基于DSSAT模型的南疆膜下滴灌棉花生长与产量模拟

目前关于膜下滴灌棉花的灌水定额制定仍以田间灌溉试验为主,而考虑播期土壤含水率及采用模型的方法确定膜下滴灌棉花灌水定额的研究较少。本文通过2017、2018年两季的新疆南疆地区棉花大田试验,利用2017、2018年棉花开花期、成熟期的土壤含水率、叶面积指数、生物量和籽棉产量实测数据对DSSAT-CROPGRO-Cotton模型进行参数校正和验证。试验共设计了24、30、36mm 3个膜下滴灌棉花灌水定额水平,并采用验证的DSSAT-CROPGRO-Cotton模型对1.2θFC、1.1θFC、θFC、0.9θFC、0.8θFC、0.7θFC、0.6θFC和0.5θFC（θFC为田间持水率）8个不同初始土壤含水率条件下的膜下滴灌棉花的生长及产量进行了模拟。结果表明,模型经过参数校正和验证后对土壤含水率、棉花物候期、叶面积指数和籽棉产量的模拟值与实测值吻合度较好,能够满足大田膜下滴灌棉花的模拟精度要求,但对生物量的模拟与实测值偏差较大。同时,基于验证的DSSAT-CROPGRO-Cotton模型对不同初始土壤含水率及灌水定额条件下的棉花籽棉产量和生物量进行了模拟。结果表明,棉花籽棉产量和生物量模拟值达到最大值的初始土壤含水率为0.8θFC~θFC。同时,要保证棉花生育期灌溉定额在330～396mm之间。模拟结果在南疆地区的棉花播期及生育期灌溉管理中可供借鉴使用。     

DNDC模型在华北平原冬小麦区的率定和验证

为了研究DNDC模型在华北平原典型作物-冬小麦的适用性,利用DNDC模型对冬小麦不同灌溉制度下小麦生长进行模拟和验证,并对模型精度进行评价。基于2015和2016年冬小麦生育期实测数据,建立了不同灌溉制度下冬小麦DNDC模型,分析了不同作物参数对冬小麦生育期的生物量和产量的敏感性排序,率定和验证了DNDC模型参数,并对模型精度进行了评价。结果表明,作物需水量对产量和地上部生物量的敏感性较大;不同灌溉制度下冬小麦生育期的土壤水分、地上部生物量以及产量的实测值与模拟值的各项评价指标均在可接受范围内,DNDC模型可以较好的模拟华北地区冬小麦生育期间的土壤含水量、地上部生物量和产量,对冬小麦的生产有一定的指导意义。     

RZWQM2模型对河北坝上地区大白菜模拟适用性评价

为明析根区水质模型(RZWQM2)对河北坝上地区蔬菜作物的适用性,以该地区膜下滴灌大白菜为研究对象,建立模型运行的气象、土壤及作物数据库,模拟2018年和2019年大白菜生育期内田间土壤水分动态变化、作物株高变化及最终产量,并通过实测值进行对比分析.结果表明:①经过对该模型参数的校准,得到各土层(20 cm、40 cm...     

小麦模型算法集成平台构建与算法比较

为方便小麦模型算法比较与多算法集成模拟,本研究参考国内外主流作物模型CERES-Wheat、APSIM-Wheat、WheatSM、WOFOST、SWAT等的主要算法,集成了发育期、生物量、产量形成等模块的多种算法,构建了小麦模型算法集成平台（Wheat model algorithm integration platform, WMAIP）。发育期模块集成了小麦钟模型和热时两种算法;生物量模块集成了群体光合作用、光能利用效率和二氧化碳同化率3种算法;产量形成模块集成了籽粒灌浆、生物量转移和收获指数3种算法。基于模型平台组成了6个具有代表性的模拟模型。利用河北省吴桥县2017—2019年两年播期试验的田间观测数据结合2011—2014年3年播期耦合水分文献资料对模型进行参数校准与验证,并对特定模块的不同算法进行比较。结果表明,各模型的模拟结果与实测值均吻合良好,模拟误差在合理范围之内,其中发育期、地上部生物量、产量和土壤贮水量模拟值和实测值的归一化均方根误差（NRMSE）分别在0.56%~4.00%、16.13%~18.72%、12.48%~18.95%和10.78%~11.63%之间,模型集合的模拟效果优于单一模型。通过算法比较发现,发育期模块中热时法模拟播种至拔节阶段较优,小麦钟模型模拟播种至开花阶段和播种至成熟阶段较优;生物量模块中3种算法均为模拟小麦生物量的较佳模型,但在高辐射条件下,群体光合作用法模拟的生物量较高;产量模块中3种算法模拟的产量变化趋势较为一致,但生物量转移法效果略好。该平台集成了特定模块的多种算法,能较好地模拟土壤贮水量和冬小麦的生物学指标,在小麦模型算法比较与改进、集成模拟及气候变化影响评估方面具有较大的应用潜力。     

