覆膜条件下对AquaCrop模型冬小麦生长动态和土壤水分模拟效果的评价分析

【目的】通过评价AquaCrop模型对覆膜条件下冬小麦的生长发育、土壤水分、产量以及水分利用效率的模拟效果,为AquaCrop模型在覆膜条件下的校准和应用提供科学的方法和理论依据。【方法】试验设臵不覆盖(CK)和白色地膜覆盖(PM)两个处理,于2013年10月至2016年6月年在陕西杨凌进行田间试验,利用2014—2015年度试验数据对AquaCrop模型进行参数校准,利用2013—2014年度和2015—2016年度的冬小麦观测数据对AquaCrop模型进行验证。【结果】AquaCrop模型较好地模拟了冬小麦冠层覆盖度,冠层覆盖度模拟值和实测值之间的决定系数(R2)为0.86—0.99,均方根误差(RMSE)为2.1%—8.1%。AquaCrop模型也较好地模拟了冬小麦生物量和土壤贮水量,其中地上部生物量的模拟值和实测值之间的R2均大于0.95,RMSE为0.814—1.933 t·hm-2;CK土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.85,PM土壤贮水量模拟值和实测值间的相关系数均大于0.75,CK和PM土壤贮水量模拟值和实测值的均方根误差表现为9.2 mmRMSE17.6 mm,标准均方根误差(NRMSE)小于5.5%。冬小麦产量实测值和模拟值相对误差(RE)为-4.4%—9.0%,PM产量实测值和模拟值的平均值较CK分别提高40.5%和40.3%,表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。水分利用效率实测值和模拟值RE为-10.4%—-1.5%,PM水分利用效率实测值和模拟值的平均值较CK分别提高54.1%和47.5%,同样表现出较好的一致性,处理间成显著性差异。在冠层覆盖度、地上部生物量、产量和水分利用效率方面,模型模拟值和实测值的变化趋势基本一致,且PM模拟值和实测值间均较CK表现出显著性差异。【结论】AquaCrop模型能够较好地模拟覆膜条件下冬小麦生长发育过程,可以用于覆膜条件下作物生产力的模拟和预测,为AquaCrop模型的推广应用提供了可靠的数据支持。     

基于光辐射时滞效应的温室番茄蒸腾量模型的构建

【目的】构建基于光辐射时滞效应的温室番茄蒸腾量模型并确定其应用参数。【方法】依据自动连续记录仪实际称重获得的番茄单株小时蒸腾量,分析番茄蒸腾与温室环境因子的时滞关系,构建基于光辐射时滞效应的温室番茄蒸腾量模型,并对模型进行检验。按照模型预测蒸腾量（ET）,设置T1（1.0 ET）、T2（1.2 ET）、T3（1.4 ET）3个灌溉处理,研究其对番茄基质含水量、光合作用、叶片解剖结构和干物质积累的影响,对模型应用参数进行求证。【结果】晴天时,光辐射与番茄蒸腾量存在1 h的时滞关系,阴天时无时滞关系。考虑时滞效应有利于提升晴天蒸腾模型的精度,时滞模型标准误差与相对误差分别从无时滞模型的0.117 2 mm/h和31.00%降至0.088 5 mm/h和23.42%,纳什系数从0.72升至0.84。T3处理番茄的光合能力强于T1、T2处理;T2和T3处理番茄的叶片厚度、栅栏组织厚度、栅海比显著高于T1处理;T3处理番茄的干物质积累量显著高于T1,但与T2间差异不显著。考虑水分利用效率因素认为,T2处理综合最优。【结论】晴天时光辐射时滞效应1 h的温室番茄蒸腾模型误差最小,精度最高;在番茄果实膨大期,模型灌溉参数为1.2。     

