WOFOST模型在河南省夏玉米主产区的校准与验证

为检验WOFOST模型在河南夏玉米主产区的适用性,通过大田试验数据,对WOFOST进行参数校准,并利用独立数据,对夏玉米叶面积指数、生物量、产量的模拟结果进行验证.结果表明,校准后的WOFOST对叶面积指数、生物量和产量的模拟效果较好.在整个生育期内,叶面积指数模拟值与观测值的归一化均方根误差(NRMSE)为20.7％,茎、叶、籽粒各器官干物质量及地上部生物量模拟值与观测值的NRMSE分别为10.6％、18.3％、21.3％、17.7％,夏玉米收获产量模拟值与观测值的NRMSE为6.1％.校准后的WOFOST可较准确地模拟夏玉米生长动态及生物量积累动态,适用于河南夏玉米主产区夏玉米生长模拟和产量预测.     

基于DSSAT模型的宁夏玉米-土壤氮循环及其产量敏感性分析

为探明农田玉米-土壤小尺度上无机态的氮循环规律,以及土壤含氮量和玉米产量对初始土壤含水量、初始土壤无机态氮含量及后期追施氮肥的敏感程度,利用DSSAT模型对玉米植株含氮量动态变化过程进行模拟,用RMSE对结果进行评价,并在不同初始条件和施氮量组合下对土壤无机态氮和玉米产量进行了模拟,对其敏感性进行分析。结果表明,玉米在生育前期全氮含量较高,可以达到3.5%~4.5%;随着玉米的生长,全氮含量逐渐降低,到玉米成熟期全氮含量降到最低,为1%~2%;DSSAT模型模拟值和实测值基本接近,误差很小。在N_2施氮量条件下,当土壤含水量提高时,特别是土壤初始含水率大于0.25 cm~3/cm~3时,玉米产量迅速提高。     

抽穗扬花期低温强度对水稻生长发育的影响与模拟

低温冷害是常见的水稻气象灾害之一,减轻其危害对粮食生产安全以及农业可持续发展都有重要意义。以2013—2014年田间数据为基础,对ORYZA2000模型参数进行调试校准及本地化,模拟不同强度、不同持续时间的低温影响试验,并对低温处理下的水稻叶面积指数、各器官生物量以及产量等模拟结果进行分析。结果表明:(1)叶面积指数、各器官生物量模拟值与实测值相近,ORYZA2000模型可用于江苏省水稻生长发育模拟。(2)经过低温处理的叶面积指数最大值明显降低,且出现时间略有延迟;抽穗扬花期连续3、5、7 d降低到17℃时,水稻总生物量及穗生物量与对照相比分别下降6%~7%;不同持续时间降低到20℃时,总生物量及穗生物量分别下降6%~8%。(3)低温处理后水稻产量下降,降幅在3%~6%之间。低温冷害持续时间越长,温度越低,造成的危害越重。     

AquaCrop模型在华北平原黑龙港流域典型区冬小麦-夏玉米种植模式上的适用性评价

为评估AquaCrop模型在黑龙港流域模拟冬小麦-夏玉米水分利用与作物产量的适用性,根据田间试验数据和FAO提供的参数值,对AquaCrop模型进行模型非保守性参数的本地化校准和验证。结果表明,AquaCrop模拟冬小麦冠层覆盖值和实测值的归一化均方根误差(NRMSE)为15.90%,模拟产量与实测产量之间的NRMSE为4.23%;模拟夏玉米冠层覆盖值和产量值与相应实测值之间的NRMSE分别为11.59%和11.69%。本研究校准所得参数对黑龙港流域典型站点有较好的适应性,校验后的AquaCrop可以用于黑龙港流域冬小麦-夏玉米水分管理、产量潜力等相关研究。     

东北玉米生长发育动态模拟模型研究

利用相关试验数据和气象资料,通过MATLAB及相关软件求得模型参数,确立东北玉米生长发育动态模拟模型,对玉米生育期、植株累积干物质及产量等进行模拟。经实测值与模拟值对比发现,玉米各生育期之间观测与模拟的平均绝对误差都为2.6 d,植株干物质累积量的平均相对模拟误差为25%,玉米叶面积指数实测值和模拟值吻合较好,R2和RMSE分别为0.975和0.261,模型模拟效果较好,可用于对玉米生长和产量的模拟以及对作物的生长监测和遥感估产。     