改进CERES-Maize模型在玉米膜下滴灌模式下的适用性

针对CERES-Maize模型没有覆膜处理模块而无法从机理上实现对覆膜玉米生长发育及产量形成过程进行模拟的问题,依据作物生长发育的有效积温原理,利用膜地增温对有效气积温的补偿效应,量化覆膜地温对气温的补偿值,改进模型气象模块中的气温输入数据,同时将模型中影响腾发量及水量平衡计算的冠层能量消光系数K调整为0.5,构建了适宜于膜下滴灌的改进型CERES-Maize模型,并依据2014和2015年膜下滴灌玉米田间试验数据对改进模型进行验证.结果表明覆膜地积温对气积温的增温补偿系数C_c:播种-出苗期为0.45,出苗~抽雄前期为0.20;随着K降低,地上生物量与籽粒产量的相对误差绝对值ARE降低并趋近于0;改进后的模型能够较好地模拟覆膜玉米开花期天数、成熟期天数、收获期地上生物量和籽粒产量,其模拟值和实测值的ARE分别为0.58%,0.37%,7.65%和16.95%,相对均方根误差RRMSE分别为0.84%,0.51%,8.75%和17.50%.     

AquaCrop作物模型在松嫩平原春麦区的校正和验证

为了研究AquaCrop作物模型在松嫩平原春麦区的适用性,利用实测的土壤水分、春小麦生长和产量数据,结合气象数据,获得AquaCrop模拟土壤水分和春小麦生长的模型参数,并用往年的作物生长数据对模型进行验证。结果表明,春小麦的产量和生物量的实测值与模拟值的绝对平均误差(MAE)为0.058和0.109、均方根误差(RMSE)为0.06和0.11t/hm2、模拟性能指数(EF)为0.795和0.822、残差聚集系数(CRM)为-0.006 96和0.005 87、一致性系数(IoA)为0.959和0.966;对10cm和20cm土壤体积含水率的实测值与模拟值的MAE为5.23和2.53、RMSE为6.47%和7.95%、EF为-0.277和-0.069、CRM为0.097和0.212、IoA为0.585和0.741。说明AquaCrop模型对春小麦的生物量和产量及生育期土壤体积含水率的模拟结果总体较好,对松嫩平原春麦生产有一定的参考意义。     

小麦模型算法集成平台构建与算法比较

为方便小麦模型算法比较与多算法集成模拟,本研究参考国内外主流作物模型CERES-Wheat、APSIM-Wheat、WheatSM、WOFOST、SWAT等的主要算法,集成了发育期、生物量、产量形成等模块的多种算法,构建了小麦模型算法集成平台(Wheat model algorithm integration platform, WMAIP)。发育期模块集成了小麦钟模型和热时两种算法;生物量模块集成了群体光合作用、光能利用效率和二氧化碳同化率3种算法;产量形成模块集成了籽粒灌浆、生物量转移和收获指数3种算法。基于模型平台组成了6个具有代表性的模拟模型。利用河北省吴桥县2017—2019年两年播期试验的田间观测数据结合2011—2014年3年播期耦合水分文献资料对模型进行参数校准与验证,并对特定模块的不同算法进行比较。结果表明,各模型的模拟结果与实测值均吻合良好,模拟误差在合理范围之内,其中发育期、地上部生物量、产量和土壤贮水量模拟值和实测值的归一化均方根误差(NRMSE)分别在0.56%～4.00%、16.13%～18.72%、12.48%～18.95%和10.78%～11.63%之间...     

利用AquaCrop模型模拟旱作覆膜春玉米耗水和产量

为检验AquaCrop模型在晋中地区作物生产力模拟效果,于2011—2013年在农业部寿阳旱作农业与环境野外科学观测试验站进行了覆膜和露地春玉米种植对比试验。首先,利用2013年大田数据对模型进行参数校正和率定,使产量、地上生物量模拟值与实测值的相对误差均在5%以内;然后,利用2011—2012年大田数据验证模型;最后,对模型参数进行敏感性分析。结果表明,AquaCrop模型能较好地模拟0~120cm土壤含水率、农田蒸散和冠层覆盖度(CC)的动态变化,其模拟值和实测值间相关的决定系数(R2)分别高于0.86、0.86和0.96,均方根误差值(RMSE)分别小于0.92%、0.88 mm/d和9.78%,模型性能指数(EF)分别在0.51~0.86、0.43~0.76和0.92~0.99之间。不同处理的最终生物量和经济产量模拟值与实测值的相对误差分别为2.83%~4.42%和3.13%~9.58%。模型敏感分析显示,达到最大冠层覆盖度CCx时间、冠层衰老时间、开花日期、凋萎系数、田间持水率和土壤初始含水率为敏感参数,相对敏感度在0.13~0.58之间变化。该模型能较好地模拟寿阳地区旱作覆膜春玉米的耗水、生长和产量形成过程。     

