基于CERES模型的华北地区冬小麦—夏玉米周年土壤水分动态模拟及水利用特性分析

发布时间：2017-05-04 14:12

  本文关键词：基于CERES模型的华北地区冬小麦—夏玉米周年土壤水分动态模拟及水利用特性分析，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：华北平原是我国重要的粮食生产基地,受全球气候变暖以及水资源连年超负荷使用的影响,当地水资源危机呈逐年加重的趋势,水资源限制已经成为制约当地粮食生产最重要的生产要素。本研究以CERES模型为基础,在模型应用验证的基础上,研究建立了基于大田实测数据与CERES-Wheat模型输出结果的冬小麦土壤水分平衡模型(模式平衡模型),并应用CERES-Wheat模型和CERES-Maize模型对华北平原冬小麦-夏玉米轮作需水量进行了分析,以期为CERES模型生产应用及当地冬小麦-夏玉米轮作体系水分的精确定量化管理提供技术支撑。研究结果如下： (1)对CERES-Wheat和CERES-Maize模型在华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系中的应用进行了系统分析。经过品种参数校正后的CERES-Wheat模型和CERES-Maize模型对冬小麦-夏玉米轮作体系生育期、产量、产量构成因素以及生物量的预测精度较高,对氮含量、蒸散量等指标的模拟效果精确度和稳定性相对较差。要提高CERES-Wheat和CERES-Maize模型的系统性精度,单纯靠调整品种参数很难实现,需要在模型的品种水氮吸收特性、根系特性、模型机制上进一步校正。 (2)应用CERES-Wheat和CERES-Maize模型对0-200cm土体总水分含量及分层水分含量(每层20cm)的模拟效果进行了分析。结果表明,CERES-Wheat和CERES-Maize模型可以对土壤水分含量进行模拟,模型对0-120cm土层各层土壤水分含量模拟精度低于120-200cm土层各层的模拟精度,模型模拟精度还有待于进一步提高。 (3)研究提出了模型模拟的模式平衡法,并应用该方法建立了冬小麦土壤水分含量模式平衡模型。所建的模式平衡模型对20-120cm各土层所建回归方程显著,对0-20cm、120-200cm土层所建回归方程不显著。与CERES-Wheat模型模拟结果相比,模式平衡模型土壤水分含量模拟值与实测值之间的均方根误差(RMSE)和相对均方根误差(NRMSE)计算结果表明,在20-120cm土层范围内各土层土壤水分含量模拟的精确度更高,品种年际间稳定性较高。说明模式平衡法可以对CERES-Wheat模型的20-120cm土层的水分含量预测精度进行改进提高。 (4)通过情景模拟分析,计算出了T0(不灌溉)、T1(拔节期灌水75mm)、T2(拔节期、扬花期各灌水75mm)、T3(起身期、孕穗期和扬花期各灌水75mm)四个水分处理下冬小麦季灌溉水和土壤水的需要量分别为189mm、264mm、298mm、319mm.雨养夏玉米季盈余水分量为57mm。冬小麦-夏玉米轮作(冬小麦季T0、T1、T2、T3四个水分处理,夏玉米季雨养)周年作物灌溉水和土壤水需要量分别为132mm、207mm、241mm、262mm。在扣除土壤蒸发的情况下,冬小麦-夏玉米轮作周年作物灌溉水和土壤水需要量分别为0mm、14mm、48mm、70mm.
【关键词】：CERES模型 冬小麦 夏玉米 土壤水分平衡 模式平衡法 需水量 吴桥地区
【学位授予单位】：中国农业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：S512.11;S513
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 绪论10-19
• 1.1 研究背景与意义10-11
• 1.1.1 华北平原水资源现状10-11
• 1.1.2 研究目的与意义11
• 1.2 作物模型及其在农田水资源分析与水分管理方面的应用研究进展11-17
• 1.2.1 作物生长模拟模型简介11-13
