不同水分条件下APEX模型参数的敏感性评价和不确定性分析

【目的】评估不同水分条件下APEX(Agricultural Policy/Environmental eXtender)模型参数的敏感性和不确定性。【方法】基于冬小麦水分控制试验,基于Sobol法、Morris法和FAST法分析了不同水分条件下APEX模型参数的敏感性,探讨了灌溉管理、降水年型及地下水位对模型参数敏感性的影响。【结果】在地下水位为1.25 m的条件下,影响冬小麦生物量、产量及蒸散量的最敏感参数均为RDMX(最大根深度),影响叶面积指数的最敏感的参数为DMLA(最大潜在叶面积指数);当地下水位为5 m时,影响蒸散量、产量和生物量的敏感性参数为PARM38(水分胁迫计算权重系数)和RWPC1(萌发期根系生物量占比)。随着灌水量的增加,RDMX参数敏感性总体降低,而DMLA、DLAI(叶面积生长达到最高点的生育时期)和WA(潜在光能利用率)参数敏感性总体升高。RDMX在干旱年份的敏感性指数高于湿润年份。模型不确定性分析表明,冬小麦生物量、产量和蒸散量观测值均分布在模拟值的5%~95%置信区间内,模拟结果具有较高的可信度。【结论】3种分析方法筛选的最敏感参数具有较好的一致性,但其敏感性在不同灌溉、降水年型或地下水位条件下差异明显,考虑到计算效率和准确性,Morris法更适用于APEX模型的参数敏感性分析。

冬小麦对水分胁迫响应的模型模拟与节水滴灌制度优化

滴灌技术结合节水灌溉制度可显著提高作物水分利用效率,但针对滴灌条件下冬小麦节水灌溉制度的优化研究相对较少,利用作物模型优化节水灌溉制度可以弥补田间试验的不足,对于作物精确灌溉具有重要的指导意义。本研究利用胶东冬小麦滴灌节水试验数据(2016—2019年)评价了根区水质模型(RZWQM-CERES)的适应性,并模拟评价了不同节水滴灌制度对冬小麦产量和水分利用效率的影响,以筛选最佳节水滴灌制度。结果表明RZWQM-CERES可以较好地模拟土壤水分、冬小麦生长和产量对不同滴灌处理和季节的响应,其中模拟0~90 cm土壤贮水量的均方根误差(RMSE)为22.7~32.3 mm、相对均方根误差(NRMSE)为11.9%~16.3%、决定系数(R2)为0.52~0.69,模拟收获期生物量的RMSE为1184~1904 kg hm-2、NRMSE为9.9%~16.8%、R2为0.67,模拟产量的RMSE为361~491 kg hm^(–2)、NRMSE为5.7%~7.8%、R2为0.75。长期模拟结果表明该地区冬小麦需水关键期为孕穗期(丰水年和平水年)或拔节期(枯水年)。针对不同降水年型冬小麦产量和水分利用效率对灌溉量的响应差异,筛选滴灌条件下冬小麦最佳灌溉制度为:丰水年在拔节期和开花期各灌水45mm;平水年(或枯水年)在拔节期、孕穗期及开花期各灌水35mm(或45 mm)。本研究结果扩展了RZWQM-CERES优化冬小麦滴灌制度的应用潜力,为实施冬小麦精确灌溉提供了重要的技术支持。

胶东半湿润区不同播种密度和株行距对冬小麦生长及产量的影响

为明确胶东半湿润区不同播种密度和株行距对冬小麦产量形成的调控机理,以当地主栽品种‘济麦22号’为材料,探讨了不同株行距配置和播种密度对冬小麦群体动态、地上生物量、产量及其构成要素等指标的影响。两年试验结果表明:播种密度与基本苗、公顷穗数及籽粒产量呈显著正相关,相关系数分别为0.97、0.95和0.50,与穗粒数呈显著负相关,相关系数为-0.69;在相同播种密度下,窄行宽株距处理明显优于宽行窄株距处理,其增产的关键是穗数的提高。当播种密度降低时,行距变化对冬小麦总分蘖数、公顷穗数和籽粒产量的影响均大于株距变化的影响,而株距变化对单株分蘖的影响大于行距变化的影响;株行距影响籽粒产量的主控因素为穗数,而通过穗粒数和千粒重对产量的调控作用存在较大的年际差异。综上可知,胶东半湿润区播种密度和株行距主要通过穗数调控冬小麦产量,为实现小麦高产,推荐窄行(20 cm)宽株距(1.0 cm)和中高播种密度(500×10^(4)粒/hm^(2))为最佳播种方法。

胶东半湿润区滴灌制度对冬小麦农田土壤水分、作物生长及水分利用的影响

针对胶东地区冬小麦生育期内降雨和灌溉水资源明显不足问题,通过研究滴灌条件下灌溉制度对土壤水分、冬小麦生长及水分利用的影响,探究该地区冬小麦最优灌溉模式。试验实施从2016到2019年,共3季冬小麦,灌溉方式为滴灌,共设置4种处理:T1:不灌水;T2:拔节期灌水40 mm;T3:开花期灌水40 mm;T4:拔节期和开花期分别灌水40 mm。结果表明:(1)拔节期灌溉(T2和T4)在0~30、30~60、60~90 cm土壤体积含水量分别为16.0%、25.5%、25.1%,比不灌水处理(T1)分别提高25.9%、5.5%、4.7%,贮水量为204.9 mm,比不灌水处理(T1)提高6.5%,叶面积指数为2.9,比不灌水处理(T1)提高26.3%,生物量为6124.8 kg/hm^(2),比不灌水处理(T1)提高29.0%。(2)开花期灌溉(T3和T4)在0~30、30~60、60~90 cm土壤体积含水量分别为12.8%、22.7%、22.8%,与不灌水处理(T1)相比分别提高36.6%、11.2%、6.7%,贮水量为188.7 mm,比不灌水处理(T1)提高12.8%,叶面积指数为2.2,比不灌水处理(T1)提高24.3%,生物量为10781.0 kg/hm^(2),比不灌水处理(T1)提高24.2%;(3)与不灌水处理(T1)相比,3年的试验结果表明拔节期灌溉(T2)可提高产量16.5%,耗水量增加13.0%,水分利用效率增加2.7%,开花期灌溉(T3)产量增加26.4%,耗水量增加13.3%,水分利用效率增加11.0%,两次灌溉(T4)产量增加22.7%,耗水量增加23.9%,但是水分利用效率降低2.0%。不同灌水处理(T2、T3和T4)3年结果相比较,T3比T2的叶面积指数增加5.8%,生物量增加5.7%,产量增加9.0%,耗水量之间无显著差异,水分利用效率增加8.7%,灌溉水利用效率增加138.5%。与T4处理相比,T3处理的生物量和产量接近,耗水量降低8.7%,但是水分利用效率增加13.4%,灌溉水利用效率平均增加160.4%。综合考虑不同灌溉制度对冬小麦生长发育、产量及水分利用的影响,滴灌条件下在开花期灌水(T3处理)可作为胶东半岛砂姜黑土区冬小麦最优灌溉制度。