改进CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长

覆膜旱作是节水稻作生产体系的重要措施之一,采用CERES-Rice模型模拟覆膜旱作水稻生长需另外考虑覆膜的增温效应和根系层土壤水分布差异及由此所带来的影响。该文借鉴部分旱地作物的相关研究成果,对原CERES-Rice模型中的积温和土壤温度、蒸发和土壤水分胁迫等模拟计算过程进行了改进,并进一步通过2个水稻生长季的田间试验予以验证。试验于2013、2014年在湖北房县进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,采用原模型和改进模型分别对2个生长季、2个覆膜处理的生育期、叶面积指数与地上部干物质质量的变化过程及产量进行模拟。结果表明:原CERES-Rice模型难以准确刻画覆膜旱作水稻的生长发育过程,经改进后,模拟效果大大改善,可有效反映环境变化(水分、温度)对覆膜水稻生育进程的影响和产量形成,维持生育期与产量模拟的相对误差在15%以内;覆膜水稻叶面积指数的动态模拟基本满足要求,其均方根差≤1.54 m^2/m^2、相对均方根差≤27%、建模效率≥0.85;对覆膜水稻地上部干物质质量变化过程的模拟也呈现出较好的效果,均方根差和相对均方根差分别小于1 490 kg/hm^2、16%,建模效率则高于0.95。总体而言,经改进后的CERES-Rice模型基本可满足要求,较好地用于模拟覆膜旱作水稻的生长发育规律。

根系吸水模型模拟覆膜旱作水稻气孔导度

为构建覆膜旱作水稻根系吸水模型,进一步改进气孔导度模型,该文在湖北十堰开展包含3个水分处理(淹水、覆膜湿润和覆膜旱作栽培)的田间试验,分析覆膜旱作水稻蒸腾(根系吸水)与根长之间的关系,在此基础上建立覆膜旱作水稻根系吸水模型,并将其代替彭曼(Penman-Monteith,PM)方程来估算蒸腾强度,进而与脱落酸(abscisic acid,ABA)参与调控的气孔导度模型耦合,模拟覆膜旱作条件下水稻气孔导度的日变化过程。结果表明,水稻蒸腾与根长呈线性正比关系(R^2=0.96,P<0.05),据此建立的根系吸水模型可以较好地模拟覆膜旱作水稻的蒸腾(根系吸水)规律,使蒸腾强度模拟值和实测值间的相对误差基本控制在15%以内;经改进后的Tardieu-Davies气孔导度模型(TD模型)可有效描述不同土层根系吸水流中的ABA浓度及不同根系层ABA的合成对木质部蒸腾流中总ABA含量的贡献,可较好地模拟气孔导度的日变化过程。改进TD模型大大提高了模拟精度,使相对误差不超过7.0%。该研究可为覆膜旱作水稻生理节水机理和水分利用效率评估提供一定的理论依据。

基于CERES-Rice模型的覆膜旱作稻田增温效应模拟

水稻覆膜旱作技术具有显著的节水、增温、防污和减排效应,是节水稻作技术体系的重要措施之一,将CERES-Rice模型用于覆膜旱作条件时,必须首先解决覆膜增温效应的准确模拟问题。该文拟应用热量传输理论及目前旱地作物生产系统中采用的覆膜增温效应模拟方法,来模拟水稻覆膜旱作生产体系中的增温效应,从而为完善CERES-Rice模型并使其能用于覆膜旱作水稻的生长模拟奠定基础。参数调校与模型检验验证通过2013、2014年在湖北房县开展的2 a水稻覆膜旱作田间试验来进行,共涉及淹水(对照)、覆膜湿润栽培和覆膜旱作共3个水分处理,分别对2个生长季、2个覆膜处理地表5 cm及地下10、20 cm处温度的变化过程进行了模拟,结果表明:经过参数调校后,所建立的覆膜增温模型可较好地模拟覆膜稻田地表和剖面上土壤温度的变化规律,地表5 cm处土壤温度模拟值与实测值的均方根差、相对均方根差分别低于1.8℃和10%,相关系数在0.89以上(P<0.01);尽管地下10、20 cm处的模拟误差稍大,也基本可满足要求,相应的均方根误差<3.2℃,相对均方根差<15%,相关系数>0.65(P<0.01)。

水稻旱作覆膜节水效果与提高降雨利用率的研究

根据安徽省江淮分水岭易旱地区地形、土壤、气象、作物种植等特点 ,通过连续三年的试验研究 ,提出水稻旱作覆膜不同水文年份 (丰、平、枯 )的节水效果和降雨利用效果 ,多年平均提高降雨利用率在 10 %以上 ,节约灌溉水在5 4.5 %以上。

覆膜旱作稻田水均衡及蒸腾耗水规律分析

水稻覆膜旱作（GCRPS）因具有显著的节水、增产效应而备受关注,但有关覆膜旱作稻田的水均衡关系及蒸腾耗水规律仍然还难以被准确刻画。为此,在湖北省十堰市开展了为期2年的田间试验,并在水稻6个主要生育阶段内对3个灌溉水平（TPRPS,传统淹水种植;GCRPSsat,薄膜覆盖并保持根区土壤接近饱和;GCRPS80%,薄膜覆盖并保持根区平均土壤含水量介于田持的80%-100%）、3个施氮水平（N0,不施氮;N1,150 kg N/hm2尿素;N2,75 kg N/hm2尿素＋75 kg N/hm2鸡粪）共9个处理进行了水量平衡和蒸腾耗水分析。试验研究结果表明：（1）在不减产甚至增产的情况下,覆膜旱作不仅可以抑制深层渗漏与蒸发等非生理耗水,同时还能减少蒸腾耗水,节水效应非常显著,尤其是GCRPS80%;（2）水稻全生育期内的蒸腾耗水变化规律不受水分与氮素处理的影响,总体均表现为生育前期较低,盛期较高,至扬花期达到峰值,之后逐渐衰减;（3）最大分蘖期之前,覆膜增温效应显著促进蒸腾耗水,之后水分胁迫导致情形逆转;（4）扬花期之前,与不施氮相比,施氮可显著促进蒸腾耗水,但两个施氮处理之间的蒸腾耗水差异不大。