EPIC模型中土壤氮磷运转和作物营养的数学模拟

土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC是国际上较有影响的水土资源管理和作物生产力评价动力学模型。本文简要介绍了EPIC模型中描述土壤氮磷养分运转与作物氮磷营养的基本原理及其主要数学方程。在作物和土壤微生物等生物因素,热量、降水等气候因素,施肥、灌溉和土壤耕作等管理因素的影响下,农田土壤氮素和磷素不断发生空间运移和形态转化。EPIC模型能够逐日定量描述土壤中氮磷养分的矿化与固定、硝化与反硝化、淋洗与挥发、流失与吸收、矿质磷循环、豆科作物固氮等运移、转化及作物吸收过程的变化速率和数量,揭示出土壤剖面氮磷运移、转化和作物营养的动态变化规律,可供农田土壤管理和作物营养定量评价研究中借鉴。     

黄土高原地区EPIC模型数据库组建

在简要介绍土壤侵蚀和生产力影响估算模型EPIC的结构和功能基础上,重点论述了组建黄土高原EPIC模型逐日气象要素、土壤剖面理化性状和作物生长参数数据库的方法,并简要介绍了EPIC模型中田间耕作措施参数、肥料特性参数和径流曲线代码的有关情况,为EPIC模型在黄土高原地区的应用奠定了基础。     

紫色丘陵区几种土壤可蚀性K值估算方法的比较

土壤可蚀性K值可为当地土壤流失量预测和水土保持措施效应评价提供依据。采用5种土壤可蚀性K值估算方法对紫色丘陵区土壤可蚀性进行比较研究,以筛选出符合该地区紫色土成土和侵蚀特点的土壤可蚀性估算方法,结果表明:1）对相同土壤母质和土地利用类型而言,5种土壤可蚀性估算方法的K值依次为:KEPICK修正诺谟K诺谟KShiraziKTorri,5种估算方法K值差异显著,其根本原因在于选择了不同的土壤理化性质指标作为K值估算基础。紫花苜蓿地土壤可蚀性K值最小,说明选用紫花苜蓿等豆科植物作为坡耕地间、套作植物、绿篱建设植物,可有效降低旱坡耕地的土壤侵蚀敏感性。2）对相同土壤母质和土壤类型而言,不同土地利用类型对土壤可蚀性估算方法的稳定性反应不同,其敏感性大小为:紫花苜蓿地小麦地桑林地,对于存在经常性翻耕活动的各种坡耕地种植模式而言,各种估算方法的稳定性差别不大。3）在紫色丘陵区,诺谟法和EPIC法估算的K值与标准值最为接近,且对土壤理化性质变化具有一定敏感性,因此在该地区进行土壤侵蚀敏感性评价和土壤流失量预测时,可采用诺谟法和EPIC法进行K值估算。      

长武旱塬不同麦玉轮作系统产量效应模拟研究

利用EPIC模型对不同麦玉轮作系统进行模拟,通过对其输出结果的分析,综合考虑产量、经济效益、干旱胁迫和氮肥生产率等因素,对不同麦玉轮作系统进行综合评价,从而比较不同麦玉轮作系统的优劣。结果表明:(1)在模拟研究期间,8种麦玉轮作系统的产量均呈波动性下降趋势,其平均值分别为4.61、4.40、4.16、4.48、4.28、4.29、4.714、.55 t/hm2。所有的麦玉轮作系统中,麦玉轮作系统"春玉米→冬小麦"的经济效益最好。(2)在模拟研究期间,麦玉轮作系统"春玉米→冬小麦→冬小麦"的冬小麦和春玉米所遭受的年均干旱胁迫日数最少(29.51d)。在干旱年份麦玉轮作系统中的冬小麦较春玉米更容易遭受干旱威胁。综合产量、经济效益、作物所遭受的干旱胁迫天数和麦玉轮作系统的氮肥生产率等因素,在长武地区适宜采用的麦玉轮作系统为春玉米→冬小麦。     

基于EPIC模型的黄土高原旱地草粮轮作田土壤湿度模拟

土壤水分是黄土高原地区粮食生产的关键因子,EPIC模型自建立以来在世界范围内得到了广泛的应用,是研究土壤水分动态的有效工具,因此,在黄土高原地区验证EPIC模型的土壤湿度模拟精度对该地区土壤水分的模拟研究具有重要的现实意义。本研究应用长期定位试验观测值和EPIC模型对草粮轮作田[苜蓿（Medicago sativa）－苜蓿－苜蓿－苜蓿－马铃薯（Solanum tuberosum）-冬小麦（Triticum aestivum）-冬小麦-冬小麦]土壤湿度进行了模拟研究。结果表明, 在苜蓿草地、冬小麦田和马铃薯田中0～2.0 m土层土壤湿度的观测值和模拟值相关系数分别为0.756、0.973和0.790,RMSE值分别为0.028、0.011和0.023 m/m;模拟值与观测值的土壤湿度剖面分布总体上一致。EPIC模型能够较好模拟草粮轮作田土壤水分的动态变化规律,可以用来模拟研究黄土高原草粮轮作田土壤水分动态变化及其土壤湿度的剖面分布。建立合理的土壤数据库和作物根系分布方程将会进一步提高模型对土壤湿度的模拟精度;增加模型中的土层数有利于提高模型对深根系作物土壤湿度的模拟精度。     

EPIC Evaluation of the Impact of Poultry Litter Application Timing on Nutrient Losses

Recently, changes in the utilization practices of animal manures for fertilization have been encouraged to reduce the potential of nonpoint pollution of lakes and streams from agricultural land. However, the potential impact of changing some of these practices has not been fully studied. The objective of this study was to examine the potential impact of limiting poultry litter application times on nutrient movement important to water quality. The WinEPIC model was used to simulate poultry litter applications during the winter months and chemical fertilizer application, with both cool season and warm season grass pastures on the major soil regions of Alabama. With the warm season grass, soluble nitrogen (N) losses could be reduced if the application of poultry litter was made after 30 December. With the cool season grasses, there was no significant difference in application dates for poultry litter for soluble N losses for any soil region, and no improvement could be noted for limiting applications in northern Alabama compared to southern Alabama. No significant difference was observed for soluble phosphorus (P) losses for application date for either warm season or cool season grass pastures. This indicates that factors other than plant P uptake during the growing season were the dominant regulators of the amount of soluble P lost in runoff. Also, the results would indicate that best management practices such as are administered with the P index are more important than plant growth factors in determining N and P losses to the environment.     