• 1.2.2 CERES模型研究与应用现状13-16
• 1.2.3 作物模型在华北平原水资源分析以及农田水分管理方面的应用前景16-17
• 1.3 研究内容和技术路线17-19
• 1.3.1 研究内容17-18
• 1.3.2 技术路线18-19
• 第二章 材料与方法19-24
• 2.1 试验数据来源及试验区域概况19-22
• 2.1.1 试验数据来源19
• 2.1.2 试验地基本情况19
• 2.1.3 气象数据19-22
• 2.2 2012-2014年大田试验22
• 2.2.1 试验设计22
• 2.2.2 测定项目与方法22
• 2.3 前期研究数据搜集22-24
• 2.3.1 试验材料与试验设计22-23
• 2.3.2 测定项目及方法23-24
• 第三章 CERES模型参数调整与验证24-38
• 3.1 材料与方法24-26
• 3.1.1 试验设计与管理24
• 3.1.2 CERES模型所需的输入资料与模型输出介绍24-25
• 3.1.3 模型参数简介25
• 3.1.4 DSSAT模型实验基础数据库的建立25-26
• 3.1.5 CERES-Wheat模型的品种参数修正方法26
• 3.2 结果与分析26-36
• 3.2.1 CERES模型对华北平原冬小麦-夏玉米模拟应用过程中品种参数的确定26-27
• 3.2.2 CERES模型对冬小麦-夏玉米主要生育时期、产量及产量构成因素的模拟效果27-32
• 3.2.3 CERES模型对冬小麦-夏玉米生物量模拟值与实测值的对比分析32-34
• 3.2.4 不同灌溉条件下CERES-Wheat模型对氮含量的模拟效果34-35
• 3.2.5 CERES模型对冬小麦-夏玉米生长季蒸散量的模拟效果35-36
• 3.3 小结36-38
• 第四章 基于CERES模型的吴桥地区冬小麦-夏玉米土壤水分含量的模拟效果分析38-52
• 4.1 材料与方法38
• 4.2 结果与分析38-51
• 4.2.1 CERES-Wheat对冬小麦季土壤水分含量的模拟结果38-47
• 4.2.2 CERES-Maize对夏玉米季土壤水分含量的模拟结果47-51
• 4.3 小结51-52
• 第五章 基于CERES-Wheat模型的吴桥冬小麦土壤水分模式平衡模型的建立52-65
• 5.1 材料与方法52-53
• 5.1.1 试验设计与管理52
• 5.1.2 模式平衡法52
• 5.1.3 建模思路52-53
• 5.1.4 建模方法53
• 5.2 结果与分析53-64
• 5.2.1 不同品种土壤水分含量模式平衡模型的建立53-57
• 5.2.2 土壤水分含量模式平衡模型模拟效果的验证57-64
• 5.3 小结64-65
• 第六章 基于CERES模型的吴桥地区冬小麦-夏玉米轮作体系需水量分析65-78
• 6.1 研究方法65-66
• 6.2 结果与分析66-76
• 6.2.1 CERES-Wheat模型对冬小麦季的模拟结果66-71
• 6.2.2 CERES-Maize模型对夏玉米季的模拟结果71-74
• 6.2.3 吴桥地区冬小麦-夏玉米轮作灌溉水和土壤水需水量估算74-76
• 6.3 小结76-78
• 第七章 结论与讨论78-83
• 7.1 结论78-79
• 7.2 讨论79-83
• 7.2.1 CERES模型模拟效果的系统性与复杂性79
• 7.2.2 CERES模型参数优化方案79-80
• 7.2.3 土壤水分含量模式平衡模型的建立与生产意义80
• 7.2.4 用CERES模型分析华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系需水量的优缺点80-82
• 7.2.5 CERES模型在华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系研究前景82-83
• 参考文献83-92
• 致谢92-93
• 个人简介93

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：345218