基于APSIM 模型的宁夏半干旱区苜蓿 灌溉模拟验证和应用

基于宁夏4 个试验点的试验数据和同期气象资料,对APSIM 模型进行了充分地校准和验证。结果表明, APSIM 模型达到了较高的精度,各验证项模拟值和实测值均表现出良好的相关性,决定系数R2在0.6~1.0 之间,D 值 在0.78~0.99 之间。在此基础上,利用APSIM 模型模拟了不同灌溉情况下不同灌溉量对苜蓿（Medicago sativa L.）的 干草产量尧蒸发蒸腾量和水分利用效率的影响。认为灌溉是宁夏半干旱地区苜蓿增产的重要因素。200 mm 的灌溉 量是苜蓿干草产量由增加到减少的转折点。苜蓿不同生育阶段对水分的敏感度不同。分枝期和现蕾期最大灌水量 为50 mm,超过50 mm 会引起产量降低。蒸发蒸腾量（ET）与灌水量呈线性显著相关,决定系数R2达到0.826,P< 0.01。苜蓿水分利用效率与灌溉量不成正比,当灌溉量增加到100 mm 时,水分利用效率达到最大尧为54.2 kg/hm2窑 mm,随后逐渐降低。较大的灌溉量不利于苜蓿水分利用效率的提高。     

修剪对山地苹果蒸腾的影响及模拟

【目的】探究不同修剪强度对旱作山地苹果蒸腾的调控效应,为山地苹果园田间水分管理与可持续发展提供科学依据。【方法】以黄土丘陵区山地苹果为对象,设置不同修剪强度（对照CK：无修剪;强度I：轻度修剪,去除10%的侧枝长度;强度II：中度修剪,去除25%的侧枝长度;强度III：重度修剪,去除40%的侧枝长度）,采用观测（TDP插针式茎流计）和数值模拟（MAESPA模型）结合的手段研究修剪对苹果树蒸腾耗水规律的影响。【结果】修剪显著降低了苹果树叶面积指数,强度III修剪处理的枝量、叶面积指数,冠幅直径平均较对照处理减少 28.2%、30.5%、9.5%。修剪显著改变了苹果树蒸腾耗水特征,随着修剪强度的增加,日液流峰值下降,液流强度变弱;逐月蒸腾耗水量从果实膨大期到着色成熟期逐渐降低,表现为7月最高,9月最低,修剪强度II、强度III处理各月蒸腾耗水显著低于对照;各处理在整个研究期间的蒸腾耗水量较对照分别降低了11.1%、24.1%、37.9%,修剪强度II、强度III蒸腾耗水量与对照存在显著差异。MAESPA模型能够较好模拟不同修剪强度下果树蒸腾耗水规律,不同修剪强度7—9月份蒸腾耗水量模拟的归一化均方差为0.163—0.293,纳什系数为0.616—0.83,一致性系数为0.907—0.960。模型在光合有效辐射和饱和水汽压差较低时,对蒸腾的模拟效果较差。【结论】随着修剪强度的增加,苹果蒸腾耗水量基本呈等比例下降趋势,在没有严重水分亏缺时,山地果园可采取去除10%侧枝的修剪强度;当发生严重水分亏缺时,去除25%侧枝的修剪强度能以较小的产量损失显著降低蒸腾耗水量,缓解水分供需矛盾,促进果园的绿色健康发展。     

不同补充灌溉量对番茄幼苗生长的影响

采用营养钵称质量的方法,研究补充80%、100%、120%蒸发量的不同灌溉量对番茄幼苗形态、干物质积累、水分生理等的影响。结果表明,按植株蒸腾蒸发量的100%补充灌溉,番茄幼苗的株高、茎粗、叶片数达最大值,且植株干物质积累增大,壮苗指数显著提高。因此认为番茄苗期最佳补充灌溉量为植株蒸腾蒸发量的100%。     

温室番茄光合作用模拟模型的验证

对作物模型的验证是模型走向推广和应用的前提。利用山西农业大学设施实验基地温室的试验数据,对已建立的温室内番茄群体光合作用模拟模型进行了检验,结果表明,模型群体光合速率的实测值(0值时除外)与模拟值的相对误差在0～10.0%之间,具有良好的模拟精度,可以很好地预测环境因子对番茄生长发育的影响。     