农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应和模拟研究

为探究西北干旱地区农田水盐运移与作物生长对亏水滴灌的响应以及层状土壤中水分溶质运移和作物生长耦合模型(Layered soil water-solute transport and crop growth model,LAWSTAC)的适用性,设置3种水分处理W100、W70、W40,分别表示灌溉需水量的100%、70%和40%,于2018年在农业农村部作物高效用水武威科学观测实验站进行了大田试验。结果表明:在制种玉米生长苗期,单次灌水后,浅层(0~20 cm)土壤含盐量降低;经全生育期灌溉后,灌水量越大,浅层脱盐和深层积盐现象越明显。3种水分处理下灌水量越多的处理,制种玉米叶面积指数(LAI)和最终地上生物量越高,作物长势越好。LAWSTAC模型能较好地模拟农田水盐运移和制种玉米的生长过程;各处理LAI模拟值与实测值之间的决定系数R^2均为0.99,RMSE为0.20~0.87 cm^2/cm^2;各处理地上生物量的模拟值与实测值的R^2均为0.99,RMSE为1.62~3.57 t/hm^2,说明LAWSTAC模型可以较为准确地模拟制种玉米LAI、地上生物量的动态变化。0~80 cm土层贮水量的模拟结果表明,各处理R^2为0.41~0.61,RMSE为12~21 mm;0~80 cm土壤盐分质量浓度的模拟结果表明,各处理R^2为0.53~0.60,RMSE为1.37~2.56 g/L,效果较好。因此,LAWSTAC模型可为当地复杂土壤条件的农田进行生产力的初步预测与评估。     

不同播期和灌水条件下冬小麦生物量变化与产量模拟

为了阐明播期和灌水对冬小麦生物量积累动态特征的影响并实现不同播期与灌水条件下的产量模拟,在吴桥实验站2年（2017—2019年）播期水分大田试验基础上,结合2011—2017年播期水分文献资料,采用“小麦钟”模型发育指数来定量模拟冬小麦的发育期,以Logistic模型定量模拟不同播期和水分处理对地上部生物量积累动态的影响,并建立冬小麦生物量模型,进而构建冬小麦产量模型。结果表明,播期通过影响冬小麦生长旺盛期来影响生物量积累;播期推迟,冬小麦生长旺盛期缩短而使生物量减小。不同水分处理造成的地上部最大生物量的差异主要由生物量的最大积累速率决定,生物量最大积累速率随灌水量的增大呈先增加后下降趋势。基于冬前积温和生长季供水量建立冬小麦生物量与产量模型,冬小麦地上部生物量实测值和模拟值的均方根误差（RMSE）和归一化均方根误差（NRMSE）分别为1980.2kg/hm2和15.7%,产量实测值和模拟值的RMSE和NRMSE分别为839.7kg/hm2和10.6%。基于发育指数的Logistic模型能较好地模拟冬小麦的生物量积累,对不同播期与灌水条件下的产量具有较好的预测效果。足墒播种条件下,冬小麦适宜冬前积温为200~600℃·d,生长季适宜供水量为200~450mm。该研究为华北地区合理调控播期灌水措施提供了科学依据,为不同播期与灌水条件下冬小麦产量预测提供了思路。     

痕量灌溉对温室种植球茎茴香产量、干物质分配和水分利用率的影响(英文)

痕量灌溉是基于土壤毛细管力原理和膜过滤技术而发明的一种新的灌溉技术.以滴灌为对照处理,研究了温室条件下,痕量灌溉对球茎茴香（Foeniculum vulgare Mill. subsp. vulgare var. dulce (Mill.) Batt.）产量、干物质分配和水分利用率的影响.结果表明,痕量灌溉条件下球茎茴香球茎和地上部分（茎和叶）的鲜重和干物质重量显著高于滴灌条件下栽培的球茎茴香,且痕量灌溉的总耗水量显著低于滴灌.试验条件下采用痕量灌溉的水分利用率是滴灌的2.3倍.     

