基于AquaCrop模型的夏玉米生长模拟及灌溉制度优化

为评价AquaCrop模型在关中地区的适用性并寻求最佳的灌溉制度，对夏玉米在不同灌溉与施氮水平下的生长进行模拟和验证，并利用校验后的模型研究了3种不同降雨年型以及11种灌溉模式下夏玉米产量和水分利用效率的变化特征。结果表明：AquaCrop模型可以较好地模拟关中地区不同灌溉与施氮水平下夏玉米产量和生物量，模型模拟的产量与实测值之间的决定系数（R²）、均方根误差（RMSE）、标准均方根误差（NRMSE）、符合度指数（d）和纳什效率系数（E_NS）分别为0.919、0.249 t·hm^-2、4.112、0.977和0.915；对于地上部生物量，模拟值与实测值的R²、RMSE、NRMSE、d和E_NS分别为0.860、0.977 t·hm^-2、6.407、0.933和0.694。利用校验后的模型分析了试验区内3种不同降水年型条件下11种灌溉模式的夏玉米产量和水分利用效率的变化特征，依据模拟结果及夏玉米生理需水规律，同时为了实现高产和高水分利用效率，得出不同年型的优化灌溉制度为：若能保证出苗整齐，湿润年可不灌水，此时也能获得较高产量和水分利用效率；平水年推荐在拔节期灌水60 mm，能节约50%水资源，亦能保证稳产；干旱年推荐在拔节期和抽雄期各灌水60 mm，可获得高产和高水分利用效率。     

基于AquaCrop模型的塔额盆地夏玉米节水潜力分析

以AquaCrop模型为基础,结合2021—2022年塔额盆地夏玉米实测数据,对模型部分保守参数和产量模块的标准水分生产力（WP^*）和参考收获指数（HI₀）进行校准与验证,通过设置起始灌水时间、灌溉定额和灌水周期三因素交叉试验,对夏玉米进行产量模拟,分析其产量与作物水分利用效率受灌溉定额和起始灌水时间的影响程度,在产量和作物水分利用效率均为较高值的前提下选择最优灌溉方案。以实际夏玉米播种面积为参考值,模拟并预测2022年及未来4年在不同灌溉方案下的夏玉米产量和节水总量,并依此分析塔额盆地夏玉米节水潜力。结果表明：（1）对AquaCrop模型作物生长模块主要参数、土壤水分胁迫参数和产量模块参数WP^*和HI₀进行参数率定,最终产量模块参数选择WP^*=35 g·m^-2、HI₀=43%,2021年和2022年产量模拟相对误差值分别为1.26%和1.07%。（2）结合模型模拟得出最优灌溉方案如下：起始灌水时间5月20日,灌溉定额470 mm,灌水周期7 d,灌水11次,作物水分利用效率2.005 kg·m^-3,产量9.423 t·hm^-2。（3）以2022年为现状水平年,最优灌溉方案下,现状水平年和未来水平年（2022—2025年）可分别实现节水量2.1338×10⁵、2.1826×10⁵、2.1992×10⁵ m³和2.2306×10⁵ m³。     

DSSAT模型对豫西冬小麦保护性耕作效应模拟效果验证

简要介绍了美国乔治亚大学组织开发的DSSATV4.5模型,并利用洛阳市孟津县2005~2006年冬小麦田间试验结果对模型的模拟结果进行验证及其适用性分析。通过对冬小麦叶面积指数、产量和农田土壤水分、水分利用效率的模拟与实测结果的对比分析,认为DSSAT模型的模拟效果较好。分析结果表明:模型对叶面积指数的模拟误差RMSE在0.034~0.076之间;模拟各处理的产量与水分利用效率也与实测值的关系基本一致;对各处理土壤体积含水量的RMSE误差在0.051~0.151之间。研究结果认为DSSAT模型在豫西应用的适宜性较好,可为该地区研究保护性耕作对冬小麦生长及土壤水分的影响提供理论支持。     

黄土高原南部旱塬地苜蓿水分生产潜力模拟研究

应用EPIC模型对黄土高原南部旱塬地苜蓿水分生产潜力进行了长期的模拟研究。结果表明,用EPIC模型中的气象模型模拟的30 a降水特征与本地区实际规律较为接近。30 a降水模拟值和13 a实际值的多年平均值相对误差为1.53%、标准差误差为1.86%,变异系数误差为1.99%;30 a苜蓿水分生产潜力模拟值在2.018~17.521 t/hm2,平均值为7.7 t/hm2。模拟试验前5 a,年均干旱胁迫日数较少,仅为10.2 d,苜蓿生水产潜力值较高且波动平稳。模拟试验后25 a,年干旱胁迫日数增加为123.1 d,苜蓿水分生产潜力值较低且随年降雨量的丰缺而变化。苜蓿水分生产潜力长期模拟试验结果说明了该区降水无法满足苜蓿长期稳定维持较高生产力的水分要求。     

