枣花叶病有密切关系的病原真菌。【方法】通过病样采集、病原菌分离、回接证病,以及形态观察和rDNA-ITS序列比对等方法,鉴定病原菌。【结果】从有明显花叶症状和褐色叶斑的病叶以及有畸果症状和褐色斑点的病果中分离获得多个真菌单孢菌株,用针刺法将其接种到枣叶和幼果后出现与田间症状基本相似的褐色坏死斑,确定其对枣叶、果的致病性;该菌病原菌形态特征与头状茎点霉基本一致,3个分离菌株的rDNA-ITS序列与头状茎点霉的同源性达到99%。【结论】根据病原菌的形态特征和分子鉴定结果,将该病原菌鉴定为头状茎点霉(Peyronellaea. glomerata)。     

不同炮制方法下若羌灰枣主要功能成分及抗氧化活性的对比

【目的】研究对比若羌灰枣经蒸、煮、炒等炮制后其总黄酮、总多酚和总三萜的含量及抗氧化活性，为进一步开发利用若羌灰枣提供理论参考。【方法】采用分光光度法检测总黄酮、总多酚和总三萜的含量，以DPPH清除能力和ABTS清除能力及总还原力评价抗氧化活性。【结果】若羌灰枣生品、蒸制品、煮制品、炒制品总黄酮含量分别为(2.15±0.09)、(2.56±0.07)、(1.7±0.08)、(2.02±0.04) mg/g;总多酚含量分别为(66.73±1.22)、(46±0.97)、(52.98±0.58)、(47.62±0.35) mg/g;总三萜含量分别为(35.86±0.49)、(46.56±1.62)、(27.01±0.71)、(22.35±0.43) mg/g。在0.1～25.6 mg/mL浓度范围内，VC、灰枣生品、蒸制品、煮制品、炒制品对DPPH自由基清除率的IC₅₀分别为0.04、2.03、1.36、4.97、2.42 mg/mL。在0.125～2 mg/mL浓度范围内，VC、灰枣生品、蒸制品、煮制品、炒制品对ABTS自由基清除率的IC₅₀分别...