基于GLUE和PEST的CERES-Maize模型调参与验证研究

作物模型已逐渐成为干旱和半干旱地区优化农田水肥管理和实施节水灌溉的有力决策支持工具。为了探讨CERES-Maize模型模拟不同生育期受旱情况下夏玉米的生长发育、产量形成和土壤水分状况的模拟精度,进行了2013和2014年连续两季夏玉米田间分段受旱试验。试验将夏玉米整个生育期划分为苗期、拔节、抽雄和灌浆4个主要生长阶段,采用单个生育期受旱其他生育期灌水的方式,形成4个不同的受旱时段水平(D1~D4),又根据夏玉米多年生育期降雨量,设置了70和110 mm两个灌水水平(I1和I2),共形成8个处理,每个处理3次重复,在遮雨棚内按照裂区试验布设,此外设置1个各生育期均灌水110 mm的对照处理(CK)。利用两年试验数据,采用DSSAT-GLUE和PEST两种不同的模型参数估计工具,对CERES-Maize模型的遗传参数进行估计,并对该模型的模拟精度和可靠性进行验证,此外还使用交叉验证法对CERES-Maize模型的整体模拟精度进行评估。结果表明,GLUE和PEST两种调参工具所得的模型参数均有较好的稳定性和收敛性,但PEST调参工具耗时较少,效率较高;CERES-Maize模型能较好地模拟充分灌水条件下夏玉米的生长发育、产量和土壤水分变化,绝对相对误差(ARE)和相对均方根误差(RRMSE)均在6%~8%之间;但是现有CERES-Maize模型无法模拟由于不同生育期受旱造成的夏玉米物候期的差异。此外,交叉验证结果发现夏玉米生长前期(特别是拔节期)受旱处理的数据参与模型校正时,模型的总体平均模拟误差较大,精度较低。CERES-Maize模型模拟前期受旱对玉米籽粒产量的影响时结果不够准确,这可能是由于该模型低估了早期水分胁迫条件下的LAI值,进而使得ET模拟不准确所造成的。总之,CERES-Maize模型对生育期前期(特别是拔节期)受旱条件下夏玉米生长发育、产量形成和土壤水分变化的模拟还存在一定的不足,若将CERES-Maize模型应用于我国干旱和半干旱地区水分胁迫条件下玉米的生产管理和科学研究,应对模型进行相应的修正。     

砂石覆盖条件下夏玉米蒸发蒸腾量的估算

【目的】准确估算作物蒸发蒸腾量(ETc)。【方法】基于2014—2016年遮雨棚下夏玉米土箱生长试验,对砂石覆盖条件下夏玉米ETc的单、双作物系数法计算公式进行了修正,并以小型蒸渗仪测得的ETc,实测对修正后的作物系数法的适用性进行了评估。单作物系数由ETc,实测和参考作物蒸发蒸腾量直接计算得到,用2014和2016年的单作物系数与砂石覆盖量进行拟合,得出计算ETc的单作物系数法修正公式后对2015年度的数据进行验证。【结果】砂石覆盖条件下夏玉米各生育阶段的ETc,单和ETc,实测较为接近。在双作物系数法中引入修正系数验证后发现各处理条件下的计算值接近ETc,实测。【结论】双作物系数法的计算结果能更好地估算砂石覆盖条件下夏玉米的蒸发蒸腾量。     

冀中平原冬小麦—夏玉米一体化节水栽培技术

实验表明：冬小麦的灌水量直接影响下茬玉米的土壤水分；冬小麦耗水量与产量、冬小麦力。夏玉米的总耗水量与产量均呈抛物线关系。因而减少非关键生育期的灌水对产量影响不大。根据天然降水分布规律，选用全生育期９０天左右的玉米杂交种，６月２０日以前播种，８月上旬抽雄，使主要需水期与降水高峰相吻合，尽量减少夏玉米的灌水。通过作物干旱胁迫试验，找到作物不同生育期的减产系数，为制定节水型灌溉制度提供依据；通过对土壤水分的观测发现，在作物播前、收后土壤内均有部分速效水，充分利用土壤水是节水栽培技术的重要措施之一。     

陕西关中地区夏玉米作物系数试验研究

依据1999—2003年五年田间试验资料,利用Penman-Montheith公式计算陕西关中地区夏玉米全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,并利用大型称重式蒸渗仪监测夏玉米全生育期内作物实际蒸发蒸腾量,由此计算了夏玉米各生育阶段的作物系数,并分析了作物系数变化规律。结果表明：在陕西关中地区的气象条件下,夏玉米的参考作物蒸发蒸...     