滴灌条件下核桃园土壤水分动态变化的数值模拟研究

为探究滴灌条件下核桃根系对土壤含水量的影响,试验以8 a生核桃树为研究对象,使用分层分段挖掘法分析核桃根系的空间形态分布,通过构建HYDRUS-2D模型,对有根系吸水下的土壤水分变化进行求解,并利用实测点数据校验2D模型的可用性。经过实际计算与理论分析,得出如下结论:在垂直二维剖面中,水平距树0~30 cm、垂直40~60 cm土层的细根根长密度分布最大,为1 618.216 m·m~(-3)。对比实测数据与模拟数据,结果显示RMSE均小于0.0186 cm~3·cm~(-3),ME绝对值小于0.0108 cm~3·cm~(-3),证明数值模拟效果较好,HYDRUS模型可应用于实际试验研究。将根系模块纳入模型模拟,并比照单独水流模块作用,结果显示根系对土壤含水量产生影响,使体积含水率曲线整体低于单独水作用下的含水率曲线,且两者关系差异性显著。模拟核桃生育前期土壤含水量变化,结果表明灌水后6 d至7 d内,土壤含水量存在明显减小现象,故可将生育前期灌水周期设定为6 d或7 d。     

基于同化叶面积指数和条件植被温度指数的冬小麦单产估测

应用数据同化方法将遥感信息与作物生长模型融合,是估测区域作物产量的重要方法之一。以2008—2014年越冬后的冬小麦为研究对象,选择与作物长势、产量及水分胁迫信息密切相关的叶面积指数(LAI)和条件植被温度指数(VTCI),采用粒子滤波算法对CERES-Wheat模型模拟和遥感数据观测的LAI和VTCI实施同化,分别基于观测LAI和VTCI、同化LAI和VTCI构建冬小麦单产估测模型。结果表明,同化LAI变化趋势更加符合关中平原冬小麦的实际生长状况,同化VTCI能更好地反映冬小麦的水分胁迫程度。应用观测LAI和VTCI构建的估产模型决定系数为0.402,而单独应用LAI或VTCI单变量构建的估产模型决定系数分别为0.279和0.339,说明应用LAI和VTCI双变量构建的估产模型的精度优于单独应用LAI或VTCI单变量的精度。相比于观测LAI和VTCI构建的估产模型,基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的决定系数从0.402提高到0.547。表明基于同化LAI和VTCI构建的估产模型的精度明显提高。     

基于Jensen模型的内蒙古河套灌区春玉米水分生产函数研究

为了系统分析玉米整个生育期不同时期水分亏缺对产量的影响,适时开展灌溉影响评估,基于Jensen模型和水量平衡方程,利用水分试验数据和历史观测资料研究了河套灌区玉米水分敏感指数、玉米需水量和最高产量,建立了需水量和水分敏感指数时间变化方程,包括三项式和Logisitic两种形式,在旬尺度上二者的模拟结果十分接近;通过回代和实例检验,估算产量与实测产量有较好的一致性,回代结果的相关系数在0.92以上,相对误差小于15%的样本占到80%;实例检验的相关系数在0.63~0.69之间,相对误差低于20%的样本占到80%~100%,模拟效果基本符合实际。     

基于动态模拟的冬小麦水分胁迫敏感性研究

以关中平原为研究区域,在对农业技术转移决策支持系统(DSSAT)中的CERES-Wheat模型进行标定基础上,模拟冬小麦整个生育期以日为步长的实际蒸散量和潜在蒸散量,采用Jensen模型研究冬小麦不同生育时期对水分胁迫的敏感性。结果表明,无论旱作样点还是灌溉样点,冬小麦在同一生育时期对水分胁迫的敏感性相同,且拔节期的敏感性最强,抽穗~灌浆期次之,返青期和乳熟期依次递减。灌溉样点在拔节期和抽穗~灌浆期的水分胁迫敏感系数分别为0.589与0.342,对水分胁迫的敏感性相差较大,而旱作样点在两生育时期的水分胁迫敏感系数分别为0.405与0.383,对水分胁迫的敏感性相差较小,由于灌溉样点在拔节期发生水分胁迫现象可以通过及时灌溉以缓解缺水情况,因而会减弱其后抽穗~灌浆期的水分胁迫敏感性。根据水分胁迫敏感性,对不同生育时期缺水采取不同措施,较好地实现抗旱防旱资源的合理利用。     

