基于受旱试验的淮北平原夏大豆水分生产函数研究

发布时间：2020-10-14 05:54

　　 随着工业和城市的发展,安徽省农业灌溉用水的比重将会持续下降。据估计,到21世纪中叶,农业用水的比重将会下降到52%左右,加上水资源利用率偏低、水资源严重浪费以及用水结构不合理等原因,使得农业水资源短缺问题日趋严峻。提高农业用水效率,节约农业用水是我们面临的亟待解决的重要问题。为此,2015和2016年开展夏大豆受旱盆栽试验,从定性和定量两方面研究水分对作物生长的影响,揭示作物不同受旱条件下不同生育期蒸发滕发规律、不同生育期受旱减产损失规律,分析作物不同生育期在不同受旱强度条件下的敏感性,建立淮北平原夏大豆水分生产函数,取得了如下结论:1)为探讨不同生育期干旱胁迫对作物生长的影响,以生育期不同土壤水分为控制因素,在大豆苗期、分枝期、花荚期、鼓粒成熟期分别设置轻旱和重旱2个水平以及全生育期不旱(CK),共9个水分处理,分析了大豆不同生育期不同受旱胁迫程度下的耗水规律及其对产量和水分利用效率(WUE)的影响。结果表明:干旱胁迫使得生育期耗水量减少,且受旱程度越重减少比例越大;各生育期干旱胁迫对夏大豆产量损失的影响不同,苗期和分枝期受旱对产量的影响较小,而花荚期和鼓粒成熟期不论轻旱或重旱处理对夏大豆产量损失都明显大于苗期和分枝期,特别是花荚期产量损失最大;各生育期干旱胁迫对WUE的影响不同,苗期和分枝期影响较小,花荚期重旱处理影响最大,WUE最低。2)为得到适合安徽淮北平原地区的作物系数和准确估算干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量,采用遗传算法(GA)对单作物系数、土壤水分胁迫系数进行率定,并运用单作物系数法对干旱胁迫下蒸发蒸腾量进行估算。结果表明:GA优化计算的淮北平原夏大豆作物系数分别为K_(cini)=0.853、K_(cmid)=1.418、K_(cend)=0.6959;对8种不同干旱胁迫下夏大豆全生育期逐日蒸发蒸腾量进行估算,MAE范围为0.52~0.68mm/d,RMSE范围为0.62~0.79mm/d,MRE范围为16.16%~22.22%,其均值分别为0.59mm/d、0.69mm/d、19.90%,说明基于单作物系数和遗传算法的干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算方法的计算结果比较合理可靠。3)为准确估算干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量、探讨随机森林(RF)算法的适用性,依据2016年夏大豆盆栽受旱试验,构建基于RF的干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算模型。结果表明:RF模型的估算值与实测值具有较好的一致性,RF估算模型MRE范围在8.49%~38.57%,RMSE范围在0.70~1.28mm,NSE范围在0.88~0.97,其平均值分别为18.28%、0.98mm、0.93,相比BP估算模型,RF估算模型的MRE、RMSE、NSE分别减少47.91%、36.53%、12.16%。4)为正确评估减灾效益和降低旱灾风险,建立干旱胁迫条件下的夏大豆水分生产函数显得尤为重要,依据2015年和2016年淮北平原夏大豆受旱盆栽试验资料,建立基于GA-Jensen模型的夏大豆水分生产函数。结果表明:淮北平原夏大豆各生育期缺水敏感指数大小顺序为花荚期鼓粒成熟期分枝期苗期;GA-Jensen、Jensen模型拟合效果较好,初步验证了GA-Jensen、Jensen模型在淮北平原的适用性,且基于GA-Jensen模型建立的淮北平原夏大豆水分生产函数更为可靠。
【学位单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：S565.1;S423
【文章目录】：
致谢
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外作物水分生产函数研究进展
        1.2.1 水分亏缺试验方面研究进展
        1.2.2 作物水分生产函数静态模型方面研究进展
        1.2.3 作物水分生产函数动态模型方面研究进展
    1.3 本文主要研究内容
第二章 不同生育期干旱胁迫对夏大豆水分利用效率的影响分析
    2.1 概述
    2.2 试验与方法
        2.2.1 试验区概况
        2.2.2 试验设计
        2.2.3 试验测定项目及方法
    2.3 结果与分析
        2.3.1 不同生育期干旱胁迫程度对夏大豆耗水量的影响
        2.3.2 不同生育期干旱胁迫程度对夏大豆产量的影响
        2.3.3 不同生育期干旱胁迫程度对夏大豆水分利用效率的影响
    2.4 本章小结
第三章 基于单作物系数和遗传算法的干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算
    3.1 概述
        3.1.1 遗传算法
        3.1.2 作物蒸发蒸腾量估算方法
    3.2 基于单作物系数和遗传算法的夏大豆蒸发蒸腾量估算方法
        3.2.1 单作物系数
        3.2.2 作物系数K_c和土壤水分胁迫系数K_s率定
        3.2.3 误差评价指标
    3.3 结果与分析
        3.3.1 无干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算结果
        3.3.2 不同干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算结果
    3.4 本章小结
第四章 基于随机森林的干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算
    4.1 概述
    4.2 模型的建立
        4.2.1 分类回归决策树
        4.2.2 随机森林算法
        4.2.3 基于随机森林的干旱胁迫下夏大豆蒸发蒸腾量估算模型
    4.3 模型评价指标
    4.4 结果与分析
        4.4.1 估算模型的误差分析
        4.4.2 影响夏大豆蒸发蒸腾量的输入因子重要性分析
    4.5 本章小结
第五章 淮北平原夏大豆水分生产函数试验研究
    5.1 概述
    5.2 水分生产函数模型
        5.2.1 全生育期水分生产函数模型
        5.2.2 分生育期作物水分生产函数模型
    5.3 基于遗传算法的夏大豆水分生产函数Jensen优化模型
    5.4 模型适用性评价
    5.5 模型实例研究
        5.5.1 全生育期水分生产函数模型求解结果
        5.5.2 分生育期水分生产函数模型求解结果
    5.6 本章小结
第六章 结论与展望
    6.1 结论
    6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况

【参考文献】

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本文编号：2840285