极端干旱区滴灌葡萄适时控制灌溉试验研究

以常规滴灌为对照,研究了适时滴灌条件下监测点土壤含水率、葡萄生长过程及产量的特征。结果表明,粘壤土条件下,与40cm和60cm监测点土壤含水率相比,20cm深度监测点土壤含水率具有代表性好、灵敏性高、达到设计土壤含水率下限的时间间隔比较合理的优点,可作为该地区葡萄适时控制灌溉的理想深度;适时滴灌条件下,葡萄的叶面积指数、地上净生物量、叶片生理指标和产量均略低于常规滴灌,但水分利用效率高于常规滴灌。     

水肥一体化下不同滴灌带配置对玉米产量的影响

针对水肥一体化下不同滴灌带配置方式对作物产量的影响,结合实际探究了当铺设50 m长滴灌带、设置6种不同首部压力时,毛管首、中、尾部的土壤含水率、干物质质量积累量对作物产量的影响。结果表明:滴灌带类型差异使得土壤的平均含水率在生育期内变化规律有所差异,滴头采用内镶贴片式(N0. 30)时土壤含水率变化规律呈较明显的先下降后上升趋势,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越平缓;滴头采用侧翼迷宫式(L0. 15)时土壤含水率变化趋势平缓,且随着滴头流量的增大,在全生育期土壤含水率变化越显著。L0. 15下全生育期土壤含水率均满足作物生长的需求,可以为作物提供充足水分;流入滴灌带的肥液流速越低、长度越长,附着在管壁的肥料质量越多,尾部作物的肥料利用率越低,致使养分吸收少,作物产量降低。对不同处理下毛管的首、中、尾部产量均匀性进行分析表明,随着滴灌带长度的增加,N0. 30的作物产量均匀性逐渐降低,L0. 15的作物产量均匀性逐渐上升,故不同滴头流量对沿滴灌带长度方向的产量均匀性有一定影响。     

Soil moisture variation and water consumption of spring wheat and their effects on crop yield under drip irrigation

A field study for the arid northwest China has been conducted to find water-saving strategies of drip irrigation for dense-planted crops. The annual water consumption for optimal growth was 420 mm, of which soil evaporation was 27% and the foliage transpiration 73%. A relationship between soil water consumption and the irrigation amount, crop yield and water use efficiency were established. It was found that for high crop yield, it is important to maintain rather high soil water content during the two sensitive growth stages: elongation and milky filling stages. It is concluded that with drip irrigation higher yield was achieved although much less water was applied than what was used in block irrigation experiment.     

日光温室油桃节水灌溉试验研究

临夏州降水量稀少,水资源匮乏,为了提高水资源利用率,实行节水灌溉,在该地区进行了日光温室油桃节水灌溉试验研究,研究了滴灌与沟灌技术在生育期内对土壤含水率、作物的生育动态以及产量的影响。结果表明,滴灌比沟灌平均节水1251 m3/hm2,"92-1"品种在滴灌条件下比沟灌每株增产5.9 kg,每公顷增产29475 kg,日光温室反季节油桃栽培应选择滴灌节水技术。为了取得较好的经济效益,应采用滴灌最优灌溉制度。     

Effect of subsurface drip irrigation on onion yield

Subsurface drip system is the latest method of irrigation. The design of subsurface drip system involves consideration of structure and texture of soil, and crop’s root development pattern. A 3-year experiment was conducted on onion (Allium Cepa L., cv. Creole Red) in a sandy loam soil from October to May in 2002–2003, 2003–2004 and 2004–2005 to study the effect of depth of placement of drip lateral and different levels of irrigation on yield. Tests for uniformity of water application through the system were carried out in December of each year. Three different irrigation levels of 60, 80 and 100% of the crop evapotranspiration and six placement depths of the drip laterals (surface (0), 5, 10, 15, 20 and 30 cm) were maintained in the study. Onion yield was significantly affected by the placement depth of the drip lateral. Maximum yield (25.7 t ha⁻¹) was obtained by applying the 60.7 cm of irrigation water and by placing the drip lateral at 10 cm soil depth. Maximum irrigation water use efficiency (IWUE) (0.55 t ha⁻¹ cm⁻¹) was obtained by placing the drip lateral at 10 cm depth. The greater vertical movement of water in the sandy-loam soil took place because of the predominant role of gravity rather than that of the capillary forces. Therefore, placement of drip lateral at shallow depths is recommended in onion crop to get higher yield.     