基于DSSAT模型不同灌水模式滇中水稻生长模拟

为探讨DSSAT水稻模型对滇中稻田淹水灌溉和控制灌溉模式的模拟精度,采用2017～2018两年云南寻甸县的水稻田间实测数据进行了分析。通过GLUE模块对2017年水稻淹水灌溉试验数据进行调参,得到一组精度较高的滇禾优34生长的遗传特性系数,并采用2018年淹水灌溉和控制灌溉试验数据进行验证。淹水灌溉和控制灌溉处理下开花期模拟值较实测值均提前了1 d,成熟期分别提前了1和2 d;颗粒重的相对误差分别为2.4%和6.6%;干物质(地上物质)的NRMSE值分别为10.1%和8.9%;叶面积指数的NRMSE值分别为10.40%和11.74%;分蘖数的NRMSE值分别为13.2%和15.2%。各生长指标模拟结果较好,DSSAT可作为滇中地区水稻不同灌水模式生长模拟和产量预测的一种方法。     

基于DSSAT模型不同灌水模式滇中水稻生长模拟

为探讨DSSAT水稻模型对滇中稻田淹水灌溉和控制灌溉模式的模拟精度,采用2017～2018两年云南寻甸县的水稻田间实测数据进行了分析。通过GLUE模块对2017年水稻淹水灌溉试验数据进行调参,得到一组精度较高的滇禾优34生长的遗传特性系数,并采用2018年淹水灌溉和控制灌溉试验数据进行验证。淹水灌溉和控制灌溉处理下开花期模拟值较实测值均提前了1 d,成熟期分别提前了1和2 d;颗粒重的相对误差分别为2.4%和6.6%;干物质(地上物质)的NRMSE值分别为10.1%和8.9%;叶面积指数的NRMSE值分别为10.40%和11.74%;分蘖数的NRMSE值分别为13.2%和15.2%。各生长指标模拟结果较好,DSSAT可作为滇中地区水稻不同灌水模式生长模拟和产量预测的一种方法。     

沈阳自然气候条件下拔节和抽雄期水分胁迫玉米的生长模拟研究

为了探讨DSSAT软件在模拟玉米生长过程中的适用性,在田间试验的基础上,利用玉米生长模型DSSAT-CERES-Maize模拟了水分胁迫条件下辽宁地区玉米的生长发育和产量形成过程,并确定了参数估计和模型验证的最优方案。试验将玉米整个生育期划分为苗期、拔节、抽雄、灌浆和成熟5个主要生长阶段,选择其中的拔节期(J1、J2、JCK)和抽雄期(T1、T2、TCK)进行水分胁迫控制,分别采用田间持水量的60%~65%(轻度水分胁迫)、45%~50%(中度水分胁迫)和30%~35%(重度水分胁迫)3个水分胁迫水平,共6个处理,每个处理3次重复,在遮雨棚内随机排列。利用DSSAT-GLUE参数估计模块得到不同的参数估计结果,通过对比分析玉米物候期、单粒质量、产量、叶面积指数(LAI)、以及土壤水分的模拟值和实测值之间的差异,以确定该模型模拟辽宁地区玉米生长发育过程的精度。结果表明:遗传参数P2的估计值具有较大的变异性,变异系数为59.03%。在模型应用过程中应选用轻度水分胁迫以及在生育后期受到水分胁迫影响的观测数据进行遗传参数估计,可以提高模型的模拟精度,误差可以减小到6.7%~9.9%。在对作物LAI和水分动态模拟结果的分析中可以看出,同一生育期水分胁迫程度越低模型模拟精度越高;同一水分胁迫条件下抽雄期处理模拟精度高于拔节期处理。从留一交叉验证法的分析结果可以看出,总体模拟误差在12%~15%之间。说明DSSAT-CERES-Maize模型在模拟辽宁地区不同水分胁迫条件下玉米生长发育和产量形成过程方面具有较好的适用性。     