冀中平原冬小麦—夏玉米一体化节水栽培技术

实验表明：冬小麦的灌水量直接影响下茬玉米的土壤水分；冬小麦耗水量与产量、冬小麦加夏玉米的总耗水量与产量均呈抛物线关系。因而减少非关键生育期的灌水对产量影响不大，根据天然降水分布规律，选用全生育期90天左右的玉米杂交种，6月20日以前播种，8月上旬抽雄，主使主要需水期与降水高峰相吻合，尽量减少夏玉米的灌水。通过作物干旱胁迫试验，找到作物不同生育期的减产系数，为制定节水型灌溉制度提价依据，通过对土壤水分的观测发现，在和物播前、收后土壤内均有部分速效水，充分利用土壤水是节水栽培技术的重要措施之一。     

华北冬小麦-夏玉米农田水分动态模拟研究

冬小麦-夏玉米连作是华北地区主要的粮食作物种植模式。根据华北季节性冻土区的特点,将全年划分为作物生长期与越冬期,分别建立了作物生长条件下农田水分运移模型、冻融条件下土壤水热运移模型。前一模型主要包括参照腾发量计算、腾发量分配、作物根系吸水、土壤表面蒸发、土壤水分特征参数和土壤水分运动等子模型;后一模型主要包括冻土水热耦舍迁移、地气水热交换等子模型。应用以上模型对冬小麦-夏玉米连作条件下的土壤水分过程进行模拟,根据北京永乐店试验资料对模型进行检验。模拟了不同降水水平年、不同灌溉处理下的农田灌溉制度及土壤水分过程,分析了降水、灌溉对农田蒸散、土壤水利用、深层渗漏等的影响。     

河西绿洲灌区主要作物需水量及作物系数试验研究

利用Penman-Monteith公式计算了甘肃张掖绿洲主要作物各生育期参考作物蒸散量,利用农田水量平衡方程及土壤水分胁迫系数计算了作物实际蒸发蒸腾量,并计算比较了充分灌溉和非充分灌溉条件下不同生育期作物需水特征,确定了非充分灌溉条件下主要作物的作物系数。结果表明,非充分灌溉条件下,主要作物各生育期需水规律和充分灌溉具有一致变化趋势。非充分灌溉条件下,小麦、玉米、马铃薯全生育期作物系数平均值分别为0.81、0.7和0.73。在全生育期当中,随生育期的延续,主要作物叶面蒸腾比例逐渐增大,棵间蒸发逐渐减少。     

基于Penman-Monteith公式的关中地区作物系数研究

通过对基于Penman-Monteith公式的作物系数研究,为Penman-Monteith公式在关中地区的推广应用提供参考。采用联合国粮农组织(FAO)先后推荐的Penman修正式与Penman-Monteith公式,计算关中地区30个气象站1961~2001年的参照作物腾发量,确定关中地区冬小麦和夏玉米基于Penman-Monteith公式的作物系数,比较分析基于Penman修正式与基于Penman-Moneith公式的作物系数的差异。在关中地区,冬小麦基于Penman修正式与基于Penman-Moneith公式的作物系数有显著差异;而夏玉米的没有显著差异。在关中地区推广应用Pen-man-Monteith公式计算作物需水量时,目前正在使用的基于Penman修正式的冬小麦作物系数需要校正;而夏玉米作物系数无须校正。     

