论文部分内容阅读
由于西辽河流域农业用水量的逐年增加,导致地下水超采的问题日益突出,必然要求限制农业水资源的使用,而推行节水优先的用水理念,要求有适宜的灌溉技术配合科学合理的水分调控手段才能兼顾稳产和节约农业水资源。基于当地的背景和需求,围绕西辽河流域玉米灌溉技术的优选、分阶段水分亏缺对作物生长及水分消耗利用的调控机制、农业水模型比选及使用过程中的参数敏感性和模拟精度问题,开展了田间试验和模型模拟研究,取得主要结论如下:(1)覆膜提高了玉米生育前期及快速生长期的叶面积指数,缩短了群体冠层发育时间。在播后75d内提高了 1m 土层贮水量达3.9%～15.7%,冠层发育完全后接近或小于裸地。土壤热增减随水分供应与消耗呈现交替循环的波动性,覆膜明显增加了生育前期及快速生长期土壤温度,5cm 土层75d多得到44.92℃的日均地积温,显著表现在井灌水和降雨后至地温回升期,能稳定地温振幅且在土壤冷凉时获得更多的地积温。综合效益分析得出膜下滴灌仅技术效果得分最高,而覆土浅埋滴灌获得经济效益最高分0.369和环境效益最高分0.577使其总分1.012排序第一,优选为适宜的灌溉技术。(2)Dual Crop Coefficient模型参数±10%变化时全生育期土壤蒸发量E、作物蒸腾量T、蒸散量ET最大值较最小值分别高18.72%、25.37%、19.9%。模拟E的敏感参数为土壤表层可蒸发水量TEW、生长中期基础作物系数Kcb(mid),其全局敏感性指数为0.662、0.321,是不敏感参数均值的33.6～69.4倍。模拟T的敏感参数为根系不受水分胁迫的临界土壤贮水量Wj、Kcb(mid)、田间持水量Wfc,其敏感性指数为0.569、0.485、0.455,是不敏感参数均值的34.5～43倍。(3)AquaCrop和Dual Crop Coefficient模型比较相似地表达了冠层发育到最大而未开始衰减期间玉米对土壤水分的消耗过程,而对快速生长期与后期1m 土层贮水量SWS的模拟差异大。Dual Crop Coefficient模型低估SWS的情形较多,AquaCrop模型多数情况模拟正负偏差分布较均匀而在SWS偏低时会高估。AquaCrop模型描述各生育期蒸散量ETstage因亏水情形而变化的能力略优于Dual Crop Coefficient模型,2 模型模拟 ETstage 的均方根误差 NRMSE 分别为 8.158%～9.510%、5.980%～15.022％。AquaCrop的模拟精度总体略优,推荐为适宜于当地覆土浅埋滴灌的玉米水分管理模型。(4)分阶段亏水(0.6ETc)对玉米冠层覆盖度CC影响最小的情形是初期亏水(DI-α),不会影响生殖阶段的冠层水平。快速生长期亏水(DI-β)降低冠层快速发育期间CC的同时会持续影响至生殖阶段。中期亏水(DI-γ)会降低冠层维持在最大水平的持续时间而引起冠层早衰。初期及快速生长期连续亏水(DI-αβ)明显降低了生殖阶段CC。快速生长期及中期连续亏水(DI-βγ)削弱冠层的程度最深。相比全生育期充分灌溉FI,单阶段亏水降低了 3.27％～10.91%的最终生物量B,2阶段连续亏水减少B达16.84%～25.86%。分阶段亏水不同情形玉米籽粒产量Y由高而低排序为:DI-α、DI-β、DI-γ、DI-αγ、DI-αβ、DI-βγ,初期亏水不显著影响籽粒产量。初期或快速生长期亏水均能促使更多的营养物质转化为籽粒,而生殖阶段亏水会降低收获指数HI,不同情形2阶段亏水均降低了HI。快速生长冠层期间亏水会持续影响到中期蒸散量ETmid,会削弱生殖阶段蒸腾能力,而初期亏水并不降低ETmid。初期亏水对生育期总蒸散量ET影响程度最小,冠层快速生长期间或生殖过程的单个生育阶段亏水均显著降低了 ET。相比充分灌溉FI,相邻2阶段连续段亏水处理DI-αβ、DI-βγ降低了10.40%～12.32%、12.01%～13.14%的ET。初期亏水可提高水分利用效率WUE,显著高于单阶段亏水发生在生殖阶段的WUE,2阶段连续亏水对Y和WUE均产生显著的负面影响,快速生长期及中期连续亏水的WUE最低。生长初期0.6ETc的亏水可做到节水增效稳产,是最佳的分阶段亏水调控方式。(5)AquaCrop模型原始参数不能有效描述不同分阶段亏水情形对作物系统产生的变化,本研究校准取得的一套修正模型参数可获得较好的模拟精度,各项模拟指标的平均绝对误差比原始参数低25.39%～67.08%。模型对CC、Bi(随时间变化的生物量)测量值较低和较高时模拟精度高,而对CC快速变化阶段模拟误差大,在茎叶快速生长的前半段会明显高估生物量。模拟充分灌溉CC的NRMSE为7.523%～9.865%,模拟单阶段、相邻2阶段连续亏水CC的NRMSE分别为6.395%～18.714%、11.935%～19.537%;模拟Bi时充分灌溉、单阶段亏水、相邻2阶段连续亏水的NRMSE分别为 10.718%～11.810%、12.852%～20.372%、17.588％～26.033%。AquaCrop 模型对全生育期充分灌溉情形模拟效果更好,而有水分亏缺时误差增大,2阶段连续亏水情形下玉米生长、产量及水分利用状况的模拟精度明显降低,模型使用时须注意此缺点而避免决策失误,此模型描述生物量与作物蒸腾的关系及水分亏缺的响应程度方面仍须从机理方面做出改进。