半干旱黄土丘陵区柠条林水分生产力和土壤干燥化效应模拟研究

建立固原半干旱丘陵区WinEPIC模型土壤数据库、气象效据库,修订柠条作物参数,验证模型的精度及在该区适应性,在此基础上对黄土高原丘陵区柠条林地水分生产力和9 m土层土壤有效含水量进行30 a长期动态模拟研究.结果表明,前10 a柠条生长主要依靠土壤储水和降水,水分生产潜力稳定且无水分胁迫,但已出现土壤干层;生长10 a以后随着柠条根系的下伸,土壤水分亏缺加剧,水分生产力随降水量变化呈波动性下降趋势.9m土层逐月土壤有效含水量均呈现明显的波动性降低趋势.模拟柠条生长初期(1～10 a)9 m土层土壤有效含水量以101.0 mm/a的速度递减,此后长期在较低水平上随降水量变化而波动.由此得出,固原丘陵区柠条水分持续利用的合理年限为10 a左右.     

基于FY-3D/MERSI数据的东北地区干旱监测方法研究

干旱是影响东北地区粮食安全的主要农业气象灾害之一,遥感技术是一种可便捷进行大范围干旱监测的手段。针对目前遥感干旱指数在作物生长发育过程中监测干旱的局限性和适用性等问题,以东北地区玉米和大豆等主要大田作物发育期为切入点,基于FY-3D/MERSI卫星遥感数据和地面土壤相对湿度实测数据,开展不同作物发育阶段干旱监测指数适用性分析,结合径向基神经网络方法,构建全时期和分时期土壤相对湿度反演模型,利用实测土壤相对湿度数据开展精度验证与对比分析。结果表明：风云三号MERSI传感器数据在干旱监测中具有可行性,表观热惯量(ATI)在低植被覆盖或裸土时效果较好,适用于作物冻土期、裸土期和播种～拔节期;水分指数(WI)适用于播种～拔节期、拔节～抽雄期和成熟期等植被生长时期;分时期土壤相对湿度反演模型精度高于全时期土壤相对湿度反演模型,前者监测精度在80.0%以上,比全时期模型精度提高了10%～25%,尤其在冻土期(3月),分时期模型反演精度达到了92.6%。基于作物生长时期和形态差异,选择最适宜遥感干旱指数建立分时期土壤相对湿度反演模型,提高了干旱监测的准确性和可靠性。     

AquaCrop作物模型在黄土塬区夏玉米生产中的适用性评价

为评价Aqua Crop作物模型在黄土塬区的适用性,基于Hsiao等人推荐的玉米参数对模型参数进行调试及验证。在陕西长武地区模拟2003、2004、2005、2007、2008、2010年玉米生育期内生物量、蒸发蒸腾量的变化过程及收获时产量、地上部生物量,将模拟值与收集到的实测值进行对比、分析。结果表明,这6年模拟产量与实测产量间的校正决定系数(Adj)R2为0.9270,相对误差在-2.479至11.182之间;模拟地上部生物量与实测地上部生物量间的Adj.R2为0.7842,模型对产量的模拟效果优于对生物量的模拟;2005年和2008年模拟蒸散量与实测蒸散量间的Adj.R2分别为0.6229和0.7973。模拟效果较好,对黄土塬区夏玉米水分优化管理模拟有重要意义。     