基于作物水分亏缺指数的云南省夏玉米不同生育期干旱时空特征分析

【目的】研究云南省夏玉米不同生育期干旱变化规律,为该区夏玉米合理布局和防御生育期内阶段性干旱提供科学依据。【方法】利用云南省1960—2014年32个典型气象站点逐日气象资料,计算夏玉米生育期逐旬作物水分亏缺指数(crop water deficit index,CWDI),采用线性趋势和M-K检验分析了云南省不同地区夏玉米干旱的时空变化特征,并探究了CWDI与夏玉米产量的关系。【结果】①云南省夏玉米初始生长期、快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期平均干旱站次比分别为50.30%、12.36%、5.88%、6.00%和10.35%。②1960—2014年夏玉米初始生长期干旱站次比和CWDI均呈减小趋势,快速生长期、生长中期、生长后期和全生育期则均呈上升趋势,且快速生长期和生长中期干旱面积和强度上升幅度相对较大,上升趋势主要集中在滇西南。③云南省夏玉米各生育阶段不同等级干旱发生频率整体上表现出中部高四周低的分布特征,其中滇中干旱频率最高,滇西南最低;云南省夏玉米各生长阶段干旱强度上升幅度较大区域主要集中在滇西南和滇东北,上升幅度较小区域主要集中在滇中中西部和滇西北。④云南省夏玉米生长中期水分供需状况对夏玉米产量影响较大。【结论】一定幅度的干旱强度上升,有利于云南省西部夏玉米增产,尤其是滇西南地区;但会导致中东部夏玉米减产,尤其是滇东北。     

用叶绿素测值(SPAD)评估夏玉米氮素状况的实验研究

比较了 2 0 0 0年北京永乐店夏玉米生长过程中 ,不同水分、氮素处理条件下反映叶片叶绿素含量的SPAD值的变化过程 ,并且就生育期内平均 SPAD值与作物产量 ,水分生理利用效率之间的关系进行了分析。结果表明 ,采用叶绿素仪可以较好的对夏玉米生长过程中作物氮素状况对生长的影响进行评价和预测。     

甘肃景泰提水灌区田间灌水技术评价与改进

通过田间灌溉试验和计算机模拟，对景泰提水灌区现行地面灌水技术进行了评价，研究对比了地面灌溉田间灌水效率的2种计算方法，用模拟地面灌水流运动的计算机模型模拟灌溉试验，得到平均灌水均匀度和田间灌水效率，并针对灌区田间灌水技术存在的问题，提出了改进建议。     

Level basin design based on cutoff criteria

This paper describes a new procedure for the design of level-basin irrigation systems which is based on the irrigator's cutoff criteria. Design with this procedure, hopefully, will be more transferable to users and will allow basin designs to be adopted to local practices. Comparisons are made to existing design procedures, and it is shown that many of them can be expressed in terms of this new procedure, available in the form of a computer program. A sensitivity analysis was used to confirm the desirability of these new guidelines on design. The sensitivity analysis also showed that the cutoff distance can be adjusted to account for changes in vegetative roughness.     

干旱区夏玉米畦灌灌水技术参数试验研究

为了合理优化河西干旱区夏玉米畦灌灌水技术参数,通过对畦灌不同畦长、畦宽、单宽流量及田面坡度等要素组合下进行灌水试验,分析了其灌水质量评价指标。结果表明,处理4(畦长50 m、畦宽2.5 m、单宽流量3.5 L/(s·m)及田面坡度1.3‰)灌水均匀度为0.87,储水率为0.92,灌溉水利用效率为0.95,除灌水均匀度外其余2指标均较好。结合处理1(畦长30 m、畦宽1.5 m、单宽流量6.5 L/(s·m)及田面坡度1.5‰)、处理2(畦长30 m、畦宽2.5 m、单宽流量3.5 L/(s·m)及田面坡度1.3‰)的评价结果,说明当畦田长度控制在30~50 m范围内,入畦流量为3.5 L/(s·m)、畦宽为2.5 m、田面坡度为1.3‰时,各种灌水质量评价指标均较高。     

中国喷灌机现状与发展思考

基于水利统计数据,分析了近10 a中国节水灌溉应用分布,发现东北以喷灌为主,西北以微灌为主,华北以低压管灌为主,华东以渠道灌溉为主,具有明显的区域特征,节水灌溉仍有50%发展空间,喷灌技术占比与欧美国家相比仍然偏低.总结回顾了中国喷灌机发展历程、研究进展和发展趋势.从国家政策引导、智慧农业发展、农业种植结构变化和盐碱地耕地改造4个方面,分析了在资源环境约束挑战下中国喷灌机的发展机遇.阐明了喷灌的优势和不可替代作用,指出随着中国高标准农田建设及农业规模化经营稳步推进,喷灌机性能及功能不断增强,使以往喷灌的局限性逐步转变成发展优势.最后从补齐农业全程机械化短板、水肥药一体化作业新模式和无人化智能化方面展望了中国喷灌机未来发展前景.     