黄淮海平原典型区冬小麦水分胁迫规律与灌溉策略

黄淮海平原区是中国主要的水分亏缺区,进行合理的灌溉,充分提高水分利用效率是近些年该地区农业研究的重要课题。该文利用环境政策综合气候模型（environmental policy integrated climate,EPIC）,通过模拟黄淮海平原典型区河北沧州地区冬小麦在3种灌溉情景下的生长过程探索合理的灌溉策略。首先通过雨养（无灌溉）情景模拟,分析在当地气候条件下冬小麦生长期内水分胁迫的变化规律,然后通过自动灌溉,调整单次灌溉最大量来分析产量、水分利用效率的变化规律,并根据灌溉实施过程探索合理的人工灌溉方式进行手动灌溉模拟。研究发现：该地区冬小麦在生长期内缺水严重,存在4个主要的水分胁迫期,分别位于分蘖期、返青期、拔节期和灌浆期;通过分析自动灌溉结果,冬小麦在播种期需灌溉10 mm,分蘖期40 mm,返青期35 mm,拔节期35 mm,灌浆期10 mm,能在提高产量的同时保证水分利用效率在一个较高的水平;试验证明,利用EPIC模型可较好地进行作物的水分胁迫与灌溉策略研究。     

基于EPIC模型的中国典型小麦干旱致灾风险评价

运用EPIC(Environmental Policy Integrated Climate)农作物生长模型模拟了1966—2005年中国典型小麦生长过程,构建了基于水分胁迫的小麦干旱致灾强度指数,对中国小麦干旱致灾强度和风险的时空分布规律进行了定量评价分析。结果表明:小麦干旱致灾强度呈现出从西北干旱区向东南湿润区递减的趋势,且春小麦分布区旱灾致灾强度高于冬小麦分布区;中国农牧交错带是小麦干旱致灾强度较强且波动较大的区域,也是小麦干旱致灾风险较高的区域;1966-2005年春小麦区干旱致灾强度呈现下降趋势,而冬小麦区呈现普遍上升趋势,其中北部和黄淮冬麦上升趋势最为明显。     

猕猴桃EPIC标记开发及其在猕猴桃属植物系统发育分析中的应用

 采用生物信息学方法通过比较ESTs数据和基因组数据开发了猕猴桃的双亲遗传单拷贝的EPIC标记以用于猕猴桃属植物系统发育研究。通过比较中华猕猴桃（Actinidia chinensis）和美味猕猴桃（A. deliciosa）的ESTs数据和葡萄（Vitis vinifera）基因组数据,以一致性85%为标准共检测到129个EPIC标记,并从中设计96对引物。其中21对EPIC引物在中华猕猴桃和美味猕猴桃两个商业化栽培品种中呈现稳定扩增,核酸多态性（Pi）为0.003 ~ 0.069,变异位点为0.7% ~ 14.8%,简约性信息位点为0 ~ 9.4%。用其中的EPIC-1标记重建中华猕猴桃、美味猕猴桃、毛花猕猴桃（A. eriantha）、绵毛猕猴桃（A. fulvicoma var. lanata）和金花猕猴桃（A. chrysantha）的系统发育关系,显示其跨种间扩增的实用性并获得分辨率较高的系统发育树。本研究中开发的EPIC标记可以作为通用引物用于猕猴桃属植物系统发育分析。     

农田水盐运移与作物生长模型耦合及验证

合理定量描述土壤水盐动态及作物生长过程对于干旱灌区制定适宜的农业用水措施具有重要意义。该文以SWAP(soil water atmosphere plant)模型为基础,采用变活动节点法实现了对土壤融化期的水盐运移模拟,并在根系吸水计算中引入了基于S形函数的水盐胁迫计算方法,以修正原SWAP模型对根系吸水的模拟。进一步嵌入了参数与输入数据较少且可以模拟作物生长过程及实际产量的EPIC(environmental policy integrated calculator)作物生长模型,构建了改进的农田尺度土壤水盐动态与作物生长耦合模拟模型-SWAP-EPIC。分别采用宁夏惠农灌区春小麦和春玉米田间试验数据,对SWAP-EPIC模型田间适用性进行了检验。对比分析各层土壤水分与盐分浓度、作物生长指标(叶面积指数、地上部生物量)的模拟值与实测值,结果表明:春小麦和春玉米试验中土壤水分的平均相对误差MRE和均方根误差RMSE均接近于0且模型Nash效率系数NSE值趋近于1,水分模块模拟精度较高,盐分浓度模拟存在略微差异但总体上一致性较好,并且作物生长指标匹配良好;同时,模拟的产量和蒸散发均较为接近实际值,春小麦和春玉米产量模拟相对误差分别为4.9%和3.3%。综上,该文改进的SWAP-EPIC模型可良好地应用于寒旱区农田尺度土壤水盐运移与作物生长耦合模拟。