石羊河流域制种玉米咸淡水轮灌模式 的SWAP模型模拟

为了探究石羊河流域制种玉米的咸淡水轮灌模式，利用2014年田间试验观测资料对SWAP模型进行了参数率定和验证，模拟了不同咸淡水轮灌模式下的土壤水盐平衡，并筛选出了较优的咸淡水轮灌模式，预测了较长时期土壤盐分动态变化及制种玉米产量。结果表明：SWAP模型率定与验证过程中，土壤含水量的均方误差(RMSE)值在0.05 cm³·cm^-3以下，平均相对误差（MRE)值在15%以下；土壤含盐量的RMSE值在4.2 mg·cm^-3以下，MRE值在25%以下；制种玉米产量的RMSE值在380 kg·hm^-2以内，MRE值在10%以下，率定和验证后的SWAP模型可用于研究区咸水与淡水灌溉的模拟与预测。3.0 g·L^-1微咸水条件下采用2次淡水、1次咸水和1次淡水、2次咸水的轮灌方式以及6.0 g·L^-1咸水条件下采用2次淡水、1次咸水的轮灌方式为研究区制种玉米的较优轮灌模式，这3种较优咸淡水轮灌模式下的土壤盐分累积量较少，并且能够提高制种玉米的产量。3种较优轮灌模式模拟预测结果显示，在模拟期内土壤含盐量增幅不大，能够达到平稳，不会造成土壤盐渍化，制种玉米减产幅度较小，制种玉米产量能够保持平稳。     

基于春玉米微咸水灌溉的水盐生产函数研究

在石羊河流域开展微咸水灌溉试验,综合考虑水分与盐分因素对春玉米生长的影响,以国际上通用的水分生产函数Blank模型和Jensen模型为基础进行作物水盐模型的构建,通过引入盐分胁迫因子,将水分生产函数转变为水盐生产函数。通过2009年和2010年春玉米不同矿化度微咸水灌溉试验,结合函数求解,探求春玉米各生育阶段的盐分敏感指数,得出春玉米的盐分敏感程度顺序为苗期>拔节期>抽雄灌浆期>成熟期。同时以交替灌溉试验进行验证,结果表明微咸水安排在盐分敏感程度小的生育阶段更有利于作物的生长。     

The Validation of Pesticide Leaching Models

The validation of pesticide leaching models presents particular problems where the number of model predictions is far in excess of the observed data. Normally, however, there are more frequent field observations for other parameters (notably the site hydrology) than for pesticide concentrations in either water or soil. A five-stage validation procedure which takes advantage of the most frequently available observations and which tests each of the components of the model in a cumulative way, is thus advocated: Stage 1: Parameterisation of the model using only independently measured parameters. Stage 2: Hydrological validation: the validation of the predictions of water movement and water content of the soil. Stage 3: Solute movement validation: where field data are available for solutes other than pesticide, the model should first be validated for them, especially if they are more abundant than the pesticide observations. Conserved solutes such as chloride or bromide are preferred, although nitrate may be used for short periods. Stage 4: Pesticide fate in the soil: models should use parameters of pesticide fate derived from independent studies. Stage 5: Pesticide leaching: only in the last stage are the relatively small number of pesticide observations compared with the model predictions with respect to patterns and orders of magnitude of occurrence. With this scheme, the results of each stage are carried forward to the next, and confidence in the model is built with each stage. This is illustrated using the CRACK-P model and hydrological, nitrate and pesticide data from the Brimstone Farm Experiment Oxfordshire, UK.     

微咸水与生物炭协同作用对盐碱土入渗特征及水盐运移的影响

为研究添加生物炭条件下微咸水矿化度对盐碱土水盐运移的影响，采用一维垂直土柱入渗试验，研究了微咸水灌溉并施用生物炭对盐碱土水盐运移特征及其对Philip和一维代数入渗模型参数的影响，并对入渗模型的适用性进行了评价。本研究设置淡水对照CK(0 g·L^-1)及4种微咸水矿化度水平(2、3、4、5 g·L^-1)与施用玉米秸秆生物炭(5 t·hm^-2)组合试验方案。结果表明：使用微咸水灌溉或施用生物炭均会增加土壤水分入渗速率及土壤含水率，提高土壤保水能力，且微咸水和生物炭协同作用下效果更好。灌溉微咸水并施用生物炭降低了土壤含盐量，在0～30 cm深度内的平均含盐量比初始含盐量降低了34.75%～74.00%,具有良好的盐分淋洗效果。Philip入渗模型能够较好模拟微咸水和生物炭协同作用下的土壤水分入渗情况，灌溉微咸水或施用生物炭会使吸渗率S增加，且两者结合使用时S增幅更大；由代数模型计算而得的土壤各层理论含水率值与实测值之间的平均绝对误差与均方根误差均小于2.2%,表现出一维代数模型较好的适用性。综上所述，使用微咸水灌溉并配施生物...     