夏玉米叶片形状系数的时间和空间变异

【目的】叶片形状系数(α)为测量作物的叶面积和叶面积指数提供了简单快捷的方法。然而,以往研究表明对作物叶片形状系数的选取存在很大的随意性,缺乏统一标准,且通常将其视为常数,不考虑它的时间和空间变异性。为解决这一问题,文章对陕西关中地区夏玉米不同生长阶段和不同叶位叶片形状系数的时间和空间变异性进行了深入研究。【方法】选取2015年6—10月生长季6个夏玉米品种,将玉米生育期划分为三叶、拔节、抽雄、开花、吐丝、成熟等6个不同生长阶段,每6天采样一次,测量叶片面积(LA)、叶片长度(L)和宽度(W),计算各个阶段的α值,同时对比α值在单个玉米植株不同叶位之间的差异。然后分别建立线性、二次、对数等3类共5个叶面积估算模型,以RMSE、RRMSE和ARE 3个统计量作为评价指标,对各叶片面积估算模型的精度进行评价。【结果】对全生育期6个夏玉米品种的760个叶片的面积和长宽乘积进行线性回归分析,夏玉米叶片形状系数均值约为0.78;在被验证的5种叶面积估算模型中,叶面积模型LA=α×L×W,其中α=0.78时精度最高,其相对均方根误差(RRMSE)约为9.50%,绝对相对误差(ARE)约为6.96%。α值范围为0.72—0.87,并随玉米生育期的变化而变化,自三叶期到开花期逐渐增大到全生育期最大值0.87,开花后缓慢下降至0.78,其中开花期叶片的α值与开花前各阶段的α值存在显著差异,而与开花后各阶段的α值不存在显著差异。不同熟性的夏玉米品种之间叶片α值也只在开花、吐丝期表现显著差异。不同叶型叶片α值表现出不同的变化规律,三叶期到拔节前,短宽型叶片的α值大于细长型叶片,此后一直到成熟期,细长型叶片的α值则大于短宽型叶片。在单个植株不同叶位叶片之间,α值变异性明显,开花期、吐丝期、成熟期均呈现出两头大中间小的规律,其中植株中部棒三叶位置α均值最为稳定,为0.78,对应的标准差在0.05以内,而植株上部和下部α均值约为0.84,对应的标准差在0.03—0.10。其中拔节、抽雄期不同叶位叶片的α值不存在显著差异,而在开花、吐丝、成熟期则表现出显著差异。【结论】叶面积模型LA=0.78×L×W更适于估算田间夏玉米叶片面积,较一般采用叶片性状系数0.75时提高模拟精度(ARE)3.86%。应在不同的生长阶段和不同叶位分别采用不同的叶片形状系数,这样才能进一步提高玉米叶面积估算的精度。     

微喷水肥一体化技术条件下夏玉米生长耗水规律及水分生产率研究

本文在夏玉米生产上,运用微喷灌水肥一体化节水技术,采取田间试验和数学模拟相结合的方法,研究夏玉米生长发育动态、生长期耗水规律,探索作物产量与耗水量之间的关系,为提高水分生产效率,以及优化夏玉米的灌溉制度提供科学依据.通过试验数据分析,夏玉米生长指标实测值与模拟值,土壤含水率及作物耗水量的模拟值与实测值之间有较高的相关性...     

冬小麦-夏玉米生产体系中播前耕作对夏玉米产量形成的影响

【目的】黄淮海夏玉米区是典型的一年两熟制种植制度区,统筹研究冬小麦和夏玉米播前耕作对夏玉米产量形成的影响,为冬小麦夏玉米周年高产高效生产耕作模式的改进提供科学依据。【方法】以郑单958（ZD958）为试验材料,设置冬小麦播前旋耕夏玉米播前免耕（RN）、冬小麦播前翻耕夏玉米播前免耕（MN）与冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）3个试验处理,其中RN作为对照（CK）,研究冬小麦和夏玉米播前耕作对夏玉米产量及其构成因素、叶面积指数、干物质积累与分配和籽粒灌浆特性等的影响。【结果】冬小麦与夏玉米播前耕作均对夏玉米产量影响显著。与RN相比,MN和MR处理夏玉米的叶面积指数、花后干物质积累量、花后干物质积累所占比例、籽粒最大灌浆速率分别提高15.01%、21.14%、3.21%、15.00%和16.44%、24.92%、4.49%、12.60%,即冬小麦播前翻耕提高了夏玉米叶面积指数、花后干物质积累及其向籽粒分配比例和籽粒最大灌浆速率,进而提高穗粒数与粒重,有利于产量提高。与RN相比,MN和MR处理的产量分别提高24.03%和30.61%。夏玉米播前旋耕对干物质向籽粒分配比例,籽粒灌浆速率无显著影响,但显著提高了出苗率,进而增加群体数量,提高产量;与MN相比,MR处理的出苗率提高6.29%,这是其产量较MN提高5.23%的主要原因。【结论】与冬小麦播前旋耕夏玉米播前免耕（RN）相比,冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）与冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕（MN）均显著提高夏玉米的产量。尽管冬小麦播前翻耕夏玉米播前旋耕（MR）的产量较冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕（MN）高5.23%,但结合生产实际,冬小麦播前翻耕和夏玉米免耕播种（MN）更有利于该区域夏玉米的高产高效生产。     

