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。     

不同覆盖条件下冬小麦作物系数试验研究

试验共设置裸地(CK)、秸秆覆盖(JF)、地膜覆盖(DF)3个处理,基于冬小麦2013—2014年实测数据及气象数据,利用Penman-Monteith公式计算杨凌地区冬小麦全生育期内参考作物蒸发蒸腾量,利用农田水量平衡方程计算冬小麦全生育期实际作物蒸发蒸腾量,由此计算冬小麦各生育阶段的作物系数。结果表明:秸秆覆盖和地膜覆盖可以减少冬小麦全生育期的作物需水量,减少量分别为13.07 mm和17.86 mm;秸秆覆盖处理对水分比较敏感;作物系数在全生育期呈双峰变化,峰值出现在分蘖~越冬期和抽穗~灌浆期,其中CK为0.82和1.16,JF为0.89和1.05,DF为0.87和1.13;冬小麦作物系数与种植后天数和大于0℃积温呈现良好的四次多项式和二次多项式关系,其中JF与DF的相关系数均在0.88以上。     

小麦灌浆过程籽粒水分变化的核磁共振检测

花期至成熟期是小麦产量形成的关键时期,在这一时期麦穗的水分状态随着干物质的积累而呈现出独特的变化特征。为了揭示活体冬小麦灌浆过程的水分变化规律,利用核磁共振技术的无损检测特性,结合核磁共振质子密度加权成像和核磁共振T2弛豫谱分析,对小麦麦穗进行了连续活体检测。核磁共振质子密度加权成像结果表明,灌浆前期籽粒的水分不断增加,至花后15 d籽粒的水分含量达到最大值,此后小麦籽粒的水分逐渐减少。在此过程中,灌浆物质在籽粒中积累的顺序是由外向内、自上而下的。经核磁共振T2弛豫谱分析,麦穗中的水分可分为结合水、半结合水和自由水三种相态。从籽粒形成至完熟期麦穗不同相态的水分都表现为先增大后减小的特点,但涨落步调不尽相同,其中结合水含量的增长期最长,至蜡熟期结束时(花后33 d)才达到最大值。籽粒形成后麦穗总水分含量维持在较高水平,即使在籽粒干质量快增期(花后15 d至花后27 d),籽粒中干物质的迅速积累也并未导致水分含量的明显减小,单穗的总水分含量与最大水分含量相比仅仅减少了十分之一。花后30 d之后,随着颖片及穗轴逐渐变黄衰老和籽粒的脱水成熟,麦穗水分含量才急剧减小。小麦灌浆中期麦穗维持较高水分含量,说明水分在同化物积累过程中的重要作用。除了灌浆中期较高的水分含量,蜡熟期的快速脱水亦有利于营养物质的贮存并减少呼吸消耗,对于小麦产量的形成和稳定亦具有重要意义。     

气候变化条件下旱作玉米用水效率与单产变化趋势分析

以渭北旱塬合阳和长武2个试验站点为研究区域,通过多年的玉米田间试验数据评估CERES-Maize模型的适用性,再利用区域气候模式Reg CM4.0输出的气象数据对2050年前玉米单产及生产水足迹进行预测。结果表明:CERES-Maize模型可以很好地模拟雨养玉米产量和物候期,多数年份二者的绝对相对误差(Absolute relative error,ARE)在10%以内,CERES-Maize模型在渭北旱塬旱作农业区有很好的适用性。应用CERES-Maize模型模拟玉米生产水足迹,较传统水足迹计算方法得到的结果更为精确可靠。在RCP2.6气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水量的增加,玉米产量呈上升趋势;在RCP8.5气候情景下,随着温度升高和生育期有效降水的减少,玉米产量呈下降趋势。气温上升幅度过大对玉米单产有明显的负面影响,降水与玉米用水效率呈正相关。为有效应对气候变化对旱作作物产量造成的负面影响,应采取减少温室气体排放量、增强土壤蓄水保墒能力、发展集雨补灌、筛选和培育节水抗旱新品种等措施。     

水氮管理影响冬小麦品质的CERES-Wheat模型模拟

评估CERES-Wheat对不同水氮管理的响应,模拟不同水氮管理对冬小麦品质和产量的影响,筛选优质高产的水氮管理,优化冬小麦农田管理措施。首先利用关中地区2014—2016年2季冬小麦试验数据,对CERES-Wheat进行校准和验证,并评估其模拟籽粒蛋白质浓度和产量的精度。应用CERES-Wheat模拟51 a(1966—2016)历史气象数据下不同水氮管理的冬小麦生长情况,以籽粒蛋白质浓度和产量为主要筛选目标优化水氮管理。结果表明,CERES-Wheat能够较为精确地模拟冬小麦的生长过程,但籽粒和地上部生物量在严重氮胁迫条件下被低估,籽粒蛋白质浓度在低氮胁迫条件下被高估。籽粒蛋白质浓度和产量对不同的水氮处理具有不同的响应,但可以通过调整灌溉定额、灌溉次数、灌溉时期和施氮量之间的耦合作用达到小麦提质增效的目的。越冬期灌溉120 mm,施氮量262.5 kg/hm~2的水氮管理最适合关中地区的气候条件,可以同时实现优质、高产、稳产。     