基于HYDRUS模型的盐碱地土壤水盐运移模拟

为了解陕西卤泊滩盐碱地的水盐运移情况,基于当地2009—2013年田间水盐监测资料,应用饱和-非饱和土壤水分及溶质运移理论,利用HYDRUS-1D数值模型对当地土壤水分、盐分运移规律进行数值模拟,分析了盐碱地的水盐变化状况,确定合理的田间灌水定额。结果表明:在玉米整个生育期内,不同灌溉处理的土壤含水量变化趋势基本一致,从节水控盐的综合标准衡量,农田灌水定额为500 m3·hm-2时有利于控制土壤盐分的累积。采用HYDRUS-1D模型对盐碱地农田土壤水盐运移的模拟结果与田间试验实测结果基本吻合,该研究结果可为类似盐碱化地区农田水盐管理提供科学依据。     

Impact of Exogenous Application of Salicylic Acid on Growth,Water Status And Antioxidant Enzyme Activity of Strawberry Plants (Fragaria vesca L.) Under Salt Stress Conditions

Irrigation with saline water can act as an alternate water resource and thus plays an important role in saving freshwater resources as well as promoting agriculture. Furthermore, salinity stress is considered one of the major abiotic stress factors, which strongly reduces crop productivity. In this context, the present work was conducted to examine the effect of exogenous salicylic acid (SA) application on salt stress tolerance of strawberry plants. For this purpose, strawberry plants (Fragaria vesca L.), three months old, were treated with three SA concentrations (0?mM, 0.25?mM and 0.5?mM), then subjected to 80?mM NaCl or not. After five weeks of treatment, growth responses, water status, photochemical efficiency and oxidative stress indicators were measured. The obtained results showed that irrigation with saline water negatively affected the growth parameters, the leaf water potential (LWP), the relative water content (RWC), the stomatal conductance (gs) and photochemical efficiency (Fv/Fm). While, the total protein content, the electrolyte leakage (EL), the malondialdehyde (MDA) and the hydrogen peroxide (H₂O₂) contents were increased in stressed plants compared to unstressed ones. Salt stress also leads to the activation of the antioxidant enzymes. However, the exogenous application of SA under salt stress conditions reduced the H₂O₂ accumulation, the electrolyte leakage and the MDA content. It has also improved the growth parameters, the LWP, the RWC, the gs, the Fv/Fm, the protein content and the antioxidant enzyme activities (POD, CAT and SOD) in the treated plants compared to those without SA application. Therefore, the beneficial effect of 0.25?mM SA on Fragaria vesca L. salinity tolerance may provide some practical basis for strawberry cultivation under saline conditions.

     

塔里木河干流上游区WaSSI-C生态水文模型的适用性评价

水碳耦合模型能够为干旱区水碳资源综合管理提供重要的工具支持。以塔里木河干流上游区为研究对象，在深入分析WaSSI-C模型（Water Supply Stress Index-Carbon model）理论方法和运行机理的基础上，结合研究区自然地理环境特征，补充冰川融化计算模块，以增强模型在研究区的适用性。在此基础上，将研究时段划分为率定期（2000-2009年）和验证期（2010-2015年），利用实测的径流数据和MODIS数据产品的蒸散（ET）和总生态系统生产力（GEP）数据，以相关系数(R²)和效率系数（NS）为主要统计指标，探讨了不同时期WaSSI-C模型在研究区的适用性。流域总径流在率定期和验证期对比验证的R²分别为0.72和0.68，NS为0.71和0.67；ET在率定期和验证期对比验证的R²分别为0.60和0.64，NS为0.60和0.56；GEP率定期和验证期对比验证的R²分别为0.68和0.61，NS为0.66和0.69；除ET在验证期的NS为0.56以外，模拟结果的2个评价指标均保持在0.6及以上，可见模型能够很好地模拟塔里木河干流上游区水碳资源的动态变化。     

A simulation model for the development of brown rust epidemics in winter wheat

A model simulating the progress of Puccinia recondita severity, expressed as a percentage of rusted leaf area (both as average and its 95% confidence interval) on individual wheat leaves over the course of a growing season, with a time step of one day, was elaborated using laboratory and field data from literature. Data on the stages of each infection cycle (uredospore germination, penetration, latency, uredium eruption and infectiousness) were transformed into model parameters by curve fitting, Montecarlo stochastic procedures, corrections and empirical assumptions. Data on host growth, like the timing of all phenological stages, the dynamic of the green area of each leaf from appearance to complete senescence, and tillering were obtained from a specific sub-model. Model validation was performed on actual data not used in model building and representing a wide range of conditions (several winter wheat cultivars grown at eight locations in northern Italy between 1990 and 1994) by using subjective, non-parametric and parametric tests: it revealed a satisfactory agreement between the data simulated by the model and actual data.