AquaCrop模型在大葱生物量和土壤贮水量模拟中的应用和验证

为评估AquaCrop模型在华北平原模拟大葱生长和农田水分的适用性,本研究利用实测的农民施肥方式的一个小区和增施氮肥处理的土壤水分、作物生长和产量数据,结合气象资料,获得了AquaCrop模型模拟大葱生长和土壤水分的模型参数,并利用实测的农民施肥方式的另外一个小区、减施氮肥、优化施氮和秸秆还田处理的土壤贮水量和生物量数据进行了模型验证。结果表明：在无水分胁迫条件下AquaCrop模型对大葱土壤贮水量及生物量的模拟结果是可以接受的。对土壤贮水量实测值与模拟值的RMSE为19.4~24.9 mm之间,相对误差为3.9%~12.4%;大葱生物量实测值与模拟值的RMSE为0.31~0.73 t/hm2,相对误差为5.8%~12.8%。     

基于DSSAT模型的晋南小麦节水灌溉应用

作物模型是一种机理性模型,综合考虑了与作物生长相关的环境和栽培技术,能合理地模拟作物在整个生育期的生理过程。引入DSSAT模型研究晋南麦区小麦生长过程,验证和评估DSSAT模型的适用性,通过DSSAT模型灌溉情况假设,分析该地区的节水灌溉制度。结果表明,小麦生育期的模拟误差均在3 d以内,小麦模拟产量的归一化均方根误差(RRMSE)均小于10%,D指数(D-index)均大于0.95,残差系数(CRM)均接近于0,表现出很好的模拟精度;在节水灌溉方面,在连续2 a的冬小麦生育期间,灌一次拔节水比雨养小麦增产3 500 kg/hm2左右,灌2次水(越冬水+拔节水,拔节水+灌浆水)比灌1次水(拔节水)增产2 000 kg/hm2左右,灌3次水产量增加并不十分明显。因此,DSSAT模型在晋南麦区具有较好的适应性,能为合理灌溉提供一定的支撑,为农业生产及节水灌溉提供一定的实践指导。     

华北平原小麦、玉米一年两作区长期秸秆全量还田对夏玉米产量的影响

为研究华北平原小麦、玉米一年两作区不同耕作方式和长期秸秆全量还田对夏玉米产量的影响,以郑单958(ZD958)、浚单20(JD20)、蠡玉16(LY16)、农大108(ND108)为材料,研究4个夏玉米品种在不同耕作方式和秸秆还田下的产量、干物质积累、叶面积指数、光合势、净同化率、粒叶比等生理指标。结果显示:前茬玉米秸秆粉碎覆盖免耕播种冬小麦及下茬小麦秸秆全量还田免耕种植夏玉米(双免)方式较前茬玉米秸秆不还田翻耕种植冬小麦及下茬小麦秸秆全量还田免耕种植夏玉米(翻免)方式平均增产13.8%,且较前茬玉米秸秆粉碎还田旋耕种植冬小麦及下茬小麦秸秆全量还田免耕种植夏玉米(旋免)方式平均增产6.8%;双免方式种植的玉米吐丝前、吐丝后干物质含量均高于其他2种耕作方式;双免种植的玉米群体叶面积指数从大喇叭口期开始明显优于旋免和翻免2种耕作方式;双免种植的玉米吐丝后光合势、净同化率均高于其他2种耕作方式;同时,双免种植方式的夏玉米具有较高的粒叶比。表明在华北平原连续多年种植小麦、玉米,双免耕作方式较翻免和旋免耕作方式对夏玉米具有较好的增产效果。     