不同水势对温室黄瓜蒸腾及室内湿度的影响

设置9个水势处理(-5 k PaT1≤0 k Pa;-10 k PaT2≤-5 k Pa;-15 k PaT3≤-10 k Pa;-20 k PaT4≤-15 k Pa;-25 k PaT5≤-20 k Pa;-30 k PaT6≤-25 k Pa;-35 k PaT7≤-30 k Pa;-40 k PaT8≤-35 k Pa;-45 k Pa≤T9≤-40 k Pa),研究不同水势条件对温室黄瓜蒸腾及室内湿度的影响。结果表明,不同水势下温室黄瓜蒸腾量的日内变化差异显著,以晴天12:00—13:00之间的蒸腾量为指标,开始产生水分胁迫的处理(T3)比无水分胁迫处理(T2)下降了23.3%;而水分胁迫的非气孔限制阶段T7,T8和T9处理,分别比无水分胁迫处理(T2)下降了72.4%,81.5%和84.0%。不同水势下蒸腾量的日际变化亦表现出显著差异,T1在阴天的日蒸腾量比晴天下降了60.0%;随着水势的下降,晴天和阴天的日蒸腾量差异逐渐减小,T3在阴天仅比晴天下降了36.1%;当水势下降到T7以下时,晴天和阴天的日蒸腾量差异不显著,均围绕在50 g上下波动。温室内的日平均相对湿度为63.63%~78.63%,比生产中的大水漫灌导致的温室内的相对湿度(85%~90%)降低了9(秋冬季)~24(春夏季)百分点(平均16.5百分点)。温室内空气湿度的降低,不仅可有效减少病害的发生,而且可实现生产的节本增效。     

亚高温胁迫下不同昼夜温差对番茄秧苗生长和光合特性的影响

为明确亚高温胁迫下不同昼夜温差对番茄秧苗期生长和光合特性的影响,以大果型番茄品种合作906为试材,在人工气候室模拟番茄苗的生长环境,以日温30℃、夜温26℃为对照(CK),研究了亚高温(日温35℃)条件下不同昼夜温差(0、3、6和9℃)处理对番茄苗株高相对生长速率、茎粗相对生长速率、壮苗指数以及叶片光合特性指标和水分利用效率的影响.结果表明:日温35℃对番茄苗株高和茎粗生长速率均有一定的抑制作用,其中9℃昼夜温差处理的株高较CK降低较少(10.81％),茎粗生长速率与CK差异不大,且壮苗指数与CK接近.不同昼夜温差处理的番茄叶片气孔导度均高于CK,其中0℃昼夜温差处理的气孔张开程度最大,9℃昼夜温差处理的气孔张开程度与CK接近.35℃日温胁迫会导致番茄苗叶片光合能力降低,其中昼夜温度为9℃时水分利用效率较CK降低得最少(19.17％),更有利于叶片干物质的积累.在亚高温环境下,9℃昼夜温差有利于番茄苗生长.     

抗蒸腾叶面肥对国槐幼苗水分利用效率的影响

近年来抗蒸腾叶面肥在干旱区造林绿化中得到了广泛应用,推动了该技术的研究与发展。为了得到使用效果更好的抗蒸腾叶面肥产品,设计对照比较试验,选择北方常用乡土绿化树种国槐为试验盆栽苗木,设置4种不同的叶面处理方式:自制抗蒸腾叶面肥A、自制抗蒸腾叶面肥B,市面购买的植物蒸腾抑制剂C及清水空白对照CK,试验期间通过Li-6400XT光合仪观测国槐苗木的光合速率和蒸腾速率,并根据水分利用效率的计算公式WUE=Pn/Tr得出不同叶面处理对国槐苗木水分利用效率影响的日变化曲线,比较不同的叶面处理方式对国槐苗木水分利用效率的作用效果,得出效果最优的叶面处理方式,为之后进一步推广应用提供试验依据。结果表明,自制抗蒸腾叶面肥A对提高国槐苗木的水分利用效率效果最佳,水分利用效率日变化最大值出现在8:00,在12:00左右出现了大幅下降,之后稍有回升,后又继续下降。     

