南疆地区不同施氮量和盐胁迫下COTTON2K模型的模拟与验证

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土壤盐渍化是新疆农业面临的重大环境问题之一,其产生的负效应是制约农业生产水平重要的影响因素。COTTON2K模型由于在设计的时候考虑了土壤盐分对棉花生长的影响,所以模型更加适合在盐渍化地区应用。本文在轻度盐分土壤、中度盐分土壤和不同施氮水平条件下模拟棉花生长,首先使用扩展傅里叶幅度检验法对COTTON2K模型的46个遗传品种参数进行了敏感性分析,然后利用NSGA-Ⅱ多目标遗传算法对敏感的遗传品种参数进行优化。使用2018年轻度盐分土壤下高施氮处理下的观测数据对COTTON2K模型进行校准,最后用剩余5个处理的观测数据对模型的模拟精度进行验证。具体研究工作如下:(1)参数敏感性分析。1)产量:轻度盐分土壤和中度盐分土壤条件下,全局敏感的遗传品种参数较多,均在20个及20个以上,其中有3个遗传品种参数相同,依次为VARPAR26(垂直主干生长)、VARPAR01(密度对生长的影响)和VARPAR42(温度影响,产量);2)干物质:两种土壤盐分条件下,全局敏感的遗传品种参数中有2个相同,依次为VARPAR01(密度对生长的影响)和VARPAR36(果实发育);3)株高:VARPAR21(垂直主干生长)、VARPAR01(密度对生长的影响)和VARPAR26(垂直主干生长)在两种土壤盐分条件下均对株高敏感。4)吐絮期:两种土壤盐分条件下,全局敏感的遗传品种参数较多,均在15个以上,其中有2个遗传品种参数相同,依次为VARPAR40(温度影响,开裂)和VARPAR01(密度对生长的影响)。(2)使用NSGA-Ⅱ遗传算法对20个敏感性较强的遗传品种参数进行校正,与默认值相比有8个遗传品种参数值上升,12个遗传品种参数值下降。遗传品种参数值的变化和土壤条件、棉花品种等有关。(3)经过优化后的参数在两种盐分土壤条件及不同施氮处理条件下,模型模拟结果对籽棉产量模拟最好,平均ARE分别为10.32%和7.72%,其中轻度盐分土壤条件高施氮量处理下的ARE为0.5%,该处理下产量模拟结果最好。轻度盐分土壤条件下RMSE为689.12Kg/hm~2,而中度盐分土壤条件下RMSE为367.32Kg/hm~2,两种土壤条件下n RMSE均小于13%;株高模拟结果次之,平均ARE分别为8.49%和18.1%,n RSME均小于20%,RMSE在6.38cm~11.57cm之间,株高模拟中轻度盐分土壤条件中等施氮量处理下株高模拟结果最好;而干物质模拟结果最差,轻度盐分土壤下n RMSE为24.70%,结果的可靠性属于中等,中度土壤盐分下n RMSE为42.27%,结果可靠性为差,可能的原因是COTTON2K模型在中度盐分土壤条件下对干物质的积累影响过大。生育期日期的模拟中,首蕾日和首花日模拟结果较好,而60%吐絮日模拟结果较差。本研究为COTTON2K模型在南疆地区应用提供了科学理论依据。
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