数字化玉米种植系统的适用性验证

利用河北省连续两年的氮肥试验数据结果和相关资料，对数字化玉米种植系统在玉米主产区河北的适应性进行了验证（尤其是氮肥模块）。结果表明：模型对玉米主要生育期的模拟结果与大田实际符合性比较好，相对误差在5％之内；产量和生物量的模拟值与实际值的绝对误差较大，但相对误差基本都在10％以内；对每公顷穗数的模拟结果均偏低，相对误差小于5％，穗粒数的模拟值普遍高于实测值，而籽粒重的模拟值则普遍低于实测值，穗粒数和籽粒重的模拟值与实测值的相对误差均超出了10％。模型对作物吸收氮的模拟结果并不理想，而对子粒吸收氮的模拟结果明显优于前者，模拟值和观测值之间呈显著正相关关系。该验证结果表明，数字化玉米种植系统对生育期、产量和生物量的预测相对比较理想。而对产量构成和氮素吸收的模拟预测误差较大，因此预测产量构成和氮肥模拟的模块部分参数还需要根据大田试验结果进行适当调整和修正。     

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。     

不同耕作方式对玉米生长发育、产量及品质的影响

通过研究不同耕作方式对玉米生长发育、产量及品质的影响,找出广西玉米生产中的最佳耕作方式。本试验以桂单162为材料,研究常规旋耕25 cm(对照)、深松35 cm+免耕、深松35 cm+旋耕25 cm和免耕共4种耕作方式下的玉米叶面积指数、株高、干物质积累、产量及其构成因素和玉米籽粒品质的变化特征。结果表明,与对照(RT)相比,深松方式下玉米株高、叶面积指数、单株干物质积累量均较高。与RT相比,深松不仅能使玉米百粒重显著提高,同时也能提高玉米的行粒数和穗行数,穗长、穗粗和秃尖长均有不同程度的改善,产量增幅为11.17%~13.59%。与RT相比,深松处理玉米籽粒淀粉含量降低4.19%~4.33%,脂肪含量提高1.93%~4.14%,蛋白质含量提高9.46%~15.49%。综之,与传统耕作(RT)相比,深松处理在提高玉米产量和品质方面效果明显,其中以深松35 cm+免耕的效果较优,适合在广西山地玉米生产中推广应用。     

不同耕作方式对春小麦花后叶面积及产量影响

以常规耕作处理作对照,研究了玉米留茬免耕、小麦不留茬免耕和小麦留茬免耕几种不同耕作方式下春小麦花后叶面积指数变化和产量差异,结果表明不同耕作方式处理的春小麦叶面积指数在花后第7天达到最大,峰值在3.4～5.1,且花后各阶段叶面积指数均为小麦留茬免耕＞小麦不留茬免耕＞玉米留茬免耕＞传统耕作;不同耕作方式下小麦花后叶面积指数与产量呈显著正相关;小麦留茬免耕、小麦不留茬免耕和玉米留茬分别比传统耕作增产44.89%,33.40%,14.58%,产量高低表现为小麦留茬免耕＞小麦不留茬免耕＞玉米留茬免耕＞传统耕作,各处理间差异在0.05水平上均达到显著水平.     

不同耕作方式和施氮方式对夏玉米生长发育和产量的影响

以郑单958为供试材料,通过大田试验研究了不同耕作方式和施氮方式对夏玉米叶面积指数、干物质积累及籽粒产量的影响。结果表明:在同一耕作条件下,玉米叶面积指数、干物质积累量和籽粒产量均随施氮量的增加而增加;施入不同类型肥料处理之间相比,施氮量为150 kg/hm~2和225 kg/hm~2的控释尿素处理的籽粒产量比对应的施入等量普通尿素处理平均分别增产5.3%和13.5%,增产达显著水平。与常规耕作相比,深松处理后,普通尿素处理和控释尿素处理的叶面积指数平均分别提高3.2%和8.1%,干物质量平均分别提高6.2%和6.1%;普通尿素处理的籽粒产量略有增加但不显著,而控释尿素处理的籽粒产量平均提高6.4%,达显著水平。     

推荐施肥对超高产夏玉米产量及经济效益的影响

通过田间试验,研究了ASI法推荐施肥、超高产攻关田经验施肥和农民习惯施肥对超高产夏玉米叶面积指数、干物质积累、养分积累量及产量与经济效益的影响,结果表明:夏玉米施肥处理显著增产9.50%~18.84%;ASI法推荐施肥与超高产攻关田经验施肥的产量无显著差异,但均比农民习惯施肥显著增产,增产率分别为6.62%和8.53%;氮、磷、钾肥配施增加了夏玉米叶面积指数和生物重,促进了植株对氮、磷、钾养分的吸收积累。ASI法推荐施肥处理的纯收益和产投比最佳,对超高产夏玉米有较好的增产、增收效应。