土壤水基质势膜下滴灌春玉米生长和耗水特性研究

为缓解内蒙古河套灌区水资源短缺并实现农业节水,在河套灌区连续开展2 a(2016年和2017年)的田间试验,采用膜下滴灌种植春玉米,设置5个基于土壤水基质势的灌水下限水平,分别为-10(S1)、-20(S2)、-30(S3)、-40(S4)、-50 kPa(S5),研究不同灌溉处理下的土壤水分分布与春玉米生长及耗水特性。研究结果表明2个生长季内不同基质势水平下土壤含水率差异明显,基质势越高土壤剖面平均体积含水率越高。不同土壤水基质势下限控制的灌水水平显著影响玉米生长,随着生育期内土壤水基质势控制下限的降低,玉米株高与叶面积指数显著降低(p0.05),其中基质势下限为-50 kPa的处理玉米发生早衰现象。地上部分干物质积累量、百粒质量、穗粒数等产量构成指标都随土壤水基质势下限的升高而增加。土壤水基质势水平越高,玉米产量越高,其中S1、S2和S3处理玉米产量显著高于S4和S5,但是前三者之间不存在显著差异(p0.05)。随着土壤水基质势的降低水分利用效率先增大后减小,-30 kPa时水分利用效率最高。综合考虑作物产量和水分利用效率,建议将河套灌区玉米膜下滴灌土壤水基质势下限控制在-30 kPa。     

覆膜和控/缓释肥互作对春玉米生长与氮素利用的影响

在陕西渭北旱塬地区永寿和长武试验站分别布设田间试验,研究地膜覆盖和控/缓释肥互作对玉米生长和氮素吸收利用的影响。设置了2种栽培方式(双垄沟覆膜、平作)和3种肥料类型(尿素、包膜控释肥和尿素配施双氰胺硝化抑制剂(DCD)缓释肥),共6个处理。通过对比分析不同处理春玉米叶面积指数(LAI)、干物质累积量、产量和氮素利用效率,评价不同互作方式对春玉米生长的影响。结果表明:覆膜可提高玉米产量14. 0%～34. 2%,减少土壤氮素的淋失,并且增加了0～40 cm土壤硝态氮含量,氮素利用效率和氮肥利用效率高于平作处理9. 5%～23. 7%。覆膜条件下,尿素基施处理的叶面积衰减速率分别高于包膜控释肥处理和尿素加施DCD处理42. 0%～51. 6%和55. 4%～66. 3%,开花期到成熟期干物质积累速率分别低于包膜控释肥处理和尿素加施DCD处理112. 7%～155. 2%和30. 3%～44. 7%。控/缓释肥延缓了覆膜条件下春玉米叶片的衰老速率和衰老时间,加快了玉米生育后期干物质积累速率,营养器官氮素转运量和转运效率均高于尿素基施处理4. 2%～78. 1%,并且氮素吸收效率和氮肥利用效率高于尿素基施处理6. 6%～24. 2%。因此,覆膜和控/缓释肥互作可以在一定程度上缓解覆膜条件下春玉米生长的早衰现象,促进玉米生长发育,提高氮肥利用效率,可以作为渭北旱塬春玉米增产的一项有效措施。     

基于PenPan模型中国蒸发皿蒸发量的时空变化及成因分析

蒸发皿蒸发量是衡量大气蒸发能力的重要指标。为了研究中国地区蒸发皿蒸发量的时空变化规律和成因,利用全国751个站点1961-2017年的逐日气象观测资料(平均温度、风速、相对湿度、日照时数),基于PenPan模型对20cm蒸发皿蒸发量进行估算。对中国地区57a的气象数据和PenPan模型模拟结果进行趋势分析,探究影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素。结果发现:在1961-1993年期间,中国地区存在“蒸发悖论”现象,影响蒸发皿蒸发量的主导气象因素为风速;1994-2017年“蒸发悖论”现象消失,此时主导因素为饱和水汽压差;两阶段相比,空气温度对蒸发的作用增大,而风速的作用减小。春夏秋冬4个季节,蒸发量在空间上差异较大。辐射项蒸发量的夏季最大值在西北地区,其余季节在华南地区;动力项蒸发量冬季最大值在华南地区,其余季节在西北地区;随着季节推移,总蒸发量最大区域由西北转移到华南地区。根据蒸发皿蒸发量的时空变化情况,可以得出西北和华南地区需要根据该地区蒸发量的季节变化合理调配水资源。     

圆形和平移式喷灌机塔架车的纵向稳定性

利用地面车辆力学理论,对坡地上的圆形和平移式喷灌机的塔架车进行受力分析,以纵向坡度角作为衡量塔架车爬坡能力和抗翻倾能力的指标,推导出纵向坡度角与驱动力、塔架车结构尺寸、地面状况等因素之间的关系式及塔架车质心高度的计算公式,通过试验测得塔架车的纵向稳定性特性曲线.结果表明,适当增大塔架车的轮距、降低质心高度、减小驱动轮动力半径,合理匹配驱动功率,提高减速器传动效率、增大传动比,均可提高塔架车的爬坡能力和纵向稳定性.     

佛山市存栏禽群H5亚型禽流感抗体效价连续监测结果初报

佛山市从2005年1月至2006年9月,对规模养殖和散养两类养禽场的禽群,开展了H5亚型禽流感抗体效价连续监测.监测结果表明:禽群H5亚型禽流感抗体效价总体合格率较高,但合格率有较明显的季节性波动,且规模场和散养禽场之间存在一定的差异.