基于作物模型的陕西关中地区冬小麦灌溉制度优化研究

发布时间：2020-10-11 20:19

　　 为了研究陕西关中地区冬小麦需水规律及干物质积累和产量的水分效应,进行了2a的冬小麦小区控水试验,利用小区试验的实测数据,对SIMDualKc模型和CERES-Wheat模型进行参数校正和验证。用SIMDualKc模型估算冬小麦蒸散量和土壤蒸发量,并基于通径分析方法研究气象因子(最低气温、最高气温、平均相对湿度、2 m处风速、太阳辐射量)和作物因子(地面覆盖度)与土壤蒸发比例的关系。用干物质和产量数据分析不同水分处理对冬小麦干物质积累与转运和产量形成的影响,求解冬小麦水分生产函数。用CERES-Wheat模型进行不同灌水上限和灌水下限组合的模拟试验,从高产和节水出发,评价了不同的灌溉制度,为关中地区冬小麦农田节水和灌溉决策提供一定的基础。研究得出以下主要结论:(1)SIMDualKc模型可以较好地模拟陕西关中地区不同灌溉制度下冬小麦蒸散量和土壤蒸发量的变化过程,且在模拟长时段累积值时具有较高精度;拔节—灌浆期是冬小麦的需水关键期,冬小麦全生育期土壤蒸发比例呈现出生长中期生长后期快速生长后期生长初期的规律;灌水仅在短时间内影响土壤蒸发,地面覆盖度是影响土壤蒸发的最主要因子;在实测数据不充足的情况下,可以将地面覆盖度和蒸散量作为输入变量,计算土壤蒸发量,该模型在不同水分条件下均表现出较高的计算精度,决定系数在0.721~0.902之间,可以作为计算土壤蒸发量的简便方法。(2)返青期和拔节期的连续干旱会抑制冬小麦的干物质积累过程,由于冬小麦在返青前要经历较长时间的越冬过程,越冬期灌水会直接影响返青期开始时的土壤水分状况,因此越冬水对保证冬小麦干物质的积累,有着重要的作用;开花前的连续干旱会显著抑制冬小麦花前干物质向籽粒的转运过程,抽穗—灌浆期的干旱会导致冬小麦开花后干物质积累量的降低;有效穗数对本地区冬小麦产量影响最大,其对冬小麦产量的决策系数可达0.348;在制定灌溉制度时,要保证冬小麦返青期和拔节期的水分供应,以保证有效穗数的形成;拔节—抽穗、返青—拔节、灌浆—成熟的水分敏感指数在冬小麦各个生育阶段居于前3位,返青期和拔节期的水分状况主要影响冬小麦的干物质积累及有效穗数的形成。灌浆期的水分状况主要影响冬小麦籽粒的形成,保证千粒重。(3)经遗传参数校验的CERES-Wheat模型对本地区冬小麦的关键生育期(开花期和成熟期)、干物质、籽粒产量的模拟结果较好,相对误差的绝对值15%以内。为了保证模型模拟的准确度,针对不同的水分处理,春化周期系数P1V需要重新估计;CERES-Wheat模型可较准确地模拟本地区冬小麦蒸散量、干物质和土壤含水率的动态变化过程,水分胁迫因子对作物生长的动态模拟影响较大,针对特定的水分处理,模型设定的水分胁迫因子仍需改进。(4)灌水下限对冬小麦灌水次数、灌水量、籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率的影响显著,较高的灌水下限有利于较高的籽粒产量的获得,但同时也会造成灌水频繁及灌水量偏大,不利于籽粒灌溉水利用效率的提高,为避免严重减产,冬小麦适宜的灌水下限应设定为田间持水量的60%~65%;灌水上限对冬小麦灌水次数、灌水量、籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率的影响程度与对应的灌水下限有关,较高的灌水下限使得冬小麦长期处于水分充足的状态,会造成灌水上限对各指标的影响不显著;在冬小麦的越冬—返青、拔节—抽穗和抽穗—灌浆等需水关键期保证灌水上限为田间持水量的90%以上,可促进产量的形成,并有助于提高籽粒灌溉水利用效率;经模拟优化,控水条件下,冬小麦高产节水的灌水方案为,灌水下限60%,苗期—越冬、越冬—返青、返青—拔节、拔节—抽穗、抽穗—灌浆、灌浆—成熟的灌水上限分别为90%、95%、85%、100%、90%和80%(均为占田间持水量的百分数)。
【学位单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2016
【中图分类】：S512.11;S274
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 国内外研究进展
        1.2.1 非充分灌溉
        1.2.2 SIMDualKc模型
        1.2.3 CERES-Wheat模型
        1.2.4 存在问题
    1.3 研究内容及技术路线
第二章 材料与方法
    2.1 试验区概况
    2.2 试验设计及过程
    2.3 观测指标及观测方法
    2.4 SIMDualKc模型
    2.5 CERES-Wheat模型
第三章 不同生育阶段亏水对冬小麦蒸发蒸腾及土壤蒸发的影响
    3.1 SIMDualKc模型参数校验方法
    3.2 模型模拟结果评价标准
    3.3 SIMDualKc模型参数的校正与验证
    3.4 冬小麦全生育期蒸散量的变化
    3.5 土壤蒸发的模拟
    3.6 不同灌水条件下的土壤蒸发比例
    3.7 土壤蒸发比例及影响因子
    3.8 小结
第四章 不同生育阶段亏水对冬小麦干物质转运、产量及水分利用效率的影响
    4.1 不同生育阶段亏水对冬小麦干物质积累的影响
    4.2 不同生育阶段亏水对冬小麦干物质转运的影响
    4.3 不同生育阶段亏水对冬小麦产量构成因素、产量及水分利用效率的影响
    4.4 冬小麦产量构成因素的通径分析
    4.5 冬小麦水分生产函数
    4.6 小结
第五章 不同水分条件下冬小麦生长的动态模拟
    5.1 CERES-Wheat模型数据库的建立
        5.1.1 气象数据库
        5.1.2 土壤数据库
        5.1.3 农田管理信息数据库
    5.2 CERES-Wheat模型参数校验方法
    5.3 CERES-Wheat模型参数校正及验证结果的评价
    5.4 CERES-Wheat模型对冬小麦生长的动态模拟
        5.4.1 蒸散量的模拟
        5.4.2 干物质的模拟
        5.4.3 土壤含水率的模拟
    5.5 小结
第六章 冬小麦灌溉制度的优化
    6.1 冬小麦不同灌水上限及灌水下限的模拟方案
    6.2 灌水下限对灌水次数、灌水量、籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率的影响
    6.3 灌水上限对灌水次数、灌水量、籽粒产量和籽粒灌溉水利用效率的影响
    6.4 小结
第七章 结论与展望
    7.1 主要结论
    7.2 主要创新点
    7.3 展望
参考文献
致谢
作者简介

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本文编号：2837070