三种土壤水分条件下春小麦旗叶碳同位素分辨率与灰分含量的关系

为验证春小麦叶片中灰分及其中主要矿质元素含量与△的关系,进行了3个处理的盆栽试验,即田间持水量(FC)为(45±5)%,(55±5)%和(75±5)%.测定了扬花期的蒸腾效率(地上部干物重/蒸腾水量)、旗叶△、灰分含量以及钾(K)、镁(Mg)、钙(Ca)含量.结果发现:不同基因型扬花期旗叶△13C有显著差异,在重度水分胁迫处理(T1,(45±5)%FC)条件下,旗叶中的灰分含量与(呈显著正相关.在中度水分胁迫处理(T2,(55±5)%FC),扬花期旗叶中的K的含量与(呈显著负相关;在T2和正常灌水处理(CK,(75±5)%FC)下,扬花期旗叶中Mg的含量与△13C呈显著正相关,蒸腾效率(TE)与△呈显著负相关.认为在充分供水及轻度水分亏缺条件下,△较好地反映了不同基因型的蒸腾效率;而在水分胁迫条件下旗叶中的灰分含量是△较好的替代指标;旗叶中K、Mg和Ca的含量在中度水分胁迫和正常供水条件下能够较好地预测△13C值.     

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。     

高吸水性树脂对夏玉米土壤含水量及出苗率的影响

探讨了不同剂量高吸水性树脂对土壤水分蒸发、夏玉米(Zea mays L.)蒸腾蒸发土壤水分含量及夏玉米出苗率的影响。结果表明,0.25%以上剂量树脂处理土壤水分蒸腾蒸发损失量显著低于0(CK)和0.10%剂量树脂处理;各树脂处理土壤水分蒸发损失量呈现出0.10%剂量及CK0.25%剂量0.50%及以上剂量的趋势;各树脂处理夏玉米蒸腾耗水量没有显著差异;0.10%及0.25%剂量处理夏玉米出苗率显著高于其他处理。综合比较,0.25%剂量高吸水性树脂处理在一定情况下有利于改善土壤的水分状况和提高出苗率。     

水分对甜菜光合及叶绿素荧光特性的影响

为了探讨水分胁迫及复水对甜菜生产及其相应光合参数的影响,为甜菜田水分管理提供依据,采用人工防雨棚,设置了不同时期水分胁迫及复水的池栽试验,研究甜菜净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、水分利用效率(WUE)及气孔限制值(Ls)、胞间CO₂浓度(Ci)、PSⅡ最大光化学量子产量(Fv/Fm)的变化。结果表明,全生育期补水(CK)处理不同时期甜菜Tr与Pn日变化近"单峰"型,缺水使其呈现"双峰"变化。水分胁迫使甜菜糖分积累期日蒸腾量(DTC)降低70.16%～74.81%,日光合量(DPC)降低63.48%～69.96%,日水分利用效率(WUEd)则提高19.28%～22.39%;胁迫后复水促使Tr与Pn恢复,但不能达到未受胁迫水平。极度缺水环境下Ls日变化具有午间低谷的"双峰"特征,Ci出现与Ls时序一致的"双谷"特征,水分胁迫导致了午间PSⅡ光化学反应中心的抑制与失活。水分胁迫导致Pn与Tr的非可逆性降低及Pn低效期的延长,成为影响甜菜生产的重要原因。     

