不同颜色地膜和种植密度下东北雨养区春玉米生长动态模拟研究

发布时间：2020-04-18 21:35

【摘要】：东北地区作为我国重要的玉米生产基地,温度和降水是限制玉米产量持续增长的关键因素,明确气候变化对玉米产量的影响以及改进栽培技术及其应用对保证东北地区粮食稳产高产具有十分重要的意义。本文以辽宁沈阳为研究区域,根据有效积温原理,通过地温与气温之间的关系以及气积温与地积温的转换关系分析无色透明膜和黑膜处理的积温补偿效应,以此对AquaCrop模型模拟覆膜条件下的地温模块进行改进。基于气象资料、大田试验作物资料、土壤资料以及田间管理资料,利用改进后的AquaCrop模型对春玉米生长发育过程进行模拟与验证。为进一步解析各因素对春玉米生长的影响机理,利用积温代替Logistic模型中的时间因子对春玉米干物质积累进行模拟,明确栽培管理措施对干物质积累和转运的影响。主要研究成果如下:(1)不同颜色地膜覆盖处理下0~25 cm层土壤温度的日变化规律。研究发现,日变化幅度随土层深度的增加逐渐减小,以表层5 cm差异最大。不同颜色地膜覆盖处理的表层5 cm地温与大气温度的变化趋势具有较好的一致性;且随着大气温度的升高,覆膜处理土壤温度增幅较大,以无色透明膜最为明显。2016和2017年无色透明膜、黑膜分别较裸地处理提前5、3 d和6、4 d完成了98%的出苗,使得玉米生长发育速度加快,生育期提前。(2)利用地温与气温之间的关系以及气积温与地积温的转换关系对AquaCrop模型气温模块进行改进,利用2016和2017年气象、作物、土壤以及田间管理数据对改进后的AquaCrop模型进行参数校正与验证,并通过试差法对部分作物参数和土壤参数进行参数调试,确定了适宜的模型参数。2017年模型有效性验证结果显示,春玉米冠层覆盖度(CC)、生物量(BY)、0~60 cm土壤含水量和产量(Y)的模拟值与实测值基本吻合,CC模拟值与实测值之间的决定系数(R~2)在0.72~0.98之间,BY的R~2均大于0.94,两者的均方根误差(RMSE)分别在8.46~21.58%和2837.99~5664.49kg/hm~2之间;模型对春玉米0~60 cm土壤含水量模拟值与实测值之间有较好的相关性,R~2为0.63;两年的春玉米产量模拟值与实测值之间的相对误差(R_e)均小于6%,误差在可允许的范围内。(3)基于Logistic模型对不同颜色地膜和种植密度下的春玉米干物质积累动态进行模拟。结果表明,干物质积累的模拟值和大田实测值具有较好的线性关系,R~2在0.97~0.98之间(P0.01)。各因素对干物质积累动态过程的影响的次序依次为:年份种植密度地膜颜色地膜颜色与密度交互,其中覆膜和种植密度主要通过影响干物质最大生长速率以及达到最大生长速率时的积温对最大干物质量产生影响,且最大干物质量对春玉米产量影响最大。(4)覆膜处理可以显著提高春玉米的干物质积累量和产量;适当的增加种植密度可以提高干物质积累量以及影响茎叶干物质转运效果。对于覆膜处理,2a黑膜处理的生育期末干物质量较其他处理分别提高3.11~6.75%和10.28~23.08%。对于种植密度处理,2016年生育期末干物质量以82500株/hm~2处理最大;在2017年,种植密度从60000株/hm~2增加到75000株/hm~2,干物质量增加34.94%,继续增加种植密度到90000株/hm~2,干物质量降低了3.18%,但干物质量差异不显著。玉米各器官干物质的转运效果均表现为叶茎,无色透明膜处理显著提高了春玉米干物质转运效果,增加种植密度可以一定程度提高茎干物质的转运效果,但抑制了叶干物质转运效果。黑膜覆盖下种植密度为82500和75000株/hm~2处理的春玉米产量最高,分别为14692.43和13211.27kg/hm~2。研究认为,经过参数调试的AquaCrop模型可以较好地模拟雨养区春玉米的生长,Logistic模型的建立揭示了栽培管理措施对玉米干物质积累和转运的影响机制,研究成果可为北方地区明确春玉米生长动态和采取农艺措施以提高春玉米产量提供理论依据。
【图文】：

示意图,作物生产力,方程,作物

m0yY Y ET ETKY ET 为作物的潜在产量和实际产量，kg/hm2；Ky为作物产ET0分别为作物潜在腾发量和实际腾发量，mm。估水分对产量影响效应时，水分评估使用的是潜在腾混淆了土壤的无效蒸发和作物腾发，导致计算误差的地面的作物中，，土壤无效蒸发将会大于作物腾发，所为了克服这一问题，AquaCrop 模型相比于传统的模型核心方程为：Y B HIB WP Tr物产量，kg/hm2；B 为生物量，kg/hm2；HI 为作物收mm，WP 为生物量水分生产效率，kg/m2/mm。理示意图如图 1-1 所示。

收获指数,气孔导度,冠层,水分生产率

图 1-2 AquaCrop 模型的组成部分Figure 1-2 Components ofAquaCrop灌溉；Tn：大气最低温；Tx：大气最高温；E：土壤蒸发；Tr：作物蒸腾；gs：气孔导度；WP：水分生产率；HI：收获指数；(1), (2),：冠层扩张、冠层衰老、气孔导度和收获指数各自对水分胁迫的响应（Raes，2017）。: Irrigation; Tn: Atmospheric minimum temperature; Tx: Maximum atmospheric temperature; E: Soil evaporation; Tr: Crop transpiration; gs:al conductance; WP: Moisture productivity; HI: Harvest index; (1), (2 ), (3), (4) indicate the response of canopy expansion, canopy senescence,l conductance, and harvest index to water stress, respectively (Raes, 2017).3.4AquaCrop 模型的研究与应用2009 年 FAO 组织下的 Steduto 研究团队提出了 AquaCrop 模型，对模型的建模思运行结构、模型原理等进行了较为详细的解释（Steduto et al，2009；Raes et al，
【学位授予单位】：沈阳农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S513

【参考文献】