温室膜下滴灌条件下黄瓜经济灌溉制度及其下限值的研究

以温室黄瓜为试验材料,采用膜下滴灌,对最适宜作物生长的温度、水分胁迫指数和干物质转化因子3个作物生长模型参数进行了率定,并以此为依据分析确定了膜下滴灌黄瓜的经济灌溉制度。结果表明:采用经济灌溉制度比实际灌水有显著的增产增收效果,产量和效益分别增加2.54t/hm~2和2.36万元/hm~2,节约灌溉水量7.59%;在经济灌溉条件下灌水前土壤含水率(0~60cm)随时间的变化幅度较作物生长期土壤含水率的变化幅度小得多,取各次灌水前土壤含水率的平均值作为作物经济灌溉的灌水下限值,对于本研究中的黄瓜,其值为0.240。按照该灌水下限值灌水,可使温室膜下滴灌黄瓜单位面积的灌溉效益最大。     

不同灌溉技术条件对冬小麦生产的影响

为了研究并得到3种不同灌溉技术（滴灌、喷灌、漫灌）对冬小麦产量及其构成的影响,在中国农业大学吴桥实验站设计了滴灌、喷灌、漫灌的大田试验.3种灌溉技术条件下,其灌溉总量相同,漫灌和喷灌采用浇底墒水加浇两水,滴灌采用浇底墒水加浇四水的方式;从冬小麦整个生长期内的作物高度、叶面积指数、籽粒重等指标,考察不同灌溉技术对冬小麦生产及其构成的影响.结果表明：滴灌条件下,表层含水量下降速度最小,整个生长期,含水量高于喷灌和漫灌;滴灌处理的叶面积指数最高,其次是喷灌;在成熟期,滴灌条件下,作物高度比漫灌高12%,比喷灌高5%;滴灌和喷灌的条件下产量分别比漫灌高8.63%,7.75%;滴灌、喷灌、漫灌的籽粒千粒重分别为43.36,42.17和41.17 g,滴灌和喷灌籽粒重明显高于漫灌,且生物量分别比漫灌提高了6.9%,3%.这说明3种灌溉技术中,滴灌技术最有利于实现节水保墒、小麦增产,其次是喷灌.     

Effect of modern irrigation methods on growth and energy production of sweet sorghum (var. Keller) on a dry year in Central Greece

The subject of this project is to estimate the growth and productivity of sweet sorghum [Sorghum bicolor (L.)] var. Keller, under two different irrigation methods – the conventional surface drip method (two treatments) and the subsurface drip method – in a dry year in Central Greece, as an energy crop for the production of bio-ethanol. A field experiment was carried out on the experimental farm of the University of Thessaly during 2005, comprising of a completely randomized block design with four treatments in four blocks, including control (non-irrigated). In the treatments of surface drip method the evapotranspiration needs were satisfied by using full (100% ETm) and supplement (80% ETm) irrigation doses, while in the treatments of subsurface drip method only supplement irrigation water was used (80% ETm) with the aim of more efficient water conservation. Irrigation was fully automated, and application depths were determined, using a class A open evaporation pan for matching the evapotranspiration needs. The growth of the crop was measured by means of plant height and leaf area index, which were determined periodically throughout the growing period. Fresh and dry biomass productions were measured over six harvests covering the entire growth and production process of cultivation. The results of the first year demonstrated a clear superiority of the subsurface drip method on plant heights, leaf area index and total fresh and dry biomass production compared with the surface drip method for equal values of irrigation water. Maximum yield was attained by mid-September, before crop maturation, something which should be taken into consideration when choosing the best harvesting time of the crop. After late September, large negative growth rates were recorded, resulting in an appreciable drop in the final fresh and dry matter yield.     

Drip Irrigation of Tomato and Cotton Under Shallow Saline Ground Water Conditions

Artificial subsurface drainage is not an option for addressing the saline, shallow ground water conditions along the west side of the San Joaquin Valley because of the lack of drainage water disposal facilities. Thus, the salinity/drainage problem of the valley must be addressed through improved irrigation practices. One option is to use drip irrigation in the salt affected soil.A study evaluated the response of processing tomato and cotton to drip irrigation under shallow, saline ground water at depths less than 1 m. A randomized block experiment with four irrigation treatments of different water applications was used for both crops. Measurements included crop yield and quality, soil salinity, soil water content, soil water potential, and canopy coverage. Results showed drip irrigation of processing tomato to be highly profitable under these conditions due to the yield obtained for the highest water application. Water applications for drip-irrigated tomato should be about equal to seasonal crop evapotranspiration because yield decreased as applied water decreased. No yield response of cotton to applied water occurred indicating that as applied water decreased, cotton uptake of the shallow ground water increased. While a water balance showed no field-wide leaching, salinity data clearly showed salt leaching around the drip lines.