辐射累积量控制的灌溉模式下温室番茄生长与水肥利用研究

【目的】在辐射累积量控制的灌溉模式下,探讨不同灌溉量对番茄开花坐果期生长和水肥利用效能的影响,为日光温室番茄高效生产提供科学依据。【方法】在内嵌基质土垄栽培条件下,以番茄"丰收"杂交种为供试品种,采用营养液滴灌。灌溉模式分为常规时间间隔灌溉(以下称"常规灌溉",CK)和辐射累积量控制灌溉两种,其中辐射累积量控制的灌溉模式分为低灌溉量(T1)、中灌溉量(T2)和高灌溉量(T3),研究不同灌溉模式和灌溉量的番茄开花坐果期生长和水肥利用效能的差异。【结果】相比于处理CK,处理T1、T2和T3的灌溉量分别减少了39.3%、30.3%和14.0%,而且灌溉量越大,基质水分含量越高,处理CKT3T2T1。辐射累积量控制的灌溉模式有利于番茄营养和生殖生长,显著提高了番茄生物量,相比于处理CK,处理T1、T2和T3的番茄生物量分别提高了57.1%、75.3%和32.7%;其中,处理T2的番茄生物量达到102.9 g/株,也显著高于处理T1和T3。辐射累积量控制的灌溉模式晴天的灌溉量多于阴天,而且中午的灌溉量多于早晨和下午,与植株对水肥的需求相匹配;此外,该灌溉模式有效节约了水肥,避免了水肥的浪费,相比于处理CK,在晴天和阴天时,处理T3的废液排出率分别减少了62.5%和72.6%。该灌溉模式下的适宜灌溉量也显著提高了番茄产量和灌溉水分利用效率,相比于处理CK,处理T2的产量增加了14.2%,达到61.3 t·hm-2,灌溉水分利用效率提高了34.1%,灌溉量过少则抑制了植株产量的提高。【结论】辐射累积量控制的灌溉模式能够促进番茄的生长,有效节约了水肥。其中处理T2灌溉量533.0 m3·hm-2,可作为日光温室番茄开花坐果期的参考营养液灌溉量。     

基于环境因子驱动的温室番茄土壤栽培超前决策灌溉模型的验证及其关系分析

为验证超前决策灌溉模型在土壤栽培中的科学性,筛选基于超前决策灌溉模型的最优灌溉量组合,以Penman-Monteith模型为对照(PM处理),分别在番茄的开花坐果期和果实膨大期设置超前决策灌溉模型计算灌溉量(ET)的3个水平(0.8 ET、1.0 ET、1.2 ET),共计10个处理,通过春秋两茬试验,分析比较不同灌溉模型对土壤含水量、番茄生理指标、产量、品质与水分利用效率的影响,并利用熵权-TOPSIS法评价不同处理番茄的综合指标。结果表明:与对照相比,超前决策灌溉模型处理土壤含水量的波动较小,光合能力、植株产量与水分利用效率显著提高。运用熵权-TOPSIS综合分析法进行排序,T2-3处理(开花坐果期使用1.0 ET灌溉,果实膨大期使用1.2 ET进行灌溉)排第1位,秋茬番茄PM处理(使用PM模型进行灌溉)排在第8位,春茬温室番茄PM处理排在第10位。秋茬与春茬温室番茄最优处理T2-3相较于PM处理,叶片的净光合速率提高约9.7%和24.3%,蒸腾速率降低约16.5%和14.6%,产量和水分利用效率分别提升了4.7%、8.7%与0.8%、9.5%。研究结果表明在温室番茄的土壤栽培中,无论是春季还是秋季,超前决策灌溉模型比PM模型灌溉精度高;且在开花坐果期使用1.0 ET灌溉、果实膨大期使用1.2 ET进行灌溉为超前决策灌溉模型最优的灌溉量组合。     

温室番茄群体光合作用模拟模型的研究

为了提高温室生产性能和生产效益,以温室主栽品种之一的番茄为对象,单叶光合作用模型为基础,综合考虑叶面积动态指数、温室冠丛光分布构建了群体光合作用模型,分析了温室内温度、CO2浓度及水分对模型的影响,并据此对模型进行修正.对模型进行验证,结果表明,该模型的群体光合速率实测值(0值时除外)与模拟值的相对误差在0～10.0％之间,模拟精度较高,环境因子对番茄生长发育影响的预测效果良好.     

