水分胁迫条件下RZWQM2模型验证和改进研究

发布时间：2020-04-11 10:06

【摘要】：水分是作物生理活动及物质运输的基础,是农业发展的关键因子之一。作物能够正常生长的关键在于根系能从土壤中吸收水分以弥补蒸腾失水损失,当蒸腾超过水分吸收时,作物发生水分胁迫。作物生长模型模拟田间试验,可在某些方面发挥重要作用。而作物生长模型对水分胁迫条件下作物生长发育的准确模拟,有助于将模型更好地应用于干旱半干旱地区。针对现有模型对水分胁迫条件下作物生长的模拟精度较低的问题,根区水质模型(Root Zone Water Quality Model2,RZWQM2)在原有水分胁迫指标的基础上,提出了两种新的水分胁迫指标。本研究用这三种水分胁迫指标分别模拟在陕西杨凌遮雨棚下开展的冬小麦分段受旱试验(2012-2014),并对这三种指标的模拟效果进行评价。此外,叶片是光合作用的载体,对作物干物质积累及产量有显著影响。叶面积的低估可能是造成水分胁迫条件下作物生物量、产量偏低的原因之一。因此,本研究利用陕西杨凌遮雨棚下开展的冬小麦玻璃土柱(2014-2016)和田间试验(2012-2014)数据,建立水分胁迫条件下冬小麦叶面积伸展的动态模拟模型。研究中以四基点温度(基准温度、较低最适温度、较高最适温度、上限温度)建立温度响应函数,以相对有效含水率为水分胁迫指标,分别建立描述土壤水分胁迫对叶片伸展和衰老过程影响的水分胁迫响应函数。然后,用建立的温度响应函数和水分胁迫响应函数修正Logistic函数的一阶导数,以模拟叶面积的逐日增加、衰减速率。利用2014-2015年的玻璃土柱试验数据对所建立的模型进行参数率定、2015-2016年的玻璃土柱试验数据对校正后的模型进行验证,最后用2012-2014共2 a的大田试验数据对模型进行验证并与CERES-Wheat模拟的叶面积指数(leaf area index,LAI)进行比较。本研究主要取得以下研究成果:(1)经校正和验证后,RZWQM2模型可以很好地模拟充分供水条件下冬小麦的生长发育过程。但三种水分胁迫指标对冬小麦生物量和籽粒产量的模拟精度仍偏低,主要表现为低水处理的模拟精度低于高水处理,前期受旱处理的模拟精度低于后期受旱处理。因此RZWQM2模型对前期受旱和严重受旱条件下的冬小麦生长过程的模拟还需进一步改进。(2)三种水分胁迫指标相比,水分胁迫指标2(water stress index2,WSI2)对冬小麦各受旱处理的模拟效果相对较好,突出表现为提高了冬小麦越冬期和返青期受旱条件下生物量、产量的模拟精度。如需利用现有模型对水分胁迫条件下冬小麦生长发育过程进行模拟,建议选用的水分胁迫指标为WSI2。(3)新建立的冬小麦叶面积模型,以相对有效含水率A_w为0.2和0.7作为土壤水分胁迫影响冬小麦叶片衰老、伸展速率减小、伸展速率不变的阈值。经两年玻璃土柱试验和两年大田试验验证,该模型对水分胁迫条件下冬小麦叶面积增长和衰减动态变化的模拟较为准确。(4)利用两年大田试验数据,比较新建立的冬小麦叶面积模型与CERES-Wheat模型模拟的LAI,发现新模型能更准确地模拟土壤水分胁迫条件下冬小麦LAI增长和衰减的动态变化。
【学位授予单位】：西北农林科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S512.11

【参考文献】