大棚膜下滴灌黄瓜结果期适宜灌溉频率试验研究

为了合理地制定大棚滴灌灌溉制度,以大棚黄瓜为对象,在结果期设置了4种膜下滴灌灌溉频率(每隔3、6、9、12 d灌溉一次),并以传统沟灌灌溉作为对照,研究了不同灌溉频率对黄瓜生长(株高,茎粗和叶片数)和产量的影响。结果表明,与传统沟灌相比,采用滴灌灌溉有利于黄瓜生长并获得高产;在滴灌条件下,灌溉频率越高,植株越高大粗壮,叶片越多,同时促进了果实成熟;但灌溉频率对总产量影响较小,不同处理之间产量差异均不显著(p0.05)。综合比较,6 d灌溉一次黄瓜长势较好,产量最大112.4 t/hm~2,灌溉工作量合理,因此,建议在大棚黄瓜结果期滴灌灌溉频率以每隔6 d一次为宜。     

绿色根源节水灌溉方式的应用研究

应用绿色根源节水灌溉方式对西红柿进行灌溉处理，相对于其他灌溉方式，得到了节水和提高产量的实验结果，并确定了埋管最佳深度为距离地表约30cm和浇灌量0．75L／次。根据西红柿的实验，应用绿色根源节水灌溉方式到道边树和干旱丘陵果园的节水灌溉，并研制了绿色根源灌溉系统的机械装置以1年龄杏树为试验对象，试验表明果树的成活率和生长性与一般灌溉方式相比有明显的提高，而且相对于地下滴灌方式，绿色根源灌溉系统具有成本低，易控制，可移动，易操作和故障少等特点.     

棉花膜下滴灌灌溉制度试验研究

以田间试验为基础对棉花膜下滴灌的灌溉制度及其各因素的特点进行了分析研究。膜下滴灌技术采用局部灌水，男间地面蒸发量很小，另外，该技术为浅灌且可控性强，使灌水深度与棉花根系吸水深度相一致，避免深层渗漏，极大地提高了田间水分利用率。     

水稻"淹灌-露田"灌溉模式试验研究

在总结水稻传统淹水灌溉方式及现行节水灌溉方式的基础上，研究提出了水稻“淹灌－露田”灌溉模式，该模式具有减少灌水次数，减轻灌溉管理的劳动强度，减少斗农渠的输水时间从而提高输水效率，并可提高降雨利用率等优点，介绍了该灌溉模式的基本依据、技术要点及在湖北省宜昌市东风渠管理处灌溉试验站的试验情况，并根据2000－2001年的试验资料，对该灌溉模式的灌溉效果进行了分析。     

灌溉试验站规划的有关问题

根据全国的气候、农业、水利及经济发展水平等区划，合理地选择各省的中心站及重点试验站，并对其进行科学地规划设计，对于总体把握我国灌溉试验基础数据尤为重要。针对目前正在全国进行的灌溉试验站网规划，对省级中心站及重点站的课题规划、试验站的总体布置及设施设备规划和做好本次规划的其他有关问题进行了探讨。     

涌泉根灌技术研究与应用

提出了一种新型涌泉根灌灌水方法,研究设计了一种灌水器,实现了直接将灌溉水输送到植物根系部位的研究目标,研制的涌泉根灌灌水器流态指数小于0.5,属紊流范畴.为了测得不同节水灌溉方式的应用效果,在陕北山地5年生枣树实施了管灌、滴灌和涌泉根灌等工程38.67hm^2,对3种不同灌水方法的经济效益作了分析.结果表明,与不灌溉相比,管灌、滴灌和涌泉根灌的净增收入分别为4707.70,8446.00和10926.00元/hm^2;管灌、滴灌和涌泉根灌每方灌溉水产值分别为1.90,11.30和14.60元/m3.涌泉根灌与滴灌相比,年成本降低2030元/hm^2,净收入增加2480元/hm^2,每方灌溉水产值提高3.30元/m3;涌泉根灌与管灌相比,年成本降低743.30元/hm^2,净收入增加6218.30元/hm^2,每方灌溉水产值提高12.70元/m3.不同节水灌溉方式均使得枣园净收入大幅度提高,尤其是涌泉根灌方式,净增值率高达235.0%.建议在山地经济林果中大面积推广应用涌泉根灌技术.