日光温室番茄不同生育期的蒸腾作用及模拟研究

采用盆栽称重法,用Penman-Monteith方程模拟了番茄生育期蒸腾速率的变化,以期为北方日光温室节水灌溉、环境调控提供理论基础.结果表明,番茄结果期日蒸腾量最大,苗期最小,结果期的需水量是开花期和苗期的14倍;苗期的蒸腾量在午后12:30时达到最大值为8g·h-1,开花期和结果期在上午11:30时达到峰值分别为1...     

不同节水方式对油菜水分利用、分配及产量的影响

以春油5号、夏绿2号为试验材料，设置畦灌（CK）、微喷带（T1）、膜下畦灌（T2）、膜下微喷（T3）4个灌溉处理，研究了不同节水方式对油菜产量和水分利用效率的影响。结果表明：春季油菜T1、T2、T3处理的经济产量分别比CK提高24.45%、45.99%、82.01%，经济产量灌溉水水分利用效率分别比CK提高33.35%、68.45%、148.08%，灌溉量分别比CK减少6.66%、13.31%和26.62%；秋季油菜T1、T2、T3处理的经济产量分别比CK提高15.29%、20.41%和36.73%，经济产量灌溉水水分利用效率分别提高22.37%、45.62%和77.79%，灌溉量分别比CK减少5.77%、17.32%和23.09%。与CK相比，T1、T2、T3处理均能改善灌溉水的分配，减少地面蒸发，提高蒸腾比例。综合考虑，T3处理的栽培效果最佳，是较理想的节水方式。     

寡日照天气对设施番茄生长影响模拟研究

为了定量化表征寡日照天气对设施番茄生长的影响,本研究基于EPIC模型(erosion-productivity impact calculator)的作物生长模块,构建了寡日照条件下设施番茄生长模型。考虑低温的影响,对株高的模拟方法进行了改进。利用4个不同播期秋冬茬番茄栽培试验数据对构建模型进行参数率定和检验。结果表明,该模型可以模拟寡日照天气条件下设施番茄株高、地上部生物量和叶面积指数的变化,模拟值与实测值的相对误差分别控制在16%、10%和16%以内。根据2012-2015年11月份的温室气象数据设定不同的情形,模拟设施番茄的生长状况。结果表明,寡日照天气对设施番茄地上部生物量增加的影响要大于对叶面积指数和株高的影响。该模型可用于定量描述寡日照天气对设施番茄生长过程的影响,可为制定设施番茄合理的环境调控策略提供指导。     

等离子体处理红杂10号种子对其产量及品质的影响

观测经过等离子体处理番茄种子的植株生长发育和产品品质的变化,从而找到提高番茄产量以及抗病性的等离子体处理的适宜电压范围.利用大气压等离子体装置对番茄种子(红杂10号)进行处理,研究了不同电压(4 760～6 800 V)的大气压等离子体处理番茄种子后对番茄植株生长以及产量与品质的影响.试验结果表明,不同电压的等离子体处理后对番茄植株生物性状的影响效果不同,等离子体处理的7个组的单果重(＞80 g)、果长(≥5.2 cm)、果粗(≥5.5 cm)均比对照(CK)有明显提高.处理后的番茄抗病毒病除第6组和第7组与对照CK发病率相同外,其他组的病毒发病率均为2.08%.等离子体处理的7个组的总产量均比对照(CK)高(＞2 797 kg/667m~2),产量最高的是3 540 kg/667m~2(6 120V),总产量比CK提高26.56%.综上所述,等离子体处理电压范围在5 440～6 120 V对番茄的大多数指标较好,最好的是6 120 V处理.从番茄总产量和抗病性方差分析以及回归预测均与实验数据基本一致.